Bài giảng Quản lý và xử lý chất thải rắn (Phần 2)

Chương 5. XỦ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NHIỆT 5.1. Phương pháp đốt (Incineration) PP đốt được sử dụng khá phổ biến hiện nay ở một số nước như Đức, Thụy Sĩ, Hà Lan, Đan Mạch, Nhật Bản. Cụ thể, PP đốt Nhật Bản chiếm 70%, Thụy Sĩ 59%, Pháp 42% [4]. Sản phẩm của quá trình đốt là khí và chất tro. Ở một các nước công nghiệp lượng tro còn lại chiếm 20 - 40% [28]. CTR nguy hại, y tế phù hợp với công nghệ này. Quá trình đốt là quá trình oxy hóa nhiệt độ cao với sự có mặt của oxy trong không khí. Quá trình này phụ thuộc rất lớn vào vật liệu đầu vào, dạng hữu cơ, khô và dễ cháy. a. Lò đốt đơn Đây là kiểu lò đốt đơn giản sử dụng trước đây. Khí thải được xả trực tiếp vào MT. Hình 5.1: Mô hình lò đốt đơn [3] b. Lò đốt tháo rời (quy mô nhỏ) Lò loại này có thể tháo rời thành các modul riêng lẻ, mỗi modul xử lý khoảng 300 tấn CRT/ngày, có thể thu hồi nhiệt hoặc không. Có hai lò đốt sơ cấp và thứ cấp trong mỗi modul. Lò đốt tháo rời thường sử dựng để đốt các loại CTR đặc trưng (y tế, CN). Giá lò đốt này từ 75 – 100 nghìn USD công suất 1tấn/ngày [28]. Hình 5.2: Mô hình lò đốt có thể tháo rời ứng dụng cho CTR đô thị và CN [28] c. Lò đốt di động (quay) Lò đốt loại này bao gồm một hệ thống các buồng đốt di động, có thể đốt CTR đô thị và CTR cháy được (Refuse derived fuel - RDF). Các buồng di động để khuấy đều CT và loại bỏ các vật liệu còn lại, giúp quá trình đốt đạt hiệu quả cao hơn. Lò đốt này khá phổ biến, vd ở Mỹ, sử dụng lò đốt di động chiếm 75%, 10% lò đốt tầng sôi, 15% các lò khác [4]. * Lò đốt CT chưa phân loại (Massburn incineration) Giá công nghệ này khoảng từ 90 – 135 nghìn USD cho 1 tấn CTR/ngày. Hình 5.3: Mô hình lò đốt CT chưa phân loại [28] * Lò đốt CT có thể cháy được Nhà máy lò đốt loại này có giá từ 100 - 150 USD 1 tấn CTR/ngày. Hình 5.4: Mô hình lò đốt CT cháy được [28] d. Lò đốt tầng sôi (fluidized bed combustion - FBC) Quá trình này diễn ra dưới điều kiện thiếu O2 ở nhiệt độ rất cao. Hiệu quả cháy của lò đốt tầng sôi cao nhờ sử dụng một số chất làm nền như cát (ở đáy), than đá (trộn với CT), đá vôi (đá vôi khử SOx), nhằm tạo ra sự pha trộn lên xuống liên tục giữa khí và chất rắn. Loại lò này thích hợp trong việc đốt CT dễ cháy hoặc kết hợp với than, để tạo năng lượng. Giá đầu tư cho công nghệ này từ 135 – 190 nghìn USD tấn/ngày, cho nhà máy công suất 800 – 1000 tấn/ngày. 5.2. Phương pháp nhiệt phân 5.2.1. Giới thiệu Nhiệt phân CT (Pyrolysis) là quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của nhiệt độ cao trong điều kiện thiếu hoặc không có ôxy. Nhiệt phân khác với quá trình đốt đó là quá trình hấp thu nhiệt lớn hơn quá trình tỏa nhiệt và có thể diễn ra trong điều kiện không có ôxy. Sơ đồ công nghệ nhiệt phân thường có hai lò đốt sơ cấp, thứ cấp và hệ thống làm sạch – chưng cất. Lò đốt sơ cấp thường cung cấp thiếu khí, nhiệt độ kiểm soát ở mức độ khoảng 250 – 900 độ C và tăng dần để phân hủy hoàn toàn các hợp chất hữu cơ. Lò đốt thứ cấp được điều chỉnh dư khí, nhiệt độ được nâng cao (trên 1.000 độ C), sản phẩm ở lò sơ cấp chủ yếu là khí cháy và hơi nước sẽ được đốt hoàn toàn trong buồng này. Hệ thống làm sạch – chưng cất bao gồm hệ thống làm sạch khí thải và làm nguội kim loại để thu hồi sản phẩm. 5.2.2. Sản phẩm tạo thành Sản phẩm của quá trình nhiệt phân bao gồm: khí (CO, CO2, H2, hơi nước - CH4, H2, CO, CO2, H2O) và các hydrocacbon phức tạp (như etan (C2H6), propane (C3H8), dầu, và hắc ín và chất lỏng: dầu, nhựa đường). Khi nhiệt độ cao hơn, khí tạo thành nhiều hơn, chất lỏng sẽ ít đi. Phản ứng hydro hóa là điều kiện để sản sinh ra dầu hoặc mê tan. 5.2.3. Công nghệ nhiệt phân Công nghệ nhiệt phát triển khá mạnh vào những năm 1970 và đầu 1980, tuy nhiên sau đó rất nhiều nhà máy sử dụng công nghệ này đã đóng cửa, chủ yếu vì vấn đề kinh tế và kĩ thuật. Đến 1998, chỉ còn sáu cơ sở quy mô thương mại hoạt động trên toàn thế giới. Chúng bao gồm hệ thống Andco-Torrax, 400 tấn/ngày ở Créteil, Pháp; hệ thống Nippon Steel, 450 tấn/ngày ở Ibaraki, Nhật Bản; Ý, Đức, Hungary. Có ba công nghệ nhiệt phân cơ bản (tính cả khí hóa) bao gồm Andco – Torarax, Monsanto Landgard và Union Carbide [18]. a. Union Carbide “Purox” Hình 5.5: Mô phỏng công nghệ “Purox” [28] b. Công nghệ Andco-Torrax c. Công nghệ Landgard 5.3. Phương pháp khí hóa 5.3.1. Giới thiệu Khí hóa CTR là PP chuyển đổi CTR thành khí nhiên liệu (chủ yếu CO, CO2, H2, CH4) trong điều kiện nhiệt độ cao (>700 độ C) có điều chỉnh O2 hoặc hơi nước. Sản phẩm của quá trình khí hóa còn bao gồm tro, xỉ và dầu pyrolysis. Tro của quá trình khí hóa chiếm khoảng 15% KL ban đầu, chứa nhiều độc tố như chì, canxi, thủy ngân, hắc ín, pH thấp... Ngày nay ngoài sử dụng xúc tác O2, người ta còn sử dụng H2 trong các công nghệ khí hóa, gọi là “hydrogasification”. Quá trình khí hóa bao gồm 5 phản ứng cơ bản sau: C + O2 = CO2 (tỏa nhiệt) C + H2O = CO +H2 (thu nhiệt) C + CO2 = 2CO (thu nhiệt) C + 2H2 = CH4 (tỏa nhiệt) CO + H2O = CO2 +H2 (tỏa nhiệt) Hình 5.6: Sơ đồ quá trình khí hóa CTR đô thị ( 5.3.2. Công nghệ khí hóa Về cơ bản quy trình công nghệ cũng như các kiểu công nghệ khí hóa giống với quá trình đốt. Nhận xét về quá trình đốt, khí hóa, nhiệt phân: - Quá trình nhiệt phân và khí hóa có thể xem là một. Khí hóa và nhiệt phân đều hạn chế sử dụng O2, nhiệt phân có thể không cần O2. - Nhiều tài liệu xem “gasification” bao gồm khí hóa và nhiệt phân [27] hoặc ngược lại. Nhiệt phân bao gồm khí hóa và hóa lỏng [28]. - Khí nhiên liệu thường có giá trị nhiệt lượng thấp hơn khí sinh ra từ nhiệt phân - Quá trình nhiệt phân, khí hóa là quá trình (phản ứng) thu nhiệt, còn đốt là quá trình tỏa nhiệt. 5.4. Hệ thống thu hồi năng lượng Các PP sử dụng nhiệt để xử lý CT luôn sản sinh ra một lượng nhiệt nhất định. Hơi nóng có thể được thu hồi để sưởi ấm hoặc được chuyển hóa để tạo thành năng lượng nhiệt. Người ta thường sử dụng tường nước hoặc lò hơi để thu nhiệt. Hệ thống thu hồi nhiệt để tạo năng lượng: - Hệ thống tua bin hơi nước: - Hệ thống tua bin khí: - Hệ thống động cơ đốt trong: Tỉ lệ nhiệt thu hồi năng lượng từ CTR nằm trong khoảng 15.800 – 31.600 kJ/kwh, hiệu suất thu hồi nhiệt của toàn hệ thống khoảng 20% [9]. 5.5. Kiểm soát môi trường trong các quá trình xử lý nhiệt Có 3 nguồn ô nhiễm cần kiểm soát: Khí thải; NT; CTR (tro xỉ). * Ô nhiễm không khí - Những chất được gọi là chất ô nhiễm chỉ thị: bụi, CO2, SOx, NOx, HC và CO. - Các khí acid: HCl, HF. - Nguyên tố lượng vết như các kim loại nặng: Pb, Cr, Cd, Hg, Ni, As, Cu, Sn, Zn... - Chất ÔN hữu cơ lượng vết như: PAHs, PCBs, CPs, CBs, Furans, PCDs, PCDFs. Một số phương pháp hạn chế ô nhiễm và xử lý khí thải: Nguồn: Incinerator Emissions Committee (1984), Lower Mainland Refuse Project – Air Pollution Control Requirements For Refuse Incinerator, University of British Columbia, (4 dịch). Chương 6. TÁI CHẾ VÀ TÁI SỬ DỤNG CHẤT THẢI RẮN 6.1. Khái niệm 6.1.1 Tái chế Tái chế (Recycle) là hoạt động biến CT thành vật liệu có thể sử dụng được. Tái chế là hoạt động ưu tiên của công tác quản lý CTR sau giảm thiểu và tái sử dụng. Hoạt động tái chế bao gồm: thu gom, phân loại – xử lý trung gian và kĩ thuật tái chế. Hình 6.1: Phân cấp ưu tiên trong quản lý CTR [20] 6.1.2. Tái sử dụng Tái sử dụng (Reuse) là quá trình sử dụng lại (hoặc thay đổi mục đích sử dụng) những vật liệu thải bỏ bằng các hình thức khác nhau. Giảm thiểu (Reduction) CTR được thực hiện thông qua tái sử dụng. Tái sử dụng CTR có thể là tái sử dụng tại chỗ hoặc thông qua hoạt động thương mại hoặc cộng đồng. Trong một số tài liệu còn đề cập đến các PP không hoàn toàn là tái chế hay tái sử dụng, đó là sửa chữa (Repair) hoặc tân trang (Refurbishing/remanufacturing), chẳng hạn tân trang – tái sử dụng lại động cơ. 6.2. Hoạt động tái chế và tái sử dụng 6.2.1. Tái chế chất thải rắn thông thường a. Tái chế nhựa Các sản phẩm nhựa đang được sử dụng ngày càng nhiều, đặc biệt là túi nilon. Các loại nhựa đang sử dụng hiện nay bao gồm 6 loại nhựa cơ bản, trình bày ở bảng 6.1: Bảng 6.1: Phân loại và kí hiệu các sản phẩm nhựa [9] Vật liệu Kí hiệu/mã số Mục đích sử dụng % KL nhựa Polyetylen terephtalat 1- PET Chai nước giải khát, bao bì sản phẩm 7 Hight- density PE 2 – HDPE Chai sữa, bình đựng tẩy rửa, túi xách 31 Polyvinylclorua 3 – PVC Ống nhựa, hộp đựng thức ăn 5 Low-density PE 4 – LDPE Bao bì nilon, tấm lót, bao bì dạng màng khác 33 Polypropylen 5 – PP Thùng, hộp, sọt, rổ 10 Polystyren 6 – SP Ly, dĩa, khuôn đúc 10 Các loại khác Nhựa hỗn hợp 4 Tái chế nhựa theo hai hướng chính: - Phế thải được thu gom ngay sau khi hình thành, thu gom tự động và cho vào thiết bị ép, tạo khuôn, hình thành sản phẩm; - Tái chế thông qua việc tuyển chọn, phân loại, tạo hạt nhựa. Hình 6.2: Sơ đồ hệ thống tái sinh nhựa [9] Tái chế nhựa có thể làm thay đổi cấu trúc của nhựa hoặc không. Hình 6.3: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất màng PE thứ cấp [9] Hình 6.4: Sơ đồ công nghệ tái chế nhựa thành sản phẩm [9] b. Tái chế kim loại * Tái chế nhôm: Hình 6.5: Quy trình tái chế nhôm [9] - Chuẩn bị: vật liệu được phân loại, rửa sạch và sấy khô ở nhiệt độ 105 độ C - Chất trợ dung: bao gồm các loại muối NaCl, KCl, Na3ClF3, có tác dụng tách xỉ và tạp chất khỏi kim loại (nỗi lên) và giúp cho kim loại không bị ôxy hóa. - Phôi nhôm: là nguyên liệu tinh cung cấp cho các cở sở chế tạo các sản phẩm nhôm * Tái chế sắt và hợp kim sắt Tái chế sắt và hợp kim có hai hình thức chính, đó là nấu luyện và không nấu luyện. - Tái chế không nấu luyện: đây là hình thức thủ công, đơn giản; phế liệu được thu gom, phân loại và làm sạch; sau đó được cắt, dập, tiện để cung cấp cho các mục đích khác nhau như: ngành xây dựng, cơ sở sản xuất cửa sắt, khung sắt - Tái chế nấu luyện: quy trình này thực hiện bằng dây chuyền, với các công đoạn tương tự như tái chế nhôm. c. Tái chế thủy tinh Quy trình tái chế thủy tinh: thủy tinh phế liệu được phân loại, rửa sạch và đập vụn; sau đó cho vào lò nung nhiệt độ cao và đổ ra khuôn tạo sản phẩm. Thủy tinh là chất vô định hình nên không có nhiệt độ nóng chảy nhất định. Hình 6.6: Quy trình tái chế thủy tinh [15] Chọn chất lượng Thủy tinh vụn Chia theo CL và màu Nấu chảy bằng lò ga (t= 14000C) (trộn với vật liệu mới nếu cần Tạo khuôn thổi và cắt ( bán cơ khí) Sản phẩm Làm mát/ủ Nấu (3-4 giờ, ở t0 = 600-9000C) Loại bỏ Thành phẩm Đóng gói Thị trường d. Tái chế giấy Giấy được sản xuất từ gỗ và có thể tái chế 6 lần trước khi phải thải bỏ hoàn toàn (Hội thảo quốc tế về tái chế giấy, ngày 3/12/2009, tại TP. HCM). Trong dòng thải, giấy chiếm khoảng 2 – 4%. Có thể tái tế giấy ở quy mô thủ công, đơn giản hoặc quy mô công nghiệp. Ở các cơ sở nhỏ, giấy phế liệu được phân loại, sau đó ngâm và lọc bột giấy. 6.2.2. Tái chế chất thải rắn công nghiệp Tái chế thường diễn ra theo 02 hướng: 1) Hoạt động tái chế độc lập để thu hồi vật liệu hữu ích và 2) Hoạt động xử lý kết hợp với tái chế. Tái chế ở một số ngành công nghiệp cơ bản: - Ngành may mặc, dệt nhuộm: vải vụn do có giá trị thấp, nên ít được tái chế ở cơ sở lớn, chỉ một phần được sử dụng lại cho mục đích khác như làm giẻ lau nhà, đan thành tấm chà chân; xơ sợi phế phẩm được dùng để nhồi vào thú bông, tận dụng làm đệmCT ngành này thường bị đổ bỏ chung với rác sinh hoạt. - Ngành chế biến thực phẩm: Thành phần chủ yếu bao bì bằng giấy, nhựa bán lại cho các cơ sở tái chế giấy, nhựa; còn lại chủ yếu là CT hữu cơ (có thể sử dụng làm thức ăn gia súc, thích hợp cho làm phân nhưng cần loại bỏ tạp chất) thường được đổ chung CTRSH và chôn lấp. - Ngành sản xuất thủy tinh: chai lọ thủy tinh phế phẩm, mảnh vỡ thủy tinh có thể được tái sản xuất tại nhà máy hoặc được các cơ sở tái chế thu gom gần như toàn bộ. - Ngành giấy và bột giấy: giấy vụn, bột giấy, các loại giấy phế phẩm thường được tái chế ngay tại nhà máy. Phần bột giấy lẫn trong nước thải được tuần hoàn trong quá trình sản xuất. - Ngành sản xuất gỗ: gỗ vụn, mạt cưa, dăm bàođược tận dụng lại làm chất đốt. - Ngành cơ khí-luyện kim: kim loại phế thải, vụn sắt được tái chế ngay trong nhà máy. Các phế thải có lẫn nhiều tạp chất được bán cho các cơ sở tái chế khác bên ngoài nhà máy hoặc đổ bỏ. Xỉ được bán với giá rẻ hoặc dùng san lấp mặt bằng. - Ngành sản xuất nhựa – plastic: hầu như tất cả các loại nhựa phế phẩm, bao bì nylon, ống nước PVC,đều được tái sử dụng hoặc tái chế thành những sản phẩm khác ngay tại nhà máy hoặc được bán cho các cơ sở tái chế khác ngoài nhà máy. - Ngành sản xuất hóa chất: thường chỉ có bao bì, chai lọ phế thải là có thể được tận dụng để tái chế thành những sản phẩm khác. Ngoài ra còn có một lượng nhỏ các hóa chất, dung môi có thể tái sinh, tận dụng lại trong sản xuất. Một số khác phải xử lý theo quy trình nghiêm ngặt của CTNH. (Xem thêm Quản lý CTR CN ở thành phố Hồ Chí Minh: ebook.com.vn) Bảng 6.2: Đánh giá khả năng tái chế một số ngành công nghiệp (Nguồn: Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường) 6.2.3. Hoạt động tái sử dụng Tái sử dụng CT đã thải hồi là một hoạt động có ý nghĩa MT và đang được khuyến khích. Việc tái sử dụng có thể thực hiện ngay tại gia đình, công sở, nhà máy hoặc được thực hiện thông qua hoạt động thu mua, trao đổi. Một số sản phẩm có đặc tính được sử dụng nhiều lần, sau đó mới đưa ra cơ sở tái chế. Danh mục các sản phẩm có thể tái sử dụng hầu như không giới hạn, cụ thể: - Vật liệu xây dựng: cửa ra vào, thiết bị chiếu sáng, hàng rào, ống nước, phần cứng khác - Nội thất văn phòng: bàn, ghế, tủ, khay, máy móc - Máy tính, đồ điện tử: máy tính, máy in, ti vi, máy fax - Dư thừa thực phẩm, thực phẩm đóng hộp: - Đồ gia dụng: quần áo, đồ nội thất, máy móc 6.3. Thực trạng tái chế và tái sử dụng Tái chế vừa bảo vệ MT đồng thời góp phần phát triển kinh tế. Một số nước như Nhật, Hàn Quốc, Đài Loan, Đức, Anh các hoạt động liên quan đến tái chế đang được “luật hóa” và triển khai có hiệu quả. Tái chế giấy, nhựa, kim loại ở một số nước phát triển đạt hiệu quả rất cao. Hình 6.7: Tình hình tái chế một số nước trên thế giới [13] Ở Việt Nam hiện trạng tái chế CTR còn nhiều hạn chế. Tỉ lệ CTR thu gom tái chế chỉ khoảng 20-25%, CTR chưa được phân loại, nhiều làng nghề, cơ sở tái chế gây ÔN MT nghiêm trọng. Chương 7. KẾT HỢP XỬ LÝ VÀ TÁI CHẾ TÁI SỬ DỤNG CHẤT THẢI RẮN 7.1. Khái niệm PP xử lý kết hợp với tái chế CTR là PP làm cho CT trở nên không hoặc ít nguy hại cho MT và sản phẩm có thể sử dụng cho các mục đích khác nhau. PP này bao gồm PP composting, biogas và nhiệt thu hồi năng lượng. 7.2. Phương pháp ủ (composting) 7.2.1. Giới thiệu PP ủ CTR là quá trình ổn định sinh hóa các chất hữu cơ có sự điều khiển MT (thông khí, có O2) để tạo thành sản phẩm cuối cùng là các chất mùn. Quá trình phân hủy CT bao gồm cả phân hủy hiếu khí và kị khí, xảy ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và sản phẩm trung gian, hiện chưa được nghiên cứu đầy đủ. Theo [4], các giai đoạn khác nhau trong quá trình làm compost có thể phân biệt theo biến thiên nhiệt độ như sau: 1. Pha thích nghi (latent phase) là giai đoạn cần thiết để VSV thích nghi với MT mới. 2. Pha tăng trưởng (growth phase) đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic. 3. Pha ưa nhiệt (thermophilic phase) là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất. Đây là giai đoạn ổn định hóa CT và tiêu diệt VSV gây bệnh hiệu quả nhất. Phản ứng hóa sinh này được đặc trưng bằng các phương trình như sau: COHNS + O2 + VSV hiếu khí → CO2 + NH3 + Sản phẩm khác + năng lượng CHONS + VSV kỵ khí → CO2 + H2S + NH3 + CH4 + Sản phẩm khác + năng lượng 4. Pha trưởng thành (maturation phase)) là giai đoạn giảm nhiệt độ đến mức mesophilic và cuối cùng bằng nhiệt độ MT. Quá trình lên men lần thứ hai xảy ra chậm và thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (là quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành chất mùn) và các chất khoáng (sắt, canxi, nitơ) và cuối cùng thành mùn. Hình 7.1: Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ phân compost [3] 7.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ a. Hoạt động của sinh vật Sinh vật tham gia vào quá trình ủ phân bao gồm các VSV và những sinh vật khác như trùn quế, ấu trùng bay Ở Việt Nam, loại trùn quế đang được ứng dụng phổ biến trong việc xử lý CT. Quá trình phân hủy CT có sự tham gia của trùn quế diễn ra theo trình tự sau [28]: 1. Phân hủy làm giảm kích thước của của CT 2. Sự bài tiết Nitơ của giun đất làm tăng hàm lượng dinh dưỡng 3. Gia tăng sự bài tiết cacbon và dinh dưỡng bởi sự tương tác giữa thực vật lớn và nhỏ 4. Sự gia tăng của giun đất để chuyển vật liệu thành phân hữu cơ. b. Chất trộn Trong thực tế vận hành quá trình ủ phân, một số chất trộn rất cần thiết như mùn cưa, vỏ cây, vỏ lúa Những chất trộn này có tác dụng thông khí, tạo MT phát triển thuận lợi cho VSV cũng như bổ sung một số nguyên tố cần thiết cho các phản ứng xảy ra. c. Nhân tố dinh dưỡng Các nguyên tố vi lượng và dinh dưỡng: các yếu tố dinh dưỡng bao gồm C, P, K, P, N. Các yếu tố vi lượng bao gồm Mg, Mn, Co (coban), Fe, S. Trong đó tỉ lệ C:N trong CTR là thông số quan trọng nhất. Tỉ lệ C:N khoảng 20:1 đến 24:1 là phù hợp nhất, vượt quá giới hạn đó, sẽ hạn chế các quá trình phân hủy. Bảng 7.1: Ti lệ C:N của các CT [Chongrak, 1996 (4, dịch)] d. Kích thước hạt Kích thước hạt là yếu tố ảnh hưởng đến khả năng giữ ẩm và tốc độ phân hủy. Đường kính của hạt tối ưu là 1,5 – 7 cm [28]. e. Nhân tố môi trường * Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hướng đến hiệu quả hoạt động của VSV. Nhiệt độ trên ngưỡng 65 độ C, các vi khuẩn sẽ bị chết ngoài một số ít vi khuẩn Thermophilic (ưa nhiệt) còn tồn tại. Bảng 7.2: Khoảng nhiệt độ tối ưu của các nhóm VSV Nguồn: Tchobanoglous và nnk, 1993, (9,dịch) * pH: pH tối ưu cho quá trình chế biến Compost là 6.5 – 8, pH trên hoặc dưới khoảng này đều hạn chế quá trình phân hủy diễn ra. pH trong quá trình ủ CTR biên thiên theo bảng sau: Bảng 7.3: Biến thiên pH theo thời gian của quá trình ủ [28] * Độ ẩm: Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân diễn ra hiệu quả trong khoảng 50 – 60%, dưới mức 40% tốc độ phân hủy chậm lại, dưới 12% VSV hầu như ngừng hoạt động. * Sự thông gió (Aeration): Sự thông gió quyết định mức độ tập trung O2 cũng như trao đổi nhiệt giữa đống ủ và MT bên ngoài. 7.2.2. Các phương pháp ủ Có nhiều cách phân chia các PP ủ như: PP tĩnh và ủ động; PP ủ trong thiết bị chứa (in – vessel) và ủ ngoài MT (windrow); PP ủ có thổi khí cưỡng bức (forced – air aeration) và bị động (passive aeration); PP ủ quy mô gia đình và công nghiệp. a. Phương pháp ủ ngoài môi trường * PP ủ theo luống dài thổi khí thụ động có xáo trộn Vật liệu ủ được sắp xếp theo các luống dài và hẹp. Không khí (O2) được cung cấp tới hệ thống theo các con đường TN như khuếch tán, gió, đối lưu nhiệt.Các luống compost được xáo trộn định kì. Việc xáo trộn được thực hiện bằng cách di chuyển luống compost với xe xúc hoặc bằng xe xáo trộn chuyên dụng. * PP ủ compost theo luống dài hoặc đống với thổi khí cưỡng bức Khí được cung cấp bằng quạt hoặc bơm nén khí, thông qua hệ thống phân phối khí ở sàn hoặc các ống. Hình 7.3: Phương pháp ủ có thổi khí và sơ đồ hệ thống ống thông khí (Nguồn: b. Phương pháp ủ trong bể chứa CTR được bỏ vào trong các bể chứa để ủ, bể ủ thường được đặt trong nhà có mái che và có hệ thống thổi khí cưỡng bức. Bể chứa có thể có nhiều hình dạng khác nhau, có thể di chuyển hoặc cố định. 7.3. Công nghệ khí sinh học (biogas) 7.3.1. Khái niệm Quá trình Bigogas hay còn gọi là quá trình sản xuất mêtan (methane production), lên men mêtan (methane fermentation) hay phân hủy yếm khí (anaerobic digestion). Biogas là khí sinh học, là một hỗn hợp khí sản sinh từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong MT yếm khí. Thành phần chính của Biogas là CH4 (50 - 60%) và CO2 (20 – 30%) còn lại các chất khác như hơi nước N2, O2, H2S, CO 7.3.2. Cơ chế quá trình phân hủy kị khí Trong quá trình phân hủy kị khí, sự phân hủy của chất hữu cơ xảy có thể phân chia thành 3 giai đoạn [28] hoặc 4 giai đoạn [4] hoặc 2 giai đoạn. Hình 7.5: Quá trình phân hủy kị khí 3 giai đoạn [28] Bảng 7.4: Các giai đoạn phân hủy kị khí [4] Vi khuẩn tham gia vào quá trình phân hủy có hai nhóm chính: vi khuẩn biến dưỡng cellulose (phân hủy cellulose – (C6H10O5)n thành a xít) và nhóm vi khuẩn sinh khí metan. Các phản ứng trong quá trình biogas diễn ra phức tạp theo nhiều hướng khác nhau. * Giai đoạn axít hóa: Dưới tác dụng của vi khuẩn, sản phẩm của quá trình phân hủy xác hữu cơ (thủy phân) bị chuyển hóa thành các axít hữu cơ (chủ yếu là axít acetic), CO2, H2 và một số sản phẩm khoáng hóa khác. CxHyOz → các axit hữu cơ, CO2, H2 * Giai đoạn mê tan hóa: Axít hữu cơ, CO2 và H2 được chuyển hóa thành CO2, CH4 và một số nhỏ khí khác bởi vi khuẩn mê tan. CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O CO + 3H2 → CH4 + H2O 4CO + 2H2 → CH4 + 3CO2 4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 2H2O 4CH3OH → 3CH4 + 2H2O + CO2 CH3COOH → CH4 + CO2 Bảng 7.5: Khí sinh ra theo từng loại CT [23] 7.3.3. Các nhân tố ảnh hưởng quá trình Biogas a. Thời gian và khuấy trộn Thời gian ủ dài hay ngắn tùy thuộc vào lượng khí sinh ra. Với nhiệt độ, độ pha loãng, tỷ lệ các chất dinh dưỡng thích hợp kéo dài đến 30 - 40 ngày (UBKHKT Đồng Nai – 1989). Tỉ lệ khuấy trộn càng cao, quá trình phân hủy diễn ra càng nhanh, hiệu quả sinh khí càng lớn. b. Hàm lượng chất rắn (vật chất khô) Hàm lượng chất rắn dưới 9% thì hoạt động của túi ủ sẽ tốt (UBKHKT Đồng Nai – 1989). Tỉ lệ vật chất khô thích hợp 5- 10%, ẩm ướt 90 – 95% [28]. c. Thành phần dinh dưỡng Để đảm bảo quá trình sinh khí bình thường, liên tục thì phải cung cấp đầy đủ nguyên liệu cho sự sinh trưởng và phát triển của VSV. Thành phần chính của nguyên liệu là C, N. Tỉ lệ C:N của CTR thường là 20:1 – 45:1; tỉ lệ tối ưu 25:1 – 30:1. d. Nhân tố môi trường * Nhiệt độ: Mỗi nhóm vi khuẩn thích nghi với một khoảng nhiệt độ nhất định: vi khuẩn ưa nhiệt (Mesophilic) tối ưu 35 – 38 độ C; vi khuẩn chịu nhiệt (Methophilic) tối ưu 45 – 50 độ C [28]. Nhìn chung, nhiệt độ dưới 10 độ C và trên 55 độ C vi khuẩn hoạt động kém hiệu quả. * Độ ẩm: Độ ẩm cao hơn 96% thì thì quá trình phân hủy diễn ra chậm, khí sinh ra ít, độ ẩm thích hợp từ 91.5 - 96%. * pH: pH cũng póp phần quan trọng đối với hoạt động sống của vi khuẩn sinh khí methane . Vi khuẩn sinh khí methane ở pH 4.5 – 5.0 (Young Fu và Ctv, 1989). Khi pH > 8 hay pH < 6 thì hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm nhanh (Nguyễn Thị Thủy, 1991). 7.3.4. Quá trình hoạt động Biogas a. Nạp nguyên liệu Có hai kiểu nạp nguyên liệu chính, nạp theo mẻ và nạp liên tục. b. Cấu tạo thiết bị Biogas Hệ thống nạp nguyên liệu liên tục có các bộ phận cơ bản: - Bể phân hủy; - Bộ phận tích khí; - Bộ phận nạp nguyên liệu; - Đầu lấy khí. c. Đặc điểm và hoạt động của hệ thống thiết bị Biogas * Hệ thống biogas nắp nổi: * Hệ thống biogas nắp cố định: Hình 7.7: Mô hình hầm ủ nắp cố định kiểu TQ (China dome digester) (Nguồn: * Hệ thống biogas có túi chất dẻo: Hình 7.8: Mô hình hệ thống biogas túi chất dẻo [19] 7.3.4. Tính toán thiết kế bể biogas Thiết kế bể biogas thường dựa vào các thông số kinh nghiệm. Có 02 cách tính toán thiết kế bể Biogas cơ bản sau: - Tính toán dựa vào hệ số phát thải (khí/kg CT) Vf = Q.HRT Vgs = Q.k (k là hệ số phát thải, vd hệ số k đối với CT là phân lợn, k ~0,05m3/kg) V = Vf + Vgs (thể tích công trình) (Nguyễn Quang Khải - 2002, Công nghệ khí sinh học, NXB LĐ và XH, HN) - Tính theo hàm lượng TS tối ưu Trong đó: Vgs là Bể tích khí (Volume of gas storage chamber) Vf là bể phân hủy (Volume of fermentation chamber) Vs là bể tầng chứa bùn (Volume of sludge layer) Vc là bể thu gas (Volume of gas collecting chamber) VH là bể chứa nước (Volume of hydraulic chamber) Thiết lập công thức: V(Thể tích công trình) =Vc+Vgs+Vf+Vs HRT (thời gian lưu - Hydraulic Retention Time) = (Vgs + Vf)/Q Q = Qfd + Qh Trong đó: Qfd (Fresh Discharge) là lưu lượng CT; Qh là lưu lượng nước Vgs = V.0,4 Giả thiết thiết kế: Vc = 5% V Vs = 15% V Vgs + Vf = 80% V Hàm lượng TS (chất rắn) trong CT 8% là tối ưu Ví dụ 1: (tính toán dựa vào hệ số phát sinh khí) Cho biết: Một gia đình 20 con heo, trung bình mỗi con sinh ra 1,3 kg phân/ngày. Mỗi kg phân lợn sinh ra 50 lít khí/ngày; Tỉ lệ pha trộn nước vào phân là 0,7; Thời gian lưu 30 ngày. Thời gian lưu khí ½ ngày. Tính thể tích bể tích phân hủy và tích khí (V công trình)? Ví dụ 2: ( Tính toán dựa vào hệ số kinh nghiệm: Vc = 1/3.Vf) Cho biết: Một gia đình 20 con heo, trung bình mỗi con sinh ra 1,3 kg phân/ngày; Tỉ lệ pha trộn nước vào phân là 0,7; Thời gian lưu 30 ngày. Thời gian lưu khí ½ ngày. Bể tích khí = 1/3 bể phân hủy. Tính thể tích bể tích phân hủy và tích khí? Ví dụ 3: (Tính toán dựa vào tỉ lệ TS tối ưu và hệ số thiết kế kinh nghiệm) Cho biết: Một gia đình có 6 con bò, khối lượng phân trung bình 10kg/con.ngày. HRT là 40 ngày. TS – tổng chất rắn 16%. Nhiệt độ 30 độ C. Tính toán lượng nước bổ sung (Vh) và V công trình? 7.3.5. Phương pháp làm tinh khiết khí sinh học Khí biogas chứa hàm lượng CO2, H2S do đó cần phải loại bỏ trước khi sử dụng. Các phương pháp loại bỏ CO2: - Tháp rửa nước loại bỏ CO2: - Hấp thụ bằng dung dịch kiềm: NaOH, (CaOH)2, KOH NaOH + CO2 → NaCO3 + H2O NaCO3 + CO2 → NaHCO3 (kết tủa) CaOH + CO2 → CaCO3 (kết tủa) + H2O Tháp rửa nước loại bỏ CO2 Các phương pháp loại bỏ H2S: - Dùng NaHCO3: H2S + NaHCO3 → NaHS + NaHCO3↓ - Fe2O3 + gỗ bào (rẻ tiền): Fe2O3 + 3H2S → Fe2S3 + 3H2O Chương 8. XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN NGUY HẠI 8.1. Khái niệm và đặc điểm 8.1.1. Khái niệm Thuật ngữ CTNH (hazardous waste) xuất hiện đầu tiên ở Châu Âu – Mỹ, tuy theo từng nước mà có các hiểu và phát biểu khác khác nhau [14]. CTRNH là chất thải ở dạng rắn có độc tính, hoạt tính mạnh, dễ cháy – nỗ, ăn mòn và lây nhiễm. CTRNH gia đình (household hazardous solidwaste) là những CTR trong sinh hoạt hàng ngày như pin, ắc quy, CT y tế, thủy ngân trong các sản phẩm, dầu sử dụng, chất chống đông, bóng đèn Theo 12/2011/TT-BTNMT, quy định 7 tính chất nguy hại chính bao gồm: Dễ nỗ (N), dễ cháy (C), dễ ôxy hóa (OH), ăn mòn (AM), có độc tính (Đ), độc sinh thái (ĐS) và dễ lây nhiễm (LN). CTRNH chủ yếu có những tính chất nguy hại: dễ nổ, cháy, ôxi hóa, ăn mòn, có độc tính, dễ lây nhiễm chủ yếu các ngành hóa chất, luyện kim, dầu khí, hệ thống xử lý CT 8.1.2. Đặc điểm Thông tư 12/2011/TT-BTNMT mô tả đặc tính cơ bản của CTNH như sau: Số TT Tính chất nguy hại Ký hiệu Mô tả Ví dụ 1 Dễ nổ N Các CT ở thể rắn hoặc lỏng mà bản thân chúng có thể nổ do kết quả của phản ứng hoá học (khi tiếp xúc với ngọn lửa, bị va đập hoặc ma sát), tạo ra các loại khí ở nhiệt độ, áp suất và tốc độ gây thiệt hại cho MT xung quanh. Thuốc nổ TNT, Axit nitric và axit nitrơ thải... CT lỏng dễ cháy: là các CT ở dạng lỏng, hỗn hợp chất lỏng hoặc chất lỏng chứa chất rắn hoà tan hoặc lơ lửng, có nhiệt độ bắt cháy thấp theo các tiêu chuẩn hiện hành. CTR dễ cháy: là các CTR có khả năng tự bốc cháy hoặc phát lửa do bị ma sát trong các điều kiện vận chuyển. 2 Dễ cháy C CT có khả năng tự bốc cháy: là CTR hoặc lỏng có thể tự nóng lên trong điều kiện vận chuyển bình thường, hoặc tự nóng lên do tiếp xúc với không khí và có khả năng bốc cháy. Véc ni và dung môi tẩy sơn thải, dịch thải từ quá trình chiết tách... Bồn chứa xăng dầu, Dầu và chất cô từ quá trình phân tách, hắc ín, than hoạt tính thải... CT tạo ra khí dễ cháy: là các CT khi tiếp xúc với nước có khả năng tự cháy hoặc tạo ra lượng khí dễ cháy nguy hiểm. 3 Oxy hoá OH Các CT có khả năng nhanh chóng thực hiện phản ứng oxy hoá toả nhiệt mạnh khi tiếp xúc với các chất khác, có thể gây ra hoặc góp phần đốt cháy các chất đó. CT chứa Ag từ quá trinh XLCT ngành phim ảnh, Pemanganat thải (MnO4) 4 Ăn mòn AM Các CT, thông qua phản ứng hoá học, sẽ gây tổn thương nghiêm trọng các mô sống khi tiếp xúc, hoặc trong trường hợp rò rỉ sẽ phá huỷ các loại vật liệu, hàng hoá và phương tiện vận chuyển. Thông thường đó là các chất hoặc hỗn hợp các chất có tính axit mạnh (pH nhỏ hơn hoặc bằng 2), hoặc kiềm mạnh (pH lớn hơn hoặc bằng 12,5). Chất tẩy rửa, DD tẩy màu, hắc ín và axit thải... Độc tính cấp: Các CT có thể gây tử vong, tổn thương nghiêm trọng hoặc có hại cho sức khoẻ qua đường ăn uống, hô hấp hoặc qua da. Độc tính từ từ hoặc mãn tính: Các CT có thể gây ra các ảnh hưởng từ từ hoặc mãn tính, kể cả gây ung thư, do ăn phải, hít thở phải hoặc ngấm qua da. 5 Có độc tính Đ Sinh khí độc: Các CT chứa các thành phần mà khi tiếp xúc với không khí hoặc với nước sẽ giải phóng ra khí độc, gây nguy hiểm đối với người và sinh vật. Rất nhiều chất: đất sét lọc đã qua sử dụng, bộ lọc dầu, nước từ các CTXL...; Chất sinh khí độc như đất đèn (CaC2) kết hợp với nước sinh ra axetilen (C2H2)... 6 Có độc tính sinh thái ĐS Các CT có thể gây ra các tác hại nhanh chóng hoặc từ từ đối với MT thông qua tích luỹ sinh học và/hoặc gây tác hại đến các hệ sinh vật. Các thiết bị bộ phận có chứa Gg, PCB, nước la canh, dung môi thải... 7 Dễ lây nhiễm LN Các CT có chứa VSV hoặc độc tố gây bệnh cho người và động vật. Gia súc, gia cấm chết do dịch bệnh, CT từ quá trình vệ sinh chuồng trại, nước rỉ rác... 8.2. Xử lý chất thải rắn nguy hại 8.2.1. Xử lý đất, bùn, cặn thải 8.2.1.1. Phương pháp xử lý tại chỗ (in situ) a. Xử lý đất bằng trích ly bay hơi Xử lý đất bằng trích ly bay hơi (soil vapor extraction – SVE) – còn gọi là “soil venting – thông gió cho đất” hoặc “vacuum extraction – trích ly chân không” là kỹ thuật dùng để xử lý đất bị ÔN chất hữu cơ bay hơi (VOC) [14]. Công nghệ này xử lý hiệu quả đất nhiễm dầu mỏ, nhất là đất nhiễm xăng. Hình 8.1: Mô hình SVE [17] Hình 8.2: Sơ đồ hệ thống xử lý đất bằng trích ly bay hơi [14] b. Ôxy hóa hóa học Ôxy hóa là quá trình chuyển đổi các chất độc hại thành chất ít độc hại hơn (như chất ổn định hơn, trơ về mặt hóa học, ít linh động) với các tác nhân ôxy hóa chủ yếu như: 03, H2O2 (Hydroperoxit), Hypoclorite (ClO-), Chlorine dioxide (Cl02), MnO-4. Hình 8.3: Phương pháp ôxy hóa [30] c. PP điện động học (Electrokinetic Separation/ER – Electrokinetic Remediation) Là PP dùng dòng điện để loại bỏ kim loại và hợp chất hữu cơ trong đất có độ thấm nước kém, bùn thải, sản phẩm nạo vét biển (marine dredging). Quá trình sử dụng cơ chế điện động học và điện hóa học để gỡ bỏ sự bám dính, loại bỏ kim loại và sinh vật tích điện. Hình 8.4: Mô hình phương pháp điện động học [30] Chí phí của PP ER ước khoảng 117USD/m3 CTR. d. Phương pháp tia nước PP này dùng nước để phun vào đất hoặc tiêm nước vào tầng nước ngầm để nâng cao mực nước trong vùng đất bị ô nhiễm. Chất ÔN sẽ đi vào tầng nước ngầm, trích ly và xử lý. Hình 8.5: Mô hình Soil Flushing [30] Công nghệ này được ứng dụng để xử lý VOCs, SVOCs (semi volatite organic compounds), nhiên liệu, thuốc trừ sâu. e. PP ổn định/rắn hóa (Solidification/Stabilization) Đây là PP làm cho chất ÔN sẽ bị giữ chặt hoặc giới hạn bên trong một khối ổn định, hoặc phản ứng hóa học tạo ra giữa nhân tố bền vững và ÔN để giảm tính linh động của chúng. f. PP nhiệt PP này dùng nhiệt từ không khí hoặc điện (điện trở, sóng vô tuyến, quang điện) để làm tăng khả năng bay hơi của hợp chất hữu cơ bán bay hơi (SVOC) và dễ trích ly. Có thể xem đây là biện pháp tăng cường của PP SVE. Hình 8.6: Mô hình xử lý CTR (đất, bùn) bằng nhiệt (dòng điện) [30] Mô hình trên bao gồm 6 điện cực tạo ra 6 mặt bao quanh vùng ÔN (Typical Six- Phase Soil Heating System- SPSH), bên trong đặt ống thông khí kết nối với hệ thống máy hút. Hình 8.7: Mô hình hệ thống xử lý CTR bằng nhiệt (khí nóng) g. PP thông gió sinh học (bioventing)[30] Sử dụng VSV bản địa để phá hủy hợp chất hữu cơ bám dính trong đất, trầm tích, đá sỏi hoặc bùn ở trạng thái chưa bão hòa. Quá trình này có thể loại bỏ chất bám dính như hydrocarbons, một vài loại thuốc trừ sâu, chất bảo quản gỗ, dầu hỏa, dầu diesel và một số hợp chất hữu cơ khác. Thời gian làm sạch từ vài tháng đến vài năm. Hình 8.8: Mô hình bioventing [30] h. PP sinh học tăng cường (Enhanced Bioremediation) PP này tạo ra sự tuần hoàn nước trong đất nhằm kích thích sự phá hủy hợp chất hữu cơ. Ngoài ra có thể tăng cường bằng cách bổ sung chất dinh dưỡng, ôxy để tăng cường quá trình phân hủy sinh học và loại bỏ chất bám dính khỏi bề mặt vật liệu. Hình 8.8: Mô hình phương pháp sinh học tăng cường [30] Giá thành xử lý của công nghệ này khoảng 30 – 100 USD/m3. k. Khử độc bằng thực vật (Phytoremediation) Đây là PP sử dụng thực vật nhằm loại bỏ, chuyển đổi, ổn định hoặc phá hủy chất ÔN (vô cơ và hữu cơ) trong đất và trầm tích. PP này có thể loại bỏ được kim loại, dung môi, thuốc trừ sâu, chất nổ, PAHs, dầu thô 8.2.1.2. Phương pháp xử lý chuyển vị (ex situ) - Phương pháp ủ đống (biopiles) - Phương pháp ủ hiếu khí (composting) - Cánh đồng đất (landfarming) - Pha loãng (Slurry phase) - Phương pháp trích ly hóa học (Chemical Extraction) - Phương pháp ôxy hóa hóa học (Chemical Reduction/Oxidation) - Phương pháp khử halogen (Dehalogenation) - Phương pháp tách (Separation) - Phương pháp “rửa đất” (Soil Washing) - Phương pháp đóng rắn (Solidification/Stabilization) - Phương pháp khử bằng hơi nóng (Hot Gas Decontamination) - Phương pháp lò đốt (Incineration) - Phương pháp đốt ngoài (Open Burn/Open Detonation) - Phương pháp nhiệt phân (Pyrolysis) - Phương pháp giải hấp nhiệt (Thermal Desorption) 8.2.2. Xử lý CTR y tế Theo Dự thảo Báo cáo Quản lý các nguy cơ môi trường của Dự án hỗ trợ xử lý chất thải bệnh viện nguồn vốn vay Ngân hàng thế giới ( Khoảng 75- 90% chất thải bệnh viện là chất thải thông thường, 10-25% là CTNH được chia làm 4 nhóm sau đây: - Chất thải lây nhiễm; - Chất thải hóa học; - Chất thải phóng xạ; - Bình chứa áp suất. KL CTRNH ở các BV đa khoa TW 0,3 kg/người/ngày; đa khoa tuyến tỉnh 0,25 kg/người/ngày; 0,175 kg/người/ngày. Hiện nay (Công văn 7164/BYT-KCB, 2008) cả nước đã có gần 200 lò đốt CTR y tế đang vận hành xử lý cho 73,3% số bệnh viện, 26,7% các bệnh viện chôn lấp chất thải rắn y tế hoặc thiêu đốt ngoài trời. 8.2.2.1. Phương pháp xử lý không đốt Trong Chiến lược quản lý chất thải y tế, công nghệ xử lý CTR thân thiện MT được khuyến khích, trong đó có công nghệ không đốt. Theo 43/2007/QĐ-BYT về QLCT y tế, các phương pháp XL CTRYT không đốt sau: - Khử khuẩn nhiệt ướt (lò hấp), lò vi sóng; hoặc hóa học: - Oxy hóa: - Sử dụng máy nghiền, cắt hoặc tiêu hủy kim tiêm (kim tiêm, xi lanh có thể tái chế): - Lưu giữ an toàn để phân hủy CT phóng xạ; - Trơ hóa kết hợp với chôn lấp (CT hóa học và dược phẩm): - Chôn lấp. Bảng 8.1: Các công nghệ không đốt ( Lò đốt nhiệt phân Lò hấp (khử khuẩn nhiệt ) Khử khuẩn vi sóng Khử khuẩn hóa học Chôn lấp an toàn Đóng rắn Trung hòa Khác Chất thải lây nhiễm Sắc nhọn Có Có Có Có Có Không Không - Không sắc nhọn Có Có Có Có Có Không Không - Lây nhiễm cao Có Có Có Có Có Không Không - Giải phẫu Có Không Không Không Có Không Không - Chất thải hóa học Dược phẩm Số lượng nhỏ Không Không Không Có Có Có Trả nhà cung cấp Gây độc tế bào Không Không Không Không Không Có Có Trả nhà cung cấp Hóa chất nguy hại Số lượng Không Không Không Không Không Trả nhà nhỏ Có cung cấp Chất thải phóng xạ Không Không Không Không Không Không Không Lưu giữ bán hủy Bình chứa khí nén Không Không Không Không Có Không Không Trả nhà cung cấp Bảng 8.2: Ưu nhược điểm các công nghệ không đốt Ưu điểm Nhược điểm Chi phí (thời điểm 2010) Công nghệ không đốt Máy cắt kim tiêm - Ngăn ngừa tái sử dụng kim tiêm - Dễ vận hành, chi phí thấp - Xi lanh có thể tái chế - Kim tiêm cần được xử lý tiếp sau khi cắt và phân loại - Chi phí đầu tư: 2-80 USD - Vận hành được 200,000 lần cắt Máy hủy kim tiêm - Khử khuẩn và phá hủy kim tiêm bằng điện - Dễ vận hành, chi phí thấp - Xi lanh có thể tái chế - Cần có điện - Gốc kim tiêm vẫn còn sau khi hủy - Chi phí đầu tư: 100 – 150 USD Đóng rắn - Có thể áp dụng cho chất thải hóa học và chất thải dược phẩm - Dễ vận hành, chi phí thấp - Không áp dụng cho các loại chất thải khác - Chi phí đầu tư cho xi măng và cát Hố chôn xi măng - Có thể áp dụng cho chất thải sắc nhọn và chất thải bệnh phẩm - Dễ vận hành, chi phí thấp - Đòi hỏi đất và khoảng trống - Tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm nước ngầm nếu thiết kết và xây dựng không đảm bảo - Chi phí đầu tư: 100– 200 USD/m3 Chôn lấp hợp vệ sinh - Tương đối an toàn nếu hạn chế được tiếp cận và thẩm thấu qua thành hố chôn - Chi phí đầu tư và vận hành thấp - Chỉ áp dụng cho bệnh viện ở miền núi hoặc nông thôn - Chi phí đầu tư: nhân công, mái che, hàng rào Khử khuẩn bằng hơi nước (lò hấp) - Hiệu suất khử khuẩn cao - Giảm được thể tích chất thải nếu có máy nghiền - Chi phí vận hành thấp - Thân thiện với môi trường - Công nghệ phổ biến trong bệnh viện - Không phù hợp đối với chất thải giải phẫu, chất thải dược phẩm và chất thải hóa học và những chất thải không thể hấp - Đòi hỏi nhân công có trình độ - Chi phí đầu tư cao, đòi hỏi túi chịu nhiệt - Chi phí đầu tư: 500 – 50,000 USD - Chi phí vận hành: 0.33 USD/kg Khử khuẩn bằng vi sóng - Hiệu suất khử khuẩn cao - Giảm được thể tích chất thải nếu có máy nghiền - Chi phí vận hành thấp - Thân thiện với môi trường - Không phù hợp đối với chất thải giải phẫu, chất thải dược phẩm và chất thải hóa học và những chất thải không thể hấp - Đòi hỏi nhân công có trình độ - Chi phí đầu tư: 70,000 – 50,000 USD - Chi phí vận hành: 0.33 USD/kg - Chi phí đầu tư cao, đòi hỏi túi chịu nhiệt Khử khuẩn bằng hơi nước kết hợp vi sóng - Hiệu suất khử khuẩn cao - Giảm được thể tích chất thải nếu có máy nghiền - Chi phí vận hành thấp - Thân thiện với môi trường - Không phù hợp đối với chất thải giải phẫu, chất thải dược phẩm và chất thải hóa học và những chất thải không thể hấp - Đòi hỏi nhân công có trình độ - Chi phí đầu tư cao, đòi hỏi túi chịu nhiệt - Chi phí đầu tư: 180,000 – 250,000 USD - Chi phí vận hành: 0.33 USD/kg Khử khuẩn hóa học - Hiệu suất khử khuẩn cao, đặc biệt là chất thải lây nhiễm dạng lỏng - Giảm thể tích chất thải nếu kèm theo máy nghiền - Một số hóa chất khử khuẩn không đắt - Không phù hợp đối với chất thải giải phẫu, chất thải sắc nhọn, chất thải dược phẩm và chất thải hóa học - Đòi hỏi nhân công có trình độ - Hóa chất nguy hại có thể gây ô nhiễm môi trường - Chi phí vận hành cho hóa chất khử khuẩn Nguồn: Dự thảo Báo cáo Quản lý các nguy cơ môi trường của Dự án hỗ trợ xử lý chất thải bệnh viện nguồn vốn vay Ngân hàng thế giới 2010 ( 8.2.2.2. Phương pháp đốt Các lò đốt CTR y tế bao gồm kiểu lò đốt một buồng và hai buồng. Công nghệ này thường phát sinh dioxin, furan, thủy ngân, chì và nhiều chất độc hại khác nếu lò đốt không có bộ phận xử lý khí thải đạt yêu cầu. Tiêu chí lựa chọn công nghệ đốt: - Phù hợp Chiến lược QL CTR của Bộ Y tế; - Phù hợp QCVN 02:2008/BTNMT; - Lò đốt sử dụng công nghệ thân thiện MT, thiết bị, nguyên liệu đốt có sẵn ở địa phương; - Dễ thao tác, vận hành; - Chi phí đầu tư và vận hành phù hợp với điều kiện đia phương; - Hiệu suất xử lý và tuổi thọ cao, phù hợp với khuôn viên BV; - Dễ nâng cấp, mở rộng; - Nhà cung cấp thiết bị, công nghệ uy tín. Để đảm bảo yêu cầu, nên lò đốt CTR y tế 2 buồng, một số tiêu chí cần thiết đối với lò đốt 02 buồng: 1) Nhiệt độ bên ngoài (vỏ buồng) không quá 50 độ C; 2) Cửa nạp dễ dàng, buồng đốt kín và áp suất bên trong phải âm; 3) Nhiệt độ buồng sơ cấp không thấp hơn 800; thứ cấp 1050 độ C; và ống khói không lớn hơn 200 độ C; 4) Thông gió cưỡng bức; 5) Mức ồn không vượt quá tiêu chuẩn theo QCVN 26:2010/BTNMT: từ 6h – 21h với khu vực đặc biệt không quá 55db, khu vực thông thường 70dBA; từ 21h – 6h tương ứng 45, 55dBA (thường đo cách nguồn ồn khoảng 1m); 6) Có buồng thu tro xỉ, hàm lượng tro cháy được không lớn 0,5%; 7) Ống khói cao hơn 8 m và phải cao hơn ngôi nhà trong phạm vi 40m là 3m (nếu có); tốc độ thải khói lớn 15m/s; 8) Không sử dụng nhiên liệu rắn cho lò đốt; 9) Nước thải (nếu có) phải đảm bảo QCVN mới nhất; 10) Có thiết bị kiểm soát nhiệt độ và cảnh báo; 11) An toàn và chống cháy nổ. Bảng 8.3: Ưu nhược điểm của các kiểu lò đốt ( Lò đốt Ưu điểm Nhược điểm Lò đốt một buồng - Hiệu suất khử khuẩn tốt - Giảm đáng kể thể tích và khối lượng chất thải - Không cần công nhân vận hành có trình độ - Phát sinh khí thải gây ô nhiễm không khí - Không hiệu quả đối với các hóa chất và thuốc chịu được nhiệt độ cao Lò đốt hai buồng (lò đốt nhiệt phân) - Phù hợp với tất cả chất thải lây nhiễm, hầu hết chất thải hóa học và chất thải dược phẩm - Giảm đáng kể khối lượng và thể tích chất thải - Không phá hủy được toàn bộ chất thải gây độc tế bào - Chi phí đầu tư tương đối cao - Chi phí vận hành cao - Đòi hỏi công nhân có trình độ - Phát sinh khí thải gây ô nhiễm không khí nếu vận hành và bảo dưỡng không đảm bảo 8.2.3. Xử lý CTR điện tử Theo số liệu của LHQ, rác thải điện tử trên thế giới hàng năm lên tới 40 triệu tấn, nhưng chỉ khoảng 10-15% số này được xử lý thích hợp. Công nghệ xử lý CTR điện tử chủ yếu hiện nay là tái chế. Sau đây là một số quy trình tái chế CTR điện tử: Nguồn: Hội thảo Quốc gia Công nghệ xử lý chất thải đô thị & Khu công nghiệp Hà Nội 3/2009 8.3. Chôn lấp CTR nguy hại BCL CTRNH được xem là nơi xử lý, lưu giữ và thải bỏ CT( treatment, storage, and disposal - TSD). Theo [16] khi nghiên cứu một BCL CTNH bao gồm nội dung sau: - Đặc điểm, tính chất CTRNH - Đánh giá, lựa chọn vị trí - Thiết kế và xây dựng Linh kiện, bo mạch hỏng Đập nghiền Đốt nóng chảy Chất rắn Lọc tách Phần rắn Lọc tách Phần rắn chôn lấp Phần rắn Dung dịch PbCl2 Dung dịch CuSO4 Dung dịch Au HCL H2SO4 HCL HNO3 Kim loại Sn Pb Fe Chất thải rắn điện tử Chất thải bao gói Phân loại tại nguồn Phân loại theo sản phẩm sản xuất Chất thải rắn sản xuất Tuyển trọng lực Đôt nhiệt độ Hoà tan trong Phân đoạn các phân đoạn nhẹ Hoá tách hoá học theo bậc Kết tủa-tạo Trao đổi ion Oxy hoá-khử Trao đổi ion-chiết Tái thu hồi: kết tinh, điện phân Gia công sản phẩm tái chế Hoá phẩm - Đóng cửa và đóng cửa bảo trì (post-closure care) - Kế hoạch dự phòng và giảm nhẹ - Đảm bảo tài chính và lưu trữ hồ sơ Theo [14] các CT nguy hại được chôn trong BCL cần đáp ứng các tiêu chuẩn sau: - Chỉ có CT vô cơ (ít hữu cơ) - Tiềm năng nước rỉ rác thấp - Không có chất lỏng - Không có chất nổ - Không có chất phóng xạ - Không có lốp xe - Không có CT lây nhiễm Thông thường các CT nguy hại thường được chôn lấp bao gồm : - CT kim loại có chứa chì - CT có thành phần thủy ngân - Bùn xi mạ và bùn kim loại - CT amiăng - CTR có xyanua - Bao bì nhiễm bẩn và thùng chứa bằng kim loại - Cặn từ quá trình thiêu đốt CT Theo Trung tâm hỗ trợ thông tin và quản lý MT – Fed Center (thuộc EPA) (www.fedcenter.gov), CT dạng khối lớn và lỏng không được đóng thùng thì không được đưa vào BCL CTRNH. CÁC TỪ VIẾT TẮT Cụm từ Viết tắt Cụm từ Viết tắt Môi trường MT Chất thải rắn CTR TN TN Nước thải NT Ô nhiễm ÔN Phương pháp PP Chất thải CT BCL BCL Chất thải rắn CTR Khối lượng KL Nước thải NT Chất thải rắn CTR Phương pháp PP Khối lượng KL Bãi chôn lấp BCL Trạm trung chuyển TTC Vi sinh vật VSV Kinh tế-Xã hội KT-XH TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Vũ Ngọc Bảo (2009), Tái chế giấy ở các nước trong khu vực và Việt Nam, from 2. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2004), Báo diễn biến môi trường VN, chủ đề chất thải rắn from 3. Bộ tài nguyên và Môi trường (2010), Báo cáo Hiện trạng môi trường quốc gia, 4. Đại học Dân lập Văn Lang (2004) và Sở TN&MT TPHCM, Tài liệu Quản lý chất thải rắn đô thị cho cán bộ kĩ thuật. 5. Jica (2007), Lý do lựa chọn Công nghệ Fukuoka, Nhật. 6. Nguyễn Ngọc Lân, Xử lý chất thải rắn đô thị tập 1, from 7. Võ Đình Long, Nguyễn Văn Sơn (2008), Tập bài giảng Quản lý chất thải rắn và chất thải nguy hại, Viện KHCN và Quản lý MT, Trường ĐHCN TPHCM. 8. Trần Hiếu Nhuệ, Ứng Quốc Dũng, Nguyễn Thị Kim Thái (2001), Chất thải rắn đô thị tập 1, Nxb Xây dựng, Hà Nội. 9. Nguyễn Văn Phước (2005), Quản lý và xử lý chất thải rắn, Trường Đại học Bách Khoa. TP.HCM. 10. Nguyễn Danh Sơn (2010), Quản lý tổng hợp chất thải - Vấn đề và giải pháp chính sách ở nước ta From 11. Trịnh Thị Thanh, Trần Yêm, Đồng Kim Loan (2004), Giáo trình Công nghệ môi trường, Nxb ĐHQG Hà Nội. 12. Thông tư liên tịch 01/2001/TTLT-BKHCNMT-BXD (2001), "Hướng dẫn các quy định về bảo vệ môi trường đối với việc lựa chọn địa điểm, xây dựng và vận hành bãi chôn lấp chất thải rắn ". from www.tbtvn.org/media/1lt2001.pdf. 13. Dương Thị Tơ và nnk, Phân loại rác tại nguồn - Sự khởi đầu của công nghệ tái chế chất thải, from www.lrc.ctu.edu.vn/pdoc/8/8ktmtruong.pdf. 14. Lâm Minh Triết, Lê Thanh Hải (2006), Giáo trình Quản lý chất thải rắn nguy hại, Nxb Xây dựng Hà Nội. 15. Trung tâm TT KH và CN Quốc gia, Tổng luận Xây dựng một xã hội tái chế from Tiếng Anh 16. CCME (2006), National Guidelines for Hazardous Waste Landfills, from 17. EPA (2004), How To Evaluate Alternative Cleanup Technologies For Underground Storage Tank Sites: A Guide For Corrective Action Plan Reviewers, from 18. EPA (2005), Landfill Gas Emissions Model (LandGEM) Version 3.02 User’s Guide, from 19. FAO (1992), Biogas process for sustainable development, from 20. George Tchobanoglous, Hilary Theisen, Samuel Vigil (1993), Intergrated Solid Waste Management, McGraw-HillInc, USA. 21. Heijo Schar, Joeri Jacobs (2006), Applying guidance for methane emission estimation for landfills, from -comparison-of-methane-emission-models-and-measurements.pdf. 22. IPCC (2006), Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories Vol 3, from 23. National Academy of Sciences (NAS) (1997), Methane Generation from Human, Animal, and Agricultural Wastes, from 24. Nicholas. P Cheremisinoff (2003), Handbook of Solid Waste Management and Waste Minimization Technologies, Publisher’s Elsevier Science, USA. 25. Rainer Stegmann, Hans-Jürgen Ehrig, Gerhard Rettenberger (2001), Landfill gas formation, quality and prediction, from iew&unique_num=974. 26. Sunil Kumar, S.A. Gaikwad, A.V. Shekdar, P.S. Kshirsagar, R.N Singh (2004), “Estimation method for national methane emission from solid waste landfill”. from 27. The Blue Ridge Environmental Defense League (2009), Waste gasificaion, Impact on evironment and public, from 28. UNEP (2005), Solid Waste Management 29. UNEP (2009), Development Integrate Solid Waste Management Plant, Vol 1 30. US DOD (2011), Remediation technologies screening matrix and reference guide from