Giới thiệu công nghệ đốt rác xanh

Lò đốt rác (Incinerator) là một thiết bị tối quan trọng để xử lý rác thải, nhất là rác thải nguy hại. Đây là một loại thiết bị đặc biệt dùng để phân hủy và thiêu đốt chất thải bằng phương pháp nhiệt. Trong lò đốt rác diễn ra quá trình nhiệt phân (Pyrolysis) hay khí hóa (Gasification) các rác thải (bao gồm cả chất thải rắn và lỏng) đồng thời với việc phân hủy các chất hữu cơ mạch đa vòng hay cao phân tử thành các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn để sau đó oxy hóa hoàn toàn chúng thành các sản phẩm cháy mong muốn là CO2 và H2O. Đi cùng với lò đốt rác là hệ thống xử lý khí thải nhằm loại tách bụi và xử lý các khí axit chứa trong thành phần khí thải của lò đốt rác như: SO2, HCl, HF hay khí ô nhiễm phát sinh từ công nghệ đốt cháy như NOx, CO, bồ hóng (Soot)… để khí thải thoát ra ngoài qua ống khói đạt tiêu chuẩn môi trường cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về lò đốt chất thải rắn sinh hoạt QCVN 61-MT:2016/BTNMT ký ngày 10/3/2016 có hiệu lực từ ngày 1/5/2016.
Trước đây phương pháp đốt cháy trực tiếp (còn gọi là đốt hở hay đốt một cấp) đối với rác
thải do không kiểm soát được quá trình phân hủy và oxy hóa hoàn toàn các chất thải hữu cơ nên phát sinh ra nhiều khí độc như CO và đặc biệt là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy có mạch vòng gốc benzen chứa Cl như các chất cực độc Dioxin, Furan. Phương pháp đốt rác trực tiếp cổ điển này hiện trên thế giới và ở nước ta đều không cho phép áp dụng kể cả trong việc xử lý rác thải sinh hoạt.
Xử lý rác bằng lò đốt rác có nhiều tiềm năng và ưu điểm hơn so với các phương pháp khác. Chôn lấp rác là một phương pháp đã và đang áp dụng phổ biến với rác sinh hoạt, chúng chiếm nhiều diện tích đất, thời gian phân hủy kéo dài hàng trăm năm, phát tán mùi hôi và côn trùng, dịch bệnh và đặc biệt là phát sinh một lượng lớn nước rỉ rác rất độc hại cho môi trường đất và nguồn nước ngầm. Còn phương pháp làm phân vi sinh (phân compost) từ rác thải cũng chỉ thực hiện được với thành phần chất hữu cơ tách ra từ rác, nhưng rất khó khăn để phân loại một cách tuyệt đối chúng trong rác thải đô thị, nó đòi hỏi thiết bị và công nghệ phức tạp, tốn kém để thực hiện; thời gian xử lý thành phân khá lâu nên công suất khó đáp ứng với lượng rác thải khổng lồ như hiện nay; chất lượng phân compost từ rác thải hầu như không đảm bảo để bón cho cây trồng, đặc biệt là cây lương thực.
Phương pháp thiêu đốt chất thải trong lò đốt rác có nhiều ưu điểm vượt trội như: xử lý triệt để mọi loại chất thải dạng rắn và lỏng; giảm thể tích chất thải tối đa đến 95%; thời gian xử lý diễn ra nhanh ngay trong lò đốt rác; có thể xử lý ngay tại chỗ hay khu quy hoạch không xa nguồn thải giảm bớt chi phí và rủi ro trong quá trình vận chuyển. Mặt khác, nếu tận dụng được lượng nhiệt dư của khí thải để phát điện, sinh hơi nước quá nhiệt hay gia nhiệt cho các quá trình sấy… thì hiệu quả kinh tế của quá trình xử lý này sẽ tăng lên. Tuy nhiên hai thách thức chính của phương pháp xử lý trong lò đốt rác là đòi hỏi công nghệ cao và chi phí vận hành lớn hơn một số phương pháp khác.
2.2. Công nghệ của lò đốt rác sinh hoạt Asher
2.2.1. Nguyên lý công nghệ
Ecowaste Asher là hệ thống tự cung cấp năng lượng, không tiêu hao điện năng, nhiên liệu, không cần phân loại rác trước khi đưa vào hệ thống. Sử dụng công nghệ đốt Plasma giúp chuyển hóa khối lượng rác thải thành 4% tro trong thời gian xử lý từ 1 - 2 giờ mà không cần sử dụng nguồn năng lượng hỗ trợ bên ngoài và không khói, không mùi. Khí thải ra từ buồng nhiệt sau khi tiêu hủy rác thông qua hệ thống lọc khí thải Gas bằng vật liệu Nano làm giảm lượng khí
thải độc hại và tuân thủ nghiêm ngặt theo hướng dẫn US EPA (United State - Eviromental Protection Agency) về tiêu chuẩn đặc điểm kỹ thuật của lò đốt rác thải, đáp ứng yêu cầu của QCVN 61-MT:2016/BTNMT. Ngoài ra, xử lý trạng thái Oxy hóa Plasma thông qua quá trình chưng khô tại buồng sơ cấp (nhiệt trị ≥ 400℃) được thiết kế để tự sấy khô rác thải đầu vào bằng cách lấy nhiệt từ buồng thứ cấp (nhiệt trị ≥ 1,100℃) để gia tăng nhiệt lượng tiêu hủy rác thải một cách hiệu quả.
- Từ trường plasma gây phân hủy chất thải trong quá trình nhiệt phân.
- Hệ thống lọc khí hiệu quả sử dụng vật liệu nano, giảm thiểu thải độc hại để đáp ứng tiêu chuẩn môi trường.
- Hệ thống loại bỏ khói, các loại khí độc hại và mùi hôi ra môi trường bên ngoài.
a. Nguyên lý Plasma
Plasma (chất khí bị ion hóa, trong đó, các electrons bị tách khỏi nguyên tử, phân tử và trở thành electrons tự do) được tạo bởi các lò phản ứng vĩnh cửu ở nhiệt độ cao 300 - 400°C. Khi plasma hấp thụ một lượng nhỏ oxy, các ion oxy điện tích âm, phản ứng mạnh (Nguyên tử và phân tử bị mất electrons là ion dương (tích điện dương); electrons bị tách ra là ion âm (tích điện âm) được tạo ra. Các phân tử oxy này (ion âm) có tính oxy hóa cao, do đó phân hủy dioxin và các hợp chất độc hại thông qua quá trình oxy hóa.
Ecowaste Asher sử dụng 19 bộ lò phản ứng Plasma để tạo ion âm, nhiệt độ Ecowaste Asher thấp, trong thời gian 30 phút đầu khoảng 100°C - 200°C và dần tăng lên 300°C - 500°C trong 60 phút tiếp theo. Sau đó, quy trình đốt rác thải trong buồng sẽ dần tăng nhiệt độ lên hơn 900°C – 1,000°C. Sử dụng hai cánh quạt khiến không khí chuyển động bên trong buồng Ecowaste Asher thông qua lò phản ứng Plasma, từ trường sinh ra bởi lò phản ứng Plasma sẽ tác động đến tất cả hướng di chuyển của vật chất trong buồng tạo thành quỹ đạo riêng. Mô hình chuyển động hạt đơn giản này là minh chứng cho khái niệm lò phản ứng Plasma. Khi chỉ còn lại plasma, do sự va chạm giữa các hạt, khí plasma sẽ chiếm toàn bộ không gian hình học.

Hình 1. Sơ đồ cấu tạo lò đốt chất thải Asher dựa trên nguyên lý Plasma ion âm Từ trường do lò phản ứng Plasma tạo ra có thể hạn chế ion plasma và các nguyên tử trung hòa bị ion hóa. Sau những va chạm, động năng càng tăng khiến nhiệt độ plasma tăng lên.

b. Nguyên tắc hoạt động
Nhiệt độ phân hủy khoảng 350 - 800°C tùy loại rác thải rắn đầu vào. Không cần nhiên liệu để phân hủy chất hữu cơ. Công nghệ xử lý của lò đốt rác Ecowaste Asher được cấp bằng sáng chế độc quyền ứng dụng kỹ thuật plasma cho phép giảm thiểu và ngăn chặn dioxin sinh ra.
Đầu tiên, rác thải sẽ bị sấy khô bên trong lò đang ở thể từ trường plasma, nghĩa là tạo ra trạng thái ion âm, và sau đó bị nhiệt phân để phân hủy thành tro và khí. Bằng phương pháp tách tro, khí gas không còn độc và phần tro còn lại đông cứng thành dạng gốm. Tro hóa trong từ trường plasma khiến các chất hữu cơ khó tách như dioxin không thể tạo thêm. Phần tro thừa dưới đáy Ecowaste Asher chứa canxi, ảnh hưởng đến thành phần oxit. Vì vậy, các chất gây hại bị phân hủy hoàn toàn và tro được thu gom để tái chế thành phân hữu cơ.
2.2.2. Xử lý khí thải
Nhiệt độ cao của khí thải sau quá trình thiêu đốt cần được làm nguội để tăng hiệu suất của quá trình xử lý khí thải tiếp theo. Lượng nhiệt thừa này được tận dụng thông qua thiết bị trao đổi nhiệt để sấy rác trước khi vào lò đốt hay quay lại cung cấp cho quá trình đốt cháy của lò nhằm tăng nhiệt độ đốt cháy và hiệu suất sử dụng nhiệt của lò. Quá trình thiêu đốt chỉ có thể thiêu hủy hoàn toàn các chất hữu cơ có chứa thành phần cháy C và H, còn các khí thải như SO2, NOx, CO, HCl, HF phát sinh do đốt cháy không hoàn toàn hay do thành phần rác và nhiên liệu đưa vào quá trình đốt cháy.
Một trong những nguyên nhân sinh ra dioxin trong lò đốt là do oxy bị giữ lại trong quá trình cháy không hoàn toàn và quá trình nhiệt độ thấp (300 - 350°C). Hậu quả là, bắt buộc xử lý rác thải ở nhiệt độ cao hơn 800°C. Tuy vậy, lò đốt rác Asher có thể phân hủy xử lý rác thải hoạt động ở nhiệt độ thấp và không thải ra dioxin. Vì đã ngăn cản việc tự tạo vòng benzen nhờ các ion âm, quá trình này giúp phân hủy dioxin và furan, lọc khí thải bằng cách sử dụng công thức đặc biệt gồm khí thải carbon cùng Nano bạc và dung dịch Nanogreen. Khi không khí trong quá trình xử lý plasma tiếp xúc với khí thải, dioxin và furan trong khí thải sẽ giảm hoặc loại bỏ. Tuân thủ theo tiêu chuẩn khí thải EPA của Hoa Kỳ.
Tái chế dung dịch ion Plasma (Giải pháp Nanogreen):
Trong quá trình đốt rác thải sinh hoạt, Nanogreen loại bỏ các kim loại nặng trong bể nước Ecowaste Asher (200 lít), nó mang các sản phẩm chứa carbon xuống đáy bể nước. Nanogreen sẽ có màu sẫm, nặng mùi và có tính axit độ pH từ 4,0 đến 5,0. Dung dịch chất thải có mùi và tính axit này (Nanogreen) có thể được lọc bằng cách nối hệ thống lọc kiềm đặc biệt (tự chọn) vào bể nước và khởi động để hiệu ứng lọc và tái chế nước thải bên trong bồn nước Ecowaste Asher trong 45 phút và dung dịch Nanogreen sẽ trở nên sạch và không mùi, có thể được tái sử dụng với độ pH từ 10,0 đến 11,0. Có thể cho các bộ lọc của hệ thống lọc kiềm vào Ecowaste Asher để thiêu hủy. Do đó, hệ thống không xả nước thải và các bộ lọc bị ô nhiễm xuống cống rãnh, sông ngòi.
Loại bỏ Nano bạc trên nền than hoạt tính:
Nano bạc trên nền than hoạt tính hấp thụ khí axit, mùi và khói đồng thời làm sạch không khí và khói bằng cách khử các hạt tro, mùi trước khi thải ra môi trường và không gây ô nhiễm. Hạn sử dụng nano bạc trên nền than hoạt tính khoảng 3 - 4 tháng (tùy loại rác thải sinh hoạt). Có thể bỏ vào Ecowaste Asher thiêu hủy. Do đó, hệ thống không thải carbon ô nhiễm ra môi trường.