Solid waste

ภาควิชาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม           คณะวิทยาศาสตร์           มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์           


................

 

.........................บทที่ 1บทที่ 2บทที่ 3บทที่ 4บทที่ 5บทที่ 6บทที่ 7

 

 


            กระบวนการใช้ความร้อน (thermal processing) เป็นกระบวนการเปลี่ยนรูปขยะกระบวนการหนึ่งโดยมีหลักการคือเพื่อเปลี่ยนรูปขยะให้ได้ผลผลิตที่อยู่ในสถานะของแข็ง ของเหลวและก๊าซ ในขณะที่เกิดกระบวนการเปลี่ยนรูป มีการปลดปล่อยพลังงานออกมา จุดประสงค์ของกระบวนการใช้ความร้อนที่นำมาใช้กับขยะมีดังนี้

(1)    เพื่อลดปริมาตรขยะ (volume reduction)

(2)    เพื่อการนำกลับคืนมาของพลังงาน (energy recovery)

(3)    เพื่อทำลายหรือเปลี่ยนรูปสาร (destruction or alternation of chemicals)

(4)    เพื่อทำลายเชื้อโรค (destruction of pathogens)


  ประเภทของกระบวนการใช้ความร้อน

(1) การเผาไหม้อากาศสมมูล (stoichiometric combustion) เป็นกระบวนการเผาไหม้ที่ต้องการออกซิเจนปริมาณพอดี เพื่อให้เกิดการเผาไหม้อย่างสมบูรณ์

(2) การเผาไหม้แบบอากาศเกินพอ (excess-air combustion) เป็นกระบวนการเผาไหม้ที่ต้องการออกซิเจนปริมาณมากกว่า stoichiometric combustion

(3) ระบบการเกิดก๊าซ (gasification system) เป็นกระบวนการเผาไหม้เพียงบางส่วน ผลผลิตที่ได้ประกอบด้วย คาร์บอนมอนนอกไซด์ (CO) ไฮโดรเจน (H2) และไฮโดรคาร์บอน (hydrocarbons)

(4) ระบบไพโรไลซิส (pyrolysis system) เป็นกระบวนการเผาไหม้ที่ไม่ใช้ออกซิเจน (complete absence of O2)


  เตาเผาขยะ (incinerator)

จุดประสงค์หลักของการเผาขยะ

เพื่อลดปริมาณขยะ และเพื่อให้ได้พลังงานความร้อนกลับมาใช้ใหม่

ประโยชน์ที่ได้จากเตาเผา ได้แก่

            (1) ลดปริมาณ และน้ำหนักของขยะ โดยเฉพาะของแข็งที่มีขนาดใหญ่เทอะทะ ที่มีค่าความ สามารถ ในการเผาไหม้สูง ช่วยลดปริมาณขยะที่ต้องนำไปทิ้งในหลุมฝังกลบได้ถึง 90 % และ ลดน้ำหนักขยะได้ 75%

            (2) ทำลายของเสียบางอย่างและใช้ในการลดพิษ (detoxification) ได้ ทำให้อยู่ในรูปง่ายต่อการที่จะไปบำบัดขั้นสุดท้ายต่อไป เช่นสารก่อมะเร็งที่เผาไหม้ได้ วัสดุที่ปนเปื้อนด้วยเชื้อโรค สารอินทรีย์ที่เป็นพิษ หรือสารที่ออกฤทธิ์ทางชีววิทยาที่อาจมีผลเสียต่อการบำบัดของเสียในขั้นตอนต่อไป

(3) ทำลายองค์ประกอบประเภทอินทรีย์ของขยะ ที่สามารถย่อยสลาย ด้วยกระบวนการทางชีววิทยา ที่ก่อให้เกิดก๊าซเมื่อนำไปฝังกลบได้แก่ก๊าซมีเทนปล่อยออกสู่บรรยากาศ

            (4) การนำพลังงานกลับมาใช้ได้อีกจากขยะอินทรีย์ที่มีค่าความร้อน (calorific value) เพียงพอ

            (5) ทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล เป็นผลดีตามมาที่ช่วยแก้ปัญหาก๊าซเรือนกระจก (greenhouse gases)

            หลักการของเตาเผาขยะ

เป็นกระบวนการทางเคมีที่ออกซิไดซ์วัสดุอย่างรวดเร็ว มีลำดับขั้นตอนที่เกิดขึ้นในกระบวนการดังนี้

(1) ขยะถูกทำให้แห้งเนื่องจากเกิดการระเหยของความชื้นที่มีอยู่ในขยะ

(2) เกิดการระเหยของสารประกอบอินทรีย์

(3) เมื่อมีออกซิเจนจะเกิดการติดไฟของสารระเหย

            (4) ผลผลิตที่ได้คือก๊าซเผาไหม้ที่มีอุณหภูมิสูงได้แก่ไนโตรเจน ออกซิเจน และไอน้ำ รวมทั้งกากที่ไม่ไหม้ไฟได้แก่เถ้าและพลังงานความร้อน            

ค่าความร้อน (heat value หรือ fuel value) ค่าความร้อนของขยะที่เผาไหม้แบ่งได้เป็น 2 ชนิด คือ

(1)       Higher Heat Value (HHV) หรือ gross heat value

(2)       Lower Heat Value (LHV) หรือ net heat value 
 

ปัจจัยที่มีผลทำให้ค่าความร้อนลดลง ได้แก่

(1)    ปริมาณความชื้น (moisture content)

(2)    ปริมาณของวัตถุที่เผาไหม้ได้ (combustible materials)

(3)     ปริมาณเถ้า (ash content 

ชนิดของขยะที่นำมาเป็นเชื้อเพลิง (solid waste fuel) ได้แก่

      (1) ขยะผสม (commingled solid waste) เรียกว่าเชื้อเพลิงมวลขยะ (mass-fire fuel)

      (2) ขยะที่ผ่านกระบวนการแยกมาแล้ว (processed solid waste) เรียกว่าเชื้อเพลิงขยะอนุพัทธ์ (refused-derived fuel, RDF-fired fuel)           

ประเภทของเตาเผาขยะแบ่งตามชนิดของขยะที่นำมาเป็นเชื้อเพลิง ได้แก่

1. การเผาไหม้มวลขยะ (mass-fired combustion)

 

ภาพที่ 6-1 ระบบของกรับ (grate systems) ที่ใช้ในเตาเผามวลขยะเทศบาล (mass-fired MWS

                combustor) (a) Martin grate (b) Dusseldorf grate

           ที่มา: Tchobanoglous et al. (1993) 

ภาพที่ 6-2 ระบบเผาไหม้มวลขยะ (mass-fired combustion) ที่มีเตาเผาทนความร้อนสูงมีการป้อน

          ขยะอย่างต่อเนื่อง (refractory-lined furnace) โดยมีที่เติมเชื้อเพลิงเป็นตะกรับเคลื่อนที่ได้

          (traveling-grate stokers)

         ที่มา: Rhyner et al. (1995)

2. การเผาไหม้เชื้อเพลิงขยะอนุพัทธ์ (RDF-fired combustion)

 

ภาพที่ 6-3 ภาพตัดขวางของ RDF-fired combustor ที่มีตะกรับชนิดเคลื่อนที่ (traveling grate stoker)

ที่มา: Tchobanoglous et al. (1993)

           

3. ระบบการเผาไหม้แบบชั้นฟลูอิดไดซ์ (fluidized Bed Combustion, FBC)

 

ภาพที่ 6-4 ระบบ FBC สำหรับเผา refuse-derived fuel

ที่มา: Tchobanoglous et al. (1993)

 

            4. ระบบการนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ (energy recover systems)

            (1) พลังงานในรูปไอน้ำ (steam) ที่ใช้ในกระบวนการในโรงงานอุตสาหกรรมหรือการให้ความร้อนในอาคาร ใช้กับกังหันไอน้ำ (steam turbine) เพื่อสร้างพลังงานกลหรือพลังงานไฟฟ้า

(2) พลังงานในรูปก๊าซและของเหลวเช่นเครื่องกลเชื้อเพลิง (fuel engine) กังหันก๊าซ (gas turbine) หรือการใช้ต้มหม้อต้ม (boiler)เพื่อให้เกิดไอน้ำ  

 

ภาพที่ 6-5 ภาพตัดขวางของเตาเผาประเภท water-wall mass-fired ใช้ในการผลิตพลังงานจากขยะเทศบาล

ที่มา: Tchobanoglous et al. (1993)


  ระบบการควบคุมด้านสิ่งแวดล้อม (environmental control systems)

(1) ก๊าซและอนุภาคที่ปลดปล่อย (gaseous and particulate emissions)

1)      ไนโตรเจนออกไซด์ (Nitrogen Oxides,NOX, NO, NO2)

2)      ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (Sulfur dioxide, SO2)

3)      คาร์บอนมอนนอกไซด์ (Carbon monoxide, CO)

4)      อนุภาคฝุ่น (Particulate Matter, PM)

5)      โลหะ (Metals)

6)      ก๊าซที่มีฤทธิ์เป็นกรด (Acid gases)

7)      ไดออกซินและ furans 

(2) กากของแข็ง (solid residues) ที่เกิดจากกระบวนการเผาไหม้แบ่งเป็น

1)      เถ้าก้นเตา (bottom ash)

2)      เถ้าลอย (fly ash)

3)      สิ่งที่ได้จากการเครื่องชะจับ (scrubber products)

(3) ของเหลวที่ปล่อยออกมาจากระบบ (liquid effluents)


  ระบบการควบคุมมลพิษทางอากาศ (air pollution control systems)

            เครื่องมือที่ใช้ควบคุมอนุภาคฝุ่น

            (1) เครื่องดักจับอนุภาคฝุ่นด้วยไฟฟ้าสถิต (electrostatic precipitators, ESPs)

ESP มีความสามารถในการกำจัดอนุภาคฝุ่นที่มีขนาดเล็ก (fine) มีขนาดเล็กกว่า 10 mm และขนาดเล็กมาก (very fine) มีขนาดเล็กกว่า 2 mm กลไกที่ใช้ในการกำจัดคือการดึงดูดด้วยไฟฟ้าสถิต (electrostatic attraction) กระแสไฟที่ให้เป็นประเภทไฟฟ้าแรสูง (high negative voltage) 20,000 ถึง 100,000 volts ESP มีประสิทธิภาพในการกำจัดอนุภาคที่มีขนาดเล็กได้ 99.8 % สำหรับอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากได้ 93 %การกำจัดอนุภาคฝุ่นที่เก็บได้ออกจากเครื่อง ESP โดยใช้แรงเขย่า 

 

ภาพที่ 6-6 ESP ใช้ในการกำจัดอนุภาคฝุ่นจากเตาเผาขยะชุมชน

ที่มา: Tchobanoglous et al.(1993)

 

(2) ถุงกรอง (fabric filters)

การนำถุงกรองมาต่อขนานกันในห้องเครื่อง (housing) อนุภาคในก๊าซหลังการเผาไหม้ปล่อยออกมา จะถูกจับไว้รวมตัวกันเป็นแผ่นของฝุ่น (dust bed) ที่ผิวหน้าของถุงกรองซึ่งสามารถกรองอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากถึง 0.1 mm เมื่อเกิดความดันต่ำลง (pressure drop) เนื่องจากแผ่นของฝุ่นที่หนามากขึ้น จึงกำจัดเอาฝุ่นออกจากแผ่นกรองซึ่งมีหลายวิธี เช่นนำไปเขย่า การใช้ลมเป่ากลับและ pulse jet

 

ภาพที่ 6-7  Baghouse ที่มีถุงกรองสำหรับกำจัดอนุภาคฝุ่นจากเตาเผาขยะชุมชน

ที่มา: Tchobanoglous et al.(1993)

 

            (3) electrostatic gravel bed filter

            เป็นตัวกรองที่รวมอุปกรณ์ทั้งด้าน ESP กับกระบวนการกรองไว้ด้วยกัน มักใช้กับเตาเผาที่ใช้ไม้เป็นเชื้อเพลิง (wood-burning furnace)

 

            เครื่องมือควบคุมก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (NOx)

1) fuel NOx แนะนำให้แยกขยะอาหารและขยะจากการตัดสนามหญ้าและสวน (yard waste) ซึ่งมีไนโตรเจนอินทรีย์เป็นองค์ประกอบ

2) thermal NOx ควบคุมที่กระบวนการเผาไหม้ (combustion control) หรือนำเอา flue gas มาบำบัด
 

เครื่องมือควบคุมก๊าซที่มีฤทธิ์เป็นกรด

            วิธีทีควบคุมก๊าซที่มีฤทธิ์เป็นกรด ได้แก่

1. การคัดแยกขยะที่มีคลอรีนเป็นองค์ประกอบออก ณ แหล่งกำเนิดขยะ

2. ใช้เครื่องมือชะจับก๊าซหลังเผาไหม้ (flue gases) ชนิดเปียก (wet scrubber) สารที่ใช้เป็นเครื่องชะจับ (scrubber) ที่ใช้ได้แก่สารละลายปูนขาว (lime solution) บรรจุในเครื่องชะจับเวนจูรี (venturi scrubber) (ภาพที่ 50) ก่อนอื่นต้องทำให้ก๊าซหลังเผาไหม้เย็นลงมีอุณหภูมิประมาณ 90° F ก่อนที่จะให้ผ่านไปยังเครื่องชะจับ เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของการชะจับ จึงให้ความร้อนให้ก๊าซอีกครั้งเป็นการเพิ่มแรงลอยตัว (buoyancy) ก่อนปล่อยออกไปที่ปล่อง (stack) วิธีนี้ให้ประสิทธิภาพในการกำจัด HCl 89-98%, HF 84-96% และ SO2 55-79%

3. ใช้เครื่องมือชะจับก๊าซหลังเผาไหม้ (flue gases) ชนิดแห้งเปียก (dry scrubber) การดักจับแบบแห้ง มี 2 เทคนิคคือ

(1)       spray drying

(2)       dry injection 

เครื่องมือควบคุมคาร์บอนมอนนอกไซด์และไฮโดรคาร์บอน

วิธีแก้ไขควรจะทำระบบให้มีอากาศมากเกินพอ โดยควบคุมให้ใกล้กับปริมาณสมดุลไม่เช่นนั้นจะเป็นสาเหตุของการเกิดการปล่อยไนโตรเจนออกไซด์ออกมาจากระบบ วิธีที่นิยมใช้ในปัจจุบันคือการเฝ้าตรวจการปลดปล่อยอย่างต่อเนื่อง (Continuous Emission Monitoring, CEM) ซึ่งเป็นเฝ้าตรวจปริมาณคาร์บอนมอนนอกไซด์และออกซิเจนในอากาศที่มากเกินพอ 

เครื่องมือควบคุม ไดออกซิน furans และโลหะ

หลักในการควบคุมไดออกซิน furans และโลหะมีดังนี้คือ

(1) คัดแยกขยะที่แหล่งกำเนิด เช่น แยกขยะแบตเตอรี่ ซึ่งมีปรอท และแคดเมี่ยม เป็นส่วน ประกอบอยู่ ขยะพลาสติกซึ่งมีอาจคลอรีนเป็นส่วนประกอบ

(2) ควบคุมกระบวนการเผาไหม้

(3) ควบคุมอนุภาคฝุ่น


  การควบคุมกระบวนการเผาไหม้ (combustion control)

ในกระบวนการเผาไหม้ พารามิเตอร์ที่มีค่าความสัมพันธ์สูงต่อการปลดปล่อยการปลดปล่อยไดออกซิเจนและfurans ได้แก่

(1)       อุณหภูมิของการเผาไหม้

(2)       เวลาที่ขยะถูกเผาอยู่ในระบบ (residence time)


 
 CopyRight @ 2004 Environmental Science Kasetsart University. All rights Reserved. :•: Contact Webmaster :  TheGarg