BÀI GIẢNG

C«ng nghÖ m«i trêng

Nội dung môn học Công nghệ Môi trường

(Tài liệu dùng cho sinh viên ngành Khoa học Môi trường và Địa chính – Môi trường)

Phần 1 lý thuyết: Chương 1: Mở đầu

1.1. Khái niệm Công nghệ Môi trường1.2. Hiện trạng áp dụng Công nghệ Môi trường ở Việt Nam1.3. Xu hướng phát triển Công nghệ Môi trường ở Việt Nam

Chương 2: Công nghệ phòng ngừa, giảm thiểu ô nhiễm2.1. Công nghệ sạch 2.2. Công nghệ phòng ngừa, giảm thiểu chất thải trong quá trình sản xuất 2.3. Công nghệ tuần hoàn, tái chế, tái sử dụng chất thải

Chương 3: Công nghệ xử lý ô nhiễm khí3.1. Các chất gây ô nhiễm không khí3.2. C¸c biÖn ph¸p kü thuËt gi¶m thiÓu « nhiÔm kh«ng khÝ 3.2. C¸c biÖn ph¸p kü thuËt gi¶m thiÓu « nhiÔm kh«ng khÝ 3.3. Phương pháp xử lý hơi và khí độc 3.4. Phương pháp xử lý bụi

Chương 4. Công nghệ xử lý nước và nước thải4.1. Những vấn đề cơ bản liên quan đến xử lý nước 4.2. Các phương pháp xử lý nước cấp 4.2. Phương pháp xử lý nước thải4.3. Giới thiệu một số công nghệ xử lý nước thải

Chương 5. Công nghệ xử lý chất thải rắn và chất thải nguy hại5.1. Cơ sở lựa chọn phương pháp xử lý chất thải rắn5.2. Phân loại chất thải và các phương pháp phân loại chất thải5.3. Các phương pháp xử lý chất thải rắn5.4. Bãi chứa chất thải rắn (bãi thải)

Phần 2 thảo luận: Bài 1: Làm chuyên đề và thảo luận về Công nghệ phòng ngừa, giảm thiểu chất thải

trong quá trình sản xuất ở Việt NamBài 2: Làm chuyên đề và thảo luận về các công nghệ xử lý khí thải được áp dụng phổ

biến ở Việt NamBài 3: Thảo luận về bãi chứa chất thải (bãi thải) đang được sử dụng ở Việt Nam7. Tài liệu học tập :1. TS. Dư Ngọc Thành, ThS. Trương Thanh Nam (2010), Bài giảng Công nghệ môi trường, Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên.

1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Khái niệm về Công nghệ môi trường (CNMT)

1.1.1. Định nghĩa

- CNMT là quá trình công nghệ nhằm phòng ngừa, hạn chế, giảm thiểu, xử lý tác

động có hại gây ra do hoạt động của con người lên môi trường (khí quyển, địa quyển,

thủy quyển, sinh quyển).

- CNMT bao gồm biện pháp, quá trình làm cho công nghệ sản xuất sử dụng ít nguyên

liệu, năng lượng, sản phẩm an toàn hơn và xử lý các chất độc hại phát sinh.

- CNMT là tổng hợp các biện pháp dựa trên vật lý, sinh vật, địa lý học.. nhằm phòng

ngừa việc phát sinh và xử lý những chất độc hại.

- Nội dung của CNMT gồm: Các nguyên lý, nguyên tắc, kinh nghiệm thể hiện dưới

dạng các quá trình và các kỹ thuật thực hiện nguyên lý công nghệ đó, cụ thể là:

1- CNMT là công nghệ phòng ngừa, phát sinh chất thải ô nhiễm, tiết kiệm tài nguyên

thiên nhiên, giảm tiêu thụ năng lượng

2- CNMT là công nghệ tuần hoàn, tái chế, tái sử dụng chất thải

3- CNMT là công nghệ xử lý chất thải một cách an toàn và hiệu quả (công nghệ

cuối

đường ống “End of pipe”

4. Cách tiếp cận công nghệ môi trường

1.1.2. Quá trình phát triển Công nghệ Môi trường

Thế hệ I: CN pha loãng

Thế hệ II: CN Xử lý chất thải (không kinh tế)

Thế hệ III: Tiết kiệm nguyên liệu tiết kiệm nhiên liệu; Phòng ngừa và giảm thiểu phát

sinh chất thải

1.1.3. Đặc điểm của CNMT hiện nay

- CNMT là loại hình CN đa dạng, phục vụ phòng ngừa giảm thiểu phát sinh, xử lý

chất thải của các ngành khác.

- CNMT là công nghệ liên ngành, kết hợp tri thức của nhiều ngành khoa học khác

nhau : Vật lí , - hóa học, - sinh học- Xây dựng, kiến trúc- năng lượng

- CNMT là loại hình CN gắn liền với kinh tế, CN tái chế, tái sử dụng giảm giá thành

sản phẩm, CN phòng ngừa, phát sinh ô nhiễm giảm tiêu thụ tài nguyên, năng lượng.

- CNMT liên quan chặt chẽ tới cộng đồng

- CNMT là CN hướng tới sự phát triển bền vững

1. 2. Hiện trạng CNMT tại Việt Nam

- CNMT Việt Nam chưa phát triển

2

- Các CN phòng ngừa giảm phát sinh chất thải ít phát triển và kém, còn nhiều CN cũ,

phát thải nhiều ra môi trường mà không được xử lí

VD: SX giấy tiêu thụ nhiều nước.nước thải chứa nhiều chất gây ô nhiễm mà chưa

được xử lí thải trực tiếp vào nguồn tiếp nhận

- CNMT Việt Nam chủ yếu là công nghệ xử lí chất thải bằng những biện pháp đơn

giản

- CNMT xử lý chất thải đòi hòi công cụ cưỡng chế

* Hiện trạng CNMT một số ngành, khu vực ở Việt nam:

- Đô thị: Ô nhiễm do giao thông, nước thải đô thị chưa được xử lý

Áp dụng công nghệ: Thay thế xăng bằng gas nhưng chi phí ga quá đắt không hiệu

quả; Chế tạo chất xúc tác chuyển hóa CO; NO, ..Xây dựng một số trạm xử lý nước thải;

hình thành một số bãi chôn lấp đạt vệ sinh: Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Việt Trì…

- Tại khu công nghiệp: đã triển khai công nghệ nhưng không chú ý đến CN xử lý (20-

30% có khu xử lý nước thải CN; Chỉ có mỗi khu công công nghiệp Biên Hòa là có khu

xử lý chất thải rắn và chất thải nguy hại; Một số khu công nghiệp có lò đốt chất thải CN:

Hà Nội, Bình Dương, Phú Thọ)

- Tại cơ sở sản xuất ngoài khu công nghiệp

+ Hà Nội có khoảng 200 nhà máy áp dụng CN sản xuất sạch hơn: dệt, giấy, cơ khí

+ CN xử lý khí thải: lọc bụi tay áo, tách bụi, hấp thụ khí thải bằng dung dịch kiềm,

hấp phụ khí thải bằng than hoạt tính.

+ CN xử lý nước thải kết hợp hóa lý, sinh học: chế biến thực phẩm, dệt, giấy

+ CN xử lý chất thải rắn và chất thải nguy hại: phương pháp chôn, thiêu đốt chất thải

+ CNMT tại cơ sở y tế (có 25 lò đốt chất thải y tế tập trung).

1.3. Xu hướng CNMT trên thế giới

1. Ưu tiên CN phòng ngừa, giảm thiểu phát sinh chất thải, CN phòng ngừa là CN ít

hoặc không sinh ra chất thải

- Tuyên bố Bergen 1990: muốn phát triển bền vững các CN áp dụng phải là công

nghệ giảm thiểu, ngăn ngừa những chất thải nguy hại đến môi trường.

- Tuyên bố RiO (1992) về môi trường là phát triển bền vững khẳng định để bảo vệ

môi trường, các quốc gia phải tiếp cận phòng ngừa theo khả năng của mình.

- Áp dụng công nghệ sạch, CN thân thiện môi trường dưới các hình thức: sản xuất

sạch hơn, “CN ít và không chất thải”, năng suất xanh, kiểm soát vòng đời sản phẩm,

đánh giá vòng đời

2. Đẩy mạnh xây dựng và phát triển ngành công nghiệp Môi trường

- Ở những nước phát triển: CN Môi trường đã có phát triển thành công nghiệp môi

trường và trở thành một ngành đóng góp đáng kể vào nền kinh tế quốc dân.

3

- Ở những nước đang phát triển: mới bước đầu áp dụng CNMT, vẫn ưu tiên xử lý

chất thải.

- Bước đầu hình thành thị trường về CNMT

3. Xây dựng, hoàn thiện sự phối hợp liên vùng, liên quốc gia trong việc kiểm soát và

phòng ngừa ô nhiễm

Biện pháp: chấp nhận công ước chung của quốc tế liên vùng, liên quốc gia

Ví dụ:

+ Công ước Bazen (Thụy Sỹ) qui định vấn đề, điều khoản vận chuyển chất thải nguy

hại qua biên giới

+ Tuyên bố Stockhom về vấn đề kiểm soát chất thải hữu cơ tồn lưu – POP (Persistent

Organic Pollutants)

+ Các văn bản các nghị định trong việc hợp tác, quản lý và kiểm soát ô nhiễm giữa

các quốc gia.

1.4. Xu hướng phát triển công nghệ môi trường ở Việt Nam

1. Đặc điểm:

- CNMT ở Việt Nam còn rất trẻ, mới và yếu

- Chủ yếu tập trung vào CN xử lý chất thải, còn ở trình độ thấp hiệu quả chưa cao.

2. Xu hướng:

- Xây dựng cơ sở pháp lý

+ Luật bảo vệ môi trường 2005

+ Chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia đến 2010 định hướng 2010

+ Các luật và văn bản pháp quy khác liên quan đến môi trường

- Đào tạo nguồn nhân lực cho việc xây dựng và phát triển CNMT

- Đa dạng hóa nguồn đầu tư cho phát triển CNMT

- Tăng cường nghiên cứu khoa học

- Tăng cường hợp tác quốc tế

- Giáo dục nâng cao nhận thức về môi trường, hợp tác chuyển giao CNMT mới, hiện

đại

4

CHƯƠNG 2.

CÔNG NGHỆ PHÒNG NGỪA, GIẢM THIỂU, PHÁT SINH CHẤT THẢI

2.1. Công nghệ sạch (công nghệ thân thiện với môi trường)

2.1.1 Khái niệm, đặc điểm, ý nghĩa của Công nghệ sạch

1. Định nghĩa: Công nghệ sạch là các loại hình công nghệ:

+ Sử dụng các loại tài nguyên một cách bền vững

+ Tái sử dụng chất thải, các sản phẩm nhiều lần

+ Quản lý chất thải theo cách ít ô nhiễm so với các công nghệ khác mà chúng thay thế

Đ ị nh ngh ĩ a: Công nghệ sạch là công nghệ không sinh ra hoặc ít sinh ra chất thải

2. Đặc điểm CN sạch:

- Về mặt khoa học, CN sạch không là một ngành CN riêng biệt, mà là hệ thống bao

gồm các quá trình, các tri thức, bí quyết CN có liên quan đến tài nguyên sản phẩm, dịch

vụ, thiết bị.

- Phát triển CN sạch ở một quốc gia phải phù hợp với hoàn cảnh kinh tế, quan tâm

đến chất lượng phát triển kinh tế xã hội, văn hóa, môi trường của quốc gia.

- CN sạch là biện pháp thay đổi, giảm thiểu ô nhiễm tận gốc của quá trình

3. Ý nghĩa CN Sạch

- CN sạch là một cách tiếp cận mới không phải ở khâu xử lý chất thải mà là giảm chi

phí tổng thể do tiết kiệm nguyên tài nguyên, phát triển độ bền sản phẩm

- Hiện nay nếu đầu tư cho công nghệ sạch là rất lớn.

-Công nghệ sạch là công nghệ mới có lợi về mặt môi trường cũng như có lợi về mặt

kinh tế

4. Nội dung công nghệ sạch hiện nay gồm các loại công nghệ:

-Tiêu thụ ít năng lượng và tài nguyên

- Thải ít chất thải vào môi trường

- Làm ra sản phẩm bền vững, tuổi thọ lớn

- Sử dụng nguyên liệu đầu vào dễ kiếm, dễn khai thác

- Ít độc đối với người tiêu dùng và người sản xuất cũng như khi thải bỏ, tiêu hủy, vận

chuyển…

5

2.1.2. Phân loại công nghệ

Công nghệ sạch bao gồm những quá trình ngăn ngừa phát sinh ô nhiễm

- CN ít hoặc không sinh ra trong từng giai đoạn

- CN giảm tiêu thụ năng lượng, giảm phát sinh chất thải. CN tuần hoàn tái chế, tái sử

dụng chất thải phát sinh trong từng quá trình công nghệ.

- CN bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và bảo toàn năng lượng.

* Chú ý: Việc phân loại chỉ có tính tương đối, quan trọng là lợi ích kinh tế của công

nghệ sạch đối với hoạt động sản xuất của một ngành.

- Bảo vệ tính bền vững của công nghệ trong quá trình sản xuất

+ Bền vững về mặt môi trường: bảo vệ được hệ sinh thái, nguồn tài nguyên.

+ Bền vững về mặt kinh tế (Giảm chi phí sản xuất, giảm kiểm soát ô nhiễm,

dễ được thị trường chấp nhận do sản phẩm thân thiện MT)

+ Bền vững về mặt xã hội (Giữ môi trường sống của cộng đồng trong lành, môi

trường làm việc tốt hơn; Gìn giữ, tăng cường những giá trị văn hóa - xã hội

2.1.3. Lợi ích kinh tế của công nghệ sạch

- Hiệu quả sử dụng tài nguyên cao -> chi phí sản xuất thấp ->lợi nhuận cao -> tạo thị

trường mới về sản phẩm thân thiện môi trường mà vẫn duy trì khách hàng cũ.

- Giảm những chi phí do ô nhiễm môi trường được qui định bởi luật pháp, tránh

những rủi ro, sự cố sinh ra trong hoạt động sản xuất.

- Tăng năng suất lao động, động lực làm việc của người lao động do điều kiện làm

việc ở một môi trường có chất lượng tốt.

- Là cầu nối giữa hoạt động của con người với việc sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên

2.1.4. Xu hướng nghiên cứu áp dụng công nghệ sạch hơn

1- Nghiên cứu nhằm phát minh công nghệ: Tìm công nghệ và lĩnh vực áp dụng

công nghệ thông tin về phát minh, con người cần công nghệ

2- Thị trường hóa công nghệ mới: Cung cấp tài chính cho quá trình chuyển giao

công nghệ

3- Ứng dụng vào công nghiệp, xác định những điều kiện biến đổi cần thiết để biến

đổi công nghệ, đánh giá những tác động tốt, chưa tốt của công nghệ thay thế trong điều

kiện cụ thể của nơi áp dụng, đề ra những giải pháp cần thiết, thích ứng tối đa với hoàn

cảnh áp dụng. Đây là giai đoạn gặp nhiều trở ngại nhất cần sự hỗ trợ của hai bên quyết

định sự thành bại của việc thử nghiệm.

4- Chuyển giao công nghệ sạch

5- Cung cấp tài chính cho quá trình chuyển giao CN sạch: Cần có sự hỗ trợ một

phần của chính phủ nước muốn nhận CN này, có thể có hỗ trợ của các ngân hàng quốc

tế, và trong nước

6

6- Thị trường hoá: Nhân rộng việc áp dụng CN thân thiện moi trường sau khi đã có

thử nghiệm, đánh giá và chuyển giao thành công.Giai đoạn này cần có sự tham gia của

cơ quan tư vấn , đặc biệt có sự tham gia của mạng lưới thông tin

2.1.5. Một vài công nghệ sạch

1- CN năng lượng: Thay thế nguyên liệu, nhiên liệu như sử dụng năng lượng mặt

trời, gió, thủy triều hay địa nhiệt độ, hạt nhân, năng lượng sinh khối

2. Công nghê vật liệu: Thay thế những vật liệu tự nhiên (Gỗ bằng nhựa cứng, Gang

thép bằng nhựa cứng…)

3. Công nghệ sản xuất : phân bón Urê: CO(NH2)2

- CN cũ: (1) dùng than khí hóa sản xuất H2 sinh ra bụi, khí có thêm công đoạn xử lý

khí, bụi to, ánh sáng

(2) N2 + H2 NH3

(3) NH3 + CO2 CO(NH2)2

- CN mới: dùng khí thiên nhiên làm nguyên liệu thay than

4. Công nghệ cơ khí, giao thông: Cải tiến động cơ, thay xăng bằng gas, methanol,

CH3OH

2.1.6. Các yêu cầu cơ bản và công cụ của công nghệ thân thiện với môi trường

1- Các yêu cầu cơ bản:

-Quản lí được rủi ro trước mắt và lâu dài

- Có tính cạnh tranh

- Bảo tồn được tài nguyên thiên nhiên

- Ngăn ngừa ô nhiễm trong sản xuất và sử dụng sản phẩm hay dịch vụ

- Giảm chi phí xã hội và hàng hoá

2- Các công cụ đẻ triển khai nghiên cứu hay áp dụng công nghệ sạch

- Thiết kế vì mục tiêu môi trường : thay thiết kế 1 sả phẩm dù là sạch bằng thiết kế 1

vòng đời thân thiện môi trường của sản phẩm,thu hồi sản phẩm cũ để tái chế hay tiêu

huỷ đến lúc chôn chặt

- Thiết kế tính tới 3 yếu tố trong vòng đời cảu sản phẩm là vật chất,năng lượng,và

tính độc

- Tính đủ chi phí năng lượng, đừng bỏ qua bất cứ công đoạn nào

- Tăng tuổi thọ của sản phẩm bằng cách làm cho sản phẩm bền hơn,có thể nâng cấp

trước khi vứt bỏ

- Giảm tối đa tiêu hao nguyên vật liệu thông qua thay đổi kĩ thuật hoặc quản lí

- Xử dụng tối đa vật liệu tái chế

- Thiết kế và chế tạo sản phẩm sao cho có thể tái sử dụng hoặc tái chế ở mức tối đa

2.2. Công nghệ phòng ngừa, giảm thiểu chất thải trong quá trình sản xuất (nguyên

lý sản xuất sạch hơn)

7

2.2.1. Định nghĩa về sản xuất sạch hơn

* Định nghĩa: Sản xuất sạch hơn là việc áp dụng liên tục chiến lược phòng ngừa tổng

hợp về môi trường vào các quá trình sản xuất sản phẩm và dịch vụ nhằm nâng cao hiệu

suất và giảm thiểu rủi ro cho con người và môi trường.

- Với quá trình sản xuất, sản xuất sạch hơn gồm bảo toàn năng lượng và nguyên liệu,

loại bỏ nguyên liệu độc hại, giảm lượng và tính các nguồn thải, phát sinh ngay tại nơi

sản xuất

- Với sản phẩm: sản xuất sạch hơn gồm giảm ảnh hưởng tiêu cực trong suốt vòng đời

sản phẩm từ khâu khai thác nguyên liệu đến khâu thải bỏ cuối cùng.

Chú ý: Với định nghĩa trên, sản xuất sạch hơn thực chất là sự phòng ngừa, giảm thiểu

ô nhiễm môi trường trong quá trình sản xuất và tiêu dùng.

- Sản xuất sạch định nghĩa với một số thuật ngữ khác thường được sử dụng trong

những năm 90 như năng suất xanh, đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA)

* Sản xuất sạch hơn là gì ?

- Sản xuất sạch hơn là một công cụ quản lý giúp cải thiện về cả môi trường và kinh tế

- Một sự áp dụng liên tục chiến lược phòng ngừa tổng hợp đối với các quá trình sản

xuất, các sản phẩm và dịch vụ nhằm nâng cao hiệu suất và giảm rủi ro đến con người và

môi trường

- Một cách tiếp cận (cách nghĩ) mới và có tính sáng tạo đối với các sản phẩm và quá

trình sản xuất:

* T¹i sao thùc hiÖn SXSH* T¹i sao thùc hiÖn SXSH ? Vì: ? Vì:

- Giảm tác động môi trường

- Giảm lượng tài nguyên tiêu thụ

- Cải thiện hiện trạng kinh tế

- Tuân thủ luật pháp

- Quản lý tốt hơn

* Đối với các quá trình sản xuất:

- Giảm tiêu thụ nguyên liệu và năng lượng cho một đơn vị sản phẩm

S¶n phÈm & dÞch vô Con ng êi

C¸c qu¸ tr×nh

Liªn tôc

Phßng ngõa

Tæng hîp (kh«ng khÝ, n

íc, ®Êt)

ChiÕn l îc Gi¶m thiÓu rñi

ro

SXSH =

8

- Loại bỏ tối đa các vật liệu độc hại

- Giảm lượng và độc tính của tất cả các dòng thải và chất thải trước khi chúng ra khỏi

quá trình sản xuất

* Đối với sản phẩm:

- Giảm các ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường trong suốt chu kỳ sống của sản phẩm

từ khâu khai thác đến thải bỏ

* Đối với dịch vụ:

- SXSH đưa các yếu tố về môi trường vào trong thiết kế và phát triển các dịch vụ

2.2.2.2.2.2. Các cơ hội Sản xuất sạch hơnCác cơ hội Sản xuất sạch hơn

2.2.3. Nội dung của sản xuất sạch hơn

2.2.4. C¸c kÜ thuËt S¶n xuÊt s¹ch h¬n2.2.4. C¸c kÜ thuËt S¶n xuÊt s¹ch h¬n

Thay đæi nguyªn liÖu th«, phô trî

Qu¶n lýnéi vi tèt

Thay ®æi, thiÕt kÕ l¹i s¶n phÈm

Qu¸

tr×nh SX

C¶i tiÕn vµ thay

®æi, ®æi míi

c«ng

nghÖ,tuÇn hoµn

ngay t¹i chç

Qu¸

tr×nh SX

C¶i tiÕn vµ thay

®æi, ®æi míi

c«ng

nghÖ,tuÇn hoµn

ngay t¹i chç

- Quản lý tốt nội vi- Thay đổi nguyên liệu đầu vào- Kiểm soát tốt quá trình sản xuất - Chiếm lĩnh ưu th- CảiTăng lợi ích kinh tế

ôc

Õ c¹nh tranh

- Giảm thiểu phát sinh chất thải

Sản xuất sạch hơn- Tái sử dụng và tuần hoàn

chất thải- Tái chế chất thải- Cải tiến chất lượng sản phẩm

- Giảm thiểu phát sinh chất thải

9

2.2.5. Lîi Ých cña s¶n xuÊt s¹ch h¬n2.2.5. Lîi Ých cña s¶n xuÊt s¹ch h¬n

* SXSH ®em l¹i nh÷ng lîi Ých g× ?* SXSH ®em l¹i nh÷ng lîi Ých g× ?

- Tiết kiệm chi phí thông qua giảm tiêu thụ năng lượng và nguyên liệu

- Cải thiện hiệu quả hoạt động của công ty

- Chất lượng và độ đồng đều của sản phẩm tốt hơn

- Thu hồi được một lượng nguyên liệu bị hao phí trong quá trình sản xuất

- Có khả năng cải thiện môi trường làm việc (sức khoẻ và an toàn)

- Cải thiện hình ảnh của công ty

- Tuân thủ các quy định môi trường tốt hơn

- Tiết kiệm chi phí xử lý cuối đường ống

- Có được các cơ hội thị trường mới và tốt hơn

- Thuận lợi trong việc đạt ISO 14000

2.2.6. Các ví dụ các cơ hội SXSH2.2.6. Các ví dụ các cơ hội SXSH

1. Quản lý nội vi tốt

- Thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị

- Khoá chặt các van và kiểm tra các đường ống để tránh rò rỉ

- Giảm lượng dung dịch bám theo vật thể khi di chuyển giữa các bể mạ điện

- Lưu trữ hoá chất ở nơi thích hợp

- Tránh các sự cố do rò rỉ, rơi vãi

- Bảo ôn đường ống và thiết kế các hệ thống phân phối hơi hợp lý

2 - Thay đổi nguyên vật liệu đầu vào

- Thay dung môi hữu cơ bằng nớc

- Thay thế axit trong tẩy rỉ bằng peroxit

C¸c kü thuËt SXSH

Gi¶m t¹i nguån

TuÇn hoµn

C¶i tiÕn s¶n phÈm

Thu håi vµ t¸i sö dông

t¹i chç

T¹o ra s¶n phÈm cã Ých

Thay ®æi quy tr×nh s¶n xuÊt

Qu¶n lý tèt néi vi

KiÓm so¸t tèt h¬n

quy tr×nh SX

C¶i tiÕn thiÕt bÞ

Thay nguyªn liÖu

®Çu vµo

Thay ®æi c«ng nghÖ

T¨ng lîi Ých kinh tÕ

C¶i thiÖn m«i tr êng liªn tôc

ChiÕm lÜnh u thÕ c¹nh tranh

T¨ng n¨ng suÊt

C¶i thiÖn h×nh ¶nh cña c«ng ty

10

- Thay thế axit formic bằng HCl trong nhuộm vải

- Thay thế tẩy Clo bằng tẩy Ôxy

3 - Kiểm soát quy trình sản xuất tốt hơn

- Tối ưu hoá và kiểm soát các thông số vận hành (pH, nghiệt độ, thời gian)

- Tối ưu hoá quá trình cháy trong lò hơi (CO2 > 12%; O2 < 2%)

- Tối ưu hoá dung tỷ nhuộm

- Sử dụng hệ thống camera phát hiện nhanh các sai sót trong vận hành

4 - Cải tiến thiết bị

- Thay thế quá trình làm sạch bằng dung môi bằng làm sạch cơ học

- Rửa ngược chiều nhiều bậc

- Sử dụng súng phun sơn hiệu quả cao

- Thay thế hệ thống thiết bị làm lạnh sử dụng gaz Freon bằng thiết bị dùng gaz

Amoniăc

5 - Thay đổi công nghệ

- Thay thế máy nhuộm Winch bằng máy Jet

- Thay thế in bột bằng in khô

- Thay máy xeo giấy cũ bằng máy mới

6 - Thu hồi và tái sử dụng tại chỗ (trong phạm vi nhà máy)

- Thu gom nước trắng để pha loãng dung dịch bột giấy và nghiền thuỷ lực

- Tái sử dụng nước làm lạnhTuần hoàn dung dịch nhuộm

- Thu hồi nước ngưng và dùng lại cho nồi hơi

- Tái sử dụng lại dung dịch trung hoà (sau nấu và giặt) của các mẻ nhuộm

7 - Sản xuất các phụ phẩm có ích

- Sử dụng mật rỉ để sản xuất cồn

- Sử dụng các mảnh vải vụn trong sản xuất thảm đệm

- Sử dụng nội tạng trong chế biến hải sản để sản xuất thức ăn gia súc

8. Cải tiến sản phẩm

Nguyªn liÖuNưíc

Xö lý cuèi ® êng èng

s¶n xuÊt s¹ch h¬n11

- Sử dụng giấy xám (không tẩy) thay cho giấy trắng ở những nơi cho phép

- Loại bỏ thuốc nhuộm có chứa cadimi độc hại khỏi sản phẩm

- Sản xuất và sử dụng túi nilon dễ phân huỷ

- Thiết kế lại bao bì sản phẩm (ít lớp hơn, có thể thu hồi tái sử dụng)

2.2.7. So sánh giữa sản xuất sạch và công nghệ truyền thống xử lý cuối đường ống

Một số lợi thế của sản xuất sạch hơn Xử lý cuối đường ống (CN truyền

thống)

1. Cách tiếp cận chủ động

2. Mang tính phòng ngừa, chủ động

ngăn ngừa

3. Giảm ô nhiễm tại nguồn

4. Các kỹ thuật liên quan: quản lý nội

vi, thay đổi nguyên liệu, công nghệ, cải

tiến thiết bị trong dây chuyền sản xuất

5. Giảm tiêu thụ nguyên liệu hoá chất,

năng lượng

6. Giảm chi phí sản xuất do:

7. Giảm định mức tiêu thụ nguyên

liệu, năng lượng

8. Đầu tư có hoàn vốn

1. Bị động và thụ động

2. Giải quyết hậu quả, sinh ra chất thải

và xử lý chúng

3. Chất ô nhiễm đợc kiểm soát bởi các

hệ thống xử lý

4. Các công nghệ, thiết bị xử lý ngoài

quá trình sản xuất chính

5. Không thay đổi định mức nguyên

liệu, hoá chất, năng lượng

6. Tăng chi phí sản xuất do:

7. Đầu t xây dựng hệ thống xử lý chất

thảI

8. Vận hành hệ thống (nhân công, hoá

chất, bảo dưỡng...)

2.2.8. Hiện trạng sản xuất sạch hơn ở Việt Nam

* Chính sách vĩ mô:

- Từ năm 1996 đến nay chính phủ đã tiếp nhận 20 dự án quốc tế và đề tài cấp nhà nớc

về SXSH, giảm thiểu chất thải và các lĩnh vực liên quan.

- 22/9/1999, Bộ trởng Bộ KHCN và Môi trường đã ký tuyên ngôn quốc tế về

SXSH.

- Bộ KHCN và Môi trờng đã ban hành kế hoạch hành động quốc gia về SXSH:

2001-2005

* Các hoạt động về SXSH ở nớc ta

1. Phổ biến thông tin và nâng cao nhận thức

2. Trình diễn kỹ thuật đánh giá SXSH tại doanh nghiệp nhằm thuyết phục giới công

nghiệp tiếp nhận tiếp cận SXSH vào hoạt động SX kinh doanh

3. Đào tạo nguồn nhân lực và xây dựng năng lực quốc gia về SXSH

4. Hỗ trợ chính sách

12

– Gần 200 doanh nghiệp tham gia các dự án trình diễn ở các mức độ khác nhau,

trong đó có 21 doanh nghiệp chế biến thuỷ sản và 20 doanh nghiệp nhuộm

– Xu thế ngày càng có thêm các doanh nghiệp tham gia các dự án SXSH

– 60 doanh nghiệp thực hiện đánh giá SXSH với sự hớng dẫn của Trung tâm Sản

xuất sạch Việt Nam

• Đầu t: 1,15 triệu USD

• Tiết kiệm: trên 6 triệu USD

– SXSH giúp cải thiện môi trường lao động

Ví dụ công ty Liên doanh Plastic Vĩnh Phú

• giảm 46% dung môi MEK (Methyl ethyl Keton)

• giảm 29% Toluen, giảm 25% bột PVC

2.3. Công nghẹ tuần hoàn, tái chế sử dụng chất thải

2.3.1. Các khái niệm

- Khái niệm công nghệ tuần hoàn chất thải: là CN sử dụng lại chất thải cho quá

trình sản xuất.

Ví dụ: nước ngưng từ hơi nước được tuần hoàn lại nồi hơi để sản xuất hơi nước, bột

giấy thu hồi từ quá trình lắng ,tuyển nổi nước thải được tuần hoàn lại để sản xuất bột giấy

- Khái niệm công nghệ tái chế chất thải: là CN tái sản xuất các chất thải thành

những sản phẩm mới. CN tái chế còn có thể là quá trình thu hồi lại các phần giá trị hoặc

hoàn nguyên lại thành các nguyên liệu cho 1 quá trình sản xuát khác.

Ví dụ: Sắt vụn làm nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm cơ khí,nhựa thải được tái

chế thành các sản phẩm nhựa tái sinh,Giấy laọi được tái chế thành bìa Cảton,giấy bao

bì…tái chế dầu thải,tái chế rác thải hữu cơ….

- Khái niệm công nghệ tái sử dụng chất thải: là quá trình sử dụng lại một chất thải

mà không có sự chuyển đổi về hình dạng, vật lý, tính chất hóa học

Ví dụ: Chất thải có thể tái sử dụng Thủy tinh, nhựa,chai bình bia, nước giải khát, Vải,

da ,Bao bì (hòm hỗ, thùng nhựa) để vận chuyển nhiều lần các sản phẩm hàng hoá

Đặc điểm: - Thường là sản phẩm đã hoàn chỉnh đưa vào sử dụng

- Sử dụng lại có thể cho mục đích ban đầu, có thể cho mục đích khác

2.3.2. Ý nghĩa của công nghệ

Có ý nghĩa đặc biệt trong phòng ngừa, giảm thiểu, phát sinh chất ô nhiễm, thể hiện

qua những đặc điểm sau:

+ Giảm thiểu nhu cầu tiêu thụ thô ban đầu

+ Giảm thiểu tiêu thụ năng lượng do tiết kiệm, đơn giản các quá trình sản xuất

+ Giảm thiểu lượng chất thải phát sinhà giảm chi phí sử dụng chất thải à hạ giá thành

sản phẩm

+ Kéo dài vòng đời sử dụng (tăng tuổi thọ sản phẩm)

13

* Ưu điểm:

-Tận dụng được nguồn nguyên liệu thay vì sản xuất từ nguyên liệu thô,tiết kiệm chi

phí khai thác,tiết kiệm được năng lương cân ch khai thác,hạn chế khai thác tài nguyên

thiên nhiên

- Giảm thiểu được nguồn thải cần xử lí, giảm được chi phí năng lượngcần cho xử lí

chất thải theo các phương páp truyền thống

- Tạo công ăn việc làm trong lĩnh vưc tái chế thông qua hoạt động thu gom vận

chuyển,làm sạch và tái chế

Những vấn đề phát sinh:

- Trong quá trình tái chế, tái tuần hoàn chất lượng sản phẩm thường thấp hơn sản

phẩm từ nguyên liệu thô

- Đòi hỏi quá trình loại bỏ tạp chất -> tăng chi phí sản xuất

- Tiêu hao năng lượng, tăng chi phí làm mới, tăng chi phí vận chuyển

- Đa số công nghệ tái chế dễ gây ô nhiễm môi trường trong quá trình sản xuất, tái chế

lạià chi phí xử lý môi trường

* Nhược điểm:

- Lại phát sinh 1 lượng chất thải từ các quá trình phục vụ tái sử dụng,tái tuần hoàn,tái

chế như thu gom, vận chuyển,làm sạch.Ví dụ; Tái chế nhựa thải sinh ra chất thải rắn,

nước thải,khí thải cần phải xử lí

- Tái chế,tái sử dụng chất thải làm nguyên liệu đòi hỏi quá trình loại bỏ tạp chất phức

tạp dẫn đến tăng chi phí

- Sản phẩm tái sử dụng thường có chất lượng thấp,tiêu hao năng lượng nhiều hơn,tôn

chi phí làm mới và chi phí vận chuyển

- Xuát hiện tiềm năng gây ô nhiễm môi trường,nếu không quan tâm tới chất thải mới

phát sinh

- Lại phát sinh 1 lượng chất thải từ các quá trình phục vụ tái sử dụng,tái tuần hoàn,tái

chế như thu gom, vận chuyển,làm sạch.Ví dụ; Tái chế nhựa thải sinh ra chất thải rắn,

nước thải,khí thải cần phải xử lí

- Tái chế,tái sử dụng chất thải làm nguyên liệu đòi hỏi quá trình loại bỏ tạp chất phức

tạp dẫn đến tăng chi phí

- Sản phẩm tái sử dụng thường có chất lượng thấp,tiêu hao năng lượng nhiều hơn,tôn

chi phí làm mới và chi phí vận chuyển

- Xuất hiện tiềm năng gây ô nhiễm môi trường,nếu không quan tâm tới chất thải mới

phát sinh

2.3.3. Tình hình áp dụng công nghệ tuần hoàn, tái chế, tái sử dụng

1. Một số chất thải có thể được tái chế, tái sử dụng

a. Giấy các loại

14

b. Nhựa các loại

c. Kim loại

d. Xỉ của các quá trình nung chảy

e. Các loại gỗ

f. Thủy tinh: chai lọ, các loại kính, đồ dùng gia đình

g. Cao su

h. Dầu mỡ, vải, nước, bùn thải, cặn lắng

i. Rác ở chợ, rác sinh hoạt

2. Tình hình công nghệ tái tuần hoàn,tái chế,tái sử dụng ở một số quốc gia

* Canada: chủ yếu sử dụng tái chế chất thải rắn: xỉ lò gang, xỉ xốp được nghiền sử

dụng thay cát trong xây dựng.

Xỉ than đáy lò được dùng làm gạch nhẹ

Tro bay được dùng để sản xuất vữa bê tông xây dựng

Bùn đỏ (chất thải Boxit)à sản xuất gạch chèn

* Việt Nam: CN 3R còn yếu, có tính tự phát

Tái chế chất thải ở các làng nghề phát triển mạnh, cơ sở sản xuất nhỏ…

* Nhật: CN 3R phát triển

Tái chế được 25% xỉ than, 50% bùn than, 25% chất thải khác tái sử dụng; 26% chất

thải rắn, 100% xỉ lò gang, vật liệu xây dựng, 93% thép được quay lại sản xuất thép

- Quan điểm của Nhật: sử dụng lại chất thải không chỉ trong quá trình sản xuất mà

trong suốt vòng đời sản phẩm, sử dụng lại cả những phụ tùng của sản phẩm

* Thụy Điển: Bắt các cơ sở sinh ra chất thải phải tuần hoàn và sử dụng lại

75% chất thải, 45% xỉ lò gang được tuần hoàn sử dụng lại 80% lốp ô tô được tái chế

2.4. Một số công nghệ tái chế chất thải

15

1.Công nghệ tái chế nhựa thải (CN kèm dòng thải)

2. Công nghệ tái chế kim loại (Nhôm, sắt)

Công nghệ tái chế Sắt

Nấu chảy

Phân loại

Cắt Bavia

Sản phẩm

Xong, nồi, nhôm, chậu

CTR không phải kim loại (giấy quảng cáo)

Nước làm mátKhói thải Đúc sản phẩm

Phôi đúc

Nấu chảy, to

Kim loạiTiếng ồn, Bụi

Khí thảiXỉ than, xỉ kim loại

Vỏ lon bia, nước ngọt

Bụi, CTR không phải sắt, nhựa

Sắt phế liệu

Nấu, cán

Gia công sơ bộ

Phân loại

Bán thành phẩm

Ồn, Bụi, Khói

Bụi, CO, CO2, SO2

Ô nhiễm nhiệt

16

3. Công nghệ tái chế giấy

Ngâm kiềm

Phân loại

Đánh tơi

Xeo

Sấy

CTR không phải giấy như ghim, nilon, keo dán

Nước thải

Nghiền

Ngâm tẩy

NaỌH

Tiếng ồnBụiGiấy loại

Hơi kiềmNước thải

Cuộn

Cắt

Bao gói

Sản phẩm

Giấy vụn các loại

JavenNước thảiHơi Clo

Nồi hơi

Hơi nước

Bụi, Xỉ

Than

Nước

17

CHƯƠNG 3

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

3.1. Các chất gây ô nhiễm không khí

1. Chất ô nhiễm dạng hạt:

- Bụi là những thành phần nhỏ, rắn hoặc lỏng phân tán trong pha khí

- Kích thước: từ 1/10 đến 1000 mm

D = 0,002mm ® 500 mm 1 mm = 10-6m

- Thời gian tồn tại: vài giây tới vài tháng phụ thuộc vào tốc độ lắng cặn của bụi sinh

ra do tự nhiên hay nhân tạo

- Số lượng bụi trong không khí: vài trăm phân tử/ cm3 ® 100.000 phân tử/cm3 cùng

thành phần lớn: 60 mm ® 2000 mm

- Các loại bụi:

+ Bụi Silicat; + Bụi than; + Bụi kim loại nặng và hợp chất của nó

+ Bụi canxicacbonat; + Bụi công nghiệp đặc biệt

d (mm) % phân bố <1,6 2,08

1,6 – 2,5 3,61 2,5 – 4 8,32 4 – 6,3 17,56 6,3- 10 20,6 10 – 16 18,7 16 – 25 14,57 25 – 40 12,5

>40 2,02

Bảng. Phân loại bụi, hơi, khí độc theo kích thước

Loại Dải kích thước (mm) Đặc tính

Bụi 0,1-2000 Phát sinh trong QT đạp, phá nổ, mài,

khoan..., các chất rắn như đá, quặng, than,

kim loại. Một số bụi có dạng sợi có nguồn

gốc hóa học, thực vật hoặc khoáng. Các bụi

lớn có lắng do trọng lực, còn bụi nhỏ có

khuynh hướng bay lơ lửng trong không khí.

Sương 0,01 – 10,0 Là sản phẩm của của QT ngưng tụ các hạt

18

chất lỏng

Khói 0,001-0,1 Phát sinh do ngưng tụ các hạt rắn trong QT

làm nóng chảy kim loại hoặc các phản wnge

hóa học. Hay từ đốt cháy nguyên liệu

Hơi 0,005 Là thể khí mà trong điều kiện bình thường

chúng là thẻ lỏng hoặc rắn

Khí 0,0005 Là dạng vật chất mà ở nhiệt độ thường

chúng không ở dạng thể lỏng hoặc rắn

2. Chất ô nhiễm dạng sol, khí và hơi:

- Các chất ô nhiễm hữu cơ: hơi dung môi, Hơi các HCBVTV hữu cơ, CFC…..

- Các chất khí ô nhiễm vô cơ: SO2, NOx, NH3, CO2,, CO, N2O….

- Hơi kim loại nặng : Hơi Hg, Pb, Cd, Zn…

- Các dạng sol: là tập hơp các phân tử chất lỏng hoặc rắn tạo thành các hạt nhỏ li ti

phân tán trong không khí

3- Ônhiễm do nhiệt:

- Ánh sáng mặt trời

- Nhiệt từ núi lửa, thiên thạch

- Từ các vụ nổ nhiệt hạch

- Nhiệt phát ra từ các nhà máy, lò cao ...

4- Ô nhễm do tiếng ồn:

- Vụ nổ trong tự nhiên

- Giao thông, xây dựng ...

- Khu công nghiệp như: cưa, phay, búa máy, động cơ ....

3.2. C¸c biÖn ph¸p kü thuËt gi¶m thiÓu « nhiÔm kh«ng khÝ 3.2. C¸c biÖn ph¸p kü thuËt gi¶m thiÓu « nhiÔm kh«ng khÝ

3.2.1. 3.2.1. KiÓm so¸t nguån th¶i c«ng nghiÖpKiÓm so¸t nguån th¶i c«ng nghiÖp

19

KiÓm so̧ t nhiªn liÖu:

- Lµm s¹ch nhiªn liÖu;

- Thay thÕ nhiªn liÖu;

- Nhiªn liÖu s¹ch.

KiÓm so¸t cuèi ®êng èng:

- Läc, hót bôi;- Xö lý khÝ th¶i;

- KhuyÕch t¸n khÝ th¶i.

CÊp nhiªn liÖuLß hoÆc thiÕt bÞ nung, ®èt, sÊynung, ®èt, sÊy

Nguån th¶i

Kiểm soát công nghệ đốt:

- Hiệu quả năng lượng;

- Công nghệ đốt;

- Chế độ cháy; Cấp không khí

1. ThiÕt bÞ ®èt nhiªn liÖu trong c«ng nghiÖp

3.2.2. KiÓm so¸t nguån th¶i giao th«ng

Thay thế nhiên liệu:

Metanol; Etanol

Khí tự nhiên; Hydro;

Nhiên liệu sinh học;

Năng lượng điện;

Năng lượng mặt trời.

Cải tiến động cơ:

- Hiệu quả năng lượng của

động cơ;

- Cải tiến Cacbuaratơ;

- Tỷ lệ không khí/nhiên liệu

tối ưu;

- Làm kín các van và trục

khuỷu;

- Động cơ 2 thì ® 4 thì

Xử Lý khí thải:

- Cải tiến ống xả;

- Lắp thêm thiết bị

xử lý khí thải.

Lµm kÝn b×nh chøa, van, khuûu vµ

gio¨ng ®Ó h¹n chÕ

nhiªn liÖu bèc

* Một số biện pháp kiểm soát nguồn gây ô nhiễm không khí từ giao thông:

- Thay thế nhiên liệu ít ô nhiễm

- Thay xăng và Diezel bằng CNG (compressed natural gas)

- Khí thải từ phương tiện chạy bằng NG chứa 75 – 80% CO2, 90% CO, 10 – 25%

HC so với dùng xăng.

- Không cần bộ phận lọc, chế biến, chuyển đổi và vận chuyển

- Không có khí bay hơi trong chu trình của nhiên liệu (không có chất sinh ung thư)

- Không cần phụ gia kim loại để tăng công suất nổ

- Thay thế nhiên liệu ít gây ô nhiễm (tiếp)

– Thay thế xăng và Diezel bằng LPG (Liquefied petroleum gas)

- Giảm phát thải CO, VOC, SO2 và bụi

20

2. Quá trình sản xuất – dây chuyền công nghệ

Kiểm soát ô nhiễm:

- Thay thế vật liệu, nguyên liệu, ít độc hại hơn;

- Làm kín dây chuyền sản xuất;

- Thu gom nguồn thải để xử lý;

- Áp dụng công nghệ sản xuất sạch hơn.

CÊp nhiªn liÖu®éng c¬ ®èt trong èng x¶

- Tăng phát thải NOx (do nhiệt độ đánh lửa cao)

- Giảm hiệu ứng nhà kính

3.2.3. Giải pháp phòng ngừa ô nhiễm nhiệt

* Một số giải pháp thường áp dụng nhằm phòng ngừa và giảm ô nhiễm nhiệt:

– Hồ làm mát

– Đài phun nước

– Tháp làm mát

+ Tháp làm mái tự nhiên

+ Tháp làm mát cưỡng bức

– Cải thiện thông khí trong khu vực sản xuất

– Phát triển trồng cây xanh

3.2.4. Kiểm soát ô nhiễm tiếng ồn

* Một số giải pháp được áp dụng:

– Áp dụng biện pháp giảm thiểu tại nguồn: thiết kế và chế tạo các bộ phận giảm âm

và ứng dụng chúng trong động cơ máy bay, xe vận tải, xe khách, moto, máy móc cơ khí

– Cải tiến thiết kế máy và quy trình vận hành máy, kiểm soát chấn động, tăng cường

bọc nguồn âm bằng vật liệu hút âm

– Hạn chế tiếng ồn do xe cộ bằng cách quy hoạch tổ chức các đường giao thông hợp

lý

– Thiết lập khu công nghiệp tập trung, tăng cường vành đai ngăn tiếng ồn ở xung

quanh khu vực, trường học và bệnh viện.

– Thiết kế cách âm để làm cho tiếng ồn không xuyên qua kết cấu bao che trong

phòng.

- Giảm cường độ giao thông trong vùng được yên tĩnh

– Khuyến khích công nhân sử dụng dụng cụ chống ồn như nút tai, bao tai

– Giáo dục nhân nhân bằng phương pháp truyền thông, phim ảnh về chống ô nhiễm

tiếng ồn..

* Kiểm soát tiếng ồn trong nhà:

– Bố trí công trình xa nguồn ồn trong điều kiện có thể

– Bố trí cây xanh xung quanh nhà để hút âm

– Bố trí các phòng phụ như hành lang, bếp… ở phía gần tiếng ồn, các phòng ngủ,

phòng làm việc ở phía yên tĩnh

– Tường, sàn và trần phòng tắm dùng kết cấu cách âm tốt

3.2.5. Giảm thiểu ô nhiễm khí trong sinh hoạt

- Thay thế sử dụng than tổ ong bằng gas hoặc dầu hoả,tốt nhất bằng điện

- Sử dụng máy hút mùi và hút bụi

- Tăng cường cây xanh( vườn treo,cây leo…)

21

- Cải tiến các thiết bị đun nấu,lò nướng tiêu thu ít nhiên liệu

- Tiết kiệm năng lượng dùng trong gia đình

- Thu gom và vận chuyển chất thải sinh hoạt vào khu xử lí

- Tăng cường vệ sinh đường phố

- Giảm thiểu ô nhiễm nội thất

3.2.6. Các biện pháp phòng ngừa ô nhiễm không khí

1. Thay thế nguyên liệu:

- Dùng nguyên liệu có ít chất ô nhiễm hoặc giảm bớt hàm lợng chất ô nhiễm trớc khi

đốt: Giảm S trong than, dùng dầu nhẹ thay cho dầu nặng, thay nguyên liệu cũ bằng

nguyên liệu mới.

- Tăng cờng sử dụng tài nguyên năng lợng sạch: Năng lợng mặt trời, gió, thủy điện,

địa nhiệt, năng lợng nguyên tử.

2. Giảm tiền chất sinh khí ô nhiễm:

Áp dụng các biện pháp cải thiện chất lợng nguyên liệu nh giảm lợng S trong nguyên

liệu nhằm giảm lợng SOx phát thải khi đốt nguyên liệu

3. Cải tiến công nghệ sản xuất và áp dụng công nghệ sạch:

Nâng cao hiệu suất sử dụng nguyên liệu, giảm tiêu hao năng lượng, tuần hoàn từng

phần tái sử dụng các hơi khí thải ra, thay thế công nghệ sản xuất. Tiến tới sử dụng công

nghệ sản xuất “không có chất thải”.

4. Kiểm soát quy trình sản xuất:

Kiểm soát các công đoạn trong các dây chuyền sản xuất, đặc biệt là công đoạn cuối

đường ống.

3.3. Phương pháp xử lý hơi và khí độc

* Khái niệm hơi và khí độc:

Khác với bụi và sol, khí và hơi tồn tại dưới dạng các phần tử riêng biệt lẫn vào không

khí theo các chuyển động chaose. Ở điều kiện bình thường hởi có thể ngưng tụ được, còn

khí thì chỉ ngưng tụ được khi tạo được áp suất hoặc nhiệt độ phù hợp (áp suất cao, nhiệt

độ thấp).

* Yêu cầu:

- Tính chất của chất ô nhiễm cần xử lý (tính chất vật lý, hóa học, khả năng phản ứng

với các cấu tử khác, nhiệt độ bay hơi, ngng tụ, nhiệt độ cháy)

- Tính chất của hỗn hợp khí (thành phần khí trong hỗn hợp, khả năng cháy nổ, ngng

tụ, hàm lợng bụi, nồng dộ khí ô nhiễm)

- Tính chất của quá trình công nghệ (liên tục, gián đoạn, năng suất, lưu lượng khí,

độ sạch khí)

- Chi phí đầu tư, xây dựng, vị trí đặt thiết bị

22

- Xử lý hơi và khí độc có thể bằng phương pháp thiêu hủy, ngưng tụ, hấp phụ, hấp

thụ.

* Các phương pháp xử lý khí thải:

- Phương pháp hấp thụ (vật lý, hóa học, sinh học)

- Phương pháp hấp phụ (động, tĩnh)

- Phương pháp nhiệt và xúc tác

- Phương pháp thiêu hủy

- Phương pháp ngưng tụ

- Phương pháp sinh học

* Xử lý khí thải: Công nghệ và nguyên tắc

3.3.1. Phương pháp hấp thụ

3.3.1.1. Nguyên lý, phân loại, đặc điểm

* Nguyên lý của PP: Cơ sở của pp này là dựa trên sự tương tác giữa các chất cần hấp

thụ (khí, hơi) với chất hấp thụ (thường là lỏng - nước hoặc dung dịch vô cơ, hữu cơ

loãng) hoặc dựa vào khả năng hòa tan khác nhau của các chất khác trong chất lỏng để

tách. Kết quả khí hay hơi ô nhiễm được tách khỏi hỗn hợp khí cần xử lý.

*Phân loại: Tùy thuộc vào bản chất của sự tương tác nói trên mà người ta chia ra làm

thành sự hấp thụ lý học và hóa học.

Ví dụ: Hấp thụ vật lý (CO2 trong nước) và hấp thụ hoá học (NOx, SO2 trong dung

dịch kiềm).

- Hấp thụ vật lý: là quá trình dựa trên sự tương tác vật lý đơn thuần, nghĩa là chỉ bao

gồm sự khuyếch tán các chất cần hấp thụ vào trong lòng chất lỏng và sự phân bố của

chúng giữa các phần tử chất lỏng.

Thí dụ: NH3/aceton, Co/benzen, trimetylamin/dầu hỏa, SO3/H2SO4 ,…..

Độ hòa tan của một chất cần hấp thụ trong lòng chất lỏng luôn là hàm của nhiều

biến D= f(x1, x2, x3,…..xn, T, S, P, kD…..)Hấp thụ hóa học: Là quá trình luôn đi kèm với mộ hay nhiều phản ứng hóa học –

nó có 2 giai đoạn: khuếch tán và các phản ứng hóa học. Quá trình hấp thụ hóa học phụ

thuộc vào tốc độ phản ứng của các chất. Quá trình này được sử dụng rộng rãi trong kỹ

thuật.

+ Chất được hấp thụ hấp thụ ngay với chất hấp thụ

Thí dụ: NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH

SO2 + H2O H2SO3 H+ + HSO3-

+ Chất được hấp thụ phản ứng với các thành phần hoạt động trong chất hấp thụ

(dung dịch của các chất hoạt động) như CO2, hay SO2 hấp thụ trong NaOH

Thí dụ: CO2 + 2 NaOH Na2CO3 + H2O

23

Na2CO3 + H2O + CO2 2 NaHCO3

* Đặc điểm:- Sự hoà tan khí trong dịch thể: Khi làm sạch các tạp chất hoá học ở thể khí, quá

trình hoà tan khí trong dịch thể đóng vai trò quan trọng.

Khi tiếp xúc với các dịch thể trong đó phải kể tới nước, nó có thể hoà tan chất

lỏng, chất rắn và chất khí. Như đã biết, thường quan sát thấy hơi hoà tan trong nước, cá

hấp thụ O2 có trong nước.

Lượng khí hoà tan trong dịch thể phụ thuộc vào tính chất của khí, dịch thể và điều

kiện hoà tan: nhiệt độ dịch thể và áp suất khí trên bề mặt dịch thể, áp suất riêng phần của

khí càng lớn, lượng khí được hoà tan vào dịch thể càng nhiều. Quan hệ này được gọi là

định luật Henry và biểu thị theo công thức:

C = H.p (9.1)

Trong đó:

C - nồng độ các cấu tử trong dịch thể

p - áp suất riêng phần của cấu tử đó trong hỗn hợp

H - hằng số phụ thuộc vào tính chất của khí, dịch thể và nhiệt độ

- Các hiện tượng xảy ra khi làm sạch các tạp chất khí hoá học trong khí:

+ Hấp thụ khí khi rửa khí bằng dịch thể. Đôi khi, khí sau khi hoà tan vào dịch

thể lại được phản ứng hoá học với chính dịch thể đó (nước) hoặc với cấu tử hoà tan

trong đó. Ví dụ, khí SO2 có thể phản ứng với NaOH hoà tan trong nước. Quá trình này

gọi là hấp thụ hoá học được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật.

+ Cho thêm một chất khí nào đó để chuyển các tạp chất hoá học thể khí thành

trạng thái lỏng, rắn và được tách ra thành sản phẩm thu hồi. Phương pháp này khá khó

khăn và phức tạp, nên ít được ứng dụng trong sản xuất.

Trong công nghiệp luyện kim, hoá học thường dùng phương pháp hấp thụ. Để làm

sạch các tạp chất khí hoá học có trong khí khi rửa bằng dịch thể thì phải tạo sự tiếp xúc

tốt giữa chúng. Mặt khác chọn dịch thể có khả năng hấp thụ các cấu tử cần lọc mà dịch

thể đó không gây tác dụng hoá học với các cấu tử khác có trong khí.

Các khí hoà tan trong nước ở điều kiện tiêu chuẩn (00C và 760mmHg, tương ứng với

101325N/m2) với lượng vài trăm gam khí trong một kilogam nước gọi là chất hoà tan tốt, ví

dụ, amoniac, hydro florua, axít clohydric (HCl).

Cũng trong điều kiện trên, khí nào hoà tan trong nước chỉ vài phần chục và vài

phần trăm gam trong 1 kilogam nước gọi là các chất hoà tan yếu (O2, N2, CO).

24

Do vậy khi làm sạch các khí: amoniac, HCl có thể rửa bằng nước với lượng không

nhiều, còn khi làm sạch SO2 yêu cầu lượng nước nhiều hơn. Đặc biệt trong thực tế không

dùng nước khí CO.

Trong một số trường hợp để hấp thụ các cấu tử không dùng nước mà sử dụng các

dịch thể khác: Dầu khoáng (đối với CS2) axít sunfuric.

Chọn dịch thể hấp thụ hoặc dung dịch hấp thụ chủ yếu phụ thuộc vào tính chất

hoá học các chất hấp thụ và các cấu tử bị hấp thụ. Nếu chỉ cần loại trừ tạp chất khí hoá

học trong khí, thì khuynh hướng chọn chất hấp thụ có tác dụng hoá học với các cấu tử bị

hấp thụ. Nếu yêu cầu không chỉ làm sạch khí mà cần sử dụng các tạp chất thu được thì

cần chọn chất hấp thụ thích hợp.

Nồng độ khí hấp thụ vô cùng nhỏ nên nhiệt hấp thụ toả ra không lớn và dung dịch

hấp thụ có thể dùng lại nhiều lần.

- Tiêu chuẩn lựa chọn dung dịch hấp thụ:

+ Có tính hoà tan chọn lọc, chỉ hấp thụ tốt chất ô nhiễm cần xử lý

+ Độ nhớt nhỏ, nhiệt dung bé, nhiệt độ sôi khác xa với hỗn hợp khí vào

+ Không tạo kết tủa, ít bay hơi, Có thể hoàn nguyên, rẻ, dễ kiếm

+ Không độc, không ăn mòn, không gây ô nhiễm nớc thải

* Nhược điểm của phương pháp:

- Nếu dung dịch sau hấp thụ không có khả năng hoàn nguyên và phải thải bỏ thì sẽ

xuất hiện nước thải cần xử lý

- Thiết bị hấp thụ nói chung đơn giản dễ vận hành nhưng chiếm nhiều diện tích

3.3.1.2. Các loại thiết bị hấp thụ

Cần được thiết kế sao cho khả năng tiếp xúc giữa khí thải và dung dịch hấp thụ là tốt

nhất.

1. Thiết bị kiểu màng chất lỏng….

2. Thiết bị kiểu màng đĩa quay….

3. Tháp hấp thụ loại đệm

4. Tháp hấp thụ sủi bọt …

5. Tháp hấp thụ kiểu đĩa chụp…

6. Tháp phun (kiểu thùng rỗng, kiểu phun thuận dòng tốc độ cao (Ventury), kiểu

phun sương cơ khí)

3.3.1.3. Ứng dụng: (một số ví dụ hấp thụ trong công nghiệp)

- Dùng để xử lý các chất ô nhiễm có khả năng hoà tan hoặc phản ứng tốt với dung

dịch (ví dụ: SO2, NOx, CO2, HF,...) đặc biệt là các oxyt axit vô cơ, thích hợp với dung

dịch hấp thụ mang tính kiềm. …

+ Sự hấp thụ CO2

25

+ Sự hấp thụ SO2

- Một số dung dịch hấp thụ có khả năng hoàn nguyên để thu hồi khí ô nhiễm và sử

dụng lại dung dịch hấp thụ, như vậy sẽ xuất hiện một sơ đồ công nghiệp hấp thụ – nhả

hấp thụ với một số khí ô nhiễm hoặc dung dịch hấp thụ có giá trị.

- Hấp thụ bằng dầu, hấp thụ bằng axetylen.

- Hấp thụ các chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh

3.3.1.4. Một số ví dụ cụ thể làm sạch khí bằng phương pháp hấp thụ1. Phương pháp làm sạch anhydrit sunfurơ SO2

Trong nhiều nhà máy sản xuất đồng, niken, kẽm, chì, ngoài sản phẩm chính là các

kim loại trên, còn thu hồi được sản phẩm phụ là khí SO2. Khi nồng độ khí SO2 không

thấp hơn 3,5% trong khí, có thể thu hồi nó để chế tạo axit sunfuric H2SO4 bằng phương

pháp tiếp xúc hoặc phương pháp rửa. Khi nồng độ SO2 giảm, giá thành chế tạo H2SO4

tăng lên. Khi nồng độ SO2 quá nhỏ không nền sử dụng nó để sản xuất H2SO4. Để làm

sạch khí này có thể dùng một số phương pháp. Tuy nhiên, trong điều kiện sản xuất thì

các phương pháp này chưa được áp dụng phổ biến.

1.1. Phương pháp làm sạch SO2 bằng sữa vôi:

Khí SO2 được thu hồi trong tháp rửa bằng sữa vôi, sữa vôi tác dụng với SO2 theo

phản ứng: SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O

- Ưu điểm của phương pháp là cho mức làm sạch cao, nhưng tổn thất lượng sữa

vôi lớn.

- Để thực hiện quá trình làm sạch khí trong tháp rửa có ô đệm thì cần phun dịch

thể vào tháp với lượng lớn để loại trừ sự tắc bẩn trong lớp ô đệm do phản ứng CaSO 3 và

26

Läc

bôi

Xö lý c¸c

chÊt «

nhiÔm kh¸c

Xö lý NOx

èng khãi

Xö lý SOx

S¬ ®å tæng qu¸t hÖ thèng xö lý khÝ th¶i

thạch cao (CaSO4.2H2O) ® dùng phương pháp tuần hoàn bùn nhão nhiều lần. Lượng

dịch thể cấp vào tháp là số m3 ứng với 1000m3 khí cần làm sạch khi nồng độ SO2 = 0,5%.

- Khi nồng độ SO2 tăng, lượng dịch thể cấp vào tháp tỷ lệ thuận với sự thay đổi

nồng độ SO2 trong khí. Có thể thay sữa vôi bằng bột vôi. Khi đó làm giảm đáng kể mức

làm sạch khí. Để tăng mức làm sạch khí và giảm lượng vôi thì kích thước của nó phải

nhỏ: Ca CO3 + SO2 = CaSO3 + CO2

1.2. Phương pháp làm sạch SO2 bằng amôniac (có chu kỳ):

Sau khi làm sạch bụi, asen, selen trong khí, nếu còn chứa SO2 với hàm lượng nhất

định thì khí được làm nguội đến nhiệt độ 35 - 400C sau đó rửa khí bằng dung dịch chứa

(NH4)2SO3. Khi đó:

4 3 2 2 4 32NH SO SO H O 2NH HSO ˆ ˆ†‡ ˆˆ

Khi dung dịch nhận được là amonbisunfit đến nhiệt sôi, phản ứng tiến hành theo

chiều ngược lại cho thoát ra SO2 và cho thu được amon sunfat. Áp dụng phương pháp

này cho thu hồi SO2 có nồng độ cao để chế tạo lưu huỳnh nguyên tố axít sunfuric và các

sản phẩm quý khác.

Để vận chuyển SO2 dễ dàng cần nén SO2 dưới tác dụng áp suất 20 - 30 N/cm2 (2 -

3 at) để tạo SO2 lỏng và làm nguội đến 15 - 250C hoặc chỉ làm nguội đến nhiệt độ 150C.

Sau khi chưng cất SO2 dung dịch amon sunfit được làm nguội và một lần nữa lại được sử

dụng để thu hồi SO2.

Theo phương pháp này, chất hấp thụ được thực hiện chu kỳ vòng, dung dịch hấp

thụ SO2, sau khi làm bốc hơi SO2 dung dịch đó được làm nguội và lại được đem sử dụng.

Đây gọi là phương pháp có chu kỳ.

Mặc dầu chất hấp thụ được hoàn lại sau mỗi chu kỳ nhưng nó cũng bị tổn thất một

phần khí mang ra ngoài (dịch thể ở dạng nhỏ giọt) và một phần tạo phản ứng (NH4)2SO4.

Amon sunfat nhận được cần phải đưa ra khỏi chu trình thêm vào đó một lượng amoniac

để nhận được (NH4)2SO4 mới cần thiết bù vào tổn thất. Phương pháp đã được ứng dụng ở

Liên Xô cũ cho nhiều sản phẩm quý: Anhydrit sufurơ nồng độ cao, amon sunfat nhưng

yêu cầu phải làm sạch bụi asen, selen và làm nguội khí, dung dịch đến nhiệt độ thấp đồng

thời có tổn thất nhiệt để nung nóng, làm sôi dung dịch để thu hồi SO2. Theo phương pháp

này, các chất đóng vai trò hấp thụ là các chất gây phản ứng: amon sunfit, nhôm sunfat,

xiliđin, piriđin C5H5N, etanolamin... trong đó các chất hấp thụ tốt nhất là amon sunfit.

1.3. Phương pháp làm sạch SO2 bằng amoniac (không có chu kỳ):

Theo phương pháp đã nêu, để thu hồi SO2 đã dùng dung dịch sunfit theo phản ứng

(9.4) và cho bisunfit. Một nửa amon bisunfit cho tác dụng với các axít (sunfuric, nitric,

phosphoric) cho SO2 và muối amon.

4 3 2 4 4 2 4 2 24NH HSO H SO (NH ) SO 2SO 2H O ˆ ˆ†‡ ˆˆ

Một nửa amon bisunfit còn lại tác dụng (trung hoà) với amoniac theo phản ứng:

27

4 3 4 4 2 3 2NH HSO NH OH (NH ) SO H O ˆ ˆ†‡ ˆˆ

Sunfit nhận được để thu hồi SO2 trong khí vì amoniac và các axit không được tái

sinh nên chúng bị tổn thất.

1.4. Phương pháp làm sạch SO2 bằng oxit kẽm:

Khí chứa SO2 cần làm sạch khi rửa bằng dung dịch chứa ZnO, khi đó phản ứng:

ZnO + SO2 + 2.12

H2O = ZnSO3 . 212

H2O

ZnSO3.2 2

1H O

2 được tạo thành ở dạng pha rắn có thể được tách ra khỏi dịch thể

bằng phương pháp lọc hoặc ly tâm. ZnSO3.2 2

1H O

2được lọc ở dạng tinh thể, khi nung

đến 3500C thì bị phân huỷ thành H2O, SO2, ZnO. Khí SO2 thoát ra có nồng độ cao còn

ZnO dùng để chuẩn bị bùn hấp thụ. Ưu điểm của phương pháp là không yêu cầu làm

nguội khí và dung dịch hấp thụ.

- Một phương pháp tương tự là hấp thụ SO2 bằng MgO, khi phân huỷ MgSO3 cần

phải nung đến nhiệt độ cao (9000C) ® khó thực hiện.

- Làm sạch SO2 trong khí theo phương pháp khác nhau không chỉ dùng các chất

hấp thụ khác nhau mà còn cho các sản phẩm thu được khác nhau và các điều kiện cần

thiết để tiến hành phản ứng cũng không giống nhau. Ví dụ, phương pháp amoniac chu kỳ

thì yêu cầu làm nguội khí và dịch thể nhiều hơn, còn phương pháp amoniac khác thì chỉ

cần làm nguội khí và dịch thể ít hơn. Các phương pháp dùng vôi, kẽm, magie, không yêu

cầu làm nguội khí trong dịch thể hấp thụ.

Tương ứng với các phương pháp làm sạch khi khác nhau, hiệu quả mỗi phương

pháp làm sạch khí cũng khác nhau, ngoài ra hiệu quả đó còn phụ thuộc vào các điều kiện

công nghệ, thiết bị để tiến hành nghiên cứu quá trình.

Sau khi làm sạch SO2 trong khí theo các phương pháp trên, lượng SO2 theo tính

toán trong khí có thành phần sau (%).

Phương pháp sữa vôi : 0,005 - 0,01

Phương pháp kẽm : 0,01 - 0,02

Phương pháp dùng aminiăc : 0,01 - 0,03

Phương pháp aminiăc - kẽm : 0,02 - 0,03

2. Phương pháp làm sạch hydro clorua trong khí:

Trong sản xuất magie và các sản phẩm khác, khí thoát ra thường chứa HCl, để

làm sạch khí này thường áp dụng các phương pháp sau: HCl có thể hoà tan trong nước vì

nó có khả năng tạo thành dung dịch axit clohydric (HCl). Nếu lượng axit được chuẩn hoá

là 27% có được dung dịch axit clohydric theo phương pháp này.

28

Với axit trên có độ đàn hồi hơi HCl ở 400C khoảng 1889N/m2 (14,2 mmHg) giá

trị này tìm được khi dùng phương pháp nội suy. Vì vậy, khi cần có 27% HCl trong

dung dịch theo phương pháp hấp thụ HCl bằng nước chỉ trong trường hợp nếu trong khí

chứa HCl lớn hơn 14,2.100/760 = 1.87% và dịch thể không được nung quá 400C trong

quá trình hấp thụ. Trong các điều kiện khác nhau của dịch thể, yêu cầu nồng độ HCl

trong khí cũng được thay đổi tương ứng.

Khí hoà tan HCl trong nước sẽ toả ra lượng nhiệt đáng kể. Lượng nhiệt này phụ

thuộc vào hàm lượng axit nhận được.

Nếu hoà tan một phân tử gam HCl trong nước với lượng không giới hạn sẽ toả ra

lượng nhiệt là 1990 kJ (473 kcal) còn khi hoà tan một phân tử gam HCl trong thể tích

nước như trên để nhận được dung dịch có nồng độ đậm đặc HCl thì cần phải lấy nhiệt đi.

Trong trường hợp này để dòng khí chứa HCl qua liên tiếp các thiết bị hấp thụ, trong đó

dịch thể và khí chuyển động ngược chiều nhau. Các thiết bị hấp thụ trước đấy là thiết bị

sủi bọt, trong đó có ống ruột xoắn có nước chuyển động để lấy nhiệt toả ra. Gần đây

người ta sử dụng các tháp rửa có ô đệm và tháp rỗng, phía trong cũng đặt ống ruột xoắn

trong các máng tuần hoàn.

Để nhận dung dịch axit clohydric khi hấp thụ HCl bằng nước có thể không cần lấy

nhiệt ra trong máy lạnh có ống xoắn. Phương pháp này dựa trên cơ sở lấy nhiệt bốc hơi

của nước do dịch thể hấp thụ truyền đến, do vậy duy trì nhiệt độ không đổi. Khi làm

nguội như vậy có thể nhận được dung dịch axit clohydric nhỏ hơn 22%, còn tiếp tục dịch

thể hấp thụ bão hoà axit clohydric sẽ dẫn đến toả nhiệt và dịch thể bị nung nóng.

Trường hợp làm sạch khí HCl không tạo dung dịch axit hàn (ví dụ, khi nồng độ

HCl trong khí thấp) khi đó dung dịch axit yếu sẽ được trung hoà bằng vôi hoặc kiềm và

được tháo ra ngoài.

Khi làm sạch khí HCl tốt hơn thì không dùng phương pháp hấp thụ HCl bằng

nước mà bằng dung dịch vôi ở trạng thái huyền phù, tổn thất nước cũng như trên nhưng

mức làm sạch HCl cao hơn. Phương pháp này thực hiện trong tháp rửa rỗng.

Phương pháp đơn giản để làm sạch HCl là ứng dụng dung dịch kiềm soda (natri

cacbonat - Na2CO3.10H2)) nhưng đối với những chất kiềm này hiếm và đắt nên chỉ dùng

khi chúng được coi là nguyên liệu thừa của nhà máy khi sử dụng nó không mất tiền.

Trong các nhà máy sản xuất magie, để thu hồi HCl sử dụng magie oxyt ngậm

nước, khi đó tác dụng với HCl theo phản ứng.

Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + 2H2O (9.8)

3. Phương pháp làm sạch clo trong khí:

Một trong các phương pháp nghiên cứu và được ứng dụng phổ biến là làm sạch

khí clo trong tháp rửa bằng vôi hoặc magie oxyt.Phương trình phản ứng giữa clo với các chất trên có dạng như sau:

29

2 2 22 2

2 2 22 2

2Cl 2Ca OH Ca OCl CaCl 2H O (9.9)

2Cl 2Mg OCl Mg OCl MgCl 2H O (9.10)

Các phương pháp phản ứng trên được tiến hành theo chiều thuận khi trong dịch

thể hấp thụ có dư một lượng oxyt ngậm nước. Nếu toàn bộ oxyt ngậm nước đã phản ứng

thì phản ứng tiến hành theo sơ đồ sau:

2 2Cl H O HCl HClO (9.11) €

Các axit tạo thành tác dụng với các axit nhận được ban đầu là Ca(OCl)2 hoặc

Mg(OCl)2 do vậy tổn thất các oxyt ngậm nước và mức làm sạch HCl hoàn toàn giảm.

Để hấp thụ clo được tốt thì hàm lượng vôi (CaO) trong dịch thể không nhỏ hơn 10

- 20g/dm3.

Dung dịch nhận được chứa Ca(OCl)2 hoặc Mg(OCl)2 trước khi thải ra ngoài phải

xử lí dung dịch này để phân hoá sự liên kết đó. Tiến hành phân hoá này bằng dung dịch

HCl hoặc nung nóng đồng thời cho thêm chất biến tính: Muối đồng, muối niken đồng

thời tác dụng tương hỗ với mạt cưa.

Hấp thụ HCl bằng sữa vôi thường tiến hành trong tháp có ô đệm, nhưng có nhược

điểm dễ gây bẩn làm tắc lớp ô đệm. Gần đây người ta làm sạch khí clo thành công trong

tháp rửa rỗng có vận tốc dòng lớn. Để bảo vệ các chi tiết của thiết bị khỏi bị tác dụng các

axit có trong khí, bề mặt các chi tiết được phủ lớp vật liệu chống gỉ.

4. Phương pháp làm sạch các khí axit flohydric HF hexaflosilixic H2SiF6

Khí ra từ các nhà máy sản xuất criolit (NaAlF6, AlF3.3NaF) và từ các bể điện phân

sản xuất nhôm thường chứa axit flohidric. Như làm sạch khí ra từ bể điện phân sản xuất

nhôm cho nhận được HF hoặc dung dịch kiềm nào đó (thường là dung dịch natri

cacbonat Na2CO3) và NaF.

Khi dùng nước là chất hấp thụ thì không hoàn toàn thu hồi HF mà chỉ nhận được

thành phần chứa HF. Quá trình thu hồi này được thực hiện trong 4 hoặc 5 tháp rỗng đặt

nối tiếp nhau. Trong tháp thứ nhất, dịch thể (dịch thể hấp thụ) có nồng độ axit đậm đặc

nhất, sản phẩm thu hồi từ tháp này có chứa HF. Tháp cuối cùng được phun dung dịch với

nồng độ axit loãng (khoảng 3 - 5% axit) đồng thời được cấp thêm nước mới. Lượng nước

dư trong bể chứa được chuyển đến bể kề trước. Khi hấp thụ HF sẽ toả ra một lượng nhiệt

đáng kể.

Sự tăng nhiệt độ dịch thể là không đáng mong muốn vì tăng độ đàn hồi hơ trên

mặt dịch thể. Do vậy lượng dịch thể trước khi phun qua ống phun sẽ được làm nguội

trong ống xoắn trong các thiết bị làm nguội (hình 9.4).

Các tháp rửa và các bể chứa sản phẩm có HF được nối thông với nhau. Các bể

chứa được chế tạo bằng chì còn ô đệm của tháp gồm những phiến hoặc ống trụ vành

khăn.

30

Trong các trường hợp không cần thu hồi thành phần chứa HF mà cần làm sạch

hoàn toàn HF thì khí được rửa bằng dung dịch natri cacbonat Na2CO3, khi đó thu hồi

được dung dịch NaF để chế tạo criolit. Trường hợp này khí được dẫn qua một tháp vì

trên mặt thoáng của dung dịch kiềm có độ đàn hồi của HF bằng không và việc làm sạch

khí chỉ tiến hành trong một thiết bị.

Trong trường hợp cần thu hồi HF và đặc biệt cả H2SiF6, nếu sử dụng tháp có ô

đệm sẽ không có lợi, vì khi đó gây tắc bẩn các lỗ rỗng của ô đệm do lắng SiO2 khi H2SiF6

tác dụng với H2O. Để khắc phục hiện tượng này thì cần tăng mật độ phun dịch thể (lớn

hơn 15 - 20m3/m2.h). Nhiều nhà máy hiện nay đã áp dụng thành công phương pháp hấp

thụ cơ học.

5. Phương pháp làm sạch nitơ oxyt trong khí

Trong nhiều nhà máy hoá - luyện kim - thải ra một lượng khí chứa nitơ oxyt, chủ

yếu do quá trình thoát khí nitơ oxyt từ nguyên liệu hoặc nó hoà tan trong một số hợp chất

trung gian.

Phần lớn các trường hợp các khí này có lượng không lớn, nhưng nồng độ nitơ

oxyt thường lớn hơn 1%, thường trong khí có chứa cả O2.

Trong quá trình hoả luyện của luyện kim có nồng độ nitơ oxyt không lớn, phần

lớn các trường hợp, thể tích các khí này tăng đáng kể khi lượng O2 càng nhiều.

Thường trong khí không chỉ chứa NO và NO2. Các khí chứa lớn hơn 5% (so với

hàm lượng tổng của nitơ oxyt) có thể làm sạch theo phương pháp rửa bằng dung dịch

kiềm ngay cả bằng nước duy nhất, khi đó một phần nitơ thoát ra theo phản ứng:

3NO2 + H2O ® 2HNO3 + NO (9.12)

Nitơ oxyt NO sẽ bị oxy hoá bởi oxy trong không khí, vận tốc oxy hoá giảm theo

mức giảm nồng độ NO và O2 và nếu tăng nhiệt độ. Vì vậy, phương pháp làm sạch này

chỉ ứng dụng khi hàm lượng nitơ oxyt lớn hơn 1% để chế tạo axit nitric (HNO3). Để làm

sạch nitơ oxyt, khí chứa nitơ oxyt được rửa bằng dung dịch các chất oxy hoá. KBrO3,

KMnO4, H2O2 cho kết quả làm sạch tốt nhưng các chất phản ứng này đắt, còn các chất

phản ứng khác cho hiệu quả làm sạch thấp hơn.

Một phương pháp khác là phân hoá nhiệt độ nitơ oxyt. Ví dụ, trong phazmatron

khi có mặt các chất hoàn nguyên thể khí: H2, khí thiên nhiên hoặc dịch thể hoàn nguyên

như: Dầu hoả, benzen,... Sự phân tích hoá nhiệt thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn 10000C

đồng thời làm thoát ra O2, N2. Thực tế phản ứng tiến hành không hoàn toàn.

Kết quả tốt hơn đạt được là sử dụng các chất hoàn nguyên thể rắn. Ví dụ, than

cốc. Khi ở nhiệt độ 8000C sự phân hoá NO xảy ra 95 - 96% và khi ở 10000C - đạt khoảng

100%. Ngoài ra, sự phân hoá nhiệt nitơ oxyt khi hỗn hợp khí với NH3 ở nhiệt độ tương

đối thấp (nhỏ hơn 2500c) và dùng chất xúc tác là các vanadioxyt mangaoxyt.

Lượng dư NH3 có trong khí hỗn hợp sau khi xảy ra phản ứng được hấp thụ bằng

nước, axit sunfuric (hoặc dung dịch có nồng độ NO yếu). NO2, NO có thể phân hoá bằng

nung nóng chúng khi có mặt các khí hoàn nguyên khi có chất xúc tác là plantin. Trong

31

nhiều trường hợp có thể sử dụng các chất xúc tác rẻ tiền, chủ yếu là các vanadioxyt,

mangaoxyt.

Phương pháp này ứng dụng đối với khí chứa 0,5% nitơ oxyt và lượng O2 thấp hơn

0,5% nhưng hoàn toàn không có mặt các khí: SO2, H2S vì các khí này sẽ làm hỏng chất

xúc tác. Do vậy thấy rõ các phương pháp làm sạch các khí nêu trên đều cồng kềnh và đắt.

6. Phương pháp làm sạch đihydro sunfua trong khí

Khí ra từ các nhà máy luyện kim có thể chứa đihydro sunfua H2S, khí này cần

được làm sạch. Thường thì lượng khí này ra không lớn và hàm lượng H2S trong khí thấp,

nên việc làm sạch khí không nhằm để sử dụng lại H2S mà là vệ sinh môi trường. Để làm

sạch khí này sử dụng dung dịch natri cacbonat để rửa H2S. Khi đó có phản ứng:

H2S + Na2CO3 = NaHS + NaHCO3 (9.13)

Khi sử dụng natri cacbonat thì hàm lượng dung dịch 25 - 30g/l còn nếu dùng Kali

cacbonat K2CO3 thì hàm lượng dung dịch đến 15 - 20%. Dung dịch nhận được có thể tái

sinh bằng cách thổi CO2 qua dung dịch đó. Ngoài ra, còn nhiều phương pháp để hấp thụ

H2S bằng sắt (quặng sắt dùng lót), axit asenơ. Một số trong chúng được tái sinh bằng

cách thổi không khí đồng thời nhận được lưu huỳnh nguyên tố.

7. Phương pháp làm sạch cacbon oxyt trong khí

Trong nhiều nhà máy công nghiệp đã thải ra một lượng cacbon oxyt CO ra khí

quyển. Do phát triển công nghiệp và tăng cả về quy mô lượng khí cacbon oxyt cũng tăng

theo và ngày càng phát sinh vấn đề: Cần thiết phải làm sạch khí này.

Phương pháp đơn giản làm sạch khí CO là đốt khí này để tạo thành CO2 (nếu cho

phép xả khí CO2). Sự cháy có thể thực hiện ở nhiệt độ gần 10000C. Nhiều trường hợp có

thể tận dụng lượng nhiệt do phản ứng cháy xảy ra. Quá trình phản ứng cháy xảy ra khi có

mặt các chất xúc tác chứa đồng và các kim loại khác.

Trường hợp nồng độ CO thấp còn hàm lượng O2 cao thì khí được đốt trong buồng

đốt nồi hơi.

Khi có chất xúc tác ở nhiệt độ khoảng 5000C, phản ứng giữa CO với H2O như sau:0500 C

2 2 2CO H O CO H 9,5kcal (9.14) ®

Có thể sử dụng chất xúc tác của hỗn hợp các oxyt của sắt và crôm (87% Fe 2O3

và 6,5% Cr2O3) với các chất MgO và K2O có chức năng kích thích phản ứng.

Làm sạch khí CO có thể thực hiện rửa khí trong dung dịch đồng - amoniac. Phản

ứng xảy ra chậm, thường ứng dụng phương pháp này trong sản xuất có áp suất hàng trăm

atmotphe.

8. Phương pháp làm sạch cacbonyl clorua (COCl2) trong khí

Khi tiến hành rửa khí bằng nước nóng hoặc dung dịch kiềm quá trình làm sạch

được tiến hành chậm nhưng không hoàn toàn. Để làm sạch khí hoàn hảo hơn có thể thực

hiện việc nung khí (đốt) ở nhiệt độ khoảng 8000C khi có mặt hơi nước.

32

Những năm gần đây bắt đầu áp dụng trong con người làm sạch các tạp chất có

trong khí bằng phương pháp là biến các tạp chất đó thành khói bụi. Thực chất của

phương pháp này là bổ sung vào khí cần làm sạch một lượng khí khác chứa các cấu tử

phản ứng với khí tạp chất để cho liên kết rắn ở dạng khói bụi, tiếp theo sẽ được lọc trong

các thiết bị thu bụi. Ví dụ, để làm sạch SO2 thì cho thêm NH3 vào khí và khí có mặt hơi

H2O sẽ tạo thành (NH4)2SO3 (khi ở nhiệt độ thấp) sau đó khí này được đưa qua thiết bị

lọc điện hoặc thiết bị lọc túi vải. Tương tự như vậy có thể làm sạch các khí HCl, HF...

3.3.2. Phương pháp hấp phụ

3.3.2.1. Khái quát về hấp phụ

* Hiện tượng hấp phụ: Hấp phụ là hiện tượng gây ra sự tăng nồng độ của một chất

hoặc một hỗn hợp chất trên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha (rắn-khí, rắn –lỏng, lỏng –khí)

Phủ hết chỗ thì phải thay chất hấp phủ hoặc tái sinh chất hấp phụ cũ để dùng lại.

* Khái niệm: Hấp phụ là hiện tượng liên kết các phân tử của một chất lỏng, hoặc

khí lên bề mặt của một chất rắn khác bởi lực tương tác giữa các vật thể (lực Van Der

Waals) và lực hút tĩnh điện.

Một số chất hấp phụ thường dùng: Than hoạt tính, sàng phân tử, oxyt nhôm, Silicagen,

acrinamit, PAC, oxyt sắt, zeolit, …..Than hoạt tính là 600-1200m2/g. Bentonit là

800m2/g.

-* Phân loại hấp phụ: - Hấp phụ vật lý: là loại hấp phụ gay ra do tương tác yếu giữa các phân tử; Lực

tương tác là lực Vn der Waal. Trong nhiều quá trình hấp phụ khí, sự hấp phụ có thể xảy ra dưới tác động của các lực phân tử gây ra sự vi phạm các định luật khí lý tưởng và hiện tượng ngưng tụ. Dạng hấp phụ này gọi là hấp phụ phân tử hay hấp phụ van der Waals.

- Hấp phụ hóa học: là loại hấp phụ gay ra do tương tác mạnh giữa các phân tử và tạo

ra hợp chất bề mặt giữa bề mặt chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Hấp phụ hóa học

được tạo ra do áp lực hóa học.

Đối với các chất bị hấp phụ là chất khí, quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất.

Lượng khí bị hấp phụ là a. Ta có: a = f(T, P)

Nhiệt độ tăng làm giảm quá trình hấp phụ, ngược lại, áp suất tăng làm tăng quá

trình hấp phụ.

- Hấp phụ tĩnh: Khả năng hấp phụ của một chất hay dung lượng hấp phụ của một chất

phụ thuộc vào tính chất, trạng trái hóa học của chất bề mặt, cấu truc lỗ xốp của chất hấp

phụ cũng như phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất của quá trình hấp phụ. Tùy thuộc vào

đặc trưng tương tác của chất bị hấp phụ với bề mặt chất hấp phụ ta có hấp phụ vật lý hay

hấp phụ hóa học. Trong trường hợp chung, ta có phương ttrinhfcho lượng chất hấp phụ :

a = am {h.k/(1-h).[1+ h(k + 1)]}

33

trong đó : a – lượng chất bị hấp phụ (mol/gam)

am - lượng chất bị hấp phụ ứng với sự lấp đầy lớp đơn phân tử (mol/gam)

h – P/Ps với P là áp suất riêng phần của chất bị hấp phụ, Ps – áp suất hơi bão hòa

của nó.

k - hệ số biểu hiện sự tương tác của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.

- Hấp phụ Động : Thực chất quá trình làm sạch khí thải bằng phương pháp hấp phụ là

quá trình động. M là lượng chất được hấp phụ ta có :

M = a. S . L

a – hoạt độ cân bằng; L- chiều dày của lớp hấp phụ ;

S – diện tích thiết diện ngang của thiets bị hấp phụ ;

3.3.2.2. Nguyên lý của phương pháp xử lý hơi và khí bằng phương pháp hấp phụ:

- Chất ô nhiễm được tách khỏi dòng khí do bị giữ lại trên bề mặt của chất rắn. Chất

rắn này gọi là chất hấp phụ. Khí ô nhiễm được hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.

- Nếu ta chọn được các chất hấp phụ chọn lọc thì ta có thể loại bỏ được các chất độc

hại mà không ảnh hưởng đến thành phần của các chất khí không độc hại.

3.3.2.3. Các chất hấp phụ và ứng dụngCác chất hấp phụ thường dùng trong mục đích này là than hoạt tính dạng hạt

hoặc dạng bột, than bùn sấy khô hoặc có thể là đất sét hoạt tính hay diatomit, betonit. Hay các chất như: Than hoạt tính; Silicagel; Zeolit, sàng phân tử, oxyt nhôm,

Silicagen, acrinamit, PAC, oxyt sắt, zeolit, …..Than hoạt tính là 600-1200m2/g. Bentonit

là 800m2/g.

* Ứng dụng (Hiệu suất hấp phụ có thể đạt đến 98%)

1. Thu hồi lại hơi dung môi (sơn, nhuộm, keo dán,...)

2. Tách và thu hơi xăng dầu ở kho xăng

3. Tách và thu hồi hợp chất hữu cơ halogen ở các thiết bị tách mỡ của công nghiệp

thực phẩm hoặc các quá trình sản xuất hoá chất.

4. Làm sạch khí thải có mùi

- Hấp phụ hơi dung môi:

+ Chất hấp phụ: có lỗ xốp mịn như than hoạt tính, silicangen, keo nhôm, thuỷ

tinh lỗ xốp

+ Than hoạt tính chất hấp phụ kị nước nên ứng dụng hiệu quả khi độ ẩm khí thải

đến 50%

Thiết bị: Tầng sợi và lớp hạt chuyển động

Ưu điểm của sợi carbon hoạt tính so với than hoạt tính

Hiệu quả thu hồi cao trên 99%

Giảm thất thoát dung môi do phân huỷ nhiệt khí có than HT làm xúc tác

Giảm nguy cơ cháy nổ, được ứng dụng để thu hồi dung môi có nhiệt độ cao.

34

- Hấp phụ SO2:

+ Chất hấp phụ: Đá vôi, đômolit.

+ Để tăng hoạt tính của chất HP phụ hoá học, thúc đẩy quá trình chuyển hoá SO2

thành SO3. Các phụ gia cần thêm: dạng muối vô cơ rẻ tiền hay oxit mangan…

+ Tái sinh bằng phương pháp trích li được thực hiện bằng nước nóng và thu được

khí sufuaric loãng (10-15%)

Ứng dụng khác:

• Hấp phụ H2S bằng than hoạt tính

• Hấp phụ H2S bằng zeolit

• Hấp phụ hơi thủy ngân bằng than hoạt tính, oxisilic, đá bọt, zeolít, silicagen

• Hấp phụ mùi bằng than hoạt tính…

Khi hàm lượng hơi thuỷ ngân có thể hấp thụ bằng các vật rắn khô: Than hoạt tính

chứa clo, pirôluzit MnO2 (quặng mangan) sau đó khuấy trộn trong khí SO2).

3.3.3. Xử lý khí và hơi bằng phương pháp thiêu hủy

Để phân hủy khí hay hơi độc có hại cho môi trường thành một chất 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 phương pháp đốt.

3.3.3.1. Thiêu hủy bằng nhiệt

- Nó thiêu hủy chất khí thải chứa các hợp chất hữu cơ như hơi dung môi, hơi lò

cốc hóa than, hơi đốt…. Trong nhiệt độ cao hơi sẽ bị phân hủy thành than, khí và hơi

nước. Để tốc độ sảy ra nhanh người ta thường tiến hành phân hủy nhiệt với sự có mặt

của các chất xúc tác.

Khử oxit nitơ có xúc tác và nhiệt độ cao

– Quá trình khử NOx diễn ra khi tiếp xúc với khí khử trên bề mặt xúc tác

– Chất xúc tác có thể là kim loại nhóm platin (paladi, ruteni, rodi..) hoặc niken,

crôm, đồng, kẽm..

– Để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, phủ lên các chất XT các vật liệu xốp như sứ,

oxit nhôm, silicagen…

– Chất khử: metan, khí tự nhiên, khí dầu mỏ, CO, H2 hoặc hỗn hợp nitơ-hydro

* Nguyên tắc:

Dưới tác dụng của nhiệt và sự có mặt của oxy trong không khí. Các chất ô nhiễm

được oxy hoá thành những chất không độc hại (CO2, H2O) hoặc dễ xử lý hơn bằng các

phương pháp khác so với chất ô nhiễm ban đầu.

* Quá trình ô xy hóa không xúc tác:

Có thể tiến hành không xúc tác trong các lò đốt (nếu muốn thu hồi nhiệt) hoặc trên

các dàn lửa, miệng ống thải (không thu hồi nhiệt). Đồng thời cần có nhiều phụ trợ để đốt

khí thải.

35

Nhiệt độ cháy thường khoảng 800 – 11000C

- Ứng dụng: Xử lý khói của nhà máy rang cà phê, khí thải khu vực chế biến rác, hơi

các dung môi và các khí hơi hữu cơ.

- Hạn chế: Không thích hợp khi lưu lượng khí thải quá lớn và chỉ áp dụng với các khí

có khả năng cháy.

* Quá trình ô xy hóa có xúc tác:

- Mục đích: giảm nhiệt độ cháy cần thiết vì nhiệt độ cháy theo phương pháp này nhỏ,

không vợt quá 250 – 3000C

- Xúc tác: các kim loại nặng hoặc oxyt của chúng (Fe, Cr, Co, Cu, Mo, Ni, Va) các

chất phi kim loại hoặc chất trơ.

- Ưu điểm: Nhiệt độ ôxy hóa thấp hơn phương pháp nhiệt do đó tiết kiệm được

năng lượng

- Nhược điểm: Cần thiết bị xúc tác do đó cồng kềnh, tốn kém; xúc tác có thể bị ngộ

độc do sự có mặt 1 số thành phần trong khí thải; cần có quá trình hoàn nguyên xúc tác

- Ứng dụng:

+ Quá trình khử NOx diễn ra khi tiếp xúc với khí khử trên bề mặt xúc tác

+ Chất xúc tác có thể là kim loại nhóm platin (paladi, ruteni, rodi..) hoặc niken, crôm,

đồng, kẽm..

+ Để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, phủ lên các chất XT các vật liệu xốp như sứ, oxit

nhôm, silicagen…

+ Chất khử: metan, khí tự nhiên, khí dầu mỏ, CO, H2 hoặc hỗn hợp nitơ-hydro

+ XL hơi HCN trong công nghiệp mạ điện, xử lý NOx trong sản xuất HNO3 (xúc tác

tấm kim loại pt, t = 300 – 8000C), xử lý aldehyt hợp chất hữu cơ sinh ra trong quá trình

đốt chất hữu cơ - xúc tác hình cầu, xử lý H2S trong công nghiệp luyện kim

+ Khử NOx có xúc tác chọn lọc

3.3.3.2. Thiêu hủy bằng phương pháp hóa học

Đây là phương pháp khá phổ biến đối với các khí độc hại.

Thí dụ: SO2(SO3) + NaOH => Na2SO3(NaSO4)

NOx + NH4OH => NH4NOx

Đối với các chất độc hữu cơ như thuốc thuốc trừ dịch hại, người ta sử dụng các

phản ứng oxy hóa khử hoặc thủy phân trong môi trường thích hợp để thay đổi cấu trúc

phân tử hay dạng tồn tại của chúng trở thành các chất ít, hoặc không độc cho người và

thực vật.

Thí dụ: Phản ứng với ozon có tia cực tím, đây là phương pháp rất hiệu quả đối với

chất thải hữu cơ hoặc dung môi.

Chất trừ dịch hại + O3 ==== CO2 + H2O + các chât không độc

Hay sử dụng các chất oxy hóa mạnh để khử độc như thuốc tím, ...

36

Chất hữu cơ + KMnO4 ==== Mn2+ + CO2 + H2O + các chất không độc

Chất trừ dịch hại hữu cơ + KMnO4 ==== MnO2 + các chất không độc

3.3.4. Phương pháp ngưng tụ

Phương pháp này được sử dụng để thu hồi các dung môi hữu cơ bay hơi như xăng

dầu, axeton, axit etylen, toluen. Phương pháp ngưng tụ phổ biến nhất là phương pháp

iảm nhiệt độ (làm lạnh). Thường hơi dung môi có nồng độ cao người ta dùng phương

pháp này để thu lại dung môi bay hơi.Còn ở nồng độ thấp ta nên sử dụng phương pháp

hấp thụ hay hấp phụ.

- Phương pháp giảm nhiệt độ: Các chất hữu cơ bay hơi được làm lạnh tới điểm

sương, bị ngưng tụ và tách khỏi dòng khí thải.

Có hai phương pháp làm lạnh: Phương pháp làm lạnh trực tiếp và phương pháp

làm lạnh gián tiếp.

+ Dùng tác nhân lạnh trực tiếp tiếp xúc với khí thải, gây hiệu ứng ngưng tụ chất ô

nhiễm độc hại, sau đó tách khí độc hại đã ngưng tụ ra khỏi tác nhân làm lạnh.

+ Phương pháp làm lạnh gián tiếp: Là phương pháp dùng phương tiện trao đổi nhiệt

(gián tiếp), chất thải độc hại ngưng tụ được thu hồi dễ dàng, không cần có thiết bị phân

tách

Hiệu suất ngưng được xác đinh theo công thức:

N = 100(Co – CR)/Co (%)

Trong đó: Co - nồng độ hơi ban đầu

CR – nồng độ hơi ở đầu ra

Giá trị tuyệt đối của hiệu suất ngưng tụ:

P = 100(mi / CoVoMi) (%)

mi – khối lượng của chất i được ngưng tụ

Vo – lưu lượng khí đầu vào

3.3.5. Phương pháp thụ sinh học: phương pháp mới trong xử lý khí

* Nguyên tắc: dòng khí ô nhiễm dưới tác dụng của vi sinh vật bị phân huỷ ® chất ít

hoặc không độc hại

Khí ô nhiễm phải hoà tan trong nước (được hấp thụ) sau đó được vi sinh vật xử lý

Nhiệt độ dòng khí giới hạn trong 15 – 60oC, tốt nhất là 30 - 40oC

Sau khi hấp thụ khí ô nhiễm dung dịch xử lý có pH = 5 - 8, không chứa khí gây độc

hại cho vi sinh vật

* Có 2 phương pháp:

- Phương pháp lọc sinh học: dùng vật liệu lọc, bên trong nuôi dưỡng vi sinh vật.

Cho dòng khí đi qua các vật liệu lọc này vi sinh vật sẽ phân huỷ khí ô nhiễm

- Vật liệu lọc: vật liệu hữu cơ có bổ sung dinh dưỡng để nuôi sinh vật

- Phương pháp rửa sinh học có 2 giai đoạn là:

37

Giai đoạn 1 là khí ô nhiễm được hấp thụ bằng 1 tháp rỗng

Giai đoạn 2 là dung dịch hấp thụ khí ô nhiễm được đưa qua 1 bể bùn chứa vi sinh

vật (bùn hoạt tính) ® khí ra được làm sạch

3.3.6. Làm sạch khí bằng phương pháp trao đổi ion

Phương pháp này xuất hiện trong những năm gần đây ở nhiều nước trên thế giới.

Ionit (chất trao đổi ion) là những chất rắn không hoà tan trong nước, là các vật

chất polyme có tính axit, kiềm, muối. Công thức hoá học của chúng là: HR, ROH (R -

biểu thị trạng thái polyme của vật chất).

Ionit có thể tác dụng hoá học theo phản ứng đối với các khí như sau:

ROH + HClkhí ® RCl + H2O (9.15)

HR + NH3 khí ® NH4R (9.16)

Tương tự như vậy trong nhiều trường hợp có thể thu lại các cấu tử axit hoặc

kiềm tính có trong hỗn hợp khí. Trên cơ sở này áp dụng ionit để làm sạch khí.

Để tái tạo ion trao đổi dạng muối thực hiện bằng cách phun dung dịch axit yếu

(~5%) hoặc kiềm tương ứng với ionit chuyển đổi thành dạng ban đầu. Ví dụ, phản ứng:

RCl + NaOH ® NaCl + ROH (9.17)

Để làm sạch các khí, ứng dụng các ionit ở dạng lớp hạt với kích thước 0,2 -

0,3mm hoặc dạng vật liệu xơ có đường kính 5 - 36mm.

Để thu bụi các khí thực hiện trong các thiết bị: Lớp sôi và lớp lọc tĩnh. Phương

pháp làm sạch khí bằng vận chuyển có trao đổi ion cho hiệu suất thu bụi cao, đồng thời

có thể thu hồi được nhiều cấu tử khác nhau, không ảnh hưởng có hại khi có mặt hơi

nước.

Phương pháp này ứng dụng chủ yếu làm sạch khí ra từ máy quạt vì khi làm sạch

các khí nóng, nhiều bụi gặp một số khó khăn.

3.3.6. Giới thiệu một số công nghệ xử lý hơi và khí gây ô nhiễm

1. Xử lý ô nhiễm khí trong ngành nhiệt điện

a. Các chất ô nhiễm khí

Bụi, SO2, NOx, hơi kim loại, 1 số chất hữu cơ

b. Sơ đồ công nghệ

2. Xử lý ô nhiễm khí thải trong ngành hoá chất sản xuất xút – clo

a. Khí ô nhiễm: Cl2

b. Sơ đồ công nghệ xử lý

3. Xử lý ô nhiễm khí thải trong nhà máy thuốc bảo vệ thực vật (trừ sâu)

a. khí ô nhiễm: bụi (thuốc bảo vệ thực vật), hơi dung môi

b. Sơ đồ công nghệ xử lý

4. Xử lý ô nhiễm khí thải trong nhà máy sơn

a. Khí ô nhiễm: hơi dung môi

38

b. Sơ đồ công nghệ xử lý

3.4. Phương pháp xử lý bụi

Phương pháp xử lý bụi được phân loại theo nguyên lý hoạt động trong quá trình

xử lý.

1. Phương pháp trọng lực

2. Phương pháp quán tính

3. Phương pháp ly tâm

4. Phương pháp tách bụi bằng lọc

5. Phương pháp tách bụi bằng lực tĩnh điện

6. Phương pháp tách bụi ướt

* Các phương pháp xử lý bụi có thể chia thành các nhóm sau:

Bảng 3.1. Các phương pháp xử lý bụiLọc Dập bằng nước Dập bằng

tĩnh điệnKhử bụi dựa vào lực ly tâm

Khử bụi dựa vào trọng lực

Thùng lọc gốm Dàn mưa Lọc tĩnh điện Thiết bị sử dụng lực quán tính

Buồng lắng bụi

Lọc có vật đệm Sục khí Thiết bị sử dụng lực ly tâm(cyclon)

Lọc túi (màng) Đĩa quay Thiết bị quayLọc kiểu venturi

Bảng 3. 2. Vùng lọc và hiệu quả xử lý của các phương phápSTT Thiết bị xử ý Kích thước hạt phù hợp (µm) Hiệu quả xử lý (%)1 Thùng lắng bụi 2000 - 100 40 – 702 Cyclon hình chóp 100 – 5 45 – 853 Cyclon tổ hợp 100 – 5 65 – 954 Lọc có vật đệm 100 – 10 Đến 995 Tháp lọc ướt 100 – 0,1 85 – 996 Lọc túi (màng lọc) 10 – 2 85 – 99,57 Lọc tĩnh điện 10 – 0,005 85 - 99

Để lựa cho được thiết bị xử lý bụi hiệu quả cao cần quan tâm đến các yếu tố sau:

1 . Thành phần hạt bụi và kích thước hạt bụi

2. Trạng thái và thành phần của khí

3. Độ tinh lọc khí cần thiết

3.4.1. Phương pháp trọng lực

* Nguyên lý:

- Làm cho bụi lắng đọng dưới tác dụng của trọng lực.

39

- Khi dòng khí chứa bụi chuyển động ngang nếu có sự thay đổi đột ngột về tiết diện

chuyển động thì tốc dộ dòng khí sẽ thay đổi, dưới tác dụng của trọng lực hạt bụi sẽ lắng

xuống và tách khỏi dòng khí.

* Ưu, nhược và phạm vi ứng dụng của phương pháp trọng lực:

- Ưu điểm

• Cấu tạo đơn giản, đầu tư thấp, có thể xây bằng vật liệu rẻ tiền như gạch.

• Tổn thất áp suất thấp, giá thành vận hành rẻ

• Có thể làm việc ở nhiều điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau.

- Nhược điểm

• Cơ cấu cồng kềnh, chiếm nhiều không gian

• Chỉ có khả năng tách những bụi tương đối lớn

- Phạm vi ứng dụng

Tách sơ bộ những bụi có đường kính tương đối lớn trước khi vào các thiết bị tách bụi

bậc cao

* Thiết bị lắng bụi - Buồng lắng bụi

- Cấu tạo:

Một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường

ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ, do đó hạt bụi dưới tác dụng

của trọng lực đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy và bih giữ lại ở đó mà không bị dòng

khí mang theo.

Buồng lắng bụi được áp dụng để lắng bụi thô có kích thước hạt từ 60-70µm trở lên.

Tuy vậy, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồng lắng.

- Các loại buồng lắng:

1. Buồng lắng đơn giản

2. Buồng lắng nhiều tầng

3. Buồng lắng có vách ngăn

+ Bề mặt cắt ngang của buồng lắng được tính:

S = a.h = V/w (m2)

Trong đó: a – chiều rộng của buồng lắng; h – chiều cao của buồng lắng

V – lưu lượng khí qua buồng; w – vận tốc khí qua buồng

40

+ Bề mặt rằng cần thiết (F): F = V/w1

Trong đó: w1 – vận tốc lắng bụi; V – lưu lượng dòng khí và bụi

+ Thời gian lắng hạt bụi: T = h/w1 (s)

+ Thể tích làm việc của buồng lắng: V1v = V.t (m3)

+ Chiều dài cần thiết của buồng lắng: L = F/a = V1v /h.a

Vận tốc khí ở ống giữa và trong hình bao được chọn phụ thuộc vào dạng bụi và

mức độ lọc bụi mong muốn. Đối với các thiết bị lọc bụi hình bao đặt trực tiếp sau các lò

cao của nhà máy luyện kim đen, chọn vận tốc khí vào ống giữa là 10m/s, còn vận tốc khí

trong thân hình bao là 1m/s. Khi đó đối với các hạt bụi khá lớn (lớn hơn 25 - 30mm) mức

độ lọc bụi đạt 65 - 85%.

Bảng 3.3. Vận tốc tối đa cho phép của khí đi trong các buồng lắng bụi

BụiKhối lượng riêng

của hạt, kg/m3Kích thước lắng

của hạt, mmTốc độ tối đa cho phép của khí, m/g

Phôi nhôm 2720 335 4,3Amiăng 2200 261 5,0Đá vôi 2780 71 6,4Tinh bột 1270 64 1,75Bụi phi kim loại của các lò nấu luyện

3020 117 5,6

Chì oxyt 8260 14,7 7,6Thép hạt 6850 90 4,7Phoi gỗ 1180 1370 4,0Mùn cưa 1400 6,6

3.4. 2. Phương pháp quán tính

* Nguyên lý: Là phương pháp làm thay đổi chiều hướng chuyển động của dòng khí

một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng nhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau.Khi dòng khí đổi hướng chuyển động thì bụi do có sức quán tính lớn sẽ giữ hướng

chuyển động ban đầu của mình và va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất

động năng và rơi xuống đáy thiết bị.

Trong công nghiệp áp dụng phổ biến thiết bị lắng bụi hình bao. Khí chứa bụi

chuyển động t phía trên xuống qua ống giữa (ống trụ thẳng hoặc loe phía dưới), chứa bụi

chuyển động qua ống giữa với vận tốc lớn lại bị đổi chiều 1800, do lực quán tính các hạt

bụi được tách ra khỏi dòng và rơi xuống boongke.

* Một số thiết bị áp dụng PP quán tính

1. Thiết bị lọc bụi quán tính kiểu Venturi

2. Thiết bị lọc bụi quán tính kiểu màn chắn uốn cong

3. Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính kết hợp với thùng lắng bụi

41

3.4.2.1. Thiết bị lọc bụi quán tính kiểu Venturi

* Cấu tạo:

* Nguyên lý hoạt động:

Khi dòng chảy của khí bị thu hẹp tiết diện thì bụi sẽ ép sát vào thành vật cản và lọt

vào các khe 2 để rơi vào bẫy bụi 3. Tại đây dòng khí sẽ bị hất ngược trở lên rồi thoát ra

ngoài, còn bụi trong bẫy 3 thì rơi xuống phễu chứa bụi của thiết bị.

3.4.2.2. Thiết bị lọc bụi quán tính kiểu màn chắn uốn cong

* Cấu tạo

* Nguyên lý hoạt động:

Dòng khí đi qua khe hở giữa các tấm chắn của dãy trước sẽ bị chặn lại bởi các tấm

chắn của dãy đứng sau và do đó nó sẽ thay đổi hướng chuyển động theo các gờ hình

vòng cung của tấm chắn để đi tiếp đến các dãy tấm chắn tiếp theo. Trong quá trình thay

đổi hướng chuyển động, bụi sẽ bị giữ lại trong lòng máng và rơi xuống phễu chứa bụi

của thiết bị.

3.4.2.3. Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính kết hợp với thùng lắng bụi

* Cấu tạo:

* Nguyên lý hoạt động:

42

Khí chứa bụi đi vào thiết bị qua bộ phận cản bụi gồm sàng chắn bụi 3 và ghi lá sách

4. Sàng chắn bụi gồm những thanh tròn xếp kề nhau với khe hở nhất định để khí sạch đi

vào mương 2 và thoát ra ngoài, còn bụi bị giữ lại ở bên dưới. Ở cuối bộ phận cản bụi,

dòng khí đậm đặcc bụi đi vào thùng lắng và hình thành 1 dòng tuần hoàn đi qua ghi lá

sách 4 để nhập lại vào dòng khí chính. Bụi trong dòng tuần hoàn nhờ lực quán tính và

trọng lực rơi xuống phễu chứa 5.

* Ứng dụng:

Áp dụng khá phổ biến để lọc tro trong khí thải lò hơi.3.4.2.4. Các thiết bị thu bụi theo nguyên lý có tấm chớp

Các buồng thu bụi có tấm chớp gồm hai phần chính: lưới tấm chớp và thiết bị thu

bụi (thường là xyclon).

Sơ đồ công tác của thiết bị có tấm chớp được trình bày trên hình

Hình. Sơ đồ công tác của thiết bị có tấm chớp

Dòng khí chứa bụi chuyển động trong ống gặp các tấm chớp đặt nghiêng nên

dòng bị đột biến đổi chiều chuyển động theo các phía khác nhau. Các hạt bụi khi gặp tấm

chớp vẫn có khuynh hướng chuyển động theo hướng cũ nên va đập vào tấm chớp, đồng

thời bị phản xạ theo chiều ngược lại và chuyển động theo hướng của dòng khí đến tiếp

theo phát triển.

Theo nguyên lý tách bụi trên, kết quả các khí qua lưới tấm chớp được làm sạch,

lượng khí này chiếm 80 - 60% thể tích chung của khí, còn dòng khí chuyển động theo

hướng khác có hàm lượng bụi tăng lên nhiều. Lượng khí này chiếm 10 - 12% thể tích

chung của khí và sẽ được tiếp tục tách bụi trong xyclon. Sau khi được tách bụi trong

xyclon, lượng khí này lại được hợp nhất với dòng khí chính đã được làm sạch bụi khi

qua các tấm chớp.

Hiệu suất thu bụi trong thiết bị có tấm chớp phụ thuộc vào mức độ tách bụi khi

qua tấm chớp và xyclon. Nếu ký hiệu là phần khí đi ra với nồng độ bụi cao thì mức độ

bụi khí trong buồng có tấm chớp được xác định theo biểu thức gần đúng như sau:

= x [1 - (1 - )(1 - 1)] (6.1)

43

Trong đó:

x - mức độ thu bụi khí trong xyclon

1 - mức độ thu bụi khí trong lưới tấm chớp

Biểu thức trên chỉ đúng khi 0,1 - 0,2, bởi vì khi = 0 thì mức độ thu bụi

trong thiết bị có tấm chớp bằng 0. Do có cấu trúc đơn giản, rẻ tiền và trở lực nhỏ nên các

buồng thu bụi tấm chớp được sử dụng khá rộng rãi để thu hồi bụi các khí thải ở các nhà

máy của các ngành công nghiệp khác nhau. Một trong các kiểu được sử dụng phổ biến

nhất ở Nga là kiểu buồng thu bụi tấm chớp của Viện nhiệt liên hợp BTH được chế tạo từ

thép góc. Số lượng tấm chớp làm từ thép góc 40 40mm trong lưới từ 11 đến 75 cái,

chiều rộng B từ 209 đến 1425mm, khi chiều cao lưới H từ 595 dến 4038mm.

Tách bụi ra khỏi dòng khí trong các thiết bị này chủ yếu dựa vào lực quán tính.

Khi tăng tốc độ khí gần tấm chớp, hiệu suất thu bụi tăng đột biến. Thông thường thiết bị

làm việc với vận tốc khí 12 - 15m/s. Để xyclon có thể thu bụi ở mức độ cao thì vận tốc

của khí khi vào xyclon phải nhỏ hơn vận tốc khí gần tấm chớp. Khi tăng kích thước hạt

bụi, hiệu suất thu bụi sẽ tăng lên. Ngoài ra do độ mài mòn tấm chớp càng tăng thì mức

độ thu bụi càng giảm nên thường chỉ dùng thiết bị tấm chớp để thu hồi các bụi có kích

thước lớn hơn 20mm.

Nhiệt độ khi vào thiết bị (gần tấm chớp) không được vượt quá 4500C. Nếu nhiệt

độ khí quá cao (khoảng 6000C) thì tấm chớp cần được chế tạo bằng gang đúc. Thành của

xyclon được chế tạo bằng thép lá dày 12 - 15mm để chống bào mòn do các hạt bụi va

đập, còn phễu xyclon được chế tạo bằng thép lá dày 6 - 8mm.

3.4.3. Phương pháp ly tâm (Xyclon)

* Nguyên lý:

Là phương pháp làm tách bụi ra khỏi dòng khí chứa bụi nhờ tác dụng của lực li

tâm. Khi dòng khí và bụi chuyển động theo một quỹ đạo tròn (dòng xoáy) thì các hạt bụi

có khối lượng lớn sẽ chịu tác dụng của lực li tâm văng ra phía xa trục hơn, phần gần trục

xoáy lượng bụi sẽ rất nhỏ.

Nếu giới hạn dòng xoáy trong một vỏ hình trụ thì bụi sẽ va vào thành vỏ và rơi xuống

đáy. Nghĩa là dòng khí được đưa vào theo phương tiếp tuyến với thân hình trụ của thiết

bị nên sẽ chuyển động xoáy ốc bên trong thiết bị từ trên xuống. Do chuyển động xoáy,

các hạt bụi chịu tác dụng của lực ly tâm làm cho chúng bị văng về phía thành hình trụ

của xyclon rồi chạm vào đó được tách ra khỏi dòng khí. Dưới tác dụng của trọng lực, các

hạt bụi này sẽ rơi xuống đáy phễu thu bụi ở phía dưới của xyclon. Khi ta đạt ở tâm dòng

44

xoáy một ống dẫn khí ra, ta sẽ thu được khí không có bụi hoặc lượng bụi giảm đi đáng

kể.

*Các loại thiết bị lọc bụi ly tâm

- Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang

- Thiết bị lọc ly tâm kiểu nằm đứng

* Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng (xyclon)

- Ưu điểm:

+ Giá thành đầu tư thấp

+ Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành

+ Chiếm ít diện tích xây dựng

+ Không có bộ phận chuyển động

+ Có thể chế tạo bằng nhiều loại vật liệu khác nhau phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất

làm việc cũng như khả năng ăn mòn của dòng khí.

+ Có thể làm việc liên tục

+ Chi phí sửa chữa, bảo dưỡng thấp

+ Thích hợp với bụi có d<20m

• Một số thiết bị áp dụng PP ly tâm

Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng (xiclon)

- Nhược điểm:

+ Dễ bị mài mòn

+ Không thích hợp với bụi có d<5m

- Phạm vi ứng dụng:

+ Sử dụng để thu hồi bụi trong công nghiệp hoá chất, ximăng, gốm sứ, luyện kim…

+ Sử dụng để lọc bụi thô trước khi vào các thiết bị lọc bụi tinh như lọc túi, lọc tĩnh

điện

3.4.4. Phương pháp tách bụi bằng lọc

* Nguyên tắc :

Khi cho hỗn hợp khí có bụi qua 1 môi trường lọc, bụi được giữ lại nhờ lắng trên

bề mặt lọc hoặc trong môi trường lọc nhờ tác dụng của lực khuếch tán, lực quán tính, lực

tĩnh điện và tách khỏi dòng khí.

45

* Yêu cầu về vật liệu lọc :

- Vật liệu lọc phải có kích thước lỗ nhỏ (tuỳ theo yêu cầu về hiệu suất lọc)

- Có độ bền cao, rẻ tiền, dễ kiếm.

* Các dạng vật liệu lọc thường dùng trong công nghiệp

- Vải

- Xơ sợi

- Hạt

- Dầu

Các loại thiết bị lọc bụi trong công nghiệp: Lọc túi; Lọc bằng xơ sợi; Lọc bằng

hạt; Lọc bằng dầu;

3.4.4.1. Lọc túi

* Nguyên tắc:

Thiết bị được cấu tạo từ nhiều túi vải dệt từ các loại sợi như len, bông, vải, sợi

thuỷ tinh, sợi tổng hợp,… lồng vào khung lưới thép để bảo vệ.

Khi hỗn hợp khí chứa bụi đi qua các túi này, ban đầu bụi lắng trên lớp vải tạo

thành một lớp lọc mới, môi trường lọc mới này cho hiệu suất tách bụi cao hơn.

Khi lớp bụi dày phải tái sinh lớp vải bằng một cơ cấu rung rũ bụi. Bụi bong ra

nhưng vẫn còn một phần ở các sợi tạo màng lọc đảm bảo cho hiệu suất lọc cao.

* Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của lọc túi

- Ưu điểm:

+ Hiệu quả tách cao có thể tách đợc các hạt bụi nhỏ

+ Vật liệu bằng vải lọc dễ kiếm

+ Có thể xử lý với lu lợng khí lớn.

- Nhược điểm:

+ Do khí hậu ẩm nên bụi dễ bị dính vào túi lọc làm cho khả năng rũ bụi kém và dễ

bị rách túi

+ Tiêu thụ năng lợng lớn, chí phí bảo quản cao, dễ bị ăn mòn và mài mòn

+ Không làm việc đợc ở nhiệt độ cao.

+ Khó kiểm soát đợc khả năng thủng túi

+ Giá thành thiết bị cao.

- Ứng dụng:

Trong các nhà máy luyện kim, các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng, các nhà máy

nhiệt điện, nhà máy sản xuất bột giặt.

3.4.4.2. Lọc bằng xơ sợi

* Nguyên tắc:

Xơ sợi được phân bố đều trên bề mặt lọc dưới dạng tấm mỏng, phẳng.

46

Vật liệu dùng để lọc trong điều kiện bình thường là sợi caton, sợi xenlulo, len,

bông, vải hoặc sợi tổng hợp.

Đối với trường hợp lọc ở nhiệt độ cao vật liệu được dùng phổ biến nhất là bông

thuỷ tính, sợi bông thạch anh, sợi bazan, sợi kim loại,… Với những vật liệu này giới hạn

làm việc có thể tới 400-10000C

Ngoài khả năng chịu nhiệt ra vật liệu lọc cần phải có tính bền với hoá chất.

* Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của lọc bằng xơ sợi

- Ưu điểm:

+ Cấu tạo thiết bị đơn giản

+ Hiệu suất lọc bụi cao có thể giữ bụi có kích thước từ 1-5m trở lêN

- Nhược điểm:

+ Tổn thất áp suất lớn

+ Không hoàn nguyên được vật liệu lọ

- Ứng dụng:

Sử dụng trong các phương tiện phòng hộ cá nhân, lọc bụi có nhiệt độ cao, hàm lượng

bụi nhỏ

Thiết bị lọc bằng xơ sợi

3.4.4.3. Lọc dạng hạt

– Thiết bị lọc gồm các hạt hình cầu hoặc hình dạng khác nhau chất đống (cát, phoi

bào…)

*Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của lọc dạng hạt

- Ưu điểm:

+ Vật liệu lọc rẻ tiền, dễ kiếm

+ Có thể làm việc ở nhiệt độ cao và môi trường độc hại, chịu được ăn mòn, va đập

lớn và nhiệt độ tăng đột ngột.

- Nhược điểm:

+ Hiệu suất lọc không cao đối với tập hợp bụi nhỏ

+ Không hoàn nguyên được vật liệu lọc

- Ứng dụng :

Xử lý bụi có tính ăn mòn cao, nhiệt độ cao.

3.4.4.4. Lọc bằng dầu

*Nguyên lý:

- Dùng những bộ lọc dạng lưới, lưới này có uốn sóng và được tẩm dầu. Khí có bụi

đi qua, bụi khô sẽ bám dính vào dầu và được giữ lại. Khí sạch đi ra.

- Khi cần lọc một lượng khí lớn có thể lắp nhiều tấm lọc lại với nhau trên khung

phẳng hoặc không gian nhằm đảm bảo được bề mặt lọc lớn nhất.

47

- Sau một thời gian sử dụng, khi bụi đã bám nhiều làm cho sức cản khí động của

lưới lọc tăng quá mức cho phép, cần làm sạch lưới lọc bằng cách rửa trong nước xà

phòng, phun nước áp lực cao hoặc hút bụi. Sau đó làm khô và tầm dầu mới để dùng tiếp

3.4.5. Phương pháp lọc tĩnh điện

* Nguyên lý : Trong một điện trường đều, có sự phóng điện từ từ cực âm sang cực

dương. Trên đường đi nó có thể va vào các phân tử khí và ion hóa chúng hoặc có thể gặp

các hạt bụi làm cho chúng tích điện âm và chúng sẽ chuyển động về phía cực dương. Tại

đây chúng được trung hoà về điện tích và nằm lại đó. Lợi dung nguyên lý này mà người

ta tác được bụi ra khỏi dòng khí và khí đi qua sạch bụi.

- Như vậy dưới tác dụng của lực điện trường, các hạt bụi tích điện và sẽ chuyển

động đến gần và lắng ở bản cực.

- Ứng dụng: Tách bụi có kích thước nhỏ, độ ẩm cao, lưu lượng khí thải lớn

Phương pháp lọc tĩnh điện -Thiết bị

* Thiết bị lọc tĩnh điện dạng ống hình trụ: Để tách bụi bằng điện người ta làm

nhiều tầng điện cực liên tiếp nhau. Điện cực âm thường Là một dây dẫn trần, khi hoạt

động xung quanh dây dẫn thường có quầng sáng do điện tử ion hóa các phân tử khí khi

nó chuyển đông đi qua điện cực dương nên còn gọi là điện cực quầng sáng. Thiết bị hình

trụ, điện cực âm là dây trần nằm ở giữa thiết bị, xung quanh vỏ thiết bị là cực dương.

* Thiết bị lọc tĩnh điện dạng bản (tấm) : Bản kim loại ở giữa là điện cực âm, hai

tấm kim loại hai bên là điện cực dương. Dòng khí cần xử lý đi qua khe giữa hai bản cực

dương và âm, bụi sẽ được hút sang hai bản diện cực dương và rơi xuống, lấy ra.

* Ưu nhược điểm của PP lọc tĩnh điện

• Hiệu suất tách bụi cao (khoảng 99%), tách được bụi nhỏ

• Hoạt động được với khí thải có nhiệt độ cao (<5500C)

• Thiết bị cồng kềnh, đầu tư lớn

3.4.6. Phương pháp tách bụi ướt (làm ẩm)

* Nguyên lý chung:

• Dựa trên sự tiếp xúc giữa bụi trong dòng khí với chất lỏng, được thực hiện bằng

các biện pháp cơ bản sau:

48

KhÝ chøa bôi

KhÝ s¹ch ra

Nèi ®Êt

§ iÖn cùc l¾ng § iÖn cùc

quÇng

– Dòng khí bụi đi vào thiết bị và được rửa bằng các giọt lỏng. Các hạt bụi được tách

ra khỏi khí nhờ va chạm với các giọt nước

– Chất lỏng tưới ướt bề mặt làm việc của thiết bị, còn dòng khí tiếp xúc với bề mặt

này. Các hạt bụi hút bởi màng nước và tách ra khỏi dòng khí

– Dòng khí bụi được sục vào nước và bị chia ra thành các bọt khí. Các hạt bụi bị

dính ướt và loại ra khỏi không khí

3.4.6.1. Các phương pháp thu tách bụi:

Dựa vào phương pháp hoạt động của các thiết bị thu bụi ẩm, người ta có thể chia

chúng thành các nhóm sau đây:

1. Phương pháp thu bụi bằng màng chất lỏng (tháp rỗng, tháp đĩa, tháp đệm)

* Nguyên lý: Dòng khí có chứa bụi đi qua maàng chất lỏng (thường là nước). Các

hạt bụi gặp nước sẽ bị dìm xuống hoặc cuốn bám theo màng nước, còn dòng khí sạch đi

qua. Nước thừng được đi từ trên xuống, còn khí đi từ dưới lên.

2. Phương pháp sục khí qua màng chất lỏng (phương pháp sủi bọt)

* Nguyên lý: Khí chứa bụi đi qua màng đục lỗ, rồi qua lớp chất lỏng dưới dạng

các bọt khí. Bụi trong các bọt bị thấm ướt và bị kéo vào pha nước tạo thành các huyền

phù rồi được thải ra ngoài, còn khí đi qua được làm sạch. Thiết bị xử lý kiểu này phù hợp

với nồng độ bụi từ 200 – 300 mg/m3. Công suất có thể đạt 50.000 m3/h.

S – diện tích màng S = V/w

V – lưu lượng khí di qua thiết bị; w - vận tốc khí

Hiệu suất làm sạch P: P = 100(G0 – G)/G0

G0 – hàm lượng bụi ban đầu; G – hàm lượng bụi còn lại sau khi đi qua thiết bị

3. Phương pháp rửa khí theo kiểu dòng xoáy (thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động

của lực quán tính)

* Nguyên lý: Dòng khí đi qua có tốc độ lớn

4. Phương pháp rửa khí ly tâm (thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực ly tâm)

* Nguyên lý:

5. Phương pháp rửa khí kiểu veturi (Thu bụi ẩm qua ống Venturi)

* Nguyên lý:

Trong một số dạng thiết bị thu bụi ẩm, dịch thể được biến bụi trong các khí cần

làm sạch và quá trình thu hồi bụi là kết quả tác động tương hỗ giữa chúng với các giọt

49

dịch thể phun. Trong các dạng thiết bị thu bụi ẩm khác sự tiếp xúc giữa các hạt bụi với

dịch thể chủ yếu sẽ xảy ra khi khí đi qua lớp dịch thể (khi sủi bọt). Nhìn chung trong các

thiết bị thu bụi ẩm có đồng thời một số dạng tác động tương hỗ giữa các hạt bụi với dịch

thể phun.

* Ưu điểm

– Hiệu quả XL bụi cao hơn

– Có thể ứng dụng để thu hồi bụi có kích thước nhỏ đến 0.1 mm

– Có thể sử dụng khi nhiệt độ và độ ẩm cao

– Nguy hiểm cháy, nổ thấp

– Xử lý bụi và khí đồng thời

* Nhược điểm

– Bụi thu được dạng cặn nên phải XL nước thải, tăng chi phí XL

– Các giọt lỏng có khả năng cuốn theo khí và bụi lắng trong ống dẫn và máy

hút

– Trong trường hợp khí có tính ăn mòn phải bảo vệ TB và đường ống bằng

vật liệu chống ăn mòn

3.4.6.2. Một số thiết bị tách bụi ướt

- Các tháp rửa khí rỗng

- Các tháp rửa khí có đệm

- Các thiết bị thu bụi theo phương pháp sục khí qua chất lỏng (sủi bọt)

- Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác dụng của lực quán tính

- Thiết bị veturi tách bụi ướt

- Dập bụi bằng màng chất lỏng

Trong các tháp rửa khí rỗng, người ta cho khí bụi đi qua màn dịch thể phun. Lúc này các

hạt bụi bị dính kết bởi các giọt dịch thể và lắng xuống, còn khí đã được thu bụi đi ra khỏi

thiết bị.

1. Các tháp rửa phun rỗng:

Các tháp rửa phun rỗng là tháp có tiết diện tròn hoặc hình chữ nhật, trong dó sự

tiếp xúc giữa khí cần thu bụi với các giọt dịch thể được tiến hành nhờ các mỏ phun. Theo

hướng chuyển động của khí và dịch thể, các tháp rửa rỗng được chia thành loại ngược

dòng, đồng dòng và chính giao. Người ta thường sử dụng các thiết bị với sự chuyển động

ngược dòng của khí và dịch thể, còn loại cấp dịch thể chính giao là dịch thể được đưa

vào dưới góc vuông với hướng của dòng khí thì ít được sử dụng. Trong các tháp rửa

ngược dòng, các giọt dịch thể từ mỏ phun rơi xuống gặp dòng khí bụi. Các giọt này phải

50

đủ lớn để không bị dòng khí thường có vận tốc từ 0,6 - 1,2 m/s cuốn ra ngoài. Khi vận

tốc dòng khí lớn hơn nữa thì trong thiết bị cần phải đặt tấm chắn nước.

Hình : Tháp rửa phun rỗng:

1 - Vỏ; 2 - Các mỏ phun

Người ta đặt mỏ phun trong thiết bị ở một hoặc nhiều tiết diện: đôi khi bố trí

thành nhiều tầng, đôi khi lại chỉ đặt dọc theo trục thiết bị. Hình … là sơ đồ bố trí mỏ

phun trong tháp rửa khí rỗng. Để phân bố đều khí hơn theo tiết diện tháp, người ta đặt ở

phần dưới của tháp rửa một lưới phân bố khí. Trong các tháp rửa rỗng thường bố trí các

mỏ phun ly tâm biến bụi thô (áp suất từ 3.105 - 4.105 N/m2), chúng tạo ra các giọt dịch

thể có kích thước yêu cầu.

Các mỏ phun này đơn giản trong chế tạo và ít bị mài mòn. Các tháp rửa khí rỗng

đảm bảo mức độ thu bụi cao khi bụi có dh > 10mm và hiệu suất thấp khi bụi có kích

thước dh < 5mm.

Hình: Sơ đồ bố trí các mỏ phun trong tháp rửa rỗng

51

2. Các tháp rửa khí có đệm

Khác với tháp rửa rỗng, trong tháp rửa có ô đệm người ta đặt các cục nguyên liệu

(cốc, thạch anh), các khối định hình của các vật liệu khác nhau: gốm, sứ, gỗ. Khi dịch thể

có tính axit hoặc tính kiềm yếu thì các ô đệm được chế tạo bằng gốm, sứ. Ô đệm có thể

có hình dạng khối trụ, vành khuyên... có đường kính ngoài bằng chiều cao, còn chiều dày

của thành nhỏ hơn 10 lần (ví dụ, vòng vành khuyên 50 50 5mm có chiều cao và

đường kính bằng nhau và bằng 50mm, còn chiều dày là 5mm).

Những vòng nhỏ có đường kính ngoài nhỏ hơn hoặc bằng 50mm được xếp trong

tháp không theo thứ tự, còn nếu vòng có đường kính lớn hơn chúng được xếp thứ tự theo

từng dãy. Nếu dịch thể có tính chất trung tính, nhiệt độ khí vào tháp rửa không cao thì

các ô đệm có thể được chế tạo bằng gỗ.

Hiện nay các tháp rửa khí có ô đệm còn là dạng thiết bị thu bụi ẩm được sử dụng

rộng rãi, tuy nhiên do dễ bị lấp ô đệm khi làm sạch khí bụi nên. Chỉ nên sử dụng các tháp

rửa khí có đệm khi thu hồi các loại bụi thấm ướt tốt, đặc biệt trong các trường hợp khi

các quá trình thu bụi kèm theo sự làm nguội khí hoặc hấp thụ khí.

3. Các thiết bị thu bụi theo phương pháp sủi bọt

Trong các thiết bị sủi bọt, khí cần lọc bụi đi qua lớp dịch thể dạng bọt, trên bề mặt

của bọt sẽ xảy ra sự lắng các hạt bụi. Vận tốc nổi tự do của bọt bằng 0,25 - 0,35m/s, còn

vận tốc của khí ở tiết diện của dụng cụ sủi bọt thông thường không lớn hơn nhiều so với

vận tốc sủi bọt. Hiệu suất lọc bụi của thiết bị loại này cao khi thu bụi có kích thước dh lớn

hơn 5mm. Nhưng do có năng suất không cao nên ngày nay các thiết bị thu bụi sủi bọt ít

được sử dụng trong công nghiệp.

Phương pháp làm sạch khí bằng bọt có thể làm việc với sự tràn bọt tự do hoặc sự

dâng bọt nhờ có tấm chắn tràn. Trong thiết bị loại này thường đặt các đĩa nhiều lỗ với

đường kính các lỗ 3 – 8 mm và tiết diện tự do từ 0,15 - 0,25 m2/m2. Các thông số hình

học của các đĩa được nêu trong bảng .Hiện nay các thiết bị thu bụi bọt có đĩa chảy tràn hầu như đã bị thay thế bởi các

thiết bị có đĩa sụt. Thiết bị thu bụi có đĩa sụt có thân hình trụ hoặc tiết diện hình chữ

nhật, trong đó đặt một số đĩa nhiều lỗ hoặc đĩa nhiều khe hở. Việc đưa khí vào vùng tiếp

xúc với dịch thể và đưa dịch thể ra khỏi vùng này được tiến hành qua cùng một loại các

lỗ tròn hoặc các khe rãnh. Ưu điểm của loại thiết bị thu bụi này là khả năng các lỗ bị bụi

bít kín ít hơn do chúng được rửa tốt hơn bằng dịch thể. Thiết bị có đĩa sụt có thể làm việc

ở ba chế độ thuỷ động phụ thuộc vào vận tốc của khí.

52

- Chế độ sủi bọt: trong đó các bọt khí với vận tốc không lớn sủi bọt qua lớp dịch

thể ở trên đĩa.

- Chế độ bọt: do vận tốc của khí tăng lên nên dịch thể ở trên đĩa chuyển sang trạng

thái của bọt rối.

- Chế độ sóng: được đặc trưng bởi sự tạo thành các luồng khí, sự dao động của lớp

dịch thể trên đĩa, sự tăng đáng kể trở thuỷ lực và sự bắn toé mạnh. Vận tốc thẳng của khí

thích hợp để tạo thành chế độ bọt bền vững khoảng 1,0m/s.

Bảng . Các thông số hình học của các đĩa với lỗ hình tròn

Khoảng cách giữa

các lỗ, mm

Đường kính lỗ, mm

Tiết diện tự do, m2/m2

Khoảng cách giữa

các lỗ, mm

Đường kính lỗ, mm

Tiết diện tự do, m2/m2

6 6 0,226 12 5 0,1576 4 0,403 12 6 0,2268 4 0,226 13 6 0,1349 4 0,179 13 6 0,19310 5 0,226 13 7 0,26310 5,5 0,272 14 6 0,16711 5 0,187 16 7 0,17411 6 0,271 18 8 0,179

Đối với quá trình thu bụi thì chế độ bọt là tốt nhất vì nó đảm bảo những điều kiện

tốt nhất để đưa những hạt bụi đến gặp những bề mặt xáo trộn mạnh của dịch thể (bọt

váng). Trong kỹ thuật thu bụi sử dụng hai dạng đĩa sụt cơ bản: đĩa có lỗ và đĩa có khe

(hình ).

Hình : Cấu trúc các đĩa

a) kiểu khe; b) kiểu lỗ

Theo quan điểm trở thủy lực thì chiều dày hợp lý của đĩa phải là 4 – 6 mm.

Thường thì đường kính của lỗ d0 trên các đĩa từ 4 – 8 mm, chiều rộng của khe b từ 4 – 5

mm, còn tiết diện sóng dao động tự do trong khoảng từ 0,2 - 0,25 m2/m2.

4. Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác dụng của lực quán tính

53

Cấu trúc đơn giản nhất của thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực va đập quán

tình là một tháp đứng có lớp dịch thể ở phần dưới tháp. Khi dòng bụi quay ngược 1800,

các hạt bụi lắng trên mặt nước, còn khí sạch đi về phía ống xả khí. Các thiết bị loại này

chỉ thích hợp để thu bụi có kích thước lớn hơn 20mm. Cặn được lấy ra khỏi thiết bị theo

chu kỳ hoặc liên tục qua cửa chắn nước.

Vận tốc của khí trong kênh thường không vượt qua 15 m/s. Việc giữ nguyên mức

dịch thể trong thiết bị có ý nghĩa quan trọng đối với việc vận hành bình thường của

rôtôlôn. Nếu mức dịch thể thay đổi một ít cũng có thể làm giảm đột ngột hiệu suất hoặc

làm tăng đáng kể trở thuỷ lực. Việc lấy cặn ra khỏi bể lắng được thực hiện theo chu kỳ

(bằng tay) hoặc liên tục bằng cào.

Tiêu thụ nước trong rôtôlôn ít hơn nhiều so với các thiết bị thu bụi ẩm khác.

Lượng nước không vượt quá 0,03 l/m3 được đưa vào chỉ để bù vào lượng bị mất mát do

bay hơi hoặc mất theo cặn. Năng suất của các rôtôlôn đang sử dụng ở các nhà máy của

nhiều nước dao động từ 2500 - 9000 m3/h và với chiều dài kênh rãnh tương ứng từ 800 –

15000 mm. Trong thiết bị năng suất lớn thường đặt hai kênh rãnh đối xứng cho phép

giảm chiều dài thiết bị hai lần. Một ưu điểm lớn khi sử dụng rôtôlôn là khả năng thay đổi

năng suất của chúng khoảng 25% so với năng suất định mức mà hiệu suất không bị giảm

đi. Trở thuỷ lực của thiết bị khoảng 1000 - 1500 N/m2.

Hình. Sơ đồ thiết bị thu bụi theo phương pháp ẩm

1 - ống vào; 2 - vỏ thiết bị thu bụi; 3 - vách ngăn trên; 4 - vách ngăn dưới;

5 - ống xả; 6 - dụng cụ để giữ mức nước; 7 - tấm chắn nước; 8 - quạt.

Cấu trúc của thiết bị thu bụi trên (hình …) rất đơn giản. Các thiết bị tương tự được

chế tạo với năng suất 3000 m3/h; 5000 m3/h; 10.000 m3/h; 20.000 m3/h và 40.000 m3/h để

lọc bụi không khí và được trang bị quạt gió thông thường. Thiết bị thu bụi này được

54

trang bị dụng cụ để tự động cấp nước và tự động giữ mực nước trong thiết bị. Thiết bị

này cho kết quả tốt về hiệu suất lọc bụi không khí và nên sử dụng để lọc bụi các khí thải

có bụi không dính kết và không cứng bề mặt. Lượng khí trên 1m chiều dài vách ngăn

nhận trong khoảng từ 2000 – 7500 m3/h và có thể hơn nữa.

5. Các thiết bị thu bụi dưới tác động của lực ly tâm

Các thiết bị thu bụi ẩm dưới tác động của lực ly tâm được chia ra làm hai loại theo

cấu trúc: ở loại thứ nhất có chuyển động quay của dòng khí do đưa khí vào theo hướng

tiếp tuyến; còn ở loại thứ hai cấu tạo cánh ở tâm chính là bộ phận tạo xoáy. Đối với các

máy rửa khí người ta đưa dòng khí vào theo phương tiếp tuyến và với sự tưới màng bởi

các mỏ phun.

Hình . Các tháp rửa ly tâm với sự cung cấp nước tưới ở trung tâm (a) và với bộ phận

tạo xoáy ở trong (b)

Cyclon có màng nước là loại đặc trưng cho thiết bị thu bụi kiểu này.

Trên bề mặt thành bên trong của Cyclon liên tục có màng nước chảy, nước này

được đưa vào thiết bị theo hướng tiếp tuyến qua một số ống dẫn vào đặt ở phần phía trên

của Cyclon (Hình ..).

Hình : Cyclon có màng nước

55

Khi hàm lượng bụi lớn hơn 2 g/m3 thì ở phía trước cyclon với màng nước nên đặt

một thiết bị lọc bụi bước một như cyclon khô hoặc một dạng thu bụi quán tính khác.

7. Thiết bị thu bụi ẩm qua ống Venturi

Các máy rửa khí venturi là những thiết bị thu bụi ẩm hiệu quả. Đặc điểm cấu trúc

chung của các thiết bị này là có ống biến bụi trong đó xảy ra quá trình đập nhỏ dịch thể

tưới phun bởi dòng khí bụi chuyển động với vận tốc lớn đến 150 m/s và phía sau có đặt

bộ phận thu giọt. Có nhiều cấu trúc máy rửa venturi khác nhau (hình ). Theo quan điểm

khí động, máy rửa venturi (hình ) sẽ có cấu trúc tối ưu khi kích thước các đơn nguyên

của nó tỷ lệ như sau:

- Ống thu hẹp:

Đường kính miệng vào d1 (m)

Góc thu hẹp 1 = 25 - 280.

Chiều dài l1 = (d1 - d1)2tg(1/2) (m)

- Ống trụ:

Đường kính d1, m

Chiều dài l1 = 0,15.d1 (m)

- Ống loe:

Đường kính miệng ra d2 (m)

Góc loe 2 = 6 - 70

Chiều dài l2 = (d2 - d1)2tg(2/2) (m)

Hình: Cấu trúc của các ống biến bụi dịch thể

a) Đưa nước tưới phun qua mỏ phun ở trục; b) tưới phun ở biên; c) tưới màng; d)

tưới phun không cần mỏ phun.

56

Máy rửa venturi tưới phun theo trục bằng mỏ phun (hình a). Trong máy rửa kiểu

này có sự cấp nước vào để tưới phun được thực hiện bởi các mỏ phun đặt trước ống thu

hẹp hoặc đặt trực tiếp ngay trong nó. Áp suất ở trước các mỏ phun thường khoảng từ 0,2

đến 0,3MPa. Chủ yếu sử dụng các mỏ phun ly tâm.

Máy rửa venturi tưới phun biên (hình b) được sử dụng khi tưới phun dịch thể qua

ống thu hẹp hoặc qua ống trụ.

Máy rửa venturi phun theo màng (hình c). Khi sử dụng nước tuần hoàn không

sạch để phun trong ống thì có khả năng gây lắng kết trên thành của ống thu hẹp và ống

loe, để tránh điều này người ta sử dụng sự phun màng dịch thể. Sự cấp dịch thể như vậy

có thể sử dụng kết hợp với sự cấp dịch thể qua các mỏ phun hoặc cấp theo biên, cũng có

thể sử dụng độc lập chủ yếu là qua các ống biến bụi. Đường kính tối đa của phần trụ này

không nên lấy lớn hơn 100 mm.

Các máy rửa venturi đưa dịch thể đến bằng năng lượng của dòng khí (hình d) còn

được gọi là máy rửa venturi không cần mỏ phun. Chúng có th dùng làm máy hấp thụ và

để thu bụi khi dùng nước tuần hoàn. Trở thuỷ lực của máy rửa tăng cùng với việc tăng sự

tưới phun riêng phần, điều này thực hiện được do tăng vận tốc của khí (khi giữ nguyên

mức chất lỏng), cũng như do tăng mớc chất lỏng (khi vận tốc khí không thay đổi). Ví dụ

như khi vận tốc của khí ở phần trụ của ống biến bụi là 50 - 60 m/s nếu tăng sự tưới phun

riêng phần từ 0,8 đến 3,3 l/m3 sẽ dẫn tới sự tăng trở thuỷ lực của thiết bị từ 700 đến 3000

N/m2.

Các ống venturi cao áp thường dùng để lọc bụi chi khí có nhiệt độ dưới 4000C và

nồng độ bụi dưới 30g/m3; hàm lượng cho phép hạt lơ lửng trong nước tuần hoàn là

0,5g/l. Vỏ của các máy rửa venturi được chế tạo bằng gang đúc hoặc bằng thép hàn.

57

Hình : Ống venuri tiêu chuẩn

1 - ống thu hẹp; 2 - miệng; 3 - ống loe

3.4.7. Pha loãng khí

Sau tất cả quá trình phòng ngừa, giảm thiểu, xử lý khí ô nhiễm nếu nồng khí vẫn lớn

hơn tiêu chuẩn môi trường xung quanh ® người ta phải pha loãng khí ô nhiễm với bên

ngoài nhằm giảm nồng độ khí ô nhiễm

Thường sử dụng ống khói để pha loãng khí thải. Khả năng pha loãng khí phụ thuộc

vào chiều cao ống khói, vận tốc khí và

CHƯƠNG 4

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

4.1. Một số thông số đánh giá chất lượng nước

1. pH

pH= -log[H+]

-pH thay đổi dẫn đến thay đổi thành phần trong nước.

VD: pH<8 Al(OH)3 Zn(OH)2

pH>4 Pb2+, Zn2+, Al3+, Cd2+

-pH có thể làm tăng hoặc giảm vận tốc phản ứng hóa học trong nước.

2. Độ axit và độ kiềm

-Là sự xuất hiện của các axit vô cơ (có nhiều trong nước ngầm khi chảy qua lớp

khoáng chứa bản chất lưu huỳnh) và CO2

-Độ kiềm: Hydroxit (tính kiềm mạnh), bicacbonat (tính kiềm yếu), cacbonat. Độ kiềm

ảnh hưởng đến sự sống của sinh vật và độ cứng của nước.

-Độ axit: Do axit vô cơ H2SO4, HNO3, HCl

Do CO2

3. Mầu sắc

-Màu thực: Màu do chất hữu cơ, nhiều chiết của thực vật gây nên (tảo, chất hữu cơ

gây ô nhiễm có màu). Màu này khó tách.

-Màu biểu kiến: Do các chất vô cơ gây nên. Màu này dễ xử lý.

4. Độ đục

-Do hạt rắn lơ lửng, chất hữu cơ phân rã

-Đơn vị tính: 1mg SiO2/1l nước sạch.

5. Hàm lượng chất rắn trong nước

-Là phần chất rắn bao gồm: chất vô cơ, chất hữu cơ, chất hữu cơ tổng hợp

58

-Tổng chất rắn (TS): là trọng lượng khô tính bằng mg của phần còn lại sau khi bay

hơi 1 lít nước trong nồi hấp thủy, sấy khô ở 103oC cho đến trọng lượng không đổi.

-Chất rắn huyền phù (SS): là chất rắn ở dạng lơ lửng trong nước, tính bằng trọng

lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít mẫu nước, sấy

khô ở 103oC cho đến trọng lượng không đổi. Đơn vị: mg/l

-Chất rắn hòa tan (DS): DS=TS-SS (mg/l)

-Chất rắn bay hơi (VS): Trọng lượng mất đi khi nung chất rắn huyền phù ở 550oC

-Chất rắn có thể lắng: là lượng thể tích tính bằng ml của phần chất rắn có trong 1 lít

nước mẫu đã lắng xuống sau một khoảng thời gian xác định (thông thường là 1h)

6. Độ cứng của nước

-Độ cứng vĩnh cửu (phi cacbonat): Ca2+, Mg2+ do các muối sunfat và clorua gây

nên. Sau khi đun thì không mất độ cứng này.

-Độ cứng cacbonat: của muối MgCO3, CaCO3 sau khi đun tạo cặn lắng có thể

tách→độ cứng tạm thời.

7. Hàm lượng Mn, Fe trong nước

-Do sự hòa tan Fe, Mn có trong nước ngầm.

-Tạo mầu, mùi tanh, tắc đường ống:

Mn2+→Mn4+

Mn+O2→MnO2↓đen

Fe2++O2→Fe3+ ↓nâu đỏ

8. Hàm lượng oxi hòa tan (DO)

-Là lượng oxy trong không khí có thể hòa tan trong nước, tham gia quá trình trao đổi

chất, tái sản xuất các vi sinh vật, động vật trong nước.

-DO thấp: nước có nhiều chất hữu ô nhiễm đã tiêu thụ nhiều O2.

-DO cao: nhiều rong tảo, tham gia quá trình quang hợp giải phóng O2.

9. BOD: nhu cầu oxy sinh hóa

-BOD tăng→lượng oxy cần dùng cho oxy hóa chất hữu cơ tăng→chất hữu cơ tăng.

-Đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ (VSV) trong nước. Đơn vị: mgO2/l

10. COD: nhu cầu oxy hóa học

-Đặc trưng cho ô nhiễm hữu cơ. BOD<COD

Vd: nước thải sinh hoạt BOD/COD=0,7

Nước thải nhuộm BOD/COD=0,3-0,5

11. Hàm lượng phốt pho trong nước

-Đây là một loại dinh dưỡng cho sinh vật: HPO42-, H2PO4-, PO43-, phôtpho hữu cơ,

Poly P.

12. Hàm lượng nito

- Đây là một loại dinh dưỡng cho sinh vật: NH4+, NO3-, NO2-, N hữu cơ, N tổng.

59

13. Hàm lượng kim loại nặng

-d>5mg/cm3. Là vi lượng trong nước có khả năng tích tụ trong cơ thể sống.

Vd: Pb, Fe, Hg, Cd, Zn, Mo, Sn, Cr…

14. Hàm lượng phenol

-Thường trong nước thải chứa cyanua.

-Gây ảnh hưởng đến sức khỏe, có khả năng gây ung thư

15. Hàm lượng thuốc bảo vệ thực vật

DDT666, Clodan, Aldrin, Dialdren…

16. Hàm lượng vi sinh vật trong nướcVi trùng, siêu vi trùng, rong tảo, coliform…Chỉ số vi sinh vật (Colifom và Fecal colifom-colifom phân)(Coliform phân gồm có các giống vk có nguồn gốc từ phân động vật máu nóng như: Escherichia, Klebsiella và Enterobacter…)

17. Hàm lượng dầu, mỡ khoáng

18. Nhiệt độ

19. Chất phóng xạ

20. SunfatBảng. Tương quan chung giữa các chỉ số của một nguồn thải

TT Các chỉ số %1 ThOD 1002 TOD 923 COD (với pp chuẩn) 834 COD (với pp thử nhanh) 705 BOD21 (có sự oxy hóa nitơ) 65

6 BOD21 (không có oxy hóa nitơ) 55

7 BOD5 (có sự oxy hóa nitơ) 58

8 BOD5 (không có oxy hóa nitơ) 52

4.2. Công nghệ xử lý nước thải

4.2.1. Cấp độ xử lý nước: Chia ba cấp xử lý: + Cấp 1(xử lý sơ bộ): tách chất rắn thô, vật rắn nổi có kích thước lớn. Xử lý cấp 1

gồm các quá trình: lọc, song chắn, tuyển nổi, lắng, tách dầu mỡ, trung hòa. Lắng, gạn bỏ các chất trôi nổi có kích thước lớn về bể lắng cấp 1. Nếu xử lý cấp 1 chưa đảm bảo tiêu chuẩn thì chuyển nước sang xử lý cấp 2.

+ Cấp 2 (xử lý thứ cấp): Tùy thuộc vào nguồn phát sinh chất thải hòa tan để chọn phương pháp hóa học hay sinh học hoặc kết hợp cả 2 . Chất thải chủ yếu là chất hữu cơ dễ phân giải nhờ VSV được sử dụng phương pháp sinh học. Các chất khó phân giải dầu mỏ, phẩm nhuộm, thuốc sát trùng, chất dẻo…thường kết hợp nhiều phương pháp, nhưng nòng cốt vẫn là hóa học và sinh học. Tách các chất hữu cơ hòa tan gồm các quá trình sinh học (dùng vi sinh vật để xử lý), hóa học.

+ Cấp 3: Khi yêu cầu về chất lượng nước cao. Là phương pháp vi lọc, thẩm thấu ngược, trao đổi ion, kết tủa, đông tụ, hấp phụ bằng than hoạt tính, hoặc các chất có khả năng hấp phụ, sát trùng bằng clo hay ozon…….Tách các chất dinh dưỡng N, P.

60

Bảng. Dựa vào kích thước chất ô nhiễm đẻ chia 3 cấp xử lýKích thước Ví dụ Cấp xử lý1 m10 cm1 cm1 mm100 μm10 μm0,1 μm100 nm1 nm

1 A0

Cành cây Viên đá nhỏĐá cuộiMảnh vụnHuyền phùHạt siêu mịnChất keoChất keo phân tán nhỏChất tan

4.2.2. Phương pháp xử lý cơ học trong xử lý nước thải

- Mục đích: tách hạt rắn lơ lửng mà có thể ảnh hưởng đến đường ống.

- Các phương pháp thủy cơ: lọc qua song chắn hoặc lưới, lắng dưới tác dụng của lực

trọng trường, điều hòa thành phần và lưu lượng nước thải.

- Nguyên tắc lựa chọn phương pháp: phụ thuộc kích thước và tính chất hóa lý hạt lơ

lửng, hàm lượng chất rắn lơ lửng, lưu lượng nước thải và yều cầu chất lượng nước sau xử

lý.

1. Song chắn

-Song chắn: lọc vật rắn thô, làm bằng kim loại, đặt ở cửa ngoài kênh, nghiêng một

góc 60-75o.

-Lưới lọc: tấm kim loại uốn thành hình tang trống, kích thước lỗ 0,5-1,0 mm, quay

với vận tốc 0,1-0,5m/s. Chỉ cho nước thải qua bề mặt lưới, còn vật rắn bị giữ lại trong bề

mặt lưới sẽ được cào ra.

2. Bể điều hòa lưu lượng: nhằm ổn định lưu lượng nước thải và thành phần nước

thải trước khi vào hệ thống xử lý. Đây là bể thu nước từ các nguồn khác nhau được gom

lại để vào hệ thống xử lý chung.

3. Bể lắng

-Tách chất lơ lửng dưới tác dụng của trọng lực.

-Phân loại dựa theo chức năng:

+Bể lắng cát: tách cát và tạp chất vô cơ không tan (dhạt=0,2-2mm)

+Bể lắng cấp 1: tách chất hữu cơ, chất rắn còn lại

+Bể lắng cấp 2: tách bùn sinh học khỏi nước thải và chất rắn còn lại.

-Phân loại theo cách khác:

+Bể lắng ngang

+Bể lắng đứng

+Bể lắng ly tâm

4. Lọc

-Tách chất rắn lơ lửng có kích thước nhỏ mà bể lắng không tách được.

61

Xử lý cấp 1

Xử lý cấp 2

Xử lý cấp 3

-Cấu tạo: thường là các vách ngăn xốp, cho dòng nước đi qua và giữ lại các hạt rắn lơ

lửng.

-Động lực của quá trình: dưới tác dụng áp suất thủy tĩnh, áp suất cao trước vách ngăn

hoặc áp suất chân không sau vách ngăn.

-Yêu cầu: trở lực nhỏ, bền, dẻo cơ học, bền hóa học, không bị trương nở hoặc phá

hủy trong điều kiện lọc.

-Phân loại:

+Làm việc gián đoạn: thiết bị lọc hút, lọc tấm, lọc ép.

+Làm việc liên tục: lọc hình trống, lọc đĩa, lọc thùng quay, chân không.

+Lọc bằng vật liệu hạt: cát, sỏi, than cốc, than nâu, than bùn, than gỗ→yêu cầu có độ

xốp, bề mặt riêng lớn.

+Lọc chậm: Nước→lớp cát→sỏi đá→tự chảy qua với tốc độ lọc 0,2-0,3 m3/h. Sau

một khoảng thời gian độ 30 ngày, phải thay khoảng 4-5cm lớp cát và lớp vật liệu mỏng

đi. Khả năng lọc sạch cao nhưng kích thước bể lớn, công suất nhỏ.

+Lọc nhanh: dùng các loại vật liệu lọc khác nhau, lớp trên có kích thước hạt lớn hơn

lớp dưới.

+Lọc ly tâm: chất lỏng chuyển động xoay tròn trong thùng quay, có tấm lưới lọc hoặc

vải lọc. Định kỳ chất bẩn dính trên lưới sẽ được lấy ra ngoài

4.2.3. Phương pháp hóa lý trong xử lý nước thải

1. Phương pháp tuyển nổi

-Tách hợp chất không tan và khó lắng, có khả năng tách được chất bẩn hòa tan như là

chất hoạt động bề mặt.

-Quá trình: sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng, chúng kết dính vào các hạt, khi lực nổi

của tập hợp các bong khí đủ lớn sẽ kéo các hạt lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại tạo ra

lớp bọt chứa hàm lượng các chất bẩn cao hơn trong chất lỏng ban đầu.

-Với các hạt rắn kị nước: khi bóng khí dính chặt vào các hạt sẽ tạo ra một đường bọc

lấy bền ngoài pha rắn lỏng làm kích thước hạt tăng lên nhưng khối lượng riêng hạt giảm

đi sẽ nổi lên trên.

-Tác nhân tuyển nổi: không khí được sử dụng phổ biến nhất

+Tuyển nổi bằng khí hòa tan: sục không khí vào ở áp suất cao, sau đó giảm áp.

+Tuyển nổi bằng không khí: sục khí ở áp suất thông thường.

+Tuyển nổi chân không: bão hòa không khí ở áp suất khí quyển, sau đó thoát khí ra

khỏi nước ở áp suất chân không

-Ưu điểm: có thể tách hoàn toàn các hạt nhỏ nhẹ khi hạt nổi thành váng trên bề mặt

và được thu gom bằng bộ phận vớt bọt. Chi phí đầu tư vận hành không lớn, thiết bị đơn

giản, hiệu suất tách cao, bùn có độ ẩm thấp.

62

-Ứng dụng: trong xử lý nước thải công nghiệp chế biến lương thực thực phẩm, dầu

mỏ, sợi tổng hợp, giấy, da…

2. Phương pháp đông tụ- keo tụ

* Khái niệm: Phương pháp keo tụ trong xử lý nguồn nước nói chung, nước thải nói

riêng là quá trình đưa vào trong nước các tác nhân tạo bông có tác dụng phá keo hoặc

hấp phụ các hạt nhỏ lên bề mặt của nó hoặc dính các hạt nhỏ lơ lửng lại với nhau tạo nên

một tập hợp hạt có trọng lượng lớn hơn để chúng lắng đọng xuống tầng đáy. Thông qua

đó nước sẽ được làm sạch, trong hơn

- Quá trình đông tụ: quá trình trung hòa các hạt keo.

-Quá trình keo tụ: quá trình liên kết các hạt keo với nhau tạo thành hạt lớn hơn.

- Hai quá trình trên luôn luôn đi liền với nhau và dung hóa chất làm tác nhân đông

keo tụ.

* Các chất tác nhân thường được dùng phương pháp keo tụ:

+ Phèn - Al(SO4).nH2O (n = 13-18)

+ Sôđa kết hợp với phèn - Na2CO3 + Al(SO4)3.nH2O

+ Sắt sunfat - FeSO4.7HO2

+ Nước vôi - Ca(OH)2

+ Natrialuminat - Na2Al2O4

+ Clorua sắt (FeCl3) và Sunphat sắt (III)- Fe2(SO4)3

+ Chất hữu cơ polyacryamit - tạo bông theo cơ chế tích điện hút các hạt keo âm vào

nó và bắc cầu tạo các hạt lớn hơn do lực hấp phụ.

+ Dùng phèn loại bỏ photphat trong nước thải:

Phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O→ hòa tan tốt, rẻ, hiệu quả cao.

Phèn sắt Fe2(SO4)3.2H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3→khả năng keo tụ tốt ở nhiệt độ

thấp, dải pH rộng, kích thước keo lớn, có thể khử được mùi vị, tuy nhiên sinh màu do có

sắt.

Al(SO4)3.nH2O + PO43- AlPO42- + SO4 với pH tối ưu: 5,6 - 6,0

+ Dùng vôi để loại bicacbonat

Ca(OH)2 + Ca(HCO3) 2 CaCO3 + H2O

+ Tạo bông trong môi trường kiềm:

AlCl3 + 3Ca(OH)2 2Al(OH)3 + 3 CaCl2

Hay FeCl3 + 3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 + 3CaCl2

Các hydroxit sắt (III) hydroxit nhôm là các keo dương, các hạt bùn là keo âm nên

chúng sẽ hút dính vào nhau tạo thành các tập hợp hạt lớn hơn dễ lắng đọng làm sạch

nước.

Sử dụng các loại phèn để tạo bông và kết tủa như: Phèn chua

(Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O), đây là phương pháp cổ truyền được dùng từ lâu.

63

- Hay chất mới Polymer Aluminium Clorid (PAC) có c/t là: AlClx(OH)3,,với x=1-2

Đặc điểm không làm thay đổi độ pH của nước; giá thành không đắt lắm, cao hơn

phèn chua một chút.

Hay polyme của đơn phân tử Acrylamit (CH2=CH-CONH2)n loại này có 3 nhóm

điện tích dùng cho 3 môi trường axit, trung tính và bazơ. Nay được dùng rộng rãi nhất.

Cơ chế là trung hòa điện tích và khử hoạt tính bề mặt của các hạt lơ lửng trong nước

nên sự kết tụ xảy ra rất nhanh, sau vài phút.

Nhờ đặc trưng cơ bản của từng nhóm A, C, N nên khả năng chọn lọc cao, phạm vi sử

dụng rộng cho cả nước thải, cả nước cấp

- Đặc điểm: Không sảy ra hiện tượng ăn mòn thiết bị sử dụng; độ ổn định cao; sản

phẩm không biến dạng, phân hủy, dễ bảo quản, vận chuyển; Tỉ lệ sử dụng thấp chỉ 1-5

ppm; không độc cho người và sinh vật khác.

- Phối hợp phèn và keo tụ hiệu quả xử lý nước đạt rất cao và thời gian cũng chỉ cần

một vài phút. Chúng không những thay thế trong quá trình lắng, các chất tạo bông còn có

khả năng hấp phụ một số chất hòa tan, chất màu …

- Vùng ngập lụt sử dụng công nghệ này rất hiệu quả, tiện lợi vì có thể làm trong nước

chỉ sau 3 phút. Đối với xử lý nước thải công nghệ này sẽ đỡ tốn kém công xây bể và thời

gian chờ đợi.

-Chất ô nhiễm thường ở dưới dạng keo, để tách ra cần tăng kích thước và khối lượng

riêng của hạt bằng cách lien kết thành tập hợp hạt.

-Lắng trọng lực: trung hòa điện tích các hạt keo, sau đó liên kết các hạt keo trung hòa

lại với nhau.

- Để tăng hiệu quả keo tụ cho thêm chất trợ keo (chất hữu cơ tổng hợp, diosilic

xSiO2.H2O).

3. Phương pháp hấp phụ

-Là phương pháp giữ chất hòa tan trên bề mặt chất rắn.

-Chất hấp phụ là chất rắn (than hoạt tính, oxit Al, chất tổng hợp, tro, xỉ, mạt sắt, đất

sét…)

-Chất bị hấp phụ thường là các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học hoặc xử lý

cục bộ nằm trong pha lỏng.

-Hiệu suất quá trình phụ thuộc: nồng độ, bản chất, cấu trúc chất tan, nhiệt độ nước

thải, đặc tính chất hấp phụ.

-Tái sinh chất hấp phụ: khi nó đạt đến độ bão hòa.

-Ứng dụng: tách chất hữu cơ (phenol, Alkyl benzene,…), chất hoạt động bề mặt

(sunfonic axit…), thuốc nhuộm hữu cơ, các hóa chất thơm.

64

4. Phương pháp trao đổi ion

-Là quá trình ion nằm trên bề mặt của pha rắn sẽ trao đổi với các ion cùng điện tích

trong nước khi xảy ra quá trình tiếp xúc.

-Chất trao đổi ion: ionit, là các chất rắn, vô cơ hoặc là hữu cơ.

-Chất trao đổi ion là các hợp chất tự nhiên: Zeolit tự nhiên, khoáng, đất sét,

Na2OAlO3nSiO2.mH2O, [Ca5(PO4)]F, hidroxit apatit [Ca3(PO4)2]OH.

-Chất trao đổi ion tổng hợp: hidroxit kim loại (Al2O3, Ca2O3…), hữu cơ (R.SO3H,

R-COOH,…).

-Tái sinh: anionit bằng dung dịch kiềm, cationit bằng dung dịch axit.

-Ứng dụng: tách kim loại nặng như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Mn, Cd..và các á kim như

CN, AsO33+, PO43-, các chất phóng xạ…

Chất trao đổi ion tổng hợp:

- Hidorxit kim loại: Al2O3, Cr2O3, Zi.

- Hữu cơ: R.SO3, H, R-COOH, R(OH), R-PO3H.

R-SO3H + M+ R-SO3-Me + H+

Chất rắn Tan trong nước

Sau một thời gian các ionit sẽ bão hoà, cần được tái sinh, các catrionit bằng dung dịch

axit và các anont bằng dung dịch kiềm. Trao đổi ion làm sạch nước thải khỏi cacs kim

loại nặng như: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Mn, Cd, cũng như tách các ánh kim: CN, , , các

chất phóng xạ.

5. Phương pháp màng

Màng là một pha có vai tro ngăn cách giữa các pha khác nhau, mà có thể là một chất

rắn, keo trương nổi, chất lỏng. Các quá trình tách chất hợp tan trong nước bằng màng

gồm:

- Phương pháp thẩm thấu ngược (Reurve Osmosis)

- Phương pháp siêu lọc (Utia filtration)

- Thẩm tách, điện thẩm tách

6. Phương pháp thẩm thấu ngược

* Quá trình thẩm thấu

- Tách hạt có khối lượng phân tử thấp, P thẩm thấu cao

- Siêu lọc: Tách chất P thẩm thấu nhỏ, hạt có khối lượng phân tử cao > 500.

- (3): Tách Anon, cation nhỏ

7. Phương pháp pha loãng

- Là phương pháp pha loãng nồng độ chất gây ô nhiễm trong nước thải công nghiệp

hay sinh hoạt đến một nồng độ tới mức cho phép trước khi đưa ra môi trường

Đây là PP được dùng khá phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt là các nhà máy, khu công

nghiệp không có công nghệ xử lý nước thải, hoặc xử lý chưa triệt để như hiện nay.

65

Đặc điểm PP này cần có nguồn nước lớn vì tốn nước để hòa loãng nồng độ chất ô

nhiễm.

PP này không biến đổi được chất gây ô nhiễm mà chỉ làm loãng nồng độ của chúng

nên về lâu dài và trong phạm vi rộng thì đây cũng không phải là PP nên khuyến cáo nếu

như có thể áp dụng các PP xử lý triệt để hơn

Dựa vào nguyên lý cân bằng nồng độ và tiêu chuẩn cho phép để chúng ta xác định

lượng nước cần sử dụng để pha loãngCông thức xác định lượng nước: W = W0 (C1-C2)/(C2-C3)

4.2.4. Phương pháp hoá học

1. Phương pháp trung hoà

Đưa PH của nước thải về 6,5 8,5: khoảng pH thích hợp cho quá trình xử lý tiếp

hoặc trước khi thải Nguồn tiếp H

Gồm:

- Trộn nước thải có tính axit với nước thải có tính kiềm ((PH<5) – (PH>8)).

- Bổ sung các chất hoá học vào nước để điều chỉnh PH của nước thải axit: NaOH,

KOH, Na2CO3, NH3.H2O, Ca(OH)2, Dolomit (CaCO3.MgCO3)

- Nước thải kiềm: H2SO4, HCl, CO2

- Cho nước thải chảy qua vật liệu lọc có khả năng trung hòa nước axit, đưa quá đá

vôi, tro, xỉ, xi măng.

- Trung hoà bằng khí: Nước thải có tính kiềm: Sục HSO2, NOx, HCl

Nước thải có tính axit: Sục NH3.

2. Phương pháp oxi hoá khử

Dùng các chất có oxi hoá_khử chuyển chất trong nước thải Các chất ít độc hơn,

tách ra khỏi nước.

+ Oxy hoá bằng Cl:

Cl2 + H2O HOCl + HCl

HOCl H+ + OCl- (mang tính oxi hoá mạnh)

Cl2 + OH- + CN- CNO- + 2Cl- + H2O

CNO- + 4OH- + 3Cl CO2 + 6Cl- +N2 + 2H2O

+ Oxy hóa bằng H2O2

+ Oxy hoá bằng ozon (O3)

FeSO4 + H2SO4 + O3 Fe2(SO4)3 + H2O + O2

MnSO4 + O3 +H2O H2MnO3 + O2 + H2SO4

+ Khử bằng NaHSO3, FeSO4

4H2CrO4 + 6NaHSO4 + 3H2SO4 2Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 10H2O

66

6FeSO4 + 3CrO3 + 6H2O + 6H2O 3Fe2(SO4)3 +Cr2(SO4)3 + 6H2O

* Công nghệ xử lý sắt trong nước ngầm bằng phương pháp oxy hóa:

Nguyên lý: Bản chất của phương pháp là sự ôxi hoá sắt (II) và tách chúng ra khỏi

nước dưới dạng sắt (III) hyđrôxit. Trong nước ngầm, sắt (II) hydrocacbonat là muối

không bền vững và dễ bị thuỷ phân.

Nếu trong nước có oxy hoà tan, sắt (II) hydroxit chuyển thành sắt (III) hydroxit

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3

Sắt (III) hydroxit kết tủa thành các bông cặn màu vàng và dễ dàng tách ra khỏi nước.

Sơ đồ: Bơm nước giếng vào hệ thống ống nhựa có đục lỗ để tạo thành tia nước

giống như các giọt mưa. Khi chia nước nhỏ ra thành các dòng như mưa sẽ tạo điều kiện

tiếp xúc nhiều với oxy làm cho sắt hoà tan biến thành cặn sắt lắng xuống. Nước rơi

xuống được đưa vào bể, lu, để lắng qua ngày sẽ tách được phần lớn sắt

1 - Nia trải nilon có dùi lỗ 5 - Lớp sỏi2 - Khoảng cách giữa các nia (20cm) 6 - Lớp đá hoặc gạch vỡ3 - Nia đá dày 20cm 7 - Ngăn đựng nước sạch

Hệ thống khử sắt bằng đá vôi

Fe(HCO3)2 + 2H2O ↔ Fe(OH)2 +2H2CO3

H2O + CO2 ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3-

4.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học4.3.1. Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc – cánh đồng tưới

4.3.1.1. Cánh đồng lọc

Bãi lọc là một khu đất tương đối rộng được chia làm nhiều ô trống để xử lý nước

thải có hàm lượng chất ô nhiễm không quá cao (BOD5 < 300 mg/l), hàm lượng cặn lơ

lửng có thể lớn. Nước thải từ các bể lắng được dẫn vào các ô trống, và thấm qua lớp đất

mặt nhờ quá trình lọc cơ học, cặn sẽ được giữ lại. Khu hệ sinh vật ở lớp đất mặt chủ yếu

là các vi khuẩn hô hấp hiếu và hô hấp tuỳ tiện cùng với xạ khuẩn có trong đất sẽ ôxy hoá

các chất ô nhiễm nhờ lượng ôxy hoá có trong mao quản đất. ở lớp đất sâu, lượng ôxy

67

trong đất giảm dần, tốc độ ôxy hoá cũng giảm rõ rệt, đến một độ sâu nhất định điều kiện

yếm khí tồn tại sẽ diễn ra quá trình khử nitrat.

Tuỳ theo tính chất thổ nhưỡng mà quá trình xử lý nước thải ở lớp đất mặt có thể

đạt tới độ sâu khác nhau, thông thường từ 0,3 ® 1,5m.

Khi thiết kế cánh đồng lọc cần chú ý:

- Nên chọn ở nơi đất cát hoặc đất pha cát, có diện tích rộng,hiệu quả canh tác thấp.

- Địa điểm xây dựng bãi lọc phải có độ dốc tự nhiên, phải cách xa khu dân cư và ở cuối

hướng gió. Tuỳ theo công suất của bãi lọc mà khoảng cách an toàn với khu dân cư từ 200

® 1000 m.

- Nên xây dựng ở nơi cách xa với khu vực có nước ngầm, nhằm tránh ô nhiễm nguồn

nước ngầm.

Diện tích hữu dụng của bãi lọc được xác định theo công thức sau

Trong đó: Q : Lưu lượng nước thải trung bình, m3 / ngày đêm. q0 : Năng lực lọc, m3 / ha. ngày.

- Năng lực lọc phụ thuộc vào tính chất thổ nhưỡng và lượng mưa.

Với lượng mưa trung bình : 300 500 mm / năm, năng lực lọc của:

+ Đất cát 45 90 m3 / ha.ngày.

+ Pha cát 40 80 m3 / ha.ngày.

+ Pha sét 35 70 m3 / ha.ngày.

Giữa các ô lọc được bố trí 5 10 % diện tích mương tưới tiêu.

Đường đi lại giữa các ô lọc chiếm khoảng 5 10 % diện tích.

68

4.3.1.2. Cánh đồng tưới

Theo chế độ tưới nước mà người ta phân biệt: Cánh đồng tưới thu nhận nước thải quanh năm hoặc theo mùa.

Ngoài những yếu tố phải đáp ứng của cánh đồng lọc, thì khi thiết kế cánh đồng tưới cần phải quan tâm tới các yêu cầu sau:

- Lưu lượng nước thải có thể xử lý trên 1 ha phụ thuộc: + Tiêu chuẩn tưới cho mỗi loại cây trồng trong một vụ. + Tiêu chuẩn tưới 1 lần.

- Năng lực lọc được xác định theo công thức sau đây:

Trong đó: q0 : Tiêu chuẩn tưới, m3 / ha. Ngày đêm ]. T :Thời gian giữa các lần tưới, h . :Hệ số thấm thoát do thấm ướt, bay hơi, = 0,3 ®0,5.

t :Thời gian tiêu nước từ các ô,h (t = 0,4 ® 0,5) .

Trong quá trình hoạt động, vấn đề vệ sinh môi trường là yếu tố quan trọng cần

thường xuyên được giám sát một cách chặt chẽ.

Trên cánh đồng tưới cần quy hoạch một diện tích chứa nước phù hợp chiếm

khoảng 20% đến 25%. Vào vụ thu hoạch, gieo hạt hoặc về mùa mưa nước thải sẽ được

dự trữ trong các hồ điều hòa kết hợp với nuôi trồng thủy sản.

Với nước thải sinh hoạt hoặc nước thải công nghiệp có hàm lượng cặn lơ lửng

cao, cần được xử lý sơ bộ qua song chắn rác và một bể điều hoà kết hợp lắng sơ cấp.

Với công trình xử lý trên thì BOD5 có thể đạt tới 15 mg/ l.

4.3.1.3.Xử lý nước thải bằng đất ngập nước:

Nguyên lý của xử lý bằng đất ngập nước là sử dụng khu hệ vi sinh vật trong đất,

trong nước và một số thực vật hạ đẳng như: Thủy trúc (Papyras), cây bông nước

(Hyaznitheu), Bèo lục bình (Eichohomia), Bèo cái (Pistia), Bèo tấm (Lemna) và cây ngô

(Primoose

4.3.2. Xử lý nước thải nhờ hoạt động của vi sinh vật sống trong nước

Là phương pháp xử lý nước thải nhờ hoạt động của vi sinh vật sống trong nước

Nguyên lý chung là dựa vào hoạt động sống của vsv, qua đó chúng phân hủy sử dụng các

hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và sinh năng lượng để

duy trì hoạt động sống của chúng. Từ đó chúng làm sạch môi trường nước.

Đây là phương pháp xử lý các chất thải trong nước thông qua quá trình dinh dưỡng

của vi sinh vật. Trong quá trình dinh dưỡng các vi sinh vật sẽ hấp phụ các chất từ đó làm

sạch môi trường nước.

Quá trình trên được diễn ra qua 2 giai đoạn:

69

.q0 .T

tQ =

+ Giai đoạn 1: Giai đoạn hấp phụ các chất phân tán nhỏ, keo và hòa tan (dạng vô cơ

và hữu cơ) lên bề mặt tế bào vi sinh vật.

+ Giai đoạn 2: Vi sinh vật phân huỷ các chất sau khi đã hấp phụ qua màng vào trong

tế bào (đây là các phản ứng hoá sinh học).

Có ba nhóm phương pháp xử lý nước thải theo cơ chế sinh hoá học: là hiếu khí, thiếu

khí và yếm khí.

Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ nhờ VSV còn được gọi là quá trình oxy hóa

sinh hóa.

Để có thể xử lý được bằng PP này, nước thải không được chứa chất độc, tạp chất,

muối kim loại nặng, hoặc nồng độ của chúng không được vượt quá nồng độ cực đại cho

phép và tỉ số BOD/COD ≥0,5

- Sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ những chất hữu cơ. Trong quá trình

vi sinh vật nhận chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào sinh trưởng và sinh sản nên sinh

khối của chúng sẽ phát triển.

- Nước thải khi xử lý bằng phương pháp sinh học được đặc trưng bằng BOD, COD.

- Yêu cầu của nước thải khi xử lý bằng sinh học không chứa độc chất với vi sinh vật,

không chứa các muối kim loại hoặc kim loại nặng. Chỉ số COD, BOD >5

- Có thể phân loại phương pháp xử lý sinh học theo 2 cách chính:

+ Phương pháp hiếu khí:

Là phương pháp sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí để phân huỷ các chất hữu cơ. Cần

bổ sung O2 liên tục và nhiệt độ xử lý từ20 - 40 0C; pH = 6,5 – 8,5, có chất dinh dưỡng

để nuôi vi sinh vật.

+ Phương pháp yếm khí: Phương pháp sử dụng vi sinh vật yếm khí là vi sinh vật

không lấy oxy trong không khí mà lấy oxy trong hợp chất hoá học khác.

Trong nước thải, phương pháp hiếu khí tác dụng hơn.

4.3.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí trong điều kiện nhân tạo

* Cơ sở lý thuyết:

Xử lý sinh học hiếu khí thực chất là thực hiện các quá trình ôxy hóa các chất hữu cơ

và vô cơ có thể oxy hóa sinh học được nhờ vi sinh vật.

a/. Cơ chế phân giải hiếu khí.

Dưới tác dụng của các vi sinh vật hô hấp hiếu khí, các chất ô nhiễm được ôxy hóa

hoàn toàn. Các quá trình ôxy hóa bao gồm:

- Ôxy hóa các hợp chất hữu cơ không chứa Nitơ (gluxit, pectin...)

CxHyOz + (x + ). O2 ® xCO2 + H2O

- Ôxy hóa các hợp chất hữu cơ có chứa Nitơ (protein, axit amin...)

70

CxHyOz + (x + ). O2 ® xCO2 + (y - 3)/ 2H2O + NH3

- Quá trình oxy hóa kèm theo sự tạo thành sinh khối vi sinh vật (bùn hoạt tính)

CxHyOz + nNH3+ n (x + - 5). O2 ® C5H7NO2 + n (x-5) CO2 + n (y - 4)/ 2 H2O.

- Quá trình tự hủy của BùnTrong quá trình làm sạch nước, bùn hoạt tính cũng thường xuyên đổi mới do thời

gian thế hệ của vi khuẩn biến động từ 20 60 phút.

Cơ chế tự hủy cũng là một quá trình khử amin bằng ôxy hóa.C5H7NO2 + 5O2 ® 5CO2 + NH3 + 2H2O + E

NH+4 ® NO3

-

Ngoài ra còn xảy ra các quá trình nitrat và phản nitrat hóa (ở những vùng thiếu oxy),

quá trình sunfat hóa, photphoril hóa.

Cơ chế tóm tắt của phương pháp xử lý hiếu khí: Vi sinh vật hiếu khí dùng oxy tan

trong nước để xy hoá các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ ra khỏi nguồn nước. Vi sinh vậtChất hữu cơ + O2 ------------> H2O + CO2 + NH3

Vi sinh vậtNH4 + O2 --------------> NO3 + H+ + H2O + Q

Gồm bể thông khí sinh học, lọc khí sinh học, bể lọc sinh học, hồ sinh học.

b/. Tác nhân sinh học.

Vi sinh vật có khả năng phân hủy hầu hết các hợp chất hữu cơ có trong tự nhiên

và cả một số chất tổng hợp hữu cơ. Chúng sử dụng các chất hữu cơ và một số nguyên tố

khoáng làm nguồn dinh dưỡng để phát triển, sinh trưởng.

Các vi sinh vật tham gia vào quá trình làm sạch nước thải trong hệ thống xử lý

hiếu khí rất đa dạng và phong phú, chủ yếu là vi khuẩn và nguyên sinh vật.

Bùn hoạt tính với sự hiện diện của trên 20 chủng vi khuẩn khác nhau, trong đó có

một số chủng chiếm đa số: ví dụ như: Aerobacter, Bacillus, Pseudomonas, (hô hấp hiếu

khí) Cellulomonas biazotea, Rhodopseudomonas, Nitrobadet (hô hấp tùy tiện) và một số

vi khuẩn dạng sợi (Thiothrix, Microthrix).

71

Một đồ thị điển hình về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý

* Các yếu tố ảnh hưởng:

a/. pH và nhiệt độ:

Giá trị pH có ảnh hưởng rất lớn đến hoạch lực enzim trong tế bào và quá trình hấp

thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào, hệ thống xử lý sinh học hiếm khí có thể hoạt động

được trong dải pH khá rộng từ 5 9. Tuy nhiên pH tối ưu cho quá trình trong khoảng

6,5 8,5.

Nhiệt độ có vai trò quan trọng trong xử lý sinh học vì nhiệt độ quyết định vận tốc

của phản ứng oxy hóa, các quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Với đa số

vi sinh vật, nhiệt độ trong các hệ thống xử lý có thể biến động từ 16 37oC, nhiệt độ tối

ưu: 25 30oC. Dưới đây là biểu thức thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản

ứng oxy hóa khí sinh học.

RT = R20. QT-20

Với : RT, R20: Tốc độ phản ứng ở nhiệt độ xử lý và ở 20oC

Q: Hệ số nhiệt độ (Q = 1,0 1,04).

T : Nhiệt độ xử lý oC

b/. Thành phần và nguồn dinh dưỡng.

Để duy trì sự phát triển của vi sinh vật, đảm bảo quá trình làm sạch nước thải cần

đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật. Các nguyên tố ảnh hưởng quyết định tới

quá trình ôxy hóa là C, N và P. Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc nhiều vào bản chất các chất

ô nhiễm có trong nước thải. Thực nghiệm cho thấy tỷ lệ C: N : P tối ưu là 100: 5 : 1.

Thông thường trong nước có các nguyên tố khoáng và vi lượng. Do đặc trưng công nghệ,

một số loại nước thải công nghiệp nghèo N và P. Sự thiếu hụt này sẽ kìm hãm sự phát

triển của một số vi sinh vật trong quá trình ôxy hóa.

Thiếu N và P trong thời gian dài là một trong các nguyên nhân làm thay đổi tương

tác giữa các nhóm vi khuẩn trong bùn hoạt tính. Các vi khuẩn dạng sợi phát triển mạnh

làm cho bùn xốp. Hiện tượng này gọi là sự phồng lên của bùn, khi đó bùn sẽ khó lắng,

72

làm tăng chỉ số thể tích lắng gây khó khăn cho quá trình tách bùn ở bể lắng thứ cấp.

c/. Các chất độc:

Các chất độc vô cơ, hữu cơ, nhất là các ion kim loại nặng, các ion halogen có khả

năng ức chế thậm chí vô hoạt hệ enzim oxy hóa khử ở vi sinh vật. Vì vậy cần phải kiểm

tra và đảm bảo hàm lượng của chúng không được vượt quá nồng độ giới hạn cho phép.

Dưới đây là nồng độ cho phép của một số tác nhân trong xử lý hiếu khí.

Các kim loại nặng 2mg/l.

Phenol và hợp chất chứa phenol < 140 mg/l

Các muối xyanua < 60mg/l.

d/. Độ oxy hoà tan.

Để thực hiện quá trình ôxy hóa, vi sinh vật cần O2 dưới dạng oxy hoà tan. Trong

các hệ thống xử lý hiếm khí, oxy được cung cấp liên tục nhằm đáp ứng nhu cầu oxy cho

quá trình oxy hóa.

Thiếu ôxy hòa tan cũng là một trong những nguyên nhân làm phồng bùn do vi

khuẩn dạng sợi phát triển. Việc cung cấp O2 còn có tác dụng tạo ra độ đồng nhất trong

thiết bị, làm rã các khối bùn có kích thước lớn, giảm các điểm chết - trong thiết bị, nâng

cao hiệu quả làm sạch và rút ngắn thời gian lưu của nước trong hệ thống xử lý.

Hiệu suất sử dụng O2 trong thiết bị xử lý phụ thuộc không chỉ vào phương thức cấp

khí, công suất thiết bị, áp lực nén... mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ, tính chất nước thải, tỷ số

F/M [với F: nguồn dinh dưỡng (Food) và M: lượng sinh khối (Microorganismes)], tốc độ

sinh trưởng, đặc trưng hình thái và sinh lý vi sinh vật. Để đảm bảo tốc độ oxy hóa thì độ oxy

hòa tan cần đạt ít nhất 4mg/l.

e/. Tỷ lệ F/M (Food/Microorganism): - Nếu F/M >1, tức là dư thừa dinh

dưỡng nên vi khuẩn sinh trưởng nhanh, khó tự hủy và thời gian tạo nha bào giảm

dẫn đến khả năng tạo bông kém, nước đục và bùn khó lắng.

- Nếu F/M <<1, tức là thiếu dinh dưỡng, khi đó các vi khuẩn dạng sợi phát triển

làm xốp bùn dẫn đến khả năng lắng bùn kém.

* Các phương pháp xử lý hiếu khí trong điều kiện nhân tạo:

- Aeroten

- Biophin

- Oxyten

- Mương tuần hoàn ….

- Hồ hiếu khí có sục khí

4.3.2.2. Phương pháp xử lý hiếu khí sử dụng bể thông khí sinh học (bể aeroten)

* Sơ đồ cấu tạo: Bể Aeroten là công trình làm bằng bê tông, bê tông cốt thép với

mặt bằng thông dụng là hình chữ nhật. Hỗn hợp bùn với nước thải cho chảy qua suốt

chiều dài của bể. Bùn hoạt tính là loại bùn xếp chứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxy

73

hóa và khoáng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải. Bùn thường có màu vàng nâu, kích

thước bông bùn lắng tốt thường từ 50 200 mm.

Thông thường hệ thống Aeroten bao gồm: song chắn rác, bể điều hòa và lắng

sơ cấp, bể Aeroten, bể lắng thứ cấp, bơm tuần hoàn bùn và bể xử lý bùn.

1. Song chắn rác 5. Bơm bùn. 2. Bể điều hoà và lắng sơ cấp. 6. Bể xử lý bùn.3. Bể Aeroten. 7. Cửa thoát nước sau xử lý. 4. Bể lắng thứ cấp. * Nguyên lý hoạt động:

Trong bể aeroten, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền phù. Nước thải chứa

chất hữu cơ các bùn lơ lửng chứa vi sinh vật.Quá trình phân huỷ biểu khí được xảy ra với

đảm bảo đủ oxy bão hoà và bùn được gọi là bùn hoạt tính phải ở trạng thái lơ lửng.

Phương trình tổng quát:

CxHyOzNt + [x+(y/4)-(z/2) - (3t/4)]O2 => xCO2 + (y-3t)/2 H2O + tNH3 + E

CxHyOzNt + tNH3 + [x+(y/4) - (z/2)-(43t/4)]O2 => 2tC5H7NO2 + (x-10t)CO2 + (y-11t)/2 H2O + E

Trong bùn hoạt tính:

CxHyO2 + NH3 + O2 C5H7NO2 + CO2

bùn hoạt tính

Trong điều kiện thiếu oxy, sẽ sảy ra quá trình khử nitrit. Oxy được giải phóng từ nitrit

sẽ oxy hoá chất hữu cơ và nitơ sẽ được tạo thành.. Theo phương pháp này nitơ sẽ được

loại ra khỏi nước thải. Vi sinh vật

NO3 -----------> NO2 + O2 Vi sinh vật

Chất hữu cơ + O2 ------------> N2 + CO2 + H2OQuá trình tự oxy hóa ở VSV:

74

6

7

Nước

Thải

Tuần hoàn bùn

KK

11 2 3 4

5

v v v v v v

Sơ đồ hệ thống Aeroten truyền thống.

C5H7NO2 + O2 5CO2 + NH3 + 2H2O + E

VSV tự dưỡng hóa năng vô cơ:

NH3 + CO2 + O2 TB vsv + NO2-

NO2- + CO2 + O2 TB vsv + NO3

-

Nước thải cần xử lý được do chảy qua song chắn rác (1) nhằm loại bỏ các tạp chất

lớn và rác trước khi cho chảy vào bể điều hòa và lắng sơ cấp (2). Bể điều hòa và lắng sơ

cấp có chức năng tách cặn lắng trong nước thải sao cho hàm lượng cặn lơ lửng của nước

thải vào bể Aeroten (3) phải 80mg/l đồng thời điều hòa lưu lượng, pH, chất dinh

dưỡng của nước thải trước khi vào bể Aroten. Sau đó nước thải được chuyểnvào bể

Aroten (3), ở đây các chất ô nhiễm được oxy hóa bởi bùn hoạt tính. Không khí được cấp

liên tục vào bể Aroten thông qua hệ thống phối dưới đáy bể Aeroten.

Nước thải đã được xử lý trong bể Aroten có lẫn bùn hoạt tính chảy vào bể lắng

thứ cấp (4). Tại đây nước thải sau khi xử lý được tách bùn thoát ra ở phần trên của bể

lắng (của thoát nước 7) và chảy ra ao, hồ. Bùn lắng ở đáy bể lắng thứ cấp (4) được bơm

bùn (5) dẫn vào bể xử lý bùn (6) hoặc thiết bị tách bùn, còn một phần được tuần hoàn trở

lại bể Aeroten.

*Các thông số quan trọng trong bể Aeroten: Thời gian lưu của nước thải (n , h)

Thời gian lưu của nước thải là đại lượng biểu thị thời gian được cấp khí trong hệ thống Aeroten.Thời gian lưu của nước thải được tính theo công thức dưới đây:

n =

Với: Sv, Sr : là hàm lượng BOD5 của nước thải và sau xử lý, mg/lX: Hàm lượng sinh khối trong bể Aeroten, mg/l, g/m3.k: Hệ số oxy hóa của bùn hoạt hóa [g/kg sinh khối, hZo: Tỷ lệ bùn không hoạt động, Zo= 0,1 0,3.

Chỉ số thể tích lắng của bùn: SVI, ml/g

Chỉ số thể tích lắng của bùn là đại lượng biểu thị thể tích lắng của 1g bùn hoạt tính khô.

SVI = . 1000, ml/g.

Với: X: là lượng bùn trong bể Aeroten, mg/l.VL: dung tích lắng của bùn tươi sau 30 phút.

SVI tối ưu từ 80 150ml/g.

Dung tích hoạt động của bể Aeroten: VA, m3

VA được tính theo công thức sau: VA =

Với Q: Tổng lượng nước thải trong 1 ngày đêm m3/ ngày.n: Thời gian lưu của nước trong bể Aeroten, h.

75

Tuổi của bùn: (B), ngày

Tuổi của bùn là đại lượng biểu thị thời gian lưu của bùn trong hệ thống Aeroten.

Tổng lượng bùn hoạt tính trong hệ thống AerotenB = _________________________________________________________________

lượng bùn hoạt tính thải ra hàng ngày

B =

Với: VT: Thể tích bùn thải hàng ngày, m3 /ngày.VA: Thể tích hoạt động của bể Aeroten, m3

VL: Thể tích bùn lắng, m3.XA: Hàm lượng bùn trong bể aeroten, mg/l hay kg/m3.XL: Hàm lượng sinh khối trong bùn lắng. mg/l hay kg/m3.XT: Hàm lượng sinh khối trong bùn thải, mg/l hay kg/m3.

Đối với Aeroten thông thường thấp thì B từ 4 16 ngày; Aeroten cao tải B từ 0,8 4 ngày.

Tải trọng riêng: TR

Tải trọng riêng là đại lượng biểu thị khả năng oxy hóa (BOD hoặc COD) của một đơn vị sinh khối trong thời gian 1 ngày.

TR: được xác định theo biểu thức sau:

TR = .Df.24

Với: SV, SR: lần lượt là hàm lượng BOD5 trước và sau khi xử lý, mg/l.X: hàm lượng sinh khối, mg/l.VA: dung tích hoạt động của bể Aeroten, m3

Df: Vận tốc dòng vào, m3/h.

* Phân loại bể Aeroten:

1. Phân loại theo nguyên lý làm việc:

- Bể Aeroten thông thường. Loại này có thể phân biệt thành:

+ Bể Aeroten xử lý sinh hoá không hoàn toàn. BOD20 của nước thải đã xử lý đạt 60 -

80mg/l, tương ứng với thời gian làm thoáng vào khoảng 2 giờ. Trong bể này chỉ oxy hoá

những chất hữu cơ dễ oxy hoá, một phần chất không hoà tan và keo cũng được hấp thụ.

Loại này cần có ngăn phục hồi bùn hoạt tính.

+ Bể Aeroten xử lý sinh hoá hoàn toàn. BOD20 của nước thải đã được xử lý đạt 15 -

20 mg/l, thời gian làm thoáng từ 4-8h và không quá 12h.

Bể Aeroten sức chứa cao. Để xử lý nước thải có nồng độ nhiễm bẩn cao BOD 20

> 500 mg/l. Tải trọng trên bùn (sức chứa) vào khoảng 400 - 1000mg/gr bùn khô không

tro tính trong ngày đêm.

76

Bể Aeroten loại này thường áp dụng để xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm

(sữa, thịt...).

2. Phân loại theo sơ đồ công nghệ:

Theo cách phân biệt này có Aeroten một bậc và Aeroten hai bậc. Loại

Aeroten hai bậc thường áp dụng để xử lý nước thải có nồng độ cao.

3. Phân loại theo cấu trúc dòng chảy:

Người ta phân biệt ba loại, căn cứ vào phương pháp đưa nước và bùn hoạt tính

vào và ra khỏi bể: Bể Aeroten - đẩy, bể Aeroten - trộn và bể Aeroten kiểu hỗn hợp

4. Phân biệt theo phương pháp làm thoáng

Phân biệt theo phương pháp làm thoáng có loại: Aeroten làm thoáng bằng bơm

khí nén, Aeroten làm thoáng bằng máy khuấy cơ học, Aeroten làm thoáng kết hợp. Ngoài

ra, cũng cần kể đến loại Aeroten làm thoáng áp lực thấp, tức là không dùng bơm khí

nén mà dùng quạt gió.

4.3.2.3. Phương pháp hiếu khí sử dụng bể lọc sinh học

- Bể Biophin là một thiết bị xử lý sinh học nước thải trong điều kiện nhân tạo nhờ các vi sinh vật hiếu khí.

Bể lọc sinh học (Biophin) là thiết bị trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên

lớp màng bám vào một vật liệu lọc. Nước thải được tưới từ trên xuống qua vật liệu lọc,

tiếp xúc với vi sinh vật xảy ra quá trình phân huỷ hiếu khí. Lớp vật liệu lọc rất mỏng

song cũng có thể xảy ra song song 2 quá trình ở sát bề mặt là quá trình phân huỷ yếm khí

và ở lớp ngoài có phân huỷ hiếu khí có O2.

Bể Biophin là một thiết bị xử lý sinh học nước thải trong điều kiện nhân tạo nhờ

các vi sinh vật hiếu khí.

Sản phẩm cuối

Không khí

Nước thảiVùng

hiếu khíChất hữu cơ

O2

Màng sinh học

Màng chất lỏng

CO2

Vật liệu đệm

Vùng Yếm khí

77

Quá trình xử lý diễn ra khi cho nước thải tưới lên bề mặt của bể và thấm qua lớp

vật liệu lọc. ở bề mặt của hạt vật liệu lọc và ở các khe hở giữa chúng các cặn bẩn được

giữ lại và tạo thành màng - gọi là màng vi sinh. Lượng oxy cần thiết để ôxy hoá các chất

bẩn hữu cơ thâm nhập vào bể cùng với nước thải khi ta tưới, hoặc qua khe hở thành

bể, hoặc qua hệ thống tiêu nước từ đáy đi lên. Vi sinh hấp thụ chất hữu cơ và nhờ có oxy

mà quá trình oxy hoá được thực hiện.

Những màng vi sinh đã chết sẽ cùng với nước thải đi ra khỏi bể và được giữ lại bể

lắng đợt II.

1. Bể lọc2. Lớp vật liệu lọc3. Giá đỡ vật liệu lọc

4. Bộ phận phân phối nước thải5. Bể lắng6. Bơm nước thải7. Bơm khí

Có thể phân biệt bể Biophin theo một số tiêu chí như sau:

1- Theo mức độ xử lý: Biophin xử lý hoàn toàn và không hoàn toàn. Biophin

cao tải có thể xử lý hoàn toàn hoặc không hoàn toàn, còn Biophin nhỏ giọt dùng để xử

lý hoàn toàn.

2- Theo biện pháp làm thoáng, Biophin làm thoáng tự nhiên và Biophin làm thoáng

nhân tạo. Trong trường hợp làm thoáng nhân tạo thì bể Biophin thường gọi là

Aerophin.

3- Theo chế độ làm việc: Biophin làm việc liên tục và Biophin làm việc gián đoạn có

tuần hoàn và không tuần hoàn. Nếu nồng độ nhiễm bẩn của nước thải lên bể Biophin

không cao lắm và với khối lượng đủ để có thể tự làm sạch thì việc tuần hoàn là không

78

Bể xử lý bùn

Nước sau xử lý

4

1

2

3

6

5

Kk

Nước thải

7

Bể lọc sinh học

cần thiết. Trong trường hợp ngược lại thì tuỳ theo nồng độ của nước thải mà nên

hoặc bắt buộc phải tuần hoàn.

4- Theo sơ đồ công nghệ: Bể Biophin một hay hai bậc.

Bể Biophin hai bậc thường được áp dụng khi điều kiện khí hậu không thuận lợi,

khi không có điều kiện tăng chiều cao công tác của bể và khi cần nâng cao hiệu suất xử

lý.

5- Theo khả năng chuyển tải: Biophin cao tải và Biophin nhỏ giọt (Biophin thông

thường)

6- Theo đặc điểm cấu tạo của vật liệu lọc: Biophin chất liệu khối và Biophin chất liệu

bản.

Biophin chất liệu khối có thể phân biệt như sau:

- Biophin nhỏ giọt có kích thước vật liệu lọc 40 - 60mm, và chiều cao công tác 2 -

4m.

- Biophin cao tải có kích thước vật liệu lọc 60 - 80mm và chiều cao công tác 2 - 4m.

- Biophin có chiều cao lớn (tháp lọc) có kích thước vật liệu lọc 60 - 80mm, chiều cao

công tác 8 - 16m.

Biophin chất liệu bản có thể phân biệt:

- Biophin với chất liệu lọc dạng rắn: vòng ống hay những cấu tạo khác. Vật liệu có

thể là sành, chất dẻo hay kim loại. Tuỳ thuộc vào loại vật liệu mà khối lượng lấy trong

khoảng 100 - 600 kg/m3, độ rỗng 70 - 90%, chiều cao làm việc 1 - 6m.

- Biophin với vật liệu rắn ở dạng đan lưới hay khối đặc được ghép từ các tấm hay

các bản phẳng. Các khối đặc có thể làm bằng chất dẻo và cũng có thể là fibroximang.

Khối lượng chất dẻo từ 40 - 100kg/m3, độ rỗng 90 - 97%, chiều cao 2 - 16m. Khối lượng

fibroximang 200 - 250kg/m3, độ rỗng 80 - 90%, chiều cao làm việc 2 - 6m.

- Biophin vật liệu mềm và rulô (cuộn) làm từ lưới thép, màng chất dẻo hay vải tổng

hợp được cố định trên khung hay dưới dạng cuộn. Khối lượng 5 -60kg/m3, độ

rỗng 94-99%, chiều cao cấp phối 3-8m.

Đối với Biophin chất liệu bản cũng cần kể đến loại đĩa quay sinh học - là bể chứa đầy

nước có đáy hình lõm. Dọc theo bờ ở chỗ cao hơn mực nước một ít có đặt trục gắn các

đĩa bằng chất dẻo, xi măng amiăng hay kim loại với đường kính 0,6-0,3m. Khoảng cách

giữa các đĩa 10-20mm, tốc độ quay của trục đĩa 1-40 v/ph.

Biophin chất liệu mềm và rulô thường chỉ sử dụng khi lưu lượng nước thải đến

10.000 m3/ng.đêm, còn Biophin chất liệu rắn ở dạng khối q < 50.000m3/ng.đêm,

đĩa quay sinh học q < 500 m3/ng.đêm.

4.3.2.3. Bể Ôxyten

79

Ôxyten là công trình hiệu quả cao, dùng để xử lý nước thải bằng phương pháp

sinh học tăng cường với việc sử dụng ôxy kỹ thuật và bùn hoạt tính đậm đặc.

Ôxyten là dạng bể chứa có mặt bằng hình tròn. Bên trong làm tường (hình trụ)

phân chia vùng làm thoáng và vùng lắng. Tại khoảng giữa tường phân chia có cửa sổ để

nước bùn từ vùng làm thoáng tràn vào vùng lắng. Trong khoảng dưới tầng phân

chia làm cửa sổ để bùn hoạt tính tuần hoàn từ vùng lắng sang vùng làm thoáng.

Vùng làm thoáng có nắp đậy kín, ở phía trên đặt động cơ điện của thiết bị làm

thoáng tuốc bin và ống dẫn cấp ôxy kỹ thuật.

Vùng lắng có thiết bị khuấy trộn bằng các song chắn đặt đứng đất =

30...50mm, khoảng cách giữa chúng là 300mm.

Phần dưới của song chắn treo cái não bình cầu. Phần lắng làm việc với lớp bùn lơ

lửng có ống tháo để điều chỉnh mức độ bùn.

Nguyên lý làm việc của ôxyten như sau: Nước thải dẫn theo ống trung tâm vào

vùng làm thoáng. Dưới tác động của áp lực động do tuốc bin gây nên mà hỗn hợp nước

thải và bùn hoạt tính bão hoà ôxy trào qua cửa sổ lưng chừng vào vùng lắng. Do các

song chắn hướng dòng mà hỗn hợp nước bùn chuyển dịch dần theo cho vi của vùng lắng,

và ở đây bùn được tách ra khỏi

4.3.2.4. Mương ôxy hoá tuần hoàn (MOT)

Trong những năm gần đây MOT được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải với

quy mô nhỏ. MOT là loại công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hoàn

toàn. Thời gian làm thoáng kéo dài từ 1-3 ngày. Có thể dùng để xử lý nước thải với nồng

độ BOD20 = 1000 - 5000 mg/l và đối với nước thải sinh hoạt thì không cần qua lắng mà

chỉ cần cho qua song chắn rác với khe hở mắt lưới 8mm. Sức chứa tính theo bùn

hoạt tính vào khoảng 200gr BOD5/(kg.ng.đêm). Một phần bùn hoạt tính được khoáng

hoá ngay trong mương. Khi tải trọng bùn khoảng 50gr BOD5/(kg.ng.đêm) thì thực tế

bùn hoạt tính được khoáng hoá hoàn toàn. Do đó số lượng bùn hoạt tính giảm khoảng 2,8

lần, tức là còn khoảng 30gr chất khô tính cho một người trong ngày. MOT có hình dạng

chữ nhật hoặc hình tròn, đáy và bờ thường được gia cố, chiều sâu công tác từ 0,7m đến

1m, tốc độ chuyển động của nước ở trong mương không nhỏ hơn 0,3m/s, thể tích công

tác khoảng 0,3m3/người, làm thoáng bằng cơ học (máy khuấy trục nằm ngang).

80

Bể Oxyten

4.3.2.5. Phương pháp hiếu khí sử dụng hồ sinh học

Hồ sinh học là hồ chứa không lớn lắm, được sử dụng kết hợp xử lý nước thải bằng

phương pháp sinh học. Thực chất của quá trình xử lý nước thải bằng hồ sinh học là sử

dụng khu hệ vi sinh vật ( Vi khuẩn,tảo… ) tự nhiên có trong nước mặt để làm sạch nước.

So với những công trình sinh học trong xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên thì hồ

sinh học được áp dụng khá rộng rãi hơn cả vì ngoài chức năng xử lý nước thải, chúng

còn mang lại những lợi ích khác như:

+ Nuôi trồng thuỷ sản.

+ Dự trữ nguồn nước để tưới tiêu cho cây trồng.

+ Điều hoà vi khí hậu trong vùng.

Xử lý nước thải bằng hồ sinh không đòi hỏi nhiều vốn đầu tư do bảo trì vận hành

đơn giản. Có thể kết hợp xử lý nước thải với nuôi trồng thuỷ sản và điều hoà lưu lượng

81

nước mưa.

Theo nguyên tắc họat động của hồ có thể phân biệt ba loại hồ sau: 1. Hồ hiếu khí. 2. Hồ yếm khí. 3. Hồ tuỳ tiện ( Hồ yếm – Hiếu khí ).

1. Hồ hiếu khí:

Hồ hiếu khí là hồ mà trong đó các chất ô nhiễm được chuyển hóa bằng quá trình oxy

hoá nhờ các vi sinh vật hô hấp hiếu khí. Tuỳ theo phương thức cấp khí mà người ta chia

chúng thành hai loại:

a/. Hồ làm thoáng tự nhiên:

Ôxy cung cấp cho quá trình oxy hoá chủ yếu do sự khuyếch tán không khí qua mặt nước

và quá trình quang hợp của các thuỷ thực vật như: Rong, Tảo.

Để đảm bảo cho quá trình oxy hoá, thì chiều sâu của hồ từ 0,6 -1 m,

Tải trọng BOD khoảng 250 300 kg/ha.ngày,

Thời gian lưu của nước trong hồ khoảng 3 12 ngày.

Nhóm hồ này chỉ thích hợp khi kết hợp xử lý nước thải với nuôi trồng thuỷ sản.

b/. Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo

Nguồn ôxy cung cấp cho quá trình sinh hoá chủ yếu bằng các thiết bị bơm khí hoặc

khuấy cơ học. Vì được cấp khí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể từ 2 2,5m. Tải

trọng BOD5 khoảng 400 kg/ha.ngày. Thời gian nước lưu trong hồ từ 1 3 ngày.

Diện tích hồ cần thiết để đảm bảo thời gian và hiệu quả ôxy hoá hữu hiệu được tính theo

công thức sau:

Trong đó Q : Lưu lượng nước thải cần xử lý, m3/ngđ

t : Thời gian lưu của nước. ngày

H : Độ sâu của lớp nước trong hồ, m

Thời gian lưu phụ thuộc vào BOD dòng vào và năng lực ôxy hoá của hồ. Thời gian lưu

của nước thải biến động từ 3 ® 12 ngày.

2. Hồ kị khí:

- Đặc điểm: Dùng để lắng và phân hủy cặn lắng bằng phương pháp sinh học tự nhiên

dựa trên cơ sở sống và hoạt động của vi sinh kỵ khí.

Loại hồ này thường dùng để xử lý nước thải công nghiệp có độ nhiễm bẩn lớn,

còn ít dùng để xử lý nước thải sinh hoạt, vì nó gây mùi thối khó chịu. Hồ kỵ khí phải đặt

cách xa nhà và xí nghiệp thực phẩm 1,5 – 2 km.

82

H

tQF

, m2

Để duy trì điều kiện kỵ khí và giữ ẩm cho hồ trong mùa đông thì chiều sâu hồ

phải lớn 2 - 6 m, thường thì từ 2,5 - 4,5m

- Tính toán: Cách tính đơn giản nhất là theo kinh nghiệm, diện tích hồ kỵ

khí bằng 10 - 20% diện tích hồ Facultativ. Thời gian lưu nước trong mùa hè 1,5 ngày,

trong mùa đông 5 ngày. Hiệu quả giảm BOD vào khoảng 65 -80% trong mùa hè và 45 -

65% trong mùa đông.

Dung tích phụ thuộc vào hàm lượng các chất ô nhiễm, thời gian lưu của nước và nhiệt

độ xử lý.

- Đặc điểm cấu tạo của hồ:

+ Hồ nên có 2 ngăn làm việc để dự phòng khi xả bùn trong hồ. Hồ một bậc có diện

tích từ 0,5 – 7,0 ha. Hồ nhiều bậc thì diện tích mỗi bậc là 2,25 ha.

+ Cửa xả nước vào hồ phải đặt chìm, phải đảm bảo việc phân bố cặn lắng đồng đều

trong hồ, nếu diện tích hồ dưới 0,5 ha thì chỉ cần một miệng xả: nếu lớn hơn thì phải bố

trí thêm.

+ Cửa tháo nước ra khỏi hồ thiết kế theo kiểu thu nước bề mặt và có tấm ngăn để

bùn không thoát ra cùng với nước.

3. Hồ hiếu – kị khí (tùy nghi):

Hồ tuỳ tiện còn được gọi là hồ hiếu – kị khí . Phần lớn các ao, hồ ở nước ta là

những hồ hiếu kị khí.

Hồ tuỳ nghi thường có độ sâu trung bình từ 1,5 đến 2 m, dưới tác dụng của khu hệ

sinh vật rất đa dạng trong nước bao gồm: Các vi khuẩn yếm, hiếu khí, thuỷ nấm, tảo và

nguyên sinh vật.

Trong hồ thường xảy ra 4 quá trình sau:

- Quá trình phân giải yếm khí xảy ra ở lớp bùn đáy và lớp nước sâu. Cặn lắng, các

chất hữu cơ khó hoặc chậm phân huỷ được chuyển hoá yếm khí, tạo ra các sản phẩm

trung gian ( rượu, axit, CO2, , H2 S … ). ở vùng yếm khí còn xẩy ra quá trình khử Nitrat

nhờ một số vi khuẩn tự dưỡng hoá năng.

- Quá trình oxy hoá hiếu khí xảy ra ở lớp nước mặt. Dưới tác dụng của vi khuẩn hiếu

khí và hô hấp tuỳ tiện các sản phẩm phân giải yếm khí như các axit hữu cơ, rượu… sẽ

được oxy hoá hoàn toàn.

– Quá trình quang hợp xảy ra trên lớp nước mặt nhờ tảo và một số thực vật hạ đẳng:

CO2 sinh ra do phân giải yếm khí và oxy hoá hiếu khí được tảo và một số thực vật hạ

đẳng khử bằng quá trình tự dưỡng quang năng. Quá trình này còn tạo ra một lượng đáng

kể O2 cung cấp cho quá trình oxy hoá hiếu khí trên lớp nước mặt, nhất là vào những ngày

lượng bức xạ mặt trời cao. Tuy nhiên để đảm bảo cân bằng sinh thái trong hồ tuỳ tiện thì

hàm lượng tảo không được vượt quá 100 mg/l.

– Quá trình tiêu thụ sinh khối: Khi hàm lượng N và P trong nước thải cần xử lý

83

cao, tảo sẽ phát triển mạnh gây bùng nổ tảo. Nếu không được tiêu thụ, sinh khối tảo sẽ

tích luỹ, tự huỷ gây ô nhiễm thứ cấp. Tái lập lại cân bằng sinh thái ở những hồ có hiện

tượng bùng nổ tảo sẽ rất khó khăn.

Các khu vực trong một ao xử lý nước thải

* Một số yêu cầu khi lựa chọn hồ hiếu tùy nghi:– Tỷ lệ chiều dài, chiều rộng hồ thường lấy bằng 1:1 hoặc 2:1

– ở những vùng có ít gió nên làm hồ có nhiều ngăn,vùng có nhiều gió nên làm hồ có diện tích rộng.

– Hiệu quả xử lý và thời gian nước lưu trong hồ được xác địng theo công thức sau:

Trong đó : E : Hiệu suất xử lý của công trình; % Sa: BOD5 của nước thải xả vào hồ, mg/l

St : BOD5 của nước sau được xử lý, mg/l t : Thời gian nước lưu trong hồ, ngày

kt: Hệ số phụ thuộc kiểu hồ, nhiệt độ, tính chất của nước thải

Đối với nước thải sinh hoạt 0,5 < K20 < 1 Đối với nước thải công nghiệp 0,3 < K20 < 2,5

C : Hằng số nhiệt độ Đối với hồ tự nhiên C = 1,035 – 1,074 Đối với hồ tiếp khí nhân tạo C = 1,045 T0 : Nhiệt độ của nước trong hồ, 0 C

84

4.3.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp yếm khí

4.3.3.1. Đặc điểm chung:

- Dùng vi sinh vật yếm khí để lên men các khí, chất ô nhiễm. Sản phẩm cuối cùng là

CH4, H2, một số các khí có tính khử: H2S, RSH, NH3.

- Gồm 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn thủy phân nguyên liệu đầu vào để vi khuẩn sử dụng các chất dinh dưỡng

+ Giai đoạn tạo thành axit: nguyên liệu, chất ô nhiễm, vi khuẩn, vi sinh vật yếm khí

phân huỷ tạo axit hữu cơ: CH3COOH, C2H5COOH.

+ Giai đoạn phân huỷ axit hữu cơ tạo metan, CO2

- Các yếu tố ảnh đến 3 giai đoạn trên:

+ Nhiệt độ tối ưu: 350C

+ Liều lượng chất dinh dưỡng có trong bùn và mức độ khấy trộn

+ Tỉ số C/N tốt nhất là 25 – 30/1

+ pH tối ưu: 6,5- 7,5

+ Ảnh hưởng của dòng vi khuẩn, chủng loại vi khuẩn, thời gian lưu

+ Không có chất độc đối với vi khuẩn

- Ưu điểm: Sinh ít bùn thải.

* Hồ yếm khí

- Hồ sâu, oxy không đến được đáy, các vi khuẩn yếm khí sẽ phân huỷ các chất hữu cơ

CO2, CH4

- Ứng dụng của phương pháp yếm khí: Xử lý chất hữu cơ hàm lượng cao: Protein,

mỡ, không chứa chất độc, có đủ chất dinh dưỡng.

- Ưu điểm của yếm khí so với hiếu khí: Sinh ra ít bùn, không cần thấy sục khí,

nhưng phân huỷ không triệt để, cần nhiệt độ cao (350C) thường ứng dụng để xử lý

tiếp.

4.3.3.2. Cơ sở lý thuyết

Quá trình xử lý yếm khí là quá trình phân giải yếm khí các hợp chất hữu cơ, vô cơ

có thể chuyển hóa sinh nhờ vi khuẩn hô hấp yếm khí và hô hấp tuỳ tiện. Phương pháp

yếm khí chỉ áp dụng cho nước thải có hàm lượng BOD và cặn lơ lửng cao (BOD

>1800mg/l; SS 300 400mg/l). Sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ

chứa của quá trình xử lý yếm khí là khí sinh học (Biogas), chủ yếu là CH4 và CO2 có thể

sử dụng làm khí đốt.

a/. Cơ chế phân giải yếm khí.

Quá trình phân giải yếm khí các hợp chất hữu cơ là một quá trình phức tạp gồm

nhiều giai đoạn, có thể tóm tắt theo sơ đồ dưới đây.

85

Sự phân giải yếm khí gồm 4 giai đoạn, trong mỗi giai đoạn chức năng của các

nhóm khác nhau không giống nhau.

* Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân các hợp chất hữu cơ:

Các hợp chất hữu cơ phân tử lượng lớn như protein, gluxit, lipit... bị phân hủy

dưới tác dụng của các enzim hydrolaza của vi sinh vật thành các chất hữu cơ phân tử

lượng nhỏ như đường đơn giản, axit amin...

Trong giai đoạn thủy phân, các hợp chất gluxit phân tử lượng nhỏ được phân hủy

nhanh; các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ được phân hủy chậm hơn, trong khi các hợp chất

hữu cơ phân tử lượng lớn như tinh bột, các axit béo phân tử lượng lớn được phân hủy

chậm, đặc biệt zecelulo và liguo zenlulo được chuyển hoá rất chậm và không triệt để do

cấu trúc phức tạp.

Các vi sinh vật tham gia vào quá trình thuỷ phân phụ thuộc vào các chất ô nhiễm

Hợp chất hữu cơ phân tử lượng lớn(gluxit, protein, lipit...)

Chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ(đường, axit amin, axit béo...)

Lên men axit hữu cơ vàCác chất trung tính

Axit propionic, rượu, andehit, axeton

Các chất khíCO2, H2, NH3, H2S...

Axit axetic

Decacboxyl hóa Khử CO2

Giai đoạn thủy phân

Giai đoạn lên men

Axetic hóa

CH4 + CO2

8H+

Lên men tạo metan

86

vào và các đặc trưng khác của nước thải.

*Giai đoạn 2: Lên men các axit hữu cơ.

Các sản phẩm thuỷ phân sẽ được vi sinh vật hấp thụ và chuyển hoá. Trong điều

kiện yếm khí, sản phẩm phân giải là các axit hữu cơ phân tử lượng nhỏ như axit

propionic, axít butyric, axit lactic, các chất trung tính như rượu, andehit, axeton. Thành

phần của các sản phẩm trong giai đoạn lên men phụ thuộc bản chất các chất ô nhiễm, tác

nhân sinh học và điều kiện môi trường.

Ngoài ra trong giai đoạn này các axit amin hình thành do thuỷ phân protein cũng

được khử amin, một phần gốc amin được các vi sinh vật sử dụng cho quá trình sinh

trưởng và phát triển, một phần được khử.

* Giai đoạn 3: Giai đoạn lên men tạo axit axetic.

Các sản phẩm lên men phân tử lượng lớn như axit béo, axit lactic … sẽ được

chuyển hoá đến axit axetic.

3CH3 - CHOH- COOH ® 2CH3 – CH2- COOH + CH3 – COOH + CO2 + H2O

a. Lactic a. Propionic a. Axetic

*Giai đoạn 4: Giai đoạn Metan hoá

Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình xử lý yếm khí thu biogas.

Hiệu quả xử lý sẽ cao khi các sản phẩm trung gian được khí hóa hoàn toàn.

Quá trình hình thành khí Metan thường xảy ra theo 2 cơ chế chủ yếu sau:

* Sự hình thành metan do decacboxyl hóa:

- CH4 được hình thành do decaboxyl axit axetic.CH3COOH ® CH4 + CO2.

- CH4 hình thành do decacboxyl hóa các axit hữu cơ khác

- CH4 cũng có thể hình thành do Decacboxyl các chất trung tính:

* Sự hình thành CH4 theo cơ chế khử CO2:

Hydro hình thành do quá trình lên men các axit hữu cơ, trong điều kiện yếm khí sẽ

được các vi khuẩn Metanogene sử dụng như là chất nhượng Hydro để khử CO2. Quá

trình khử có thể xảy ra dưới 2 dạng:

- Khử bằng Hydro phân tử: CO2 + 4 H2 CH4 + 2H2O

87

8 NADH+ 8 NAD

- Khử bằng phản ứng oxy hoá khử: CO2 CH4 + 2H2O

4 CH3 – CH2 - COOH 7 CH4 + 5 CO22 H2O

2 CH3 – (CH2)2 - COOH 5 CH4 +3 CO22 H2O

2C2H5OH 3CH4 + CO2

CH3 – CO – CH3 2 CH4 + CO2H2O

b/. Tác nhân sinh học.

Trong phân giải yếm khí các quá trình thủy phân và lên men xảy ra dưới tác dụng của

nhiều loại vi khuẩn khác nhau. Thành phần của khu hệ sinh vật trong phân giải yếm khí

phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của các chất có trong nước thải.

Vi sinh vật trong giai đoạn thủy phân và lên men axit hữu cơ.

+ Vi khuẩn Bacillus, Pseudomonas, Clostridium có nhiều trong môi trường giàu Xenlulo.

+ Vi khuẩn Micrococus, Lactobacilus, Clostridium... có trong môi trường giàu tinh bột.

+ Vi khuẩn Bacilus, Bacterium coli... có trong môi trường giàu protein.

+ Vi khuẩn Bacteroides, Bacillus... có trong môi trường giàu lipit.

Vi sinh vật trong giai đoạn lên men tạo axit axetic.

Một số chủng vi khuẩn có hiệu quả axetogen.

+ Syntrophobacter wolonii, Syntro.wolfei và Syntro.buswellii.

Vi khuẩn metan hóa: gồm 2 nhóm chính sau:

+ Nhóm vi khuẩn ưu ấm (Mesophyl): gồm Methanococcus, Methanobacterium,

Methanosarcina phát triển ở nhiệt độ tối ưu 35 37o và pH = 6,8 8,5.

+ Nhóm vi khuẩn ưa nóng: (Thermophyl): Methanobacillus, Methanothrix, Methano

spirllum. Nhiệt độ tối ưu 55 – 60oC

4.3.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phân hủy yếm khí

a/. ảnh hưởng của nhiệt độ:

Là một trong những yếu tố quan trọng tác động tới quá trình phân giải yếm khí.

Khoảng nhiệt độ cho quá trình phân giải yếm khí khá rộng từ 30 - 50oC. Nhiệt độ tối ưu

cho mỗi quá trình phụ thuộc vào tính ưa nhiệt của tác nhân sinh học. Với các vi khuẩn ưa

ấm Topt = 33 38oC còn vi khuẩn ưa nóng giới hạn trong khoảng nhiệt độ tối ưu khá hẹp

Topt = 50 52oC. Khi t0 > 35 0C.

Vi khuẩn ưa nhiệt sẽ hoạt động mạnh và quá trình sinh khí sẽ tăng, nhưng khi

nhiệt độ quá cao thì khả năng khuyếch tán của khí CO2 trong nước thải giảm, khả năng

cầm giữ khí CO2 kém, làm tăng %CO2 trong Biogas, giảm đáng kể nhiệt trị của khí sinh

học.

b/.. PH của môi trường:

Quá trình phân giải yếm khí được thực hiện nhờ một hệ Enzim đa dạng và

phong phú mà các Enzim này có hoạt lực phụ thuộc rất lớn vào pH của môi trường.

Các vi khuẩn thực hiện quá trình thuỷ phân, lên men axit có thể tồn tại trong dải

pH rộng 2-7 tuy nhiên khi pH 4,5 thì hoạt lực của các enzim giảm rõ rệt.

Các vi khuẩn metan hoá ưa axit-kiềm nhẹ, pH = 6,8-7,4 là dải tối ưu của chúng, nếu

pH<6,6 thì hoạt lực của vi khuẩn metan giảm. Khi pH < 6,4 thì cần phải dừng ngay tiếp

liệu và ổn định lại điều kiện cho vi sinh vật.

88

PH vượt ngoài phạm vi: <6,5 hoặc > 8,0 thì tốc độ phân huỷ các hợp sẽ giảm và các

sản phẩm trung gian tạo thành cũng thay đổi theo hướng không có lợi. Ví dụ như: khi pH

<6,5 thì sẽ kìm hãm quá trình khí hoá các axit béo. Khi pH > 8 thì tăng sự ức chế của

ion NH4+.

c/. Tỷ lệ C/N

Các nguyên tố C,N là nguồn dinh dưỡng chủ yếu của vi khuẩn sinh metan kỵ khí.

Các vi khuẩn kỵ khí có tốc độ sinh trưởng rất chậm nên nhu cầu Nitơ rất thấp, mặt khác

quá trình khí hoá cần một lượng lớn Cacbon, vì vậy tỷ lệ C/N=30:1 là tối ưu. Nếu thiếu

N dẫn đến hạn chế phát triển sinh khối, C được phân huỷ chậm, không hoàn toàn. Hàm

lượng Nitơ dư thừa, vi khuẩn sẽ phân giải và chuyển thành NH4+, gây tạp khí biogas. Khi

hàm lượng NH4+, NH3 cao kìm hãm quá trình phân giải yếm khí đặc biệt vi khuẩn metan

hoá sẽ bị ức chế khi nồng độ NH4 0,15mg/l.

d/. Thời gian lưu và tải lượng đầu vào

Thời gian lưu giữ trong thiết bị phụ thuộc vào đặc tính của nước thải vào điều

kiện môi trường. Thời gian lưu quá ngắn sẽ không cho phép các vi khuẩn yếm khí, đặc

biệt là vi khuẩn metan tiếp xúc và trao đổi với các chất ô nhiễm làm giảm hiệu quả xử

lý. Thời gian lưu giữ càng lâu càng có lợi cho hiệu quả sinh khí và xử lý nước thải, tiêu

diệt được mầm bệnh (vi sinh vật gây bệnh, kí sinh trùng...), nhưng lại gây tốn kém cho

chi phí xử lý. Thời gian tối ưu cho quá trình phân huỷ yếm khí trong hệ thống UASB

hoặc lọc yếm khí 2 - 6 ngày.

Tải lượng dòng vào: là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý. Tải lượng

dòng vào quá cao dễ gây mất cân đối giữa hai quá trình axit hoá và khí hoá. Axit hữu cơ

tạo thành lớn làm cho pH giảm đột ngột , không có lợi cho vi khuẩn metan. Tải lượng

dòng vào quá thấp sẽ kéo dài thời gian lưu, đòi hỏi thể tích thiết bị lớn. Tải lượng dòng

vào tối ưu cho quá trình phân huỷ yếm khí là 5-20 kgCOD/m3.ngày. Với thiết bị yếm khí

giả lỏng tối ưu là 1-6 kgCOD/m3.ngày.

e/. Các chất độc:

Có một số chất chỉ cần sự có mặt của nó gây ảnh hưởng tới quá trình phân giải,

một số chất khác ở nồng độ vượt quá giới hạn ngưỡng của nó cũng gây ức chế cho các vi

sinh vật trong thiết bị thực hiện các phân giải. Có thể kể ra một vài chất dưới đây được

coi là chất độc cho quá trình xử lý yếm khí:

- Oxi:

Vi khuẩn yếm khí rất mẫn cảm với oxy hoà tan, do vậy oxi là một trong những

nguyên nhân gây ra sự thoái hoá bùn, làm cho bùn tự huỷ. Vì vậy thiết bị yếm khí phải

hoàn toàn kín.

- Aminonia:

89

NH3 hình thành do khử amin sẽ ức chế quá trình mean hoá, mức độ gây ức chế

phụ thuộc vào pH, khi PH>8 thì làm tăng tác dụng ức chế của Ion NH 4+. Khi nồng độ

NH3 là 1,4-3mg/l có thể ức chế hoàn toàn quá trình metan hoá. Do vậy cần điều chỉnh tỷ

lệ C/N=30:1 cho nước thải dòng vào.

- Hidrocacbua halogen hoá

Các chất này gây độc hại cho quá trình mêtan hoá. Chlorofor ở nồng độ 1mg/l sẽ

làm ức chế hoàn toàn quá trình sinh khí.

- Hydrocacbon vòng thơm: gây ảnh hưởng lớn các nhóm vi khuẩn metan hoá, 5-

clo-fenol là chất độc nguy hiểm nhất trong tất cả các Hydrocacbon mạch vòng. Chúng

hầu như không bị phân huỷ bởi các vi sinh vật có trong thiết bị yếm khí, vì có cấu trúc

vòng rất bền vững. Mức độ ảnh hưởng của các chất hữu cơ mạch vòng:

Cresol > phenol > chlorophenol >hydroxyphenols..v.v.

Một số kim loại nặng ở nồng độ cực thấp thì có ảnh hưởng tốt cho quá trình với

vai trò là nguyên tố vi lượng (Ni,Cu,Fe...) nhưng nếu ở nồng độ lớn sẽ làm giảm quá

trình phân huỷ yếm khí và là chất độc trong quá trình tạo bùn.

Ngoài ra còn có một số chất khác gây độc hại cho quá trình xử lý yếm khí như:

CN-, H2S, tamin, một số muối... Hàm lượng giới hạn độc của một số chất được thể hiện

trong Bảng 14.

Bảng Ngưỡng gây ức chế của một số chất đối với quá trình yếm khí

Chất Nồng độ gây ức chế (mg/l)

Axit dễ bay hơi >2000

NH3 1500-3000(tại pH>7.6)

H2S >200; >3000 gây độc

Ca++ 2500-4500; 8000 gây độc

Mg++ 1000-1500; 3000 gây độc

Ka+ 2500-4500; 12000 gây độc

Na+ 3500-5500;8000 gây độc

Cu 0.5

Cd 150

Fe 1710

Cr+6 3

Cr+3 500

Ni 2

f/. Thế oxy hoá khử (hàm lượng H2) trong giai đoạn tạo axit axetic

Sự oxy hoá các sản phẩm như propionat, butyrat, lactat, etanol được thực hiện khi

không có các vi khuẩn có khả năng sử dụng hydro. Về mặt nhiệt động, quá trình oxy hoá

- khử khó thực hiện hoặc không thể thực hiện được khi áp suất riêng phần của H2 lớn.

90

Lactat + H2O acetat + 2H2 + CO2 + 4,8 kj/mol

Etanol + H2O acetat + 2H2 - 9,6 kj/mol

Butyrat + H2O acetat + 2H2 - 48,1 kj/mol

Propionat + H2O acetat + 3H2 + CO2 - 76 kj/mol

Khi áp suất riêng phần của H2 nhỏ, về mặt nhiệt động phản ứng lại có thể thực

hiện được, biến đổi năng lượng xảy ra đủ để tổng hợp ATP và đủ cho sự phát triển vi

khuẩn. Như vậy các vi khuẩn ở giai đoạn này rất nhạy cảm với sự xuất hiện của hydro

(để khử propionat áp suất riêng phần H2 phải thấp hơn 10Pa.

Thế oxy hóa khử ảnh hưởng tới quá trình phân giải yếm khí theo nguyên lý Le

Chatelier về chuyển dịch cân bằng hoá học: “Mọi sự thay đổi của các yếu tố xác định

trạng thái của một hệ cân bằng sẽ làm cho cân bằng chuyển dịch về phía chống lại những

thay đổi đó”. Khí H2 sinh ra từ các phản ứng trên nếu không được giải phóng sẽ gây ra áp

lực lớn (nồng độ cao), làm cho cân bằng chuyển dịch về phía không sinh ra H2 nữa và

hiệu quả lên men axit axetic giảm xuống.

Nhờ có quá trình metan hoá làm giảm nồng độ axetat, mặt khác H2 được các vi

khuẩn mêtan hoá sử dụng để khử CO2 tạo khí CH4 nên nồng độ khí H2 giảm, cân bằng sẽ

chuyển dịch theo hướng tạo ra sản phẩm a.axetic và H2. Khi quá trình này diễn ra liên tục

thì hiệu quả xử lý nước thải rất cao.

Quá trình mêtan hoá bằng khử CO2 duy trì và ổn định áp suất riêng phần của H2

thấp để không gây ức chế cho các vi khuẩn lên men axit axetic. Có thể nói quá trình

mêtan hoá và lên men axetat có mối quan hệ tương hỗ và ảnh hưởng trực tiếp lẫn nhau

trong xử lý yếm khí. Nếu như chỉ một trong hai quá trình bị suy giảm tất yếu sẽ dẫn đến

cả hệ thống xử lý bị ngưng trệ, hiệu quả xử lý giảm.

4.3.3.4. Các dạng thiết bị xử lý yếm khíCác thiết bị xử lý yếm khí nước thải rất phong phú từ loại đơn giản như hầm

Biogas đến loại phức tạp như thiết bị UASB.

* Các yêu cầu đối với thiết bị xử lý yếm khí:

- Tạo môi trường đồng nhất bằng khuấy trộn, đối lưu tự nhiên hoặc bơm tuần hoàn.

- Tách pha khí (Biogas) và pha rắn (sinh khối và cặn lơ lửng)ra khỏi nước thải sau xử lý.

1. Thiết bị yếm khí tiếp xúc:

- Sơ đồ thiết bị:

91

Sơ đồ thiết bị yếm khí tiếp xúc

Trong thiết bị (1) gồm 1 môtơ khuấy được vận hành liên tục. Khí biogas được dẫn

ra cho đun nấu, gia nhiệt còn nước thải sau khi chảy ra khỏi thiết bị (1) được cho chảy

vào thiết bị lắng (2) để tách bùn. Bùn được tuần hoàn lại thiết bị lên men còn nước trong

ra ngoài theo van chảy tràn.2. Thiết bị yếm khí giả lỏng:

- Sơ đồ thiết bị:

Biogas

Nước thải sau xử lý

Chất mang

Nước thải vào

Bơm tuần hoàn

92

Khí biogas

Dòng ra

Bơm

Bùn tuần hoànDòng vào

1 2

- Nguyên tắc hoạt động: Vi sinh vật được cố định lên các hạt chất mang (thuỷ

tinh xốp, nhựa nhân tạo,...). Nước thải vào từ phần dưới của thiết bị, chảy ngược lên qua

lớp các hạt chất mang và chảy tràn ra ngoài. Bơm tuần hoàn được trang bị nhằm tạo

trạng thái chuyển động giả lỏng hay tầng sôi. Vận tốc bơm được khống chế sao cho các

hạt chất mang ở trạng thái lơ lửng không ảnh hưởng tới màng sinh học, sự cuốn trôi của

các hạt chất mang bị hạn chế do kết cấu đặc biệt của phần trên thiết bị.

3. Thiết bị UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket):

- Sơ đồ thiết bị:

Thiết bị UASB

- Nguyên tắc hoạt động: Nước thải theo ống dẫn vào hệ thống phân phối, đảm

bảo nước được phân phối đều và vận tốc là 0,60,9 m/h. Hỗn hợp bùn yếm khí trong bể

hấp thụ chất hữu cơ hòa tan trong nước thải, phân huỷ và chuyển hóa chúng tạo biogas

(khoảng 7080% là CH4, 2030% là CO2). Bọt khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên

trên va phải tấm chắn, hạt cặn bị vỡ, khí thoát lên trên, cặn rơi xuống dưới. Hỗn hợp bùn

nước đã tách hết khí vào ngăn lắng. Nước thải trong ngăn lắng tách bùn, lắng xuống dưới

và tuần hoàn lại ngăn phản ứng. Nước dâng lên được thu vào máng, khí biogas được thu

về bình chứa

B×nh thu khÝ

N íc sau XL

Líp bïn phñ

Líp ®Öm

Líp bïn cÆn

Chôp thu biogas

N íc vµo

Biogas

Van x¶ ®¸y

93

CHƯƠNG 5

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN

5.1. Chất thải rắn (CTR)

1. Định nghĩa: Tất cả phần vật chất bị loại trong hoạt động kinh tế xã hội, đời sống sản

xuẩt, thường dùng.

2. Phân loại

a. Theo nguồn gốc

- CRT sinh hoạt trong quá trình sản xuất của con người : rau, củ, quả, bao bì, nilon, than

xỉ, chai lọ, nhưạ, giấy... (chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy ít chất thải nguy hại)

- CTR công nghiệp là CTR phát sinh trong quá trình sản xuầt: phức tạp, độc hại.

- Chất thải dịch vụ, thương mại: có trong quá trình sinh hoạt, sản xuất

- Chất thải nông nghiệp: bao bì, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, lông, phân gia súc, trấu,

tro…

- Chất thải y tế: bông băng, kim tiêm, máu, cơ thể người, thuốc có hại, bao bì…

- Chất thải đô thị

- Chất thải nông thôn…

b. Phân theo tính chất

- CTR nguy hại: là chất thải

+ Có thể cháy, nổ, ăn mòn

+ Độc hại đến sinh vật sống

+ Có khả năng gây bệnh lan nhiễm

Tác động có hại tới môi trường sống, sức khoẻ, con người

- Chất thải không nguy hại: những chất thải còn lại

* Chất thải bệnh viện:

+ Chất thải không nguy hại: rác sinh hoạt, chất thải văn phòng, nhà ăn…

+ Chất thải nguy hại: bông băng, bệnh phẩm, thuốc…

c. Phân loại theo thành phần hóa học

- Chất thải hữu cơ: thức ăn, dầu mỡ, dầu sinh học, bao gói, là cây…

+ Chất thải hữu cơ dễ phân hủy ==> sản xuất phân compost

+ Chất thải hữu cơ khó phân hủy: nhựa, dầu mỡ… ==> xử lý đặc biệt

- Chất thải vô cơ: vật liệu xây dựng, gạch, sỏi, thủy tinh…

d. Phân loại theo khả năng cháy nổ

- Chất thải cháy được: gỗ, dầu, nhựa, bao bì (giấy, gỗ, nhựa), vải, đồ da, cao su…

- Chất thải không cháy được: gạch, sắt, cát, thủy tinh, đồ hộp…

- Hỗn hợp chất thải cháy được và không cháy được: đá cuội, đất cát, đá, bao bì dính dầu

mỡ…

94

e. Phân loại theo trạng thái

- Chất thải rắn cứng: sắt, thép, bao bì, nhựa cứng, bê tông…

- Chất thải mềm: dầu mỡ đặc, bùn thải, nhựa dẻo…

3. Đặc trưng của chất thải rắn

* Đặc trưng vật lý: khối lượng riêng, kích thước, phân bố hạt theo kích thước…

* Đặc trưng hóa học: thành phần hữu cơ dễ bay hơi, hàm lượng C còn lại sau khi cháy,

hàm lượng các chất gây ô nhiễm, nhiệt trị, hàm lượng các chất dinh dưỡng…

* Đặc trưng sinh học: khả năng phân hủy sinh học, đặc trưng bởi chỉ số BF

BF = 0,83 – 0,028 LC (trong đó: LC là thành phần Lignin trong chất thải rắn; chất thải

rắn có LC càng cao, BF càng bé)

4. Tác động của chất thải rắn

- Phân loại theo điện trường, từ tính

+ Mục đích: Tách chất thải rắn vô cơ có từ tính khỏi chất thải rắn hữu cơ

+ Thiết bị:

PSử dụng phương pháp tính điện để tách nhựa, giấy dựa vào khả năng nhiễm điện

của chất thải

P Sử dụng phương pháp từ trường tách kim loại màu ra khỏi kim loại đen

- Phương pháp nén

Chất thải rắn

Không khí Đất Nước Con người (sinh vật)

Ô nhiễm không

khí

Hô hấp Ô nhiễm nước ngầm

Ô nhiễm thực phẩm

Ô nhiễm nước mặt

Ô nhiễm thực phẩm

Ô nhiễm thực phẩm

Suy giảm hô

hấp

Ô nhiễm do tiếp

xúc

95

+ Mục đích: nén thành hình khối để giảm thể tích khi vận chuyển, chôn lấp

+ Thiết bị: máy nén dựa trên nguyên tắc thủy lực tạo khối rác

* Phương pháp hóa lý:

- Phương pháp tạo hạt bằng nhiệt độ cao từ chất thải rắn

+ Mục đích: chuyển chất thải rắn (bụi sắt, xỉ, vụn nguyên liệu, luyện kim, bụi, phế

liệu chứa sắt được tạo thành hạt ở nhiệt độ 1.000 0C – 1.600 0C để đem đi phân loại, tái

sử dụng một phần.

- Phương pháp tạo khối từ nhiệt độ cao: Đóng khối các phế thải từ quá trình khai thác

mỏ, thạch cao, chất thải ngành sản xuất xi măng.

+ Thiết bị: thiết bị cán, ép… được sử dụng trong các lớp tầng sôi ở nhiệt độ cao, áp

suất cao, có thể bổ sung chất liên kết để tăng khả năng kết dính.

- Phương pháp tuyển chất thải

+ Mục đích: Thu hồi những kim loại có ích trong chất thải rắn công nghiệp

+ Thiết bị:

P Thiết bị tuyển chất thải bằng trọng lực: tác chất thải dựa theo vận tốc lắng khác

nhau. Trong môi trường lỏng, khí của các chất thải có kích thước, khối lượng riêng khác

nhau.

P Đãi chất thải rắn trong dung môi hóa học, nước có nhiệt độ cao: loại bỏ đất cát,

khoáng hòa tan trong chất thải để thu lại chất thải rắn cho tái sử dụng

Tuyển nổi: phân loại chất thải rắn có khối lượng riêng khác nhau. Độ lớn của chất thải

rắn được tuyển không vượt quá 0,5 mm

Tuyển điện, tuyển từ

- Phương pháp trích ly: sử dụng khả năng hòa tan khác nhau của chất thải rắn

trong dung môi (nước) để phân loại, lựa chọn các thành phần có ích

+ Thiết bị: Thiết bị trích ly hòa tan, phân tầng, phân lớp đơn giản, thiết bị trích lý

hòa tan có chất hóa học trợ giúp quá trình phân lớp.

- Phương pháp kết tinh: tách chất thải rắn ở dạng tinh thể từ một dung dịch bão

hòa hoặc từ dạng nóng chảy

+ Kết tinh nhờ trợ giúp của các chất hóa học

+ Kết tinh nhờ cách làm lạnh, đun nóng dung dịch

+ Kết tinh nhờ chân không, sự bay hơi

- Phương pháp ôxy hóa khử: Sử dụng hóa chất có tính ôxy hóa

Hoặc khử để chuyển chất thải rắn sang dạng dễ xử lý, không độc hại.

* Phương pháp nhiệt trong xử lý chất thải rắn

- Nguyên tắc: Dùng nhiệt để chuyển hóa chất thải rắn thành các thành phần CO2,

H2O và một số loại khí khác cùng một lượng nhỏ tro, xỉ

96

+ Ưu điểm:

Giảm đáng kể thể tích chất thải rắn đem chôn

Nhiệt sinh ra có thể dùng để sản xuất hơi nước, để sưởi

Có thể dùng để xử lý đối với chất thải nguy hại và chất thải truyền nhiễm

+ Nhược điểm:

Chỉ xử lý được chất thải rắn hữu cơ có nhiệt trị cao

Tốn nhiên liệu (để nâng nhiệt độ cháy lên đến 800 0C)

Sinh ra khí thải cần xử lý (SO2, NOx, CO, HC, Dioxin…) đòi hỏi xử lý tiếp theo

Thiết bị đốt phức tạp, đỏi hỏi đầu tư nhiều, giá thành xử lý cao

- Thiết bị đốt

+ Thiết bị đốt tĩnh:

Lò có vỉ sắt phía dưới

Gồm vỉ sắt từng bậc nối tiếp nhau. Chất thải rắn được cung cấp từ bậc này sang bậc

kia của thiết bị đốt. Xỉ được tháo ra phía dưới. Khí thải được đưa đi xử lý tiếp.

+ Thiết bị có vỉ lăn (là loại thiết bị tĩnh có thể điều chỉnh được)

Cấu tạo: trục xếp nhiều lớp, giảm dần theo độ cao. Các trục được điều chỉnh

hướng, tốc độ quay trong quá trình cháy. Vật liệu cháy được đảo trộn tạo độ rỗng xốp

cho quá trình cháy đốt. Thiết bị này thích hợp cho quá trình cháy, năng suất vừa, nhỏ.

Ngoài ra có một số lò đốt công nghiệp khác.

+ Lò tầng: Gồm nhiều tầng, chia làm 3 vùng: vùng sấy, vùng đốt, vùng làm sạch

Vùng sấy: tách hơi nước khỏi chất thải rắn

Vùng cháy: đốt chất thải rắn

Vùng làm sạch: Chỉ còn CO2

Chất thải rắn đi từ trên xuống, lần lượt qua 3 vùng. Không khí nóng được vận

chuyển từ dưới lên. Chất thải đốt chuyển xuống tầng dưới. Trục quay ở giữa có chức

năng gạt chất thải xuống. Lò tầng thích hợp để xử lý những loại bã thải có độ ẩm cao,

bùn thải, mùn rác.

+ Lò tầng sôi đốt chất thải rắn

Nhiệt độ cao

> 8000C

SO2

NOx

CO

HC

CTR hữu cơ + O2 không khí CO2 + H2O + + tro, xỉ

97

Ưu điểm: khả năng tiếp xúc với oxy rất tốt, quá trình cháy triệt để, nhiệt độ sinh ra

lớn, tổn thất nhiệt ít, có hệ thống dẫn nhiệt đi sản xuất hơi quá nhiệt.

Nhược điểm: hàm lượng bụi trong khí thải cao

Thích hợp để xử lý chất thải rắn mịn, lỏng, bùn

+ Lò quay: thường quay nghiêng 3 - 50

(hình vẽ)

Gồm 2 phần: Buống đốt CTR (đốt chất thải rắn cháy thành khí); buồng cháy (cháy

tiếp khí sinh ra trong quá trình đốt). Xỉ thoát ra ở phía dưới và được làm lạnh.

Buồng đốt quay giúp trộn chất thải rắn, tạo điều kiện để tiếp xúc tốt với quá trình

cháy.

Tốc độ quay: 1 vòng/ 1 phút

Chế độ làm việc liên tục, năng suất lớn, nhiệt độ cháy cao

Chú ý: Yêu cầu về lò đốt:

Cung cấp đủ oxy cho quá trình cháy

Đảm bảo thời gian lưu để cháy hoàn toàn

Đảm bảo nhiệt độ cháy > 10500C (loại bỏ khả năng sinh dioxin)

Trộn lẫn tốt chất thải rắn và không khí.

5.2. Công nghệ xử lý chất thải rắn

5.2.1. Công nghệ thiêu đốt chất thải rắn

a. Sơ đồ

b. Yêu cầu

- Chất thải phải đảm bảo các thông số về tính chất vật lý, hóa học (độ ẩm, nhiệt trị,

khối lượng riêng, kích thước hạt…)

- Thành phần chất thải: C, S, P, H…

- Lượng tro tạo thành

- Phương thức nạp liệu (gián đoạn hay liên tục)

- Lượng nhiên liệu cần bổ sung

- Lượng không khí cần cấp

- Nhiệt độ ban đầu cần nâng khi đưa chất thải rắn vào

- Phương thức nạp chất thải cơ cấu quay, băng tải, vít tải, vòi phun, quay.

- Nạp chất thải cần đảm bảo đủ oxy, nhiên liệu cho quá trình cháy.

* Hệ thống xử lý khói:

- Xử lý bụi bằng cyclon, phòng lắng

- Xử lý SO2 và các khí axit bằng phương pháp hấp thụ bằng dung dịch kiềm

- Xử lý NOx bằng phương pháp khử chọn lọc có xúc tác

- Xử lý hơi kim loại bằng phương pháp hấp phụ

- Xử lý dioxin, furan bằng kiểm soát quá trình cháy.

98

* Thu hồi nhiệt để sản xuất hơi nước, giảm nhiệt độ khói lò

5.2.2. Công nghệ chôn lấp chất thải rắn

- Là phương pháp xử lý cuối cùng đối với chất thải rắn, chất thải nguy hại

- Là phương pháp phổ biến nhất, đơn giản, kinh tế hơn các phương pháp khác, có

thể được chấp nhận về mặt môi trường. Thích hợp đối với xử lý chất thải khó phân hủy

(cao su, nhựa, thủy tinh, phóng xạ, chất thải không cháy được).

- 2 phương pháp chôn lấp CTR: Phương pháp chôn hở và Phương pháp chôn kín

a. Phương pháp chôn hở

- Chất thải được đổ xuống hố nhân tạo hoặc tự nhiên. Phương pháp này đơn giản,

cổ điển, không phải đầu tư xây dựng nhiều tuy nhiên dễ gây ô nhiễm môi trường

- Các hố chôn hở thường có diện tích 1 ha và sâu 10m.

- Sau 1 năm chôn chất thải rắn sinh hoạt, lượng chất trong nước ngầm ở khu vực lân

cận cách 1km có hàm lượng các chất như sau:

Cl- : 2.110 kg/năm

N hữu cơ: 661 kg/năm

P2O5 : 5 kg/năm

K+, Na+, Ca2+ tăng

b. Phương pháp chôn kín

Là phương pháp hợp vệ sinh, đúng kỹ thuật môi trường, khắc phục được những

nhược điểm của phương pháp chôn hở.

Yêu cầu:

- Lựa chọn vùng đất chôn

- Đảm bảo xa vùng nước bề mặt

- ít nước ngầm, không ảnh hưởng đến diễn tích trồng trọt, được cộng đồng đồng ý

- Đáy và hai bên thành hố chôn phải được bịt kín ngăn không cho thấm nước hoặc

tiếp xúc với nguồn nước.

- Có thệ thống dẫn nước mưa, bề mặt

- Chất thải rắn được chôn nên có sự đồng đều về thành phần, tạo thành từng lớp

mỏng.

- Sử dụng chất vô cơ có khả năng hấp thụ trong chất thải để tạo lớp ngăn.

- Chất thải rắn phải được nén giảm thể tích trước khi chôn, phủ kín hố chôn bằng

lớp đất và lớp vật liệu trơ.

- Bố trí ống phun nước rác, ống thu khí bãi rác.

(hình vẽ hố chôn rác)

5.3. Xử lý chất thải nguy hại

1. Khái niệm chất thải nguy hại (CTNH)

* Định nghĩa: CTNH là chất thải chứa 1 trong các đặc tính:

99

+ dễ cháy, dễ nổ

+ gây ngộ độc cho người, động vật

+ dễ ăn mòn

+ dễ lây nhiễm

Và các đặc tính nguy hại khác, hoặc tương tác với các chất khác để tạo thành tác

động nguy hại đối với môi trường và sức khỏe con người.

a. Dễ cháy, nổ: là những chất lỏng có nhiệt độ bốc cháy < 600C, hoặc chất rắn có

thể cháy ở điều kiện bình thường, ví dụ: thùng chứa xăng dầu

b. Gây ngộ độc cho người, động vật: là chất khi vào cơ thể sống một lượng nhỏ

cũng ảnh hưởng tới sự phát triển và tồn tại của cơ thể đó. Ví dụ: thủy ngân, Cadimi,

crom…

c. Dễ ăn mòn: là các chất có tính axit, kiềm, phá hủy bề mặt của vật liệu

d. Dễ lây nhiễm: là các chất thải chứa vi khuẩn, vi trùng gây bệnh. Ví dụ: chất thải

bệnh viện: máu, bông băng, bộ phận cơ thể, bao bì thuốc trừ sâu…

* Đặc điểm: Mức độ nguy hại tùy vào liều lượng, khả năng gây hại của các chất

trong đó. Nhiều khi tính chất nguy hại của chất thải chỉ thể hiện trong một điều kiện môi

trường nhất định như nhiệt độ, áp suất, pH…

* Phân loại:

- Theo mức độ nguy hại

+ CTNH nhóm A (cực độ): Nếu đi vào cơ thể người LD50 mg/ cơ thể < 5

+ CTNH nhóm B (rất độc): LD50: 5 – 50

+ CTNH nhóm C (độc): LD50: 50 – 500

+ CTNH nhóm D (ít độc): LD50: 500 – 2.000

- Phân loại theo nguồn phát sinh

+ Công nghiệp

+ Nông nghiệp

+ Y tế…

- Phân loại theo khả năng quản lý/ xử lý:

+ Dễ quản lý

+ Dễ xử lý

+ Khó quản lý

+ Khó xử lý

100

* Sự khác nhau giữa CTNH và chất thải không nguy hại:

Loại chất thải CTNH Chất thải không nguy

hại

Kim loại và hợp chất

kim loại

Bùn do quá trình điện

phân (chứa kim loại

nặng)

Phoi sắt, rỉ sắt, xỉ lò

luyện kim

Vật liệu xây dựng Bụi amiăng Bê tông vỡ, hỏng

Chất thải hữu cơ Hợp chất hữu cơ mạch

vòng (dễ gây ung tư),

dioxin, furan, dầu mỡ

cặn, cặn sơn…

Thức ăn thừa, chất thải

nhà bếp

Chất thải hốn hợp (Vô

cơ + hữu cơ)

Chất thải y tế Bao bì, giấy, gỗ…

2. Giảm thiểu phát sinh và xử lý CTNH

a. Giảm thiểu phá sinh CTNH:

- Áp dụng sản xuất sạch hơn

- Phân loại và thu gom CTNH ngay tại nguồn để tránh sự trộn lẫn CTNH với các chất

thải khác

- Tái sử dụng CTNH, dùng làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất khác

- Tái chế và thu hồi CTNH

* Quy trình tái chế dầu

Dầu cặn

Bồn chứa

Thiết bị chưng cấtCung cấp nhiệt Cặn dầu

Thiết bị ngưng tụ (hóa lỏng)

Chôn lấp (thiêu đốt)

Dầu tái chế

Tiêu thụĐóng gói

Khí

101

* Dây chuyền tái chế bùn đỏ

Bùn đỏ là cặn của của nhà máy làm phèn, là phần bã rắn không tan, có thành phần 40-

50% oxit sắt, nhôm

Bùn đỏ (Chất thải của sản xuất nhôm từ quặng boxit)

Đãi, rửaNước

Đất, cát

Sấy

Thiết bị phản ứngH2SO4

Lắng Lọc

Phèn nhôm Al2(SO4)3.18 H2O

Phèn sắt FeSO4

Cặn

Chôn lấp

Xỉ kẽm

Gia công (đập nhỏ)

Ngâm, khuấy, lắngH2O Dung dịch

Sản xuất ZnCl2

102

b. Xử lý chất thải nguy hại

Cố gắng xử lý tại nguồn phát sinh, hệ chế vận chuyển. Cố gắng xử lý gần nguồn phát

sinh hoặc phải có kho lưu giữ CTNH, thùng chứa đặc biệt.

Hợp đồng chặt chẽ với cơ sở xử lý đảm bảo.

* Phương pháp thiêu đốt (là phương pháp tốt nhất)

Thích hợp với chất thải có khả năng lây nhiễm, dễ cháy, gây độc…

- Yêu cầu: CTNH có khả năng cháy (khả năng oxy hóa ở nhiệt độ cao) như dầu cặn, cao

su, nhựa, dung môi hữu cơ…

- Thiết bị: Đốt ở nhiệt độ cao (>1.0500C) đảm bảo cháy hoàn toàn CTNH

+ Lò tĩnh: Lò đứng làm việc gián đoạn hoặc liên tục (thích hợp với CTR y tế)

+ Lò động: Lò quay. Đốt lẫn với xi măng hoặc đốt riêng biệt (thường đốt cả bao bì,

thùng chứa)

- Ưu điểm: Giảm khối lượng CTNH đến 90 - 95%

Nhiệt độ > 10500C để CTNH bị phân hủy hoàn toàn

Một số CTNH sau khi đốt ở dạng cố định (trơ, rắn) phải chôn lấp

- Nhược điểm: Tốn nhiệt độ; quá trình vận hành phức tạp; chi phí đầu tư cao, chi phí vận

hành cao; cần phải xử lý khí sau khi đốt.

* Phương pháp chôn lấp

Phương pháp chôn kín, bãi chôn lấp hợp vệ sinh (có lớp phủ đáy, phủ bên cạnh,

đảm bảo không có sự lan truyền sang vùng lân cận).

Chôn chìm dưới đất nơi có mực nước ngầm thấp, diện tích rộng, không bị ảnh

hưởng của nước mặt

- Phương pháp phân chia bãi chôn lấp thành các ô vuông đẻ chôn theo phương

thức cuốn chiếu hoặc chôn lấp theo từng loại chất thải.

- Có trường hợp xây đường hào chôn lấp chất thải

- Quá trình chôn lấp:

+ CTNH được cẩu bằng hệ thống cẩu di động có mái che, điều kiện hoạt động

trong mọi thời tiết, không để nước mưa, nước mặt tràn vào.

Tại ô chôn lấp, CTNH được nén bằng con lăn cơ khí hoặc dùng máy đầm để giảm

thể tích.

Sau mỗi lớp CTNH dày tối đã đa 2m, phương pháp che phủ bằng 1 lớp tro, xỉ

thích hợp, phương pháp đầm chặt với độ dày 15 – 20m sau đó làm thủ tục đóng bãi, các

hợp đồng giám sát môi trường phải được tiến hành liên tục trong thời gian 20-250 năm

kể từ ngày đóng bãi.

c. Phương pháp hóa lý

* Nguyên tắc: làm thay đổi, giảm tính chất nguy hại của chất thải

* Một số phương pháp

103

- Phương pháp trích ly: tách cấu tử ra khỏi hỗn hợp nhờ hòa tan chọn lọc. Do đó,

tách và thu hồi được chất hữu cơ có lẫn trong chất thải như dầu mỡ, hóa chất bảo vệ thực

vật

- Phương pháp chưng cất: tách hỗn hợp chất thải nguy hại bay hơi thành những

cấu tử riêng biệt dựa trên cơ sở độ bay hơi khác nhau ở nhiệt độ sôi khác nhau của mỗi

cấu tử trong hỗn hợp đó.

- Phương pháp kết tủa: Dựa vào phản ứng với 1 chất hóa học được lựa chọn để

chuyển CTNH thành sản phẩm kết tủa sau đó lắng và tách ra khỏi hỗn hợp. Ứng dụng:

tách kim loại nặng ra khỏi chất thải lỏng dưới dạng hydroxit kết tủa.

Dùng tác nhân oxy hóa khử để chuyển CTNH thành chất ít độc hoặc không độc như O3,

H2O2, Cl2, KCr2O7 (chất oxy hóa mạnh), Na2S2O4, NaHSO3 (chất khử mạnh).

Ứng dụng: phân hủy phenol, CN-, thuốc bảo vệ thực vật, Cr6+ thành chất ít độc

Phương pháp cố dịnh và hóa rắn:

- Cố dịnh là quá trình thêm những chất khác vào chất thải để thay đổi tính chất vật

lý, giảm độ hòa tan, giảm khả năng lan truyền những cấu tử nguy hại vào môi trường,

thường áp dụng cho những chất thải không thể đốt.

- Hóa rắn: chuyển chất thải sang dạng rắn: các chất phụ gia có tác dụng làm tăng

sức bền, giảm độ nén, giảm độ thẩm thấu. Áp dụng để xử lý đất ô nhiễm, nước thải công

nghiệp.

- Yêu cầu của phương pháp này: CTNH được cố định, đóng rắn ở dạng viên để an

toàn khi chôn lấp. Vật liệu đóng rắn, các chất vô cơ có tác dụng ổn định kết cấu (xi

măng) Xi măng/ CT = 1/3

Sau khi đóng rắn, phải kiểm tra khả năng hòa tan của các chất nguy hại trong

mẫu.

- Ứng dụng: dùng cho CTNH không được phép chôn lấp trực tiếp: chất oxy hóa,

chất dễ cháy nổ.XỬ LÍ CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ

10.1. CƠ SỞ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ

Mục tiêu của xử lí chất thải rắn là giảm hoặc loại bỏ các thành phần không mong

muốn trong chất thải như các chất độc hại, không hợp vệ sinh, tận dụng vật liệu và năng

lượng trong chất thải. Các kĩ thuật xử lí rắn có thể là các quá trình:

- Giảm thể tích cơ học (nén, ép)

- Giảm thể tích hoá học (đốt);

- Giảm kích thước cơ học (băm, cắt, nghiền...);

- Tách loại theo từng thành phần (thủ công hoặc cơ giới);

104

- Làm khô và khử nước (giảm độ ẩm của cạn).

Khi lựa chọn các phương pháp xử lí chất thải rắn cần xem xét các yếu tố sau:

Thành phần tính chất chất thải rắn sinh hoạt;

Thành phần tính chất chất thải rắn công nghiệp;

Thành phần nguy hại và không nguy hại;

- Tổng lượng chất rắn cần được xử lí;

- Khả năng thu hồi sản phẩm và năng lượng;

- Yêu cầu bảo vệ môi trường.

10.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ CHẤT THẢI RẮN

Các phương pháp có thể áp dụng, để xử lí chất thải rắn đô thị bao gồm:

a. Phương pháp cơ học

- Tách kim loại, thuỷ tinh, giấy, chất dẻo ra khỏi chất thải;

- Làm khô bùn bể phốt (sơ chế);

- Đốt chất thải không có thu hồi nhiệt;

- Lọc, tạo rắn đối với các chất thải bán lỏng.

b. Phương pháp cơ lý

- Phân loại vật liệu trong chất thải;

- Thuỷ phân;

- Sử dụng chất thải như nhiên liệu;

- Đúc ép các chất thải công nghiệp để làm vật liệu xây dựng.

c. Phương pháp sinh học

- Chế biến phân ủ sinh học;

- Metan hoá trong các bể thu hồi khí sinh học.

Đối với chất thải rắn sinh hoạt, do có thành phần hữu cơ chiếm tỷ trọng lớn (từ 44

- 50% trọng lượng) nên có thể tận dụng để sản xuất phân hữu cơ, cung cấp cho khu vực

ngoại thành để cải tạo đất nông nghiệp, và như vậy việc áp dụng phương pháp ủ phân

sinh hoạt đối với thành phần hữu cơ sẽ phù hợp.

Các thành phần chất dễ cháy như giấy vụn, rẻ rách, nhựa, cao su, da, cây gỗ mà

không còn khả năng tái chế có thể dùng phương pháp đốt để giảm thể tích sau đó chôn

lấp, loại này thường chiếm từ 5 - 10% trọng lượng chất thải rắn đô thị.

Thành phần chất tái chế được thu hồi để tái sử dụng bao gồm chủ yếu là thuỷ tinh

(0,31 - 2,0%); kim loại (1,02 - 5,0%), giấy, chất dẻo (chiếm 4,71 - 9,5%).

105

Chất thải rắn xây dựng và các thành phần không cháy được như vỏ ốc, xương,

gạch đá, sành sứ và tạp chất khó phân loại chiếm từ 3,85 - 27,5% đưa đi san nền hoặc

chôn lấp trực tiếp ở các bãi chôn lấp.

Đối với các loại bùn, phân sử dụng phương pháp ủ sinh hoạt (composting) chung

với thành phần hữu cơ trong rác thải sinh hoạt.

Các phế thải của quá trình sản xuất công nghiệp phải được phân loại từ xí nghiệp

để thu hồi phần có tái chế, phần loại bỏ, tuỳ theo mức độ nguy hiểm, độc hại phải áp

dụng các biện pháp xử lí đặc biệt để đưa đi chôn lấp.

Hiện nay, trên thế giới đã có một số công nghệ mới xử lí, chế biến chất thải công

nghiệp và phế thải xây dựng được liên kết lại bằng chất lỏng hỗn hợp và polime hoá và

đúc ép, để tạo thành các tấm, khối vật liệu dùng trong xây dựng. Một số hãng ở Nhật Bản

và Hoa Kỳ đã giới thiệu công nghệ này ở nước ta như công nghệ pasta, hydromex. Việc

áp dụng các công nghệ trên theo giới thiệu của các hãng của Nhật Bản và Hoa Kỳ cho

phép tận dụng những chất thải công nghiệp, giảm các chi phí chôn lấp, xử lí... Việc một

số chất thải độc hại được đúc ép và polime hoá có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và

mức độ nguy cơ đó như thế nào còn đang được xem xét. Tuy nhiên, mức độ ô nhiễm nhỏ

hơn nhiều so với việc chôn lấp đơn thuần các chất thải này trong bãi chôn lấp.

Thành phần các chất thải bệnh viện bao gồm các loại bông băng, gạc, các loại kim

tiêm, ống tiêm, các chi thể và tổ chức mô cắt bỏ, chất thải sinh hoạt của bệnh nhân. Trừ

chất thải sinh hoạt ra, các loại này hầu hết đều chứa nhiều vi trùng và mầm bệnh có thể

lây lan và truyền bệnh. Biện pháp tốt nhất để xử lý là đốt để diệt trùng và giảm thể tích

phần tro đưa đi chôn lấp.

Thành phần chất phóng xạ, các kim loại nặng, chất độc hại, các chất dễ cháy, dễ

nổ, các chất thuộc loại axit, bazơ, các hoá chất độc hại... Với các chất thuộc loại này cần

phải được thu gom, xử lý và chôn lấp riêng.

10.2.1. Xử lý sơ bộ chất thải rắn đô thị

Giảm thể tích bằng phương pháp cơ học:

Nén rác là một khâu quan trọng trong quá trình xử lý chất thải rắn. Ở nhiều đô thị,

một số phương tiện vận chuyển chất thải rắn được trang bị thêm bộ phận cuốn ép và nén

rác, điều này góp phần làm tăng sức chứa của xe và tăng hiệu suất chuyên chpr cũng như

kéo dài thời gian phục vụ cho bãi chôn lấp. Các thiết bị nén ép có thể là các máy nén cố

định và di động hoặc các thiết bị nén ép cao áp.

+ Máy nén cố định được sử dụng ở các khu vực:

106

- Vùng dân cư

- Công nghiệp nhẹ hoặc thương mại

- Công nghiệp nặng

- Trạm trung chuyển với lực ép nhỏ hơn 689,5 kN/m2

+ Máy nén di động được sử dụng cho:

- Các xe trung chuyển khối lượng lớn.

- Côngtennơ

- Các thùng chứa đặc biệt

Giảm thể tích bằng phương pháp hoá học: Chủ yếu bằng phương pháp trung hoà,

hoá rắn kết hợp với các chất phụ gia đông cứng, khi đó thể tích các chất thải có thể giảm

đến 95%.

Giảm thể tích bằng phương pháp cơ học: Chủ yếu là dùng phương pháp cắt hoặc

nghiền.

Tách, phân chia các hợp phần của chất thải rắn: Để thuận tiện cho việc xử lý

người ta phải tách, phân chia các hợp phần của chất thải rắn. Đây là quá trình cần thiết

trong công nghệ xử lý để thu hồi tài nguyên từ chất thải rắn, dùng cho quá trình chuyển

hoá biến thành sản phẩm hoặc cho quá trình thu hồi năng lượng sinh học. Hiện nay người

ta đã áp dụng phương pháp tách, phân chia các hợp phần trong chất thải rắn bằng thủ

công hoặc bằng cơ giới.

- Bằng phương pháp thủ công: Dùng sức người.

- Bằng phương pháp cơ giới: Trong công nghệ có sấy khô, nghiền sau đó mới

dùng thiết bị tách (quạt gió, xyclon).

Vị trí tách, phân chia các hợp phần có thể như sau:

- Tách ngay từ nguồn chất thải rắn;

- Tách tại trạm trung chuyển;

- Tách ở các trạm tập trung khu vực;

- Tách tại các trạm xử lý chất thải rắn: phục vụ cho việc xử lý sao cho hiệu quả

cao.

- Tách kim loại ra khỏi chất thải rắn, tách các loại giấy, catton, polietylen.

Khối lượng và các loại hợp phần được tách, phân chia tuỳ thuộc vào vị trí phân

tách. Điển hình nhất là các loại giấy vụn, catton, thuỷ tinh, kim loại mày (nhôm, đồng),

kim loại đen (sắt, thép), chất dẻo...

107

a) Tách các hợp phần chất thải rắn bằng quạt gió (trọng lực):

Phương pháp này được sử dụng nhiều trong các công nghệ tách hợp phần của chất

thải rắn khô. Các hợp phần có trọng lượng nhẹ chủ yếu là hữu cơ tách khỏi hợp phần

nặng chủ yếu là vô cơ.

Sơ đồ hệ thống quạt gió được sử dụng để phân tách các hợp phần trong chất thải

rắn được thể hiện ở hình 10.1.

Nguyên tắc: quạt gió hoạt động tạo áp lực lớn hơn áp lực khí quyển. Các chất

nặng rơi xuống, vật nhẹ sẽ bị cuốn theo luồng khí và được tách ra ở xiclôn.

Trong thực tế phương pháp này dùng để tách các vật nhẹ như giấy vụn, túi chất

dẻo và các vật liệu nhẹ khác khỏi hỗn hợp chất thải.

Chọn thiết bị phân chia bằng quạt gió: Việc lựa chọn thiết bị phân chia bằng quạt

gió được dựa trên cơ sở như: đặc tính của vật liệu sau khi nghiền (kích thước hạt sau khi

nghiền, hàm lượng ẩm còn lại sau khi sấy và nghiền); đặc điểm, tính chất vật liệu nhẹ

cần tách; ngoài ra còn tuỳ thuộc vào các phương pháp vận chuyển chất thải từ máy

nghiền tới thiết bị phân chia, vận tốc treo, lưu lượng không khí, áp suất và phương pháp

nạp chất thải rắn vào thiết bị phân chia.

Hình 10 - 1. Sơ đồ hệ thống quạt gió được sử dụng để phân tách các hợp phần trong

chất thải rắn.

Chú ý tỷ lệ chất thải trên 1m3 không khí; các đặc điểm vận hành yêu cầu bảo

dưỡng, năng suất của thiết bị phân chia như mức ồn, khả năng gây ô nhiễm môi trường...

đặc điểm nhà xưởng, phương pháp nghiền và các vấn đề môi trường.

Các loại thiết bị tách, phân chia hợp phần của chất thải rắn có thể bao gồm các

loại:

108

- Loại đơn giản.

- Loại ziczac.

- Loại rung.

- Loại khác.

Tỷ lệ chất thải rắn và không khí biến động từ 0,2 - 0,8 đối với vật liệu nhẹ. Vận

tốc treo (vận tốc lơ lửng) đối với thiết bị phân tách bằng khí được thể hiện ở bảng 10.1.

Bảng 10.1. Vận tốc treo (vận tốc lơ lửng) đối với thiết bị phân tách bằng khí

Vận tốc m/s

Thiết bị ziczac

D = 50mm

Trong ống thẳng đứng

D = 150mm

1. Túi treo 2

2. Giấy bao gói khô, độ ẩm 25% 2 - 2,5 1,8

3. Giấy bao gói khô đã được nghiền nhỏ

với chu vi 25mm2,5 1,8

4. Loại hỗn hợp giấy báo, giấy catton 3 2

5. Giấy báo đã nghiền (độ ẩm 25%) 3,8 -

6. Loại giấy catton có sóng, nghiền khô 3,5 - 3,8 2 - 2,5

7. Giấy catton có sóng cắt khô chu vi

25mm5 3,5

8. Vật liệu xốp dùng để đóng bao gói 3,8 - 5,1 -

9. Cao su bọt có diện tích 1,5cm2 11 -

10. Cao su cũng được nghiền nhỏ có

diện tích 1,5cm217,5 -

b) Tách các hợp chất thải rắn bằng từ

Phương pháp chung nhất để thu hồi sắt vụn từ chất thải rắn là dùng phân chia

bằng từ. Vật liệu sắt thường được thu hồi sau khi cắt và trước khi phân chia bằng quạt

gió, hoặc sau khi cắt và phân chia bằng quạt gió. Ở một số trạm lớn, hệ thống phân

chia từ đặt ở đầu dây chuyền trước khi cắt. Khi chất thải là khối dễ cháy trong các lò

đốt thành phố thì việc phân chia bằng từ có th đặt sau khi đốt để tách các mảnh vụn

kim loại ra khỏi tro đốt. Hệ thống thu hồi bằng từ cũng có thể đặt ở khu bãi thải.

Những vị trí đặc biệt nơi vật liệu sắt cần thu hồi tuỳ thuộc mục tiêu cần đạt, chẳng

hạn việc giảm - khử các đổ cũ, rách trong quá trình sơ bộ và thiết bị phân chia, mức

độ trong sạch của sản phẩm cần đạt, hiệu quả thu hồi cần thiết. Phương pháp này

109

được ứng dụng để thu hồi các kim loại sắt trong công nghiệp như: thu hồi sắt trong

các nhà máy cơ khí hoặc thu hồi các thành phần sắt rỉ nhằm đảm bảo sự trong sạch

của sản phẩm...

Chọn thiết bị phân chia, tách loại bằng từ: Việc lựa chọn thiết bị phân chia bằng từ

được dựa trên các cơ sở sau:

- Vị trí thu hồi sắt.

- Đặc tính chất thải có chứa sắt.

- Lượng sắt có trong chất thải nhiều hay ít... sắt có kích thước lớn phải tách riêng,

nghiền nhỏ.

- Thiết bị nạp chất thải rắn tới thiết bị phân chia bằng từ.

- Đặc tính thiết kế, tải trọng, năng suất, kích thước của máy phân chia bằng từ, độ

mạnh của từ.

- Nhu cầu về năng lượng bảo dưỡng của thiết bị.

- Môi trường: tiếng ồn, tình trạng khu trại, kho bãi, điều kiện tách từ.

Các thiết bị phân tách từ bao gồm các loại như: thiết bị phân tách bằng từ treo, từ

kiểu trục, trống từ treo, kiểu băng tải.

110

c) Tách các hợp phần chất thải rắn bằng sàng

Hình 10 - 2: Sơ đồ thiết bị phân tách chất thải rắn loại từ

Sàng làm nhiệm vụ phân chia hỗn hợp chất thải rắn có kích thước khác nhau

thành 2 hoặc nhiều loại tuỳ theo kích thước của sàng. Công việc này được thực hiện

trong điều kiện khô hoặc điều kiện ướt, vị trí sẵn sàng có thể trước hoặc sau các công

đoạn khác.

111

Hình 10 - 3: Sơ đồ các loại sàng phân tách chất thải rắn

Thiết bị sàng: Thiết bị sàng có thể là các loại sàng rung, sàng trống quay và sàng

đĩa. Phương pháp sàng có thể thủ công (chủ yếu dùng phương pháp thủ công để phân

loại các thành phần mà máy móc khó thực hiện) hoặc phương pháp cơ giới (dùng các

máy thổi khí, hút từ cơ học).

10.2.2. Làm khô và khử nước

112

Ở nhiều trạm xử lý thu hồi năng lượng đốt phần nhẹ đã nghiền của chất thải cần

được sấy khô sơ bộ để giảm lượng ẩm và giảm trọng lượng. Khi bùn cạn từ trạm xử lý

nước thải cần được đốt cháy hoặc được sử dụng để làm nhiên liệu thì người ta phải khử

nước trong bùn.

Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho các loại chất là bùn xả ra từ các nhà máy

xử lý nước và nước thải.

a) Các phương pháp chung

Khử ẩm: Khử ẩm là một khâu quan trọng trong xử lý chất thải rắn, đặc biệt khử

ẩm bao giờ cũng trước công nghệ đốt. Khử ẩm có tác dụng là giảm trọng lượng chất thải

rắn.

Sấy khô: Trước khi xem xét thiết kế, chế tạo phải xét tới việc sử dụng nhiệt

đối với các vật liệu cần sấy. Có những phương pháp sử dụng nhiệt sau đây:

- Đối lưu: Chất mang nhiệt thường là không khí hoặc sản phẩm của quá trình cháy

tiếp xúc trực tiếp với chất thải rắn.

- Truyền nhiệt: Nhiệt được truyền gián tiếp bằng cách tiếp xúc giữa vật liệu ướt và

bề mặt sấy khô.

- Bức xạ: Nhiệt được truyền trực tiếp và độc nhất từ vật sấy nóng đến vật liệu ướt

bằng bức xạ nhiệt.

Trong các loại thiết bị sấy, thiết bị trống quay được sử dụng nhiều và tỏ ra có

nhiều ưu điểm, loại trống quay là loại có kết cấu đơn giản nhất. Qua trống vật liệu cần

sấy và nguồn tác nhân nhiệt được đồgn thời tiếp xúc với nhau trong quá trình vận chuyển

từ đầu nọ tới đầu kia của trống.

Đầu tiên vật liệu cần sấy được làm nóng lên và độ ẩm ban đầu của vật liệu bị giảm

xuống.

Vật liệu tiếp tục được sấy khô.

Vật liệu được tăng lên tới nhiệt độ khống chế. Lúc này lượng ẩm tương ứng đạt

được ở cuối giai đoạn sấy.

Thời gian vật liệu được sấy 30 - 45 phút. Để khống chế người ta dùng van chạy để

khống chế thời gian lưu vật liệu trong trống sấy. Ở cửa xả phải chú ý có hơi nước và có

thiết bị lọc khử bụi và xả không khí vào khí quyển.

Tốc độ trung bình của không khí trong ống cần thiết để vận chuyển các loại vật

liệu được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 10.2. Tốc độ trung bình của không khí trong ống cần thiết

113

để vận chuyển các loại vật liệu

Vật liệuVận tốc không khí

(m/phút)Vật liệu

Vận tốc không khí

(m/phút)

Hạt bụi 670,56 Bụi kim loại 670,56

Gỗ vụn, vỏ bào 914,4 Bụi chì 1524,1

Mạt cưa 609,6 Mạt bụi đồng 1219,0

Bụi nhỏ 609,6 Than bụi 1219,0

Bụi cao su 609,6 -

Bảng 10.3. Đặc tính của các loại thiết bị sấy

Loại thiết bị sấy Phương pháp vận hành

- Mâm quay trong lò Vật liệu được sấy khô được trải trên một mâm nối tiếp từ

trên xuống.

- Băng liên tục Vật liệu cần sấy được trải ở cửa băng trong lò. Băng truyền

chất thải qua máy sấy, đầu băng này là chất thải rắn ẩm

đầu kia là chất thải rắn khô.

- Trống quay Trống hình trụ được đặt nghiêng so với phương ngang và

quay liên tục.

- Sàn giả lỏng Vật liệu được sấy khô được giữ ở trạng thái lơ lửng (giả

lòng). Thiết bị sấy này dạng hình trụ đứng.

- Phun Vật liệu cần sấy được phun vào ngăn lò sấy. Sự chuyển

vận của tác nhân mang nhiệt và chất thải rắn có thể ngược

hoặc cùng chiều nhau.

- Chiếu dọi Vật liệu cần sấy đưa vào môi trường tác nhân nhiệt và vận

chuyển trong quá trình sấy khô.

114

b) Khử nước trong bùn cạn của các trạm xử lý nước thải

Trong quá trình xử lý nước thải, bằng bất kỳ phương pháp nào cũng có thể tạo nên

một lượng cặn đáng kể. Các chất không hoà tan ở bể lắng đợt I gọi là cặn tươi. Còn cặn

lắng sau giai đoạn xử lý sinh học được gọi là màng vi sinh (nếu dùng biôphin) và bùn

hoạt tính (nếu dùng aeroten) cặn được giữ lại ở bể lắng đợt II.

Bùn cặn từ các đường ống, các kênh mương tiêu thoát nước thường chứa nhiều

thành phần hữu cơ, vô cơ và thường được phân huỷ tự nhiên, dễ gây mùi khó chịu. Sau

khi được nạo vét theo định kỳ, chúng được đưa đến các công trình xử lý bùn cặn tập

trung của thành phố trước khi mang đi tiêu huỷ ở các bãi chôn lấp hợp vệ sinh. Nguồn

gốc tạo thành bùn cặn trong một trạm xử lý nước thải điển hình được thể hiện ở bảng

10.4.

Nói chung, các loại cặn trên đều có mùi hôi thối khó chịu (nhất là cặn tươi) và đó

là sự biểu hiện nguy hiểm về phương diện vệ sinh. Do vậy mà cặn nhất thiét phải được

xử lý thích đáng. Thành phần hoá học của các loại bùn cặn được trình bày ở bảng 10.4.

Bảng 10.4. Nguồn gốc tạo thành bùn cặn

trong một trạm xử lý nước thải đô thị điển hình

Quy trình công nghệ Dạng bùn/cặn Đặc thù của bùn/cặn

Song chắn rác Dạng rắn, kích thước khô Thành phần hữu cơ và vô cơ

thay đổi theo điều kiện của

đô thị.

Các chất này thường được

nghiền nhỏ sau đó lại đưa

vào xử lý tiếp tục cùng nước

thải.

Bể lắng cát Hạt cát và các hạt vô cơ

không tan. Chất nổi.

Thành phần vô cơ, dễ lắng.

Tại các bể lắng cát thường bị

bỏ qua công trình thu chất

nổi.

Bể lắng đợt 1 Cặn rắn

Chất nổi

Thành phần hữu cơ không

tan, độ ẩm 93 - 95%. Thành

phần và tính chất phụ thuộc

vào loại hệ thống mạng lưới

thoát nước (riêng/chung).

115

Mức độ tham gia của nước

thải công nghiệp vào hệ

thống.

Bể aeroten Bông bùn hoạt tính dạng lơ

lửng được hình thành từ

quá trình chuyển hoá BOD

khi thổi khí vào bể.

Thành phần vi sinh vật hiếu

khí, độ ẩm > 99%. Bùn được

lặng lại tại bể lắng đợt 2. Yêu

cầu phải giảm độ ẩm trước

khi xử lý bùn.

Bể lọc sinh học Màng vi sinh vật được

hình thành từ quá trình

chuyển hoá BOD trên bề

mặt vật liệu lọc.

Thành phần vi sinh vật hiếu

khí, độ ẩm > 99%. Màng

được lặng lại tại bể lắng đợt

2.

Bể lắng đợt 2 Bông bùn hoạt tính từ bể

aeroten.

Màng vi sinh vật từ bể lọc

sinh học.

Chất nổi

Thành phần vi sinh vật hiếu

khí, độ ẩm > 99%.

Thành phần vi sinh vật hiếu

khí, độ ẩm > 96%.

Bọt khí + Các chất hữu cơ.

Cặn từ công trình xử

lý hoá học

Cặn rắn Chứa các thành phần háo học

như sắt, hợp chất crôm, chì,

ôxit nhôm.

Cặn từ bể metan Cặn đã phân huỷ Hàm lượng chất dinh dưỡng

cao cho cây trồng.

Bùn, cặn từ trạm xử lý nước thải có thể được khử nước trong điều kiện tự nhiên

như sân phơi bùn, nền đất, hồ chứa. Sau khi được khử nước, bùn cặn có thể được trộn

lẫn với chất thải rắn để tiếp tục được xử lý theo các phương thức:

Đốt để giảm dung tích

Tạo các sản phẩm phụ có khả năng tận thu

Tạo hỗn hợp ủ sinh học

Chôn lấp cùng với đất

Bùn, cặn từ trạm xử lý nước thải cũng có thể được khử trong điều kiện nhân tạo

như khử nước bằng các thiết bị làm khô cặn cơ học, nhiệt, quay ly tâm, lọc chân không

hoặc lọc áp lực... Việc chọn thiết bị sấy được dựa trên các cơ sở sau:

116

Căn cứ vào vật liệu cần sấy khô và phương pháp nạp xả ra khỏi thiết bị sấy.

Căn cứ vào đặc tính sấy khô của vật liệu: độ ẩm ban đầu, loại ẩm (ẩm này có tính

chất bề mặt hay ẩm hấp thụ).

Phải chú ý đặc tính của sản phẩm sau khi sấy.

Cần chú ý nhiệt độ vận hành của thiết bị sấy: nhu cầu năng lượng, bảo dưỡng thiết

bị.

Căn cứ vào đặc điểm khu trạm nhà xưởng như không gian, chiều cao, thiết bị

phục vụ cho quá trình sấy.

Quá trình sấy có thể gây ra tiếng ồn, khí thải trong quá trình sấy có thể gây ra ô

nhiễm môi trường.

Bảng 10.5a. Thành phần hoá học của các loại bùn cặn

Theo % trọng lượng khô (% TS)

Loại bùn/cặnChất

hữu cơNitơ

Phốt

phoKali

Chất

béo

Xenlu

lo

Các

chất

khác

Hydra

t

carbo

n

Cặn bể lắng

đợt 172 - 90

2,4 -

3,3

0,6 -

1,70,20

14 -

17- 33

13 -

25

Bùn từ bể lắng

đợt 2 65 - 75

5,0 -

6,03,09 - 5,97 - - -

- Bể Biophin 65 - 75 3,4 2,300,3 -

0,42,60 - - -

- Bể aeroten 56 - 773,0 -

3,4

2,1 -

2,4- 9 - 13 25 28 - 35

11 -

27

Cặn từ bể

metan

Bảng 10.5b. Tính chất vật lý của các loại bùn cặn

từ các công nghệ xử lý nước thải khác nhau

Quá trình xử lý Nồng độ chất rắn

(% trọng lượng khô)

Tỷ trọng của chất khô

(Kg/10m3)

Khoảng Trung Khoảng Trung

117

giá trị bình giá trị bình

Từ lắng đợt 1 (lắng sơ

bộ)

Lắng đợt 2

Sau aeroten (+ lắng 1)

Sau aeroten (- lắng 1)

Bể lọc sinh học

Sau aeroten thổi khí kéo

dài

Có hoá chất vôi bổ xung

ở bể lắng đợt 1 để khử

photpho:

Nồng độ vôi thấp (350 -

500mg/l)

Nồng độ vôi cao (800 -

1.600mg/l)

Chất nổi

Cặn chín từ bể metan

10.3. XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG CÔNG NGHỆ ÉP KIỆN

Kim loại

Thuỷ tinh

Rác thảiPhễu nạp

rác

Băng tải

rácPhân loại

Giấy

Nhựa

Các khối kiện

sau khi ép

Băng tải thải

vật liệuMáy ép rác

Hình 10 - 4: Công nghệ xử lý rác thải bằng phương pháp ép kiện

118

Phương pháp ép kiện được thực hiện trên cơ sở toàn bộ rác thải tập chung thu

gom vào nhà máy. Rác được phân loại bằng phương pháp thủ công trên băng tải, các chất

trơ và các chất có thể tận dụng được như: kim loại, nilon, giấy, thuỷ tinh, plastic... được

thu hồi để tái chế. Những chất còn lại sẽ được băng tải chuyền qua hệ thống ép nén rác

bằng thuỷ lực với mục đích làm giảm tối đa thể tích khối rác và tạo thành các kiện với tỷ

số nén rất cao.

Các kiện rác đã ép nén này được sử dụng vào việc đắp các bờ chắn hoặc san lấp

những vùng đất trũng sau khi được phủ lên các lớp đất cát.

Trên diện tích này, có thể dùng làm mặt bằng để xây dựng công viên, vườn hoa,

các công trình xây dựng nhỏ và mục đích chính là giảm tối đa mặt bằng khu vực xử lý

rác.

10.4. PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH CHẤT THẢI RẮN BẰNG CÔNG NGHỆ

HYDROMEX

Đây là một công nghệ mới, lần đầu tiên được áp dụng ở Hawai Hoa Kỳ (2-1996).

Công nghệ Hydromex nhằm xử lý rác thải đô thị (cả rác thải độc hại) thành các sản phẩm

phục vụ xây dựng, làm vật liệu, năng lượng và sản phẩm nông nghiệp hữu ích.

Bản chất của công nghệ Hydromex là nghiền nhỏ rác sau đó polime hoá và sử

dụng áp lực lớn để ép nén, định hình các sản phẩm.

Quy trình công nghệ như sau:

Rác thải phải được thu gom (rác hỗn hợp, kể cả rác cồng kềnh) chuyển v nhà máy,

rác thải không cần phân loại được đưa vào máy cắt và nghiền nhỏ, sau đó chuyển đến các

thiết bị trộn bằng băng tải.

Chất thải lỏng được pha trộn trong bồn phản ứng, các phản ứng trung hoà và khử

độc xảy ra trong bồn. Sau đó chất thải lỏng từ bồn phản ứng được bơm vào các thiếtn bị

trộn; chất lỏng và rác thải kết dính với nhau hơn sau khi thành phần polime được cho

thêm vào. Sản phẩm ở dạng bột ướt chuyển đến một máy ép khuôn và cho ra sản phẩm

mới. Các sản phẩm này bền, an toàn về mặt môi trường, không độc hại.

Công nghệ của Hydromex có những ưu, nhược điểm sau:

- Công nghệ tương đối đơn giản, chi phí đầu tư không lớn.

- Xử lý được cả chất thải rắn và lỏng.

- Trạm xử lý có thể di chuyển hoặc cố định.

- Rác sau khi xử lý là bán thành phẩm hoặc là sản phẩm đem lại lợi ích kinh tế.

119

- Tăng cường khả năng tái chế tận dụng lại chất thải, tiết kiệm diện tích đất làm

bãi chôn lấp.

Tuy nhiên đây là một công nghệ xử lý rác chưa được áp dụng rộng rãi trên thế

giới. Công nghệ Hydromex mới được đưa vào sử dụng đầu tiên vào tháng 2 - 1996 ở

Southgate California nên chưa thể đánh giá hết được ưu khuyết điểm của công nghệ này.

Các sản phẩm của Hydromex mới ở dạng trình diễn.

Ngoài các phương pháp trên còn một số các phương pháp xử lý rác khác như:

phương pháp bốc hơi, phương pháp nhiệt phân...

10.5. XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ SINH HỌC

10.5.1. Khái niệm

Ủ sinh học (compost) có thể được coi như là quá trình ổn định sinh hoá các chất

hữu cơ để thành chất mùn, với thao tác sản xuất và kiểm soát một cách khoa học tạo môi

trường tối ưu đối với quá trình.

Quá trình ủ hữu cơ từ rác hữu cơ là một phương pháp truyền thống, được áp dụng

phổ biến ở các quốc gia đang phát triển và ở Việt Nam. Phương pháp này được áp dụng

rất có hiệu quả. Những đống lá hoặc đống phân có thể để hàng năm và thành chất thải

hữu cơ rồi thành phân ủ ổn định, nhưng quá trình có thể tăng nhanh trong vòng một tuần

hoặc ít hơn. Quá trình ủ coi như một quá trình xử lý - tốt hơn được hiểu và so sánh với

quá trình lên men yếm khí bùn hoặc quá trình hoạt hoá bùn. Theo tính toán của nhiều tác

giả, quá trình ủ có thể tạo ra thu nhập gấp 5 lần so với khi bán khí metan của bể metan

với cùng một loại bùn đó và thời gian rút ngắn lại một nửa. Sản phẩm cuối cùng thu

được không có mùi, không chứa vi sinh vật gây bệnh và hạt cỏ. Để đạt mức độ ổn định

như lên men, việc ủ đòi hỏi một phần nhỏ năng lượng để tăng cao dòng không khí qua

các lỗ xốp, ẩm của khối coi như một máy nén thổi khí qua các tấm xốp phân tán khí

trong bể aeroten - bùn hoạt tính. Trong quá trình ủ, oxy sẽ được hấp thụ hàng trăm lần và

hơn nữa so với ở bể aerten. Quá trình ủ được áp dụng đối với chất hữu cơ không độc hại,

lúc đầu là khử nước, sau là xử lý cho tới khi nó thành xốp và ẩm. Độ ẩm và nhiệt độ

được kiểm tra để giữ cho vật liệu luôn luôn ở trạng thái hiếu khí trong suốt thời gian ủ.

Quá trình tự tạo ra nhiệt riêng nhờ quá trình oxy hoá sinh hoá các chất thối rữa. Sản

phẩm cuối cùng của quá trình phân huỷ CO2, nước và các hợp chất hữu cơ bền vững như

Lignin, xenlulo, sợi.

10.5.2. Công nghệ ủ sinh học theo các đống

120

Hình 10 - 5: Sơ đồ các đống ủ sinh học xử lý rác thải hữu cơ

Công nghệ ủ đống thực chất là một quá trình phân giải phức tạp gluxit, lipit và

protein với sự tham gia của các sinh vật hiếu khí và kỵ khí. Các điều kiện pH, độ ẩm,

thoáng khí (đối với vi khuẩn hiếu khí) càng tối ưu, vi sinh vật càng hoạt động mạnh và

quá trình ủ phân càng kết thúc nhanh. Tuỳ theo công nghệ mà vi khuẩn kỵ khí hoặc vi

khuẩn hiếu khí sẽ chiếm ưu thế. Công nghệ ủ đống có thể là ủ tĩnh thoáng khí cưỡng bức,

ủ luống có đảo định kỳ hoặc vừa thổi khí vừa đảo. Cũng có thể ủ dưới hố như kiểu ủ

chua thức ăn, chăn nuôi hay ủ trong hầm kín thu khí metan.

10.5.3. Công nghệ ủ sinh học theo quy mô công nghiệp

Quá trình ủ (compost) quy mô công nghiệp được trình bày ở sơ đồ dưới. Rác tươi

được chuyển về nhà máy, sau đó được chuyển vào bộ phận nạp rác và được phân loại

thành phần của rác trên hệ thống băng tải (tách các chất hữu cơ dễ phân huỷ, chất vô cơ,

chất tái sử dụng) phần còn lại là phần hữu cơ phân huỷ được qua máy nghiền rác và được

băng tải chuyển đến khu vực trộn phân bắc để giữ độ ẩm. Máy xúc đưa vật liệu này vào

các ngăn ủ, quá trình lên men làm tăng nhiệt độ lên 65 - 700C sẽ tiêu diệt các mầm bệnh

và làm cho rác hoại mục. Quá trình này được thúc đẩy nhờ quạt gió cưỡng bức. Thời

gian ủ là 21 ngày, rác được đưa vào ủ chín trong thời gian 28 ngày. Sau đó sàng để thu

lấy phần lọt qua sàng mà trong đó các chất trơ phải tách ra nhờ bộ phận tỷ trọng. Cuối

cùng ta thu được phân hữu cơ tinh có thể bán ngay hoặc phối trộn thêm với các thành

phần cần thiết và đóng bao.

121

Hình 10 - 6: Quy trình công nghệ ủ sinh học quy mô công nghiệp

Nếu thị trường có nhu cầu phân hữu cơ cao cấp, phân hữu cơ cơ bản sẽ được trộn

với thành phần dinh dưỡng N, P, K và một số nguyên tố hoá học vi lượng hoặc một số

phụ gia kích thích sinh trưởng.

Giải pháp xử lý rác thải sinh hoạt bằng phương pháp lên men hiếu khí để sản

xuất phân bón hữu cơ tổng hợp là phương pháp có nhiều ưu điểm nhất vì:

- Loại trừ được 50% lượng rác sinh hoạt bao gồm các chất hữu cơ là thành phần

gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí.

- Sử dụng lại được 50% các chất hữu cơ có trong thành phần rác thải để chế biến

làm phân bón phục vụ nông nghiệp theo hướng cân bằng sinh thái. Hạn chế việc nhập

khẩu phân hoá học để bảo vệ đất đai.

122

- Tiết kiệm đất sử dụng làm bãi chôn lấp, tăng khả năng chống ô nhiễm môi

trường. Cải thiện điều kiện sống của cộng đồng.

- Vận hành đơn giản, bảo trì dễ dàng. Dễ kiểm soát chất lượng sản phẩm.

- Giá thành tương đối thấp, có thể chấp nhận được.

- Phân loại rác thải, sử dụng được các chất có thể tái chế như (kim loại màu, sắt

thép, thuỷ tinh, nhựa, giấy, bìa...) phục vụ cho công nghiệp.

Hình 10 - 7: Sơ đồ công nghệ và ủ sinh học quy mô công nghiệp

(bên trong nhà máy)

Trong quá trình chuyển hoá, nước rác sẽ chảy ra, nước này sẽ được thu lại bằng

một hệ thống rãnh xung quanh khu vực để đưa về một bể đặt ở cuối khu ủ rác. Tại đây

nước rác sẽ được bơm tưới vào rác ủ để bổ sung độ ẩm.

Nhược điểm:

- Mức độ tự động của công nghệ chưa cao.

- Việc phân loại chất thải vẫn phải thực hiện bằng phương pháp thủ công nên dễ

gây ảnh hưởng đến sức khoẻ.

- Nạp liệu thủ công, năng suất kém.

- Phần tinh chế chất lượng kém do tự trang, tự chế.

- Phần pha trộn và đóng bao thủ công, chất lượng không đều.

10.6. XỬ LÝ RÁC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT

Đốt rác là giai đoạn xử lý cuối cùng được áp dụng cho một số loại rác nhất định

không thể xử lý bằng các biện pháp khác. Đây là một giai đoạn ôxy hoá nhiệt độ cao với

sự có mặt của ôxy trong không khí, trong đó có loại rác độc hại được chuyển hoá thành

khí và các chất thải rắn không cháy. Các chất khí được làm sạch hoặc không được làm

sạch thoát ra ngoài không khí, chất thải rắn được chôn lấp.

123

Phương pháp đốt rác được sử dụng rộng rãi ở những nước như Đức, Hà Lan, Đan

Mạch, Nhật Bản, đó là những nước có số lượng đất cho các khu thải rác bị hạn chế. Đặc

điểm chung chất thải rắn đô thị của những nước này là có năng suất toả nhiệt khá cao

(điển hình hơn 9000kJ/kg), phát sinh từ giấy, các loại chất dẻo và thành phần các chất dễ

bắt lửa khác, một số thành phần có độ ẩm thấp (gần 35%) và một phần các nguyên liệu

trơ (như gạch đá vụn, đất) và nhiều vật liệu không bắt cháy khác.

10.6. XỬ LÝ RÁC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT

Đốt rác là giai đoạn xử lý cuối cùng được áp dụng cho một số loại rác nhất định

không thể xử lý bằng các biện pháp khác. Đây là một giai đoạn ôxy hoá nhiệt độ cao với

sự có mặt của ôxy trong không khí, trong đó có loại rác độc hại được chuyển hoá thành

khí và các chất thải rắn không cháy. Các chất khí được làm sạch hoặc không được làm

sạch thoát ra ngoài không khí, chất thải rắn được chôn lấp.

Phương pháp đốt rác được sử dụng rộng rãi ở những nước như Đức, Hà Lan, Đan

Mạch, Nhật Bản, đó là những nước có số lượng đất cho các khu thải rác bị hạn chế. Đặc

điểm chung chất thải rắn đô thị của những nước này là có năng suất toả nhiệt khá cao

(điển hình hơn 9000kJ/kg), phát sinh từ giấy, các loại chất dẻo và thành phần các chất dễ

bắt lửa khác, một số thành phần có độ ẩm thấp (gần 35%) và một phần các nguyên liệu

trơ (như gạch đá vụn, đất) và nhiều vật liệu không bắt cháy khác.

Xử lý rác bằng phương pháp đốt có ý nghĩa quan trọng là làm giảm tới mức tối đa

chất thải cho khâu xử lý cuối cùng, nếu sử dụng công nghệ tiên tiến còn có ý nghĩa cao

bảo vệ môi trường. Đây là phương pháp xử lý rác tốn kém so với phương pháp chôn lấp

hợp vệ sinh thì chi phí để đốt 1 tấn rác cao hơn khoảng 10 lần.

Công nghệ đốt rác thường sử dụng ở các quốc gia phát triển vì phải có một nền

kinh tế đủ mạnh để bao cấp cho việc thu đốt rác sinh hoạt như là một dịch vụ phúc lợi xã

hội và dễ sinh khí độc nếu giải quyết việc xử lý khói không tốt (phần xử lý khói là phần

đắt nhất trong công nghệ đốt rác).

Năng lượng phát sinh có thể tận dụng cho các lò hơi, lò sưởi hoặc các công nghệ

cần nhiệt và phát điện. Mỗi lò đốt phải được trang bị một hệ thống xử lý khí thải rất tốn

kém, nhằm khống chế ô nhiễm không khí do quá trình đốt có thể gây ra.

Hiện nay, ở các nước châu Âu có xu hướng giảm việc đốt rác thải vì hàng loạt vấn

đề kinh tế cũng như môi trường cần phải xem xét và thường phải xem và thường áp dụng

để xử lý rác độc hại như rác bệnh viện và công nghiệp, vì các phương pháp xử lý khác

không giải quyết triệt để được. Công nghệ đốt chất thải rắn được trình bày ở hình 10.1.

124

Công nghệ đốt có những ưu điểm:

- Xử lý triệt để các chỉ tiêu ô nhiễm của chất thải đô thị.

- Công nghệ này cho phép xử lý được toàn bộ chất thải đô thị mà không cần nhiều

diện tích đất sử dụng làm bãi chôn lấp rác.

Hình 10.8a. Sơ đồ công nghệ đốt chất thải rắn quy mô công nghiệp

Nhược điểm của phương pháp này là:

- Vận hành dây chuyển phức tạp, đòi hỏi năng lực kỹ thuật và tay nghề cao.

- Giá thành đầu tư lớn, chi phí tiêu hao năng lượng và chi phí xử lý cao.

Các nước có thu nhập cao đã phát triển công nghệ đốt rác đến một mức độ hoạt

động và bảo trì khá tinh vi. Khí thải là một mối tiềm năng gây ô nhiễm đã được giảm đến

mức tối thiểu nhờ ứng dụng các công nghệ kiểm soát tinh vi và đắt.

Có hai phương pháp chính trong việc đốt chất thải rắn đô thị:

- Đốt cháy cả đống là một lựa chọn tương đối đơn giản. Rác thải thường được đưa

vào một lò đốt chuyển động với tốc độ chậm bên trong khoang đốt, với việc thải khí qua

ống dẫn chạy qua một tuốc bin (để sản xuất điện) rồi qua các bộ phận làm giảm bớt ô

nhiễm không khí (để huỷ bụi và các chất gây ô nhiễm), cuối cùng là đi qua ống khói và

bay vào khí quyển. Thông thường những nguyên liệu duy nhất phải lấy khỏi dòng chất

thải trước khi được tiêu huỷ là các chất thải cồng kềnh hoặc các chất thải có khả năng

gây độc hại.

- Tốt tầng chất lỏng bao gồm việc chất thải đô thị trước khi xử lý được đưa vào

thùng sắt chịu nhiệt hình trụ, trong đó đổ đầy một lớp các chất đã được hoá "lỏng" nhờ

khí nén ở mức cao gồm các chất trơ như cát, silic, đá vôi và các vật liệu gốm. Mặc dù ít

125

được sử dụng rộng rãi trên thế giới nhưng biện pháp này đã được chứng minh là hoạt

động rất linh hoạt, được nhiều nhà máy áp dụng để xử lý những nguồn rác thải có nhiều

giá trị năng suất toả nhiệt khác nhau. Tuy nhiên, khác với công nghệ đốt cả đống, chất

thải rắn đô thị thô cần phải qua xử lý sơ bộ trước đó để phân ra thành từng lô có cùng

kích cỡ rồi mới chuyển vào trong lò đốt.

Các loại lò đốt rác thải: Những thiết bị đốt chuyên dụng thường có những thành

phần sau:

- Bộ phận chất thải và bảo quản chất thải.

- Bộ phận nghiền và phối trộn chất thải.

- Bộ phận cấp chất thải, chất lỏng, bùn và chất rắn.

- Buồng đốt sơ cấp.

- Buồng đốt thứ cấp.

- Thiết bị làm nguội khí hay nồi hơi chạy bằng nhiệt dư để giảm nhiệt độ.

- Hệ thống rửa khí.

- Quạt hút để hút khí và không khí vào lò khi duy trì áp suất âm.

- Ống khói.

Những dạng lò đốt khác nhau thay đổi chủ yếu về buồng đốt sơ cấp, thông thường

nhất là dạng lò quay, và dạng của hệ thống xử lý khí được sử dụng. Sơ đồ cấu tạo của lò

đốt nhỏ (do hãng MACROBURN - Nhật Bản chế tạo) được thể hiện ở hình 10.9.

Buồng đốt lò quay rất cơ động, những loại lò đốt sơ cấp khác là lò cố định (chủ yếu

dùng cho đốt các chất thải rắn, chủ yếu là chất thải bệnh viện), lò bơm chất lỏng (được thiết

kế chỉ cho chất thải lỏng và bùn mụn) và loại lò tầng sôi.

Có hai dạng hệ thống rửa khí được sử dụng phổ biến là rửa khô và rửa ướt. Trong

hệ thống rửa khô, bùn vôi được bơm vào luồng khí lò nóng. Hơi nước sẽ bay đi, còn lại

những hạt vôi sẽ hấp thụ và trung hoà các khí axit. Vôi sẽ được thu vào những túi lọc lớn

mà ở đây chỉ có khí lò đi qua được, đồng thời tiếp tục quá trình trung hoà khí axit và tách

hạt rắn.

Trong hệ thống rửa khí ướt, dung dịch kiềm sẽ được phun vào khí axit. Hệ thống

rửa khí thông thường được kết hợp giữa venturi và tháp phun.

126

Hình 10 - 9: Sơ đồ cấu tạo của lò đốt nhỏ (MACRO Burn - Nhật Bản)

Cơ chế của quá trình đốt

Quá trình đốt trong các loại lò đốt đa vùng như kiểu MACRO Burn được diễn ra

chủ yếu trong các buồng đốt sơ cấp và thứ cấp.

Đốt tại buồng sơ cấp: Rác thải được nạp vào lò đốt qua cửa dưới ở phía trước

buồng đốt sơ cấp, sau đó được gia nhiệt, quá trình bay hơi (nhiệt phân) dĩên ra. Sự bay

hơi có thể được diễn ra tại nguồn. Quá trình bay hơi không yêu cầu oxy và có thể được

thực hiện trong môi trường khí trơ. Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu quá trình

bay hơi được thực hiện ngay trong tầng đố, nhiệt độ đốt tăng, tạo điều kiện cho quá trình

bay hơi tăng nhanh. Ngược lại, nếu quá trình bay hơi quá nhanh, có thể làm chậm lại nhờ

hạn chế tốc độ đốt. Điều cần lưu ý là không phải tất cả các chất dễ bay hơi có thể đốt

được. Hơi nước có thể bốc hơi, than và cacbin đen được giữ lại.

Buồng đốt sơ cấp được bố trí sao cho hơi từ đầu đốt, khí thoát ra do hiện tượng

bay hơi, do thay đổi nhiệt độ và do chuyển động dạng xoáy ngang kết hợp vào với nahu

tạo ra nhiệt và khí cung cấp ổn định cho buồng đốt và nhờ vậy điều khiển tốc độ cháy

của lò đốt.

Các đầu đốt được đặt trong buồng đốt sơ cấp và đảm nhận cả chức năng sơ cấp và

thứ cấp. Sự chuyển nhiệt từ buồng đốt sơ cấp tới buồng đốt thứ cấp được điều chỉnh cố

định, tuỳ thuộc vào điều kiện tối ưu.

Đốt tại buồng đốt thứ cấp: Buồng đốt thứ cấp bao gồm bai buồng (buồng trộn và

buồng đốt cuối cùng). Trong buồng đốt thứ cấp, chủ yếu là quá trình đốt cháy hoàn toàn

127

luồng khí tạo thành từ buồng đốt sơ cấp. Luồng khí này ở dưới dạng các hạt mỏng chứa tỷ lệ

phần trăm cacbon cao. Những hạt này có diện tích bề mặt lớn nếu tập trung thành đám.

Lượng cacbon chứa trong hạt sẽ được đốt cháy hoàn toàn khi đi vào buồng trộn. Sau đó, khí

thoát khỏi buồng trộn, qua cửa có màn chắn và vào buồng đốt cuối cùng. Vận tốc trong

buồng đốt này đảm bảo đủ thời gian để đốt cháy hoàn toàn các thành phần.

Phía trên buồng sơ cấp, cửa thông lửa và buồng trộn khí là những phần tạo hiệu

ích trong buồng đốt thứ cấp. Không khí cung cấp cho nuồng đốt thứ cấp được sinh ra

do áp lực âm của cửa thông gió ống khói. Dòng khí tại điểm thắt trong đường dẫn khí

làm tăng tốc độ của khí. Hiện tượng này tạo nên hiệu ứng venturi vì lượng khí và vận

tốc khí tăng lên lượng khí thứ cấp cũng tăng lên.

Trong quá trình đốt, việc cung cấp khí và phân phối nhiệt bên trong lò được điều

khiển tự động hoàn toàn thông qua việc thay đổi luồng khí và áp suất khí. Điều đó đảm

bảo việc đốt cháy trong lò là hoàn toàn ổn định. Chính vì vậy lò đốt đảm bảo khử hết

khói và tro bụi.

Khí lò sinh ra bởi khí thải phải được duy trì lâu trong lò đốt đủ để cho quá trình

cháy hoàn toàn (thường ít nhất là 4 giây), nhiệt độ phải đủ cao (thông thường cao hơn

10000C hay 11000C đối với chất PBC - Poly cholorinated biphenyl). Cuối cùng cần phải

có một quá trình trộn lẫn tốt các khí.

Ống khói được đặt trực tiếp phía trên lò, điều khiển hiệu quả luồng khí thoát ra.

Ở cuối lòng lò, có bố trí các thanh ghi lò sàng tro bằng thuỷ lực. Nhờ sự trợ giúp

của cời than bằng thủ công, tro được rơi xuống qua dãy thanh ghi lò vào hầm chứa tro

đặt ở phía dưới.

Chương 11

PHƯƠNG PHÁP TẬN DỤNG NHIỆT

VÀ TIÊU HUỶ CHẤT THẢI LÀ CHẤT DẺO

Thời gian gần đây, trong việc tận dụng và xử lý chất thải là chất dẻo thì phương

pháp nhiệt được dùng nhiều hơn, đặc biệt nó được phát triển và phổ biến trong các

trường hợp khi mà chất dẻo trong thực tế không sử dụng và không có thể tận dụng được

bằng cách tái chế thành các sản phẩm hay dùng trong các việc khác. Các phương pháp

này được sử dụng rộng rãi để xử lý rác thải thành phố mà lượng thải của nó hàng năm

tăng lên một cách quá nhanh. Có thể chế biến phế thải thành những sản phẩm hữu ích do

128

sử dụng phương pháp xử lý nhiệt. Ngày nay người ta đã chế biến nghiên cứu chế tạo ra

các thiết bị dùng để xử lý chất dẻo tinh.

Phương pháp xử lý nhiệt có thể chia thành hai nhóm:

1- Phá huỷ bằng nhiệt chất polime để nhận được các sản phẩm rắn, lỏng và khí.

2- Đốt để tạo ra sản phẩm khí và tro.

Phá huỷ bằng nhiệt có thể chia ra: tách polime qua nhiệt ở nhiệt độ không cao lắm

để tạo ra sản phẩm polime chính phân tử thấp và nhiệt phân ở nhiệt độ cao để được sản

phẩm là chất lỏng và chất khí còn lại một lượng nhỏ chất rắn. Một số loại chất dẻo nhất

định sẽ tạo ra một lượng lớn chất đơn phân ban đầu có thể sử dụng trong chu trình kín.

11.1. PHÂN HUỶ BẰNG NHIỆT VÀ NHIỆT PHÂN

11.1.1. Sản xuất sáp polietilen từ chất thải

Trong quá trình phân huỷ chất thải bằng nhiệt ở nhiệt độ đến 5000C thì sẽ tạo ra

một lượng lớn hydrocacbon trong dãy parafit có khối lượng phân tử 500 - 8000 và nhiệt

độ nóng chảy 80 - 1200C. Quá trình phân huỷ thường thực hiện bằng thiết bị phân huỷ

nhiệt và gồm các bước: đưa chất thải polietilen vào máy ép, cho nóng chảy và đưa vào

máy phân huỷ nhiệt, phân huỷ chất thải, làm nguội sản phẩm trong thiết bị trao đổi nhiệt,

tách sản phẩm phụ dễ bay hơi ra, lọc và trộn đều sản phẩm đã nóng chảy rồi lấy ra để

làm thành sáp. Thay đổi nhiệt độ theo các vùng của máy ép và tần số quay của guồng

xoáy sẽ cho phép điều chỉnh được khối lượng phân tử của sản phẩm.

Như vậy sáp thu được có mức độ kết tinh cao và sẽ tạo ra độ rắn bề mặt cao. Tập

hợp các tính chất này với nhiệt độ nóng chảy tương đối cao và độ nhớt nóng chảy thấp sẽ

cho phép dùng sáp này để làm giấy nến, cáctông, vải và để tạo ra lớp phủ mỏng trên các

tấm kim loại.

Các chất sáp này bền vững trong môi trường hoá học: axeton, metanol, cloroform,

trong dung dịch kiềm, axit axetic và axit clohydric đậm đặc. Mức độ kết tinh sáp phụ

thuộc vào khối lượng phân tử và tính chất chất thải ban đầu, dao động trong phạm vi từ

40 - 70%. Sự khác nhau về tính chất sẽ tạo ra những tính chất đặc biệt của loại sáp khi sử

dụng. Như vậy có loại sáp dùng để sản xuất ra các loại sáp chịu oxy hoá, dùng làm mực

in, làm công nghiệp, để sản xuất ra giấy nến.

Các sản phẩm phân huỷ nhiệt dễ oxy hoá bằng oxy không khí tạo ra sáp chịu oxy

hoá được dùng trong sản xuất giấy photocopy, da nhân tạo. Dưới đây là một số đặc tính

của sáp oxy hoá:

129

Bảng 11.1. Đặc tính của sáp oxy hoá

Thông số PVO - 30 PVO - 200

Độ nhớt nóng chảy ở nhiệt độ 1400C 25 - 46 150 - 250

Nhiệt độ nhỏ giọt ≤ 0C 100 110

Độ rắn, mm 3 0,5

Số axit, mg KOH/g 25 - 30 20 - 30

Ngoài ra, loại sáp chịu oxy hoá còn có khả năng phân tán để tạo ra chất nhũ tương

dạng nước với lượng chất cặn rắn đến 30% khối lượng. Những chất nhũ tương như vậy

được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt để sản xuất ra các loại sản phẩm cá biệt. Xử

lý bằng nhũ tương làm cho vải có độ bền vững cao, đồng thời làm tăng độ bền của vải.

11.1.2. Nhiệt phân chất thải là chất dẻo

Thời gian gần đây, đặc biệt là khi vấn đề năng lượng đang được chú ý nhiều thì

chất thải là chất dẻo được xem như là nguyên liệu hoá dầu rắn. Điều đó liên quan tới

khả năng các hợp chất cao phân tử ở nhiệt độ cao hơn 3000C sẽ bị phân huỷ phụ thuộc

vào điều kiện phân tách và thành phần của các chất thải polime có hydrocacbon khác

nhau: nhiệt liệu khí, keroxin, gazolin, dầu nhờn...

Hàng loạt polime (polimetylmetacryl, plistirol và một số chất khác) sẽ phân

tách thành các đơn phân ban đầu. Việc tái sinh metylmetacrylat từ chất thải polime

được tổ chức ở phạm vi công nghiệp. Việc tách từng polime có đặc tính đặc biệt bằng

nhiệt phải tính đến việc chọn chế độ và thiết bị của quá trình.

Nhiệt phân các chất thải là các tấm polistirol. Quá trình này được nghiên cứu

trong khoảng nhiệt độ khá rộng cũng như trong áp suất khí quyển và trong chân không.

Nhiệt phân ở nhiệt độ thấp chất thải là các tấm polistirol ở áp suất trong môi trường nitơ

khi nhiệt độ 3000C sẽ cho phép tách ra được 62% stirol từ lượng chất bay hơi. Tăng nhiệt

độ nhiệt phân đến 700 - 8000C có thể tăng lượng ra của stirol đến 75 - 85%. Tại Nhật

Bản còn có thể thu được lượng stirol thoát ra cao hơn nếu như trong quá trình nhiệt phân

chất thải polistirol dùng chất xúc tác ở lớp sôi. Do kết quả phân huỷ chất thải polistirol

và làm sạch sản phẩm tảo sẽ được stirol như stirol ban đầu và dùng để thêm vào nó trong

quá trình sản xuất polistirol.

Nghiên cứu nhiệt phân chất thải là các tấm chất dẻo cho thấy rằng ở nhiệt độ

400 - 5000C trong thời gian 4 - 4,5h thì sẽ tách ra được gần 90% sản phẩm.

130

Bảng 11.2. Quan hệ giữa nhiệt độ và sản phẩm sau xử lý nhiệt phân

Nhiệt độ nung cuối cùng, 0C 400 450 500 400 450

Thời gian nung nóng chung, h 4,0 4,2 4,5 4,0 4,0

Hiệu suất, % (khối lượng)

- Sản phẩm chất lỏng 89,3 89,7 90,1 89,3 92,0

- Chất cặn rắn 7,2 7,0 6,7 7,3 5,0

- Chất khí, kể cả tổn thất 3,5 3,3 3,2 3,4 3,0

Phân tích sự phân đoạn chất lỏng sôi ở trong giới hạn 100 - 1800C thấy rằng sản

phẩm nhiệt phân cơ bản gồm có stirol, xilen, tolue, benzen và các hydrocacbon khác.

Hiệu suất chung của stirol khi tính toán chất thải ban đầu thì tương đối nhỏ (gần 30%), vì

vậy việc tách nó ra và tinh cất hàng loạt sản phẩm có tính chất kinh tế như các sản phẩm

là chất lỏng làm nhiên liệu.

Hướng khác là nhiệt phân chất thải polistirol có khả năng tái chế nó cùng với các

hỗn hợp cốc dầu mỏ tại các xí nghiệp chế biến cốc. Qua nghiên cứu thấy rằng: xử lý cốc

dầu mỏ có thêm 10% (khối lượng) chất thải polistirol trong lò nhiệt độ 13250C sẽ cho

phép thu được cốc theo các chỉ số cơ bản (ham lượng tro, mật độ, lượng lưu huỳnh).

Trong thực tế thấy rằng khi thêm chất thải không đòi hỏi phải làm thay đổi công nghệ mà

sẽ cho phép thực hiện phương pháp tận dụng chất thải polistirol tại các xí nghiệp công

nghiệp đang hoạt động.

11.1.3. Nhiệt phân chất thải polielefin

Khác với nhiệt phân polistirol, nhiệt phân poliolefin xảy ra với hiệu suất chất đơn

phân ban đầu rất nhỏ. Việc tách polietilen bắt đầu ở nhiệt độ không được dưới 3000C,

còn tốc độ rõ rệt là khi nhiệt độ cao hơn 3600C. Kết quả nghiên cứu sản phẩm nhiệt phân

thấy rằng phần cất ngưng tụ, bay hơi ở nhiệt độ trong phòng cơ bản là các hydrocacbon

bão hoà và không bão hoà. Nhiệt độ có ảnh hưởng đến thành phần sản phẩm nhiệt phân.

Với tăng nhiệt độ sẽ tăng và đạt tới cực đại khi 8200C, hiệu suất của benzen và etylen sẽ

được nâng lên từ từ, còn kượng phần chưng cất C4 - C6 sẽ giảm xuống (hình 11.1).

131

Hình 10.8a. Sơ đồ công nghệ đốt chất thải rắn quy mô công nghiệp

Thành phần của sản phẩm nhiệt phân polistirol gắn với thành phần của polietylen

(PE) nhưng quá trình tách polipropylen (PP) sẽ xảy ra nhanh hơn một chút điều đó có

liên quan tới năng lượng hoạt tính khác nhau của quá trình: 230 kJ/mol đối với PP và 302

kJ/mol đối với PE. Việc tạo ra lượng lớn sản phẩm lỏng và khí khi hiệu suất của cacbon

rất nhỏ là đặc điểm đối với nhiệt phân poliolefin.

Khi nung nóng lên dần dần và liên tục loại ra khỏi vùng phản ứng các sản phẩm

bay hơi thì các poliolefin sẽ được tách ra hoàn toàn mà không tạo ra phần dư cacbonyl.

Nghiên cứu quá trình nhiệt phân xúc tác PE bằng niken và một lượng nhỏ hydro

khi nhiệt độ là 4500C và áp suất 6,7 kPa với hiệu suất 92% sản phẩm nhiệt phân PE, còn

hỗn hợp gazolin và keroxin, cũng trong điều kiện như vậy sẽ tạo ra 95,6% sản phẩm trên;

đối với polipropylen là 91,4%.

Theo kinh nghiệm khai thác thiết bị thí nghiệm - công nghiệp có công suất 3 - 5

tấn/ngày đêm thì khi tái chế chất thải PE sẽ tái sinh được dầu nhớt hiệu suất 94,7%.

11.1.4. Nhiệt phân chất thải polivinylclorua

Polivinylclorua (PVC) có độ ổn định nhiệt độ nhỏ nhất so với các polime khác.

Nhiệt phân chúng sẽ xảy ra hai giai đoạn:

- Giai đoạn đầu tiên xảy ra khử mạnh ở nhiệt độ 250 - 3500C, sau đó đến thời kỳ

ổn định quá trình phân huỷ nhiệt. Trong đó tổn hao về khối lượng là gần 60%.

- Giai đoạn hai là giai đoạn phân tích một phần hydrocacbon của cao phân tử

polivinylclorua và bắt đầu từ trên 4000C. Chất dư thừa sau khi nhiệt phân polivinylclorua

132

ở 4250C chứa chất có khối lượng phân tử trung bình 700 - 800. Sản phẩm khí tạo ra của

nhiệt phân là hỗn hợp phức tạp các hydrocacbon bão hoà và không bão hoà.

Tách polivinyclorua hai mức như vậy trong thực tế thường dùng quá trình nhiệt

phân ở cả hai mức nhiệt độ: ở giai đoạn khử hydroclorua thì hydroclorua toả ra yếu và

chuyển nó thành axit clohydric (mức độ tái sinh đến 94%); ở giai đoạn thứ hai khi nhiệt

độ cao hơn sẽ xảy ra nhiệt phân các sản phẩm còn lại, theo quy luật thì trong hỗn hợp với

các polime khác. Như vậy từ hỗn hợp polivinylclorua và polietilen ngoài axit clohydric

còn tách ra được 47% sản phẩm nhiên liệu, 11% cacbon và gần 15% sản phẩm khí. Nhiệt

phân hỗn hợp polivinylclorua và polistiren khi có chất xúc tác axit ở nhiệt độ 320 -

4200C sẽ xảy ra với hiệu suất benzen, xilen và naftalin cao. Còn khi nhiệt phân hỗn hợp

polivinylclorua, polistiren và polietilen ngoài axit clohydric còn thu được gazolin với số

octan cao.

11.1.5. Nhiệt phân chất thải politetrafloetylen

Politetrafloetylen (PTFE) là một trong các polime hữu cơ ổn định nhiệt nhất, năng

lượng hoạt tính phân huỷ là 338kJ/mol. Phân huỷ mức độ rõ nhất bắt đầu ở nhiệt độ trên

4500C. Nhiệt phân PTFE ở nhiệt độ 600 - 8000C trong chân không sẽ xảy ra với hiệu suất

đơn phân cao - tetrafloetylen và tạo ra một lượng nhỏ perfloropylen và tetraflometan.

Theo hình 11.2 thì để đạt được hiệu suất tetrafloetylen cực đại thì quá trình phân

huỷ nhiệt sẽ tiến hành khi nhiệt độ có khả năng tối thiểu và trong chân không. Tăng áp

suất sẽ dẫn đến giảm hiệu suất đơn phân.

Hình 11 - 2. Sự phụ thuộc hiệu suất của tetrafloetylen (1) và peflopropylen (2) vào

nhiệt độ nhiệt phân của PTFE (áp suất 133Pa)

Do hiệu suất tetrafloetylen khi nhiệt phân cao nên dùng phương pháp này để tận

dụng chất thải polime. Trong hàng loạt các patent đã đưa ra phương pháp nâng cao hiệu

suất sản phẩm tetrafloetylen. Như vậy khi nhiệt phân PTFE khi có hơi nước nóng sẽ cho

phép đạt hiệu suất đơn phân là 98% khi tỷ l hơi: sản phẩm nhiệt phân là 60:1. Nhưng do

133

độ hoạt tính ăn mòn của hỗn hợp khí hơi cao và lưu lượng hơi nước lớn nên gây trở ngại

cho việc sử dụng phương pháp này.

11.1.6. Nhiệt phân chất thải polimetylmetacrylat

Polimetylmetacrylat (PMMA) là một trong số polime đầu tiên mà quan sát được

việc tạo ra đơn phân dung do kết quả của quá trình phân huỷ nhiệt. Khi nhiệt độ nhiệt

phân gần 4000C thì hiệu suất của metylmetalacrylat gần 100% nhưng do tăng nhiệt độ

nên lượng đơn phân tạo ra sẽ giảm xuống và khi nhiệt độ là 8250C thì hiệu suất là 37%.

Chính vì nhờ có hiệu suất cao, nên nhiệt phân PMMA lần đầu tiên được dùng

trong thực tế để thu được đơn phân từ chất thải polime. Điều đó cũng có nghĩa liên quan

đến vấn đề trong quá trình xử lý cơ học thuỷ tinh hữu cơ sẽ tạo ra một lượng lớn chất

thải. Thực hiện phân huỷ ở nhiệt độ 380 - 4000C với hiệu suất đơn phân cao hơn 95%.

Trong sơ đồ công nghệ, chất thải được vào phễu để đập nhỏ, phần loại chất thải bằng

cách cho vật liệu đi qua lỗ nhỏ. Hơi của đơn phân được ngưng lại trong máy lạnh, sau đó

đơn phân đưa tới làm sạch và tinh cất, còn các chất dư thừa của polime tách ra sẽ thu

gom và cho quay lại quá trình.

11.1.7. Nhiệt phân hỗn hợp chất thải là chất dẻo

Tách chất thải polime ra thành các cấu tử riêng biệt thường gặp phải những khó

khăn nghiêm trọng, vì vậy phải tiến hành quá trình nhiệt phân hỗn hợp polime đồng thời.

Một trong những sơ đồ công nghệ nhiệt phân hỗn hợp chất thải phổ biến nhất hiện

nay là các chất thải polime ở giai đoạn đầu nghiền nhỏ ra và sấy khô để hạn chế ăn mòn

thiết bị khi vận chuyển. Nguyên liệu đã đập nhỏ qua phễu và vào bộ phận vít tải cấp liệu

rồi đến bộ phận chứa khí nóng duy trì ở nhiệt độ 3000C để làm nóng chảy. Trong chất

thải nếu có PVC thì ở giai đoạn này sẽ xảy ra khử clo và rồi hấp thu nước để tạo ra axit

clohydric.

Chất nóng chảy được cho vào bình chứa để tách gồm có hai phần: vùng kracking

và vùng ngưng tụ. Vùng đầu tiên duy trì ở nhiệt độ 400 - 5000C để phân huỷ nhiệt chất

polime, còn trong vùng hai sẽ thu được các chất oligome đã được phân huỷ có độ sôi cao

và tiếp tục cho nhiệt phân lại. Các chất khí đã được nhiệt phân sẽ được làm nguội trong

thiết bị lạnh và tách ra dưới dạng các sản phẩm là chất lỏng hay chất khí. Các sản phẩm

khí đưa vào thiết bị trung hoà để rửa khỏi các chất cặn, làm nguội và chứa trong các bình

khí. Một phần chất khí này trong trạng thái nóng sẽ được đưa vào lò chuyên dụng để đốt

nóng thiết bị phản ứng. Các sản phẩm lỏng chứa trong khi chứa cho qua máy tách nước

dùng làm dầu nhớt. Để nhiệt phân chất thaỉo công nghiệp là chất dẻo theo sơ đồ thiết bị

134

nghiên cứu có công suất 200, 300 và 500 kg/h. Việc lựa chọn thiết bị cho quá trình nhiệt

phân có ý nghĩa quan trọng vì nó liên quan tới hiệu suất của thiết bị. Quá trình có thể bố

trí bằng lò quay, băng chuyền hoặc lò tunen. Quá trình nhiệt phân bằng lớp sôi của chất

tải nhiệt phân tán cao là quá trình có triển vọng nhất, bởi vì chất tải nhiệt có bề mặt tiếp

xúc với nguyên liệu phản ứng phân bố đều khắp thể tích phản ứng. Thường người ta

dùng chất tải nhiệt là cát nhôm oxit. Để cho quá trình tăng nhanh người ta sử dụng chất

xúc tác là hợp chất mangan, vanadi, đồng, clo và các kim loại khác. Có thể thực hiện quá

trình nhiệt phân bằng lò đứng, dưới tác động trọng lượng từng chất thải đưa vào nhiệt

phân sẽ chuyển động từ trên xuống dưới. Những sản phẩm rắn từ trên xuống sẽ được thu

gom vào bộ phận lạnh, ở đây sản phẩm lỏng được ngưng tụ lại và tách ra, còn chất hơi

sau khi làm sạch sẽ cho vào bình chứa khí. Phần lớn các sản phẩm là chất lỏng nhiệt

phân được dùng làm nhiên liệu vì nó có khả năng toả nhiệt tới 42 MJ/kg. Thuận lợi nhất

là không dùng nguyên chất nhiên liệu này mà thường cho thêm các nhiên liệu lỏng và rắn

vào. Ngoài đơn phân để thud c hàng loạt các polime các sản phẩm nhiệt phân là các

nguyên liệu phụ của hoá dầu để sản xuất các hợp chất thơm. Từ các sản phẩm khử clo

tạo ra trong nhiệt phân hỗn hợp polime có chứa PVC có thể thu nhận được axit clohydric

có độ sạch đến 99%.

Nhiên liệu tách ra khi đốt cháy sản phẩm khí và chất rắn dư thừa có thể dùng để

đốt nóng ngay thiết bị nhiệt phân. Trong một số trường hợp sản phẩm rắn có các phần dư

thừa rắn chứa polivinyclorua thì có thể sản xuất vật liệu cacbon, chúng có khả năng hấp

thụ cao hơn than hoạt tính. Khi sunfit hoá vật liệu này sẽ tạo nhựa trao đổi ion có hiệu

suất cao, Cũng có thể sử dụng chất dư thừa rắn nhiệt phân làm chất đệm để sản xuất ra

sản phẩm cao su kỹ thuật.

Tính kinh tế của quá trình nhiệt phân tương đối mâu thuẫn, khả năng chủ yếu là

tăng cường hiệu suất nhiệt phân để tối ưu hoá công suất thiết bị, cải tiến cấu trúc thiết bị

công nghệ và nâng cao hiệu suất sản phẩm để đưa vào ứng dụng thực tế.

11.1.8. Tiêu huỷ nhiệt

Tiêu huỷ nhiệt được coi như là phương pháp xử lý chất thải đã được sử dụng từ

lâu ở nhiều quốc gia, tuy về mặt kinh tế quá trình này còn có hạn chế. Phương pháp này

đầu tiên được dùng để xử lý chất thải sinh hoạt, nhưng lượng chất thải ngày càng tăng

trong đó có chất thải dẻo nên gây trở ngại về kỹ thuật và cần phải nghiên cứu chi tiết về

đặc tính đốt cháy của các chất thải dẻo nguyên chất. Đó là năng lượng đốt cháy chất thải

dẻo tương đối lớn. Có thể dùng các chất thải như vậy trong thành phần đốt cháy chất thải

135

thành phố. Đa số các chất dẻo cháy với tốc độ cao, vì vậy đòi hỏi một lượng lớn không

khí. Ví dụ dưới đây về khả năng tạo nhiệt của một số chất dẻo (MJ/kg).

Polietilen 46,5 Polistirol 40,7

Polipropylen 46,2 Polivinylclorua 19,0

Khi đốt cháy chất dẻo thì nhiệt độ tăng cao, một số chất polime khi đốt sẽ tạo ra

chất khí độc: amoniac, nitơ oxyt, hợp chất xianua, hydroclorua... vì thế đòi hỏi phải có

thiết bị phù trợ để làm sạch và xử lý khí thải, ở nhiệt độ cao và toả ra chất khí xâm thực

sẽ xảy ra ăn mòn mạnh các thiết bị nên cần phải thường xuyên sửa chữa.

Hình 11 - 3: Sơ đồ nguyên lý công nghệ tiêu huỷ nhiệt chất thải rắn

trong lò đốt hình ống:

1 - Thu gom chất thải; 2 - van hai chiều; 3 - phễu tải liệu; 4 - phễu nạp liệu;

5 - mồi lửa; 6 - lò quay; 7 - thu gom xỉ; 8 - băng tải; 9 - buồng chứa trước khi đốt;

10 - mồi đốt; 11 - thiết bị làm nguội; 12 - quạt gió; 13 - ống thải.

Do các nguyên nhân này nên các chất thải dẻo thường cháy trong hỗn hợp

với chất thải sinh hoạt, lượng chất thải dẻo không vượt quá 10% khối lượng.

Những năm gần đây người ta đã nghiên cứu những lò đốt có cấu trúc khác nhau để

đốt chất thải trong đó có lò đốt hai tầng để đốt hoàn toàn chất thải.

Bộ phận chính của thiết bị là lò đốt bằng thép, những thiết bị có công suất

500kg/h sẽ toả ra trên 6,31J/h nhiệt, để tận dụng người ta thường sử dụng các thiết

bị chuyên dụng. Các chất khí thoát ra từ buồng trước khi đốt có nhiệt độ gần

9000C, trong đó nhiệt độ của các chất khí tiêu hao để tạo hơi và làm nguội đến

2500C. Nồi hơi có công suất hơi với áp suất 1,2 - 1,3MPa, 4 - 5 tấn/h.

Để đốt chất thải là các chất dẻo nóng chảy, người ta phải thiết kế ra các lò chuyên

dụng như hình 11.4.

136

Hình 11 - 4: Sơ đồ lò đốt chất thải nóng chảy:

1 - Buồng nóng chảy; 2 - lưới; 3 - thành buồng nóng chảy; 4 - thành buồng

đốt cháy; 5 - thùng sủi bọt; 6 - buồng cháy; 7 - cung cấp không khí thứ cấp; 8 -

ống cấp không khí thứ cấp; 9 - van; 10 - nóng chảy; 11 - thùng nóng chảy.

Các chất thải ở dạng mẫu thu nhỏ cho qua lưới sàng, phần sản phẩm nhiệt độ cao

cháy hoàn toàn thu được khi đốt cháy sủi bọt nổi trên lớp chất thải, còn phần khác nằm

dưới lớp chất thải. Do lượng oxy trong các sản phẩm này không lớn lắm nên chất thải

không cháy mà chỉ chảy ra. Các chất thải chảy ra ở dạng giọt và dòng chảy trái ngược

với sản phẩm nhiệt độ cao cháy hoàn toàn. Các chất thải nóng chảy được thu gom lại tạo

ra lớp cháy sủi bọt. Các chất thải nóng chảy và cháy ở dưới lớp chất thải và cháy sủi bọt

sẽ tạo ra mức độ nóng chảy chung. Khi các chất thải nóng chảy mà sủi bọt thì sẽ thành

oxy hoá thứ cấp. Khi đốt cháy hoàn toàn chất thải nóng chảy sẽ tạo ra sản phẩm nhiệt độ

cao và chia làm hai dòng, một dòng ở trên lớp chất thải rắn, còn dòng khác ở dưới. Nâng

cao tính kinh tế mà trước hết là tậ dụng nhiệt của các chất khí dạng khói là mục đích cải

tiến quá trình đốt cháy.

Đánh giá việc tiêu huỷ bằng nhiệt so với các phương pháp xử lý chất thải dẻo

khác thì thấy rằng việc sử dụng tiêu huỷ nhiệt chỉ thuận tiện trong các trường hợp khi mà

không có thể sử dụng các phương pháp hợp lý hơn, đó là tái tạo bằng tái chế hoặc nhiệt

phân. Hiện nay đốt cháy chất thải rắn là một trong những cách có hiệu quả để bảo vệ môi

trường.

137

11.1.9. Chôn chất thải dẻo

Tuy hiện nay việc nghiên cứu các phương pháp tận dụng và tiêu huỷ các chất thải

rắn được đặt ra rất mạnh, nhưng lượng chất thải chôn lấp thành bãi hoặc thành hố cũng

còn rất lớn. Ví dụ như ở Nhật Bản chỉ khoảng 4,6% chất thải công nghiệp được tái sử

dụng trong khi đó 33,6% chôn lấp. Mỹ, con số này tới 90%.

Mặc dù hàng loạt các nước đa đưa ra yêu cầu nghiêm ngặt về tiêu huỷ sơ hộ trước

khi chôn lấp, bởi vì phương pháp chôn lấp là nguồn ô nhiễm rất nghiêm trọng mà trước

hết là nước ngầm và đòi hỏi có một diện tích lớn, trong thực tế đa số các chất dẻo không

phân huỷ trong thời gian dài. Tại nhiều nước phát triển cấm chôn lấp chất thải, ngay cả

khi có thêm những chất đặc biệt vào chất thải chôn lấp để làm thoáng đất. Một trong

những chất bổ sung như vậy do hãng BASF của Đức sản xuất mang nhãn hiệu

"Styromull" đảm bảo cho đất tháng trong vòng 10 năm. Nếu trước kia chôn lấp thường

bằng các hố chôn lấp bình thường thì ngày nay những chất thải công nghiệp không tận

dụng được thì phải chôn lấp ở những hố chôn lấp đặc biệt, theo thời gian tính toán không

dưới 25 năm.

Chọn phương pháp chôn lấp ở các bãi phụ thuộc vào trạng thái chất thải, độ hoà

tan của nước và loại nguy hiểm của chất thải. Các chất thải rắn mà chứa các chất nguy

hiểm loại bốn thì phải đánh dấu trên sơ đồ mặt bằng bãi chôn lấp. Chôn lấp các chất rắn

và chất dạng bụi có chứa chất độc hại loại hai và ba không hoà tan trong nước sẽ được

chôn lấp trong các hố sâu và đầm thật chắc. Lớp chất thải bên trên phải cách mặt đất ít

nhất 2m. Những chất thải có chứa các chất độ nguy hiểm loại hai và ba hoà tan được

trong nước cũng được chôn lấp bằng hố sâu nhưng đấy và thành hố phải có các lớp cách

bằng đất sét thật chắc có chiều dày 1m. Chôn lấp lượng chất thải không lớn lắm hoà tan

trong nước mà có chứa các chất độc đặc biệt nguy hiểm loại một được tiến hành bằng

các hố xây bằng bêtông. Các hố chôn lấp cũng thải phải được cách ly bằng lớp đất sét

chắc có bề dày 2m, sau đó phủ chất không thấm và nhựa đường hay vật liệu khác.

11.2. Tạo ra các polime có thời gian làm việc điều chỉnh được

Tại các nước công nghiệp phát triển về chất dẻo, chất thải vật liệu polime phân huỷ

rất chậm trong điều kiện tự nhiên là nguồn ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Các chất dẻo

đặc biệt nguy hiểm dùng làm bao gói... về nguyên tắc không được thải vào hệ thống rác thải

công cộng. Nếu sản xuất vật liệu bao gói tăng khoảng 5%/năm thì lượng chất dẻo sẽ tăng tới

11%/năm nên lượng chất thải dẻo sẽ tăng lên hàng năm. Các chuyên gia Nhật Bản dùng máy

tính để tính toán lượng chất thải dẻo tăng theo thời gian để tìm biện pháp giảm chúng xuống.

138

Để giảm thời gian lưu giữ chất thải dẻo trong thời gian gân đây người ta nghiên cứu và sản

xuất ra những loại polime công nghiệp đặc biệt có thời gian sử dụng điều chỉnh được. Ví dụ

như loại polime quang và polime phân huỷ bằng sinh học dưới tác động của ánh sáng, nhiệt,

không khí và vi sinh có trong đất thì chúng sẽ phân huỷ đến sản phẩm phân tử thấp và đồng

nhất trong đất bao gồm cả chu trình sinh học khép kín. Khả năng giữ được tính chất yêu cầu

trong thời gian sử dụng là tính chất đặc biệt của các polime này, ngoại trừ sau thời kỳ sử

dụng thì tính chất hoá lý, sinh học của nó sẽ biến đổi và phân huỷ.

Nghiên cứu các polime phân huỷ quang - giai đoạn tạo ra cũng dẻo không có

chất thải

Đa số các polime đã nghiên cứu trong thời gian gần đây đều có thể điều chỉnh

được thời gian sử dụng là các polime quang do trong đó có chứa các nhóm chức đặc biệt

hay các hợp chất có khả năng phân huỷ trong điều kiện tự nhiên đến polime phân tử thấp

hấp thụ các vi sinh vật trong không khí và trong đất. Để làm cho polime có khả năng

phân huỷ dưới tác động của ánh sáng thì người ta thêm các chất đặc biệt hoặc đưa vào

thành phần polime nhóm nhậy với ánh sáng. Để có được các polime sử dụng trong thực

tế, thường phải thoả mãn các yêu cầu sau:

1. Biến tính polime không được làm thay đổi những đặc tính sử dụng của nó.

2. Chất thêm vào polime không được độc hại vì các polime được dùng trước hết

làm vỏ bao bì.

3. Các polime xử lý bằng các phương pháp thông thường không được phân huỷ.

4. Cần thiết để cho sản phẩm sản xuất từ các polime như vậy có thể duy trì và khai

thác thời gian lâu trong điều kiện không có tiếp xúc trực tiếp với tia cực tím.

5. Thời gian trước khi phân huỷ polime phải được biết trước và được chọn trong

phạm vi rộng.

6. Sản phẩm do polime phân huỷ ra không được độc hại.

Hình 11 - 5: Quang phỉi hấp thụ ánh sáng ở vùng cực tím và vùng nhìn thấy:

139

1 - ánh sáng polime nhạy ánh sáng hấp thụ; 2 - ánh sáng Mặt trời; 3 - ánh

sáng Mặt trời lọc qua thuỷ tinh; 4 - giảm vùng bức xạ Mặt trời gây nên phân huỷ

polime bằng quang học.

Từ quan điểm quang hoá thì khả năng tạo ra polime quang phân huỷ phải có năng

lượng phân ly mối liên kết chính C-C của đa số polime là 350kJ/mol, trong khi đó năng

lượng tự nhiên của các tia cực tím trong giới hạn 400 - 600k/mol. Song, năng lượng này

có thể phá huỷ polime trong trường hợp nếu polime hấp thụ ánh sáng có chiều dài sóng

400 - 1000 nanomet và năng lượng hấp thụ truyền cho các phân tử khác để nó mất khả

năng biến hoá hoá học do phân huỷ.

Một trong những tiền đề để tạo ra polime làm vật liệu bao gói có thời gian sử

dụng điều chỉnh được là chúng ổn định bên trong vị trí bao bọc. Ví dụ, thuỷ tinh làm cửa

sẽ hấp thụ bức xạ cực tím có khả năng gây ra phá huỷ. Độ bền vững của vật liệu thuỷ

tinh có chiều dày 7mm với tác động của ánh sáng Mặt Trời cao hơn gấp 10 lần ngoài

không khí.

140

PHỤ LỤC

1. Các phương án xử lí sơ bộ (cấp I) một số thành phần tạp chất trong nước thải

Chất bẩn Phương pháp xử lý

Chất lơ lửng (SS) Ao hồ lắng đọng, tuyển nổi

Dầu mpx Thu dầu mỡ, vớt bọt

Kim loại nặng Kết tủa hoặc trao đổi ion

Kiềm và axit Trung hoà

Sulfua Kết tủa hoặc sục khí

Biến động BOD và lưu lượng Điều hoà nồng độ, lưu lượng

2. Các phương pháp xử lí cơ bản nước thải

Chất bẩn Phương pháp xử lí

Chất hữu cơ dễ phân huỷ

Chất rắn lơ lửng

Chất hữu cơ bền vững

Nitơ

Photspho

Kim loại nặng

Chất hữu cơ hoà tan

+ Phương pháp sinh học hiếu khí:

Bùn hoạt tính, ao hồ hiếu khí, hồ ổn định, lọc sinh học.

+ Phương pháp sinh học kị khí:

Ao hồ kị khí, lên men metan, đưa sâu xuống lòng đất.

Lắng đọng, tuyển nổi.

Hấp phụ bằng than hoạt tính, bơm xuống lòng đất.

Ao hồ sục khí

Kết tủa bằng vôi, bàng muối sắt, phèn nhôm. Kết tủa

kết hợp với sinh học, trao đổi ion.

Trao đổi ion, kết tủa hoá học.

Trao đổi ion, bán thấm, điện thấm.

141

3. Một số công nghệ thích hợp trong xử lí nước thải

Nước thải Loại hình công nghệ có hiệu quả cao

Chuồng trại chăn nuôi Ao thông khí/lọc phun/Ao hiếu khí + ao

ổn định

Phân của chuồng trại chăn nuôi Lên men kị khí thu metan + ao hiếu khí

Chế biến sữa Bùn hoạt tính (aeroten)/Ao ổn định

Xí nghiệp đồ hộp rau quả Ao ổn định/Bùn hoạt tính

Xí nghiệp chế biến thịt cá Bùn hoạt tính/Ao thông khí

Xí nghiệp chế biến đường mía Bùn hoạt tính

Xí nghiệp nước giải khát Bùn hoạt tính/Ao thông khí

Xí nghiệp dệt vải bông và sợi nhân tạo Bùn hoạt tính/Ao thông khí

Xí nghiệp thuộc da Thông khí tăng cường/Tuyển nổi với hoá

chất

Xí nghiệp bột giấy Bùn hoạt tính/Ao thông khí

Xí nghiệp phân bón hoá học Trung hoà/Kết lắng hoá hoch

Khu dân cư, khách sạn, du lịch Bùn hoạt tính/Ao ổn định + diệt khuẩn

142

4. Các chỉ tiêu đánh giá cần đảm bảo trong việc lựa chọn vị trí bãi chôn lấp

rác thải hợp vệ sinh

TT Các chỉ tiêu Yêu cầu

1 Đặc điểm vật lý Phải đủ rộng để chôn lấp rác

2 Cấu trúc

Đầy đủ các hệ thống hạn chế ô nhiễm môi trường (nếu

bãi không thấm nước, có các hệ thống thoát nước, xử

lý nước rác...)

3 Khoảng cách Càng gần nơi phát sinh chất thải càng tốt để giảm chi

phí vận chuyển, cách xa hệ thống cấp nước, nhà dân...

4 Đường vàoPhải đảm bảo đi lại ở mọi thời tiết, chiều rộng đủ, ít

tắc nghẽn.

5 Địa hình

Phải đảm bảo việc san ủi, chuyển đất đá là ít nhất, có

điều kiện tự nhiên thuận lợi. Tránh nơi có thể sụt lún

tự nhiên và các thung lũng là nơi có thể gây ô nhiễm

nước.

6 Khí hậu Càng cuối hướng gió càng tốt, tốc độ gió nhỏ, lượng

nước mưa, nhiệt độ ít ảnh hưởng tới bãi.

7 Địa chấtTránh những vùng có động đất, trượt đất, đứt đoạn,

vùng mỏ, các lỗ hổng trong lòng đất.

8 Địa chất công trình

Tránh vùng đất yếu, vùng có nhiều hiện tượng địa

chất công trình tự nhiên. Tính chất cơ lí đảm bảo cho

vận hành và chôn lấp.

9 Đất

Phải có lớp sét ở nền đáy hoặc phải có sẵn nguồn đất

sét để làm lớp lót nền đáy và phủ lớp mặt cuối cùng,

đất phủ hàng ngày.

10 Nước mặt

Nằm ngoài vùng ngập lụt (theo số liệu 100 năm gần

đây) không trực tiếp ảnh hưởng đến sông ngòi. Tránh

những vùng đất ướt.

11 Nước ngầm

Không tiếo xúc trực tiếp với nguồn nước ngầm. Nền

đáy của bãi chôn lấp phải cao hơn tầng nước ngầm

trên cùng tránh tầng ngập nước. Tránh những vùng bổ

cập nước ngầm.

143

12 Không khí Nằm tại nơi hạn chế thấp nhất sự phát tán mùi và khí

thải.

13Hệ sinh thái trên cạn

và dưới nước

Tránh những vùng cư trú của các loài thú quý hiếm

hạơc các sinh vật đang bị đe doạ, tránh vùng đất ngập

nước.

144

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Trịnh Thị Thanh - Trần Yêm - Đồng Kim Loan

Giáo trình Công nghệ môi trường - Nxb Đại học Quốc gia - 2004

2. GS.TS. Trần Ngọc Chấn

Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải (Tập 1 - Ô nhiễm không khí và tính toàn

khuếch tán chất ô nhiễm) - Nxb Khoa học kỹ thuật - 2000.

3. GS.TS. Trần Ngọc Chấn

Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải (3 - Lý thuyết tính toán và công nghệ xử lý

khí độc hại) - Nxb Khoa học kỹ thuật - 2000.

4. PGS.TS. Hoàng Huệ

Xử lý nước thải - Nxb Xây dựng - 2005.

5. PGS.TS. Nguyễn Xuân Nguyên - KS. Trần Quang Huy

Công nghệ xử lý rác thải và chất thải rắn - Nxb Khoa học - 2004

6. PGS.TS. Nguyễn Đức Khiển

Quản lý chất thải nguy hại - Nxb Xây dựng - 2003

7. TS. Hoàng Đức Liên - TS. Tống Ngọc Tuấn

Kỹ thuật và thiết bị xử lý chất thải. Bảo vệ môi trường - Nxb Nông nghiệp - Hà

Nội - 2000.

8. PGS. Tăng Văn Đoàn - TS. Trần Đức Hạ

Kỹ thuật môi trường - Nxb Giáo dục - Hà Nội - 2002.

145