Sử dụng chất thải làm nguyên - nhiên liệu trong sản xuất xi măng (P1)
Trước bối cảnh ngày càng khan hiếm các loại nguyên - nhiên liệu gốc khoáng và có nguồn gốc tự nhiên; Mặt khác giá các loại nguyên nhiên liệu này ngày càng tăng, do đó tiết kiệm năng lượng và tìm kiếm các nguồn thay thế là vấn đề sống còn của các nhà sản xuất. Ximang.vn xin giới thiệu bài viết tổng hợp về một trong các giải pháp nếu trên: Sử dụng chất thải làm nguyên - nhiên liệu trong ngành công nghiệp sản xuất xi măng.
>> Sử dụng chất thải làm nguyên - nhiên liệu trong sản xuất xi măng (P2)
I. Nguyên lý của việc sử dụng chất thải làm nguyên liệu, nhiên liệu trong sản xuất xi măng
1. Nguyên lý về thành phần vật chất
Chất thải ở dạng nguyên liệu hay nhiên liệu sau quá trình đốt cặn bã còn lại có thành phần vật chất phù hợp với thành phần xi măng như: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 …
2. Nguyên lý xử lý ô nhiễm môi trường
Để thiêu huỷ chất thải an toàn và hợp lý, phải thiêu đốt ở nhiệt độ cao. Quá trình thiêu đốt nhiệt độ cao thực chất là phân huỷ bằng nhiệt các phân tử hữu cơ và biến chúng thành CO2 và nước. Để đạt được tình trạng phân huỷ hoàn toàn cần có nhiệt độ đủ cao, cung cấp đủ ôxy, thời gian lưu cháy và điều kiện trộn tốt. Các lò chuyên dụng và lò xi măng đều có thể đáp ứng được các yêu cầu này. Tuy nhiên, thông thường lò nung xi măng đạt được thời gian lưu cháy lâu hơn (6-10 giây) và nhiệt độ cao hơn (>1.4000C) so với các lò đốt chất thải chuyên dụng. Mặt khác, ở lò nung xi măng tính kiềm của xi măng sẽ trung hoà axít clohydric và các axit dạng khí khác sinh ra trong quá trình đốt cháy chất thải. Do vậy, lò nung xi măng là một loại lò đạt hiệu suất phá huỷ rất cao cũng như hiệu quả làm sạch khí thải ưu việt. Đó cũng là lý do vì sao lò nung xi măng là lý tưởng đối với việc thiêu đốt chất thải.
II. Các vấn đề môi trường cần quan tâm khi sử dụng chất thải làm nguyên liệu, nhiên liệu trong sản xuất xi măng
1. Phát thải khí
- Ô nhiễm bụi
- Ô nhiễm do khí độc: kim loại, Hcl, Dioxin/Furan, SO2, NOX, CO.
2. Các vấn đề khác
- Ô nhiễm do khâu quản lý chất thải
- Ô nhiễm do tiếp xúc trực tiếp của người tham gia xử lý hoặc thiêu đốt chất thải.
- Ô nhiễm do sự cố môi trường xảy ra trong quá trình vận hành.
Trong quá trình thiêu đốt chất thải trong lò nung xi măng cần quan tâm đến các thông số kỹ thuật sau: (xem bảng 1 và bảng 2).
III. Lợi ích của việc sử dụng nguyên liệu, nhiên liệu trong sản xuất xi măng
1. Lợi ích kinh tế trước mắt
- Lò nung xi măng sẽ tận dụng được nhiệt năng từ việc đốt cháy các chất thải thay thế tiết kiệm khoảng 20-25% nhiên liệu cho quá trình đốt.
- Có thể đưa vào lò nung clinker một lượng nhất định khoảng 5-10% chất thải để thiêu huỷ. Các chất thải này sẽ là thành phần phụ gia cho xi măng, trong quá trình thiêu đốt các chất này sẽ tương tác hoặc kết hợp với nguyên liệu xi măng và không ảnh hưởng đến thành phần xi măng. Như vậy sẽ góp phần tiết kiệm 5-10% nguồn tài nguyên nguyên liệu phục vụ sản xuất xi măng.
2. Lò nung xi măng hoạt động ở nhiệt độ cao (>1.4000C), có khả năng xử lý được nhiều loại chất thải, trong đó có nhiều loại chất thải nguy hại với khối lượng lớn.
Mặt khác, do thành phần xi măng có tính kiềm cao nên có khả năng trung hoà axit clohydric và các axit dạng khí khác sinh ra trong quá trình đốt cháy khí thải, thời gian lưu cháy trong lò khoảng 6-10 giây. Do vậy, lò nung xi măng là một loại lò đạt hiệu suất phá huỷ rất cao cung như hiệu quả làm sạch khí thải rất lớn, kể cả đối với Dioxin, Furan.
IV. Các bước tiến hành và yêu cầu bảo vệ môi trường của quá trình sử dụng chất
thải làm nguyên liệu, nhiên liệu trong sản xuất
1. Lựa chọn chất thải
Các chất thải được sử dụng trong lò nung xi măng gồm:
- Dầu đã qua sử dụng
- Bùn cặn (công nghiệp lọc dầu, nhà máy hoá chất, sản xuất giấy ...)
- Dung môi đã qua sử dụng
- Sơn
- Thuốc trừ sâu có nguồn gốc hữu cơ
- Bùn xưởng in
- Dầu axit/chất lỏng kiềm thải bỏ
- Tro từ các nhà máy công nghiệp, các quá trình thiêu đốt.
- Lốp xe thải
- Cao su thải
- Nhựa
- Vinyl
- Giấy/gỗ thải
- Bùn cặn sau xử lý nước thải
- Chất thải vô cơ
- Xỉ
- Cát đúc khuôn, cát từ xưởng đúc thải bỏ
Các chất thải không được xử dụng trong lò nung xi măng:
- Chất thải là các axit mạnh (sulfuric, nitric, clohydric...)
- Chất thải là các kiềm mạnh (Na2O, K2O)
- Chất nổ
- Chất phóng xạ
- Chất thải y tế
- Pin
- Chất thải axit khoáng
- Chất thải điện tử - Kim loại vụn
Các yêu cầu chất thải khi sử dụng trong lò nung xi măng
- Nhiệt trị: không nhỏ hơn 12700 kJ/kg chất thải.
- Độ ẩm: càng nhỏ càng tốt
- Tổng lượng kiềm tính theo tổng K2O và Na2O nhỏ hơn 4%.
- Tổng lượng Cl < 500ppm
- Hàm lượng kim loại bay hơi có nhiệt độ nóng chảy thấp: nhỏ hơn 1000 ppm, tuy nhiên riêng Hg, Cr, As và Cd nhỏ hơn 150 ppm.
- Nếu chất thải ở dạng rắn thì yêu cầu kích thước càng nhỏ càng tốt. Khi chất thải có kích thước to hơn (như lốp xe cũ) cũng có thể được sử dụng khi lắp thêm thiết bị để nạp.
2. Xử lý trung gian chất thải trươc khi đưa vào lò nung xi măng (tiền xử lý)
- Các loại chất thải khi đưa vào thiêu đốt trong lò nung xi măng cần phải được tiền xử lý sao cho phù hợp với các thiết bị của lò nung.
- Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng công nghệ sản xuất xi măng mà việc tiền xử lý được áp dụng theo phương pháp thích hợp, đảm bảo được các yêu cầu về chất lượng sản phẩm và các tiêu chuẩn về môi trường cho phép.
- Khi chất thải có hàm lượng PCBS lớn hơn 50 ppm, cần tiền hành những thí nghiệm về quá trình đốt kèm theo qua trình quan trắc cẩn thận để khẳng định khỉ thải đạt tiêu chuẩn về PCB. Nếu không thì phải tiến hành pha lo•ng nhiên liệu này bằng loại nhiên liệu không có PCBS.
3. Vận chuyển và lưu giữ chất thải trước khi đưa vào lò nung xi măng
Vận chuyển chất thải đến nhà máy xi măng
- Việc vận chuyển chất thải đến nhà máy xi măng phải tuân thủ theo các quy chế quản lý chất thải nguy hại của nhà nước.
Tiếp nhận và lưu giữ chất thải trong khu vực nhà máy xi măng
- Khu vực tiếp nhận và lưu giữ chất thải phải có dấu hiệu cảnh báo.
- Khu vực lưu giữ chất thải trong nhà máy xi măng phải đảm bảo an toàn về mặt xây dựng, kết cấu và phù hợp với bản chất và khối lượng của chất thải thu nhận.
- Các loại chất thải khác nhau phải được lưu giữ ở những khu vực nhỏ khác nhau và mỗi khu vực nhỏ chứa từng loại chất thải phải có dấu hiệu cảnh báo an toàn.
- Các thùng chứa chất thải dạng rời (không bao bì) phải có dung tích ít nhất lớn hơn thể tích chất thải 10%, phải được chế tạo từ vật liệu phù hợp với chất thải lưu giữ, kết cấu phải đảm bảo an toàn và hợp lý trong thao tác (nạp chất thải và lấy chất thải). Với những loại chất thải dễ biến đổi thể tích trong quá trình lưu giữ phải có bao bì thứ cấp đề phòng tràn chất thải.
- Phải có hệ thống mái, che chắn và thoát nước mưa đảm bảo nước mưa không xâm nhập vào chất thải.
- Phải có hệ thống tường hoặc đê bao hay mương đề phòng sự cố.
- Phải có hệ thống thông gió và chiếu sáng phù hợp
I. Nguyên lý của việc sử dụng chất thải làm nguyên liệu, nhiên liệu trong sản xuất xi măng
1. Nguyên lý về thành phần vật chất
Chất thải ở dạng nguyên liệu hay nhiên liệu sau quá trình đốt cặn bã còn lại có thành phần vật chất phù hợp với thành phần xi măng như: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 …
2. Nguyên lý xử lý ô nhiễm môi trường
Để thiêu huỷ chất thải an toàn và hợp lý, phải thiêu đốt ở nhiệt độ cao. Quá trình thiêu đốt nhiệt độ cao thực chất là phân huỷ bằng nhiệt các phân tử hữu cơ và biến chúng thành CO2 và nước. Để đạt được tình trạng phân huỷ hoàn toàn cần có nhiệt độ đủ cao, cung cấp đủ ôxy, thời gian lưu cháy và điều kiện trộn tốt. Các lò chuyên dụng và lò xi măng đều có thể đáp ứng được các yêu cầu này. Tuy nhiên, thông thường lò nung xi măng đạt được thời gian lưu cháy lâu hơn (6-10 giây) và nhiệt độ cao hơn (>1.4000C) so với các lò đốt chất thải chuyên dụng. Mặt khác, ở lò nung xi măng tính kiềm của xi măng sẽ trung hoà axít clohydric và các axit dạng khí khác sinh ra trong quá trình đốt cháy chất thải. Do vậy, lò nung xi măng là một loại lò đạt hiệu suất phá huỷ rất cao cũng như hiệu quả làm sạch khí thải ưu việt. Đó cũng là lý do vì sao lò nung xi măng là lý tưởng đối với việc thiêu đốt chất thải.
II. Các vấn đề môi trường cần quan tâm khi sử dụng chất thải làm nguyên liệu, nhiên liệu trong sản xuất xi măng
1. Phát thải khí
- Ô nhiễm bụi
- Ô nhiễm do khí độc: kim loại, Hcl, Dioxin/Furan, SO2, NOX, CO.
2. Các vấn đề khác
- Ô nhiễm do khâu quản lý chất thải
- Ô nhiễm do tiếp xúc trực tiếp của người tham gia xử lý hoặc thiêu đốt chất thải.
- Ô nhiễm do sự cố môi trường xảy ra trong quá trình vận hành.
Trong quá trình thiêu đốt chất thải trong lò nung xi măng cần quan tâm đến các thông số kỹ thuật sau: (xem bảng 1 và bảng 2).
1. Lợi ích kinh tế trước mắt
- Lò nung xi măng sẽ tận dụng được nhiệt năng từ việc đốt cháy các chất thải thay thế tiết kiệm khoảng 20-25% nhiên liệu cho quá trình đốt.
- Có thể đưa vào lò nung clinker một lượng nhất định khoảng 5-10% chất thải để thiêu huỷ. Các chất thải này sẽ là thành phần phụ gia cho xi măng, trong quá trình thiêu đốt các chất này sẽ tương tác hoặc kết hợp với nguyên liệu xi măng và không ảnh hưởng đến thành phần xi măng. Như vậy sẽ góp phần tiết kiệm 5-10% nguồn tài nguyên nguyên liệu phục vụ sản xuất xi măng.
2. Lò nung xi măng hoạt động ở nhiệt độ cao (>1.4000C), có khả năng xử lý được nhiều loại chất thải, trong đó có nhiều loại chất thải nguy hại với khối lượng lớn.
Mặt khác, do thành phần xi măng có tính kiềm cao nên có khả năng trung hoà axit clohydric và các axit dạng khí khác sinh ra trong quá trình đốt cháy khí thải, thời gian lưu cháy trong lò khoảng 6-10 giây. Do vậy, lò nung xi măng là một loại lò đạt hiệu suất phá huỷ rất cao cung như hiệu quả làm sạch khí thải rất lớn, kể cả đối với Dioxin, Furan.
IV. Các bước tiến hành và yêu cầu bảo vệ môi trường của quá trình sử dụng chất
thải làm nguyên liệu, nhiên liệu trong sản xuất
1. Lựa chọn chất thải
Các chất thải được sử dụng trong lò nung xi măng gồm:
- Dầu đã qua sử dụng
- Bùn cặn (công nghiệp lọc dầu, nhà máy hoá chất, sản xuất giấy ...)
- Dung môi đã qua sử dụng
- Sơn
- Thuốc trừ sâu có nguồn gốc hữu cơ
- Bùn xưởng in
- Dầu axit/chất lỏng kiềm thải bỏ
- Tro từ các nhà máy công nghiệp, các quá trình thiêu đốt.
- Lốp xe thải
- Cao su thải
- Nhựa
- Vinyl
- Giấy/gỗ thải
- Bùn cặn sau xử lý nước thải
- Chất thải vô cơ
- Xỉ
- Cát đúc khuôn, cát từ xưởng đúc thải bỏ
Các chất thải không được xử dụng trong lò nung xi măng:
- Chất thải là các axit mạnh (sulfuric, nitric, clohydric...)
- Chất thải là các kiềm mạnh (Na2O, K2O)
- Chất nổ
- Chất phóng xạ
- Chất thải y tế
- Pin
- Chất thải axit khoáng
- Chất thải điện tử - Kim loại vụn
Các yêu cầu chất thải khi sử dụng trong lò nung xi măng
- Nhiệt trị: không nhỏ hơn 12700 kJ/kg chất thải.
- Độ ẩm: càng nhỏ càng tốt
- Tổng lượng kiềm tính theo tổng K2O và Na2O nhỏ hơn 4%.
- Tổng lượng Cl < 500ppm
- Hàm lượng kim loại bay hơi có nhiệt độ nóng chảy thấp: nhỏ hơn 1000 ppm, tuy nhiên riêng Hg, Cr, As và Cd nhỏ hơn 150 ppm.
- Nếu chất thải ở dạng rắn thì yêu cầu kích thước càng nhỏ càng tốt. Khi chất thải có kích thước to hơn (như lốp xe cũ) cũng có thể được sử dụng khi lắp thêm thiết bị để nạp.
2. Xử lý trung gian chất thải trươc khi đưa vào lò nung xi măng (tiền xử lý)
- Các loại chất thải khi đưa vào thiêu đốt trong lò nung xi măng cần phải được tiền xử lý sao cho phù hợp với các thiết bị của lò nung.
- Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng công nghệ sản xuất xi măng mà việc tiền xử lý được áp dụng theo phương pháp thích hợp, đảm bảo được các yêu cầu về chất lượng sản phẩm và các tiêu chuẩn về môi trường cho phép.
- Khi chất thải có hàm lượng PCBS lớn hơn 50 ppm, cần tiền hành những thí nghiệm về quá trình đốt kèm theo qua trình quan trắc cẩn thận để khẳng định khỉ thải đạt tiêu chuẩn về PCB. Nếu không thì phải tiến hành pha lo•ng nhiên liệu này bằng loại nhiên liệu không có PCBS.
3. Vận chuyển và lưu giữ chất thải trước khi đưa vào lò nung xi măng
Vận chuyển chất thải đến nhà máy xi măng
- Việc vận chuyển chất thải đến nhà máy xi măng phải tuân thủ theo các quy chế quản lý chất thải nguy hại của nhà nước.
Tiếp nhận và lưu giữ chất thải trong khu vực nhà máy xi măng
- Khu vực tiếp nhận và lưu giữ chất thải phải có dấu hiệu cảnh báo.
- Khu vực lưu giữ chất thải trong nhà máy xi măng phải đảm bảo an toàn về mặt xây dựng, kết cấu và phù hợp với bản chất và khối lượng của chất thải thu nhận.
- Các loại chất thải khác nhau phải được lưu giữ ở những khu vực nhỏ khác nhau và mỗi khu vực nhỏ chứa từng loại chất thải phải có dấu hiệu cảnh báo an toàn.
- Các thùng chứa chất thải dạng rời (không bao bì) phải có dung tích ít nhất lớn hơn thể tích chất thải 10%, phải được chế tạo từ vật liệu phù hợp với chất thải lưu giữ, kết cấu phải đảm bảo an toàn và hợp lý trong thao tác (nạp chất thải và lấy chất thải). Với những loại chất thải dễ biến đổi thể tích trong quá trình lưu giữ phải có bao bì thứ cấp đề phòng tràn chất thải.
- Phải có hệ thống mái, che chắn và thoát nước mưa đảm bảo nước mưa không xâm nhập vào chất thải.
- Phải có hệ thống tường hoặc đê bao hay mương đề phòng sự cố.
- Phải có hệ thống thông gió và chiếu sáng phù hợp
(Còn nữa).
