19/01/2016
Công nghệ tẩy rửa đất nhiễm dioxin hay các hóa chất độc hại khác kết hợp với công nghệ đốt được coi là công nghệ xử lý dioxin có hiệu quả nhất hiện nay xét về hiệu quả xử lý dioxin, không có tác động xấu đến môi trường và giá thành hợp lý. Quy trình của công nghệ Shimizu được mô tả trong bài viết.
Dioxin là chất độc nhất trong các chất độc, có nguồn gốc từ công nghiệp, xử lý rác thải và các quá trình sản xuất có sử dụng nhiệt độ cao. Dioxin có tính bền vững cao trong thiên nhiên và có nhiều tác hại đối với con người. Xử lý dioxin là vấn đề rất phức tạp. Hiện nay trên thế giới có nhiều loại công nghệ xử lý dioxin dựa trên các nguyên lý hoá học, lý học, cơ học, sinh học hoặc có sự kết hợp của các nguyên lý này.
Ô nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa có những đặc điểm riêng. Quy mô ô nhiễm lớn, nồng độ dioxin trong đất và bùn rất cao. Theo các kết quả nghiên cứu của Văn phòng Ban chỉ đạo 33, Hatfield, Bộ Quốc phòng Việt Nam, nồng độ dioxin tại sân bay Biên Hòa có nơi lên đến hàng triệu ppt. Lựa chọn công nghệ xử lý dioxin tại sân bay Biên Hòa có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc xử lý triệt để ô nhiễm dioxin tại đây.
1. Công nghệ tẩy rửa đất ô nhiễm
Công nghệ tẩy rửa đất được thể hiện trong Hình 1, là quá trình dựa vào nước để loại bỏ hoá chất ô nhiễm có trong đất.Cách thức điển hình được sử dụng trong tẩy rửa đất là phân tách vật lý, phân tách hóa học hoặc kết hợp cả hai. Phân tách vật lý là cô đặc các hóa chất ô nhiễm vào khối lượng đất nhỏ hơn bằng cách khai thác sự khác biệt về đặc tính vật lý/hóa học giữa các hạt mang chất ô nhiễm và hạt đất (kích thước, mật độ, hình dạng, từ tính, tính bề mặt kỵ nước). Phân tách hoá học liên quan đến kỹ thuật hòa tan các hóa chất ô nhiễm từ đất với dung dịch nước chiết xuất có chứa chất phản ứng hoá học như axit hoặc chất càng hóa.
Ưu thế của công nghệ tẩy rửa đất làm giảm rất nhiều khối lượng đất cần làm sạch triệt để bằng phương pháp khác như đốt hay chôn lấp và vì vậy sẽ giảm chi phí xử lý đất ô nhiễm. Công nghệ tẩy rửa đất được áp dụng rộng rãi ở châu Âu và Nhật nhưng lại ít được sử dụng ở Hoa Kỳ.
 |
|
Hình 1. Nguyên lý công nghệ tẩy rửa đất ô nhiễm |
2. Công nghệ đốt xử lý đất ô nhiễm
Công nghệ đốt xử lý đất ô nhiễm được thể hiện tại Hình 2, là quá trình đốt các hoá chất độc hại ở nhiệt độ đủ cao để phá huỷ các hoá chất độc hại. Quá trình này cần tiêu hao năng lượng rất lớn và vì vậy nên chi phí cao hơn. Công nghệ đốt sẽ phá huỷ được nhiều hoá chất độc hại nhưng không phá huỷ được các hợp chất kim loại, ví dụ như Asen. Công nghệ đốt có sự khác biệt với công nghệ khử hấp thu nhiệt. Công nghệ khử hấp thu nhiệt không phá huỷ các hợp chất hữu cơ mà làm thay đổi nó thành dạng khác dễ xử lý hơn.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến thiết kế và hiệu suất của hệ thống công nghệ đốt xử lý đất ô nhiễm là nhiệt độ lò, thời gian ổn định và xoáy lốc cần thiết để các vật liệu dễ cháy tiếp xúc với Oxy để được đốt cháy hoàn toàn. Khí thải từ lò đốt cần được xử lý bằng thiết bị kiểm soát ô nhiễm không khí để loại bỏ các hạt, thu gom và trung hoà khí axit và thu gom dioxin nếu có.
3. Công nghệ tẩy rửa đất ô nhiễm Shimizu
Công nghệ tẩy rửa đất ô nhiễm của Shimizu là quá trình sử dụng nước để “phân tách vật lý” dựa trên các nguyên tắc khai thác mỏ và chế biến khoáng sản để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong đất ô nhiễm. Mặc dù thuật ngữ “tẩy rửa đất” chỉ việc tẩy rửa các hoá chất ô nhiễm hòa tan trong nước nhưng với “phân tách vật lý” thì không hoàn toàn như vậy.
Hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ có xu hướng dính kết, hoá học hay vật lý, với đất sét, bùn và các hạt hữu cơ. Hầu hết bùn và đất sét dính với các hạt lớn hơn như cát, sỏi. Tẩy rửa sẽ tách các hạt nhỏ ra khỏi hạt lớn bằng cách phá vỡ các liên kết. Vật liệu dạng hạt sau khi đã xử lý có thể được tái sử dụng. Đất ô nhiễm sẽ được cô đặc lại ở khối lượng nhỏ hơn nhiều và tiếp tục được xử lý bằng phương pháp khác.
Công suất thông thường của các hoạt động thương mại do Shimizu thực hiện thường từ 30 - 50 tấn/giờ.
3.1. Công nghệ phân tách
Các thiết sàng lọc cơ khí, phân loại thuỷ động học, phân loại trọng lực, lọc khí thải ăn mòn, tuyển nổi tạo bọt, tách bằng từ tính… được sử dụng cho công nghệ phân tách. Công nghệ phân loại thuỷ động học và tuyển nổi được chú trọng vì đây là khâu quan trọng nhất của công nghệ phân tách.
3.1.1. Nguyên tắc Hydroxyclon
Hydroxyclon tách bằng lực ly tâm thế hiện ở Hình 3. Các hạt nặng, hạt lớn đi ra theo dòng dưới từ lò xoáy. Các hạt nhẹ, hạt mịn và nước đi ra theo dòng trên (bùn, đất sét). Khi lực ly tâm lớn hơn trọng lực, thời gian phân tác sẽ giảm đáng kể. Chi phí cho công đoạn này ít hơn chi phí cho các thiết bị phân loại khác.
 |
 |
|
Hình 2. Nguyên lý xử lý đất ô nhiễm bằng công nghệ đốt |
Hình 3. Nguyên tắc Hydroxyclon |
3.1.2. Nguyên tắc tuyển nổi
Tuyển nổi khác với rửa đất bằng chất tẩy rửa như xà phòng. Tuyển nổi là kỹ thuật hóa lý khai thác sự khác biệt về tính chất kỵ nước để tách các hạt mang chất ô nhiễm ra khỏi ma trận đất. Nguyên tắc này được thể hiện ở Hình 4, dựa trên độ bám dính của các bề mặt kỵ nước của hạt để bọt khí được đưa vào bùn đất. Các hóa chất tuyển nổi gồm có: Chất góp, chất tạo bọt, chất hoạt hóa, chất khống chế và chất điều chỉnh độ pH.
Các hạt kỵ nước dính vào bọt khí và được đưa tới lớp bọt. Việc tách các hạt ô nhiễm được thực hiện bằng cách loại bỏ lớp bọt.
 |
|
Hình 4. Sơ đồ tuyển nổi và tách chất ô nhiễm |
3.2. Quy trình tẩy rửa
Sơ đồ toàn bộ nhà máy tẩy rửa đất ô nhiễm thế hiện ở Hình 5. Quy trình thích hợp nhất sẽ được lựa chọn dựa trên đặc điểm của hóa chất ô nhiễm trong mối liên quan với các hạt đất và loại đất.
 |
|
Hình 5. Sơ đồ nhà máy tẩy rửa đất cố định |
 |
 |
|
a. Nhà máy tẩy rửa đất ô nhiễm quy mô đầy đủ |
b. Nhà máy xử lý nhiệt |
Hình 6. Nhà máy tẩy rửa đất ô nhiễm và nhà máy xử lý nhiệt tại Tokyo
3.3. Các ứng dụng tiềm năng
Công nghệ tẩy rửa đất Shimizu có thể được ứng dụng xử lý đất ô nhiễm các khoáng dầu, kim loại nặng, hóa chất diệt cỏ, hóa chất diệt côn trùng, hợp chất xyanua, các chất chứa creosote, chất chứa phóng xạ, dioxin, PCB, PCP, PAH và một số hóa chất độc hại khác.
Tỷ lệ giảm thiểu đất không phải xử lý ô nhiễm có thể lớn hơn 75% so với khối lượng đất ô nhiễm ban đầu. Với đất nhiễm dioxin, giảm 50% khối lượng đất ô nhiễm phải xử lý đã là chi phí có hiệu quả.
3.4. Thành công của Shimizu trong xử lý đất ô nhiễm
Công nghệ tẩy rửa đất Shimizu đã được áp dụng xử lý đất nhiễm xyanua, thủy ngân, hóa chất bảo vệ thực vật, chất chứa phóng xạ, PAH và dioxin tại Nhật Bản.
Năm 2002, Công ty Shimizu đã xây dựng cơ sở tẩy rửa đất cố định và tính đến năm 2009, Công ty đã tẩy rửa 1.100.000 tấn đất ô nhiễm.
Năm 2010, Công ty Shimizu đã xây dựng cơ sở tẩy rửa đất bị nhiễm dioxin và tính đến năm 2012, có 2.000 tấn đất nhiễm dioxin đã được xử lý.
Từ năm 2004, Công ty Shimizu đã phát triển nhà máy di động và tính đến năm 2014 đã tẩy rửa tại thực địa hơn 1.500.000 tấn đất ô nhiễm.
3.5. Tác động môi trường của công nghệ tẩy rửa đất ô nhiễm kết hợp công nghệ đốt Shimizu
Khí thải và nước thải của quá trình xử lý đất ô nhiễm được sử dụng tuần hoàn nên ảnh hưởng rất ít đến môi trường. Khí thải luôn được kiểm soát, đặc biệt khi sử dụng công nghệ đốt.Thời gian và nhiệt độ đốt luôn được bảo đảm đúng yêu cầu. Ở Nhật Bản, với công nghệ có công suất xử lý đất ô nhiễm trên 4.000 kg/giờ thì tiêu chuẩn khí thải phải dưới 100 pg-TEQ/Nm3. Càng giảm khối lượng đất ô nhiễm phải xử lý bằng công nghệ đốt, càng giảm tác động đến môi trường.
4. Dự kiến xử lý đất nhiễm dioxin ở sân bay Biên Hòa
Để lựa chọn và điều chỉnh các công đoạn của công nghệ phù hợp, bảo đảm xử lý triệt để dioxin ở sân bay Biên Hòa với chi phí hiệu quả nhất, chúng tôi đã lấy mẫu đất tại khu vực ô nhiễm dioxin Z9 để thử nghiệm tại Nhật Bản. Khoảng tháng 3/2016, chúng tôi sẽ có kết quả thử nghiệm. Thử nghiệm xử lý được phân thành 2 giai đoạn: Giai đoạn 1 xác định sự phân bổ của các cỡ hạt và sự phân bổ nồng độ ở mỗi cỡ hạt; Giai đoạn 2 xác định khả năng áp dụng của mỗi công đoạn bằng máy thí nghiệm nhỏ (lọc xoáy, tuyển nổi). Tất nhiên, chúng tôi đã lưu ý tới các mẫu đất có đặc điểm khác nhau và mức độ ô nhiễm khác nhau khi thí nghiệm. Nếu thấy cần, chúng tôi sẽ thử nghiệm thêm.
Về công nghệ đốt xử lý đất ô nhiễm dioxin, Công ty Shimizu đã có kinh nghiệm xử lý đất nhiễm dioxin có nồng độ lớn hơn 250.000 pg-TEQ/g đất bằng nhiều thiết bị xử lý đốt. Trong quá trình đốt, chúng tôi đã lưu ý tới việc ngăn chặn tái tổng hợp dioxin.
Với công nghệ tẩy rửa kết hợp với công nghệ đốt, công nghệ Shimizu bảo đảm xử lý triệt để dioxin ở nồng độ cao hay rất cao, giảm tới mức thấp nhất khối lượng đất ô nhiễm dioxin phải xử lý bằng công nghệ đốt, ít có tác động đến môi trường và chi phí ở mức thấp nhất so với các loại công nghệ khácn
Tài liệu tham khảo
Văn phòng Ban Chỉ đạo 33, MONROE, Hatfield; Đánh giá môi trường và sức khỏe con người do nhiễm dioxin tại Sân bay Biên Hòa, Việt Nam (Báo cáo cuối cùng), tháng 8 năm 2011.
Anh, L., V., Đức, P., V., Huế, H., K., Hoa, P., T., Công, T., V., và Tiến, N., N.; Công nghệ tích hợp thích hợp cho việc xử lý hoàn toàn chất độc màu da cam/dioxin trong đất và trầm tích ở Việt Nam, Báo cáo của phiên họp tại Việt Nam, Hội nghị quốc tế lần thứ 35 về các chất ô nhiễm hữu cơ bền vững chứa halogen, trang 50-55, 2015.
Quốc hội Hoa Kỳ, Văn phòng đánh giá công nghệ; Làm sạch các khu vực xử lý gỗ bị ô nhiễm, OTA-BP-ENV-164, trang 29-39, 1995.
US EPA; Vấn đề kỹ thuật: Phương pháp thay thế công nghệ để xử lý đất và trầm tích nhiễm PCB, EPA-600-S-13/079, trang 1-40, 2013.
Khan, F. I., Husain, T., và Hejazi, R.; Tổng quan và phân tích các công nghệ xử lý ô nhiễm khu vực, Tạp chí Quản lý Môi trường, 71, trang 95-122, 2004.
Kulkarni, P., S., Crespo, J., G., và Afonso, C., AM; Nguồn dioxin và các công nghệ xử lý hiện nay - Đánh giá, Môi trường quốc tế, 34, trang139-153, 2008.
EPA Hoa Kỳ; Công nghệ xử lý khu vực sáng tạo, tẩy rửa đất, EPA-542-B-93-012, 1993.
EPA Hoa Kỳ; Hướng dẫn về tẩy rửa đất, EPA-542-F-96-002, trang 1-4, 1996.
EPA Hoa Kỳ; Hướng dẫn về tẩy rửa đất, EPA-542-F-01-008, trang 1-2, 2001.
EPA Hoa Kỳ; Hướng dẫn về đốt, EPA-542-F-12-010, trang 1-2, 2012.
EPA Hoa Kỳ; Hướng dẫn về hấp thu nhiệt, EPA-542-F-12-020, trang 1-2, 2012.
EPA Hoa Kỳ; Hướng dẫn xử lý nhiệt tại chỗ, EPA-542-F-12-013, trang 1-2, 2012.
Mitsuo MOURI, Shinichi OZAKI, Masashi TANAKA
Tổng Công ty SHIMIZU, Nhật Bản
Akihiko OHASHI, Yasuhiro SHIMIZU
Công ty TNHH SHIMIZU Việt Nam
(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường số 12 - 2015)
