TN&MTThiêu đốt là công nghệ được áp dụng rộng rãi để xử lý chất thải công nghiệp, đặc biệt là chất thải nguy hại [Brunner, 1994]. Sự thiêu hủy rác thải đô thị được tồn tại ở châu Âu từ những năm 1930 nhằm mục đích chính là để làm giảm đi khối lượng và thể tích rác thải. Hiện nay, các nhà máy thiêu hủy rác hiện đại có thể giảm 90% khối lượng chất thải rắn, như vậy thời gian sử dụng của bãi chôn lấp chất thải sẽ tăng lên 10 lần.
Nhà máy năng lượng từ rác thải Copenhill trở thành một địa điểm nổi tiếng của thủ đô Đan Mạch.
Công nghệ
Tại nhiều nước châu Âu do quỹ đất hạn hẹp, cần bảo vệ tầng nước ngầm nghiêm ngặt, nên lượng CTR được xử lý bằng phương pháp đốt chiếm ưu thế: Ở Đức, có trên 60% CTR được đốt, ở Đan Mạch CTR được đốt gần 100% [đốt có thu hồi năng lượng]. Trái ngược với các nước châu Âu thì ở Mỹ, lượng chất thải đem đốt chỉ chiếm khoảng 20% tổng lượng chất thải phát sinh, phần lớn còn lại chủ yếu được xử lý bằng phương pháp chôn lấp thông thường hoặc đưa xuống các giếng sâu. Tuy nhiên, với tỉ lệ 20% [tương đương 4 triệu tấn/năm] tổng lượng CTR ở Mỹ được -7- đem đốt thì cũng đã lớn hơn nhiều so với nhiều nước châu Âu cộng lại.
Lò đốt chất thải nói chung có rất nhiều loại, mỗi loại lò đốt có một công nghệ đốt khác nhau, dựa vào đặc tính công nghệ đốt, nguyên lý hoạt động của từng loại lò đốt có thể phân thành các dạng lò đốt chất thải thông dụng như lò đốt: Hở thủ công; một cấp; nhiều cấp; thùng quay; tầng sôi nhiều tầng; chất thải lỏng; nhiệt phân tĩnh có kiểm soát không khí,…
Nhiệt được sản xuất bởi một lò đốt có thể được sử dụng để tạo ra hơi nước mà sau đó có thể được sử dụng cho một tuabin để sản xuất điện. Số lượng điển hình của năng lượng ròng có thể được sản xuất từ mỗi tấn rác thải đô thị là khoảng 2/3 MWh điện và 2 MWh sưởi ấm. Như vậy, đốt khoảng 600 tấn chất thải mỗi ngày sẽ sản xuất khoảng 400 MWh điện năng mỗi ngày [17 MW năng lượng điện liên tục trong 24 giờ] và 1200 MWh năng lượng sưởi ấm mỗi ngày.
Tại Mỹ, các lò đốt rác đầu tiên của Mỹ được xây dựng vào năm 1885. Thuật ngữ “Waste-to-Energy” [WtE] [chuyển hóa chất thải thành năng lượng] chính thức được giới học giả quan tâm và công nhận khi Hội đồng Nghiên cứu và Công nghệ chuyển hóa chất thải thành Năng lượng được thành lập tại Đại học Columbia, New York, Hoa Kỳ từ năm 2003. Năm 2006, giải thưởng Công nghiệp WTERT được trao tặng lần đầu tiên cho các công ty/tổ chức có đóng góp tích cực nhất cho công nghệ và giải pháp WtE. Các tiêu chí được xem xét gồm: Lượng năng lượng phục hồi được [kWh điện + kWh nhiệt/tấn chất thải]; tỷ lệ bổ sung nhiên liệu “mồi” trên tổng lượng chất thải đầu vào và khả năng tái chế cũng như sự chấp nhận của cộng đồng đối với lượng tro, xỉ sinh ra cuối cùng. [Nickolas J. Themelis, 2007].
Tại châu Âu: Đan Mạch và Thụy Điển sử dụng năng lượng tạo ra từ việc tiêu huỷ chất thải trong hơn một thế kỷ, trong quá trình địa hóa, nhiệt và năng lượng hỗ trợ cho sưởi ấm. Năm 2005, tiêu huỷ chất thải sản xuất tạo ra 4,8% lượng tiêu thụ điện và 13,7% tổng tiêu thụ nội địa nhiệt ở Đan Mạch. Một số nước châu Âu khác chủ yếu dựa vào đốt để xử lý rác thải đô thị, đặc biệt là Luxembourg, Hà Lan, Đức và Pháp. Các lò đốt rác đầu tiên cho xử lý chất thải đã được xây dựng ở Nottingham bởi Manlove, Alliott & Co Ltd vào năm 1874 với một thiết kế bằng sáng chế của Albert Fryer - Cơ sở đầu tiên ở Cộng hòa Séc được xây dựng vào năm 1905 tại Brno.
Tại Nhật Bản, đốt chất thải đặc biệt phổ biến ở Nhật Bản, nơi đất đai là một nguồn tài nguyên khan hiếm. Nhật Bản là nước có tỷ lệ rác thải được xử lý bằng các phương pháp đốt cao nhất thế giới, khoảng 68 triệu tấn/năm với hơn 1200 nhà máy. Riêng lĩnh vực WtE, tính đến năm 2009, nước Nhật có 304 nhà máy với tổng công suất phát điện 1673 MWh/năm. [Bộ Môi trường Nhật Bản, 2012]. Công nghệ WtE chính là công nghệ đốt thanh ghi [lò trữ] với khả năng tiếp nhận lượng rác đầu vào linh động, các nhà cung cấp chính là Mishubishi; lò đốt thùng quay với nhà cung cấp Tsukishima Kakai
Tuy nhiên, một số lò đốt sử dụng các công nghệ mới và tiên tiến hơn, chẳng hạn công nghệ nấu chảy trực tiếp với nhà cung cấp JFE Engineering, Nippon Steel; công nghệ hóa lỏng của Ebara, chọn lọc nhiệt và khí hóa. Các công nghệ này ngoài việc phát thải bằng hoặc ít hơn so với các công nghệ WtE truyền thống, các “sản phẩm” tro xỉ nóng chảy có thể tận dụng làm vật liệu xây dựng. [Nickolas J. Themelis, 2007]. Một số công nghệ, như lò đốt tầng sôi có thể dùng để đốt bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt, tuy nhiên chi phí đầu tư rất đắt.
Tại Trung Quốc, Đại học Zhejiang là nơi đầu tiên nghiên cứu về công nghệ WtE tại Trung Quốc. Giáo sư Cen Kefa và các cộng sự tại bể đốt tầng sôi tuần hoàn [circulating fluidized bed CFB] được ứng dụng trong một số nhà máy WtE ở Trung Quốc. Tổng lượng rác thải được xử lý nhiệt ở Trung Quốc vào khoảng 4 triệu tấn/năm tại khoảng 50 nhà máy. Trong đó, 4100 tấn/ngày được đốt bằng công nghệ lò trữ cung cấp bởi các nhà thầu châu Âu [Martin, Alstom và Keppel Seghers], Nhật Bản [JFE Engineering], một số thiết kế và chế tạo trong nước. [Nickolas J. Themelis, 2007. Tổng công suất lắp đặt của lò đốt tầng sôi tuần hoàn do Đại học Zhejiang nghiên cứu khoảng 7000 tấn/ngày. Tuy nhiên, do nhiệt lượng rác thải ở Trung Quốc khá thấp, phải được mồi thêm than đá để đảm bảo. [Nickolas J. Themelis, 2007]
Tại Singapore, mỗi ngày Singapore thải ra khoảng 16.000 tấn rác. Rác ở Singapore được phân loại tại nguồn, vì vậy khoảng 56% khối lượng rác thải ra mỗi ngày [khoảng 9.000 tấn] được quay lại các nhà máy để tái chế. Khoảng 41% [7.000 tấn] được đưa vào 4 nhà máy đốt rác thải phát điện đủ cung cấp 3% tổng nhu cầu điện của Singapore. Cuối cùng, khoảng 1.500 tấn tro cùng với 500 tấn rác không thể đốt được vận chuyển bằng sà lan tới bãi chôn lấp Semakau Landfill.
Xu hướng
Xử lý rác thải trên thế giới chủ yếu có 3 phương thức: Chôn lấp, ủ phân và đốt phát điện. So sánh ba phương thức, nhận thấy phương pháp đốt thải phát điện vô hại, ưu thế về giảm ô nhiễm môi trường, do đó phương thức này trở thành lựa chọn hàng đầu của các nước có nguồn đất đai và năng lượng hạn hẹp. Tại Tây Âu và Nhật Bản, rác thải sinh hoạt đô thị cơ bản được xử lý bằng phương thức đốt. Tại Trung Quốc, phương hướng chủ đạo trong phát triển ngành công nghiệp xử lý rác thải sinh hoạt là chuyển từ chôn lấp sang đốt phát điện.
Ở Bắc Mỹ, với sự gia tăng số lượng các bãi chôn lấp, giảm giá chôn lấp, giảm giá điện thì công nghệ đốt chất thải phát điện không thể cạnh tranh giá thành với công nghệ chôn lấp. Để khuyến khích công nghệ đốt chất thải phát điện các quốc gia đã áp dụng các chính sách thuế ưu đãi. Chính phủ Mỹ đã bãi bỏ các khoản thuế cho các nhà máy đốt chất thải phát điện từ năm 2004.
Ở châu Âu, với các lệnh cấm chôn lấp chất thải không qua xử lý, các lò đốt rác đã được xây dựng nhiều hơn trong thập kỷ qua. Gần đây, một số chính quyền thành phố đã bắt đầu quá trình ký kết hợp đồng cho việc xây dựng và hoạt động của lò đốt CTR. Tại châu Âu, điện tạo ra từ chất thải được coi là từ một nguồn năng lượng tái tạo [RES] và do đó đủ điều kiện cho các khoản ưu đãi thuế nếu tư nhân điều hành. Ngoài ra, một số lò đốt ở châu Âu được trang bị thu hồi chất thải, cho phép tái sử dụng các vật liệu kim loại màu được tìm thấy trong các bãi chôn lấp.
Ở Trung Quốc, đốt rác phát điện trở thành xu thế mới tại Trung Quốc. Do nền kinh tế phát triển nhanh chóng và tốc độ đô thị hóa cao, mỗi năm Trung Quốc thải ra 250 triệu tấn rác. Rác thải sinh hoạt một mặt đang tạo áp lực rất lớn đối với môi trường và sự phát triển của đô thị, mặt khác lại là nguồn tài nguyên đem lại lợi ích kinh tế to lớn. Việc khai thác để biến rác thải trở thành kho báu cũng trở thành bộ phận cấu thành quan trọng của ngành công nghiệp bảo vệ môi trường. Công tác xử lý đốt rác thải đô thị của Trung Quốc phát triển khá nhanh, khả năng xử lý đốt rác thải của năm 2011 tăng gấp 33 lần so với năm 2000, đạt 940 tấn/ngày. Đến cuối năm 2012, có 142 nhà máy đốt rác thải sinh hoạt phát điện đã được xây dựng và đưa vào vận hành hoạt động, tổng quy mô xử lý là 124 nghìn tấn, tổng công suất lắp đặt khoảng 2.600 MW. Phát điện nhờ rác thải tại Trung Quốc có 16 bước khởi đầu khá muộn. Nhà máy phát điện nhờ rác thải đầu tiên được đưa vào vận hành năm 1987, thiết bị kỹ thuật chủ yếu đều nhập từ nước ngoài. Tuy nhiên, việc đầu tư xây dựng từ thiết bị lò đốt nhập khẩu đến lò chế tạo trong nước rồi đến lò hơi tầng sôi tuần hoàn đã khiến cho ngành công nghiệp phát điện nhờ rác thải tại Trung Quốc đi từ không đến có, đồng thời đạt được sự phát triển nhanh chóng. Hiện tại, số lượng hệ thống thiêu đốt rác thải mới xây tại Trung Quốc đã chiếm hơn một nửa của thế giới.
Hiện nay, trên thế giới công nghệ đốt chất thải phát điện đã và đang ngày càng được áp dụng rộng rãi do có một số ưu điểm nổi bật so với các công nghệ khác như có thể giảm được 90-95% thể tích và khối lượng chất thải, có thể tận dụng nhiệt, tiết kiệm được diện tích so với biện pháp chôn lấp, giảm thiểu ô nhiễm nước, mùi hôi so với biện pháp chôn lấp, giảm phát thải khí nhà kính,...
Tại Việt Nam, vấn đề đốt chất thải phát điện cũng bắt đầu được quan tâm do khối lượng CTR công nghiệp, chất thải nguy hại, chất thải sinh hoạt ngày càng gia tăng. Bên cạnh đó, biện pháp xử lý rác đang tồn tại [chôn lấp] ngày càng thể hiện các nhược điểm rất khó giải quyết. Đốt rác phát điện sẽ trở thành xu thế mới tại Việt Nam. Do quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa diễn ra với tốc độ cao, khối lượng chất thải phát sinh ngày càng nhiều, thì CTR một mặt đang tạo áp lực rất lớn đối với môi trường và sự phát triển KT-XH, mặt khác CTR lại là nguồn tài nguyên tái tạo đem lại lợi ích kinh tế to lớn. Việc khai thác để biến CTR trở thành nguồn tài nguyên quý giá cũng trở thành bộ phận cấu thành quan trọng của ngành công nghiệp môi trường Việt Nam, phù hợp với Chiến lược quản lý tổng hợp CTR được Chính phủ ban hành.
TS. LÊ THU TRANG
Học viện Cảnh sát Nhân dân