Chương 1: Tổng quan vậy đă phải đốt thử nghiệm, tiến hành đo đạc và hiệu chỉnh chế độ làm việc của lò đốt để các chỉ tiêu về bụi và các chất độc hại có trong khói thải thải ra từ ống khói của lò đốt phải thấp hơn giới hạn cho phép theo TCVN. Hệ thống xử lý khói thải Khi đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại khói thải ra còn chứa nhiều khí độc hại như: khí CO, SO2, NOx, các axit, kim loại nặng, điôxin/furan v. Những khí và bụi này gây ảnh hưởng đến môi trường, sức khỏe con người, năng suất cây trồng, vật nuôi. Vì thế lò đốt được lắp đặt hệ thống xử lý khí thải đồng bộ.
Mục tiêu cơ bản khi thiết kế, lắp đặt hệ thống xử lý khói thải là giảm nồng độ bụi, một số khí độc hại như CO, SOx, NOx, các axit. điôxin/furan xuống dưới tiêu chuẩn cho phép trước khi thải khói ra khí quyển. Các thông số sử dụng làm dữ liệu tính toán thiết kế cho hệ thống xử lý khói thải được chọn như sau: Khói thải ra khỏi buồng đốt thứ cấp với nhiệt độ khoảng 6000C có chứa nhiều bụi, chủ yếu là mồ hóng và các khí độc hại được dẫn qua thiết bị thu hồi nhiệt trước khi dẫn vào hệ thống thiết bị khử bụi kiểu ướt với hiệu quả khử bụi khoảng 70 – 80 % [5]. Lượng bụi còn lại đi theo khói thải qua thiết bị xử lý các khí độc hại.
Thiết bị này ngoài chức năng hấp thụ khí SO2, NO2, các hơi axit, còn có khả năng khử bụi với hiệu quả khoảng 70 – 80 % [5]. Do vậy nồng độ bụi còn lại trong khói thải nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép. Dung dịch hấp thụ khí SO2 là nước với hiệu quả hấp thụ khoảng 50%. Thiết bị khử khí SO2 còn có khả năng hấp thụ một số chất khác như các khí có tính axit v.
Do vậy nồng độ các khí độc hại nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép trước khi thải vào khí quyển. Khói thải sau khi đi qua thiết bị khử SO2 được dẫn qua tấm chắn nước với mục đích tách các hạt nước ra khỏi khói thải để tiếp tục đi vào quạt khói, sau đó đi qua thiết bị khử điôxin/furan bằng than hoạt tính và cuối cùng thải qua ống khói ra ngoài.2 Lò đốt rác y tế Trong nghiên cứu quá trình thiêu đốt rác thải y tế, khí thải sinh ra trong quá trình thiêu đốt có những thành phần tương tự như quá trình thiêu đốt xác gia cầm Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 6 Luan van Chương 1: Tổng quan nhưng có hàm lượng nhỏ hơn và có nhiều loại khí thải khác. Đặc điểm khí thải lò đốt chất thải y tế [6]: − Hàm lượng các khí HCl, HF thấp (vì thành phần nhựa trong rác thải chủ yếu là PE) − Hàm lượng CO, SOx, bụi, VOCs: không ổn định, thấp nhưng vẫn vượt quá giới hạn cho phép. − Hàm lượng NOx cao do đốt cháy thành phần N hữu cơ trong rác thải (khoảng 70 ÷ 80% thành phần khí NOx sinh ra), và một phần tạo thành do oxi phản ứng với nitơ trong không khí ở nhiệt độ cao.
Thành phần khí thải của lò đốt tùy thuộc vào thành phần rác thải và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đốt. Khí thải lò đốt chất thải y tế phải đảm bảo đạt TCVN 6560:2005 quy định giới hạn tối đa cho phép đối với các thông số ô nhiễm trong khí thải lò đốt chất thải rắn y tế. Hiện nay có hai phương pháp xử lý khói thải lò đốt [6]: Phƣơng pháp xử lý ƣớt: Dùng tháp phun dung dịch hóa chất. Phương pháp này cho phép loại được bụi và giảm nhiệt độ đồng thời hấp thụ được khí axit trong khí thải.
Tuy nhiên phương pháp này không có khả năng loại được CO, VOC và NO. Phƣơng pháp xử lý khô: Hỗn hợp than hoạt tính và soda (Na2CO3) được phun trực tiếp vào dòng khí thải. Phương pháp này cho phép loại bỏ được cả khí axit và CO, VOC, NOx nhờ hấp thụ hóa học trong soda lẫn hấp phụ vật lý trên than hoạt tính. Tuy nhiên, chi phí đầu tư và vận hành đều cao đồng thời sinh ra chất thải thứ cấp là than đã mất hoạt tính và các muối của natri cần phải xử lý.
Để bảo đảm xử lý triệt để khí thải, nên kết hợp phương pháp xử lý ướt với phương pháp xúc tác [6]. Hỗn hợp khí trước khi thải vào môi trường sẽ được dẫn qua thiết bị phản ứng chứa xúc tác (reactor) để xử lý CO, VOCs, NOx; tiếp đó qua tháp hấp thụ (xử lý ướt) xử lý các khí axit (HCl, SOx,. Từ kết quả của đề tài nghiên cứu: “Khảo sát đánh giá hiệu quả các lò đốt chất thải y tế khu vực phía nam” do Sở Khoa học Công nghệ & Môi trường Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 7 Luan van Chương 1: Tổng quan TPHCM khảo sát thực trạng các lò đốt ở khu vực phía nam hầu như không đạt về một số chỉ tiêu CO, NOx, SOx trong thành phần khí thải theo TCVN 6560:2005 khi lò đốt hoạt động ở chế độ cháy ổn định.2: Kết quả phân tích khói thải và tro lò đốt rác thải y tế tại Bệnh đa khoa Long Phú − Sóc Trăng [6]. Tiêu chuẩn môi trường STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN 6560:2005 1 SOX Mg/m3 0 300 2 NOx Mg/m3 1 250 3 HF Mg/m3 KPH 2 4 HCL Mg/m3 18,7 100 5 CO Mg/m3 49,5 100 6 Hg Mg/m3 KPH 0,55 7 Cd Mg/m3 KPH 0,16 8 Hàm lượng bụi Mg/m3 10 115 1.3 Các vấn đề khoa học còn tồn tại cần nghiên cứu để giải quyết hiện nay Trong đề tài "Nghiên cứu công nghệ lò đốt và xử lý khói thải lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại phù hợp với điều kiện Việt Nam" thì quá trình xử lý khí thải độc hại NOX, SO2, CO2 và CO chỉ mới 70 – 80 % [5] và chất hấp thụ dùng cho hệ thống là nước nên khả năng xử lý chưa cao và xử lý rác thải y tế do có nồng độ khí thải độc hại thấp hơn tiêu chuẩn.
Nên vấn đề còn tồn tại trong hệ thống là chưa xử lý tốt khí thải độc hại trong quá trình thiêu đốt, còn lượng khí thải chưa xử lý được thải trực tiếp ra môi trường gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường xung quanh. Do đó, đề tài này tập trung nghiên cứu xử lý khí thải tại vị trí tháp hấp thụ trước khi đưa ra môi trường với chất hấp thụ là Ca(OH)2.2 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Trong thời điểm như hiện nay, do nhu cầu của người tiêu dùng và đời sống kinh tế của người dân ngày càng tăng việc cung cấp các loại thực phẩm bắt nguồn từ động vật thực ngày càng nhiều, kéo theo một lượng lớn rác thải sinh hoạt bắt nguồn từ các loại thực phẩm này. Đồng thời, trong lĩnh vực chăn nuôi phát sinh dịch bệnh trên động vật làm phát sinh lượng lớn chất thải từ xác động vật, mà cụ thể ở gà có bệnh cúm A/H1N1 và H5N1, ở heo có heo tai xanh, trâu bò có bệnh lở Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 8 Luan van Chương 1: Tổng quan mồng lông móng, vừa gây tổn thất trong chăn nuôi và nếu không xử lý tốt các bệnh phẩm này sẽ gây ra dịch bệnh trên diện rộng. Nên vấn đề xử lý xác động vật rất cần thiết, chủ yếu là chất thải ở dạng rắn.
Phương pháp xử lý chủ yếu xác động vật trước đây chủ yếu là chôn lắp và hiện nay xử lý xác động vật là thiêu đốt, khi xử lý bằng cách này phát sinh thêm vấn đề là khí thải sinh ra trong quá trình thiêu đốt. Nên phần nghiên cứu của đề tài chủ yếu về xử lý khí thải sau khi thiêu đốt xác gia cầm.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu Dựa trên lượng vật phẩm cần đốt là xác gia cầm, từ đó tính được lượng khí thải sinh ra trong quá trình đốt và lượng nhiên liệu cần để đốt hết lượng chất thải. Từ các giá trị về khí thải và nhiệt lượng sinh ra ta tính được hệ thống xử lý khí thải, dựa trên những tính toán đạt được dùng phần mềm SOLIDWORKS để mô hình hóa hệ thống xử lý khí thải và dùng phần mềm ANSYS FLUENT để tiến hành mô phỏng trên máy tính quá trình xử lý khí thải bên trong tháp hấp thụ trước khi thải ra môi trường. Tiến hành kiểm tra đối chiếu với việc tính toán trong quá trình nghiên cứu chính xác, có cơ sở tối ưu hóa hệ thống xử lý khí thải đưa vào hoạt động.4 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài Nhiệm vụ tính toán lượng khí thải sinh ra khi thiêu 500 kg xác gia cầm và lượng nhiên liệu cần thiết để có thể đốt cháy hoàn toàn lượng xác gia cầm, tính toán hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, tìm chất hấp thụ cần thiết cho quá trình xử lý.
Từ đó, mô phỏng số quá trình xử lý bên trong tháp hấp thụ của hệ thồng xử lý khí thải bằng phần mềm ANSYS FLUENT.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Tính toán hệ thống xử lý bằng phương pháp hấp thụ và mô phỏng quá trình xử lý bên trong tháp hấp thụ bằng phần mềm ANSYS FLUENT. Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 9 Luan van Chương 1: Tổng quan 1.6 Kế hoạch thực hiện Bảng 1.3: Kế hoạch thực hiện. Chương Nội dung Kế hoạch 1 Tổng quan 2 tuần 2 Cơ sở lý thuyết 2 tuần 3 Chọn chất hấp thụ 2 tuần 4 Tính toán hệ thống xử lý 4 tuần 5 Mô phỏng 8 tuần 6 Kết luận đánh giá 3 tuần Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 10 Luan van Chương 2: Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý khí thải CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KHÍ THẢI 2.1 Xử lý khí và hơi bằng phƣơng pháp thiêu hủy Để phân hủy một chất ở dạng khí hoặc hơi có hại cho môi trường thành một hay nhiều chất khác ít hoặc không độc hại có thể thực hiện bằng nguồn nhiệt − phân hủy nhiệt hoặc phân hủy thông qua các phản ứng hóa học, hoặc kết hợp cả hai như phương pháp đốt.1 Thiêu hủy bằng nhiệt Phương pháp này phù hợp với khí thải chứa các hợp chất hữu cơ như các hơi dung môi, hơi lò cốc hoá than, hơi đốt. Trong điều kiện nhiệt độ cao các chất hữu cơ sẽ bị phân huỷ thành than: khí và hơi nước.
Muốn phân hủy thành than, khí và hơi nước nhiệt độ phân hủy đòi hỏi phải cao và tốc độ phân hủy thường chậm. Vì vậy người ta thường tiến hành phân huỷ nhiệt với sự có mặt của các chất xúc tác.