TS. NGUYỄN XUÂN QUANG - VIỆN KHCN NHIỆT ĐIỆN LẠNH (ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI)
Kinh nghiệm từ thế giới
Sự thiêu hủy rác thải đô thị được tồn tại ở châu Âu từ những năm 1930 nhằm 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, tuy nhiên điều đó đồng nghĩa với việc thời gian sử dụng của bãi chôn lấp chất thải sẽ tăng lên 10 lần. Đồng thời, chất thải là chất vô cơ không gây ra các hậu quả ô nhiễm khác như mùi, nước rỉ rác và trở thành khu vực dễ phát triển các vi khuẩn gây bệnh như rác thông thường. Bảng 1 cho ta thấy tình hình xử lý rác bằng thiêu hủy ở một số nước trên thế giới.

Các loại hình lò đốt rác được sử dụng cũng bao gồm nhiều loại với các phương thức đốt khác nhau như: lò đốt hở thủ công, lò đốt một cấp, lò đốt nhiểu cấp, lò đốt thùng quay, lò đốt tầng sôi, lò đốt nhiều tầng, lò đốt kiểu nhiệt phân, lò đốt kiểu khí hóa.
Việc xử lý rác thải thành năng lượng (Waste to Energy) đã tồn tại từ lâu ở các nước phát triển do lượng nhiệt sinh ra từ quá trình đốt rác có thể sử dụng để sản xuất hơi nước, hay nước nóng trong các lò hơi phục vụ cho nhu cầu sưởi ấm ở các nước ôn đới, còn để phát điện thì muộn hơn nhiều. Một số sáng chế nộp đơn đăng ký bản quyền từ đầu những năm 1980 cho việc đốt chất thải phát điện. Khoảng đầu những năm 2000, những lò đốt rác và những trung tâm xử lý rác lớn ra đời và phát triển mạnh hơn với lượng rác đốt lớn để có thể sản xuất hơi quá nhiệt để làm quay tua bin cho sản xuất điện.
Vậy công nghệ đốt rác phát điện hoạt động thế nào? Chúng ta hãy xem quy trình cơ bản của một mô hình đốt rác phát điện:

 

Thu gom và phân loại rác.
Việc thu gom và phân loại rác thải là vấn đề quan trọng để xử lý rác hiệu quả. Đặc điểm chung của rác thải là tính chất đa dạng với nhiều loại hình từ kim loại, mảnh sành sứ, rác thải hữu cơ từ thực phẩm, giấy, nilon và các sản phẩm cao su, plastic và nhiều khi có cả đất đá nữa. Trong các thành phần rác thải như vậy, việc thu gom và đốt rác sẽ gặp các vấn đề sau:
1/ Nếu rác thải có quá ít thành phần cháy được hoặc rác quá ẩm, việc đốt rác là không khả thi vì lượng nhiệt sinh ra không đủ cho quá trình cháy tiếp diễn lâu dài. Điều này thường xảy ra với những khu vực có nhiều lượng rác hữu cơ.
2/ Thành phần rác có chứa nhiều nilon hay các hợp chất nhựa, thực phẩm dạng thịt, cao su, vải vụn, pin, vv... thì hàm lượng chất cháy nhiều hơn, nhưng thường có những phát thải độc hại có tính axit cao và những phát thải Furan, Dioxin, hơi chì gây độc hại cho môi trường.
3/ Thành phần rác thải chứa nhiều cục lớn, cứng, cồng kềnh gây khó khăn trong việc chuyên chở, phân loại loại bỏ.
4/ Việc thu gom và tập kết rác thải luôn gây ô nhiễm mùi khiến cho người lao động, các hộ dân sống gần nơi tập kết cũng như nhà máy xử lý chịu ảnh hưởng trực tiếp và trong nhiều trường hợp sẽ phát sinh những phản đối mạnh mẽ.
Chế biến rác thải thành nhiên liệu. Với đặc tính rác thải đa dạng như vậy, việc chế biến rác thải thành nhiên liệu bao gồm các công đoạn sau:
1/ Phân loại thành phần rác thải thành dạng cháy được bao gồm có các loại giấy, nilon, cao su, vv...; dạng hữu cơ ngâm ủ được bao gồm các loại phế thải rau, củ, quả và thực phẩm thừa, dạng chất trơ không cháy được bao gồm các loại đất đá, sành sứ, vật liệu xây dựng, vv... Việc phân loại này chỉ có thể thực hiện một cách tương đối với các hệ thống máy phân loại hiện nay.
2/ Các hợp chất cháy được có thể được tách ra cho ráo nước để sấy khô, nghiền, chế biến thành các viên nhiên liệu hoặc đốt luôn tùy theo dạng công nghệ sử dụng.
3/ Các hợp chất hữu cơ có thể đem chôn lấp đúng kỹ thuật, hoặc ngâm ủ để sản sinh khí sinh học CH4 và sau đó đốt khí này trong lò hơi.
4/ Các chất trơ có thể đem chôn lấp.
Việc phân loại cũng có thể tách ra các chất, vật liệu có khả năng tái sử dụng, hoặc tái chế như nhựa, nilon, các loại kim loại để bán.
Đốt rác trong lò hơi để sản xuất hơi nước quá nhiệt.
Việc đốt rác cần được thực hiện trong lò đốt rác đảm bảo các tiêu chuẩn theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về lò đốt chất thải rắn sinh hoạt QCVN61-MT: 2016/BTNMT, hoặc các quy chuẩn chuyên biệt khác cho rác thải công nghiệp, hay rác thải y tế.
Điều đáng chú ý là quá trình cháy sinh ra một lượng nhiệt nhất định, vì thế có thể tận dụng lượng "nhiệt thừa" này để biến thành năng lượng sử dụng cho các mục đích khác nhau như sấy, sưởi và các ứng dụng nhiệt năng trong công nghiệp. Tuy nhiên, do rất khó khăn để có được các ứng dụng nhiệt năng này gần khu vực tập kết rác thải nên sản xuất điện năng sẽ là ứng dụng mang tính thực tế cao nhất có thể triển khai.
Đối với mục tiêu sản xuất điện thì năng lượng sản xuất ra sẽ ở dạng hơi nước quá nhiệt. Như vậy lò đốt rác trong trường hợp này sẽ là một lò hơi sản xuất hơi quá nhiệt có khu vực buồng đốt đáp ứng được yêu cầu của một lò đốt rác thải sinh hoạt theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia của Việt Nam.
  
Các lò hơi đốt rác có các kết cấu kim loại chịu áp lực nên cũng rất dễ bị ăn mòn trong môi trường khói thải từ rác có nhiều hơi axit, đồng thời, nhiều thành phần khí thải độc hại sinh ra trong quá trình đốt các loại nhiên liệu đa thành phần nên hệ thống xử lý khói thải của lò đốt rác hết sức phức tạp và đắt tiền. Điều này dẫn tới chi phí đầu tư cho một hệ thống đốt rác phát điện, cũng như vận hành nó đắt đỏ hơn những hệ thống xử lý và đốt rác thông thường.
Ngoài ra, do đặc tính nhiên liệu của rác là kém và không ổn định nên các lò đốt rác thường xuyên phải đốt dầu kèm để duy trì nhiệt độ ổn định trong lò. Dầu là loại nhiên liệu đắt tiền nên việc đốt kèm dầu với lượng lớn sẽ làm tăng chi phí xử lý rác thải.