Luận Văn
ĐỀ TÀI:
SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG TỪ
RÁC THẢI
MỤC LỤC
Giới thiệu.
1. Các khái niệm 2
1.1. Hệ thống thu hồi năng lượng 2
1.2. Lịch sử của hệ thống 2
1.3. Lợi ích thu hồi năng lượng từ rác thải 3
2. Các thông số ảnh hưởng đến thu hồi năng lượng và lựa chọn công nghệ 4
3. Đánh giá năng lượng thu hồi được từ rác thải 6
4. Sơ đồ hệ thống tận dụng nhiệt 7
4.1. Tường nước 7
4.2. Lò hơi 7
5. Các công nghệ thu hồi năng lượng 8
5.1. Công nghệ sinh học 8
5.1.1. Công nghệ phân hủy kị khí Anaerobic Digestion( AD ) 8
5.1.2. Kiểu dáng và cấu hình của các hệ thống Anaerobic Digestion( AD ) 10
5.2. Công nghệ thiêu đốt 12
5.2.1. Các hệ thống thiêu đốt cơ bản 13
5.2.1.1.
Thiêu đốt hàng loạt 13
5.2.1.2.
Đốt theo modular 14
5.2.1.3.
RDF 14
5.3. Nhiệt phân/ khí hóa 18
5.3.1. Quá trình nhiệt phân Garets Flash 20
5.3.2. Hệ thống khí hóa Destrugas 21

rất khác nhau, tùy thuộc vào các hoạt động và sự phát triển của từng quốc gia. Chỉ
riêng khu vực đô thị của châu Á, lượng rác thải đô thị phát sinh một ngày vào
khoảng 760.000 tấn, tương đương với 2,7 triệu m
3
/ngày. Dự đoán năm 2025, con
số này sẽ tăng đến 1,8 triệu tấn chất thải mỗi ngày, hoặc 5.200.000 m
3
/ ngày. Ta
có thể thấy rằng chất thải rắn là một vấn đề càng ngày càng quan trọng ở tất cả các
nước, đặc biệt là những quốc gia đang phát triển như ở Việt Nam.
Trong những năm gần đây, trong khi những nước phát triển đang tích cực
giảm thiểu những tác động xấu từ chất thải rắn đến môi trường như xây dựng
những bãi chôn lấp hợp vệ sinh, đốt rác ở nhiệt độ cao, cũng như bảo tồn tài
nguyên thiên nhiên và năng lượng thông qua tái chế, tái sử dụng thì ở những nước
đang phát triển, lượng rác thải ngày càng gia tăng. Rất ít thành phố có những thống
kê đầy đủ về chất thải rắn và những hệ thống xử lý, khiến cho chất lượng cuộc
sống của người dân ngày càng giảm.
Do vậy, đã đến lúc chúng ta cần gia tăng các phương pháp khoa học để xử lý
chất thải một cách an toàn. Cùng với việc giảm thiểu lượng rác thải phát sinh, tái
chế và tái sử dụng chúng, các công nghệ thu hồi năng lượng từ chất thải đóng một
vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm cũng như nguồn năng lượng, tài
nguyên thiên nhiên. Những công nghệ này có thể làm giảm một lượng rác thải
khổng lồ cần xử lý, giảm một phần không nhỏ chi phí cho các hoạt động sống của
con người đồng thời bảo vệ môi trường. Một mặc tích cực của những hệ thống thu
hồi năng lượng mà các nhà khoa học đang hướng tới là từ những hệ thống thu hồi
năng lượng, một nguồn nhiên liệu sinh học được tạo thành, thay thế dần nguồn
nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt của con người, hướng đến phát triển bền
vững.
1. Các khái niệm
1.1 Hệ thống thu hồi năng lượng

tăng cao, hoàn thiện hơn, do vậy mà công nghệ nhiệt phân/ khí hóa và plasma ngày
càng được nghiên cứu kĩ. Trong sự phát triển của con người, nhiệt phân đã có từ
rất lâu nhưng những công nghệ thì phát triển cuối thế kỉ 19, đầu thế kỉ 20 và các hệ
thống thu hồi năng lượng được phát triển mạnh nhất từ 50 năm trở lại đây.
Bên cạnh Hoa Kỳ, việc thu hồi năng lượng còn được áp dụng ở nhiều nước
khác. Đan Mạch có lẽ là quốc gia thu hồi năng lượng nhiều nhất, có khoảng 55 %
năng lượng ở nước này được lấy từ những nhà máy phát điện. Ngoài ra còn có
những nước khác như Đức, Nga, Ấn Độ cũng đang tích cực trong việc thu hồi năng
lượng
1.3 Lợi ích thu hồi năng lượng từ rác thải
+ Tổng khối lượng chất thải giảm gần 60 đến 90% tùy thuộc vào thành phần chất
thải và công nghệ phục hồi.
+ Giảm nhu cầu sử dụng đất đai.
+ Giảm được chi phí vận chuyển, tùy vào từng công nghệ áp dụng mà chi phí sẽ
giảm xuống tương ứng.
+ Giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
+Improvement in the quality of leftover waste. Nâng cao chất lượng chất thải còn
sót lại.
+Improved commercial viability of the waste disposal project from the sale of
energy/products. Cải thiện khả năng thương mại của dự án xử lý chất thải từ việc
bán năng lượng/ sản phẩm.
+Hướng đến phát triển bền vững.
2. Các thông số ảnh hưởng đến thu hồi năng lượng và lựa chọn công nghệ
Các thông số chính nhằm xác định khả năng thu hồi năng lượng từ chất thải
(bao gồm cả rác thải sinh hoạt) là:
+ Số lượng chất thải
+ Tính chất vật lý, hóa học của chất thải
Việc áp dụng thu hồi năng lượng trên thực tế sẽ phụ thuộc vào quá trình xử lý
được ứng dụng, việc lựa chọn quá trình xử lý còn phụ thuộc vào thông tin chính
xác, tỷ lệ biến động của các thành phần rác thải theo thời gian (ngày/mùa) để có

Bảng 1
CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT ÁP DỤNG CHO THU HỒI NĂNG LƯỢNG
Cac phương pháp
thu hồi năng
lượng từ chất thải
rắn
Nguyên tắc cơ
bản
Các tham số xử lý
quan trọng
Phạm vi cụ thể
Chuyển đổi nhiệt
hóa học
+ Thiêu đốt
+ Nhiệt phân
+ Khí hóa
Phân hủy chất
hữu cơ do tác
động của nhiệt
Độ ẩm
Chất hữu cơ dễ bay
hơi/Tổng chất hữu
cơ
Carbon cố định

Tổng chất trơ

Nhiệt trị
< 45 %


 Tổng lượng chất thải rắn ( W) tấn
 Nhiệt giá trị (NCV) k-cal/kg
 Khả năng thu hồi năng lượng (kWh) = NCV x W x 1000 / 860 = 1,16 x
NCV x W
 Khả năng phát điện (kW) = 1,16 x NCV x W / 24 = 0,048 x NCV x W
Hiệu suất chuyển đổi = 25%
 Do vậy, khả năng phát điện (kW)= 14.4x W
Trong chuyển đối hóa sinh, chỉ có thành phần chất hữu cơ đóng góp vào tạo
năng lượng
 Tổng lượng chất thải: W (tấn)
Chất rắn dễ bay hơi/ tổng chất hữu cơ: VS = 50%.
Chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học: xấp xỉ. 66% của VS = 0,33 x W
Hiệu suất tiêu hóa của vi sinh vật trung bình = 60%
Sản lượng khí đốt sinh học trung bình: B (m
3
) = 0,80 m3/ kg. của VS bị phá
hủy
= 0,80 x 0,60 x 0,33 x W x1000 = 158,4 x W
 Nhiệt trị của khí sinh học = 5000 kcal/m3
Khả năng thu hồi năng lượng (kWh) = B x 5000 / 860 = 921 x W
Khả năng phát điện (kW) = 921 x W / 24 = 38,4 x W
Với hiệu suất chuyển đổi = 30%
Do vậy, khả năng phát điện (kW) = 11,5 x W
CTR đô thi, nhiên liệu sản xuất từ CTR(RDF
Sử dụng tua bin hơi
Bơm bổ sung
Nhìn chung, với khoảng 100 tấn chất thải rắn đô thị, nếu thành phần rác đô thị có
chứa từ 50-60% chất hữu cơ thì có thể tạo thành 1-1.5 Mega Watt điện năng, tùy
thuộc vào đặc tính của chất thải rắn. Ở Việt Nam, theo Tiến sĩ Lê Văn Khoa, Giám
đốc Quỹ tái chế TPHCM, tại nhà máy thu hồi khí phát điện tại bãi chôn lấp Gò

Hơi nước được tạo ra từ lò hơi đốt bằng chất thải rắn đô thị hoặc nhiên liệu
thu hồi
(sản phẩm khí hoặc nhiên liệu lỏng do chuyển hóa chất thải có thể được sử dụng).
Hơi nước này giúp cho tuabin hơi chạy, còn nước ngưng tụ quay trở lại cấp cho lò
hơi. Tuabin hơi làm cho máy phát điện hoạt động, tạo ra công suất điện ở đầu ra.
Hình 2: Hệ thống máy phát tuabin khí
Tuabin khí cần nhiên liệu khí hoặc lỏng: Các nhiên liệu này có thể cung
cấp bởi quá trình sinh học, như khí thải bãi rác hoặc do phân hủy kỵ khí CTR đô
thị hoặc nhiệt phân hay khí hóa. Tua bin khí tương tự như động cơ phản lực nhằm
chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng. Máy phát điện được nối trực tiếp với trục
của tuabin khí. Tuabin khí có hiệu suất cao, gọn nên được ứng dụng nhiều trong
hệ thống xử lý khí của bãi rác.
5. Các công nghệ thu hồi năng lượng
5.1 Công nghệ sinh học
5.1.1 Công nghệ phân hủy kị khí Anaerobic Digestion (AD)
Quá trình này cũng được gọi là methanation sinh học, các chất thải hữu cơ
được đặt trong các container kín, tạo điều kiện yếm khí, các chất hữu cơ trải qua
qua trình phân hủy nhằm tạo khí metan sinh học, bùn và nước rỉ rác. Có thể tạo
khoảng 50-150 m
3
khí từ một tấn chất thải, tùy thuộc vào thành phần chất thải rắn.
Các khí sinh học có thể dùng để đun nóng, đốt, hay dùng để chạy các tua bin nhằm
tạo ra điện. Đối với bùn từ quá trình phân hủy kị khí, sau một thời gian ổn định, có
thể sử dụng như một chất bổ sung vào đất, cũng có thể bán như phân bón, tùy
thuộc vào thành phần của phân dựa vào thành phần của chất thải đầu vào Về cơ
bản, quá trình tiêu hóa kỵ khí có thể được chia thành ba giai đoạn với ba nhóm vi
sinh vật khác nhau.
Giai đoạn I: Nó bao gồm các vi khuẩn lên men, trong đó bao gồm kỵ khí và
vi sinh vật tùy ý. Vật liệu hữu cơ phức tạp, carbohydrate, protein và chất béo bị
thủy phân và lên men thành acid béo, alcohol, khí carbon dioxide, hydro, amoniac

(10-16%). Một số hệ thống này, khi áp dụng cho chất thải rắn đô thị hay thị trường
xử lý chất thải, yêu cầu sử dụng nước, nước bùn thải hay phân bón.
Ưu điểm của phương pháp này là chi phí vận hành đơn giản và thiết bị rẻ
tiền. Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống này là tốn nhiều nước, phải xử lý nước
thải và tốn năng lượng để gia nhiệt cho hệ thống.
b/ Hệ thống phân hủy chất thải rắn có nồng độ cao
Các hệ thống này được phát triển vào cuối thập niên tám mươi không chỉ để
chỉ áp dụng đối với chất thải rắn đô thị mà còn cho công nghiệp, chất thải nông
nghiệp. Hệ thống này có thể phân hủy rác thải có nồng độ chất thải rắn từ 16-40%.
Các hệ thống này được gọi là “ phân hủy khô” hay “ phân bón kị khí” khi nồng độ
rắn khoảng 25-40% và nước được cung cấp cho hệ thống là rất ít. Hệ thống này có
nhiều thiết kế khác nhau.
Hình 4. Sơ đồ hệ thống Anaerobic Digestion nồng độ cao
Ưu điểm của phương pháp này là có thể phân hủy được cả xenlulo, ít kim
loại nặng trong sản phẩm hữu cơ thu được, tuy nhiên chi phí đầu tư lớn.
c/ Hệ thống phân hủy hai giai đoạn
Trong quá trình phân hủy kị khí gồm gia đoạn acid hóa và metan hoa. Người
ta dùng thiết bị tách riêng hai quá trình nhằm tăng hiệu suất. Tuy nhiên, hệ thống
cần phải được vận hành và kiểm soát chặt chẽ.
Hình 5. Sơ đồ hệ thống phân hủy hai giai đoạn
Ưu điểm của phương pháp này là hiệu suất thu hồi khí cao, tuy nhiên hệ
thống này lại tốn diện tích, cần kinh nghiệm của người vận hành .
5.2 Công nghệ thiêu đốt
Công nghệ thiêu đốt là quá trình đốt cháy trực tiếp của chất thải với sự hiện
diện của không khí ở nhiệt độ trên 800
0
C, giải phóng được nhiệt, khí trơ và tro. Sản
lượng năng lượng phụ thuộc vào mật độ và thành phần của chất thải, tỷ lệ phần
trăm độ ẩm tương đối, ngoài ra còn do tổn thất nhiệt, nhiệt độ đánh lửa, kích thước
và hình dạng của rác, thiết kế của các hệ thống đốt (hệ thống cố định/ tầng sôi).

Thiêu đốt hàng loạt
Khoảng ba phần tư các cơ sở đối chất thải để thu hồi năng lượng ở Mỹ và
một vài quốc gia khác sử dụng công nghệ “thiêu đốt hàng loạt”, do vậy mà những
chất không cháy không được xử lý hoặc phân loại riêng biệt. Các nhà máy có thể
đốt trên 3000 tấn rác/ ngày, họ sử dụng hai hay nhiều lò đốt trong môt nhà máy
duy nhất. Do các nhà máy thiêu đốt có quy mô dựa theo khố lượng rác thải dự
kiến, nên những nhà máy này bị hạn chế số lượng nhiệt sinh ra trong quá trình đốt.
Ví dụ, nếu rác thải sinh nhiều nhiệt hơn so với dự kiến, thì người ta sẽ cho ít rác
thải vào hơn. Ngoài ra, người ta không thể tận dụng được kim loại, do chúng đã
biến thành tro trong quá trình đốt. Hàng loạt nhà máy thiêu đốt như vậy đã hoạt
động thành công ở châu Âu trong hơn một trăm năm nay.
Hình 6. Hệ thống thiêu đốt hàng loạt
5.2.1.2
Đốt theo modular
Lò đốt rác theo modular cũng đốt rác thải hàng loạt nhưng công suất nhỏ
hơn, khoảng 25-300 tấn rác/ ngày. Các lò hơi được xây dựng bên trong nhà máy xử
lý và vận chuyển hơi đến các nhà máy trong bãi chôn lấp, thay vì tại ngay bãi rác.
Trường hợp này thường áp dụng với những cơ sở xử lý lớn, những nhà máy này
thường được dùng trong những cộng đồng dân cư nhỏ.
5.2.1.3
RDF
Trong một nhà máy xử lý chất thải theo RDF, chất thải được phân loại, xử lý
trước khi đốt cháy. Thông thường, các chất khó cháy được loại bỏ, tách thủy tinh
và kim loại để tái chế.
Các chất dễ cháy bị băm nhỏ để có một kích thước nhỏ và đồng đều, tạo điều
kiện cho quá trình cháy diễn ra nhanh. Các RDF có thể được đốt tại chỗ trong lò
hơi, hoặc chúng được vận chuyển đến các lò hơi khác để sử dụng cho việc chuyển
đổi năng lượng. Nếu RDF được sử dụng bên ngoài nhà máy , chúng sẽ thường
được nén thành viên nhờ quá trình pelletisation.
Quá trình pelletization

bị gai dụng, gỗ… và các chất thải nguy hại, những chất thải rắn này có thể được
phân loại bằng tay trước khi dùng máy. Việc phân loại cũng giúp chúng ta có thể
tái chế thủy tinh, giấy, hộp nhựa va lon nhôm.
b. Kích thước giảm
Giảm kích thước của rác là một công đoạn quan trọng trong các cơ sở xử lý
chất thải vì nó tạo ra sự đồng nhất vể kích thước của chất thải rắn đô thị. Đôi khi,
công đoạn băm nhỏ để tạo ra RDF có chất lượng mong muốn. Máy nghiền thường
được sử dụng với chất thải hỗn hợp trong khi cắt shredder thường được sử dụng
cho các vật liệu khó nghiền như nhôm, lốp xe, nhựa…
c. Sàn lọc
Sàn dùng để tách nhữn chất thải có kích thước mong muốn và những chất
thải chưa đạt được kích thước yêu cầu. Máy sàn quặng mỏ thường được sử dụng
trong các nhà máy chế biến chất thải rắn do yêu cầu hiệu quả cao và có thể tách
được những chất thải vô cơ.
d. Phân loại bằng khí
Phân loại chất thải rắn bằng khí là quá trình phân tách được thực hiện nhờ sự
khác biệt về đặc tính khí động lực học của chất thải. Quá trình này liên quan đến sự
tương tác giữa các dòng chuyển động của không khí, chất thải băm nhỏ và lực hấp
dẫn. Trong dòng khí này, hỗn hợp giấy vụn được phân loại, nhựa hay kim loại.
e. Tách từ
Tách từ dùng để tách kim loại màu từ hỗn hợp chất thải rắn đô thị. Việc thu
hồi kim loại có từ tính thường được dùng bằng nam châm. Tỷ lệ thu hồi này sẽ cao
(85-90%) nếu chúng được tiến hành sau công đoạn phân loại rác bằng không khí.
f. Sấy khô và đầm nén
Độ ẩm trong chất thải rắn đô thị thường cao, có thể đạt 55-70% ngay cả
trong những ngày không mưa. Do đó, yêu cầu làm khô rác trước khi tạo thành viên
là một yêu cầu bắt buộc. Sau quá trình sấy, độ ẩm của rác sẽ giảm xuống khoảng
15% thông qua hệ thống sấy đa tầng. Sấy có thể được thực hiện bởi năng lượng
mặt trời hoặc sấy bằng dòng không khí nóng, đôi khi người ta còn kết hợp cả hai
phương pháp này.