Rác thải đang ngày càng trở thành vấn đề bức xúc của xã hội. Với sự phát triển nhanh chóng của các đô thị lớn như thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội và Hải phòng… thì vấn đề xử lý rác thải đô thị lại càng trở nên bức thiết. Ở nước ta, phần lớn rác thải được xử lý thô sơ bằng cách vùi lấp tại các bãi rác với nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cao, gây ra nhiều hậu quả xấu ảnh hưởng tới sức khoẻ con người.
Có nhiều phương pháp xử lý rác thải đô thị đã được nghiên cứu và áp dụng, trong đó có phương pháp thiêu đốt. Phương pháp này xử lý được nhiều loại chất thải (đặc biệt là các chất thải rắn khó phân huỷ như plastic, da, cao su…), tiết kiệm được diện tích cho các bãi chôn lấp. Tuy nhiên, nó lại gây tác động xấu đến môi trường không khí, ngoài ra chi phí cho việc xử lý khí thải của quá trình thiêu đốt rất tốn kém.
Trên cơ sở thực tế đó, một phương pháp xử lý mới áp dụng đối với chất thải rắn giàu cacbon bằng nhiệt phân đã bắt đầu được các nhà khoa học không chỉ ở Việt Nam mà cả trên thế giới nghiên cứu. Phương pháp cacbon hoá này vừa có thể xử lý được ô nhiễm của chất thải với chi phí xử lý thấp hơn, vừa tạo ra được loại sản phẩm tái chế phục vụ kinh tế xã hội như than sạch làm nhiên liệu hoặc vật liệu hấp phụ dùng trong công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường. Bản chất của phương pháp là đốt các chất thải rắn cháy được trong điều kiện thiếu ôxy hoặc không có ôxy hoàn toàn.
Với những ưu điểm vượt trội mà phương pháp cacbon hoá bằng nhiệt phân có được, trong thời gian qua, các nhà khoa học Viện Công nghệ Môi trường đã tiến hành nghiên cứu công nghệ cacbon hoá để xử lý chất thải rắn đô thị Hà Nội và đã có một số kết quả khả quan cho việc áp dụng vào thực tế.
Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã thực hiện trên 3 quy mô khác nhau: 10-20 g/mẻ, 3-5 kg/mẻ và 50 kg/mẻ. Các thực nghiệm được tiến hành với một số loại hình chất thải phổ biến như giấy, gỗ, tre, nhựa, cao su, vải….
Chất thải được xử lý theo mô hình thực nghiệm như trong sơ đồ sau:
Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm pilot
Chất thải được cho vào thùng chứa CTR, sau đó đóng kín nắp thùng. Nối ống thoát khí từ nắp thùng với quạt ejector. Quạt ejector có chức năng làm thoát hơi ẩm và các khí bay ra từ buồng cacbon hóa. Ống khí thoát từ thùng chứa chất thải đến buồng gia nhiệt tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa từ đầu đốt nhằm xử lý khí sinh ra từ thùng cacbon hóa. Hiện tượng cháy sẽ làm tăng nhiệt độ buồng gia nhiệt, như vậy sẽ giảm chi phí nhiên liệu cho quá trình xử lý. Cửa gió làm việc theo chế độ tự động và điều khiển bằng tay: khi nhiệt độ buồng cacbon hóa còn thấp chưa đạt đến nhiệt độ cần thiết thì cửa gió làm nhiệm vụ hướng nguồn nhiệt đi từ buồng gia nhiệt xuống buồng cacbon hóa. Khi nhiệt độ đạt đến giá trị cần thiết đã đặt trước, cánh gió hướng nguồn nhiệt thoát trực tiếp ra ống khói và đầu đốt tự ngắt và lò đốt làm việc theo chế độ ủ nhiệt. Đầu đốt được điều chỉnh tự động để cháy nhiên liệu và cấp nhiệt độ cho quá trình cacbon hoá. Nhiệt độ có thể khống chế tự động bằng rơle điều khiển và van gió. Nhiệt độ thực nghiệm từ 300-500 độ C, thời gian cacbon hoá từ 10-60 phút.
Qua quá trình thực nghiệm cacbon hoá các thành phần rác thải đô thị các nhà khoa học đã xác định được hiệu suất thu hồi với các loại hình chất thải khác nhau ở thời gian lưu nhiệt từ 10-60 phút ở các giải nhiệt độ 300, 400 và 500 độ C. Cụ thể, hiệu suất thu hồi đối với giấy từ 22-30% và tương đối ổn định; với nhựa là 25-39%; vải tương đối cao từ 60-75% ở nhiệt độ 300, 400 độ C, nhưng giảm hẳn xuống còn 14-59% ở nhiệt độ 500 độ C; gỗ đạt từ 15,5-25,2%; cao su là 20-35%.
Vì sản phẩm than thu hồi được định hướng như là nhiên liệu đốt cho công nghiệp và vật liệu làm giá thể sinh học trong xử lý ô nhiễm môi trường. Trong đó, để làm nhiên liệu đốt thì vật liệu khi đốt phải sinh ra nhiệt lượng cao và được đặc trưng bởi thành phần TOC (tổng cacbon hữu cơ) có trong sản phẩm. Do đó, các nhà khoa học đã tiến hành phân tích các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm theo tiêu chí nhiệt năng thông qua chỉ tiêu TOC và nhiệt trị. Kết quả cho thấy TOC của các sản phẩm tương đối cao từ 80-90% như của tre, gỗ và lõi ngô. Điều này chứng minh cho triển vọng ứng dụng công nghệ cacbon hoá chất thải thành sản phẩm than dùng như nhiên liệu siêu sạch.
Bên cạnh đó, chỉ tiêu về vật liệu làm giá thể sinh học để xử lý ô nhiễm môi trường cũng được các nhà khoa học nghiên cứu, đánh giá thông qua chỉ tiêu kích thước mao quản và diện tích bề mặt riêng. Các hình ảnh SEM dưới đây cho thấy các sản phẩm than từ nguyên liệu gỗ, tre rất phù hợp để làm vật liệu xử lý ô nhiễm môi trường vì kích thước mao quản và diện tích bề mặt rất phù hợp (10-150 micromet).
Hình ảnh SEM của than cacbon hoá các thành phần chất thải: a) gỗ; b) tre; c) vải; d) giấy
TS. Trịnh Văn Tuyên, Phó viện trưởng Viện Công nghệ môi trường cho biết: sử dụng công nghệ cacbon hoá để xử lý chất thải ô nhiễm có nhiều ưu điểm vượt trội như chi phí xử lý thấp, lượng khí thải ít, tạo ra được sản phẩm than sạch có nhiệt trị cao làm nhiên liệu trong công nghiệp hoặc vật liệu hấp phụ dùng xử lý ô nhiễm môi trường (ví dụ: làm giá thể sinh học để xử lý nước thải dệt nhuộm tại một số nhà máy dệt trong nước). Phương pháp cacbon hoá cũng có thể dùng để xử lý rác thải nông nghiệp (rơm, rạ, chấu…), sản phẩm là tro thu được dùng làm phân bón cho cây là rất tốt.
Các kết quả nghiên cứu trên chứng tỏ phương pháp cacbon hoá để xử lý chất thải rất có triển vọng trong tương lai. Phương pháp này được coi là một xu thế phát triển mới cho việc xử lý chất thải không chỉ ở Việt Nam mà còn cả trên thế giới.
(Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam)