CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Mục đích của tạo viên nhiên liệu RDF. Làm giảm thể tích chứa của nguyên liệu xuống 5-8 lần, rất thuận tiện cho việc bảo quản, chuyên chở, đóng bao, sử dụng… 2. Tính lưu động (dễ chảy) tốt, quản lý tiện lợi, rất thuận tiện cho việc cơ giới hóa khâu cấp liệu vào trong lò đốt. Hiệu suất nhiệt cao hơn so với đốt nguyên liệu dạng thô.2 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước.
Rác thải ngày nay đã trở thành vấn đề lớn của toàn thế giới. Chỉ tính riêng ở các nước Châu Âu hiện nay hơn 70% chất thải rắn đô thị được xử lý bằng phương pháp chôn lấp. Trong khi đó mục tiêu của các nước này là đến năm 2020 lượng rác thải chôn lấp phải giảm được 35%. Vì vậy nhiều nước EU phải thay đổi triệt để thực tiễn quản lý rác thải.
Mục tiêu hàng đầu là tăng mức độ tái chế, thu hồi năng lượng và chế biến rác thải thành phân bón (Thụy Điển là nước hiện đang rất phổ biến các loại máy chuyên sản xuất phân bón từ rác thải sinh hoạt)[7]. Một trong những giải pháp được các nước này đặc biệt quan tâm là biến nguồn giác thải khó phân hủy này thành dạng viên RDF. RDF có thể sử dụng như một nguồn thay thế than trong các lò hơi công nghiệp, điển hình là trong các nhà máy nhiệt điện đốt than. Đây là một giải pháp bền vững góp phần giảm bớt lượng giác thải chôn lấp.
Công nghệ này hiện nay phát triển khá mạnh tại Italia, Anh, Đức, Pháp…. Sử dụng viên nhiên liệu ở một số nước trên thế giới. Nước Sử dụng (tấn) Canada 690.000 Giảng viên HD: Tạ Hồng Phong 14 Sinh viên thực hiện: Bùi Xuân Bộ Nguyễn Văn Chung Đồ Án/Khóa Luận Tốt Nghiệp Ngành/Chuyên Ngành: Cơ Khí Hình 1.1 Hình ảnh các loại viên ép từ phế liệu ngành da giày. Một số tên tuổi lớn trong chế tạo máy ép viên (Pellet mill) ở châu Âu và Châu Mỹ như: Bliss (Mĩ), Kahl (Đức), La Meccanica (Ý), Vanarsen (Hà Lan)…, còn ở Châu Á thì có Chính Xương và Mynhiang (Trung Quốc)… Máy ép viên được ứng dụng cho rất nhiều sản phẩm khác nhau như: chế biến thức ăn cho người và gia súc, ép viên phế thải nông nghiệp (rơm, cỏ, vỏ trấu, mùn cưa.), ép viên rác thải khó phân hủy (nhựa, da giày, vải, phoi kim loại, túi nilong…), tùy thuộc vào mỗi loại đối tượng đòi hỏi có thiết bị ép viên phù hợp.
Dưới đây là một số loại máy ép viên do nước ngoài sản xuất.2 Máy ép tạo viên kiểu khuôn vành của hãng ZTMT (Trung Quốc). Máy ép tạo viên kiều khuôn vành do hãng Kingoro (TQ) sản xuất (hình 1.2) được dùng phổ biến trong lĩnh vực ép cám viên từ các: vỏ trấu, vỏ hạt hướng dương, vỏ đậu phộng và vỏ dưa khác; cành cây, thân cây, vỏ cây và phế liệu gỗ khác; tất cả các loại rơm rạ, cao su, xi măng, xỉ xám và các nguyên liệu hóa học khác, v. Giảng viên HD: Tạ Hồng Phong 15 Sinh viên thực hiện: Bùi Xuân Bộ Nguyễn Văn Chung Đồ Án/Khóa Luận Tốt Nghiệp Ngành/Chuyên Ngành: Cơ Khí Hình 1.3 Máy ép tạo viên của Đức ( Model 600) Máy ép tạo viên do Đức sản xuất (hình 1.3) là loại máy ép phế liệu thành viên như: bột gỗ thải, phoi tiện, phoi bào, với bột gỗ ép thành viên nhằm sản xuất nhiên liệu cho các lò đốt và tái chế.4 Máy ép khuôn phẳng của hãng Holyphant(Trung Quốc) Giảng viên HD: Tạ Hồng Phong 16 Sinh viên thực hiện: Bùi Xuân Bộ Nguyễn Văn Chung Đồ Án/Khóa Luận Tốt Nghiệp Ngành/Chuyên Ngành: Cơ Khí Hình 1.5 Máy ép viên trục đứng loại nhỏ.6 Máy ép khuôn phẳng của hãng Kahl ( Đức) Máy ép viên trục đứng do Trung Quốc sản xuất (hình 1.5) được ứng dụng cho rất nhiều loại nguyên liệu: - Phân bón: phân bón hữu cơ, phân bón vô cơ, phân vi sinh. - Thức ăn chăn nuôi: viên thức ăn gia cầm, viên thức ăn động vật.
- Nhiên liệu: viên mùn cưa. - …Và nhiều lĩnh vực khác nữa. Giảng viên HD: Tạ Hồng Phong 17 Sinh viên thực hiện: Bùi Xuân Bộ Nguyễn Văn Chung Đồ Án/Khóa Luận Tốt Nghiệp Ngành/Chuyên Ngành: Cơ Khí 1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước. Theo nghiên cứu khảo sát của Bộ Tài nguyên môi trường, mỗi năm cả nước thải ra khoảng 15 triệu tấn chất thải, trong đó 80% rác thải sinh hoạt và 20% chất thải công nghiệp.
Khoảng 70% lượng rác thải đã được thu gom. Mới chỉ có 20% các bãi chôn lấp rác là hợp vệ sinh. Dự báo, lượng rác thải hàng năm sẽ tiếp tục gia tăng, với lượng rác thải lớn như vậy thì mức độ đầu tư là rất lớn. Vì vậy, yếu tố then chốt hiện nay là nghiên cứu tìm giải pháp công nghệ phù hợp, có suất đầu tư nhỏ mà vẫn đáp ứng nhu cầu hiện tại của Việt Nam.
Để khắc phục tình trạng đó, hiện nay nhiều địa phương đang đầu tư hàng chục tỷ đồng để xây dựng những nhà máy xử lý rác thải với công suất từ 200 – 300 tấn/ngày. Đối với chất thải hữu cơ dễ phân hủy được đưa vào sản xuất phân vi sinh đa chủng POLYFA nhờ công nghệ vi sinh đa chủng, công nghệ này đang được ứng dụng tại công ty TNHH Phân sinh hóa Sông Kôn (Tây Sơn – Bình Định), công ty công nghệ môi trường xanh Seraphin ứng dụng công nghệ seraphin vào sản xuất phân vi sinh, Nhà máy phân lân Văn Điển(Cầu Diễn)…. Đối với chất thải khó phân hủy cho đến nay vẫn chưa có cách giải quyết hiệu quả mà phương pháp chủ yếu vẫn là chôn lấp, đốt. Theo nghiên cứu, riêng với túi nilon chôn vùi dưới đất phải mất tới 400 – 600 năm mới có thể phân hủy hết gây ô nhiễm nguồn nước, còn rác thải ngành da giầy và may mặc cũng được xử lý bằng cách đốt.
Khi đốt các loại rác thải này sẽ thải ra môi trường rất nhiều chất độc hại gây ô nhiễm bầu không khí ảnh hưởng tới sức khỏe con người. Năm 2003, công ty môi trường xanh Seraphin đã nghiên cứu thành công công nghệ xử lý rác thải dây chuyền công nghệ xử lý rác thải, tái chế rác thải sinh hoạt thành những sản phẩm có ích cho đời sống. Công nghệ này đã được cục sở hữu trí tuệ Việt Nam cấp bằng độc quyền sáng chế. Hiện nay công nghệ này đã và đang được ứng dụng ở nhiều nhà máy xử lý rác trên toàn quốc.
Quy trình ép rác thải khó phân hủy thành viên nhiên liệu rắn RDF là một phần quan trọng trong dây truyền công nghệ này rất được các nhà máy quan tâm và chú trọng phát triển. Những chất thải rắn trong công nghiệp và sinh hoạt cũng có thể biến thành viên nhiên liệu thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch ở chính cơ sở tạo ra chúng, góp phần bảo vệ môi trường, hạn chế chôn lấp, tăng hiệu quả sản xuất kinh doanh như: - Phế thải ngành da giầy. - Phế thải nhà máy giấy. - Phế thải hữu cơ khó phân hủy ở nhà máy xử lý rác sinh hoạt.
Ở nước ta trong những năm gần đây, công nghệ ép viên đã được ứng dụng khá nhiều trong nhiều lĩnh vực như: Chế biến thức ăn gia súc, gia cầm, thức ăn thủy sản, Giảng viên HD: Tạ Hồng Phong 18 Sinh viên thực hiện: Bùi Xuân Bộ Nguyễn Văn Chung Đồ Án/Khóa Luận Tốt Nghiệp Ngành/Chuyên Ngành: Cơ Khí ép viên rác thải làm phân bón… Nhu cầu về máy ép viên là rất lớn, tuy nhiên nguồn cung cấp chủ yếu vẫn là nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành rất cao không phù hợp với túi tiền của các nhà sản xuất trong nước. Cũng đã có một số cơ quan đi vào nghiên cứu, sản xuất máy ép viên như: Viện Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Máy Nông Nghiệp, Viện Cơ Điện Nông Nghiệp, … Nhưng kết quả còn rất hạn chế và sản phẩm chủ yếu phục vụ cho ngành chế biến thức ăn chăn nuôi và phụ phế liệu nông nghiệp còn với rác thải khó phân hủy thì vẫn còn bỏ ngỏ.7 Máy ép tạo viên 2-3 T/H.8 Một số sản phẩm viên ép từ phế liệu nông nghiệp của Viện NCTKCT máy Nông Nghiệp. Từ những vấn đề thực tế trên đây, chúng tôi nhận thấy cần phải đi sâu nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị ép viên RDF từ rác thải khó phân hủy phù hợp nhằm phục vụ cho những yêu cầu thiết thực đang đặt ra. Giảng viên HD: Tạ Hồng Phong 19 Sinh viên thực hiện: Bùi Xuân Bộ Nguyễn Văn Chung Đồ Án/Khóa Luận Tốt Nghiệp Ngành/Chuyên Ngành: Cơ Khí CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ 2.Đối tượng nghiên cứu Để phân loại, người ta có thể phân ra làm nhiều loại như: rác thải sinh hoạt, rác thải nông nghiệp, rác thải công nghiệp, rác thải y tế…trong đó chúng ta chủ yếu đi sâu vào phẩn rác thải sinh hoạt Bảng 2.
Thành phần chất thải sinh hoạt bao gồm: Rác hữu cơ 41,98% Giấy 05,27% Nhựa, cao su 07,19% Len, vải 01,75% Thủy tinh 01,42% Đá, đất sét, sành sứ 06,89% Xương, vỏ hộp 01,27% Kim loại 0,59% Tạp chất (10mm) 33,67% Tổng số 100% Độ ẩm chất thải 40,1% Tỷ trọng chất thải 0,380 tấn/m3 [ 8] Trong thành phần của rác thải sinh hoạt lại có nhiều đối tượng khác nhau, đối tượng của chúng ta đó là thành phần rác thải khó phân hủy cho năng lượng cao khi đốt, do đó chúng ta chủ yếu đi vào các thành phần đó là: giấy, nhựa, cao su, len, vải, da và một số loại rác hữu cơ cứng như cành cây, vỏ cứng. Giảng viên HD: Tạ Hồng Phong 20 Sinh viên thực hiện: Bùi Xuân Bộ Nguyễn Văn Chung Đồ Án/Khóa Luận Tốt Nghiệp Ngành/Chuyên Ngành: Cơ Khí 2. Quy trình công nghệ và thiết bị. Nguyên liệu (rác Xử lý Làm khô Nghiền Ép viên thải đã Vật lý qua phân loại) Sản phẩm Đóng bao viên ép Sàng Làm Ép viên nhiên liệu nguội (RDF) Hình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ ép viên phế thải Rác thải sau khi được phân loại phải làm khô sơ bộ để tạo điều kiện cho quá trình nghiền được dễ dàng, đường kính nguyên vật liệu càng nhỏ thì càng tiết kiệm được năng lượng cho quá trình tạo viên.
Tùy thuộc vào thành phần rác thải, kích thước và độ ẩm mà ta có thể bổ xung thêm ẩm và chất phụ gia cho nguyên liệu trước khi đưa vào ép viên nhằm đạt được năng suất và chất lượng viên ép tốt. Thường thì để đảm bảo chất lượng viên ép tốt nhất, người ta thường làm khô nguyên liệu xuống dưới độ ẩm 15%. Áp suất của quá trình nén từ 30 – 150 Mpa.