Luận văn: Công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được, HAY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
TRẦN VĂN HUỆ
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CACBON HOÁ
CÁC CHẤT THẢI CHÁY ĐƯỢC TRONG RÁC THẢI
ĐÔ THỊ THÀNH THAN NHIÊN LIỆU
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
TRẦN VĂN HUỆ
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CACBON HOÁ
CÁC CHẤT THẢI CHÁY ĐƯỢC TRONG RÁC THẢI
ĐÔ THỊ THÀNH THAN NHIÊN LIỆU
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 85 02
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRỊNH VĂN TUYÊN
Hà Nội - 2012

LêI C¶M ¥N
Víi lßng biÕt ¬n ch©n thµnh nhÊt, T«i xin göi lêi c¶m ¬n TS. TrÞnh V¨n Tuyªn,
phã ViÖn trëng ViÖn C«ng nghÖ m«i trêng - ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ ViÖt
Nam. Ngêi ®· giao vµ híng dÉn gióp ®ì T«i tËn t×nh, ®Ó T«i hoµn thµnh luËn v¨n
tèt nghiÖp cña m×nh.
§ång thêi, T«i còng xin göi lêi c¶m ¬n ®Õn çc çn bé c«ng nh©n viªn Phßng
C«ng nghÖ xö lý chÊt th¶i r¾n vµ khÝ th¶i - ViÖn C«ng nghÖ m«i trêng - ViÖn Khoa
häc vµ C«ng nghÖ ViÖt Nam ®· gióp ®ì t«i rÊt nhiÒu trong qu¸ tr×nh t«i hoµn thµnh
luËn v¨n.
Qua ®©y, T«i xin còng xin göi lêi ch©n thµnh c¶m ¬n Ban gi¸m hiÖu Trêng §¹i
häc Khoa häc tù nhiªn - §¹i häc Quèc gia Hµ Néi, çc thÇy c« trong khoa M«i
trêng ®· t¹o ®iÒu kiÖn gióp ®ì vµ t¹o mäi ®iÒu kiÖn tèt nhÊt cho t«i trong qu¸
tr×nh t«i häc tËp t¹i, nghiªn cøu t¹i trêng.
Cuèi cïng, t«i còng xin göi lêi c¶m ¬n gia ®×nh, b¹n bÌ, ngêi th©n lu«n t¹o
mäi ®iÒu kiÖn, ®éng viªn, gióp ®ì t«i rÊt nhiÒu trong qu¸ tr×nh t«i häc tËp.
Hµ Néi, ngµy … th¸ng … n¨m 2012
Häc viªn
TrÇn V¨n HuÖ

Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than nhiên liệu
Trần Văn Huệ Lớp CHMT K184
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ...........................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN ..................................................................................3
1.1. Đánh giá lượng chất thải phát sinh...........................................................3
1.1.1. Vài nét về tình hình phát triển đô thị tại Việt Nam............................3
1.1.2. Các nguồn phát sinh chất thải rắn ở đô thị ........................................4
1.1.3. Lượng phát sinh chất thải rắn đô thị..................................................5
1.1.4. Ước tính lượng thải và thành phần chất thải rắn đô thị đến năm 2025
...................................................................................................................9
1.1.5. Thành phần chất thải rắn đô thị....................................................... 10
1.2. Công nghệ cacbon hóa chất thải rắn....................................................... 13
1.2.1. Những ứng dụng chủ yếu của phương pháp.................................... 15
1.2.2. Những ưu điểm chính của công nghệ xử lý nhiệt tiên tiến .............. 15
1.2.3. Những yếu tố tác động đến nhu cầu của hệ thống xử lý nhiệt.......... 16
1.2.4. Tình hình nghiên cứu về công nghệ cacbon hóa trên thế giới và Việt
Nam.......................................................................................................... 17
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.................................................... 24
1.3. Phân tích, đánh giá lựa chọn công nghệ cacbon hoá. ............................. 25
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................... 28
2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 28
2.2. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 28
2.2.1. Phương pháp tài liệu....................................................................... 28
2.2.2. Phương pháp thực nghiệm .............................................................. 29
2.3.3. Phương pháp phân tích, tính toán.................................................... 30
2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu .............................................................. 32
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................... 34
3.1. Khảo sát sự biến động của nhiệt độ của buồng cacbon hoá.................... 34
3.2. Khảo sát tỷ lệ hơi nước trong vật liệu thí nghiệm .................................. 35

3.3. Kết quả của quá trình cacbon hoá .......................................................... 37
3.3.1. Kết quả của quá trình cacbon hoá tre gỗ ......................................... 37
3.3.2. Kết quả của quá trình cacbon hoá nhựa........................................... 41
3.3.3. Kết quả của quá trình cacbon hoá giấy............................................ 45
3.3.4. Kết quả của quá trình cacbon hoá cao su......................................... 49
3.3.5. Kết quả của quá trình cacbon hoá vải.............................................. 52
3.3.5. Kết quả của quá trình cacbon hoá hỗn hợp chất thải ....................... 56
3.5. Đánh giá nhiệt trị của sản phẩm thu được.............................................. 60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................... 62
Kết luận........................................................................................................ 62
Kiến nghị...................................................................................................... 63

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1.Các loại chất thải rắn đô thị của Hà Nội năm 2011........................................5
Bảng 1.2. Chất thải rắn đô thị phát sinh các năm 2007 - 2010......................................6
Bảng 1.3. Chỉ số phát sinh CTR sinh hoạt bình quân đầu người của các đô thị năm
2009.............................................................................................................................7
Bảng 1.4. Ước tính lượng CTR đô thị phát sinh đến năm 2025 ....................................9
Bảng 1.5. Chất thải rắn phát sinh tại một số tỉnh, thành phố năm 2010 ......................11
Bảng 1.6. Thàn phần CTR sinh hoạt tại đầu vào của các bãi chôn lập của một số địa
phương Hà Nội, Hải Phòng, Huế, Đà Nẵng, Tp.HCM (1) và Bắc Ninh (2) năm 2009 -
2010...........................................................................................................................12
Bảng 1.7. Thành phần chất thải ở khu dân cư điển hình Cầu Giấy - Hà Nội...............13
Bảng 1.8. Hiệu suất thu hồi các sản phẩm cacbon từ chất thải rắn nông nghiệp..........22
Bảng 3.1. Sự thay đổi nhiệt độ trong buồng cacbon hoá.............................................34
Bảng 3.2. Kết quả xác định độ ẩm của vật liệu thí nghiệm ở nhiệt độ 1000
C..............36
Bảng 3.3. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá tre gỗ tại T = 3000
C......................................37
C......................................38
C......................................40
Bảng 3.6. Kết quả cacbon hoá nhựa tại T = 3000
C .....................................................41
Bảng 3.7. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá nhựa tại T = 4000
C.......................................42
Bảng 3.8. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá nhựa tại T = 5000
C.......................................43
Bảng 3.9. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá giấy tại T = 3000
C........................................45
C......................................46
C......................................47
Bảng 3.12. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá cao su tại T = 3000
C...................................49
C...................................50
C...................................51
Bảng 3.15. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá vải tại T = 3000
C........................................53
C........................................54
C........................................55
Hình 3.18. Bảng thành phần hỗn hợp chất thải thí nghiệm .........................................56
Bảng 3.19. Hiệu suất thu hồi cacbon hoá hỗn hợp tại T = 3000
C................................57
C................................58
C................................59
Bảng 3.22. Kết quả phân tích nhiệt trị một số sản phẩm cacbon hoá ..........................61
Bảng 3.22. Bảng nhiệt trị của một số loại nhiên liệu thông thường.............................61

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Tỷ lệ phát sinh CTR sinh hoạt tại các đô thị Việt Nam năm 2007.................6
Hình 1.2. Hiện trạng chất thải rắn theo các vùng kinh tế của nước ta năm 2003, 2008
và dự báo cho năm 2015 ..............................................................................................7
Hình 1.3. Lượng phát sinh CTR đô thị của một số tỉnh, thành phố qua các năm 2005 -
2010.............................................................................................................................9
Hình 1.4. Sơ đồ cacbon hóa rác thải sinh hoạt đô thị, nông nghiệp.............................27
Hình 2.1. Sơ đồ thực nghiệm quá trình cacbon hoá. ..................................................29
Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm..........................................................30
Hình 3.1. Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ của lò cacbon hoá.............................................35
Hình 3.2. Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ của lò cacbon hoá.............................................36
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của tre gỗ tại T = 3000
C thay đổi theo
thời gian ....................................................................................................................38
C thay đổi theo
thời gian ....................................................................................................................39
C thay đổi theo
thời gian.....................................................................................................................40
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của nhựa tại T = 3000
C thay đổi theo
thời gian ....................................................................................................................42
C thay đổi theo
thời gian ....................................................................................................................43
C thay đổi theo
thời gian.....................................................................................................................44
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của giấy tại T = 3000
C thay đổi theo
thời gian ....................................................................................................................45
C thay đổi theo
thời gian ....................................................................................................................46
C thay đổi theo
thời gian.....................................................................................................................48
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của cao su tại T = 3000
C thay đổi
theo thời gian.............................................................................................................49
C thay đổi
theo thời gian.............................................................................................................50
C thay đổi
theo thời gian.............................................................................................................51

Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của vải tại T = 3000C thay đổi theo
thời gian.....................................................................................................................53
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của vải tại T = 4000
C thay đổi theo
thời gian.....................................................................................................................54
Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của vải tại T = 5000
C thay đổi theo
thời gian.....................................................................................................................55
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn quá trình cacbon hoá của hỗn hợp tại T = 3000
C thay đổi
theo thời gian.............................................................................................................57
C thay đổi
theo thời gian.............................................................................................................58
C thay đổi
theo thời gian.............................................................................................................59

DANH MỤC VIẾT TẮT
CTR Chất thải rắn
GDP Tổng sản phẩm quốc nội

Trần Văn Huệ 1 Lớp CHMT K18
MỞ ĐẦU
Môi trường là vấn đề toàn cầu, được quan tâm bởi tất cả các quốc gia, các
tổ chức và các cá nhân. Bởi môi trường liên quan trực tiếp đến đời sống, sức
khỏe của mỗi chúng ta. Một trong những vấn đề môi trường được quan tâm
nhiều hiện nay, đặc biệt là ở các đô thị đó là vấn đề rác thải.
Chất thải sinh hoạt, thức ăn dư thừa, các loại rác thải đường phố, nếu
không được thu gom xử lý đúng quy định. Các loại chất thải này sẽ gây ô nhiễm,
nhiễm khuẩn đối với môi trường xung quanh, gây ảnh hưởng đến môi trường
sống, nguồn nước mặt, nguồn nước ngầm, mất diện tích…
Khối lượng chất thải rắn trong đô thị ngày càng tăng do tác động của sự
gia tăng dân số, phát triển kinh tế xã hội và sự phát triển về trình độ và tính chất
tiêu dùng trong các đô thị. Lượng chất thải rắn nếu không được xử lý tốt sẽ dẫn
đến hàng loạt vấn đề tiêu cực đối với môi trường.
Có rất nhiều phương pháp xử lý rác thải đô thị đã được đề xuất và áp dụng
trong đó có phương pháp thiêu đốt. Phương pháp thiêu đốt xử lý được nhiều loại
chất thải (đặc biệt là các chất thải rắn khó phân huỷ như plastic,da…), tiết kiệm
được diện tích cho các bãi chôn lấp. Tuy nhiên phương pháp thiêu đốt trước đây
gây tác động xấu đến môi trường không khí, hoặc chi phí cho việc xử lý khí
thiêu đốt rất tốn kém. Mặt khác, hiện nay nguồn nguyên liệu hoá thạch đang dần
bị cạn kiệt, đòi hỏi chúng ta phải tìm ra những nguồn nguyên liệu mới. Một
phương pháp xử lý chất thải rắn mới, được đề xuất đó là phân loại và đốt các
chất thải rắn cháy được trong điều kiện thiếu ôxy hoặc không có ôxy hoàn toàn.
Phương pháp này tiết kiệm được nhiên liệu dùng cho quá trình đốt, không tạo ra
khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường, đồng thời tạo ra một nguồn nguyên
liệu mới đó là than sạch, phục vụ cho lĩnh vực khác trong cuộc sống như:
nghiên cứu khoa học, hay xử lý các loại nước thải, nhiên liệu…
Xuất phát từ những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu công
nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được trong rác thải đô thị thành than
nhiên liệu”
Trong đề tài này tác giả đặt ra những mục tiêu nghiên cứu như sau:

- Xác định hiệu suất thu hồi và chất lượng sản phẩm của từng thành chất
thải (tre gỗ, nhựa, giấy, vải, cao su) và hỗn hợp thành phần các chất thải;
- Xác định nhiệt độ, thời gian cacbon hoá để thu được hàm lượng cacbon
hữu cơ lớn nhất cho từng loại chất thải;
- Đánh giá nhiệt trị của các sản phẩm sau qua trình cacbon hoá.
Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu nêu trên tác giả tác giả sẽ nghiên
cứu các nội dung sau:
- Tổng quan về phương pháp cacbon hoá chất thải rắn.
- Thực hiện xử lý chất thải trên mô hình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm
Viện Công nghệ Môi trường thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
- Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố nhiệt độ và
thời gian cacbon hoá đến hiệu suất thu hồi sản phẩm và hiệu suất thu hồi Cacbon
hữu cơ.
- Tiến hành khảo sát tìm nhiệt độ và thời gian tối ưu cho quá trình cacbon
hoá đạt hiệu suất thu hồi sản phẩm, tỷ lệ cacbon Cacbon hữu cơ và hiệu suất thu
hồi Cacbon hữu cơ là cao nhất.
Sau đây là nội dung chi tiết luận văn:

Chương 1. TỔNG QUAN
Trong 20 năm qua, kể từ khi Việt Nam áp dụng đường lối đổi mới, nền
kinh tế Việt Nam đã có những bước phát triển nhanh và ổn định, tăng trưởng
GDP trung bình hàng năm đạt 7-8% (giai đoạn 2006 - 2010). Mức sống dân cư
từng bước được nâng cao, phong cách tiêu dùng, thói quen sinh hoạt của xã hội
đang có nhiều thay đổi. Chất thải rắn phát sinh từ các hộ gia đình cũng sẽ thay
đổi về số lượng và thành phần. Bên cạnh đó các ngành sản xuất kinh doanh, dịch
vụ ở các đô thị; các khu công nghiệp ngày càng được mở rộng và phát triển đã
thúc đẩy quá trình tăng trưởng về các mặt kinh tế - xã hội. Tăng trưởng mặt kinh
tế - xã hội đã góp phần tích cực cho sự phát triển của đất nước, tuy nhiên đã làm
phát sinh lượng chất thải rắn ngày càng lớn (bao gồm cả CTR sinh hoạt, CTR
công nghiệp, CTR y tế...). Việc thải bỏ một cách bừa bãi và quản lý không hiệu
quả chất thải rắn ở các đô thị, khu công nghiệp,... là một trong những nguyên
nhân gây ô nhiễm môi trường, làm phát sinh bệnh tật, ảnh hưởng đến sức khỏe
và cuộc sống con người. Vì vậy, việc quản lý chất thải là một thách thức to lớn,
chi phí phí tốn, nhưng đem lại lợi ích cho môi trường và sức khỏe cộng đồng.
Mặt khác nếu quản lý theo hướng có thể tái chế thì đây sẽ là nguồn tài nguyên
sinh ra của cải vật chất, một trong những hướng đó là tái chế chất thải rắn đô thị
thành than nhiên liệu. Sau đây là một số tìm hiểu về sự phát triển công nghệ
cacbon hóa và khả năng ứng dụng của nó vào việc xử lý rác thải đô thị thành
nhiên liệu.
1.1. Đánh giá lượng chất thải phát sinh
1.1.1. Vài nét về tình hình phát triển đô thị tại Việt Nam
Tổng dân số của nước ta năm 2010 ước tính khoảng 86,93 triệu người,
tăng 1,01% so với năm 2009 và 5,51% so với năm 2005. Trong đó, dân số khu
vực thành thị là 26,22 triệu người (tăng 1,03% so với năm 2009) chiếm 30,2%
tổng dân số, dân số khu vực nông thôn là 60,7 triệu người (tăng khoảng 1,0 % so
với năm 2009) chiếm 69,8% tổng dân số.
Quá trình đô thị hóa ở Việt Nam đang diễn ra rất mạnh mẽ, rất nhiều đô
thị được chuyển từ đô thị loại thấp lên đô thị loại cao và nhiều đô thị mới được
hình thành. Nếu năm 2000, nước ta có 649 đô thị thì năm 2005, con số này là

715 đô thị và đã tăng lên thành 755 đô thị lớn nhỏ vào giữa năm 2011 (Bộ Xây
dựng, 2011). Đô thị phát triển kéo theo vấn đề di dân từ nông thôn ra thành thị.
Năm 2009, dân số đô thị là 25,59 triệu người (chiếm 29,74% tổng dân số cả
nước), đến năm 2010 dân số đô thị đã lên đến 26,22 triệu người (chiếm 30,17%
tổng số dân cả nước) (Tổng cục thông kê, 2011). Dự báo đến năm 2015 dân số
đô thị là 35 triệu người chiếm 38% dân số cả nước, năm 2020 là 44 triệu người
chiếm 45% dân số cả nước và năm 2025 là 52 triệu người chiếm 50% dân số cả
nước.
Cả nước có 2 đô thị loại đặc biệt (Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh); 3 đô
thị loại 1 trực thuộc Trung ương (Hải Phòng, Đà Nẵng, Cần Thơ); 7 đô thị loại 1
trực thuộc tỉnh (Hạ Long, Huế, Vinh, Đà Lạt, Nha Trang, Quy Nhơn, Buôn Ma
Thuột); 12 đô thị loại 2 (Biên Hòa, Cà Mau, Hải Dương, Long Xuyên, Mỹ Tho,
Nam Định, Phan Thiết, Pleiku, Thái Nguyên, Thanh Hóa, Việt Trì, Vũng Tàu);
47 đô thị loại 3; 50 đô thị loại 4 và hơn 630 đô thị loại 5.
Tốc độ đô thị hóa diễn ra nhanh chóng đã trở thành nhân tố tích cực đối
với phát triển kinh tế - xã hội của đất nước. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích
về kinh tế - xã hội, đô thị hóa nhanh đã tạo ra sức ép về nhiều mặt, dẫn đến suy
giảm chất lượng môi trường và phát triển không bền vững. Các hoạt động sản
xuất, sinh hoạt gia tăng dẫn đến lượng chất thải cũng tăng theo. Tính bình quân
người dân đô thị sử dụng năng lượng, đồ tiêu dùng, thực phẩm,... cao gấp 2 - 3
lần người dân nông thôn kéo theo lượng rác thải của người dân đô thị cũng gấp 2
- 3 lần người dân nông thôn.
1.1.2. Các nguồn phát sinh chất thải rắn ở đô thị
Phát sinh CTR ở đô thị chủ yếu là CTR sinh hoạt chiếm khoảng 60 - 70%
lượng CTR phát sinh, tiếp theo là CTR xây dựng, CTR công nghiệp, CTR y
tế,...bao gồm:
- CTR sinh hoạt: phát sinh chủ yếu từ các hộ gia đình, các khu tập thể,
chất thải đường phố, chợ, các trung tâm thương mại, văn phòng, các cơ sở
nghiên cứu, trường học,...
- CTR xây dựng: phát sinh từ các công trình xây dựng, sửa chữa hạ tầng;

- CTR công nghiệp: phát sinh từ các cơ sở công nghiệp nằm trong đô thị,
hoặc từ các khu công nghiệp;
- CTR y tế: phát sinh từ các bệnh viện, các cơ sở khám chữa bệnh;
- CTR điện tử: phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của con người như: đồ
điện tử cũ hỏng bị loại bỏ.
Bảng 1.1.Các loại chất thải rắn đô thị của Hà Nội năm 2011
TT Loại chất thải
Khối lượng
phát sinh
(tấn/ngày)
Thành phần chính Biện pháp xử lý
1 CTR sinh hoạt ~6.500
Chất vô cơ: gạch đá
vụn, tro xỉ than tổ ong,
sành sứ...
Chất hữu cơ: rau củ
quả, rác nhà bếp...
Các chất còn lại
Chôn lấp hợp vệ sinh
Sản xuất phân hữu cơ
vi sinh: 60 tấn/ngày.
Tái chế: 10%, tự phát
tại các làng nghề.
2
CTR công
nghiệp
~1.950
Cặn sơn, dung môi,
bùn thải công nghiệp,
giẻ dính dầu mỡ, dầu
thải...
Một phần được xử lý
tại khu xử lý chất thải
Công nghiệp
3 CTR y tế ~15
Bông băng, dụng cụ y
tế nhiễm khuẩn
Xử lý bằng công nghệ
lò đốt Delmonego 200
- Italia: 100%
Nguồn: Báo cáo môi trường Quốc gia năm 2011
1.1.3. Lượng phát sinh chất thải rắn đô thị
Tổng lượng CTR sinh hoạt ở các đô thị phát sinh trên toàn quốc tăng
trung bình 10÷16 % mỗi năm. Tại hầu hết các đô thị, khối lượng CTR sinh hoạt
chiếm khoảng 60 - 70% tổng lượng CTR đô thị (một số đô thị tỷ lệ này lên đến
90%).Chỉ số phát sinh CTR đô thị bình quân đầu người tăng theo mức sống.
Năm 2007, chỉ số CTR sinh hoạt phát sinh bình quân đầu người tính trung bình
cho các đô thị trên phạm vi toàn quốc vào khoảng 0,75 kg/người/ngày (Bảng
1.2). Năm 2008, theo Bộ Xây dựng thì chỉ số này là 1,45 kg/người/ngày, lớn hơn
nhiều so với ở nông thôn là 0,4 kg/người/ngày.

Bảng 1.2. Chất thải rắn đô thị phát sinh các năm 2007 - 2010
Nội dung 2007 2008 2009 2010
Dân số đô thị (triệu người) 23,8 27,7 25,5 26,22
% dân số đô thị so với cả nước 28,20 28,99 29,74 30,2
Chỉ số phát sinh CTR đô thị (kg/người/ngày) ~0,75 ~0,85 0,95 1,0
Tổng lượng CTR đô thị phát sinh (tấn/ngày) 17.682 20.894 24.225 26.226
Tuy nhiên, theo Báo cáo của các địa phương năm 2010 thì chỉ số phát
sinh CTR sinh hoạt đô thị trung bình trên đầu người năm 2009 của hầu hết các
địa phương đều chưa tới 1,0 kg/người/ngày. Các con số thống kê về lượng phát
sinh CTR sinh hoạt đô thị không thống nhất là một trong những thách thức cho
việc tính toán và dự báo lượng phát thải CTR đô thị ở nước ta. Kết quả điều tra
tổng thể năm 2006 - 2007 đã cho thấy, lượng CTR đô thị phát sinh chủ yếu tập
trung ở hai đô thị đặc biệt là thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh,
chiếm tới 45,24% tổng lượng CTR sinh hoạt phát sinh từ tất cả các đô thị tương
ứng khoảng 8.000 tấn/ngày (2,92 triệu tấn/năm) (Hình.1.2). Tuy nhiên, cho đến
thời điểm hiện tại, tổng lượng và chỉ số phát sinh CTR đô thị của đô thị đặc biệt
và đô thị loại 1 hiện nay đã tăng lên rất nhiều.
Hình 1.1. Tỷ lệ phát sinh CTR sinh hoạt tại các đô thị Việt Nam năm 2007
Nguồn: Dự án “Xây dựng mô hình và triển khai thí điểm việc phân loại, thu gom và xử lý rác thải sinh
hoạt cho các khu đô thị mới”, Cục BVMT, 2008

Nguyên nhân của sự gia tăng này là do Hà Nội sau khi điều chỉnh địa giới
hành chính thì lượng CTR đô thị phát sinh đã lên đến 6.500 tấn/ngày (con số của
năm 2007 là 2.600 tấn/ngày).Bên cạnh đó, số đô thị loại 1 đã tăng lên 10 đô thị
(trong khi năm 2007 là 4 đô thị loại 1).Trong các vùng trọng điểm, vùng Đông
Nam Bộ (bao trùm cả kinh tế trọng điểm phía Nam) là nơi có lượng CTR đô thị
nhiều nhất, tiếp đến là vùng Đồng bằng sông Hồng (bao trùm cả vùng kinh tế
trọng điểm Bắc Bộ), ít nhất là khu vực Tây Nguyên (Hình1.2).
Hình 1.2. Hiện trạng chất thải rắn theo các vùng kinh tế của nước ta năm 2003,
2008 và dự báo cho năm 2015
Nguồn: Viện Quy hoạch Đô thị và Nông thôn Bộ Xây dựng, 2010
Chỉ số phát sinh CTR sinh hoạt tính bình quân trên đầu người lớn nhất
xảy ra ở các đô thị phát triển du lịch như các thành phố: Hạ Long, Đà Lạt,... Các
đô thị có chỉ số phát sinh CTR sinh hoạt tính bình quân đầu người thấp nhất là
thành phố Đồng Hới (Quảng Bình), thị xã Gia Nghĩa, thị xã Cao Bằng (Bảng
1.3).
Bảng 1.3. Chỉ số phát sinh CTR sinh hoạt bình quân đầu người của các đô thị
năm 2009
Cấp đô thị Đô thị
CTR sinh hoạt bình quân
đầu người (Kg/người/ngày)
Hà Nội 0,9
Đô thị đặc biệt
Hồ Chí Minh 0,98
Hải Phòng 0,7Đô thị loại 1: Thành
phố Hạ Long 1,38

Đà Nẵng 0,83
Huế 0,67
Nha Trang >0,6
Đà Lạt 1,06
Thái Nguyên >0,5
Việt Trì 1,1
Đô thị loại 2: Thành
phố
Ninh Bình 1,3
Điện Biên Phủ 0,8
Cao Bằng 0,38
Đồng Hới 0,31
Đông Hà 0,6
Đô thị loại 3: Thành
phố
Hội An 1,08
Gia Nghĩa (Đắk Nông) 0,35
Đô thị loại 4: Thị xã
Đồng Xoài (Bình Phước) 0,91
Nguồn: Báo cáo Nghiên cứu quản lý CTR tại Việt Nam, JICA,3/2011; Báo cáo hiện trạng môi trường
các địa phương, 2010
Lượng CTR đô thị tăng mạnh ở các đô thị lớn như Hà Nội, thành phố Hồ
Chí Minh, Đà Nẵng, nơi có tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa tăng nhanh. Còn
một số đô thị nhỏ như Thái Bình, Nam Định, Vĩnh Long, Tiền Giang, Sóc
Trăng,... tăng không nhiều do tốc độ đô thị hóa không cao (Hình1.3). Tỷ lệ CTR
gia tăng cao tập trung ở các đô thị đang có xu hướng mở rộng, phát triển mạnh
cả về quy mô lẫn dân số và các khu công nghiệp như các đô thị tỉnh Phú Thọ
(19,9%), Phủ Lý (17,3%), Rạch Giá (12,7%), Cao Lãnh (12,5%)... Các đô thị
khu vực Tây Nguyên có tỷ lệ CTR gia tăng đồng đều hàng năm với tỷ lệ ít hơn
(khoảng 5%).

Ghi chú: Số liệu của Hà Nội năm 2010 là số liệu tính tại thời điểm tháng 3/2011
Hình 1.3. Lượng phát sinh CTR đô thị của một số tỉnh, thành phố qua các năm
2005 - 2010
Nguồn: Báo cáo Hiện trạng môi trường, sở Tài nguyên và môi trường các địa phương, 2010
1.1.4. Ước tính lượng thải và thành phần chất thải rắn đô thị đến năm 2025
Cơ sở của việc ước tính CTR đô thị là tốc độ tăng dân số tự nhiên và tăng
dân số cơ học, tốc độ tăng GDP hàng năm. Lượng CTR đô thị ngày càng tăng và
thành phần ngày càng phức tạp do số lượng dân cư chuyển từ nông thôn ra thành
thị ngày càng tăng bởi quá trình đô thị hóa cao, do mức sống ngày càng cao nên
tiêu dùng ngày càng đa dạng. Mức độ đô thị hóa tăng nhanh nên số dân ở các đô
thị càng ngày càng tăng, nhất là các thành phố lớn có kinh tế phát triển như Hà
Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng,...Ước tính chỉ số phát sinh
CTR đô thị trung bình ở Việt Nam trong những năm 2015, 2020, 2025 vào
khoảng 1,2; 1,4; 1,6 kg/người/ngày.
Từ kết quả dự báo ở bảng 1.4 trên thì lượng CTR sinh hoạt đô thị năm
2015 tăng gấp 1,6 lần, năm 2020 tăng gấp 2,37 lần, năm 2025 gấp 3,2 lần so với
năm 2010. Đây sẽ là áp lực lớn đối với công tác quản lý CTR đô thị trong thời
gian tới.
Bảng 1.4. Ước tính lượng CTR đô thị phát sinh đến năm 2025
Năm 2015 2020 2025
Dân số đô thị (triệu người) 35 44 52
% dân số đô thị so với cả nước 38 45 50
Chỉ số phát sinh CTR đô thị (kg/người/ngày) 1,2 1,4 1,6
Tổng lượng CTR đô thị phát sinh (tấn ngày) 42.00 61.600 83.200

Thành phần CTR cũng thay đổi đáng kể do mức độ tiêu dùng tăng cao,
hàng hóa ngày càng đa dạng. Chất lượng cuộc sống tăng cao kéo theo chất thải
nguy hại cũng tăng, trở thành nguồn gây ô nhiễm môi trường đáng kể. Bên cạnh
đó, các loại chất thải từ bao bì như giấy, nhựa, chai lọ thủy tinh sẽ không ngừng
gia tăng, do vậy cần có chiến lược thu gom, tái chế các chất thải bao bì, giảm sử
dụng túi nilon. Các đồ dùng như quần áo, giường tủ, tivi, xe máy cũng được
thay thế với tần suất cao hơn. Mặc dù chất thải loại này thường được tái sử
dụng, song lượng chất thải này cũng vẫn gia tăng theo thời gian.
Thành phần chất thải hữu cơ có trong CTR đô thị của Việt Nam từ nay tới
năm 2025 cũng vẫn rất cao, khoảng > 50%. Do đó Việt Nam cần phát triển công
nghệ xử lý làm phân compost từ thành phần hữu cơ của CTR đô thị, chú trọng
khâu phân loại CTR tại nguồn để giảm tạp chất cho nguyên liệu đầu vào nhà
máy đồng thời giảm nhẹ khâu phân loại trong dây chuyền công nghệ chế biến
CTR.
1.1.5. Thành phần chất thải rắn đô thị
Thành phần chất thải rắn ở nước ta rất đa dạng và đặc trưng theo từng khu
vực dân cư sinh sống. Mức sống, thu nhập khác nhau giữa các đô thị đóng vai
trò quyết định trong thành phần CTR sinh hoạt (Bảng 1.5).Trong thành phần rác
thải đưa đến các bãi chôn lấp, thành phần rác có thể sử dụng làm nguyên liệu
sản xuất phân hữu cơ rất cao từ 54 - 77,1%; tiếp theo là thành phần nhựa: 8 -
16%; thành phần kim loại đến 2%; CTNH bị thải lẫn vào chất thải sinh hoạt nhỏ
hơn 1%.Các đặc trưng chính của CTR
- Hợp phần có nguồn gốc hữu cơ cao (50,27% - 62,22%)
- Chứa nhiều đất cát, sỏi đá vụn, gạch vỡ.
- Độ ẩm cao, nhiệt trị thấp (900 kcal/kg)
Việc phân tích thành phần CTR đóng vai trò rất quan trọng trong việc lựa
chọn các công nghệ xử lý. Thành phần CTR của một số đô thị, một số khu dân
cư tại các đô thị Việt Nam. Qua các bảng thành phần này ta thấy khả năng áp
dụng công nghệ cacbon hóa để xử lý chất thải sinh hoạt là rất khả thi

Bảng 1.5. Chất thải rắn phát sinh tại một số tỉnh, thành phố năm 2010
Loại đô thị, Vùng Đơn vị hành chính
Lượng CTR sinh hoạt phát sinh
(tấn/ngày)
Hà Nội 6500
Đô thị loại đặc biệt
Tp. Hồ Chí Minh 7081
Đà Nẵng 805
Đô thị loại 1
Tp. Huế và huyện lỵ 225
Bình Định 372
Khánh Hòa 486Duyên hải miền Trung
Bình Thuận 594
Gia Lai 344
Đắk Lắk 246Tây Nguyên
Lâm Đồng 459
Bình Dương 378
Đồng Nai 773Đông Nam Bộ
Bà Rịa - Vũng Tàu 456
An Giang 562
Kiên Giang 376
Đồng bằng sông Cửu
Long
Cần Thơ 876

Bảng 1.6. Thàn phần CTR sinh hoạt tại đầu vào của các bãi chôn lập của một số địa phương Hà Nội, Hải Phòng, Huế, Đà Nẵng,
Tp.HCM (1) và Bắc Ninh (2) năm 2009 - 2010
TT
Loại
chất thải
Hà Nội
(Nam
Sơn)
Hà Nội
(Xuân
Sơn)
Hải Phòng
(Tràng Cát)
Hải Phòng
(Đình Vũ)
Huế
(Thủy
Phương)
Đà Nẵng
(Khánh
Hòa)
HCM
(Đa
Phước)
HCM
(Phước
Hiệp)
Bắc
Ninh
(TT Hồ)
1
Rác hữu
cơ
53,81 60,79 55,18 57,56 77,1 68,47 64,50 62,83 56,90
2 Giấy 6,53 5,38 4,54 5,42 1,92 5,07 8,17 6,05 3,73
3 Vải 5,82 1,76 4,57 5,12 2,89 1,55 3,88 2,09 1,07
4 Gỗ 2,51 6,63 4,93 3,70 0,59 2,79 4,59 4,18 -
5 Nhựa 13,57 8,35 14,34 11,28 12,47 11,36 12,42 15,96 9,65
6
Da và
Cao su
0,15 0,22 1,05 1,90 0,28 0,23 0,44 0,93 0,20
7
Kim
Loại
0,87 0,25 0,47 0,25 0,40 1,45 0,36 0,59 -
8
Thủy
tinh
1,87 5,07 1,69 1,35 0,39 0,14 0,40 0,86 0,58
9 Sành sứ 0,39 1,26 1,27 0,44 0,79 0,79 0,24 1,27 -
10
Đất và
cát
6,29 5,44 3,08 2,96 1,70 6,75 1,39 2,28 27,85
11 Xỉ than 3,10 2,34 5,70 6,06 - 0,00 0,44 0,39 -
12 Nguy hại 0,17 0,82 0,05 0,05 - 0,02 0,12 0,05 0,07
13 Bùn 4,34 1,63 2,29 2,75 1,46 1,35 2,92 1,89 -
14
Các loại
khác
0,58 0,05 1,14 1,14 - 0,03 0,14 0,04 -
15 Tổng 100 100 100 100 100 100 100 100
Nguồn: (1) Báo cáo Nghiên cứu quản lý CTR tại Việt Nam, JICA, 3/2011
(2) Báo cáo Dự án Tổng hợp, xây dựng các mô hình thu gom, xử lý rác thải cho các thị trấn, thị tứ, cấp huyện, cấp xã, 2006-2008

Bảng 1.7. Thành phần chất thải ở khu dân cư điển hình Cầu Giấy - Hà Nội
Loại rác NT, kg LQTT,
kg
YH, kg Tổng, kg NT, % LQTL,
%
YH, % Trung
bình, %
Giấy 8,193 11,771 13,342 34,026 13,50 18,52 11,28 13,73
Plastic 5,955 6,846 12,572 25,373 9,02 10,77 10,63 10,24
Vải 0,701 0,498 1,742 2,941 1,06 0,78 1,47 1,19
Cao su 0,197 0,015 0,308 0,520 0,30 0,02 0,26 0,21
Da 0,305 0,305 0,48 0,12
Thủy tinh 0,796 0,947 2,507 4,250 1,21 1,49 2,12 1,71
Kim loại 1,227 0,985 0,912 3,124 1,86 1,55 0,77 1,26
Lá, cành
cây
2,657 1,430 8,206 12,293 4,02 2,25 6,94 4,96
Gỗ 0,392 0,470 1,220 2,082 0,59 0,74 1,03 0,84
Gốm, sứ 0,059 0,116 1,493 1,668 0,09 0,18 1,26 0,67
Thức ăn 30,669 38,138 63,609 132,416 46,45 60,02 53,78 53,43
Khác 14,460 2,027 12,365 28,852 21,90 3,19 10,45 11,64
Tổng 66,026 63,547 118,276 247,850 100,00 100,00 100,00 100,00
Ghi chú: NT: Khu chung cư Nghĩa Tân nhiều tầng kiểu cũ; LQTTL: Làng Quốc tế Thăng Long; YH:
Khu nhà liền kề Yên Hòa
Nguồn: Viện Công nghệ Môi trường, 2006
1.2. Công nghệ cacbon hóa chất thải rắn
- Hiện nay, phương pháp thiêu đốt được sử dụng phổ biến để xử lý chất
thải y tế và ngăn ngừa dịch bệnh.Tuy nhiên phương pháp này còn hạn chế vì chi
phí xử lý cao và có nhiều nguy cơ tạo thành dioxin và furan. Một công nghê mới
được đề xuất dựa trên nguyên lý sự đốt cháy, nhưng trong môi trường thiếu oxy.
Đó là công nghệ xử lý chất thải bằng phương pháp cacbon hóa, công nghệ này
cho phép thu hồi nguồn năng lượng (như nhiệt năng, điện năng) hoặc nguyên
liệu, nhiên liệu sạch (than sạch, than hoạt tính). Phương pháp này sẽ góp phần

xử lý ô nhiễm môi trường và lượng rác thải cho bãi chôn lấp, đây là một yếu tố
quan trọng trong vấn đề quản lý chất thải.
- Cacbon hóa là quá trình loại bỏ các hợp chất hữu cơ nhẹ có thể bay hơi
có mặt trong nhiên liệu nhằm mục đích thu nhận cacbon. Đây là quá trình đốt
cháy không hoàn toàn nguyên liệu. Các hợp chất hữu cơ phân hủy dưới tác dụng
của nhiệt và tạo thành cacbon. Quá trình cacbon hóa có thể chia thành 2 bước:
sấy khô và đốt cháy không hoàn toàn nguyên liệu.
- Có một số khác biệt giữa phương pháp thiêu đốt truyền thống và công
nghệ mới. Phương pháp thiêu đốt truyền thống biến toàn bộ chất thải đầu vào
thành khí thải và tro, sinh ra lượng khí thải độc hại và nhiều. Ngược lại phương
pháp nhiệt phân biến chất thải thành các loại nhiên liệu giàu năng lượng bằng
việc đốt chất thải ở trạng thái kiểm soát, quy trình xử lý nhiệt lại hạn chế sự biến
đổi để quá trình đốt cháy không xảy ra trực tiếp, chất thải được biến thành
những chất trung gian, có thể xử lý thành các vật liệu tái chế hoặc thu hồi năng
lượng . Dưới tác dụng của nhiệt,các loại rác thải chuyển hóa kèm theo quá trình
phân hủy tạo thành nước, khí và than tổng hợp. Than tổng hợp được làm lạnh
trong vòng 90 giây mà không cần một sản phẩm phụ gia nào trong khoang giảm
nhiệt, đây là sản phẩm chính của quá trình xử lý nhiệt phân rác thải ở nhiệt độ
thấp, loại than này có chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp khoảng 0,2%. Điều đáng
lưu ý là, công nghệ nhiệt phân rác thải nhiệt độ thấp này sẽ giúp tránh được
nguy cơ phản ứng sinh ra các chất độc hại, đặc biệt là các hợp chất đioxin vì xử
lý ở nhiệt độ thấp.
- Nhiệt phân là quá trình làm suy giảm nhiệt của các vật liệu cacbon ở
nhiệt độ từ 400o
C - 800o
C hoặc trong điều kiện thiếu oxy hoặc có nguồn cung
cấp oxy rất hạn chế. Quá trình này làm bay hơi và phân hủy các vật liệu rác hữu
cơ bằng nhiệt, không bằng đốt lửa trực tiếp. Khi chất thải bị nhiệt phân (ngược
với quá trình đốt trong lò thiêu đốt), khí và than ở dạng rắn được sinh ra. Than
dưới dạng rắn là hợp chất của các nguyên liệu khó cháy với cacbon. Khí tổng
hợp được sinh ra là hỗn hợp của các khí gồm cacbon monoxit, hydro, metan và
một số loại hợp chất hữu cơ khác dễ bay hơi. Khí tổng hợp có nhiệt trị là 10 - 20
MJ/Nm3
.

1.2.1. Những ứng dụng chủ yếu của phương pháp
- Áp dụng công nghệ cacbon hóa có thể tạo ra một loại nhiên liệu chất thải
rắn, hay còn gọi là nguyên liệu có nguồn gốc từ chất thải bằng việc tách ra
những hạt chất nhẹ hơn, dễ cháy. Sản xuất nhiên liệu từ chất thải không phải là
quá trình xử lý nhiệt, mà là quá trình biến đổi nhiệt của các thành phần dễ cháy
trong chất thải rắn. Ứng dụng chủ yếu của phương pháp này là:
Xử lý các chất dư thừa trong nông nghiệp và công nghiệp
Xử lý chất thải sinh hoạt và thương mại
Thu hồi năng lượng từ những chất dư thừa trong quá trình tái chế các vật
liệu (chất còn lại trong máy nghiền tự động, phế liệu sản xuất điện và điện tử,
các loại lốp cao su, chất thải nhựa tổng hợp và các chất dư thừa trong quá trình
bao gói).
- Nguồn năng lượng được thu hồi là yếu tố quan trọng về kinh tế của dự
án. Đó là các loại khí tổng hợp, than tổng hợp… được sử dụng với các mục đích
khác nhau trong nghành công nghiệp và xử lý môi trường, đồng thời đây là một
loại vật liệu có thể được tái chế và bán trên thị trường hiện nay.
- Đôi khi các quá trình nhiệt phân không tương thích với việc xử lý chất
thải rắn đô thị chưa được phân loại. Với xu thế gia tăng lượng chất thải hiện nay,
buộc phải có các biện pháp tiền xử lý (thu gom có phân loại… ) và các quy trình
xử lý này đang trở nên thích hợp hơn.
1.2.2. Những ưu điểm chính của công nghệ xử lý nhiệt tiên tiến
- Giảm khối lượng chất thải
- Làm cho chất thải an toàn và biến thành chất trơ
- Thu được giá trị của chất thải,các loại năng lượng nhiên liệu (như điện
năng, than…)
- Đi theo hướng phát triển bền vững, tiến tới việc tái sử dụng và tái chế
- Chất thải biến thành năng lượng là sự bổ sung cho việc tái chế các vật
liệu.
- Là một biện pháp xử lý thích hợp đối với lượng chất thải đang gia tăng.

- Đẩy mạnh việc thay đổi thành phần chất thải rắn ở bãi chôn lấp.
- Giải quyết tình trạng thiếu nơi chôn lấp chất thải.
- Ứng phó với những công cụ kinh tế và tài chính (ví dụ như thuế chôn lấp
và các khoản trợ cấp cho các nguồn thay thế)
Xử lý nhiệt là biện pháp thay thế cho phương pháp chôn lấp, khi xử lý
một lượng lớn các chất có thành phần thay đổi, đặc biệt là các chất thải rắn đô
thị. Biện pháp ủ phân và ủ yếm khí chỉ để xử lý các thành phần thối rữa.
Hầu hết các quy trình xử lý bằng nhiệt tiên tiến xử dụng chất thải rắn đô
thị đã được xử lý ban đầu. Một số hệ thống xử lý sinh học tạo ra loại nhiên liệu
sản xuất chủ yếu gồm các thẻ giấy và các loại chất dẻo tạo ra từ nhiên liệu có
nguồn gốc là chất thải.
1.2.3. Những yếu tố tác động đến nhu cầu của hệ thống xử lý nhiệt.
- Nhu cầu về thu hồi sản phẩm có giá trị và nguồn năng lượng từ chất thải
rắn đô thị.
- Biện pháp thiêu đốt truyền thống gây tác động tiêu cực.
- Nhận thức của cộng đồng về công nghệ mới sẽ “xanh” hơn.
- Có những hạn chế về việc chôn lấp chất thải chưa được xử lý.
- Chi phí xử lý các sản phẩm còn lại của lò đốt chất thải đang tăng lên.
- Các quá trình xử lý tương thích với tái chế.
Bên cạnh những ưu điểm không thể phủ nhận công nghệ mới cũng có một
số nhược điểm như:
- Công nghệ mới có thể chưa được kiểm chứng.
- Thiếu thành tích thương mại.
- Những người sử dụng tiềm năng thiếu hiểu biết về công nghệ này.
Một số công ty hiện nay vẫn đang vận hành thử nghiệm các nhà máy nhiệt
phân thương mại mặc dù các thử nghiệm đầu tiên thường thất bại về tài chính.
Tuy nhiên, công nghệ này hiện nay đang được triển khai trên phạm vi rộng hơn
và một số nhà máy đang chuẩn bị triển khai.

Lợi thế chủ yếu của biện pháp nhiệt phân so với thiêu đốt là không cho
phép hình thành dioxin và sử dụng nhiệt ở nhiệt độ trên 400o
C. Đặc điểm chính
của hệ thống xử lý nhiệt tiên tiến này là cơ hội để sản xuất các loại năng lượng
(điện năng, nhiệt năng…) có hiệu suất cao. Có thể sẽ có nhiều điện năng hơn
được sản xuất từ chất thải và nhu cầu sử dụng các nhiên liệu hóa thạch ít hơn,
giảm khí phát thải nhà gây ô nhiễm môi trường.
1.2.4. Tình hình nghiên cứu về công nghệ cacbon hóa trên thế giới và Việt
Nam.
a. Tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế giới
 Công nghệ cacbon hóa ở nhiệt độ thấp
Một trong những vấn đề được thảo luận nhiều nhất trong lĩnh vực chưng
cất nhiên liệu đó là nhiệt độ của quá trình cacbon hóa. Đã hơn một thế kỷ, than
đá được luyện thành than cốc để tạo khí phục vụ chiếu sáng do đó chủ đề này
được bàn luận rất nhiều cho đến nay. Những kỹ sư ban đầu đã công nhận một số
ý nghĩa, giá trị của quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp nhưng đối với họ, các
khí sản phẩm là quan trọng hàng đầu. Họ sử dụng đến các thí nghiệm để đưa ra
các giá trị tối ưu nhất và do đó họ thích phương pháp nhiệt độ cao hơn. Nhưng
xét thêm ý nghĩa về mặt kinh tế, phương pháp cacbon hóa ở nhiệt độ thấp lại
được khuyến khích và các thảo luận về cacbon hóa lại được tổ chức trở lại. Nói
đến công nghệ cacbon hóa ở nhiệt độ thấp thì cốc hóa là một trong những ứng
dụng cơ bản và đầu tiên.
Ở Mỹ, từ những năm 1890 đã có nhiều nghiên cứu về các công trình
cacbon hóa ở nhiệt độ thấp. Frank M. Gentry có các công trình nghiên cứu về
quá trình luyện than cốc và khí hóa than ở nhiệt độ thấp.
Nhiệt độ của quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp được tranh cãi giữa các
nhà nghiên cứu. Parr và Layng quan niệm nhiệt độ thấp dưới 750o
C hoặc 800o
C,
trong khi Bone quan niệm nhiệt độ nằm trong giới hạn 550o
C đến 600o
C và
Gludd quan niệm nhiệt độ thấp trong giới hạn 500o
C đến 600o
C. Sự tranh cãi
này xuất phát từ một loại than đá mà các thí nghiệm tiến hành và các loại sản
phẩm than cốc riêng của từng nhà nghiên cứu. Parr và các cộng sự sử dụng than
Illinois để đảm bảo không có khói khi đốt. Bone sử dụng than của Anh và Gludd

sử dụng sản phẩm đầu tiên của nhựa đường với loại nhựa đường có tỷ lệ cacbon
tự do thấp. Do vậy, khoảng nhiệt độ phụ thuộc vào chất lượng sản phẩm tạo ra
của các nhà nghiên cứu và phương pháp thực hiện các quá trình.
Theo định nghĩa của các nhà khoa học, cacbon hóa nhiệt độ thấp (cốc
hóa) là quá trình chưng cất phá hủy của than hoặc dưới nhiệt độ cracking của
mạch H-C trong nhựa đường. Nhiệt độ là điều kiện vật lý của khí hóa, do đó
chưng cất trong điều kiện chân không nhiệt độ có thể không quá 450o
C và trong
điều kiện có áp suất nhiệt độ có thể lên tới 1000o
C. Trong hầu hết các trường
hợp, với áp suất khí quyển và chất lượng than trung bình, nhiệt độ của quá trình
cacbon hóa có thể lấy là 750o
C.
Nhìn từ góc độ kinh tế, sự thiếu hiểu biết trong những phương pháp hiện
tại về việc tận dụng nhiên liệu dưới 2 dạng: khói lò - hình thành do đốt cháy
không hoàn toàn và việc tận dụng hết nhiên liệu do thiếu các phương pháp hoàn
chỉnh thích hợp. Như vậy có thể nói rằng, cacbon hóa nhiệt độ thấp là phương
pháp vừa giảm được lượng khói thải, vừa tăng được hiệu quả sử dụng nhiên liệu.
Nhưng nó cũng không có nghĩa rằng sẽ góp phần vào bảo tồn nguồn tài nguyên
thiên nhiên, nhưng nó cũng làm tăng việc tiêu thụ các hàng hóa có ý nghĩa kinh
tế để góp phần duy trì tài nguyên thiên nhiên.
Các mô hình được nghiên cứu kỹ khi thành phần H-C trong than được xác
định. Cacbon giai đoạn đầu sẽ lắng xuống trong khoang đã được chia sẵn và tập
hợp thành cụm trước khi đốt cháy. Nếu tách H-C với nhiên liệu ngay ở giai đoạn
đầu, khói sẽ thải ra rất nhiều. Kèm theo đó là câu hỏi, cách bố trí thế nào để H-C
tách ra khỏi nhiên liệu mà vẫn giữ được giá trị. Câu trả lời đã được tìm ra trong
quá trình chưng cất phân đoạn nhựa đường để tái sử dụng trong công nghiệp.
Một số sản phẩm được sử dụng như dầu lửa hay phân bón.
Lịch sử của quá trình nghiên cứu cacbon hóa ở nhiệt độ thấp liên quan
chặt chẽ tới khí than. Một trong những người đầu tiên đề cập đến lượng dầu lớn
nhất thu được là Perkins, người đạt bằng sáng chế năm 1953 về việc chiết xuất
dầu khỏi đá phiến sét và các vật liệu cacbon khác bằng cách chưng cất ở nhiệt
độ thấp. Sau năm đó, Sparr đề nghị luyện than để lấy dầu nhờn hơn là lấy khí
trong điều kiện tự nhiên chân không cao. Mười năm sau, Parker người phát minh
ra quá trình cốc hóa, giành được bằng sáng chế cho sản phẩm nhiên liệu không

khói bằng cách chưng cất khí trơ ở nhiệt độ cao, như khí lỏng, khí than ở 600o
C
đến 650o
C. Sau đó, Parker còn đạt được bằng sáng chế cho việc đốt than trong
dòng khí thổi có nhiệt độ dưới 450o
C. Đó chính là nền tảng để phát triển quá
trình cốc hóa.
Tại Mỹ, những thí nghiệm được tiến hành từ rất sớm tại đại học Illinois từ
năm 1902. Đã có một báo cáo kết quả vào năm 1908 và một báo cáo nghiên cứu
sâu hơn vào năm 1912 của Parr và công sự. Những nghiên cứu đầu tiên về lĩnh
vực này được nghiên cứu tại Mỹ, nhưng sau đó nó tiếp tục được nghiên cứu chủ
yếu ở những nước có nguồn dầu mỏ bị giới hạn và họ coi nguồn than dự trữ như
nguồn nguyên liệu lỏng quan trọng cho quốc gia. Chiến tranh thế giới đã tạo ra
sự thúc đẩy lớn cho lĩnh vực nghiên cứu này, đặc biệt là tại Anh và Đức. Những
nghiên cứu cơ bản về nhiên liệu của Anh xuất bản năm 1917 đẩy mạnh tiết kiệm
nhiên liệu và tiếp tục phát triển những nghiên cứu về nhiên liệu. Nó đã góp phần
to lớn cho những nghiên cứu về cacbon hóa than.
Sau đây là một số quy trình cacbon hóa nhiệt độ thấp của một số nhà
nghiên cứu và tổ chức:
Quy trình cacbon hóa của Mcintire
Quy trình cacbon này dựa theo quy trình của tác giả Smith và được sự ủng
hộ của tổ chức The Internatinonal Coal products Company. Năm 1918, chính
phủ Mỹ đã cung cấp tài chính nhằm xây dựng một nhà máy với công suất 575
tấn than thô mỗi ngày tại Clinchfield, VA. Tuy nhiên, quá trình vận hành của
nhà máy gặp nhiều khó khăn, thêm vào đó là những trở ngại về kinh tế đã khiến
dự án Clinchfield tạm ngừng vào năm 1922. Sau này, mô hình này được
McIntire ứng dụng và phát triển.
Trong mô hình của dự án Clinchfield bao gồm 24 bình chưng cất, hợp
thành 4 buồng phía ngoài, và 30 lò được sắp xếp theo 10 hàng. Điểm nổi bật của
hệ thống này đó là sự kết hợp giữa quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp và cao
nhằm đạt được một quy mô sản xuất cao hơn.
Quy trình Coalite
Quy trình này dựa trên mô hình của Parker, một trong những người tiên
phong của quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp. Một mô hình được đưa ra từ

những năm đầu 1890, nhưng đến tận năm 1906 thì Coaltile mới giới thiệu về
nguyên lý của quá trình cacbon hóa. Trong mô hình này, các bình chưng cất ở
trang thái tĩnh, nhiệt được cung cấp từ bên trong và than được xếp từng lớp
mỏng.
Sau những thí nghiệm ban đầu của Parker, The Eticoal Syndicate đã dựng
lên một nhà máy ở gần Barnsley, nước Anh với công suất khoảng 50 tấn than..
Trong quá trình chưng cất, hơi nóng được duy trì từ trên xuống dưới. Nhiệt độ
trong bình chưng cất được duy trì ở 650o
C trong vòng khoảng 4,5 giờ cho đến
khi quá trình cacbon hóa được hoàn thành.
Năm 1911, The British Coaltile đã đưa ra một thiết kế khác tại Barking,
gần London. Trong mô hình này gồm 20 lò chưng cất với công suất là 32 tấn
thô/ngày.
Thiết kế gần đây nhất của Coaltile là một cải tiến trong mô hình của
Davidson. Quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ khoảng 650o
C trong vòng 8 giờ với
lượng than xấp xỉ 36 tấn mỗi ngày. Đặc điểm đáng chú ý trong mô hình mới của
Coalite là các thiết bị có bộ phận thoát khí trong quá trình cacbon hóa và thu hồi
than. Khoảng 25-35% chất dễ bay hơi chứa trong than sẽ bị hóa hơi ở nhiệt độ
550o
C ở trong bình chưng cất.
Quy trình của tổ chức Fuel Research Board
Năm 1917, chính phủ nước Anh đã thành lập ra tổ chức Fuel Research
Board là một nhánh của trung tâm nghiên cứu khoa học và công nghiệp. Tổ
chức này đã đưa ra mô hình của quy trình cacbon với 9 bình chưng cất nằm
ngang. Than được nghiền nhỏ, xếp thành các lớp mỏng cho vào các bình chưng
cất nhằm làm giảm quá trình mất nhiệt.Trong các bình chưng cất này, nhiệt độ
lớn không cho phép vượt quá 600o
C, và quá trình cacbon hóa được tiến hành
trong 3 - 4 giờ.
Tổ chức The Fuel Research Board đã nỗ lực trong việc đưa ra mô hình
cacbon hóa nhiệt độ thấp với tiêu chuẩn Glover - West vào vận hành nhưng
không thu được kết quả như mong muốn. Công suất 3,5 tấn/ngày, do nhiệt độ
cacbon hóa hạ dần đến 780o
C, nên đầu vào giảm xuống 1,8 tấn/ngày.

Tổ chức The Fuel Research Board đã tiến hành nhiều thí nghiệm nhằm
đưa ra một quy trình có 4 bình chưng cất thẳng đứng liên tiếp làm bằng thép, 2
trong số 4 bình được thiết kế như chữ D rộng 4 inch ở trên và 8 inch ở dưới, 2
bình còn lại có dạng nhý chữ E thì thu được kết quả khả quan và mang lại những
thành công nhất định. Cơ quan Fuel Production Company, Ltd đã sử dụng mô
hình này với công suất 100 tấn/ngày.
Quy trình Fusion
Quy trình cacbon hóa này là phát minh của Hutchin và được tập đoàn
Fusion quản lý. Theo Tupholme có hai loại mô hình được thiết kế, dạng đơn và
dạng kép.
Trong mô hình này dạng đơn có các lò quay bằng thép sắp xếp theo chiều
ngang. Nguyên liệu được nghiền, cho vào các lò và được đốt nóng. Sản phẩm
được hình thành ở một buồng cố định ở trạng thái tĩnh và sau đó được lấy ra, khí
thải ngưng lại và cho một khu vực riêng.
Mô hình lò kép có nguyên tắc cấu tạo như ở dạng lò đơn. Điểm khác biệt
là 2 lò quay được sắp xếp theo kiểu đồng tâm, và cả hai đều có bộ phận nghiền
nguyên liệu. Cấu tạo này, đem lại hai thuận lợi. Thứ nhất, việc nạp và lấy
nguyên vật liệu chỉ diễn ra một lần, do vậy tránh việc thoát khí trong vận hành.
Thứ hai, than được đốt nóng trước khi tiến hành quá trình cacbon hóa.
Kết quả cacbon hóa chất thải nông nghiệp:
Năm 2002, nhóm tác giả Kazuhiro Mochidzuki, Lloyd S. Paredes, and
Michael J. Antal, Jr, của trường Đại Học năng lượng thiên nhiên Hawaii, tiến
hành nghiên cứu công nghệ cacbon hóa với một số chất thải từ nông nghiệp như
lõi ngô, trấu… đã thu được các sản phẩm than cacbon có nhiệt trị cao như bảng
sau:

Bảng 1.8. Hiệu suất thu hồi các sản phẩm cacbon từ chất thải rắn nông nghiệp.
Tỷ lệ thành phần %
Chất thải Hơi
nước
Cacbon Tro
Hiệu
suất thu
hồi sản
phẩm
Hiệu
suất thu
hồi
Cacbon
Nhiệt
trị của
sản
phẩm
Hiệu
suất
chuyển
đổi
năng
lượng
Gỗ thông
tươi
24,7 72,5 2,8 40,0 29,7 29,9 66,1
Gỗ thông
khô
15,8 80,6 3,6 36,8 30,4 31,2 63,6
Gỗ sồi 20,0 79,5 0,5 35,1 28,0 31,6 62,5
Lõi ngô 13,6 83,7 2,7 33,1 28,0 32,0 60,7
Vỏ trấu 23,8 43,2 33,0 46,1 24 19,4 57,7
Flash Carbonization of Biomass, Kazuhiro Mochidzuki, Lloyd S. Paredes, and Michael J. Antal, Jr, 2002
Ngày nay, công nghệ cacbon hóa ở nhiệt độ thấp còn được nghiên cứu
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các vật liệu có tỷ lệ thành phần
cacbon cao có thể được cacbon hóa thành những vật liệu có ích trong các hoạt
động xử lý chất thải rắn bảo vệ môi trường. Rác thải hữu cơ cháy được trong rác
thải đô thị hay các chất thải PVC có thành phần cacbon cao được cacbon hóa ở
nhiệt độ thấp tạo ra các hợp chất có độ xốp lớn, ứng dụng trong ngành công
nghiệp và công nghệ xử lý nước thải… Với trình độ khoa học hiện tại và thành
phần chất thải như hiện nay, việc áp dụng công nghệ cacbon hóa ở nhiệt độ thấp
rất có triển vọng tại Việt Nam.
 Công nghệ cacbon hóa bằng phương pháp áp suất cao
Hiện nay, ngoài phương pháp cacbon hoá ở nhiệt độ thấp thì phương pháp
cacbon hóa áp suất cao cũng đạt được những thành tích đáng kể và là một công
nghệ cacbon hóa nhanh và hiệu quả, biến sinh khối của cacbon sinh học với
lượng có thể cân bằng giới hạn sau vài chục phút phản ứng. Công nghệ này cần
lưu ý sự cháy và lưu ý kiểm soát tia lửa trong khoang chứa sinh khối ở áp suất
cao. Sinh khối có thể sử dụng là gỗ và các sản phẩm nông nghiệp như lõi ngô,
vỏ trấu. Trong các thí nghiệm tiêu biểu, hệ thống nén ở 1MPa bằng không khí và

điện được phát cho bộ phận làm nóng ở đáy của lò phản ứng. Sự cháy diễn ra
sau vài phút dưới áp suất cao, và các tia lửa sẽ bắt đầu làm cho sinh khối chuyển
thành cacbon sinh học. Nếu sinh khối sử dụng là lõi ngô, sản lượng cacbon được
giữ nguyên tuân theo lý thuyết, và phản ứng hoàn thành sau 20 phút.
Cacbon sinh học (than củi) được chế tạo ra sau hơn 38.000 năm và hiện
giờ vẫn là nguồn nhiên liệu có thể tái tạo quan trọng nhất được sử dụng. Tuy
nhiên, những công nghệ cacbon hóa có tính thương mại thì chậm và kết quả
không rõ rệt. Sản lượng đặc trưng của sản xuất than củi từ gỗ cứng của lò
Missouri có chu trình 7 - 12 ngày khoảng 25% trọng lượng. Những công nghệ
cacbon hóa kém hiệu quả hơn được sử dụng rộng rãi ở các nước và nó cũng là
nguyên nhân hàng đầu cho nạn phá rừng ở nhiều quốc gia nhiệt đới. Ngoài ra, vì
những vấn đề ô nhiễm liên quan đến công nghệ cacbon hóa kém hiệu quả, chu
trình sản xuất nhiên liệu than củi phát thải khí nhà kính nhiều nhất.
Theo lý thuyết, cacbon hóa sinh khối là phương pháp nhanh và hiệu quả,
với sản phẩm phụ là CO2, H2O, CH4 và CO ở dạng vết. Cellulose là thành phần
chủ yếu của hầu hết các sinh khối. Ở 1 MPa, sản lượng cacbon thu được từ
cellulose là 27% khối lượng. Tài liệu khoa học về cacbon hóa sinh khối đã có từ
150 năm trước đây. Không có ghi nhận nào về sản lượng cacbon từ sinh khối
vượt qua giá trị tại thời điểm cân bằng nhiệt hóa học. Hiển nhiên, sản lượng của
quá trình nhiệt phân cacbon từ sinh khối gần bằng giá trị tại thời điểm cân bằng,
bởi vậy các nhà khoa học thường lấy giá trị tại thời điểm cân bằng nhiệt là giá trị
của sản lượng cacbon. Tại thời điểm cân bằng năng lượng của quá trình nhiệt
phân celloluse ở 400o
C và 1MPa, cacbon thu được chiếm 52,2% giá trị nhiệt
lượng của cellulose (17,4% MJ/kg) và 36,2% là năng lượng phát sinh từ sản
phẩm khí (chủ yếu là CH4). Còn lại khoảng 2 MJ/kg là nhiệt tỏa ra do quá trình
nhiệt phân. Giá trị cao nhất của sự tỏa ra từ quá trình nhiệt phân cellulose ở
trong lò áp suất cao là 0,66 MJ/kg.
Hiện nay, gỗ và các sản phẩm nông nghiệp dư thừa được tận dụng để
cacbon hóa tạo ra các sản phẩm có ích và có tính thương mại. Ví dụ như lõi ngô
hay vỏ trấu.
Trong báo cáo Viện Năng lượng tự nhiên Hawai, Đại học Hawai của
nhóm tác giả Kazuhiro Mochizuki, Lloyd S. Paredes và Michael J. Antal, Jr năm

2002, sinh khối được đựng trong hộp hình trụ nhỏ và đưa vào khoang cacbonhóa
có áp suất không khí cao lên tới 1,1 MPa. Hệ thống lò có 2 bộ phận làm nóng ở
đáy của khoang cacbon hóa. Sự cháy bắt đầu sau vài phút và bộ phận làm nóng
được tắt đi. Sau đó, không khí đi vào nồi hơi và các tia lửa bắn ra và chuyển sinh
khối thành cacbon. Khi không khí đã cung cấp đủ cho quá trình cacbon hóa thì
sẽ tạm ngừng dòng khí cấp, khoang cacbon hóa sẽ giảm áp suất và để nguội.
Lõi ngô là nguyên liệu tốt cho quá trình cacbon hóa, tại áp suất 1,2 MPa
sự cháy xảy ra sau 2 phút làm nóng và dòng khí thổi dừng sau 18 phút. Với công
nghệ này, sản lượng cacbon cố định đạt 100% sản lượng tại giới hạn cân bằng
nhiệt hóa học. Kết quả đạt được sự cải tiến to lớn so với công nghệ cũ, công
nghệ cũ thì sản lượng cacbon hóa cố định thu được ít hơn 70% sản lượng tại giới
hạn nhiệt hóa học sau hơn 300 phút phản ứng.
Giống như lõi ngô, vỏ trấu cháy dễ dàng trong không khí ở áp suất cao
nhưng sự lưu thông nhiệt và khí thì bị hạn chế. Với đặc tính đó, sản lượng
cacbon hóa cố định (24%) chỉ đạt được 82% giá trị tại giới hạn thành phần
cacbon hóa cố định của than thì ít thay đổi.
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
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 chôn 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 trình bày ở trên) 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.
Xử lý rác thải đô thị theo công nghệ nhiệt phân có kiểm soát khí thải và
tạo ra sản phẩm là than cacbon có hàm lượng tổng cacbon hữu cơ (TOC) cao

làm nhiên liệu trong công nghiệp và vật liệu xử lý môi trường là một xu thế phát
triển bền vững. Trong thời gian qua, 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 đạt
được một số kết quả khả quan. 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, 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 tre, gỗ,vỏ trấu, lõi ngô… 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 5000
C. Hiệu
suất thu hồi đối với tre từ 22 - 30% và tương đối ổn định; gỗ đạt từ 15,5 - 25,2%.
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.
1.3. Phân tích, đánh giá lựa chọn công nghệ cacbon hoá.
Xử lý rác luôn là vấn đề đau đầu của các nhà quản lý môi trường đô thị.
Đối với các đô thị, chọn công nghệ xử lý rác như thế nào để đạt hiệu quả cao,

không gây nên những hậu quả xấu về môi trường cho tương lai và ít tốn kém
luôn là nỗi bức xúc của các nhà chức năng.
Việc tái chế các loại chất thải, sử dụng như nguyên liệu phụ cho các
ngành sản xuất, còn có giá thành cao và gây ô nhiễm môi trường thứ cấp. Ở
nước ta hiện nay, do nhiều nguyên nhân, phương pháp xử lý rác được lựa chọn
nhiều nhất vẫn là chôn lấp. Việc chôn lấp chất thải gây ra hậu quả lâu dài khó có
thể kiểm soát được như: ô nhiễm nguồn nước ngầm do nước rác rò rỉ xuống,
phát thải khí độc lại đòi hỏi chi phí xử lý rất cao cho việc chống rò rỉ và xử lý
khí thải… Đã có nhà máy chế biến phân từ rác thải nhưng xem ra những sản
phẩm phân từ rác rất khó tiêu thụ. Công nghệ cacbon hóa có thể áp dụng đối với
chất thải nông nghiệp (trấu, lõi ngô, xơ dừa…), lâm nghiệp, các nghành chế biến
gỗ. Trong khi đó nguyên liệu có nguồn gốc từ nông nghiệp rẻ tiền lại rất dồi dào.
Theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của việc sản xuất than từ trấu. Nhiệt độ
cacbon hóa trấu thích hợp từ khoảng 450o
C - 520o
C. Than trấu được hoạt hóa
hơi nước trên 700o
C, với tỷ lệ hơi/than là 0,09 - 0,3 trong khoảng 1,0 - 2,0 giờ.
Than hoạt tính trấu thu được có bề mặt riêng 276,68 m2
/g. Do đó, lựa chọn công
nghệ cacbon hoá để xử lý rác thải đô thị là công nghệ có tính khả thi cao. Tính
ưu việt của công nghệ này là vốn đầu tư ít hơn so với phương pháp xử lý bằng
phương pháp thiêu đốt truyền thống, an toàn với môi trường vì không có khả
năng phát thải khí dioxin và furam.
Sơ đồ công nghệ cacbon hoá chất thải rắn đô thị, nông nghiệp được đề
xuất như sau:

Hình 1.4. Sơ đồ cacbon hóa rác thải sinh hoạt đô thị, nông nghiệp
Mô tả sơ đồ công nghệ được đề xuất: Các chất thải sau khi được thu gom,
tiến hành sơ chế, phân loại và nghiền nhỏ. Sau đó cho vật liệu vào thùng chứa
mẫu đưa vào lò cacbon hoá. Quá trình sấy khô và cacbon hoá chất thải xảy ra
bên trong lò. Khí thải sinh ra được tuần hoàn, và đốt cháy, tạo ra nhiệt vừa tiết
kiệm năng lượng xử lý khí thải, hạn chế việc sinh ra các khí độc như dioxin và
furam.
Chất thải
Sơ chế (phân loại,
nghiền…)
Sấy khô
Cacbon hoá
Sản phẩm
Xử lý khí
thải
Khí sạch
Nhiệt tuần hoàn

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Chất thải đô thị thành phố Hà Nội, các thành phần: tre gỗ, nhựa, giấy, cao
su, vải.
Để đảm bảo cho quá trình làm thí nghiệm được đầy đủ và chính xác về tỷ
lệ, các nguồn nguyên liệu được thu nhặt như sau:
Tre gỗ: Được lấy từ tre và mùn cưa của quá trình gia công gỗ
Nhựa: Được lấy từ chai, lọ và các phế thải được làm từ nhựa
Giấy: Bao gồm giấy viết, bìa caton
Cao su: Được lấy từ các săm xe ô tô, xe máy và xe đạp
Vải: Lấy từ quần áo và một số đồ dùng khác từ vải đã được thải bỏ.
Thực nghiệm áp dụng công nghệ cacbon hoá theo mô hình thiết kế của
Viện Công nghệ Môi trường thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu
Bằng phương pháp thu thập tài liệu tác giả đã có những thông tin liên
quan đến đề tài như sau:
- Lượng phát thải chất thải rắn tại đô thị
- Thành phần có trong chất thải đô thị
- Công nghệ cacbon hoá với các vấn đề liên quan như khả năng ứng dụng
của công nghệ trong đời sống thực tế, các ưu- nhược điểm và các tác động đến
nhu cầu của hệ thống.
- Tình hình nghiên cứu cacbon hoá trên Thế giới và Việt Nam
- Khi áp dụng công nghệ thiêu đốt lượng khí thải ra là vấn đề nhức nhối
của các nhà khoa học và các nhà quản lý môi trường bởi tính chất độc hại của
nó. Vì thế, việc nghiên cứu thành công công nghệ cacbon hóa là rất quan trọng.
Công nghệ này góp phần giảm thiểu lượng khí thải độc hại do công nghệ sử
dụng ở nhiệt độ thấp nên không tạo ra chất độc hại là dioxin và furan. Ngoài ra

công nghệ cũng có bộ lọc xử lý làm giảm độ độc hại của các khí sinh ra trong
quá trình cacbon.
2.2.2. Phương pháp thực nghiệm
Đây là phương pháp tiến hành thí nghiệm thực tế quá trình cacbon hoá các
loại chất thải rắn khó phân huỷ. Qua đó tìm ra các thông số, các số liệu thực
nghiệm như: thời gian, nhiệt độ, hiệu suất thu hồi sản phẩm, hiệu suất thu hồi
cacbon hữu cơ tối ưu nhất, để việc xác định khả năng áp dụng công nghệ vào
việc xử lý chất thải rắn.
Các loại chất thải được dùng cho quá trình thí nghiệm là: gỗ, nhựa, giấy,
cao su, và vải. Khối lượng tiến hành thí nghiệm với các loại mẫu 2 - 8g. Quá
trình cacbon hoá được tiến hành trên thiết bị do Viện Công nghệ Môi trường
thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam chế tạo.
Trước khi xử lý các loại chất thải đều được phân loại. Các thành phần có
khả năng cacbon hoá sẽ được đem nghiền nhỏ rồi đưa vào lò cacbon hoá để thu
được sản phẩm cuối cùng là “Than sạch”.
Quá trình xử lý được thể hiện qua sơ đồ sau:
Hình 2.1. Sơ đồ thực nghiệm quá trình cacbon hoá.
Chất thải đô thị
Phân loại
Xử lý sơ bộ
(nghiền)
Lò cacbon hoá
Sản phẩm

Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm.
Mô tả quá trình thí nghiệm: Chất thải được đưa vào một cốc sứ chịu nhiệt,
sau đó đậy nắp kín và đưa vào lò nung kín bằng điện. Tiến hành quá trình
cacbon hoá tại các nhiệt độ khác nhau theo giá trị nhiệt kế hiển thị, theo dõi quá
trình cacbon hoá theo thời gian và nhiệt độ. Sau khi đủ thời gian cacbon hoá,
đưa cốc chứa mẫu ra khỏi lò, giữ nguyên nắp đậy, để nguội tự nhiên cho vào lọ
chứa mẫu.
Trong quá trình cacbon hoá lò nung được đậy nắp kín, khí nóng sinh ra từ
hơi nước và các chất dễ bay hơi trong vật liệu, do áp suất bên trong lò cao hơn
bên ngoài, khí nóng trong lò sẽ thoát ra ngoài, đồng thời ngăn cản sự xâm nhập
ôxi vào trong lò, như vậy ôxi sẽ không tham gia vào quá trình đốt. Trong quá
trình này, áp suất của lò không được kiểm soát, áp suất hoạt động theo hoạt động
tự nhiên của lò.
2.3.3. Phương pháp phân tích, tính toán
Là phương pháp dùng để phân tích, xử lý các kết quả đo được, nhằm xác
định các thông số phục vụ cho mục đích nghiên cứu của đề tài.
Cách tính giá trị: Độ ẩm, hiệu suất thu hồi sản phẩm và nhiệt trị
a. Tính độ ẩm
w = %100
0
0


m
mm r
Lò điện
Nhiệt kế
Nắp cốc
Cốc đựng
chất thải
Chất thải

Trong đó: w: là độ ẩm, %.
m0: là khối lượng chất thải rắn trước khi sấy, g.
mr: là khối lượng chất thải rắn sau khi sấy, g.
b. Tính hiệu suất thu hồi sản phẩm
XA = %100
0

m
mT
Trong đó: xA: là hiệu suất thu hồi sản phẩm, %
m0: khối lượng chất thải rắn trước khi cacbon hoá, g
mT: khối lượng sản phẩm sau khi cacbon hoá, g
c. Tính hàm lượng cacbon hữu cơ
Để xác định hàm lượng cacbon hữu cơ trong sản phẩm thu được ta xác
định bằng cách đo TOC của sản phảm. Kết quả TOC được xác định như sau:
Áp dụng phương pháp đo TOC bằng bộ đo mẫu rắn SSM - 5000A. Khi bộ
SSM - 5000A được kết nối với máy chính TOC - Vcph của hãng Shimadzu -
Nhật Bản sẽ giúp ta đo được tổng cacbon hữu cơ có trong mẫu.
Do thành phần IC trong mẫu không quá lớn so với thành phần TOC nên
tác giả đã áp dụng theo phương pháp đo như sau:
mTOC = mTC - mIC
Trong đó: mTOC: là khối lượng cacbon hữu cơ, mg
mTC: là khối lượng cacbon tổng, mg
mIC: là khối lượng các chất cặn vô cơ, mg
Khi đo với cùng một mẫu ta phải chuẩn bị 2 mẫu có khối lượng giống
nhau, một mẫu đem đo để thu kết quả TC, còn mẫu kia đem đo để thu kết quả
IC, sau đó lấy kết quả TC trừ đi kết quả IC ta sẽ được kết quả TOC.
Các thông số trước khi đo là:
- Lượng mẫu lấy đo: Với mỗi mẫu là 10 (mg)
- Dụng cụ chứa mẫu đo: Thuyền Ceramic

- Đo trong môi trường: Khí
- Tốc độ tăng nhiệt: 200
C/phút
- Nhiệt độ cao nhất: 9000
C
- Hoá chất dùng đo IC: Dung dịch axit HCl
Thiết bị sử dụng phục vụ cho quá trình làm thí nghiệm gồm có: Máy sấy,
lò cacbon hoá, bộ đo mẫu rắn SSM, máy TOC - Vcph.
d. Tính tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ trong sản phẩm
YTOC = %100
T
TOC
m
m
Trong đó: YTOC: là tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ, %
mTOC: là khối lượng cacbon hữu cơ, mg
mT: là khối lượng mẫu trước khi đo, mg
e. Tính hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ.
XTOC = XA.YTOC
Trong đó: XTOC: là hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ (%)
XA: là hiệu suất thu hồi sản phẩm (%)
YTOC: là tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ trong sản phẩm (%)
f. Tính nhiệt trị.
Qd
= 339Cd
+ 1256 Hd
– 108(Od
– Sd
) – 25,1(Wd
+ Hd
)
Trong đó: Qd
: là nhiệt trị của chất thải rắn, kJ/kg
Cd
, Hd,
Od
, Sd
: là các thành phần cháy, %
Wd
: là độ ẩm, %
Máy đo nhiệt trị là AC 500 - Leco, USA
2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu
- Phân tích, tổng hợp, xử lý số liệu…xác định được hiệu suất thu hồi của
từng loại vật liệu: Gỗ, giấy, da, nhựa, cao su, vải.

- Lập biểu đồ biểu diễn sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ như:
thời gian lưu nhiệt khác nhau (10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút), nhiệt
độ khác nhau (ở 300o
C, 400o
C, 500o
C) đến hiệu suất thu hồi sản phẩm, nhiệt trị
của sản phẩm

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Các loại chất thải ở Việt Nam được thải ra với các thành phần rất đa dạng,
phong phú và hầu như chưa phân loại.Vì vậy, áp dụng công nghệ cacbon hóa
vào việc xử lý các thành phần hữu cơ chậm phân hủy trong rác thải sẽ góp phần
xử lý rác thải sinh hoạt hiệu quả hơn.
Tác giả đã tiến hành thực nghiệm cacbon hóa mẫu gỗ, vải, nhựa, cao su và
hỗn hợp chất thải trong khoảng nhiệt độ 3000
C - 5000
C với thời gian lưu nhiệt
10-50 phút, đề tài đã thu được những kết quả nhất định trong việc xử lý chất thải
thành than nhiên liệu. Dưới đây là những kết quả chi tiết đã thu được.
3.1. Khảo sát sự biến động của nhiệt độ của buồng cacbon hoá
Sự thay đổi nhiệt độ trong buồng cacbon hoá ở các khoảng nhiệt độ là T =
3000
C, T = 4000
C và T = 5000
C với các thời gian lưu nhiệt là t = 10 phút, t = 20
phút, t = 30 phút, t = 40 phút, t = 50 phút.
Bảng 3.1. Sự thay đổi nhiệt độ trong buồng cacbon hoá
TT Thời gian (phút) T = 3000
C T = 4000
C T = 5000
C
1 5 70 70 80
2 10 200 230 250
3 15 300 360 370
4 17 350 400 460
5 20 340 430 500
6 25 320 420 530
7 30 310 410 500
8 35 300 400 520
9 40 340 430 500
10 45 330 420 530
11 50 320 410 510
12 55 310 400 500
13 60 300 410 520

0
100
200
300
400
500
600
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Thêi gian (phót)
NhiÖt®é(oC)
NhiÖt ®é 300 (oC) NhiÖt ®é 400 (oC) NhiÖt ®é 500 (oC)
Hình 3.1. Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ của lò cacbon hoá
Qua số liệu thể hiện sự thay đổi nhiệt độ của buồng cacbon hoá, ta thấy:
- Từ khi bắt đầu tiến hành khởi động lò đến khi đạt được khoảng nhiệt độ
và thời gian thích hợp cho quá trình cacbon hoá thì nhiệt độ trong buồng cacbon
hoá tăng lên rất nhanh. Sau thời gian t = 13 phút đã đến nhiệt độ T = 3000
C, t =
17 phút thì T = 4000
C và chỉ sau thời gian t = 20 phút nhiệt độ bên trong lò
cacbon đã là T = 5000
C.
- Sau đó, trong quá trình cacbon hoá ở các thời gian lưu nhiệt khác nhau
(10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút và 50 phút) thì nhiệt độ trong buồng cacbon
hoá giảm dần đều và có tăng thì cũng chỉ tăng rất chậm. Trong khoảng t = 5 phút
cũng chỉ tăng 100
C - 200
C.
3.2. Khảo sát đô ẩm của vật liệu thí nghiệm
Độ ẩm (tỷ lệ hơi nước) có trong vật liệu dùng cho quá trình cacbon hóa,
ảnh hưởng đến quá trình cacbon hoá, do vậy cần đánh giá mức độ ảnh hưởng
của độ ẩm đến quá trình cacbon hoá, độ ẩm được tính sau khi sấy. Dưới đây là
bảng số liệu thể hiện tỷ lệ nước đã bay hơi trong quá trình sấy các vật liệu thí
nghiệm: gỗ, giấy, cao su, nhựa, vải ở nhiệt độ 1000
C

Khối lượng của các vật liệu thí nghiệm là 2g. Thời gian sấy là từ 10 phút
đến 60 phút
Bảng 3.2. Kết quả xác định độ ẩm của vật liệu thí nghiệm ở nhiệt độ 1000
C
Đơn vị tính: %
Thời gian
(phút)
10 20 30 40 50 60
Tre, gỗ 6,42 7,57 8,08 8,15 8,25 8,26
Vải 1,80 1,82 1,88 1,97 2,23 2,23
Giấy 6,63 7,75 7,93 8,30 8,33 8,33
Cao su 0,97 1,08 1,18 1,35 1,47 1,48
Nhựa 0,87 0,89 1,02 1,08 1,10 1,12
Hình 3.2. Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ của lò cacbon hoá
Nhìn vào các đồ thị biểu diễn tỷ lệ bay hơi nước của các vật liệu thí
nghiệm,ta thấy:
- Trong khoảng 10 - 30 phút đầu của quá trình sấy đối với các loại vật liệu
trừ nhựa thì lượng nước bay hơi chậm, khối lượng mẫu không thay đổi nhiều
nên đồ thị lượng hơi nước trong giai đoạn này đi lên theo chiều tăng không đáng
kể.

- Trong khoảng 40 - 60 phút sau đối với các vật liệu thí nghiệm trừ nhựa
thì đường biểu diễn tăng nhanh và đến khi sự thay đổi khối lượng hơi nước trong
các mẫu thay đổi không đáng kể thì quá trình coi như hoàn thành. Từ đó, ta tính
được lượng ẩm trong mẫu và đó chính là lượng hơi nước đã bay hơi.
- Trong các vật liệu thí nghiệm, nhựa có tỷ lệ bay hơi nước thấp nhất và
tre gỗ có tỷ lệ bay hơi nước lớn nhất.
3.3. Kết quả của quá trình cacbon hoá
3.3.1. Kết quả của quá trình cacbon hoá tre gỗ
Thí nghiệm được tiến hành với tre gỗ thải. Khối lượng mẫu tre gỗ từ 1 -
3g. Nhiệt độ cacbonhoá ở 3000
C, 4000
C và 5000
C. Thời gian lưu 10 phút, 20
phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút.
Sản phẩm cacbon hoá của tre, gỗ được đem đo TOC với khối lượng mẫu
lấy là 10mg.
a. Cacbon hoá tre gỗ tại T = 3000
C
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu
hồi sản phẩm
(%)
Tỷ lệ thành
phần cacbon
hữu cơ (%)
Hiệu suất thu
hồi cacbon hữu
cơ (%)
1 10 61,97 42,34 26,23
2 20 43,50 45,50 19,79
3 30 40,43 56,12 22,69
4 40 42,29 64,21 27,15
5 50 28,33 46,61 13,21
Trung bình 43,30 50,96 21,82

C thay đổi
theo thời gian
Từ hình 3.3 và bảng 3.3 cho thấy:
Hiệu suất thu hồi sản phẩm và hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ giảm dần
theo thời gian. Tuy nhiên, tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ trong sản phẩm thu
hồi thay đổi theo dạng phương trình parabol, ban đầu tỷ lệ cacbon thấp, sau đó
tăng dần đến điểm cực đại rồi giảm dần. Hiệu suất thu hồi sản phẩm đạt cao nhất
là 61,97% tại thời điểm t = 10 phút và tỷ lệ cacbon hữu cơ cao nhất là 64,21%
tại thời gian t = 40 phút. Tại điểm t = 40 thì hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ là
lớn nhất 27,15%. Vậy tại nhiệt độ 3000
C thì thời gian tối ưu cacbon hoá của
tre gỗ là 40 phút.
b. Cacbon hoá tre gỗ tại T = 4000
C
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu
hồi sản phẩm
(%)
Tỷ lệ thành
phần cacbon
hữu cơ (%)
Hiệu suất thu
hồi cacbon hữu
cơ (%)
1 10 42,20 47,74 20,15
2 20 39,60 55,66 22,04
3 30 36,00 54,44 19,60
4 40 24,40 51,40 12,54
5 50 19,01 44,25 8,41
Trung bình 32,24 50,70 16,55
Tỷlệthànhphầncácbon
hữucơ(%)

C thay đổi
theo thời gian
Từ hình 3.4 và bảng 3.4 cho thấy:
Tại nhiệt độ 4000
C hiệu suất thu hồi sản phẩm và tỷ lệ thành phần cacbon
hữu cơ của tre gỗ đều giảm dần theo thời gian, tốc độ giảm nhanh hơn so với
nhiệt độ 3000
C. Tỷ lệ cacbon trong sản phẩm thu hồi biến thiên theo đường cong
hàm parabol, ban dầu tỷ lệ thấp, sau đó tăng lên giá trị cực đại, rồi giảm xuống.
Hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất là 42,20% ở thời gian lưu 10 phút, tại thời
gian lưu là 20 phút thì tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ đạt mức cao nhất 55,66%
và tại thời gian lưu 20 phút thì hiệu suất thu hồi cacbon hữu cơ cũng là lớn nhất
22,04%. Vậy tại nhiệt độ 4000
C tthời gian tối ưu cacbon hoá tre gỗ là 20 phút.
hữucơ(%)

c. Cacbon hoá tre gỗ tại T = 5000
C
C
STT
Thời gian
cacbon hoá
(phút)
Hiệu suất thu
hồi sản phẩm
(%)
Tỷ lệ thành
phần cacbon
hữu cơ (%)
Hiệu suất thu
hồi cacbon hữu
cơ (%)
1 10 43,37 51,31 22,25
2 20 30,46 54,53 16,61
3 30 21,82 45,63 9,96
4 40 20,44 42,86 8,76
5 50 21,13 29,33 6,20
Trung bình 27,44 44,73 12,76
C thay đổi
theo thời gian.
Qua bảng 3.5 và hình 3.5. ta nhận thấy: Tương tự như ở nhiệt độ 3000
C
và 4000
C khi cacbon hoá tre gỗ ở 5000
C hiệu suất thu hồi sản phẩm và hiệu suất
thu hồi cacbon hữu cơ cũng giảm dần theo thời gian, tỷ lệ thành phần cacbon
trong sản phẩm cũng theo dạng đường cong parabol nhưng tốc độ giảm nhanh
hơn ở 4000
C. Hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất là 27,25% ở thời gian lưu 10
phút, tại thời gian lưu 20 phút thì tỷ lệ thành phần cacbon hữu cơ đạt cao nhất là
hữucơ(%)

Luận văn: Công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được, HAY

Luận văn: Công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được, HAY

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (16)

Similar to Luận văn: Công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được, HAY

Similar to Luận văn: Công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được, HAY (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận văn: Công nghệ cacbon hoá các chất thải cháy được, HAY