Thiêu đốt là quá trình xử lý chất thải ở nhiệt độ cao. Thiêu đốt ở nhiệt độ cao chất thải được xử lý triệt để, đảm bảo loại trừ các độc tính, có thể giảm thiểu thể tích rác đến 90-95% và tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn gây bệnh. Phương pháp này đáp ứng tất cả các tiêu chí về tiêu hủy an toàn ngoại trừ việc phát thải ra các khí thải cần được xử lý nên đây có thể coi là phương pháp xử lý triệt để nhất so với các phương pháp xử lý chất thải rắn khác.
Do chất thải được ôxy hoá nhiệt độ cao với sự có mặt của ôxy trong không khí nên các thành phần rác độc hại được chuyển hoá thành khí thải và các thành phần không cháy được tạo thành tro, xỉ. Phương pháp này khá phổ biến trên thế giới hiện nay để xử lý chất thải rắn nói chung và đặc biệt là đối với chất thải nguy hại công nghiệp, chất thải nguy hại y tế nói riêng.
Xử lý chất thải bằng phương pháp thiêu đốt có ý nghĩa quan trọng là làm giảm thể tích tới mức nhỏ nhất cho khâu xử lý cuối cùng là đóng rắn hoặc tái sử dụng tro, xỉ.
3.1.1. Phạm vi ứng dụng
Phương pháp thiêu đốt thường được áp dụng cho các loại chất thải như sau:
– Chất thải độc hại về mặt sinh học;
– Chất thải không phân hủy sinh học;
– Chất thải có thể bốc hơi và do đó dễ phân tán;
– Chất thải có thể đốt cháy với nhiệt độ dưới 400oC;
– Chất thải dung môi;
– Dầu thải, nhũ tương dầu và hỗn hợp dầu,
– Nhựa, cao su và mủ cao su,
– Chất thải rắn bị nhiễm khuẩn bởi các hóa chất độc hại.
3.1.2. Ưu điểm, nhược điểm của phương pháp thiêu đốt chất thải
Ưu điểm:
– Khả năng tận dụng nhiệt cho lò hơi, lò sưởi hoặc các lò công nghiệp và phát điện;
– Xử lý được toàn bộ chất thải rắn mà không cần nhiều diện tích đất sử dụng làm bãi chôn lấp rác;
– Xử lý triệt để thành phần ô nhiễm, giảm tối đa thể tích;
– Chất thải được biến thành những chất trung gian có giá trị, có thể sử dụng để biến thành những vật liệu tái chế hoặc thu hồi năng lượng;
– Loại bỏ được nhiều chất độc hại;
Nhược điểm:
– Chi phí đầu tư và bảo trì cao so với các phương pháp khác;
– Khi vận hành đòi hỏi rác có nhiệt trị cao;
– Tác động thứ cấp tới môi trường do khí phát thải và phải xử lý tro sau khi đốt;
– Có thể gặp khó khăn khi có sự thay đổi về thành phần chất thải.
3.2. XỬ LÝ KHÍ THẢI CỦA QUÁ TRÌNH THIÊU ĐỐT
3.2.1. Cơ chế hình thành khí thải của quá trình thiêu đốt chất thải
Khi quá trình đốt được tiến hành, các thành phần độc hại bị phá vỡ các liên kết hóa học bởi nhiệt độ, giảm thiểu hay loại bỏ hoàn toàn độc tính. Ở giai đoạn đầu sẽ xảy ra quá trình sấy, bốc hơi nước. Tiếp theo là giai đoạn khí hóa và cháy chất thải. Về bản chất đây là phản ứng cháy của các nguyên tố hóa học: cacbon, hydro, lưu huỳnh, nitơ…
Trong quá trình thiêu đốt, các phản ứng cháy được mô tả như sau:
Phương trình cháy hoàn toàn cacbon, khi cung cấp đủ ôxy:
C + O2® CO2 + Q1
Phương trình cháy không hoàn toàn cacbon, khi thiếu ôxy:
C + O2® CO + Q2
Phương trình cháy hydro:
H2 + O2® H2O + Q3
Phương trình cháy lưu huỳnh:
S + O2® SO2 + Q4
Tổng hợp lại ta có phương trình cháy chất thải rắn như sau:
CTR + O2® CO + CO2 + H2O + SOx + NOx + HCl + HF(C, H,O, S, N, Cl, F)
Các khí thải độc hại được tạo thành bao gồm: SOx, NOx, HCl, HF, dioxin, furan…
Phản ứng tạo thành dioxin và furan: dioxin và furan là các hợp chất rất độc được hình thành trong quá trình đốt rác. Các chất hữu cơ mạch vòng có chứa Clo, thường có trong các thành phần nhựa PVC, các loại hóa chất tẩy rửa… Ngày nay, để hạn chế hình thành dioxin, furan người ta phải hạn chế sử dụng các sản phẩm nhựa có chứa Clo. Để phân hủy dioxin, furan tạo thành trong quá trình thiêu đốt, khí thải phải được xử lý ở nhiệt độ cao từ 900 – 1200oC, với thời gian lưu lớn hơn 2 giây.
3.2.2. Xử lý khí thải của quá trình thiêu đốt
Sản phẩm của quá trình thiêu đốt bao gồm tro, xỉ và khí thải. Việc xử lý khí thải của quá trình thiêu đốt đóng vai trò rất quan trọng. Thành phần khí thải rất phức tạp tùy thuộc vào thành phần chất thải đưa vào lò đốt. Tuy nhiên, trong thành phần khí thải thường bao gồm: tro bay, các khí mang tính axit, hơi kim loại như thủy ngân, chì…
Việc xử lý khí thải của các lò đốt chất thải rắn thường được tiến hành theo các phương pháp sau:
– Phương pháp cơ học: lọc tay áo, cyclone (loại tro bụi, kim loại nặng).
– Phương pháp hóa lý:
Hấp thụ, trung hoà bằng dung dịch kiềm:
CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O
SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O
SO3 + 2NaOH = Na2SO4 + H2O
HCl + NaOH = NaCl + H2O
2HF + NaOH = NaHF2 + H2O
2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O
Hấp phụ, trung hoà bằng kiềm rắn
Hấp phụ bằng than hoạt tính
Thiêu hủy có xúc tác: xúc tác bằng ôxít kim loại NiO- MoO3 ở 600 – 800oC, hoặc đất hiếm, kim loại hiếm như Cu, Mn, Cr, Ni ở 250 – 300oC.
Làm lạnh nhanh khói thải xuống dưới 300oC tránh tái sinh dioxin.
Các điều kiện để tiến hành phương pháp thiêu đốt chất thải rắn:
Nhiệt độ: nhiệt độ đủ cao để thực hiện các phản ứng (³ 900oC).
Thời gian lưu: các chất tham gia phản ứng được tiếp xúc tốt trong buồng đốt thứ cấp với thời gian đủ để tiến hành phản ứng (từ 1 đến vài giây) ở nhiệt độ cao.
Chế độ chảy rối: cần thiết để đảm bảo trộn lẫn tốt giữa các chất tham gia phản ứng và sự đồng đều nhiệt độ trong buồng đốt.
3.3. MỘT SỐ KỸ THUẬT THIÊU ĐỐT RÁC THẢI
3.3.1. Kỹ thuật đốt thủ công dạng hở
Kỹ thuật thiêu đốt rác thải dạng hở được sử dụng từ trước năm 1955. Chất thải được đổ đống trên mặt đất rồi đốt, không có các thiết bị hỗ trợ. Hạn chế của phương pháp này là không an toàn, đốt không triệt để, tạo ra khói thải gây ô nhiễm môi trường.
Bảng 3.1. Một số loại lò thiêu đốt rác trên thế giới
| Tên lò | Nước sản xuất | Thời gian làm trong ngày (h) | Công suất
tấn/ngày |
Loại lò |
| Lò công suất lớn | ||||
| Delmonego 500
DB 500 SB 325 SA V 700 BMW 600 |
Italia
Italia Pháp Nhật Malaixia |
24
24 24 24 8 |
12
12 7,8 15 5 |
Lò quay
Lò tĩnh Lò tĩnh Lò tĩnh Lò tĩnh |
| Lò công suất nhỏ | ||||
| GG 14 BS 31
SH 220 HOS 8000 |
Thụy sỹ
Pháp Nhật |
10
14 24 |
2,2
2,6 0,13 |
Lò tĩnh
Lò tĩnh Lò tĩnh |
3.3.2. Kỹ thuật đốt nhiều cấp (nhiều buồng đốt)
Chất thải được đốt triệt để, khí thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn quy định. Chất thải được đốt trong nhiều buồng đốt: sơ cấp và thứ cấp. Tùy theo điều kiện sử dụng và khả năng của địa phương mà lựa chọn quy mô thích hợp.
Lò đốt chất thải nhiều cấp còn được gọi là lò đốt nhiệt phân. Chất thải được đưa vào buồng đốt sơ cấp và đốt ở nhiệt độ 350 – 600oC. Lượng không khí cấp vào từ
70 – 80% lượng không khí lý thuyết. Khí thải sinh ra từ phản ứng cháy và hơi nước được dẫn đến buồng thứ cấp và đốt tiếp ở nhiệt độ 1100 – 1300oC. Lượng không khí cấp vào từ 110 – 120% lượng không khí lý thuyết. Khí thải được dẫn qua thiết bị xử lý khí thải trước khi thải vào môi trường.
Trong buồng đốt sơ cấp lượng không khí V, chỉ được cấp bằng 70 – 80% lượng không khí cần thiết Vo (theo tính toán lý thuyết). Nhiệt độ lò đốt kiểm soát từ
350 – 600oC, giai đoạn cuối cùng có thể nâng nhiệt độ cao hơn để đốt cháy hoàn toàn các chất hữu cơ còn lại trong tro. Khí thải sinh ra từ các phản ứng cháy gồm có hỗn hợp các khí cháy (khí gas) và hơi nước sẽ được dẫn lên buồng thứ cấp và khí gas sẽ được đốt tiếp trong buồng thứ cấp.
Ở buồng thứ cấp lượng không khí được cung cấp dư để cháy hoàn toàn (thường vượt 110 – 130%) lượng không khí cần thiết. Khí thải tiếp tục được làm sạch (khử bụi, trung hòa các thành phần khí thải có tính axít…) bằng các thiết bị xử lý trước khi thải ra môi trường.Nhiệt độ làm việc ở buồng thứ cấp trên thường lớn hơn 1.000oC.
3.4.3. Kỹ thuật đốt trong lò quay
Lò đốt thùng quay là loại lò đốt chất thải tiên tiến có nhiều ưu điểm bởi quá trình đảo trộn chất thải tốt, đạt hiệu quả cao được sử dụng phổ biến ở các nước phát triển. Lò gồm hai buồng đốt: sơ cấp và thứ cấp.
Buồng đốt sơ cấp:
Là một tầng quay với tốc độ điều chỉnh được, có nhiệm vụ đảo trộn chất thải rắn trong quá trình cháy. Lò đốt được đặt hơi dốc với độ nghiêng từ (1-5)/100, nhằm tăng thời gian cháy của chất thải và vận chuyển tự động tro ra khỏi lò đốt. Phần đầu của lò đốt có lắp một béc phun dầu hoặc gas kèm quạt cung cấp cho quá trình đốt nhiên liệu nhằm đốt nóng cho hệ thống lò đốt. Khi nhiệt độ lò đạt trên 800oC, thì chất thải rắn mới được đưa vào để đốt. Giai đoạn đốt sơ cấp, nhiệt độ lò quay khống chế từ 800 – 900oC, nếu chất thải cháy tạo đủ năng lượng giữ nhiệt độ này thì bộ đốt phun dầu, gas tự động ngắt. Khi nhiệt độ thấp hơn 800oC thì bộ đốt tự động làm việc trở lại.
Buồng đốt thứ cấp (buồng đốt phụ):
Đây là buồng đốt tĩnh, nhằm để đốt các sản phẩm bay hơi, chưa cháy hết bay lên từ lò sơ cấp.Nhiệt độ ở đây thường từ 950 – 1100oC. Thời gian lưu của khí thải qua buồng thứ cấp từ 1,5 – 2 giây. Hàm lượng ôxy dư tối thiểu cho quá trình cháy là 6%.Có các tấm hướng để khí thải vừa được thổi qua vùng lửa cháy của bộ phận đốt phun dầu vừa được xáo trộn mãnh liệt để cháy triệt để. Khí thải sau đó được làm nguội và qua hệ thống xử lý trước khi qua ống khói thải ra môi trường.
3.4.5. Kỹ thuật đốt trong lò đốt tầng sôi
Lò đốt tầng sôi là loại lò đốt tĩnh được lát một lớp gạch chịu lửa bên trong để làm việc với nhiệt độ cao, có đặc điểm là luôn chứa một lớp cát dày khoảng 40cm – 50cm. Lớp cát này có tác dụng: nhận và giữ nhiệt cho lò đốt, bổ sung nhiệt cho chất thải ướt. Được gió thổi tung lên, xé tơi và xáo trộn chất thải rắn giúp quá trình cháy xảy ra dễ dàng hơn.
Chất thải lỏng khi bơm vào lò sẽ dính bám lên mặt các hạt cát nóng đang bị xáo động nên sẽ bị đốt cháy, nước sẽ bị bay hơi hết.
Quá trình đốt tầng sôi: Gió thổi mạnh vào dưới lớp vỉ đỡ có lỗ nên gió sẽ phân bố đều dưới đáy tháp làm lớp đệm cát cùng các phế liệu rắn, nhão đều được thổi tơi, tạo điều kiện cháy triệt để. Khoang phía dưới tháp (trên vỉ phân bố gió), là khu vực cháy sơ cấp nhiệt độ buồng đốt từ 850-920oC, còn khoang phía trên phình to hơn là khu vực cháy thứ cấp có nhiệt độ cháy cao hơn (990-1100oC) để đốt cháy hoàn toàn chất thải. Trong tháp sôi cần duy trì một lượng cát nhất định tạo một lớp đệm giữ nhiệt ổn định và hỗ trợ cho quá trình sôi của lớp chất thải đưa vào đốt. Khí thải sau đó được làm nguội và qua hệ thống trước khi qua ống khói thải ra môi trường.
Nguồn: Trịnh Văn Tuyên, Văn Hữu Tập, Vũ Thị Mai, Giáo trình xử lý chất thải rắn và chất thải nguy hại, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2014.
Leave a Reply