Bài giảng công nghệ môi trường

tục cùng nước thải. Bể lắng cát Hạt cát và các hạt vô cơ không tan. Chất nổi. Thành phần vô cơ, dễ lắng. Tại các bể lắng cát thường bị bỏ qua công trình thu chất nổi. Bể lắng đợt 1 Cặn rắn Chất nổi Thành phần hữu cơ không tan, độ ẩm 93 - 95%. Thành phần và tính chất phụ thuộc vào loại hệ thống mạng lưới thoát nước (riêng/chung). Mức độ tham gia của nước thải công nghiệp vào hệ thống. Bể aeroten Bông bùn hoạt tính dạng lơ lửng được hình thành từ quá trình chuyển hoá BOD khi thổi khí vào bể. Thành phần vi sinh vật hiếu khí, độ ẩm > 99%. Bùn được lặng lại tại bể lắng đợt 2. Yêu cầu phải giảm độ ẩm trước khi xử lý bùn. Bể lọc sinh học Màng vi sinh vật được hình thành từ quá trình chuyển hoá BOD trên bề mặt vật liệu lọc. Thành phần vi sinh vật hiếu khí, độ ẩm > 99%. Màng được lặng lại tại bể lắng đợt 2. Bể lắng đợt 2 Bông bùn hoạt tính từ bể aeroten. Màng vi sinh vật từ bể lọc sinh học. Chất nổi Thành phần vi sinh vật hiếu khí, độ ẩm > 99%. Thành phần vi sinh vật hiếu khí, độ ẩm > 96%. Bọt khí + Các chất hữu cơ. Cặn từ công trình xử lý hoá học Cặn rắn Chứa các thành phần háo học như sắt, hợp chất crôm, chì, ôxit nhôm. Cặn từ bể metan Cặn đã phân huỷ Hàm lượng chất dinh dưỡng cao cho cây trồng. Bùn, cặn từ trạm xử lý nước thải có thể được khử nước trong điều kiện tự nhiên như sân phơi bùn, nền đất, hồ chứa. Sau khi được khử nước, bùn cặn có thể được trộn lẫn với chất thải rắn để tiếp tục được xử lý theo các phương thức: Đốt để giảm dung tích Tạo các sản phẩm phụ có khả năng tận thu Tạo hỗn hợp ủ sinh học Chôn lấp cùng với đất Bùn, cặn từ trạm xử lý nước thải cũng có thể được khử trong điều kiện nhân tạo như khử nước bằng các thiết bị làm khô cặn cơ học, nhiệt, quay ly tâm, lọc chân không hoặc lọc áp lực... Việc chọn thiết bị sấy được dựa trên các cơ sở sau: Căn cứ vào vật liệu cần sấy khô và phương pháp nạp xả ra khỏi thiết bị sấy. Căn cứ vào đặc tính sấy khô của vật liệu: độ ẩm ban đầu, loại ẩm (ẩm này có tính chất bề mặt hay ẩm hấp thụ). Phải chú ý đặc tính của sản phẩm sau khi sấy. Cần chú ý nhiệt độ vận hành của thiết bị sấy: nhu cầu năng lượng, bảo dưỡng thiết bị. Căn cứ vào đặc điểm khu trạm nhà xưởng như không gian, chiều cao, thiết bị phục vụ cho quá trình sấy. Quá trình sấy có thể gây ra tiếng ồn, khí thải trong quá trình sấy có thể gây ra ô nhiễm môi trường. Bảng 10.5a. Thành phần hoá học của các loại bùn cặn Theo % trọng lượng khô (% TS) Loại bùn/cặn Chất hữu cơ Nitơ Phốt pho Kali Chất béo Xenlulo Các chất khác Hydrat carbon Cặn bể lắng đợt 1 72 - 90 2,4 - 3,3 0,6 - 1,7 0,20 14 - 17 - 33 13 - 25 Bùn từ bể lắng đợt 2 65 - 75 5,0 - 6,0 3,09 - 5,97 - - - - Bể Biophin 65 - 75 3,4 2,30 0,3 - 0,4 2,60 - - - - Bể aeroten 56 - 77 3,0 - 3,4 2,1 - 2,4 - 9 - 13 25 28 - 35 11 - 27 Cặn từ bể metan Bảng 10.5b. Tính chất vật lý của các loại bùn cặn từ các công nghệ xử lý nước thải khác nhau Quá trình xử lý Nồng độ chất rắn (% trọng lượng khô) Tỷ trọng của chất khô (Kg/10m3) Khoảng giá trị Trung bình Khoảng giá trị Trung bình Từ lắng đợt 1 (lắng sơ bộ) Lắng đợt 2 Sau aeroten (+ lắng 1) Sau aeroten (- lắng 1) Bể lọc sinh học Sau aeroten thổi khí kéo dài Có hoá chất vôi bổ xung ở bể lắng đợt 1 để khử photpho: Nồng độ vôi thấp (350 - 500mg/l) Nồng độ vôi cao (800 - 1.600mg/l) Chất nổi Cặn chín từ bể metan 10.3. XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG CÔNG NGHỆ ÉP KIỆN Kim loại Thuỷ tinh Rác thải Phễu nạp rác Băng tải rác Phân loại Giấy Nhựa Các khối kiện sau khi ép Băng tải thải vật liệu Máy ép rác Hình 10 - 4: Công nghệ xử lý rác thải bằng phương pháp ép kiện Phương pháp ép kiện được thực hiện trên cơ sở toàn bộ rác thải tập chung thu gom vào nhà máy. Rác được phân loại bằng phương pháp thủ công trên băng tải, các chất trơ và các chất có thể tận dụng được như: kim loại, nilon, giấy, thuỷ tinh, plastic... được thu hồi để tái chế. Những chất còn lại sẽ được băng tải chuyền qua hệ thống ép nén rác bằng thuỷ lực với mục đích làm giảm tối đa thể tích khối rác và tạo thành các kiện với tỷ số nén rất cao. Các kiện rác đã ép nén này được sử dụng vào việc đắp các bờ chắn hoặc san lấp những vùng đất trũng sau khi được phủ lên các lớp đất cát. Trên diện tích này, có thể dùng làm mặt bằng để xây dựng công viên, vườn hoa, các công trình xây dựng nhỏ và mục đích chính là giảm tối đa mặt bằng khu vực xử lý rác. 10.4. PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH CHẤT THẢI RẮN BẰNG CÔNG NGHỆ HYDROMEX Đây là một công nghệ mới, lần đầu tiên được áp dụng ở Hawai Hoa Kỳ (2-1996). Công nghệ Hydromex nhằm xử lý rác thải đô thị (cả rác thải độc hại) thành các sản phẩm phục vụ xây dựng, làm vật liệu, năng lượng và sản phẩm nông nghiệp hữu ích. Bản chất của công nghệ Hydromex là nghiền nhỏ rác sau đó polime hoá và sử dụng áp lực lớn để ép nén, định hình các sản phẩm. Quy trình công nghệ như sau: Rác thải phải được thu gom (rác hỗn hợp, kể cả rác cồng kềnh) chuyển v nhà máy, rác thải không cần phân loại được đưa vào máy cắt và nghiền nhỏ, sau đó chuyển đến các thiết bị trộn bằng băng tải. Chất thải lỏng được pha trộn trong bồn phản ứng, các phản ứng trung hoà và khử độc xảy ra trong bồn. Sau đó chất thải lỏng từ bồn phản ứng được bơm vào các thiếtn bị trộn; chất lỏng và rác thải kết dính với nhau hơn sau khi thành phần polime được cho thêm vào. Sản phẩm ở dạng bột ướt chuyển đến một máy ép khuôn và cho ra sản phẩm mới. Các sản phẩm này bền, an toàn về mặt môi trường, không độc hại. Công nghệ của Hydromex có những ưu, nhược điểm sau: - Công nghệ tương đối đơn giản, chi phí đầu tư không lớn. - Xử lý được cả chất thải rắn và lỏng. - Trạm xử lý có thể di chuyển hoặc cố định. - Rác sau khi xử lý là bán thành phẩm hoặc là sản phẩm đem lại lợi ích kinh tế. - Tăng cường khả năng tái chế tận dụng lại chất thải, tiết kiệm diện tích đất làm bãi chôn lấp. Tuy nhiên đây là một công nghệ xử lý rác chưa được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Công nghệ Hydromex mới được đưa vào sử dụng đầu tiên vào tháng 2 - 1996 ở Southgate California nên chưa thể đánh giá hết được ưu khuyết điểm của công nghệ này. Các sản phẩm của Hydromex mới ở dạng trình diễn. Ngoài các phương pháp trên còn một số các phương pháp xử lý rác khác như: phương pháp bốc hơi, phương pháp nhiệt phân... 10.5. XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ SINH HỌC 10.5.1. Khái niệm Ủ sinh học (compost) có thể được coi như là quá trình ổn định sinh hoá các chất hữu cơ để thành chất mùn, với thao tác sản xuất và kiểm soát một cách khoa học tạo môi trường tối ưu đối với quá trình. Quá trình ủ hữu cơ từ rác hữu cơ là một phương pháp truyền thống, được áp dụng phổ biến ở các quốc gia đang phát triển và ở Việt Nam. Phương pháp này được áp dụng rất có hiệu quả. Những đống lá hoặc đống phân có thể để hàng năm và thành chất thải hữu cơ rồi thành phân ủ ổn định, nhưng quá trình có thể tăng nhanh trong vòng một tuần hoặc ít hơn. Quá trình ủ coi như một quá trình xử lý - tốt hơn được hiểu và so sánh với quá trình lên men yếm khí bùn hoặc quá trình hoạt hoá bùn. Theo tính toán của nhiều tác giả, quá trình ủ có thể tạo ra thu nhập gấp 5 lần so với khi bán khí metan của bể metan với cùng một loại bùn đó và thời gian rút ngắn lại một nửa. Sản phẩm cuối cùng thu được không có mùi, không chứa vi sinh vật gây bệnh và hạt cỏ. Để đạt mức độ ổn định như lên men, việc ủ đòi hỏi một phần nhỏ năng lượng để tăng cao dòng không khí qua các lỗ xốp, ẩm của khối coi như một máy nén thổi khí qua các tấm xốp phân tán khí trong bể aeroten - bùn hoạt tính. Trong quá trình ủ, oxy sẽ được hấp thụ hàng trăm lần và hơn nữa so với ở bể aerten. Quá trình ủ được áp dụng đối với chất hữu cơ không độc hại, lúc đầu là khử nước, sau là xử lý cho tới khi nó thành xốp và ẩm. Độ ẩm và nhiệt độ được kiểm tra để giữ cho vật liệu luôn luôn ở trạng thái hiếu khí trong suốt thời gian ủ. Quá trình tự tạo ra nhiệt riêng nhờ quá trình oxy hoá sinh hoá các chất thối rữa. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân huỷ CO2, nước và các hợp chất hữu cơ bền vững như Lignin, xenlulo, sợi. 10.5.2. Công nghệ ủ sinh học theo các đống Hình 10 - 5: Sơ đồ các đống ủ sinh học xử lý rác thải hữu cơ Công nghệ ủ đống thực chất là một quá trình phân giải phức tạp gluxit, lipit và protein với sự tham gia của các sinh vật hiếu khí và kỵ khí. Các điều kiện pH, độ ẩm, thoáng khí (đối với vi khuẩn hiếu khí) càng tối ưu, vi sinh vật càng hoạt động mạnh và quá trình ủ phân càng kết thúc nhanh. Tuỳ theo công nghệ mà vi khuẩn kỵ khí hoặc vi khuẩn hiếu khí sẽ chiếm ưu thế. Công nghệ ủ đống có thể là ủ tĩnh thoáng khí cưỡng bức, ủ luống có đảo định kỳ hoặc vừa thổi khí vừa đảo. Cũng có thể ủ dưới hố như kiểu ủ chua thức ăn, chăn nuôi hay ủ trong hầm kín thu khí metan. 10.5.3. Công nghệ ủ sinh học theo quy mô công nghiệp Quá trình ủ (compost) quy mô công nghiệp được trình bày ở sơ đồ dưới. Rác tươi được chuyển về nhà máy, sau đó được chuyển vào bộ phận nạp rác và được phân loại thành phần của rác trên hệ thống băng tải (tách các chất hữu cơ dễ phân huỷ, chất vô cơ, chất tái sử dụng) phần còn lại là phần hữu cơ phân huỷ được qua máy nghiền rác và được băng tải chuyển đến khu vực trộn phân bắc để giữ độ ẩm. Máy xúc đưa vật liệu này vào các ngăn ủ, quá trình lên men làm tăng nhiệt độ lên 65 - 700C sẽ tiêu diệt các mầm bệnh và làm cho rác hoại mục. Quá trình này được thúc đẩy nhờ quạt gió cưỡng bức. Thời gian ủ là 21 ngày, rác được đưa vào ủ chín trong thời gian 28 ngày. Sau đó sàng để thu lấy phần lọt qua sàng mà trong đó các chất trơ phải tách ra nhờ bộ phận tỷ trọng. Cuối cùng ta thu được phân hữu cơ tinh có thể bán ngay hoặc phối trộn thêm với các thành phần cần thiết và đóng bao. Hình 10 - 6: Quy trình công nghệ ủ sinh học quy mô công nghiệp Nếu thị trường có nhu cầu phân hữu cơ cao cấp, phân hữu cơ cơ bản sẽ được trộn với thành phần dinh dưỡng N, P, K và một số nguyên tố hoá học vi lượng hoặc một số phụ gia kích thích sinh trưởng. Giải pháp xử lý rác thải sinh hoạt bằng phương pháp lên men hiếu khí để sản xuất phân bón hữu cơ tổng hợp là phương pháp có nhiều ưu điểm nhất vì: - Loại trừ được 50% lượng rác sinh hoạt bao gồm các chất hữu cơ là thành phần gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí. - Sử dụng lại được 50% các chất hữu cơ có trong thành phần rác thải để chế biến làm phân bón phục vụ nông nghiệp theo hướng cân bằng sinh thái. Hạn chế việc nhập khẩu phân hoá học để bảo vệ đất đai. - Tiết kiệm đất sử dụng làm bãi chôn lấp, tăng khả năng chống ô nhiễm môi trường. Cải thiện điều kiện sống của cộng đồng. - Vận hành đơn giản, bảo trì dễ dàng. Dễ kiểm soát chất lượng sản phẩm. - Giá thành tương đối thấp, có thể chấp nhận được. - Phân loại rác thải, sử dụng được các chất có thể tái chế như (kim loại màu, sắt thép, thuỷ tinh, nhựa, giấy, bìa...) phục vụ cho công nghiệp. Hình 10 - 7: Sơ đồ công nghệ và ủ sinh học quy mô công nghiệp (bên trong nhà máy) Trong quá trình chuyển hoá, nước rác sẽ chảy ra, nước này sẽ được thu lại bằng một hệ thống rãnh xung quanh khu vực để đưa về một bể đặt ở cuối khu ủ rác. Tại đây nước rác sẽ được bơm tưới vào rác ủ để bổ sung độ ẩm. Nhược điểm: - Mức độ tự động của công nghệ chưa cao. - Việc phân loại chất thải vẫn phải thực hiện bằng phương pháp thủ công nên dễ gây ảnh hưởng đến sức khoẻ. - Nạp liệu thủ công, năng suất kém. - Phần tinh chế chất lượng kém do tự trang, tự chế. - Phần pha trộn và đóng bao thủ công, chất lượng không đều. 10.6. XỬ LÝ RÁC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT Đốt rác là giai đoạn xử lý cuối cùng được áp dụng cho một số loại rác nhất định không thể xử lý bằng các biện pháp khác. Đây là một giai đoạn ôxy hoá nhiệt độ cao với sự có mặt của ôxy trong không khí, trong đó có loại rác độc hại được chuyển hoá thành khí và các chất thải rắn không cháy. Các chất khí được làm sạch hoặc không được làm sạch thoát ra ngoài không khí, chất thải rắn được chôn lấp. Phương pháp đốt rác được sử dụng rộng rãi ở những nước như Đức, Hà Lan, Đan Mạch, Nhật Bản, đó là những nước có số lượng đất cho các khu thải rác bị hạn chế. Đặc điểm chung chất thải rắn đô thị của những nước này là có năng suất toả nhiệt khá cao (điển hình hơn 9000kJ/kg), phát sinh từ giấy, các loại chất dẻo và thành phần các chất dễ bắt lửa khác, một số thành phần có độ ẩm thấp (gần 35%) và một phần các nguyên liệu trơ (như gạch đá vụn, đất) và nhiều vật liệu không bắt cháy khác. 10.6. XỬ LÝ RÁC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT Đốt rác là giai đoạn xử lý cuối cùng được áp dụng cho một số loại rác nhất định không thể xử lý bằng các biện pháp khác. Đây là một giai đoạn ôxy hoá nhiệt độ cao với sự có mặt của ôxy trong không khí, trong đó có loại rác độc hại được chuyển hoá thành khí và các chất thải rắn không cháy. Các chất khí được làm sạch hoặc không được làm sạch thoát ra ngoài không khí, chất thải rắn được chôn lấp. Phương pháp đốt rác được sử dụng rộng rãi ở những nước như Đức, Hà Lan, Đan Mạch, Nhật Bản, đó là những nước có số lượng đất cho các khu thải rác bị hạn chế. Đặc điểm chung chất thải rắn đô thị của những nước này là có năng suất toả nhiệt khá cao (điển hình hơn 9000kJ/kg), phát sinh từ giấy, các loại chất dẻo và thành phần các chất dễ bắt lửa khác, một số thành phần có độ ẩm thấp (gần 35%) và một phần các nguyên liệu trơ (như gạch đá vụn, đất) và nhiều vật liệu không bắt cháy khác. Xử lý rác bằng phương pháp đốt có ý nghĩa quan trọng là làm giảm tới mức tối đa chất thải cho khâu xử lý cuối cùng, nếu sử dụng công nghệ tiên tiến còn có ý nghĩa cao bảo vệ môi trường. Đây là phương pháp xử lý rác tốn kém so với phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh thì chi phí để đốt 1 tấn rác cao hơn khoảng 10 lần. Công nghệ đốt rác thường sử dụng ở các quốc gia phát triển vì phải có một nền kinh tế đủ mạnh để bao cấp cho việc thu đốt rác sinh hoạt như là một dịch vụ phúc lợi xã hội và dễ sinh khí độc nếu giải quyết việc xử lý khói không tốt (phần xử lý khói là phần đắt nhất trong công nghệ đốt rác). Năng lượng phát sinh có thể tận dụng cho các lò hơi, lò sưởi hoặc các công nghệ cần nhiệt và phát điện. Mỗi lò đốt phải được trang bị một hệ thống xử lý khí thải rất tốn kém, nhằm khống chế ô nhiễm không khí do quá trình đốt có thể gây ra. Hiện nay, ở các nước châu Âu có xu hướng giảm việc đốt rác thải vì hàng loạt vấn đề kinh tế cũng như môi trường cần phải xem xét và thường phải xem và thường áp dụng để xử lý rác độc hại như rác bệnh viện và công nghiệp, vì các phương pháp xử lý khác không giải quyết triệt để được. Công nghệ đốt chất thải rắn được trình bày ở hình 10.1. Công nghệ đốt có những ưu điểm: - Xử lý triệt để các chỉ tiêu ô nhiễm của chất thải đô thị. - Công nghệ này cho phép xử lý được toàn bộ chất thải đô thị mà không cần nhiều diện tích đất sử dụng làm bãi chôn lấp rác. Hình 10.8a. Sơ đồ công nghệ đốt chất thải rắn quy mô công nghiệp Nhược điểm của phương pháp này là: - Vận hành dây chuyển phức tạp, đòi hỏi năng lực kỹ thuật và tay nghề cao. - Giá thành đầu tư lớn, chi phí tiêu hao năng lượng và chi phí xử lý cao. Các nước có thu nhập cao đã phát triển công nghệ đốt rác đến một mức độ hoạt động và bảo trì khá tinh vi. Khí thải là một mối tiềm năng gây ô nhiễm đã được giảm đến mức tối thiểu nhờ ứng dụng các công nghệ kiểm soát tinh vi và đắt. Có hai phương pháp chính trong việc đốt chất thải rắn đô thị: - Đốt cháy cả đống là một lựa chọn tương đối đơn giản. Rác thải thường được đưa vào một lò đốt chuyển động với tốc độ chậm bên trong khoang đốt, với việc thải khí qua ống dẫn chạy qua một tuốc bin (để sản xuất điện) rồi qua các bộ phận làm giảm bớt ô nhiễm không khí (để huỷ bụi và các chất gây ô nhiễm), cuối cùng là đi qua ống khói và bay vào khí quyển. Thông thường những nguyên liệu duy nhất phải lấy khỏi dòng chất thải trước khi được tiêu huỷ là các chất thải cồng kềnh hoặc các chất thải có khả năng gây độc hại. - Tốt tầng chất lỏng bao gồm việc chất thải đô thị trước khi xử lý được đưa vào thùng sắt chịu nhiệt hình trụ, trong đó đổ đầy một lớp các chất đã được hoá "lỏng" nhờ khí nén ở mức cao gồm các chất trơ như cát, silic, đá vôi và các vật liệu gốm. Mặc dù ít được sử dụng rộng rãi trên thế giới nhưng biện pháp này đã được chứng minh là hoạt động rất linh hoạt, được nhiều nhà máy áp dụng để xử lý những nguồn rác thải có nhiều giá trị năng suất toả nhiệt khác nhau. Tuy nhiên, khác với công nghệ đốt cả đống, chất thải rắn đô thị thô cần phải qua xử lý sơ bộ trước đó để phân ra thành từng lô có cùng kích cỡ rồi mới chuyển vào trong lò đốt. Các loại lò đốt rác thải: Những thiết bị đốt chuyên dụng thường có những thành phần sau: - Bộ phận chất thải và bảo quản chất thải. - Bộ phận nghiền và phối trộn chất thải. - Bộ phận cấp chất thải, chất lỏng, bùn và chất rắn. - Buồng đốt sơ cấp. - Buồng đốt thứ cấp. - Thiết bị làm nguội khí hay nồi hơi chạy bằng nhiệt dư để giảm nhiệt độ. - Hệ thống rửa khí. - Quạt hút để hút khí và không khí vào lò khi duy trì áp suất âm. - Ống khói. Những dạng lò đốt khác nhau thay đổi chủ yếu về buồng đốt sơ cấp, thông thường nhất là dạng lò quay, và dạng của hệ thống xử lý khí được sử dụng. Sơ đồ cấu tạo của lò đốt nhỏ (do hãng MACROBURN - Nhật Bản chế tạo) được thể hiện ở hình 10.9. Buồng đốt lò quay rất cơ động, những loại lò đốt sơ cấp khác là lò cố định (chủ yếu dùng cho đốt các chất thải rắn, chủ yếu là chất thải bệnh viện), lò bơm chất lỏng (được thiết kế chỉ cho chất thải lỏng và bùn mụn) và loại lò tầng sôi. Có hai dạng hệ thống rửa khí được sử dụng phổ biến là rửa khô và rửa ướt. Trong hệ thống rửa khô, bùn vôi được bơm vào luồng khí lò nóng. Hơi nước sẽ bay đi, còn lại những hạt vôi sẽ hấp thụ và trung hoà các khí axit. Vôi sẽ được thu vào những túi lọc lớn mà ở đây chỉ có khí lò đi qua được, đồng thời tiếp tục quá trình trung hoà khí axit và tách hạt rắn. Trong hệ thống rửa khí ướt, dung dịch kiềm sẽ được phun vào khí axit. Hệ thống rửa khí thông thường được kết hợp giữa venturi và tháp phun. Hình 10 - 9: Sơ đồ cấu tạo của lò đốt nhỏ (MACRO Burn - Nhật Bản) Cơ chế của quá trình đốt Quá trình đốt trong các loại lò đốt đa vùng như kiểu MACRO Burn được diễn ra chủ yếu trong các buồng đốt sơ cấp và thứ cấp. Đốt tại buồng sơ cấp: Rác thải được nạp vào lò đốt qua cửa dưới ở phía trước buồng đốt sơ cấp, sau đó được gia nhiệt, quá trình bay hơi (nhiệt phân) dĩên ra. Sự bay hơi có thể được diễn ra tại nguồn. Quá trình bay hơi không yêu cầu oxy và có thể được thực hiện trong môi trường khí trơ. Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu quá trình bay hơi được thực hiện ngay trong tầng đố, nhiệt độ đốt tăng, tạo điều kiện cho quá trình bay hơi tăng nhanh. Ngược lại, nếu quá trình bay hơi quá nhanh, có thể làm chậm lại nhờ hạn chế tốc độ đốt. Điều cần lưu ý là không phải tất cả các chất dễ bay hơi có thể đốt được. Hơi nước có thể bốc hơi, than và cacbin đen được giữ lại. Buồng đốt sơ cấp được bố trí sao cho hơi từ đầu đốt, khí thoát ra do hiện tượng bay hơi, do thay đổi nhiệt độ và do chuyển động dạng xoáy ngang kết hợp vào với nahu tạo ra nhiệt và khí cung cấp ổn định cho buồng đốt và nhờ vậy điều khiển tốc độ cháy của lò đốt. Các đầu đốt được đặt trong buồng đốt sơ cấp và đảm nhận cả chức năng sơ cấp và thứ cấp. Sự chuyển nhiệt từ buồng đốt sơ cấp tới buồng đốt thứ cấp được điều chỉnh cố định, tuỳ thuộc vào điều kiện tối ưu. Đốt tại buồng đốt thứ cấp: Buồng đốt thứ cấp bao gồm bai buồng (buồng trộn và buồng đốt cuối cùng). Trong buồng đốt thứ cấp, chủ yếu là quá trình đốt cháy hoàn toàn luồng khí tạo thành từ buồng đốt sơ cấp. Luồng khí này ở dưới dạng các hạt mỏng chứa tỷ lệ phần trăm cacbon cao. Những hạt này có diện tích bề mặt lớn nếu tập trung thành đám. Lượng cacbon chứa trong hạt sẽ được đốt cháy hoàn toàn khi đi vào buồng trộn. Sau đó, khí thoát khỏi buồng trộn, qua cửa có màn chắn và vào buồng đốt cuối cùng. Vận tốc trong buồng đốt này đảm bảo đủ thời gian để đốt cháy hoàn toàn các thành phần. Phía trên buồng sơ cấp, cửa thông lửa và buồng trộn khí là những phần tạo hiệu ích trong buồng đốt thứ cấp. Không khí cung cấp cho nuồng đốt thứ cấp được sinh ra do áp lực âm của cửa thông gió ống khói. Dòng khí tại điểm thắt trong đường dẫn khí làm tăng tốc độ của khí. Hiện tượng này tạo nên hiệu ứng venturi vì lượng khí và vận tốc khí tăng lên lượng khí thứ cấp cũng tăng lên. Trong quá trình đốt, việc cung cấp khí và phân phối nhiệt bên trong lò được điều khiển tự động hoàn toàn thông qua việc thay đổi luồng khí và áp suất khí. Điều đó đảm bảo việc đốt cháy trong lò là hoàn toàn ổn định. Chính vì vậy lò đốt đảm bảo khử hết khói và tro bụi. Khí lò sinh ra bởi khí thải phải được duy trì lâu trong lò đốt đủ để cho quá trình cháy hoàn toàn (thường ít nhất là 4 giây), nhiệt độ phải đủ cao (thông thường cao hơn 10000C hay 11000C đối với chất PBC - Poly cholorinated biphenyl). Cuối cùng cần phải có một quá trình trộn lẫn tốt các khí. Ống khói được đặt trực tiếp phía trên lò, điều khiển hiệu quả luồng khí thoát ra. Ở cuối lòng lò, có bố trí các thanh ghi lò sàng tro bằng thuỷ lực. Nhờ sự trợ giúp của cời than bằng thủ công, tro được rơi xuống qua dãy thanh ghi lò vào hầm chứa tro đặt ở phía dưới. Chương 11 PHƯƠNG PHÁP TẬN DỤNG NHIỆT VÀ TIÊU HUỶ CHẤT THẢI LÀ CHẤT DẺO Thời gian gần đây, trong việc tận dụng và xử lý chất thải là chất dẻo thì phương pháp nhiệt được dùng nhiều hơn, đặc biệt nó được phát triển và phổ biến trong các trường hợp khi mà chất dẻo trong thực tế không sử dụng và không có thể tận dụng được bằng cách tái chế thành các sản phẩm hay dùng trong các việc khác. Các phương pháp này được sử dụng rộng rãi để xử lý rác thải thành phố mà lượng thải của nó hàng năm tăng lên một cách quá nhanh. Có thể chế biến phế thải thành những sản phẩm hữu ích do sử dụng phương pháp xử lý nhiệt. Ngày nay người ta đã chế biến nghiên cứu chế tạo ra các thiết bị dùng để xử lý chất dẻo tinh. Phương pháp xử lý nhiệt có thể chia thành hai nhóm: 1- Phá huỷ bằng nhiệt chất polime để nhận được các sản phẩm rắn, lỏng và khí. 2- Đốt để tạo ra sản phẩm khí và tro. Phá huỷ bằng nhiệt có thể chia ra: tách polime qua nhiệt ở nhiệt độ không cao lắm để tạo ra sản phẩm polime chính phân tử thấp và nhiệt phân ở nhiệt độ cao để được sản phẩm là chất lỏng và chất khí còn lại một lượng nhỏ chất rắn. Một số loại chất dẻo nhất định sẽ tạo ra một lượng lớn chất đơn phân ban đầu có thể sử dụng trong chu trình kín. 11.1. PHÂN HUỶ BẰNG NHIỆT VÀ NHIỆT PHÂN 11.1.1. Sản xuất sáp polietilen từ chất thải Trong quá trình phân huỷ chất thải bằng nhiệt ở nhiệt độ đến 5000C thì sẽ tạo ra một lượng lớn hydrocacbon trong dãy parafit có khối lượng phân tử 500 - 8000 và nhiệt độ nóng chảy 80 - 1200C. Quá trình phân huỷ thường thực hiện bằng thiết bị phân huỷ nhiệt và gồm các bước: đưa chất thải polietilen vào máy ép, cho nóng chảy và đưa vào máy phân huỷ nhiệt, phân huỷ chất thải, làm nguội sản phẩm trong thiết bị trao đổi nhiệt, tách sản phẩm phụ dễ bay hơi ra, lọc và trộn đều sản phẩm đã nóng chảy rồi lấy ra để làm thành sáp. Thay đổi nhiệt độ theo các vùng của máy ép và tần số quay của guồng xoáy sẽ cho phép điều chỉnh được khối lượng phân tử của sản phẩm. Như vậy sáp thu được có mức độ kết tinh cao và sẽ tạo ra độ rắn bề mặt cao. Tập hợp các tính chất này với nhiệt độ nóng chảy tương đối cao và độ nhớt nóng chảy thấp sẽ cho phép dùng sáp này để làm giấy nến, cáctông, vải và để tạo ra lớp phủ mỏng trên các tấm kim loại. Các chất sáp này bền vững trong môi trường hoá học: axeton, metanol, cloroform, trong dung dịch kiềm, axit axetic và axit clohydric đậm đặc. Mức độ kết tinh sáp phụ thuộc vào khối lượng phân tử và tính chất chất thải ban đầu, dao động trong phạm vi từ 40 - 70%. Sự khác nhau về tính chất sẽ tạo ra những tính chất đặc biệt của loại sáp khi sử dụng. Như vậy có loại sáp dùng để sản xuất ra các loại sáp chịu oxy hoá, dùng làm mực in, làm công nghiệp, để sản xuất ra giấy nến. Các sản phẩm phân huỷ nhiệt dễ oxy hoá bằng oxy không khí tạo ra sáp chịu oxy hoá được dùng trong sản xuất giấy photocopy, da nhân tạo. Dưới đây là một số đặc tính của sáp oxy hoá: Bảng 11.1. Đặc tính của sáp oxy hoá Thông số PVO - 30 PVO - 200 Độ nhớt nóng chảy ở nhiệt độ 1400C 25 - 46 150 - 250 Nhiệt độ nhỏ giọt ≤ 0C 100 110 Độ rắn, mm 3 0,5 Số axit, mg KOH/g 25 - 30 20 - 30 Ngoài ra, loại sáp chịu oxy hoá còn có khả năng phân tán để tạo ra chất nhũ tương dạng nước với lượng chất cặn rắn đến 30% khối lượng. Những chất nhũ tương như vậy được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt để sản xuất ra các loại sản phẩm cá biệt. Xử lý bằng nhũ tương làm cho vải có độ bền vững cao, đồng thời làm tăng độ bền của vải. 11.1.2. Nhiệt phân chất thải là chất dẻo Thời gian gần đây, đặc biệt là khi vấn đề năng lượng đang được chú ý nhiều thì chất thải là chất dẻo được xem như là nguyên liệu hoá dầu rắn. Điều đó liên quan tới khả năng các hợp chất cao phân tử ở nhiệt độ cao hơn 3000C sẽ bị phân huỷ phụ thuộc vào điều kiện phân tách và thành phần của các chất thải polime có hydrocacbon khác nhau: nhiệt liệu khí, keroxin, gazolin, dầu nhờn... Hàng loạt polime (polimetylmetacryl, plistirol và một số chất khác) sẽ phân tách thành các đơn phân ban đầu. Việc tái sinh metylmetacrylat từ chất thải polime được tổ chức ở phạm vi công nghiệp. Việc tách từng polime có đặc tính đặc biệt bằng nhiệt phải tính đến việc chọn chế độ và thiết bị của quá trình. Nhiệt phân các chất thải là các tấm polistirol. Quá trình này được nghiên cứu trong khoảng nhiệt độ khá rộng cũng như trong áp suất khí quyển và trong chân không. Nhiệt phân ở nhiệt độ thấp chất thải là các tấm polistirol ở áp suất trong môi trường nitơ khi nhiệt độ 3000C sẽ cho phép tách ra được 62% stirol từ lượng chất bay hơi. Tăng nhiệt độ nhiệt phân đến 700 - 8000C có thể tăng lượng ra của stirol đến 75 - 85%. Tại Nhật Bản còn có thể thu được lượng stirol thoát ra cao hơn nếu như trong quá trình nhiệt phân chất thải polistirol dùng chất xúc tác ở lớp sôi. Do kết quả phân huỷ chất thải polistirol và làm sạch sản phẩm tảo sẽ được stirol như stirol ban đầu và dùng để thêm vào nó trong quá trình sản xuất polistirol. Nghiên cứu nhiệt phân chất thải là các tấm chất dẻo cho thấy rằng ở nhiệt độ 400 - 5000C trong thời gian 4 - 4,5h thì sẽ tách ra được gần 90% sản phẩm. Bảng 11.2. Quan hệ giữa nhiệt độ và sản phẩm sau xử lý nhiệt phân Nhiệt độ nung cuối cùng, 0C 400 450 500 400 450 Thời gian nung nóng chung, h 4,0 4,2 4,5 4,0 4,0 Hiệu suất, % (khối lượng) - Sản phẩm chất lỏng 89,3 89,7 90,1 89,3 92,0 - Chất cặn rắn 7,2 7,0 6,7 7,3 5,0 - Chất khí, kể cả tổn thất 3,5 3,3 3,2 3,4 3,0 Phân tích sự phân đoạn chất lỏng sôi ở trong giới hạn 100 - 1800C thấy rằng sản phẩm nhiệt phân cơ bản gồm có stirol, xilen, tolue, benzen và các hydrocacbon khác. Hiệu suất chung của stirol khi tính toán chất thải ban đầu thì tương đối nhỏ (gần 30%), vì vậy việc tách nó ra và tinh cất hàng loạt sản phẩm có tính chất kinh tế như các sản phẩm là chất lỏng làm nhiên liệu. Hướng khác là nhiệt phân chất thải polistirol có khả năng tái chế nó cùng với các hỗn hợp cốc dầu mỏ tại các xí nghiệp chế biến cốc. Qua nghiên cứu thấy rằng: xử lý cốc dầu mỏ có thêm 10% (khối lượng) chất thải polistirol trong lò nhiệt độ 13250C sẽ cho phép thu được cốc theo các chỉ số cơ bản (ham lượng tro, mật độ, lượng lưu huỳnh). Trong thực tế thấy rằng khi thêm chất thải không đòi hỏi phải làm thay đổi công nghệ mà sẽ cho phép thực hiện phương pháp tận dụng chất thải polistirol tại các xí nghiệp công nghiệp đang hoạt động. 11.1.3. Nhiệt phân chất thải polielefin Khác với nhiệt phân polistirol, nhiệt phân poliolefin xảy ra với hiệu suất chất đơn phân ban đầu rất nhỏ. Việc tách polietilen bắt đầu ở nhiệt độ không được dưới 3000C, còn tốc độ rõ rệt là khi nhiệt độ cao hơn 3600C. Kết quả nghiên cứu sản phẩm nhiệt phân thấy rằng phần cất ngưng tụ, bay hơi ở nhiệt độ trong phòng cơ bản là các hydrocacbon bão hoà và không bão hoà. Nhiệt độ có ảnh hưởng đến thành phần sản phẩm nhiệt phân. Với tăng nhiệt độ sẽ tăng và đạt tới cực đại khi 8200C, hiệu suất của benzen và etylen sẽ được nâng lên từ từ, còn kượng phần chưng cất C4 - C6 sẽ giảm xuống (hình 11.1). Hình 10.8a. Sơ đồ công nghệ đốt chất thải rắn quy mô công nghiệp Thành phần của sản phẩm nhiệt phân polistirol gắn với thành phần của polietylen (PE) nhưng quá trình tách polipropylen (PP) sẽ xảy ra nhanh hơn một chút điều đó có liên quan tới năng lượng hoạt tính khác nhau của quá trình: 230 kJ/mol đối với PP và 302 kJ/mol đối với PE. Việc tạo ra lượng lớn sản phẩm lỏng và khí khi hiệu suất của cacbon rất nhỏ là đặc điểm đối với nhiệt phân poliolefin. Khi nung nóng lên dần dần và liên tục loại ra khỏi vùng phản ứng các sản phẩm bay hơi thì các poliolefin sẽ được tách ra hoàn toàn mà không tạo ra phần dư cacbonyl. Nghiên cứu quá trình nhiệt phân xúc tác PE bằng niken và một lượng nhỏ hydro khi nhiệt độ là 4500C và áp suất 6,7 kPa với hiệu suất 92% sản phẩm nhiệt phân PE, còn hỗn hợp gazolin và keroxin, cũng trong điều kiện như vậy sẽ tạo ra 95,6% sản phẩm trên; đối với polipropylen là 91,4%. Theo kinh nghiệm khai thác thiết bị thí nghiệm - công nghiệp có công suất 3 - 5 tấn/ngày đêm thì khi tái chế chất thải PE sẽ tái sinh được dầu nhớt hiệu suất 94,7%. 11.1.4. Nhiệt phân chất thải polivinylclorua Polivinylclorua (PVC) có độ ổn định nhiệt độ nhỏ nhất so với các polime khác. Nhiệt phân chúng sẽ xảy ra hai giai đoạn: - Giai đoạn đầu tiên xảy ra khử mạnh ở nhiệt độ 250 - 3500C, sau đó đến thời kỳ ổn định quá trình phân huỷ nhiệt. Trong đó tổn hao về khối lượng là gần 60%. - Giai đoạn hai là giai đoạn phân tích một phần hydrocacbon của cao phân tử polivinylclorua và bắt đầu từ trên 4000C. Chất dư thừa sau khi nhiệt phân polivinylclorua ở 4250C chứa chất có khối lượng phân tử trung bình 700 - 800. Sản phẩm khí tạo ra của nhiệt phân là hỗn hợp phức tạp các hydrocacbon bão hoà và không bão hoà. Tách polivinyclorua hai mức như vậy trong thực tế thường dùng quá trình nhiệt phân ở cả hai mức nhiệt độ: ở giai đoạn khử hydroclorua thì hydroclorua toả ra yếu và chuyển nó thành axit clohydric (mức độ tái sinh đến 94%); ở giai đoạn thứ hai khi nhiệt độ cao hơn sẽ xảy ra nhiệt phân các sản phẩm còn lại, theo quy luật thì trong hỗn hợp với các polime khác. Như vậy từ hỗn hợp polivinylclorua và polietilen ngoài axit clohydric còn tách ra được 47% sản phẩm nhiên liệu, 11% cacbon và gần 15% sản phẩm khí. Nhiệt phân hỗn hợp polivinylclorua và polistiren khi có chất xúc tác axit ở nhiệt độ 320 - 4200C sẽ xảy ra với hiệu suất benzen, xilen và naftalin cao. Còn khi nhiệt phân hỗn hợp polivinylclorua, polistiren và polietilen ngoài axit clohydric còn thu được gazolin với số octan cao. 11.1.5. Nhiệt phân chất thải politetrafloetylen Politetrafloetylen (PTFE) là một trong các polime hữu cơ ổn định nhiệt nhất, năng lượng hoạt tính phân huỷ là 338kJ/mol. Phân huỷ mức độ rõ nhất bắt đầu ở nhiệt độ trên 4500C. Nhiệt phân PTFE ở nhiệt độ 600 - 8000C trong chân không sẽ xảy ra với hiệu suất đơn phân cao - tetrafloetylen và tạo ra một lượng nhỏ perfloropylen và tetraflometan. Theo hình 11.2 thì để đạt được hiệu suất tetrafloetylen cực đại thì quá trình phân huỷ nhiệt sẽ tiến hành khi nhiệt độ có khả năng tối thiểu và trong chân không. Tăng áp suất sẽ dẫn đến giảm hiệu suất đơn phân. Hình 11 - 2. Sự phụ thuộc hiệu suất của tetrafloetylen (1) và peflopropylen (2) vào nhiệt độ nhiệt phân của PTFE (áp suất 133Pa) Do hiệu suất tetrafloetylen khi nhiệt phân cao nên dùng phương pháp này để tận dụng chất thải polime. Trong hàng loạt các patent đã đưa ra phương pháp nâng cao hiệu suất sản phẩm tetrafloetylen. Như vậy khi nhiệt phân PTFE khi có hơi nước nóng sẽ cho phép đạt hiệu suất đơn phân là 98% khi tỷ l hơi: sản phẩm nhiệt phân là 60:1. Nhưng do độ hoạt tính ăn mòn của hỗn hợp khí hơi cao và lưu lượng hơi nước lớn nên gây trở ngại cho việc sử dụng phương pháp này. 11.1.6. Nhiệt phân chất thải polimetylmetacrylat Polimetylmetacrylat (PMMA) là một trong số polime đầu tiên mà quan sát được việc tạo ra đơn phân dung do kết quả của quá trình phân huỷ nhiệt. Khi nhiệt độ nhiệt phân gần 4000C thì hiệu suất của metylmetalacrylat gần 100% nhưng do tăng nhiệt độ nên lượng đơn phân tạo ra sẽ giảm xuống và khi nhiệt độ là 8250C thì hiệu suất là 37%. Chính vì nhờ có hiệu suất cao, nên nhiệt phân PMMA lần đầu tiên được dùng trong thực tế để thu được đơn phân từ chất thải polime. Điều đó cũng có nghĩa liên quan đến vấn đề trong quá trình xử lý cơ học thuỷ tinh hữu cơ sẽ tạo ra một lượng lớn chất thải. Thực hiện phân huỷ ở nhiệt độ 380 - 4000C với hiệu suất đơn phân cao hơn 95%. Trong sơ đồ công nghệ, chất thải được vào phễu để đập nhỏ, phần loại chất thải bằng cách cho vật liệu đi qua lỗ nhỏ. Hơi của đơn phân được ngưng lại trong máy lạnh, sau đó đơn phân đưa tới làm sạch và tinh cất, còn các chất dư thừa của polime tách ra sẽ thu gom và cho quay lại quá trình. 11.1.7. Nhiệt phân hỗn hợp chất thải là chất dẻo Tách chất thải polime ra thành các cấu tử riêng biệt thường gặp phải những khó khăn nghiêm trọng, vì vậy phải tiến hành quá trình nhiệt phân hỗn hợp polime đồng thời. Một trong những sơ đồ công nghệ nhiệt phân hỗn hợp chất thải phổ biến nhất hiện nay là các chất thải polime ở giai đoạn đầu nghiền nhỏ ra và sấy khô để hạn chế ăn mòn thiết bị khi vận chuyển. Nguyên liệu đã đập nhỏ qua phễu và vào bộ phận vít tải cấp liệu rồi đến bộ phận chứa khí nóng duy trì ở nhiệt độ 3000C để làm nóng chảy. Trong chất thải nếu có PVC thì ở giai đoạn này sẽ xảy ra khử clo và rồi hấp thu nước để tạo ra axit clohydric. Chất nóng chảy được cho vào bình chứa để tách gồm có hai phần: vùng kracking và vùng ngưng tụ. Vùng đầu tiên duy trì ở nhiệt độ 400 - 5000C để phân huỷ nhiệt chất polime, còn trong vùng hai sẽ thu được các chất oligome đã được phân huỷ có độ sôi cao và tiếp tục cho nhiệt phân lại. Các chất khí đã được nhiệt phân sẽ được làm nguội trong thiết bị lạnh và tách ra dưới dạng các sản phẩm là chất lỏng hay chất khí. Các sản phẩm khí đưa vào thiết bị trung hoà để rửa khỏi các chất cặn, làm nguội và chứa trong các bình khí. Một phần chất khí này trong trạng thái nóng sẽ được đưa vào lò chuyên dụng để đốt nóng thiết bị phản ứng. Các sản phẩm lỏng chứa trong khi chứa cho qua máy tách nước dùng làm dầu nhớt. Để nhiệt phân chất thaỉo công nghiệp là chất dẻo theo sơ đồ thiết bị nghiên cứu có công suất 200, 300 và 500 kg/h. Việc lựa chọn thiết bị cho quá trình nhiệt phân có ý nghĩa quan trọng vì nó liên quan tới hiệu suất của thiết bị. Quá trình có thể bố trí bằng lò quay, băng chuyền hoặc lò tunen. Quá trình nhiệt phân bằng lớp sôi của chất tải nhiệt phân tán cao là quá trình có triển vọng nhất, bởi vì chất tải nhiệt có bề mặt tiếp xúc với nguyên liệu phản ứng phân bố đều khắp thể tích phản ứng. Thường người ta dùng chất tải nhiệt là cát nhôm oxit. Để cho quá trình tăng nhanh người ta sử dụng chất xúc tác là hợp chất mangan, vanadi, đồng, clo và các kim loại khác. Có thể thực hiện quá trình nhiệt phân bằng lò đứng, dưới tác động trọng lượng từng chất thải đưa vào nhiệt phân sẽ chuyển động từ trên xuống dưới. Những sản phẩm rắn từ trên xuống sẽ được thu gom vào bộ phận lạnh, ở đây sản phẩm lỏng được ngưng tụ lại và tách ra, còn chất hơi sau khi làm sạch sẽ cho vào bình chứa khí. Phần lớn các sản phẩm là chất lỏng nhiệt phân được dùng làm nhiên liệu vì nó có khả năng toả nhiệt tới 42 MJ/kg. Thuận lợi nhất là không dùng nguyên chất nhiên liệu này mà thường cho thêm các nhiên liệu lỏng và rắn vào. Ngoài đơn phân để thud c hàng loạt các polime các sản phẩm nhiệt phân là các nguyên liệu phụ của hoá dầu để sản xuất các hợp chất thơm. Từ các sản phẩm khử clo tạo ra trong nhiệt phân hỗn hợp polime có chứa PVC có thể thu nhận được axit clohydric có độ sạch đến 99%. Nhiên liệu tách ra khi đốt cháy sản phẩm khí và chất rắn dư thừa có thể dùng để đốt nóng ngay thiết bị nhiệt phân. Trong một số trường hợp sản phẩm rắn có các phần dư thừa rắn chứa polivinyclorua thì có thể sản xuất vật liệu cacbon, chúng có khả năng hấp thụ cao hơn than hoạt tính. Khi sunfit hoá vật liệu này sẽ tạo nhựa trao đổi ion có hiệu suất cao, Cũng có thể sử dụng chất dư thừa rắn nhiệt phân làm chất đệm để sản xuất ra sản phẩm cao su kỹ thuật. Tính kinh tế của quá trình nhiệt phân tương đối mâu thuẫn, khả năng chủ yếu là tăng cường hiệu suất nhiệt phân để tối ưu hoá công suất thiết bị, cải tiến cấu trúc thiết bị công nghệ và nâng cao hiệu suất sản phẩm để đưa vào ứng dụng thực tế. 11.1.8. Tiêu huỷ nhiệt Tiêu huỷ nhiệt được coi như là phương pháp xử lý chất thải đã được sử dụng từ lâu ở nhiều quốc gia, tuy về mặt kinh tế quá trình này còn có hạn chế. Phương pháp này đầu tiên được dùng để xử lý chất thải sinh hoạt, nhưng lượng chất thải ngày càng tăng trong đó có chất thải dẻo nên gây trở ngại về kỹ thuật và cần phải nghiên cứu chi tiết về đặc tính đốt cháy của các chất thải dẻo nguyên chất. Đó là năng lượng đốt cháy chất thải dẻo tương đối lớn. Có thể dùng các chất thải như vậy trong thành phần đốt cháy chất thải thành phố. Đa số các chất dẻo cháy với tốc độ cao, vì vậy đòi hỏi một lượng lớn không khí. Ví dụ dưới đây về khả năng tạo nhiệt của một số chất dẻo (MJ/kg). Polietilen 46,5 Polistirol 40,7 Polipropylen 46,2 Polivinylclorua 19,0 Khi đốt cháy chất dẻo thì nhiệt độ tăng cao, một số chất polime khi đốt sẽ tạo ra chất khí độc: amoniac, nitơ oxyt, hợp chất xianua, hydroclorua... vì thế đòi hỏi phải có thiết bị phù trợ để làm sạch và xử lý khí thải, ở nhiệt độ cao và toả ra chất khí xâm thực sẽ xảy ra ăn mòn mạnh các thiết bị nên cần phải thường xuyên sửa chữa. Hình 11 - 3: Sơ đồ nguyên lý công nghệ tiêu huỷ nhiệt chất thải rắn trong lò đốt hình ống: 1 - Thu gom chất thải; 2 - van hai chiều; 3 - phễu tải liệu; 4 - phễu nạp liệu; 5 - mồi lửa; 6 - lò quay; 7 - thu gom xỉ; 8 - băng tải; 9 - buồng chứa trước khi đốt; 10 - mồi đốt; 11 - thiết bị làm nguội; 12 - quạt gió; 13 - ống thải. Do các nguyên nhân này nên các chất thải dẻo thường cháy trong hỗn hợp với chất thải sinh hoạt, lượng chất thải dẻo không vượt quá 10% khối lượng. Những năm gần đây người ta đã nghiên cứu những lò đốt có cấu trúc khác nhau để đốt chất thải trong đó có lò đốt hai tầng để đốt hoàn toàn chất thải. Bộ phận chính của thiết bị là lò đốt bằng thép, những thiết bị có công suất 500kg/h sẽ toả ra trên 6,31J/h nhiệt, để tận dụng người ta thường sử dụng các thiết bị chuyên dụng. Các chất khí thoát ra từ buồng trước khi đốt có nhiệt độ gần 9000C, trong đó nhiệt độ của các chất khí tiêu hao để tạo hơi và làm nguội đến 2500C. Nồi hơi có công suất hơi với áp suất 1,2 - 1,3MPa, 4 - 5 tấn/h. Để đốt chất thải là các chất dẻo nóng chảy, người ta phải thiết kế ra các lò chuyên dụng như hình 11.4. Hình 11 - 4: Sơ đồ lò đốt chất thải nóng chảy: 1 - Buồng nóng chảy; 2 - lưới; 3 - thành buồng nóng chảy; 4 - thành buồng đốt cháy; 5 - thùng sủi bọt; 6 - buồng cháy; 7 - cung cấp không khí thứ cấp; 8 - ống cấp không khí thứ cấp; 9 - van; 10 - nóng chảy; 11 - thùng nóng chảy. Các chất thải ở dạng mẫu thu nhỏ cho qua lưới sàng, phần sản phẩm nhiệt độ cao cháy hoàn toàn thu được khi đốt cháy sủi bọt nổi trên lớp chất thải, còn phần khác nằm dưới lớp chất thải. Do lượng oxy trong các sản phẩm này không lớn lắm nên chất thải không cháy mà chỉ chảy ra. Các chất thải chảy ra ở dạng giọt và dòng chảy trái ngược với sản phẩm nhiệt độ cao cháy hoàn toàn. Các chất thải nóng chảy được thu gom lại tạo ra lớp cháy sủi bọt. Các chất thải nóng chảy và cháy ở dưới lớp chất thải và cháy sủi bọt sẽ tạo ra mức độ nóng chảy chung. Khi các chất thải nóng chảy mà sủi bọt thì sẽ thành oxy hoá thứ cấp. Khi đốt cháy hoàn toàn chất thải nóng chảy sẽ tạo ra sản phẩm nhiệt độ cao và chia làm hai dòng, một dòng ở trên lớp chất thải rắn, còn dòng khác ở dưới. Nâng cao tính kinh tế mà trước hết là tậ dụng nhiệt của các chất khí dạng khói là mục đích cải tiến quá trình đốt cháy. Đánh giá việc tiêu huỷ bằng nhiệt so với các phương pháp xử lý chất thải dẻo khác thì thấy rằng việc sử dụng tiêu huỷ nhiệt chỉ thuận tiện trong các trường hợp khi mà không có thể sử dụng các phương pháp hợp lý hơn, đó là tái tạo bằng tái chế hoặc nhiệt phân. Hiện nay đốt cháy chất thải rắn là một trong những cách có hiệu quả để bảo vệ môi trường. 11.1.9. Chôn chất thải dẻo Tuy hiện nay việc nghiên cứu các phương pháp tận dụng và tiêu huỷ các chất thải rắn được đặt ra rất mạnh, nhưng lượng chất thải chôn lấp thành bãi hoặc thành hố cũng còn rất lớn. Ví dụ như ở Nhật Bản chỉ khoảng 4,6% chất thải công nghiệp được tái sử dụng trong khi đó 33,6% chôn lấp. Mỹ, con số này tới 90%. Mặc dù hàng loạt các nước đa đưa ra yêu cầu nghiêm ngặt về tiêu huỷ sơ hộ trước khi chôn lấp, bởi vì phương pháp chôn lấp là nguồn ô nhiễm rất nghiêm trọng mà trước hết là nước ngầm và đòi hỏi có một diện tích lớn, trong thực tế đa số các chất dẻo không phân huỷ trong thời gian dài. Tại nhiều nước phát triển cấm chôn lấp chất thải, ngay cả khi có thêm những chất đặc biệt vào chất thải chôn lấp để làm thoáng đất. Một trong những chất bổ sung như vậy do hãng BASF của Đức sản xuất mang nhãn hiệu "Styromull" đảm bảo cho đất tháng trong vòng 10 năm. Nếu trước kia chôn lấp thường bằng các hố chôn lấp bình thường thì ngày nay những chất thải công nghiệp không tận dụng được thì phải chôn lấp ở những hố chôn lấp đặc biệt, theo thời gian tính toán không dưới 25 năm. Chọn phương pháp chôn lấp ở các bãi phụ thuộc vào trạng thái chất thải, độ hoà tan của nước và loại nguy hiểm của chất thải. Các chất thải rắn mà chứa các chất nguy hiểm loại bốn thì phải đánh dấu trên sơ đồ mặt bằng bãi chôn lấp. Chôn lấp các chất rắn và chất dạng bụi có chứa chất độc hại loại hai và ba không hoà tan trong nước sẽ được chôn lấp trong các hố sâu và đầm thật chắc. Lớp chất thải bên trên phải cách mặt đất ít nhất 2m. Những chất thải có chứa các chất độ nguy hiểm loại hai và ba hoà tan được trong nước cũng được chôn lấp bằng hố sâu nhưng đấy và thành hố phải có các lớp cách bằng đất sét thật chắc có chiều dày 1m. Chôn lấp lượng chất thải không lớn lắm hoà tan trong nước mà có chứa các chất độc đặc biệt nguy hiểm loại một được tiến hành bằng các hố xây bằng bêtông. Các hố chôn lấp cũng thải phải được cách ly bằng lớp đất sét chắc có bề dày 2m, sau đó phủ chất không thấm và nhựa đường hay vật liệu khác. 11.2. Tạo ra các polime có thời gian làm việc điều chỉnh được Tại các nước công nghiệp phát triển về chất dẻo, chất thải vật liệu polime phân huỷ rất chậm trong điều kiện tự nhiên là nguồn ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Các chất dẻo đặc biệt nguy hiểm dùng làm bao gói... về nguyên tắc không được thải vào hệ thống rác thải công cộng. Nếu sản xuất vật liệu bao gói tăng khoảng 5%/năm thì lượng chất dẻo sẽ tăng tới 11%/năm nên lượng chất thải dẻo sẽ tăng lên hàng năm. Các chuyên gia Nhật Bản dùng máy tính để tính toán lượng chất thải dẻo tăng theo thời gian để tìm biện pháp giảm chúng xuống. Để giảm thời gian lưu giữ chất thải dẻo trong thời gian gân đây người ta nghiên cứu và sản xuất ra những loại polime công nghiệp đặc biệt có thời gian sử dụng điều chỉnh được. Ví dụ như loại polime quang và polime phân huỷ bằng sinh học dưới tác động của ánh sáng, nhiệt, không khí và vi sinh có trong đất thì chúng sẽ phân huỷ đến sản phẩm phân tử thấp và đồng nhất trong đất bao gồm cả chu trình sinh học khép kín. Khả năng giữ được tính chất yêu cầu trong thời gian sử dụng là tính chất đặc biệt của các polime này, ngoại trừ sau thời kỳ sử dụng thì tính chất hoá lý, sinh học của nó sẽ biến đổi và phân huỷ. Nghiên cứu các polime phân huỷ quang - giai đoạn tạo ra cũng dẻo không có chất thải Đa số các polime đã nghiên cứu trong thời gian gần đây đều có thể điều chỉnh được thời gian sử dụng là các polime quang do trong đó có chứa các nhóm chức đặc biệt hay các hợp chất có khả năng phân huỷ trong điều kiện tự nhiên đến polime phân tử thấp hấp thụ các vi sinh vật trong không khí và trong đất. Để làm cho polime có khả năng phân huỷ dưới tác động của ánh sáng thì người ta thêm các chất đặc biệt hoặc đưa vào thành phần polime nhóm nhậy với ánh sáng. Để có được các polime sử dụng trong thực tế, thường phải thoả mãn các yêu cầu sau: 1. Biến tính polime không được làm thay đổi những đặc tính sử dụng của nó. 2. Chất thêm vào polime không được độc hại vì các polime được dùng trước hết làm vỏ bao bì. 3. Các polime xử lý bằng các phương pháp thông thường không được phân huỷ. 4. Cần thiết để cho sản phẩm sản xuất từ các polime như vậy có thể duy trì và khai thác thời gian lâu trong điều kiện không có tiếp xúc trực tiếp với tia cực tím. 5. Thời gian trước khi phân huỷ polime phải được biết trước và được chọn trong phạm vi rộng. 6. Sản phẩm do polime phân huỷ ra không được độc hại. Hình 11 - 5: Quang phỉi hấp thụ ánh sáng ở vùng cực tím và vùng nhìn thấy: 1 - ánh sáng polime nhạy ánh sáng hấp thụ; 2 - ánh sáng Mặt trời; 3 - ánh sáng Mặt trời lọc qua thuỷ tinh; 4 - giảm vùng bức xạ Mặt trời gây nên phân huỷ polime bằng quang học. Từ quan điểm quang hoá thì khả năng tạo ra polime quang phân huỷ phải có năng lượng phân ly mối liên kết chính C-C của đa số polime là 350kJ/mol, trong khi đó năng lượng tự nhiên của các tia cực tím trong giới hạn 400 - 600k/mol. Song, năng lượng này có thể phá huỷ polime trong trường hợp nếu polime hấp thụ ánh sáng có chiều dài sóng 400 - 1000 nanomet và năng lượng hấp thụ truyền cho các phân tử khác để nó mất khả năng biến hoá hoá học do phân huỷ. Một trong những tiền đề để tạo ra polime làm vật liệu bao gói có thời gian sử dụng điều chỉnh được là chúng ổn định bên trong vị trí bao bọc. Ví dụ, thuỷ tinh làm cửa sẽ hấp thụ bức xạ cực tím có khả năng gây ra phá huỷ. Độ bền vững của vật liệu thuỷ tinh có chiều dày 7mm với tác động của ánh sáng Mặt Trời cao hơn gấp 10 lần ngoài không khí. PHỤ LỤC 1. Các phương án xử lí sơ bộ (cấp I) một số thành phần tạp chất trong nước thải Chất bẩn Phương pháp xử lý Chất lơ lửng (SS) Ao hồ lắng đọng, tuyển nổi Dầu mpx Thu dầu mỡ, vớt bọt Kim loại nặng Kết tủa hoặc trao đổi ion Kiềm và axit Trung hoà Sulfua Kết tủa hoặc sục khí Biến động BOD và lưu lượng Điều hoà nồng độ, lưu lượng 2. Các phương pháp xử lí cơ bản nước thải Chất bẩn Phương pháp xử lí Chất hữu cơ dễ phân huỷ Chất rắn lơ lửng Chất hữu cơ bền vững Nitơ Photspho Kim loại nặng Chất hữu cơ hoà tan + Phương pháp sinh học hiếu khí: Bùn hoạt tính, ao hồ hiếu khí, hồ ổn định, lọc sinh học. + Phương pháp sinh học kị khí: Ao hồ kị khí, lên men metan, đưa sâu xuống lòng đất. Lắng đọng, tuyển nổi. Hấp phụ bằng than hoạt tính, bơm xuống lòng đất. Ao hồ sục khí Kết tủa bằng vôi, bàng muối sắt, phèn nhôm. Kết tủa kết hợp với sinh học, trao đổi ion. Trao đổi ion, kết tủa hoá học. Trao đổi ion, bán thấm, điện thấm. 3. Một số công nghệ thích hợp trong xử lí nước thải Nước thải Loại hình công nghệ có hiệu quả cao Chuồng trại chăn nuôi Ao thông khí/lọc phun/Ao hiếu khí + ao ổn định Phân của chuồng trại chăn nuôi Lên men kị khí thu metan + ao hiếu khí Chế biến sữa Bùn hoạt tính (aeroten)/Ao ổn định Xí nghiệp đồ hộp rau quả Ao ổn định/Bùn hoạt tính Xí nghiệp chế biến thịt cá Bùn hoạt tính/Ao thông khí Xí nghiệp chế biến đường mía Bùn hoạt tính Xí nghiệp nước giải khát Bùn hoạt tính/Ao thông khí Xí nghiệp dệt vải bông và sợi nhân tạo Bùn hoạt tính/Ao thông khí Xí nghiệp thuộc da Thông khí tăng cường/Tuyển nổi với hoá chất Xí nghiệp bột giấy Bùn hoạt tính/Ao thông khí Xí nghiệp phân bón hoá học Trung hoà/Kết lắng hoá hoch Khu dân cư, khách sạn, du lịch Bùn hoạt tính/Ao ổn định + diệt khuẩn 4. Các chỉ tiêu đánh giá cần đảm bảo trong việc lựa chọn vị trí bãi chôn lấp rác thải hợp vệ sinh TT Các chỉ tiêu Yêu cầu 1 Đặc điểm vật lý Phải đủ rộng để chôn lấp rác 2 Cấu trúc Đầy đủ các hệ thống hạn chế ô nhiễm môi trường (nếu bãi không thấm nước, có các hệ thống thoát nước, xử lý nước rác...) 3 Khoảng cách Càng gần nơi phát sinh chất thải càng tốt để giảm chi phí vận chuyển, cách xa hệ thống cấp nước, nhà dân... 4 Đường vào Phải đảm bảo đi lại ở mọi thời tiết, chiều rộng đủ, ít tắc nghẽn. 5 Địa hình Phải đảm bảo việc san ủi, chuyển đất đá là ít nhất, có điều kiện tự nhiên thuận lợi. Tránh nơi có thể sụt lún tự nhiên và các thung lũng là nơi có thể gây ô nhiễm nước. 6 Khí hậu Càng cuối hướng gió càng tốt, tốc độ gió nhỏ, lượng nước mưa, nhiệt độ ít ảnh hưởng tới bãi. 7 Địa chất Tránh những vùng có động đất, trượt đất, đứt đoạn, vùng mỏ, các lỗ hổng trong lòng đất. 8 Địa chất công trình Tránh vùng đất yếu, vùng có nhiều hiện tượng địa chất công trình tự nhiên. Tính chất cơ lí đảm bảo cho vận hành và chôn lấp. 9 Đất Phải có lớp sét ở nền đáy hoặc phải có sẵn nguồn đất sét để làm lớp lót nền đáy và phủ lớp mặt cuối cùng, đất phủ hàng ngày. 10 Nước mặt Nằm ngoài vùng ngập lụt (theo số liệu 100 năm gần đây) không trực tiếp ảnh hưởng đến sông ngòi. Tránh những vùng đất ướt. 11 Nước ngầm Không tiếo xúc trực tiếp với nguồn nước ngầm. Nền đáy của bãi chôn lấp phải cao hơn tầng nước ngầm trên cùng tránh tầng ngập nước. Tránh những vùng bổ cập nước ngầm. 12 Không khí Nằm tại nơi hạn chế thấp nhất sự phát tán mùi và khí thải. 13 Hệ sinh thái trên cạn và dưới nước Tránh những vùng cư trú của các loài thú quý hiếm hạơc các sinh vật đang bị đe doạ, tránh vùng đất ngập nước. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trịnh Thị Thanh - Trần Yêm - Đồng Kim Loan Giáo trình Công nghệ môi trường - Nxb Đại học Quốc gia - 2004 2. GS.TS. Trần Ngọc Chấn Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải (Tập 1 - Ô nhiễm không khí và tính toàn khuếch tán chất ô nhiễm) - Nxb Khoa học kỹ thuật - 2000. 3. GS.TS. Trần Ngọc Chấn Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải (3 - Lý thuyết tính toán và công nghệ xử lý khí độc hại) - Nxb Khoa học kỹ thuật - 2000. 4. PGS.TS. Hoàng Huệ Xử lý nước thải - Nxb Xây dựng - 2005. 5. PGS.TS. Nguyễn Xuân Nguyên - KS. Trần Quang Huy Công nghệ xử lý rác thải và chất thải rắn - Nxb Khoa học - 2004 6. PGS.TS. Nguyễn Đức Khiển Quản lý chất thải nguy hại - Nxb Xây dựng - 2003 7. TS. Hoàng Đức Liên - TS. Tống Ngọc Tuấn Kỹ thuật và thiết bị xử lý chất thải. Bảo vệ môi trường - Nxb Nông nghiệp - Hà Nội - 2000. 8. PGS. Tăng Văn Đoàn - TS. Trần Đức Hạ Kỹ thuật môi trường - Nxb Giáo dục - Hà Nội - 2002.