Chuong 5. Cac Phuong Phap Xu Ly Chat Thai Ran

CHÖÔNG V CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ CHAÁT THAÛI RAÉN 5.1 Xöû Lyù Chaát Thaûi Raén Baèng Phöông Phaùp Cô Hoïc 5.1.1Giaûm kích thöôùc Giaûm kích thöôùc ñöôïc söû duïng nhaèm muïc ñích laø laøm giaûm kích thöôùc cuûa caùc loaïi vaät lieäu trong raùc thaûi ñoâ thò. Caùc vaät lieäu ñöôïc laøm giaûm kích thöôùc coù theå söû duïng tröïc tieáp nhö laølôùp che phuû treân maët ñaát hay laø söû duïng laøm phaân compost hoaëc moät phaàn ñöôïc söû duïng cho caùc hoaït ñoäng taùi sinh chaát thaûi raén. Tuøy thuoäc vaøo hình daïng, ñaëc tính chaát thaûi, vaø tieâu chuaån ñoøi hoûi thieát keá nhöõng thieát bò cho phuø hôïp. Caùc thieát bò thöôøng söû duïng laø buùa ñaäp raát coù hieäu quaû khi caùc vaät lieäu coù ñaëc tính gioøn deã gaõy; keùo caét duøng ñeå laøm giaûm kích thöôùc cuûa caùc vaät lieäu meàm hôn so vôùi duøng buùa ñaäp, vaø maùy nghieàn coù öu ñieåm laø di chuyeån deã daøng ñöôïc söû duïng cho nhieàu loaïi khaùc nhau nhö laø caùc nhaùnh caây, hay laø caùc loaïi raùc töø quaù trình xaây döïng. 5.1.2Phaân loaïi theo kích thöôùc Phaân loaïi theo kích thöôùc hay saøng loïc laø moät quaù trình phaân loaïi hoãn hôïp caùc loaïi vaät lieäu coù kích thöôùc khaùc nhau thaønh 2 hay nhieàu loaïi vaät lieäu coù cuøng kích thöôùc söû duïng caùc loaïi saøng coù kích thöôùc khaùc nhau. Quaù trình phaân loaïi coù theå thöïc hieän khi vaät lieäu coøn öôùt hoaëc khoâ, thoâng thöôøng quaù trình phaân loaïi gaén lieàn vôùi caùc coâng ñoaïn cheá bieán chaát thaûi tieáp theo. Caùc saøng loïc ñöôïc söû duïng tröôùc vaø sau khi nghieàn raùc. Ñoâi khi caùc loaïi saøng loïc cuõng ñöôïc söû duïng trong quaù trình cheá bieán caùc saûn phaåm phaân compost, muïc ñích laø taêng tính ñoàng nhaát cuûa caùc loaïi saûn phaåm. Caùc thieát bò thöôøng ñöôïc söû duïng nhieàu nhaát laø caùc loaïi saøng rung vaø saøng coù daïng troáng quay. Loaïi saøng rung ñöôïc söû duïng khi caùc vaät lieäu töông ñoái khoâ nhö laø kim loaïi vaø thuûy tinh. Loaïi saøng troáng quay duøng ñeå taùch rôøi caùc loaïi giaáy carton vaø giaáy vuïn, ñoàng thôøi baûo veä ñöôïc taùc haïi maùy nghieàn do caùc vaät lieäu coù kích thöôùc lôùn. 53

5.1.3Phaân loaïi theo khoái löôïng Phaân loaïi baèng phöông phaùp khoái löôïng laø moät kyõ thuaät ñöôïc söû duïng raát roäng raõi duøng ñeå phaân loaïi caùc vaät lieäu coù khoái löôïng rieâng khaùc nhau. Phöông phaùp naøy ñöôïc söû duïng ñeå taùch rôøi caùc loaïi vaät lieäu töø quaù trình taùch nghieàn thaønh 2 loaïi khaùc nhau: daïng coù khoái löôïng rieâng nheï nhö giaáy, nhöïa, caùc chaát höõu cô vaø daïng coù khoái löôïng rieâng naëng nhö laø kim loaïi, goã vaø caùc loaïi vaät lieäu voâ cô coù khoái löôïng rieâng töông ñoái naëng. Kyõ thuaät ñöôïc söû duïng roäng raõi nhaát duøng ñeå phaân loaïi caùc loaïi vaät lieäu döïa vaøo söï khaùc nhau veà khoái löôïng rieâng laø aùp duïng vieäc phaân loaïi döïa vaøo khoâng khí. Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp naøy laø doøng khoâng khí ñi töø döôùi leân treân vaø caùc vaät lieäu nheï seõ ñöôïc taùch rôøi khoûi caù vaät lieäu naëng hôn. 5.1.4Phaân loaïi theo ñieän tröôøng vaø töø tính Kyõ thuaät phaân loaïi baèng ñieän tröôøng vaø töø tính döïa vaøo tính chaát ñieän töø vaø töø tröôøng cuûa caùc loaïi vaät lieäu coù trong thaønh phaàn chaát thaûi raén. Phöông phaùp phaân loaïi baèng ñieän tröôøng ñöôïc söû duïng phoå bieán khi tieán haønh taùch ly caùc kim loaïi maøu vaø kim loaïi ñen. Phöông phaùp phaân tích baèng tónh ñieän ñöôïc aùp duïng ñeå taùch ly nhöïa vaø giaáy döïa vaøo söï khaùc nhau veà söï tích ñieän beà maët cuûa 2 loaïi vaät lieäu naøy. 5.1.5Neùn chaát thaûi raén Phöông phaùp neùn chaát thaûi raén ñöôïc söû duïng vôùi muïc ñích laø gia taêng khoái löôïng rieâng cuûa caùc loaïi vaät lieäu vaø nhö vaäy vieäc löu tröõ vaø chuyeân chôû seõ coù hieäu quaû hôn. Moät vaøi kyõ thuaät hieän ñang aùp duïng ñeå neùn vaø taùi sinh chaát thaûi laø ñoùng kieän, ñoùng goùi hay keát thaønh daïng vieân. 5.2 Xöû Lyù Chaát Thaûi Raén Baèng Phöông Phaùp Nhieät 5.2.1 Heä thoáng thieâu ñoát Quaù trình ñoát laø quaù trình bieán ñoåi chaát thaûi raén döôùi taùc duïng cuûa nhieät vaø quaù trình oxy hoùa hoùa hoïc. Baèng caùch ñoát chaát thaûi ta coù theå giaûm theå tích cuûa noù ñeán 80 – 90%. Nhieät ñoä buoàng ñoát phaûi cao hôn 800oC. Saûn phaåm cuoái cuøng bao goàm khí coù nhieät ñoä cao, bao goàm nitô, cacbonic, hôi nöôùc vaø tro. Naêng löôïng coù theå thu hoài töø quaù trình trao ñoåi nhieät do khí sinh ra coù nhieät ñoä cao. Ñoát thuøng quay, loø ñoát thuøng quay ñöôïc söû 54

duïng ñeå xöû lyù caùc loaïi chaát thaûi nguy haïi ôû daïng raén, caën, buøn vaø cuõng coù theå ôû daïng loûng. Thuøng quay hoaït ñoäng ôû nhieät ñoä khoaûng 1100oC. Söû duïng chaát thaûi nguy haïi laûm nguyeân lieäu. Ñaây laø phöông phaùp tieâu huûy chaát thaûi baèng caùch ñoát cuøng vôùi nhieân lieäu thoâng thöôøng khaùc ñeå taän duïng nhieät cho caùc thieát bò tieâu thuï nhieät: noài hôi, loø nung, loø luyeän kim, loø naáu thuûy tinh. Löôïng chaát thaûi boå sung vaøo loø ñoát coù theå chieám 12 – 25% toång löôïng nhieân lieäu.

55

5.2.2 Heä thoáng nhieät phaân Nhieät phaân laø quaù trình phaân huûy hay bieán ñoåi hoùa hoïc chaát thaûi raén xaûy ra do nung noùng trong ñieàu kieän khoâng coù söï tham gia cuûa oxy vaø taïo ra saûn phaåm cuoái cuøng cuûa quaù trình bieán ñoåi chaát thaûi raén laø caùc chaát döôùi daïng raén, loûng, vaø khí. Nguyeân lyù cuûa vaän haønh quaù trình nhieät phaân goàm 2 giai ñoaïn. Giai ñoaïn 1 laø quaù trình khí hoùa, chaát thaûi ñöôïc gia nhieät ñeå taùch caùc thaønh phaàn deã bay hôi nhö khí chaùy, hôi nöôùc...ra khoûi thaønh phaàn chaùy khoâng hoùa hôi vaø tro. Giai ñoaïn 2 caùc thaønh phaàn bay hôi ñöôïc ñoát ôû ñieàu kieän phuø hôïp ñeå tieâu huûy heát caùc caáu töû nguy haïi. Nhieät phaân baèng hoà quang – plasma. Thöïc hieän quaù trình ñoát ôû nhieät ñoä cao (coù theå ñeán 10.000oC) ñeå tieâu huûy chaát thaûi coù tính ñoäc cöïc maïnh. Saûn phaåm laø khí H2 vaø CO, khí acid vaø tro. 5.2.3 Heä thoáng hoùa hôi thaønh khí (boác khí) Moät caùch toång quaùt quaù trình hoùa hôi thaønh khí laø quaù trình ñoát caùc loaïi vaät lieäu trong ñieàu kieän thieáu oxy. Maëc duø phöông phaùp naøy ñaõ ñöôïc phaùt hieän vaøo theá kyû 19 nhöng vieäc aùp duïng chæ thöïc hieän thôøi gian gaàn ñaây ñoái vôùi xöû lyù chaát thaûi raén. Kyõ thuaät hoùa hôi thaønh khí laø moät kyõ thuaät ñöôïc aùp duïng vôùi muïc ñích laø laøm giaûm theå tích chaát thaûi vaø thu hoài naêng löôïng. 5.2.4 Caùc heä thoáng kieåm soaùt oâ nhieãm moâi tröôøng khoâng khí cho caùc quaù trình nhieät Kyõ thuaät xöû lyù chaát thaûi raén aùp duïng caùc quaù trình nhieät cuõng phaùt sinh moät soá taùc ñoäng ñeán moâi tröôøng xung quanh bao goàm: khí, buïi, chaát thaûi raén, vaø chaát thaûi loûng. Do ñoù trong quaù trình xöû lyù nhieät caùc thieát bò phaûi ñöôïc trang bò heä thoáng kieåm soaùt phaùt thaûi. Ñoái vôùi oâ nhieãm khoâng khí caùc chaát oâ nhieãm caàn kieåm soaùt laø: NOx, SO2, CO, vaø buïi. •

Khí NOx: toàn taïi trong khoâng khí döôùi 2 daïng laø: NO vaø NO2; NOx hình thaønh töø 2 nguoàn ñoù laø: Nguoàn thöù 1 hình thaønh do phaûn öùng giöõa nitô vaø oxy khoâng khí döôùi taùc duïng cuûa nhieät; nguoàn thöù 2 hình thaønh do phaûn öùng oxy vaø nitô höõu 56

•

•

•

cô coù trong thaønh phaàn caùc loaïi nhieân lieäu söû duïng. NOx laø taùc nhaân giuùp cho vieäc hình thaønh chaát PAN (Peroxyl Acetal Nitrate) gaây neân hieän töôïng söông muø hoùa chaát. Khí SO2: hình thaønh do quaù trình ñoát nhieân lieäu coù chöùa löu huyønh. SO2 kích thích heä hoâ haáp, gaây neân caùc beänh nhö vieâm muõi, maét, vieâm hoïng. Ôû noàng ñoä cao coù theå gaây neân beänh taät hoaëc laø töû vong ñoái vôùi nhöõng ngöôøi ñaõ maéc caùc chöùng beänh lieân quan ñeán phoåi nhö laø vieâm pheá quaûn hay cuoán phoåi. Khí CO: hình thaønh do quaù trình ñoát vaät lieäu coù chöùa carbon khi söï cung caáp oxy khoâng ñaày ñuû. CO phaûn öùng vôùi hemoglobin trong maùu taïo thaønh carboxylhemoglobyl (HbCO). Cô theå con ngöôøi chæ thích öùng vôùi oxyhemoglobin (HbO2), oxy seõ ñöôïc chuyeån ñeán caùc moâ trong cô theå. Söï thieáu huït oxy seõ gaây neân hieän töôïng nhöùc ñaàu, choùng maët. Buïi : hình thaønh do quaù trình ñoát khoâng hoaøn chænh nhieân lieäu hoaëc laø do ñaëc tính vaät lyù cuûa caùc vaät lieäu khoâng chaùy. Buïi laøm giaûm thò giaùc vaø aûnh höôûng ñeán söùc khoûe. Buïi coù kích thöôùc nhoû hôn 10 µm goïi laø buïi hoâ haáp bôûi vì noù coù theå ñi saâu vaøo trong phoåi.

Thieát bò kieåm soaùt oâ nhieãm khoâng khí: Khí vaø buïi phaùt sinh trong quaù trình xöû lyù chaát thaûi raén, coù theå ñöôïc xöû lyù baèng caùc loaïi thieát bò kieåm soaùt vaø phaân loaïi thaønh 4 daïng sau ñaây:  Laéng tónh ñieän, loïc vaûi.  Taùch ly nguoàn thaûi, kieåm soaùt quaù trình ñoát, xöû lyù khí (kieåm soaùt NOx)  Taùch ly nguoàn thaûi, thaùp röûa khí hoaëc loïc khoâ (kieåm tra SO2 vaø hôi acid)  Kieåm soaùt quaù trình ñoát (kieåm soaùt CO vaø HC). Muïc ñích cuûa quaù trình kieåm soaùt laø löïa choïn coâng ngheä vaø thieát bò ñeå ñaït ñöôïc hieäu quaû loaïi tröø chaát thaûi, hieäu quaû loaïi tröø ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: E=

Wvaøo− Wra × 100 Wvaøo

(5-1)

Trong ñoù: 57

E: hieäu quaû loaïi tröø chaát thaûi Wvaøo: noàng ñoä chaát oâ nhieãm ñaàu vaøo Wra: noàng ñoä chaát oâ nhieãm ñaàu ra 5.2.5 Coâng ngheä ñoát Haàu heát caùc phöông xöû lyù, löu tröõ vaø loaïi boû ñieàu lieân quan ñeán coâng ngheä ñoát – töùc vieäc ñoát chaùy caùc chaát moät caùch coù kieåm soaùt ôû trong moät mieàn kín – nhö moät phöông tieän xöû lyù vaø thaûi loaïi chaát thaûi nguy haïi. Laø moät phöông thöùc quaûn lyù chaát thaûi nguy haïi, coâng ngheä ñoát coù moät soá ñaëc thuø:

58

 Thöù nhaát, neáu ñöôïc tieán haønh ñuùng theo qui caùch, noù coù khaû naêng phaù huûy toaøn boä caùc ñoäc chaát höõu cô trong chaát thaûi nguy haïi baèng caùch phaù huûy caùc moái lieân keát hoùa hoïc cuûa chuùng vaø ñöa chuùng trôû laïi daïng caùc nguyeân toá hôïp thaønh ban ñaàu, qua ñoù laøm giaûm thieåu hoaëc loaïi boû hoaøn toaøn caùc ñoäc tính cuûa chuùng.  Thöù hai, noù haïn cheá theå tích cuûa chaát thaûi nguy haïi caàn phaûi ñöôïc thaûi loaïi vaøo moâi tröôøng ñaát baèng caùch bieán ñoåi caùc chaát raén vaø loûng thaønh daïng tro. So vôùi vieäc loaïi thaûi chaát thaûi nguy haïi khoâng qua xöû lyù, vieäc thaûi loaïi tro vaøo moâi tröôøng ñaát an toaøn vaø hieäu quaû gaáp nhieàu laàn. Coâng ngheä ñoát laø moät quaù trình xöû lyù khaù phöùc taïp. Trong quaù trình chaùy, caùc chaát höõu cô daïng raén hoaëc loûng seõ bò chuyeån ñoåi sang pha khí. Caùc khí naøy qua caùc löôùi ñoát seõ tieáp tuïc bò laøm noùng leân, ñeán moät nhieät ñoä naøo ñoù caùc hôïp chaát höõu cô cuûa chuùng seõ bò phaân huûy thaønh caùc nguyeân töû thaønh phaàn. Caùc nguyeân töû naøy keát hôïp vôùi oxy vaø taïo neân caùc chaát khí beàn vöõng, caùc khí naøy sau khi qua caùc thieát bò kieåm soaùt oâ nhieãm seõ ñöôïc thaûi vaøo baàu khí quyeån. Thaønh phaàn cuûa caùc chaát khí beàn vöõng phaùt sinh töø vieäc ñoát caùc hôïp chaát höõu cô chuû yeáu laø CO2 vaø hôi nöôùc. Tuy nhieân tuøy thuoäc vaøo thaønh phaàn cuûa chaát thaûi moät löôïng nhoû CO, NOx, HCl,vaø caùc khí khaùc coù theå seõ ñöôïc hình thaønh. Caùc chaát khí naøy tieàm aån khaû naêng nguy haïi cho söùc khoûe con ngöôøi vaø moâi tröôøng. Vieäc quaûn lyù vaø thaûi loaïi caùc kim loaïi, taøn tro vaø caùc saûn phaåm phuï cuûa quaù trình ñoát cuõng coù theå gaây nhöõng taùc haïi nhö ñaõ ñeà caäp. Taøn to laø moät vaät lieäu laéng trô vôùi thaønh phaàn chuû yeáu laø carbon, caùc muoái vaø caùc kim loaïi. Trong quaù trình ñoát, haàu heát taøn tro seõ taäp trung ôû ñaùy cuûa buoàng ñoát (tro ñaùy). Khi lôùp tro naøy ñöôïc laáy ra khoûi buoàng ñoát noù coù theå xem nhö laø chaát thaûi nguy haïi do bôûi caùc qui taéc chuyeån hoùa hoaëc do noù coù 1 ñaëc tính (nguy haïi) naøo ñoù. Tuy nhieân caùc haït tro kích thöôùc nhoû (vaät chaát daïng haït maø coù theå caùc kim loaïi keøm theo) cuõng seõ bò cuoán theo caùc chaát khí leân cao (coøn goïi laø tro bay). Caùc haït tro naøy cuøng caùc kim loaïi coù lieân quan cuõng phaûi ñöôïc xem xeùt bôûi caùc qui ñònh aùp duïng cho coâng ngheä ñoát bôûi chuùng coù theå mang caùc hôïp phaàn nguy haïi ra khoûi heä thoáng thieát bò vaøo trong khí quyeån. Do vieäc ñoát khoâng phaù huûy 59

ñöôïc caùc hôïp chaát voâ cô coù trong chaát thaûi nguy haïi (caùc kim loaïi chaúng haïn), caùc hôïp chaát naøy coù theå cuõng seõ tích tuï trong lôùp tro ñaùy vaø tro bay vôùi noàng ñoä coù haïi. Heä thoáng loø ñoát chaát thaûi nguy haïi ñöôïc trình baøy trong hình 5.1.

57

60

5.3 Xöû Lyù Chaát Thaûi Raén Baèng Phöông Phaùp Chuyeån Hoaù Sinh Hoïc Vaø Hoùa Hoïc 5.3.1Quaù trình uû phaân hieáu khí Laø moät quaù trình bieán ñoåi sinh hoïc ñöôïc söû duïng raát roäng raõi, muïc ñích laø bieán ñoåi caùc chaát thaûi raén daïng höõu cô taïo thaønh caùc chaát voâ cô (quaù trình khoaùng hoùa) döôùi taùc duïng cuûa vi sinh vaät ñeå taïo thaønh saûn phaåm daïng muøn goïi laø phaân compost. 5.3.2Quaù trình phaân huûy chaát thaûi leân men kî khí Laø quaù trình bieán ñoåi sinh hoïc ñöôïc söû duïng ñeå phaân huûy caùc chaát thaûi coù haøm löôïng chaát raén töø 4 –8% döôùi taùc duïng cuûa caùc vi sinh vaät trong ñieàu kieän yeám khí. Quaù trình phaân huûy leân men kî khí ñöôïc aùp duïng roäng raõi nhieàu nôi treân theá giôùi taïo ra saûn phaåm khí metan töø caùc chaát thaûi cuûa con ngöôøi, ñoäng vaät, caùc saûn phaåm thöøa töø noâng nghieäp, vaø töø caùc chaát thaûi höõu cô töø thaønh phaàn raùc thaûi ñoâ thò. 5.3.3Quaù trình chuyeån hoùa hoùa hoïc Quaù trình chuyeån hoùa hoùa hoïc bao goàm moät loaït caùc phaûn öùng thuûy phaân ñöôïc söû duïng ñeå taùi sinh caùc hôïp chaát nhö laø glucose vaø moät loaït caùc phaûn öùng khaùc duøng ñeå taùi sinh daàu toång hôïp, khí vaø acetate cellulose. Kyõ thuaät xöû lyù chaát thaûi raén baèng phöông phaùp hoùa hoïc phoå bieán nhaát laø phaûn öùng thuûy phaân cellulose döôùi taùc duïng cuûa acid vaø quaù trình bieán ñoåi metan thaønh metanol. Phaûn öùng thuûy phaân acid Cellulose hình thaønh do söï lieân keát cuûa hôn 3000 ñôn vò phaân töû glucose, cellulose coù ñaëc ñieåm laø hoøa tan trong nöôùc vaø caùc dung moâi höõu cô nhöng haàu nhö khoâng bò phaân huûy bôûi teá baøo. Neáu cellulose ñöôïc phaân huûy thì glucose seõ ñöôïc taùi sinh. Quaù trình thöïc hieän baèng phaûn öùng hoùa hoïc cô baûn nhö sau: acid (C6H10O5)n + H2O cellulose

→ n C6H12O6 glucose 61

(5-2)

Ñöôøng vaø glucose ñöôïc trích ly töø cellulose coù theå ñöôïc bieán ñoåi baèng caùc phaûn öùng sinh hoïc vaø hoùa hoïc taïo thaønh saûn phaåm laø röôïc vaø caùc hoùa chaát coâng nghieäp. Saûn xuaát metanol töø metan Metan ñöôïc hình thaønh do quaù trình phaân huûy yeám khí cuûa caùc chaát thaûi raén höõu cô coù theå ñöôïc bieán ñoåi thaønh metanol. Quaù trình bieán ñoåi ñöôïc thöïc hieän baèng 2 phaûn öùng sau: Xuùc taùc

CH4 + H2O

→

CO + 3H2

(5-3)

Xuùc taùc

CO

+ 2H2

→

CH3OH

(5-4)

Thuaän lôïi cuûa vieäc saûn xuaát metanol töø khí biogas coù chöùa metan laø metanol coù theå löu tröõ vaø vaän chuyeån deã daøng hôn laø vieäc chuyeån khí metan. 5.3.4Naêng löôïng töø quaù trình chuyeån hoùa sinh hoïc cuûa chaát thaûi raén Moät khi quaù trình bieán ñoåi caùc saûn phaåm ñöôïc hình thaønh töø chaát thaûi raén hoaëc laø töø quaù trình phaân huûy yeám khí (taïo khí metan) hoaëc laø töø bieán ñoåi hoùa hoïc (taïo thaønh metanol), nhöõng böôùc thöïc hieän tieáp theo laø vieäc söû duïng hoaëc laø löu tröõ. Neáu naêng löôïng ñöôïc sinh ra töø caùc saûn phaåm naøy thì ñoøi hoûi caàn thöïc hieän nhöõng böôùc bieán ñoåi tieáp theo. Biogas coù theå söû duïng tröïc tieáp ñeå ñoát caùc ñoäng cô ñoát trong hoaëc laø söû duïng khí naøy laøm quay tuabin ñeå taïo ra ñieän naêng.

62