Lò đốt rác thải y tế

LÒ ĐỐT RÁC THẢI Y TẾ

Xử lý chất thải y tế bằng phương pháp tiêu hủy ở nhiệt độ cao (1050 – 1100⁰C) là giảm thể tích chất thải đến 95% và tiêu diệt hết các mầm bệnh có trong chất thải y tế. Lò đốt rác thải y tế xử lý gồm 2 giai đoạn chính:

• Qúa trình đốt chất thải: Ở giai đoạn này chất thải được đốt cháy tạo thành tro và khói lò. Một phần tro nằm dưới dạng xỉ sẽ được tháo ra ở đấy lò, một phần dưới dạng bụi sẽ được cuốn theo khói lò.
• Xử lý khói lò: Khói sinh ra trong lò đốt có nhiệt độ cao 1100⁰C chứa bụi, những khí ô nhiễm như SO₂, NO_x, CO₂, CO … trước khi thải vào khí quyển, khói cần được xử lý để hạ nhiệt độ, loại bớt bụi và khí độc. Đảm bảo những yêu cầu tối thiểu của khói thải vào môi trường.

Quá trình cháy chất thải xảy ra trong lò đốt rác thải y tế thực chất là quá trình cháy của 3 loại chất: Rắn, lỏng và khí.

• Chất rắn là bản thân chất thải;
• Chất lỏng gồm nhiên liệu phụ được cung cấp từ ngoài vào như dầu FO và những chất lỏng đc tách ra từ chất thải trong quá trình nhiệt phân.
• Chất khí là những sản phẩm của quá trình đốt và khí hóa chất thải như CO, H₂, một số hydrocacbon, một số hợp chất hữu cơ ở theerkhis, những khí độc tính cao như Dioxin, Furan.

Các giai đoạn của quá trình cháy trong lò đốt rác thải y tế:

• Sấy

Là quá trình nâng nhiệt độ chất thải từ nhiệt độ ban đầu tới khoảng 200⁰C, trong khoảng nhiệt độ này, ẩm vật lý trong chất thải được thoát ra sau đó chuyển thành ẩm hóa học. Tốc độ sấy phụ thuộc vào kích thước, bề mặt tiếp xúc, độ xốp của chất thải và nhiệt độ buồng đốt.

Chất thải rắn là hỗn hợp nhiều chất có thành phần và kích thước không đồng đều. Đây là một vấn đề cần chú ý để tổ chức quá trình đốt được hiệu quả cao.

• Nhiệt phân

Từ khoảng nhiệt độ 2000 độ C tới nhiệt độ bắt đầu cháy, xảy ra những quá trình phân hủy chất rắn bằng nhiệt. Những chất hữu cơ có thể bị nhiệt phân thành những phân tử lượng nhỏ hơn ở thể lỏng như axit, axeton, metanol, một số hydrocacbon ở thể lỏng. Một số chất khí cũng được sinh ra trong quá trình nhiệt phân như CH₄, H₂, CO, CO₂…

Thành phần của sản phẩm nhiệt phân phụ thuộc vào bản chất của chất thải, nhiệt độ và tốc độ nâng nhiệt độ.

• Quá trình cháy

Là phản ứng hóa học giữa oxy trong không khí, chất thải rắn và thành phần cháy được, sinh ra lượng nhiệt lớn và tạo ra ánh sáng. Tốc độ cháy phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ chất cháy có trong nhiên liệu và chất thải rắn.

Ở nhiệt độ nhất định, tốc độ cháy trong lò đốt rác thải y tế phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ chất cháy có trong hỗn hợp nhiên liệu, chất thải rắn và không khí. Khi nồng độ này thấp, tốc độ cháy chậm và ngược lại.

Đối với một nồng độ nhất định, tốc độ cháy phụ thuộc vào nhiệt độ. Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình cháy lớn hơn nhiều ảnh hưởng của nồng độ. Khi nhiên liệu và chất thải rắn được sấy đến nhiệt độ bắt lửa thì quá trình cháy xảy ra. Sau khi bắt lửa, quá trình cháy xảy ra mãnh liệt, nồng độ chất cháy trong nhiên liệu và chất thải giảm dần, nhiệt độ buồng đốt tăng cao. Trong quá trình cháy nhiên liệu và chất thải rắn, một vấn đề quan trọng là cháy bất tốc., tức là cháy các khí cháy như hydro, cacbon oxyt…

• Tạo xỉ

Sau khi cháy hết các chất cháy được thì những chất rắn không cháy được sẽ tạo thành tro xỉ. Sự tạo thành tro xỉ phụ thuộc vào nhiệt độ buồng đốt. Mỗi loại chất thải rắn không cháy có nhiệt độ nóng chảy khác nhau. Các chất không cháy được và không bị nóng chảy tạo thành tro, còn xỉ là tro bị nóng chảy tạo thành. Thường nhiệt độ thải xỉ được lựa chọn là 850⁰C.

Khí thải hình thành trong quá trình cháy

• Tro, xỉ

Tro xỉ là những chất không cháy được có trong chất thải. Bụi bao gồm tro bay theo khói và một số chất chưa cháy hết do sự cháy không hoàn toàn nhiên liệu cũng như chất thải. Bụi từ buồng đốt chủ yếu là bụi vô cơ kích thước nhỏ, d < 100 chiếm 90%.

• Khí CO, CO₂

Khi đốt cháy các chất hữu cơ có cacbon, tùy theo lượng oxy sử dụng mà có thể sinh ra CO hoặc CO₂. Khi cung cấp thiếu oxy, quá trình cháy không hoàn toàn:

2C + O₂ -> 2CO

Khi cung cấp đủ oxy, quá trình cháy hàn toàn, sản phẩm là:

2C + O₂ -> CO₂

• Khí NO_x

Hai khí quan trọng của NO_x là NO và NO₂. Khí này được hình thành do 2 nguyên nhân:

• Phản ứng của oxy và nitơ trong không khí cấp vào buồng đốt;
• Phản ứng của oxy và nitơ có trong nhiên liệu.

NO_x dễ dàng tạo ra khi dư thừa oxy trong quá trình cháy. Ở nhiệt độ trên 650⁰C thì NO tạo ra là chủ yếu.

• Khí SO₂

Khí này được tạo ra khi đốt nhiên liệu có chứa lưu huỳnh:

CS₂ + O₂ -> CO₂ + SO₂ + Q

• Hơi axit

Khi đốt chất thải có chứa CL, Br thì sẽ tạo ra khí HCl, HBr:

CHCl₃ + O₂ -> CO₂ + HCl + Cl₂ + Q

Đốt cháy chất thải chứa lưu huỳnh và nitơ cũng tạo hơi axit tương tự.

• Dioxin và Furan

Dioxin và Furan là những hợp chất có tính độc cao phát thải từ các lò đốt rác thải y tế. Dioxin và Furan là tên chung chỉ các hợp chất hóa học có công thức tổng quát là Polyclorua dibenzoxin (PCCD) (C₆H₂)₂Cl₄O₂ và Polyclorua dibezofuran (PCDF) (C₆H₂)₂Cl₄O₂. Đó là 3 dãy vòng thơm, trong đó 2 vòng được kết nối với nhau bằng một cặp nguyên tử oxy hay một nguyên tử oxy.

Dioxin và Furan được tạo thành bởi 2 lý do:

• Từ quá trình đốt các hợp chất thơm clorua.
• Từ qúa trình đốt các hợp chất clorua và hydrocacbon.

Ở các lò đốt rác thải y tế, Dioxin và Furan được hình thành trong quá trình nhiệt phân hoặc cháy không hoàn toàn của các hợp chất hữu cơ chứa halogen. Một trong những yếu tố thúc đẩy hình thành dioxin và furan là khi trong khói lò có nồng độ bụi cao, nồng độ CO, muối clorua kim loại và muối clorua kiềm cao. Dioxin và furan phát tán theo đường: khói thải, bụi và tro xỉ.

Xử lý khói thải lò đốt chất thải y tế

Quá trình xử lý khói thải từ lò đốt rác thải y tế bao gồm các phần sau:

• Hạ nhiệt độ khói thải.
• Tách bụi.
• Xử lý khí thải ô nhiễm.
• Hạ nhiệt độ khói thải

Mục đích của quá trình này là hạ nhiệt độ của khói để các quá trình tiếp theo được thuận lợi, ngoài ra còn có thể tận dụng lượng nhiệt này để đun nóng nước hay nung nóng không khí trước khi cấp cho lò đốt. Quá trình trao đổi nhiệt dựa trên nguyên lý chung về truyền nhiệt, có thể xảy ra theo kiểu trực tiếp hay gián tiếp. Nếu là trao đổi gián tiếp có thể dùng thiết bị ống chùm. Nếu là trao đổi gián tiếp có thể dùng các tháp rửa (khi đó quá trình hạ nhiệt độ diễn ra đồng thời với qúa trình xử lý khí ô nhiễm).

• Tách bụi

Bụi trong khói cần phải được tách ra để quá trình hấp thu tiếp theo có thể thực hiện được tốt. Những phương pháp tách bụi thường gặp là phương pháp khô và phương pháp ướt.

• Phương pháp khô:
• Phòng lắng

Cơ chế: tách bụi bằng trọng lực

Nguyên lý hoạt động:

Là một không gian hình hộp, có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện của đường ống khí vào và ra, để cho vận tốc dòng khí bụi giảm xuống rất nhỏ khi đi vào buồng lắng. Nhờ thế hạt bụi có đủ thời gian rơi xuống để xuống chạm đáy dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại ở đó.

Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, đầu tư thấp, có thể xây dựng bằng các vật liệu sắn có, chi phí năng lượng, vận hành, bảo quản và sửa chữa thấp, tổn thất áp suất thấp, có thể làm việc ở các nhiệt độ và áp suất khác nhau.

Nhược điểm: Cồng kềnh, chỉ tách được bụi thô.

Phạm vi áp dụng: Thường được dùng để tách bụi sơ bộ khi bụi có nồng độ cao, kích thước lớn. Chủ yếu áp dụng cho bụi có d > 50.

• Xylon

Cơ chế: Tách bụi bằng lực ly tâm.

Nguyên lý hoạt động:

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 hình 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 chạm vào đáy hình nón, dòng khí dội ngược trở lại nhưng vẫn giữ nguyên được chuyển động xoáy ốc từ dưới lên và thoát ra ngoài.

Ưu điểm: Giá thành đầu tư thấp, cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, chi phí sửa chữa, bảo hành thấp, có khả năng làm việc liên tục, có thể được chế tạo bằng các vật liệu khác nhau tùy theo yêu cầu về nhiệt độ, áp suất, mức độ ăn mòn.

Nhược điểm: Hiệu suất tách thấp đối với bụi có d < 5, dễ bị mài mòn nếu hạt bụi có độ cứng cao, hiệu suất giảm nếu bụi có độ dính cao.

Phạm vi áp dụng: Có thể dùng để tách bụi có d > 5, thường dùng cho các lĩnh vực như ximăng, mỏ, bột giặt, giấy, lò đốt…

• Thiết bị tách bụi điện (lắng tĩnh điện – ESP)

Cơ chế: Tách bụi bằng lực tĩnh điện.

Nguyên lý hoạt động:

Thiết bị gồm 2 tấm đặt song song với nhau được nối với đất (tức điện áp = 0). Đây chính là điện cực lắng của ESP (vì bụi sẽ được lắng trên điện cực này). Giữa 2 tấm của điện cực lắng là dây điện được nối với cực âm của một nguồn điện cao thế (thường là -40kV đến -60kV) một chiều. Các dây này được gọi là điện cực quầng. Dòng khí bụi được thổi vào không gian giữa 2 điện cực lắng. Tại đây hạt bụi được ion hóa như đã trình bày ở trên và được tích điện âm. Dưới tác dụng của điện trường mạnh, các hạt bụi sẽ chuyển động về phía điện cực lắng. Trên bề mặt điện cực lắng, các hạt bụi này sẽ mất điện tích dính vào nhau tạo thành các bánh bụi. Còn khí sạch thoát ra ngoài. Sau một thời gian nhất định các bánh bụi trên bề mặt điện cực sẽ được tách ra bằng cách rung lắc hoặc rửa.

Ưu điểm: Hiệu suất tách bụi rất cao, tách được bụi có kích thước nhỏ (0,1), có khả năng làm việc trong dải nhiệt độ, áp suất rộng, làm việc được với cả bụi khô và ướt, tổn thất áp suất nhỏ.

Nhược điểm: Không thích hợp cho việc xử lý khí cháy nổ, chi phí đầu tư cho thiết bị rất lớn, thiết bị cồng kềnh, cấu tạo phức tạp, không thích hợp với xí nghiệp quy mô vừa và nhỏ.

Phạm vi áp dụng: Cho bụi có d > 0,1, dùng rộng rãi trong các nhà máy như nhiệt điện, ximăng, vật liệu xâydựng, phân bón, luyện kim, gốm sứ, dầu mỏ…

• Phương pháp ướt

Cơ chế chung: Tạo ra sự tiếp xúc giữa dòng khí bụi với chất lỏng (thường là nước), bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ lại và được thải ra ngoài dưới dạng bùn cặn. 

Các thiết bị tách bụi ướt:

• Tháp rửa rỗng

Nước được phun thành những dòng nhỏ ngược chiều hoặc vuông góc với dòng khí bụi. Do tiếp xúc, các hạt bụi sẽ dính kết với các giọt nước và sẽ bị lắng xuống đáy. Khi sạch sẽ đi ra khỏi thiết bị.

• Xyclon ướt

Có cậu tạo hình trụ, tận dụng được lực ly tâm do dòng khí được dẫn vào thiết bị theo phương tiếp tuyến gây ra. Dòng khí bụi được đưa vào phần dưới của thân hình trụ của thiết bị. Nước được phun ra từ rất nhiều dầu phun nhỏ đặt trên một trục quay ở tâm của hình trụ. Nhờ đó nước được phun thành tia từ tâm ra ngoài đi qua dòng khí đang chuyển động xoáy. Các giọt nước sẽ bắt các hạt bụi. Tiếp đó các giọt nước chứa bụi, dước tác dụng của lực ly tâm sẽ văng ra phía ngoài và chạm vào thành ướt của xyclon. Sau đó những giọt nước chứa bụi này sẽ theo thành xyclon chảy xuống dưới đáy và sẽ bị loại bỏ.

• Thiết bị Ventury

Dòng khí đi từ trên xuống. Tại chỗ thắt tốc độ của nó sẽ tăng lên đột ngột, đạt đến 50 – 80 m/s. Cũng tại chỗ thắt có một dãy các lỗ phun nước vào. Nước được phun vào khi gặp dòng khí có tốc độ cao, sẽ bị dòng khí xé thành giọt mịn. Bụi trong dòng khí sẽ va đập với các giọt nước và sẽ bị các giọt nước bắt. Khi qua khỏi chỗ thắt, do thiết diện tăng dần nên tốc độ dòng khí giảm dần. Các giọt nước sẽ lắng xuống phía dưới đáy thiết bị, tạo thành bùn và sẽ tách ra ngoài.

Ưu điểm: Giá thành đầu tư ban đầu thấp, có thể xử lý đồng thời cả khí và bụi, có hiệu suất tách cao đối với bụi có kích thước nhỏ, có thể vận hành ở nhiệt độ tương đối cao, không có hiện tượng bụi quay lại.

Nhược điểm: Tiêu thụ năng lượng lớn, chi phí bảo dưỡng cao vì dễ bị ăn mòn, mài mòn điện hóa, tổn thất áp suất lớn đối với thiết bị có hiệu suất tách bụi cao, sinh ra bùn thải.

Phạm vi áp dụng: Dùng để tách bụi có kích thước nhỏ kết hợp với tách một số khí công nghiệp và làm nguội khí.

• Xử lý khí thải
• Xử lý khí SO₂
• Hấp thụ bằng nước.
• Hấp thụ bằng dịch sữa vôi.
• Hấp thụ bằng dung dịch của MgO (Mg(OH)₂).
• Xử lý NO_x
• Phương pháp khử:

Khử xúc tác có chọn lọc

Khử chọn lọc không xúc tác

• Phương pháp hấp thụ:

Hấp thụ bằng nước và dung dịch HNO₃

Hấp thụ kèm phản ứng ôxi hóa

• Phương pháp hấp phụ: Sử dụng than hoạt tính, Zeolite…
• Xử lý hơi axit HCl và HF

Sử dụng thiết bị lọc ướt sử dụng dung môi là nước hoặc sữa vôi. Có thể xử lý đồng thời với SO₂.

• Xử lý Dioxin và Furan:

Khống chế nhiệt độ lò đốt khoảng 1100 – 1200^oC và thời gian lưu khí cháy trong lò đốt khoảng 1 – 2 giây để đảm bảo không phát sinh khí độc hại như Dioxin và Furan. Ngoài ra có thể sử dụng phương pháp hấp phụ để loại bỏ các khí này. Vật liệu hấp phụ thường dùng là than hoạt tính

2. CÁC LOẠI LÒ ĐỐT RÁC THẢI Y TẾ

Một số các loại lò đốt rác thải y tế được sử dụng như:

• Lò quay.
• Lò đứng 2 cấp.
• Lò tầng sôi.
• Lò hồng ngoại.
• Lò nhiệt phân.

Tổng kết ưu nhược điểm của các công nghệ thiêu đốt chất thải y tế