Bài giảng Kỹ thuật xử lý chất thải rắn: Chương 4

KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN

BÀI GIẢNG:

CHƯƠNG IV: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT

THẢI RẮN

Giảng Viên : Dương Thị Thành

Chương 4 – Các phương pháp xử lý CTR

4.1 Thu hồi nguyên liệu trong CTR và tái chế CTR 4.2 Các phương pháp phân loại để thu hồi nguyên liệu trong

CTR

4.3. Phương pháp sản xuất phân compost hiếu khí 4.4. Phương pháp sản xuất phân compost kị khí 4.5. Phương pháp đốt CTR 4.6. Phương pháp chôn lấp CTR

Cơ sở lựa chon phương pháp xử lý

1. Thành phần, tính chất, khối lượng chất thải

2. Tốc độ gia tăng

3. Điều kiện tài chính

4. Điều kiện địa điểm khu xử lý, diện tích mặt bằng, cơ sở hạ tầng

5. Nhu cầu của thị trường

6. Khả năng thu hồi sản phẩm và năng lượng

7. Yêu cầu về bảo vệ môi trường

4.1 Thu hồi nguyên liệu trong CTR và tái chế CTR

Định nghĩa: Tái chế là hoạt động thu hồi lại từ chất thải các thành phần có

thể sử dụng để biến thành các sản phẩm mới, hoặc các dạng năng lượng để

phục vụ các hoạt động sinh hoạt và sản xuất.

Ưu điểm:

üThu hồi và tái chế chất thải là một trong các phương pháp giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường;

üHoạt động tái chế chất thải đem lại hiệu quả kinh tế lớn;

üHoạt động thu hồi và tái chế chất thải sẽ tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên;

üTái chế chất thải là giảm lượng chất thải, giảm ô nhiễm môi trường, giảm chi phí xử lý, giảm diện tích đất đai cho chôn lấp.

4.1 Thu hồi nguyên liệu trong CTR và tái chế CTR

Nhược điểm:

ü Chất lượng sản phẩm từ sản xuất tái chế không cao.

ü Không chủ động về nguồn nguyên liệu

ü Chi phí đầu tư về công nghệ và cải tạo thiết bị

4.1 Thu hồi nguyên liệu trong CTR và tái chế CTR

Sơ đồ thu gom rác tái chế Việt Nam

Thu mua phế liệu

Nhặt phế liệu

Nhặt phế liệu tại bãi chôn lấp

4.1 Thu hồi nguyên liệu trong CTR và tái chế CTR

4.2 Các phương pháp phân loại để thu hồi nguyên liệu trong CTR

1. Tái chế sơ cấp: Tái chế cơ học (Tái chế vòng kín hoàn nguyên)

2. Tái chế thứ cấp Tái chế cơ học (Tái chế sản phẩm có giá trị thấp hơn)

3. Tái chế bậc ba Tái chế hóa học (Quá trình hóa học sản xuất sản phẩm mới)

4. Thu hồi Thu hồi năng lượng

Các phương pháp phân loại

Phân loại theo kích thước

Phân loại theo trọng lực / tỉ trọng

Tách kim loại (Tách từ trường và dòng điện xoáy)

Phân loại dùng cảm biến / quang học

Phân loại thủ công

4.2 Các phương pháp phân loại để thu hồi nguyên liệu trong CTR

Phân loại theo kích thước: phân loại hỗn hợp thành 2 hay nhiều vật liệu có kích thước giống nhau. Phân loại ở trạng thái ướt hoặc khô Thiết bị :

–Dạng sàng trống quay: sàng các loại giấy carton và giấy vụn (0,025-1m/s).

–Dạng sàng rung : kim loại, thủy

tinh.

Chuyển động hạt kích thước 0,3 -15 cm. Kích thước từ 1 - 3 m và công suất 300 - 850 tấn/h

4.2 Các phương pháp phân loại để thu hồi nguyên liệu trong CTR

2. Phân loại theo khối lượng: tách riêng các loại vật liệu có khối lượng riêng khác nhau. Các loại vật liệu nhẹ : giấy, nhựa, các chất hữu cơ Các loại vật liệu nặng : thủy tinh, kim loại, sành sứ, gỗ và các vật liệu vô cơ khác.

•Sử dụng các phương pháp dòng khí: dòng khí đi từ dưới lên trên xuyên qua lớp vật liệu, các vật liệu nhẹ sẽ được tách khỏi lớp vật liệu nặng bay theo dòng khí.

4.2 Các phương pháp phân loại để thu hồi nguyên liệu trong CTR

Minh họa nguyên tắc làm việc của máy phân loại vật liệu bằng không khí

4.2 Các phương pháp phân loại để thu hồi nguyên liệu trong CTR

3. Phân loại theo điện trường và từ tính: tách riêng các loại vật liệu nhờ tính chất nhiễm điện từ và từ tính, Lực hút nam châm 12kg, góc nghiêng 3-60 Điện trường : tách các kim loại màu và kim loại đen. Tĩnh điện : dùng để tách ly nhựa và giấy nhựa

4.2 Các phương pháp phân loại để thu hồi nguyên liệu trong CTR

4. Phân loại dùng cảm biến / quang học

Máy phân loại hồng ngoại NIR

4.2 Các phương pháp phân loại để thu hồi nguyên liệu trong CTR

Máy đóng kiện : Áp lực nhỏ 7000kg/m2, áp lực cao >7000kg/m2.

Phân loại thủ công

Các công nghệ thu hồi tái chế chất thải

Bài tập nhóm:

2. Phân tích công nghệ thu hồi tái chế thuỷ tinh

3. Phân tích công nghệ thu hồi tái chế nhựa

Nội dung: 1 Tổng quan – Tình hình tái chế Việt nam và trên thế giới 2. Phân tích ưu, nhược điểm công tái chế (kinh tế, XH, MT) 3. Phân tích công nghệ (qui trình, máy móc thiết bị, nguyên liệu..) 4. Đánh giá triển vọng 5. Kết luận và kiến nghị

1. Phân tích công nghệ thu hồi và tái chế các sản phẩm cao su

4.3. Phương pháp sản xuất phân compost hiếu khí

Định nghĩa: Quá trình sản xuất phân hiếu khí là biến đổi các chất thải rắn dạng hữu cơ tạo thành các chất vô cơ dưới tác dụng của vi sinh vật để tạo thành sản phẩm dạng mùn gọi là phân compost.

Qui trình chung của quá trình compost

4.3.1 Sơ đồ chuyển vận cơ bản trong quá trình compost

compost



Chất thêmphụ gia

Chế biến vật liệu



Chất thải

Ủ compost

Chế biến sản phẩm

Compost đã được gia giảm thêm



Không khí

 Khí thải, bụi



Nước



Nước rỉ



Tạp chất

Bước cơ bản

- Phân loại - Trộn - Sàng - Loại tạp chất

- Cấp khí - Trộn - Làm ướt - Làm khô - Tách Loại tạp

chất

- Phân loại - Sàng - Loại nước - Làm khô - Làm ướt - Trộn - Loại tạp chất

4.3.2 Phân loại hệ thống compost

Hệ thống compost

Hệ thống không cần bể

Hệ thống có bể

Bể đứng

Bể ngang

Bể quay

Compost trên ruộng

Compost luống

Thổi khí

Tĩnh

Thổi khí

Tĩnh

Thổi khí tự nhiên

Thổi khí nép ép cưỡng bức

Compost trên ruộng

Compost đánh chất luống: thông khí tự nhiên; đống ủ dạng đứng

Khí thải

Chất thải

Compost

K. khí

Nước rỉ

Compost đánh chất luống: thông khí tự nhiên; tạo đống ủ một lần

Compost đánh chất luống: thối khí áp lực cưỡng bức; thoát khí

Text

Khí thải

Chất thải

Compost

Khí thải (Bụi) Compost

K. khí

Nước rỉ

Compost đánh chất luống: thối khí áp lực cưỡng bức; không thoát thoát khí

Compost đánh chất luống: thông khí tự nhiên; đống ủ dạng ngang

Chất thải

Khí thải

Chất thải

Compost

K. khí

Nước rỉ

Khí thải

a. Compost không cần bể

Thời gian ủ 3 - 6 tháng

Chiều cao 1m - 3,5m Chiều rộng 1,5 -6m.

Compost dạng luống (Windrow composting)

Cung cấp nước mưa: ü Thuận lợi: thêm nước vật liệu đang hay đã bị khô, tăng nhanh phân hủy sinh học; ü Bất lợi: làm nghẽn lỗ khí, tạo điều kiện kị khí và sinh ra sản phẩm khí có mùi hôi,

làm giảm chất lượng sản phẩm compost, tăng lượng nước rỉ;

Thay đổi nhiệt độ không khí: ü Thuận lợi: nhiệt độ cao làm tăng quá trình bay hơi nước vật liêu ướt, tăng thể tích lỗ

rỗng.

ü Bất lợi: nhiệt độ cao tăng bốc hơi nước, giảm độ ẩm; nhiệt độ thấp kéo dài quá trình

bốc hơi;

Thay đổi độ ẩm không khí: ü Thuận lợi: độ ẩm không khí thấp làm tăng cường bốc hơi nước vật liệu ướt; độ ẩm

cao làm chậm quá trình bốc hơi nước;

ü Bất lợi: độ ẩm không khí thấp độ ẩm không đủ để phân hủy; độ ẩm cao chậm tốc độ

bốc hơi nước vật liệu quá ẩm;

Cung cấp gió: ü Thuận lợi và bất lợi: gió làm tăng cường ảnh hưởng nhiệt độ và độ ẩm không khí

Các cách để cải thiện thông khí tự nhiên trong các luống compost

Vật liệu kồng kềnh

Không khí

Vật liệu kồng kềnh trải đáy

Không khí

Đường hoặc ống dẫn khí

Không khí

Đục lỗ dưới nền

Không khí

Chiều cao luống 2 - 2,5m

Thời gian ủ ngắn (3 - 6 tuần)

Xe Máy đảo trộn

Máy chặt nhỏ

text

Kênh nước thải

Kho compost

Máy chất luống tự đảo trộn

Máy sàng (có động cơ)

Xí nghiệp sản xuất compost luống hở

b. Compost trong bể

üBể phản ứng dòng ngang :

- Dạng lớp chất rắn tĩnh hoặc - Dạng lớp chất rắn được đảo trộn

üBể phản ứng dòng đứng: üBể phản ứng dạng trống quay

Hệ thống composting dạng bể xử lý

Bể đứng

Bể ngang có lớp chất rắn tĩnh Text

1 1

3 1 Chất thải

Khí thải

Compost

Chất thải

Khí thải

K. Khí

Nước rỉ

K. Khí

Compost

Bể ngang có lớp chầt rắn được đảo trộn

Bể hình trống xoay

2 1

4 1

Chất thải Nước

Compost

K. khí

Khí thải

Chất thải Nước

Khí thải

Nước rỉ

K. Khí

Compost

4.3.3 Một số công nghệ compost

Hệ thống compost

Hệ thống không cần bể

Hệ thống có bể

Bể đứng

Bể ngang

Bể quay

Compost trên ruộng

Compost luống

Thổi khí

Tĩnh

Thổi khí

Tĩnh

Thổi khí tự nhiên

Thổi khí nép ép cưỡng bức

CTRSH

Trạm cân

4.3.3 Một số công

Tạp chất kích thước lớn

Sàng phân loại

Xé bao

Nylon, giấy , thủy tinh …

Phân loại

Tuyển từ

Kim loại

Nghiền trục vít và sàng

Công nghệ Steinmueller

Cắt

Nước rỉ rác

Ủ thổi khí cưỡng bức

Thổi khí Nước

Ủ ổn định

Phế thải

Sàng (<5mm)

Tái sử dụng hoặc chôn lấp

Nghiền

Sàng ( <2mm)

Compost

https://www. youtube.com /watch?v=P md-chvYO38

Đóng bao

Thành phẩm

nghệ compost

Thu gom rác thải sinh hoạt về nhà máy

Trạm cân

Sơ đồ công nghệ Dano

Rác phế phẩm

Bãi phế liệu

Phân loại rác

Băng tải cào

Cấp ẩm

Bãi phế liệu

Băng tải từ

Bể chứa nước rỉ rác

Ống ổn định sinh hóa

Cấp khí

Rác phế phẩm

Hầm XL khí thải

Băng tải ngang

Sàn phân loại

Rác phế phẩm

Băng tải ngang

Sàn rung

Bãi phế liệu

Búa nghiền

Bãi ủ phân

-Thiết bị dạng hình trụ, - tốc độ quay 1 vòng/phút, -D=3-4m, L=25-30m

Đóng bao

-Thời gian lưu 2.5-5 ngày, - ủ 30-60 ngày

Thành phẩm

Quy trình công nghệ hệ thống compost Lemna

Phân loại chi tiết

Máy nghiền

Tiếp nhận CT

Sàn tiếp nhận và phân loại sơ bộ

Cơ sở tái chế

Tính, bổ sung C và các nhân tố khác

Chất không sx, tái chế

Trộn ổn định

BCL

CO2 & H2O…

Thổi khí

Xe tải xúc và nén rác

BAO Ủ RÁC

Kích thước lớn

SÀNG

Cải tạo đất

Đóng gói

Phân bón nông nghiệp

Làm vườn

Công suất

Thời gian hoạt

Địa điểm

Nguồn chất thải hữu cơ

Hiện trạng

(tấn/ngày)

động

Đang hoạt động, bán 3 loại sản

Cầu Diễn, Hà Nội

Chất thải từ các khu chợ,

140

(1)

1992 Mở rộng 2002

đường phố

phẩm có chất lượng khác nhau

Đang hoạt động. Cung cấp

Chất thải sinh hoạt chưa

250

2003

TP. Nam Định (1)

phân loại

Compost sản xuất được miễn phí cho người dân.

Phúc Khánh – Thái

2001

Không rõ

Đang hoạt động

Bình (1)

Đang hoạt động, bán 3 loại sản

35,3

1998

Không rõ

Thành phố Việt Trì – Phú Thọ (1)

phẩm có chất lượng khác nhau, giá khác nhau.

Chất thải sinh hoạt chưa

Đóng cửa do hoạt động không

Hóc Môn – TP. Hồ

240

1982

phân loại

hiệu quả

Chí Minh (1)

Phúc Hoà – Tân

Không rõ

Đang hoạt động

Thành – Bà Rịa Vũng Tàu (2)

Bùn, rác nạo vét từ hệ

Tràng Cát – TP. Hải

Đang trong thời gian thử nghiệm

2004

Phòng

thống cống rãnh và chất thải sinh hoạt chưa phân loại

Chất thải sinh hoạt chưa

Đông Vinh tại thành

159

2003

phân loại

Đang hoạt động, gặp khó khăn trong chất lượng sản phẩm

phố

Nhà máy Cầu Diễn - Hà Nội

Sản xuất phân Compost Nam Thành – Ninh Thuận

Phun EM

Nguyên liệu

Phân loại

Đảo

Bãi đổ

Ủ hiếu khí

Chất thải rắn

Ủ chín

Nghiền+sàng

Nước

Tái chế/chôn lấp

Compost

Công suất 400 tấn / ngày

Phân hữu cơ thành phẩm

Trộn mem vi sinh, NPK

Công nghệ sản xuất Compost tại Nam Định

4.3.4 Quá trình phân hủy hiếu khí chất thải rắn hữu cơ

2- + ... + Q

Chất hữu cơ + O2 + Dinh dưỡng Vi sinh vật Tế bào mới + CHC khó phân hủy + CO2 + H2O + NH3 + SO4

Lượng oxy cần thiết cho quá trình ổn định hiếu khí: CaHbOcNd + 0.5(ny + 2s + r – c)O2 ® nCwHxOyNz + sCO2 + rH2O + (d – nx)NH3 Trong đó: r = 0.5[b – nx – 3(d – nx)], s = a – nw

Trường hợp chuyển hóa hoàn toàn:

ba 4

d 3



NOHC b

O 2

aCO 2

 NHdOH 3

 c 2 4

 d 3 2

Trong trường hợp có amoni sinh ra, lượng oxy cần thiết dựa trên phương trình:

NH3 + 3/2 O2 ® HNO2 + H2O HNO2 + ½ O2 ® HNO3

NH3 + 2O2 ® H2O + HNO3

Lưu lượng khí cần thiết cho 1 tấn rác: Qkhí = 10 m3/h.tấn rác ướt (Rynk, 1992; Haug, 1993; Stoffella and Kahn, 2001).

Tốc độ phân hủy sinh học hiếu khí :



. tk

VS VS

Khối lượng chất hữu cơ còn lại 80% sau khi ủ hiếu khí (Centema,2004)

Giai đoạn tiền compost Giai đoạn hậu compost

Phân huỷ các hợp chất dễ bị phân huỷ: Phân huỷ các hợp chất khó bị

đường, tinh bột, pectin, đạm (protein) phân huỷ: hemicellulose, dầu, mỡ, cellulose, lignin

Ức chế các vi sinh vật gây bệnh và hạt

cỏ Thành phần chứa nhiều hợp chất phân tử lượng lớn (chất mùn)

Nhu cầu oxy cao Nhu cầu oxy thấp

Thoát khí có mùi hôi và nước rỉ Phát thải thấp

Thời gian: 1-6 tuần Thời gian: 3tuần đến 1 năm

4.3.5 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình compost

Cấu trúc

Nước

Lỗ rỗng khí

D. dưỡng C/N

K. lượng, T. tích

Cố định Lưu lượng khí cố định

Trao đổi khí

Nồng độ CO2/O2

Nhiệt độ, hoạt tính vi sinh

Cấu trúc chất thải tối ưu cho quá trình compost

Chất thải Thể tích lỗ

Cấu trúc (độ xốp, cứng)

Vụn gỗ, cây chặt nhỏ, mùn cưa Rơm rạ, cỏ tươi Giấy Chất thải nhà bếp Tốt Tốt Trung bình Trung bình/kém rỗng [%] > 70 > 60 < 30 25 - 45

Bùn thải Kém 20 - 40

Điều kiện môi trường Nhiệt độ: Khoảng nhiệt độ thích hợp

Loại vi sinh vật

Nhiệt độ

Psychrophilic Mesophilic Thermophilic

Khoảng dao động -10 – 30 40 – 50 45 - 75

Tối ưu 15 35 55

ToC

Sau composting, pha ngấu

Các thông số quan trọng trong quá trình s/x phân compost hiếu khí

Thông số

Giá trị

Kích thước: 25 – 50 mm (1-3in). Tỷ lệ C/N tối ưu: 25-50. Độ ẩm : 50-60% Giá trị độ ẩm tối ưu khoảng 55%. Xáo trộn định kỳ. Chu kỳ xáo trộn tùy thuộc vào dạng thực hiện. Nhiệt độ duy trì 50 –70oC trong vài ngày đầu và khoảng 30-45oC Lượng oxy tính toán dựa trên cân bằng tỷ lượng. oxy phải tiếp xúc đều với tất cả các phần của vật liệu làm phân (5-10% ).

35- 36%

Kích thước Tỷ lệ C/N Độ ẩm Mức độ xáo trộn Nhiệt độ Nhu cầu không khí Độ xốp pH Diện tích đất

pH khoảng 7-7,5., không vượt quá 8.5, tránh tổn thất Nito Công suất 50 tấn/ ngày = 0,6 ÷ 0,8 ha

4.3.6 Tiêu chuẩn phân hữu cơ từ rác sinh hoạt

Tên chỉ tiêu

Đơn vị tính

mm %

Hiệu quả đối với cây trồng Độ chín ( oai) cần thiết Đường kính hạt Độ ẩm pH Mật độ VI SINH VẬT hữu hiệu Hàm lượng Carbon tổng số Hàm lượng Nito tổng số Hàm lượng lân hữu hiệu tổng số Hàm lượng Kali hữu hiệu tổng số Mật độ Salmonella trong 25g mẫu Hàm lượng chì Hàm lượng Cadimi Hàm lượng Crom Hàm lượng đồng Hàm lượng niken Hàm lượng kẽm Hàm lượng thủy ngân Thời gian bảo quản

Mức Tốt Tốt < 4-5 < 35 6.0-8.0 106 >13 > 2,5 > 2,5 > 1,5 0 <250 <2,5 < 200 < 200 <100 < 750 < 2 > 6

CFU/g mẫu % % % % CFU mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg tháng

4.3.7 Một số thiết bị sản xuất phân bón

Thiết bị nén và vào bao ủ compost

4.3.7 Một số thiết bị sản xuất phân bón

Thiết bị nén và vào bao ủ compost

4.3.7 Một số thiết bị sản xuất phân bón

Lấy phân ra khỏi bao và sàng lọc phân

4.3.7 Một số thiết bị sản xuất phân bón

Máy nghiền và phối trộn chất phụ

Bài tập :

Trạm thu gom rác công suất rác tiếp nhận 150 tấn/ngày. Khối lượng riêng của rác:  = 350kg/m3.

1. Tính nhà tiếp nhận : thời gian lưu 3 ngày.

2. Tính lượng chế phẩm vi sinh Enchoice với liều lượng 35ml/tấn rác.

Rác thực phẩm 32 tấn/ngày sẽ được sản xuất phân bón, sau khi nghiền rác lượng mất đi sau khi

nghiền là 10%. Công thức hóa học (bỏ qua nguyên tố S) của rác khô là : C27H44O19N

Độ ẩm của rác hữu cơ dễ phân hủy sinh học 48%.

3. Tính Tỷ lệ C/N trong rác.

4. Cho Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân CTR trong khoảng 55% tính lượng nước cần bổ sung

vào cho 1 tấn rác.

5. Cho VS= 0,7TS Thành phần phần trăm lignin của VS =15%.Tính Tỷ lệ phần dễ phân hủy sinh

học của rác thải tính theo VS.

6. Tính Tỷ lệ chất rắn phân hủy hoàn toàn trong quá trình ủ

7. Tính lượng không khí cần thiết cho quá trình ủ.

8. Chọn thời gian ủ để tính toán thiết kế là 7 tuần. Tính số túi ủ và diện tích khu ủ chọn chọn  = 700 kg/m3=0,7 tấn/m3. chọn đường kính bao là 3m, chiều dài mỗi túi ủ 12m, khoảng cách giữa các túi là 1m.

8. Chọn thời gian ủ để tính toán thiết kế là 7 tuần. Tính Kích thước bao ủ và

diện tích khu ủ chọn chọn  = 700 kg/m3=0,7 tấn/m3. chọn đường kính bao

là 3m.

Chiều dài túi ủ 142 chọn chiều dài 1 túi 12m số túi là 12 túi.

9. Chọn khoảng cách giữa các túi ủ 1m.

Diện tích Xưởng ủ chín 582m2

4.4. Phương pháp sản xuất phân compost kị khí

CHUYỂN ĐỔI HIẾU KHÍ

CHUYỂN ĐỔI KỊ KHÍ

Nước

Oxy TEXT

Quá trình phân hủy chất thải sản phẩm khí sinh học, và chất trơ

Chất trơ Lignin

Nước

Metan

Khí carboníc

Chất béo Chất đường

Khí carboníc

Cellulose

Nhiệt

Lignocellulose

Khí Hydro Khí H2S

Ammonia

Nhôm (Al)

Ammonia

Đạm Amino axít urea

Oxít Nitơ

Nitrát, Nitrít

Hợp chất hữu cơ, chất mùn

Khí Nitơ

Nước

4.4.1 So sánh quá trình xử lí chất thải hiếu khí và kị khí Đặc trưng

Ủ compost hiếu khí

Phân huỷ kị khí

Pha

Rắn, lỏng, khí

Rắn, lỏng

Tốc độ phân huỷ

Tới 50% VS

Năng lượng tiêu thụ

Đòi hỏi cung cấp

Tới 80% VS Dư thừa, 1 tấn rác = 100m3 CH4 =

224KW

Tương tự

Kỹ thuật sử dụng

Thời lượng

4- 16 tuần

1- 4 tuần

Qúa trình hậu xử lí

Nói chung không cần

Hậu xử lí composting

Yêu cầu mặt bằng

Ít nhiều tuỳ vào quá trình

Tương đối ít

Khí thải phát sinh

Tương đối nhiều

Tương đối ít

Tình trạng tiến triển

Nhiều kinh nghiệm

Ít kinh nghiệm

Chi phí

Cùng mức độ

Vấn đề vệ sinh

Phát sinh ô nhiễm KK

Không đáng kể

Đặc tính phù hợp

Phổ hẹp (chất thải khô)

Phổ rộng

4.4.2 Quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí

4.4.3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ RÁC HỮU CƠ BẰNG LÊN MEN KỴ KHÍ

Thế giới có khoảng 240 nhà máy Tổng công suất lắp đặt 11 triệu tấn/năm

Tổng công suất của nhà máy lên men kỵ khí rác thải theo thời gian

Số lượng và công suất nhà máy tại Châu Âu

Quốc gia

Số lượng

Công suất (t/năm)

STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Đức Tây Ban Nha Thụy Sĩ Pháp Hà Lan Bỉ Italy Úc Thụy Điển Bồ Đào Nha Anh Đam Mạch Ba Lan Tổng cộng

55 23 12 6 5 5 5 4 3 3 2 2 1 127

1.250.000 1.800.000 130.000 400.000 300.000 200.000 160.000 70.000 35.000 100.000 100.000 40.000 20.000 4.605.000

So sánh quá trình một giai đoạn và hai giai đoạn

Hai pha

Quá trình vận hành Độ tin cậy Thiết bị công nghệ Kiểm soát quá trình

Phức tạp Tối ưu hoá

Một pha Cùng mức độ Khá đơn giản Có khả năng thay đổi Cao

Tối thiểu

Rủi ro bất ổn của quá trình Thời gian lưu Tốc độ phân huỷ

Dài Chậm

Ngắn Nhanh

So sánh lên men ướt và lên men khô

Kiểu quá trình Khô Ướt

Thành phần chất rắn tổng Cao Thấp

TS 25-45% 2- 15%

Thể tích bể phản ứng Tối thiểu Tăng

Kỹ thuật vận chuyển nguyên liệu Đắt Đơn giản

Vận chuyển dòng khí Khó khăn Dễ dàng

Nổi váng Ít rủi ro Nhiều rủi ro

Dòng tuần hoàn Ít rủi ro Nhiều rủi ro

Phân tách rắn-lỏng Đơn giản Đắt

Mức độ đa dạng chất thải Ít Nhiều

Thời gian lưu Dài Ngắn

Tốc độ phân huỷ Chậm Nhanh

1. KOMPOGAS

Nước sở hữu : Thụy sĩ , 1991 TS=25-28% Qui mô thương mại : 5.000-100.000 tấn hữu cơ/năm, số nhà máy 27 Thời gian : 15-20ngày, Sản lượng khí 160-200 m3/tấn.

2. WAASA

Nước sở hữu : Hà Lan , 1989 TS=10-15%

Qui mô : 5.000-100.000 tấn /y, Tải trọng: 7,7 kg VS/m3/ngày. Sản lượng khí: 100-150 m3/tấn

3. BTA (Biotechnische Abfallverwertung)

Nước sở hữu : Đan Mạch, 1991 TS=10% Qui mô thương mại : 20.000 tấn hữu cơ/năm, số nhà máy 22 Thời gian : 6 ngày, Sản lượng khí 80-120 m3/tấn

4. Linde-KCA/BRV

4-5 ngày

TS 34%, CH4 100m3/tấn

Nước sở hữu : Đức , 1980 TS=10% , L= 8kgVS/m3/ngày Qui mô thương mại : 45.000 tấn hữu cơ/năm, số nhà máy 70 Thời gian : 21-25 ngày, Sản lượng khí 100 -120 m3/tấn

5. ArrowBio

CHẤT THẢI TIỀN XỬ LÝ

Nước sở hữu : I-xra-esreal , 2002 TS=10% LÊN MEN METHANE

NƯỚC THẢI

DƯ LƯỢNG LÊN MEN

KHÍ SINH HỌC

PHÂN BÓN

PHÁT ĐIỆN

SX NHIÊN LIỆU

Qui mô thương mại : 100- 1,000 tấn/ngày. Thời gian : 15 ngày, Sản lượng khí 80-100 m3/tấn

Chất thải hữu cơ

Nghiền sơ bộ

Bồn chứa

Tách kim loại

Bể một giai đoạn (Nhiệt độ: 35oC Thời gian lưu: 15- 20ngày)

Sàng quay

RDF làm nhiên liệu cho nồi hơi đốt theo nguyên lý lơ lửng

Bể diệt khuẩn (70oC trong vòng 30 phút

Bơm

Nước

Bể chứa

Bể chuẩn bị nguyên liệu phản ứng

Khử nước

Mùn

Các chất trơ

Tuần hoàn khí biogas cho mục đích khuấy trộn

Sơ đồ công nghệ ướt liên tục một giai đoạn do Eco

Technology JVV Oy phát triển

Chất thải hữu cơ được phân loại tại nguồn

Phân loại bằng tay

Máy phát điện

Điện

Nghiền

Nhiệt

Sàng phân loại

Tạo hơi nước

Bể phân loại từ tính

Bể phản ứng sinh học kỵ khí

Trộn

Oå định hiếu khí

Máy trộn và bơm

Eùp

Phân Humotex

Bể định lượng (Trộn với nước tái sử dụng)

Polymer và nước

Nước được tiền xử lý

Nước thải đi xử lý tiếp

Sơ đồ công nghệ khô – liên tục một giai đoạn do h ãng DRANCO, Bỉ phát triển

Các dạng bể phân hủy kị khí

Tính thể tích bể hình trứng Ta có, tỷ lệ giữa H và D như sau : H = 1.9D

Khuấy trộn

Thông số kỹ thuật:

Kích thước bể: từ 1.000 m³ đến 20.000 m³

Thiết kế bể: thiết kế hình trứng, tất cả các loại hình nón / thiết kế hình trụ

Điện năng tiêu thụ cụ thể: 1.8 - 4.5 W/m³

Điện cho ổ quay: 6.8 - 58 kW

Công suất: 350 - 6.200 m³/h

Lưu lượng vận tốc ống trộn: 2 - 4 m/s

Cánh khuấy: dạng cánh xoắn ốc, đường kính: 50 - 197 mm

Tốc độ: 420 - 1.500 vòng/phút, trực tiếp điều khiển

tải

Bài tập ví dụ: Một trạm xử lý nước thải có lượng bùn thải 60m3/ngày. Tỷ trọng 1080kg/m3, Thành phần tổng chất rắn = 10%, tỷ lệ Chất rắn bay hơi 70%. Hãy tính thể tích bể và kích thước đường kính, chiều cao lên men methane hình trứng, cho thể tích hữu ích của bể bằng 0,9, trọng bể = 3kgVS/m3/ngày. Tốc độ khuấy. Điện cho ổ quay. Công suất W .

Thông số khuấy trộn

Loại chất rắn Thông số Thiết bị cơ khí Bơm

vvv

TS=0 0.065 0.065

2.40 4.77

(m/s) MEL(W/m) Saved energy

49.7% -

TS=2.5% 0.062 0.062

(m/s) MEL(W/m) Saved energy

2.56 4.78

46.4% -

TS=5.4% 0.059 0.059

(m/s) MEL(W/m) Saved energy

2.69 4.79

43.8% -

Thiết bị trao đổi nhiệt

4.5. Phương pháp đốt CTR

Gồm 3 quá trình chính, :

 Thiêu đốt : lượng oxi lý thuyết xác định theo p/t

lượng hóa học.

 Khí hóa: đốt một phần CTR trong điều kiện

thiếu oxi, tạo thành khí cháy: CO, H2 và CxHy  Nhiệt phân: phân hủy nhiệt CTR trong đ/k hòan

tòan không có oxi

Phương pháp này chi phí cao, từ 20-30 USD/tấn, chu trình 2-3 day, diện tích bằng 1/6 diện tích làm phân hữu cơ có cùng công suất.

4.5.1. Công nghệ thiêu đốt

nhiệt > 1500 –

Ưu điểm Sử dụng cho nhiều loại rác khác nhau Đặc biệt chất hữu cơ nguy hại . Giảm 90% lượng chất thải Nhược điểm: Chi phí đầu tư và vận hành cao: 4 triệu USD/30.000 tấn/y. Kỹ thuật vận hành phức tạp, khó kiểm soát gây ô nhiễm do khói thải: dioxin,… Không phù hợp rác có độ ẩm cao vì chi phí năng lượng cho đốt rác lớn. Năng tỏa suất 1670cal/kg.

4.5.1. Công nghệ thiêu đốt

1. Hệ thống thiêu đốt : đốt CTR để làm giảm thể tích

bằng quá trình nhiệt và oxy hóa hóa học.

 Sản phẩm cuối cùng : khí nhiệt độ cao, nitơ, CO2, hơi

nước, tro .

 Kết hợp để xử lý chất thải nguy hại  Nhiệt lượng sinh ra từ quá trình đốt tận dụng cho các thiết bị tiêu thụ nhiệt: lò hơi, lò luyện kim, lò nung, lò thủy tinh, máy phát điện ..

Quá trình đốt: Quá trình xảy ra trong bốn giai đoạn + miền cháy + miền phản ứng. + miền nhiệt phân. + miền sấy khô.

Các nguyên tắc cơ bản của quá trình cháy

Các phản ứng sảy ra trong quá trình cháy như sau: + Sự cháy C: C + O = CO2 + Q (81.000 kcal/kg) + Sự cháy H2 : 2 H2 + O2 = 2 H2O + Q (28.570 kcal/kg) Tuân thủ nguyên tắc 3T ( nhiệt độ, khí thừa và thời gian)

Các phản ứng đốt cháy

C + O2 = CO2

S + O2 = SO2

P + 5/2O2 = P2O5

Cân bằng nhiệt do quá trình đốt Tổng nhiệt vào Q = nhiệt mất đi do cacbon không cháy + thất thoát do bức xạ + mất đi do hóa nước + mất đi do tro đấy lò + nhiệt lượng khói lò Xem ví dụ 8.3 trang 320

N2 = N2

H2 + ½ O2 = H2O

Ca + ½ O2 = CaO

H2 + Cl2 = 2HCl H2O = H2O

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy

- Nhiệt độ: phù hợp với loại chất thải đem đốt để đạt được chế độ tối ưu, để phản ứng cháy xảy ra nhanh và hoàn toàn. -Sự xáo trộn: buồng sơ cấp ít xáo trộn để giảm phát sinh bụi;

buồng thứ cấp xáo trộn tốt tăng hiệu quả tiếp xúc chất cháy và chất ô xy hoá.

- Thời gian: thời gian lưu phải đủ lâu để phản ứng cháy xảy ra hoàn toàn. -Thành phần và tính chất của chất thải:

C + H + O + N + S + A + W = 100%.

+ C, H là những thành phần cháy chính tạo nên nhiệt trị. + Oxy và nitơ là chất vô ích. + Độ tro (A) và độ ẩm (W) là những yếu tố tiêu cực.

- Nhiệt trị: < (556 kcal/kg) thì không có khả năng đốt. - Ảnh hưởng của hệ số dư không khí: Hệ số cấp khí (α). Giá trị α có liên quan tới sự tăng hay giảm nhiệt độ của lò đốt.

Bài tập ví dụ: Một bệnh viện phát sinh lượng rác thải nguy hại 90 kg/ngày có công thức như sau C278H1276O462N8S. 1. Tính thể tích không khí cung cấp vừa đủ để đốt cháy hoàn toàn khối lượng rác trên. Giả sử oxy chiếm 23% khối lượng không khí, khối lượng riêng không khí 1,2kg/m3. 2. Xác định lượng và thành phần sản phẩm cháy của 90kg rác trên (N trong rác cháy thu sản phẩm khí NO2, N2 trong không khí trơ không cháy được xác định là một thành phần của sản phẩm cháy 3. Xác định khối lượng riêng của hỗn hợp khí sau cháy.