Lò đốt chất thải trong khai thác mỏ

Tại nhiều nước trên thế giới, các khu vực khai thác mỏ thường nằm ở những vị trí xa xôi hẻo lánh. Việc vận chuyển và chôn lấp chất thải, đất đá thải phải chi phí tốn kém. Có những nơi phải sử dụng máy bay trong công tác vận chuyển chất thải khai thác mỏ.

Tới nay, nhiều công ty khai thác mỏ đã sử dụng bãi thải ngay tại khai trường và xem đây là giải pháp đơn giản và tiết kiệm nhất. Tuy nhiên, điều này chỉ đúng khi xem xét dưới góc độ kinh tế. Việc quy hoạch, thiết kế và xây dựng các bãi thải còn tùy tiện, không khoa học. Công tác lựa chọn vị trí bãi thải không thể hiện được tầm nhìn chiến lược do tính chất của bãi thải không thể thích hợp với mọi loại địa hình, thổ nhưỡng, khí hậu (khu vực đóng băng, đầm lầy, đất đá có kết cấu xốp rỗng, ngập úng hay mưa nhiều), dẫn đến kết quả là sau nhiều năm kết thúc khai thác, chất thải phân hủy, tạo ra các chất gây ô nhiễm không khí, nguồn nước, môi trường sinh thái, ảnh hưởng lâu dài và nghiêm trọng đến đời sống cư dân cũng như động, thực vật trong khu vực. Ngoài ra, còn một yếu tố quan trọng khác là nguồn đất dự trữ ngày càng cạn kiệt do phải sử dụng cho các mục đích xây dựng dân dụng hoặc canh tác hoa màu phục vụ đời sống. Đây là những vấn đề cấp bách mà các nhà quy hoạch, thiết kế và đầu tư mỏ cần nhận biết để xử lý.

Cho đến nay, lò đốt công nghệ cao vẫn được xem là một trong những giải pháp ngăn ngừa ô nhiễm có thể áp dụng trong công tác xử lý chất thải thay vì chôn lấp chúng trên bãi thải. Với quy trình đốt phù hợp, loại lò đốt này có khả năng xử lý các chất thải rắn, biến chúng thành loại cặn tro không gây độc hại có khối lượng dưới 10% so với khối lượng ban đầu. Loại cặn tro này sẽ được vùi lấp cùng với các loại vật liệu trơ. Vật liệu kim loại và thủy tinh có trong chất thải được thu hồi và tái chế. Tuy nhiên, loại lò này lại không có khả năng xử lý các chất thải dạng lỏng như xăng dầu và nước thải có tính độc hại cao, sản sinh trong quá trình bảo dưỡng thiết bị, xe máy. Tại các khu vực đô thị, xăng dầu thải hay glicol có thể được tái chế với chi phí thấp nhất, nhưng tại những nơi xa xôi không có những cơ sở tái chế phù hợp thì việc xử lý lượng chất thải dạng này là một khó khăn không nhỏ. Ngoài ra, loại lò đốt này cũng không có khả năng loại bỏ triệt để những loại vật liệu bao gói đã tiếp xúc với hóa chất độc hại như xianua mà không gây phát thải nguy hiềm ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe của con người.

1. Giải pháp công nghệ cao

Công nghệ đốt chất thải là một trong những giải pháp có khả năng xử lý mọi dạng vật liệu thải tại chỗ. Các lò đốt hiện đại phải thể hiện khả năng xử lý triệt đề chất thải và không gây phát thải khí ra ngoài môi trường. Vì vậy, cần phải thiết kế và xây dựng một dạng lò đốt gồm hai buồng đốt. Dạng lò đốt trước đây có cấu tạo gồm một buồng đốt nên sau khi chất thải cần đốt đã hoàn toàn biến thành tro thì lò đốt vẫn tiếp tục sản sinh ra khói và chất gây ô nhiễm. Thực tế hiện nay ở nhiều vùng xa xôi vẫn còn sử dụng loại lò đốt dạng này. Lò đốt hai buồng đốt thực hiện quá trình đốt chất thải qua hai giai đoạn. Ở giai đoạn 2, các sản phẩm còn lại sau khi đốt ở giai đoạn 1 (như khói) phải trải qua sự tác động của ba yếu tố là thời gian, nhiệt độ và quá trình chảy rối. Hầu hết các sản phẩm khí sau khi cháy này đều có gốc là hiđrocacbon và khi tiếp xúc với ôxy ở nhiệt độ cao chúng sẽ bốc cháy toàn bộ. Quá trình cháy này sẽ loại bỏ khói và không gây phát thải trông thấy được. Loại lò đốt hai buồng nói trên còn được trang bị các thiết bị đo và các bộ điều khiển logic lập trình PLCS (Programmable Logic Controllers) nhằm duy trì khả năng làm việc phù hợp cho quá trình đốt tối ưu mà không cần liên tục giám sát. Ưu điểm nổi bật của dạng lò đốt hai buồng này là các dạng hạt vật chất được xử lý tương đối triệt để mà không cần sử dụng các thiết bị thu bụi hiện đại.

2. Những thành phần cơ bản của lò đốt dạng hai buồng đốt:

- Buồng đốt sơ cấp: Chất thải được nạp tải vào trong buồng đốt này với nhiệt độ được duy trì ở mức 650 ⁰C - 850 ⁰C. Giai đoạn này cần rất ít ôxy và là giai đoạn được chuyển đổi thành khí có gốc là hiđrocacbon. Qua giai đoạn này, khối lượng chất thải giảm tới trên 90%, chỉ còn lại tro và một số loại vật chất không cháy được như kim loại hay thủy tinh. Những loại vật chất này cần được tái chế sau khi đốt.

- Buồng đốt thứ cấp: Ở giai đoạn này, chất khí được bơm vào buồng đốt thứ cấp giàu ôxi và nhiệt độ lên tới 1000 ⁰C. Trong buồng đốt, khí tiếp tục được đốt, tối thiểu là trong 1 giây trước khi thoát ra ngoài hoặc được dẫn sang tháp lọc khí.

- Kiểm soát ô nhiễm môi trường: Trong trường hợp cần thiết, ở giai đoạn này sẽ sử dụng các thiết bị kiểm soát và xử lý ô nhiễm mồi trường (tháp lọc khí) thông qua việc thu gom các chất gây ô nhiễm như các hạt vật chất (các hạt rắn nhỏ li ti) và các kim loại nặng. Tháp lọc khí cũng có khả năng trung hòa các loại khí axit trước khi chúng thoát ra ngoài không khí. Tuy nhiên, tùy thuộc vào tiêu chuẩn môi trường khu vực và loại chất thải cần xử lý để xem xét sự cần thiết sử dụng liên tục tháp lọc khí hay không.

- Hệ thống quan trắc phát thải liên tục: Có thể sử dụng thêm các loại thiết bị phụ trợ để theo dõi liên tục chất lượng khí thải ra ngoài không khí. Một bộ cảm biến mẫu khí xả được nổi với một thiết bị chuyên dụng để phân tích trực tiếp các thông tin nhận được và gửi tín hiệu đến máy ghi dữ liệu. Dựa trên các kết quả tiếp nhận, các chuyên gia về môi trường sẽ quyết định biện pháp đo các chất gây ô nhiễm đặc trưng.

Ưu điểm nổi bật của công nghệ đốt này là không nhất thiết phải tiến hành phân loại chất thải trước khi xử lý. Việc đưa chất thải vào buồng đốt đơn giản, không cần sử dụng thiết bị đặc biệt nào. Nếu điều kiện môi trường cho phép, có thể bố trí hệ thống nạp tải ngoài trời, tại các vị trí có độ dốc tự nhiên, cho phép các phương tiện vận chuyển chất thải đổ thẳng vào hệ thống.

Khi kết thúc quá trình nạp tải chất thải, các cửa buồng đốt sơ cấp được đóng kín và buồng đốt thứ cấp được khởi động. Toàn bộ hệ thống liên kết với nhau nên chất thải trong buồng đốt sơ cấp chưa được phép thiêu hủy cho đến khi buồng đốt thứ cấp đạt nhiệt độ làm việc (1000 ⁰c), thường là trong khoảng 30 phút đầu của chu kỳ làm việc. Trong giai đoạn này, các sản phẩm khí sau khi được đốt trong buồng đốt sơ cấp chuyển sang được đốt toàn bộ trong môi trường chảy rối, oxy hóa cao của buồng đốt thứ cấp.

Buồng đốt thứ cấp cũng là nơi xử lý các nước thải dễ cháy. Nước thải được pha trộn theo tỷ lệ phù hợp với yêu cầu về an toàn và công suất của thiết bị trộn gắn trên bể chứa nước thải. Sau đó, nhờ các bơm phức hợp có gắn đồng hồ định lượng, hỗn hợp này được bơm vào buồng đốt dưới dạng sương mù và được trộn lẫn với không khí theo tỷ lệ được điều chỉnh trên bảng điều khiển chính của các bộ điều khiển logic lập trình PLCs. Buồng đốt thứ cấp sẽ điều chỉnh chế độ đốt phù hợp, duy trì nhiệt độ cháy hiệu quả trong quá trình xử lý các nguồn nhiên liệu thải này.

Việc vận hành một lò đốt không yêu cầu phải có sự giám sát liên tục. Thợ vận hành chỉ cần có mặt trong quá trình nạp tải chất thải và giám sát giai đoạn đốt ban đầu (thường là một giờ). Lò đốt sau đó sẽ tự động hoàn thành chu trình đốt và giai đoạn làm mát, đây là ưu điểm nồi trội so với các lò đốt cũ (các lò đốt dạng truyền thống với cơ cấu nạp liệu liên tục thường yêu cầu thợ vận hành thường xuyên phải có mặt).

Thời gian đốt thường kéo dài từ 8 đến 10 giờ đối với dạng lò ECO và từ 3 đến 6 giờ đối với dạng lò CA, tùy thuộc vào kích thước lô nạp tải và đặc tính chất thải. Tiếp theo quá trình đốt, giai đoạn làm mát được tự động khởi động và kéo dài khoảng 6 đến 8 tiếng. Sau khi quá trình làm mát hoàn tất, thợ vận hành có thể mở các cửa buồng đốt sơ cấp để nạo sạch tro. Thông thường, qui trình nạo sạch tro được tiến hành sau khi nạp liệu một ngày.

Mọi thông số vận hành chính đều được kiểm soát thông qua chương trình được cài sẵn trong các bộ điều khiển logic lập trình PLCs. Nhằm đơn giản hóa quá trình hoạt động của lò đốt, hệ thống được trang thêm một màn hình tinh thể lỏng LCD hiển thị mô hình đồ họa toàn bộ quá trình hoạt động cũng như cảnh báo những hỏng hóc có thề xảy ra.