Nghiên cứu đề xuất quy trình vận hành lò đốt đa năng các loại chất thải công nghiệp nguy hại trên lò nhiệt phân tĩnh

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH VẬN HÀNH LÒ ĐỐT ĐA NĂNG CÁC LOẠI CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP NGUY HẠI TRÊN LÒ NHIỆT PHÂN TĨNH Lời cảm ơn Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Quốc Bình, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tôi về mọi mặt, luôn theo sát và chỉ dẫn để tôi có thể hoàn thành được luận văn này, nhờ có thầy mà từ những kiến thức lý thuyết tôi có thể chuyển thành những kinh nghiệm thực tế trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Tôi cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô trong khoa Môi trường đã tận tình hướng dẫn, bồi đắp kiến thức cho tôi suốt năm năm qua. Tôi xin chân thành cảm ơn các chú, các cô, các anh, các chị tại phòng Kiểm soát Ô nhiễm Không khí thuộc Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới và Bảo Vệ Môi Trường đã chỉ dẫn và đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình tôi đi khảo sát thực tế cũng như trong quá trình thực tập tại viện. Xin cảm ơn tất cả các bạn đã cùng học và giúp đỡ tôi mọi điều. Trên hết tôi vô cùng biết ơn gia đình đã động viên ủng hộ tôi trong mọi chuyện, luôn giúp đỡ và là chỗ dựa vững chắc cho tôi. Do thời gian nghiên cứu và kiến thức còn nhiều hạn chế nên chắc chắn đề tài không tránh khỏi những sai sót. Tôi mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô, các anh chị và các bạn để luận văn của tôi được hoàn chỉnh hơn. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ của mọi người đối với tôi! TP.HCM, tháng 12 năm 2004 Sinh viên Danh mục chữ viết tắt trong luận án xi Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp. HCM DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN ASTM : Tiêu chuẩn của Mỹ CE : Hiệu quả đốt CTCN : Chất thải công nghiệp CTNH : Chất thải nguy hại DRE : Hiệu quả phân huỷ EPA : Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ KL : Khối lượng KLN : Kim loại nặng KCN : Khu công nghiệp KCX : Khu chế xuất TBVTV : Thuốc bảo vệ thực vật TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam THC : Tổng Hydrocarbon Tp.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh Danh mục hình vi Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Lò đốt một cấp ...................................................................................... 22 Hình 2.2 Lò đốt nhiều cấp.................................................................................... 23 Hình 2. 3 Lò đốt thùng quay ................................................................................. 24 Hình 2.4 Hệ thống lò đốt thùng quay có hệ thống xử lý khí ................................. 25 Hình 2.5 Lò đốt tầng sôi ...................................................................................... 27 Hình 2.6 Lò đốt chất thải lỏng ............................................................................. 28 Hình 2.7 Lò đốt nhiệt phân tĩnh ........................................................................... 29 Hình 2.8 Hệ thống lò đốt nhiệt phân tĩnh có kiểm soát ô nhiễm ........................... 30 Hình 2.9 Lò đốt hồng ngoại ................................................................................. 32 Hình 3.1 Quá trình nhiệt phân ............................................................................. 35 Hình 3.2 Biến đổi sản phẩm cháy ........................................................................ 35 Hình 3.3 Đường biểu diễn liên quan giữa nhiệt độ và không khí dư ..................... 40 Hình 4.1 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của rác hỗn hợp .............. 54 Hình 4.2 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của giẻ lau ...................... 54 Hình 4.3 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của polyamid .................. 54 Hình 4.4 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của PE ............................ 54 Hình 4.5 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của gỗ củi ....................... 55 Hình 4.6 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của cao su ....................... 55 Hình 4.7 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của carton ....................... 55 Hình 4.8 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của nhựa PET ................. 55 Hình 4.9 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của nhựa photoresist ....... 55 Danh mục hình vii Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Hình 4.10 Độ giảm khối lượng theo nhiệt độ nhiệt phân của nhựa PP .................... 55 Hình 4.11 Mô hình lò nhiệt phân và đốt chất thải................................................... 58 Hình 4.12 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trong quá trình nhiệt phân ở 350 0 C,  = 20% ........................................................................................................ 64 Hình 4.13 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trong quá trình nhiệt phân ở 350 0 C,  = 40% ........................................................................................................ 64 Hình 4.14 Diễn biến nhiệt độ tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 350 0 C,  = 20, 40% .................................................................................................. 65 Hình 4.15 Diễn biến nồng độ oxy tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 350 0 C,  = 20, 40% .................................................................................................. 65 Hình 4.16 Diễn biến nồng độ khí gas theo oxy tự do tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 3500C,  = 20, 40% ...................................................................... 66 Hình 4.17 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trong quá trình nhiệt phân ở 450 0 C,  = 20% ........................................................................................................ 67 Hình 4.18 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trong quá trình nhiệt phân ở 450 0 C,  = 40% ........................................................................................................ 68 Hình 4.19 Diễn biến nhiệt độ tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 450 0 C,  = 20, 40% .................................................................................................. 68 Hình 4.20 Diễn biến nồng độ oxy tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 450 0 C,  = 20, 40% .................................................................................................. 69 Hình 4.21 Diễn biến nồng độ khí gas theo oxy tự do tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 4500C,  = 20, 40% ...................................................................... 69 Hình 4.22 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trong quá trình nhiệt phân ở 550 0 C,  = 20% ........................................................................................................ 71 Hình 4.23 Diễn biến nhiệt độ, CO, CO2, CxHy, O2 trong quá trình nhiệt phân ở 550 0 C,  = 40% ........................................................................................................ 71 Danh mục hình viii Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Hình 4.24 Diễn biến nhiệt độ tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 550 0 C,  = 20, 40% .................................................................................................. 72 Hình 4.25 Diễn biến nồng độ oxy tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 550 0 C,  = 20, 40% .................................................................................................. 72 Hình 4.26 Diễn biến nồng độ khí gas theo oxy tự do tại buồng sơ cấp trong quá trình nhiệt phân ở 5500C,  = 20, 40% ...................................................................... 73 Hình 4.27 Biến thiên nồng độ CO theo oxy trong buồng thứ cấp ........................... 79 Hình 4.28 Diễn biến của hiệu quả đốt CE theo nồng độ oxy trong buồng thứ cấp .............................................................................................................. 80 Hình 4.29 Biến thiên nồng độ CO trong khoảng dao động của oxy từ 7 -14% ....... 81 Hình 4.30 Diễn biến nhiệt độ buồng nhiệt phân trong lò đốt rác LRY - 500 ........... 87 Hình 4.31 Biến thiên nồng độ CO theo oxy trong buồng thứ cấp của lò LRY - 500 .............................................................................................................. 88 Hình 4.32 Diễn biến của nồng độ CxHy, O2 (%) theo thời gian trong buồng nhiệt phân ở nhiệt độ 4500C, chế độ cấp khí  = 20% ............................................... 89 Hình P 1.1 Diễn biến nồng độ CO theo oxy tự do trong buồng thứ cấp ................... 97 Hình P 1.2 Diễn biến hiệu quả đốt CE theo nồng độ oxy tự do trong buồng thứ cấp .............................................................................................................. 97 Danh mục bảng ix Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Lượng chất thải rắn nguy hại ở Tp. HCM và các vùng phụ cận ............... 6 Bảng 1.2 Khối lượng chất thải rắn bệnh viện ở Tp. HCM và các vùng phụ cận ...... 7 Bảng 1.3 Tổng hợp khối lượng thành phần rác từ các nhà máy đã điều tra ........... 10 Bảng 1.4 Khối lượng rác công nghiệp và CTNH ở Tp. HCM ............................... 13 Bảng 1.5 Mức độ áp dụng các phương pháp xử lý chất thải rắn tại một số nước ... 19 Bảng 2.1 Lượng chất thải nguy hại phát sinh trung bình hằng năm tại một số nước .............................................................................................................. 20 Bảng 3.1 Hiệu quả phân huỷ của một số chất hữu cơ 99,99% ............................... 38 Bảng 3.2 Thành phần hóa học trung bình của một số chất thải ............................. 39 Bảng 3.3 Nhu cầu cấp khí của một số chất thải .................................................... 40 Bảng 3.4 Nhiệt lượng của một số chất thải ........................................................... 41 Bảng 3.5 Chỉ số cháy của một số chất .................................................................. 46 Bảng 3.6 Tiêu chuẩn khí thải của một số nguồn thải của Việt Nam ...................... 47 Bảng 3.7 Tiêu chuẩn giới hạn khí thải cho lò đốt chất thải của một số nước ......... 48 Bảng 3.8 Tóm tắt các sản phẩm cháy và phương pháp xử lý trong công nghệ đốt chất thải .............................................................................................................. 51 Bảng 4.1 Chế độ nhiệt phân: 3500C – 20%Ôxy .................................................... 61 Bảng 4.2 Chế độ nhiệt phân: 3500C – 40%Ôxy .................................................... 61 Bảng 4.3 Chế độ nhiệt phân: 4500C – 20%Ôxy .................................................... 62 Bảng 4.4 Chế độ nhiệt phân: 4500C – 40%Ôxy .................................................... 62 Bảng 4.5 Chế độ nhiệt phân: 5500C – 20%Ôxy .................................................... 63 Bảng 4.6 Chế độ nhiệt phân: 5500C – 40%Ôxy .................................................... 63 Danh mục bảng x Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM Bảng 4.7 Thí nghiệm 1 ......................................................................................... 76 Bảng 4.8 Thí nghiệm 2 ......................................................................................... 77 Bảng 4.9 Thí nghiệm 3 ......................................................................................... 77 Bảng 4.10 Thí nghiệm 4 ......................................................................................... 77 Bảng 4.11 Thí nghiệm 5 ......................................................................................... 77 Bảng 4.12 Thí nghiệm 6 ......................................................................................... 78 Bảng 4.13 Thí nghiệm 7 ......................................................................................... 78 Bảng 4.14 Thí nghiệm 8 ......................................................................................... 78 Bảng 4.15 Nồng độ khí thải sau khi đốt được 5 phút .............................................. 87 Bảng 4.16 Nồng độ khí thải sau khi đốt được 10 phút ............................................ 87 Bảng 4.17 Nồng độ khí thải sau khi đốt được 15 phút (giai đoạn nhiệt phân) ......... 88 Bảng 4.18 Nồng độ khí thải giai đoạn gần cuối mẻ đốt .......................................... 88 Bảng 4.19 Nồng độ các chất trong khí thải (rác từ nhà máy VIPESCO) ................. 90 Bảng 4.20 Nồng độ các chất trong khí thải (rác hữu cơ trơ thải ra từ nhà máy sản xuất phân vi sinh tỉnh BR – VT) ............................................................................... 90 Bảng P1.1 Thí nghiệm 1 – giai đoạn cháy ổn định .................................................. 96 Bảng P1.2 Thí nghiệm 2 – khi mới nhập liệu .......................................................... 96 Bảng P1.3 Thí nghiệm 3 – giai đoạn cuối của mẻ đốt ............................................. 96 Phụ lục 96 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM PHỤ LỤC 1 KẾT QUẢ ĐO KHÍ THẢI TẠI LÒ ĐỐT RÁC Y TẾ BÌNH HƯNG HOÀ Kết quả đo các chỉ tiêu khí thải sau buồng thứ cấp Bảng P1.1 Thí nghiệm 1 – giai đoạn cháy ổn định Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 11,3 10,9 10,8 11,1 11,2 11,1 CO2 (%) 6,6 6,7 6,5 6,7 6,5 6,6 CO (mg/m 3 ) 88 161 151 42 21 92,6 NOx (mg/m 3 ) 56 51 50 53 53 52,6 SO2 (mg/m 3 ) 25 31 23 17 15 22,2 CE (%) 99,88 99,79 99,80 99,95 99,97 99,88 Bảng P1.2 Thí nghiệm 2 – giai đoạn mới nhập liệu Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 4,3 4,1 4,5 3,7 4,9 4,3 CO2 (%) 11,2 11,2 11,2 11,6 10,6 11,2 CO (mg/m 3 ) 988 1256 588 360 764 791,2 NOx (mg/m 3 ) 294 228 179 158 145 200,8 SO2 (mg/m 3 ) 1017 444 253 393 143 450,0 CE (%) 99,24 99,03 99,54 99,73 99,37 99,38 Bảng P1.3 Thí nghiệm 3 – giai đoạn cuối mẻ đốt Thông Số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 TB O2 (%) 13,7 9,2 8,7 7,5 8,6 9,5 CO2 (%) 8,6 8,2 8,2 9 8,2 8,4 CO (mg/m 3 ) 550 546 412 339 123 394,0 NOx (mg/m 3 ) 110 109 105 122 95 108,2 SO2 (mg/m 3 ) 108 103 65 74 39 77,8 CE (%) 99,44 99,42 99,56 99,67 99,87 99,59 Phụ lục 97 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 3,7 4,1 4,3 4,5 4,9 7,5 8,6 8,7 9,2 10,8 10,9 11,1 11,2 11,3 13,7 O2 (%) CO (m g/m 3 ) Hình P1.1 Diễn biến của nồng độ CO theo oxy tự do trong buồng thứ cấp 98,0 98,2 98,4 98,6 98,8 99, 99,2 99,4 99,6 99,8 100,0 3,7 4,1 4,3 4,5 4,9 7,5 8,6 8,7 9,2 10,8 10,9 11,1 11,2 11,3 13,7 O2 (%) CE (% ) Hình P1.2 Diễn biến của hiệu quả đốt CE theo nồng độ oxy tự do trong buồng thứ cấp Nhận xét: Từ hình P1.1 và hình P1.2 có thể rút ra nhận xét sau: lò hoạt động không hiệu quả, ở thí nghiệm 2 và 3, nồng độ khí CO sinh ra cao (trung bình 791.2 – 394mg/m3) Phụ lục 98 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM vượt quá tiêu chuẩn cho phép, hiệu quả đốt trung bình CE thấp (99.38 – 99.59%), đó là do: tại thí nghiệm 2 và 3 lò hoạt động không ổn định (giai đoạn mới nạp rác và giai đoạn đốt cặn carbon), còn ở thí nghiệm 1, khi điều kiện đốt ổn định, lượng chất bị khí hoá đã giảm dần, hiệu quả đốt cao hơn so với các giai đoạn khác, nồng độ CO giảm, nồng độ khí CO sinh ra trung bình đạt tiêu chuẩn (< 100 mg/m3), nhưng xét theo từng thời điểm thì có lúc nồng độ khí CO lại vượt quá tiêu chuẩn cho phép; hiệu quả đốt CE không cao 99,88%. Do đó có thể thấy rằng, dù là lò được nhập ngoại (lò HOVAL của Bỉ) nhưng nếu không có quy trình công nghệ vận hành phù hợp với điều kiện thực tế thì lò hoạt động hiệu quả cũng không cao. Theo Kết quả khảo sát các lò đốt rác y tế khu vực phía Nam [3] thì ngay cả các lò được chế tạo trong nước hay nhập ngoại thì vẫn có một số lò hoạt động chưa hiệu quả, nồng độ khí CO sinh ra sau buồng thứ cấp, lớn gấp nhiều lần tiêu chuẩn cho phép, thỉnh thoảng có khói đen xuất hiện, đặc biệt là khi nạp mẻ rác tiếp theo vào để đốt. Phụ lục 99 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM PHỤ LỤC 2 KẾT QUẢ ĐO NHIỆT ĐỘ TẠI BUỒNG NHIỆT PHÂN THEO THỜI GIAN CỦA LÒ ĐỐT RÁC LRY – 500 Thời gian (giây) Nhiệt độ (0C) Thời gian (giây) Nhiệt độ (0C) Thời gian (giây) Nhiệt độ (0C) Thời gian (giây) Nhiệt độ (0C) Thời gian (giây) Nhiệt độ (0C) 0 470 420 329 820 251 1320 320 1850 420 60 479 430 323 830 249 1350 323 1860 423 70 477 440 321 840 247 1380 322 1900 425 80 474 450 318 860 246 1390 319 1920 430 90 471 460 316 880 245 1410 317 1980 450 110 466 470 311 910 241 1440 309 2100 475 120 463 480 309 920 240 1460 307 2150 488 140 454 500 305 930 239 1480 300 2160 500 150 448 520 303 950 237 1500 295 2170 509 160 443 540 298 960 236 1560 288 2180 513 170 439 550 295 970 234 1570 324 2190 521 180 435 560 293 990 233 1590 339 2200 533 190 429 570 291 1010 232 1600 356 2210 534 200 425 580 288 1020 231 1620 379 2220 535 210 421 590 287 1030 229 1630 397 2240 528 220 417 600 284 1050 228 1640 414 2260 525 230 412 610 283 1070 227 1650 419 2280 522 240 407 620 281 1080 225 1680 425 2300 515 260 398 640 277 1100 222 1690 431 2340 509 270 385 650 276 1110 221 1700 433 2350 504 280 381 660 274 1120 220 1710 434 2360 500 310 368 700 266 1140 217 1720 433 2390 490 320 363 720 264 1170 216 1730 431 2400 478 330 358 730 263 1200 217 1740 429 2410 473 340 355 750 261 1220 240 1750 424 2430 469 350 352 760 260 1230 273 1760 420 2450 465 360 350 770 258 1250 284 1770 416 2460 456 390 342 790 255 1280 303 1800 412 2520 449 400 338 800 254 1290 310 1810 409 2560 447 410 332 810 252 1300 317 1830 410 2580 440 Phụ lục 100 Luận văn tốt nghiệp đại học – K2000 – Khoa Môi trường - Trường ĐHBK Tp.HCM PHỤ LỤC 3 KẾT QUẢ ĐO CÁC CHỈ TIÊU KHÍ THẢI TẠI BUỒNG SƠ CẤP CỦA CÔNG TY SÔNG XANH (BÀ RỊA – VŨNG TÀU) Thời gian (1) CxHy (2) O2 (3) 1 2 3 1 2 3 1 2 3 giây % 10 0,01 14,2 350 0,14 5,7 850 0,07 6,3 1310 0,21 12,5 20 0,08 9,6 360 0,13 5,9 860 0,09 6,9 1320 0,22 12,7 30 0,15 8,1 370 0,16 6,1 870 0,11 7,2 1330 0,22 12,7 40 0,14 11,3 380 0,15 6,3 890 0,09 7,4 1340 0,23 12,6 50 0,12 12,5 390 0,18 6,3 900 0,03 7,7 1350 0,2 12,9 60 0,11 12,6 400 0,17 6,3 910 0,05 7,9 1360 0,22 13,1 70 0,12 10,8 440 0,19 6 930 0,04 8,4 1370 0,23 12,9 80 0,12 6,5 450 0,16 6 940 0,06 8,3 1380 0,21 13,1 90 0,17 5,7 460 0,16 5,8 960 0,04 8,4 1390 0,23 13,2 100 0,13 5 470 0,18 5,7 970 0,05 8,5 1400 0,24 13,2 110 0,17 3,2 480 0,16 5,8 980 0,07 8,3 1410 0,25 13,2 130 0,11 3,7 500 0,18 6 1000 0,06 8,8 1430 0,25 13,4 140 0,24 0,8 510 0,2 6 1030 0,1 11,3 1440 0,26 13,4 150 0,93 22,7 520 0,17 6 1040 0,14 9,8 1450 0,26 13,3 160 0,61 1,8 530 0,16 5,7 1050 0,1 9,1 1460 0,24 13,5 170 0,27 1,7 540 0,19 5,6 1060 0,11 9,3 1470 0,27 13,6 180 0,15 1,8 550 0,18 5,6 1070 0,17 9,5 1480 0,28 13,5 190 0,04 2,1 560 0,18 5,8 1090 0,2 9,9 1490 0,25 13,7 200 0,02 2 570 0,19 5,6 1100 0,2 10 1500 0,27 13,8 210 0,09 2 580 0,21 5,7 1110 0,19 10,3 1510 0,27 13,9 220 0 2,2 590 0,21 5,8 1120 0,2 10,6 1520 0,28 13,7 230 0,2 2,8 600 0,22 5,8 1150 0,19 11 1530 0,24 13,9 250 0,45 3,3 620 0,19 6,2 1180 0,17 11,2 1550 0,27 14,1 260 0,43 4,6 630 0,19 9,1 1190 0,19 11,5 1560 0,28 14 270 0,37 5,4 650 0,12 4,3 1200 0,2 11,6 1570 0,23 14,2 280 0,26 4,4 660 0,26 23,1 1230 0,2 11,9 1580 0,26 14,3 290 0,28 4,6 670 0,32 25,1 1240 0,21 11,9 1590 0,26 14,3 300 0,24 5,1 680 0 26 1260 0,21 12,2 1600 0,26 15,1 310 0,24 4,6 690 0 26,7 1270 0,22 12,2 1610 0,2 15,1 320 0,26 4,6 700 0 26,2 1280 0,19 12,3 1620 0,22 15,7 330 0,22 5 830 0 5,2 1290 0,21 12,4 1630 0,21 15,7 340 0,19 5,2 840 0,01 5,8 1300 0,22