Nghiên cứu xử lý tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt - xỉ lò cao thành geopolymer.

Nghiên cứu xử lý tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt - xỉ lò cao thành geopolymer.Nghiên cứu xử lý tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt - xỉ lò cao thành geopolymer.Nghiên cứu xử lý tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt - xỉ lò cao thành geopolymer.Nghiên cứu xử lý tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt - xỉ lò cao thành geopolymer.Nghiên cứu xử lý tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt - xỉ lò cao thành geopolymer.Nghiên cứu xử lý tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt - xỉ lò cao thành geopolymer.Nghiên cứu xử lý tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt - xỉ lò cao thành geopolymer.Nghiên cứu xử lý tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt - xỉ lò cao thành geopolymer.Nghiên cứu xử lý tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt - xỉ lò cao thành geopolymer.Nghiên cứu xử lý tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt - xỉ lò cao thành geopolymer.Nghiên cứu xử lý tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt - xỉ lò cao thành geopolymer.Nghiên cứu xử lý tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt - xỉ lò cao thành geopolymer.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Hoàng Thị Phượng NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TRO XỈ LÒ ĐỐT RÁC THẢI SINH HOẠT – XỈ LÒ CAO THÀNH GEOPOLYME LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Hoàng Thị Phượng NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TRO XỈ LÒ ĐỐT RÁC THẢI SINH HOẠT – XỈ LỊ CAO THÀNH GEOPOLYME Chun ngành: Kỹ thuật mơi trường Mã số: 8520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn 1: PGS.TS Đào Ngọc Nhiệm Hướng dẫn 2: TS Phạm Ngọc Chức Hà Nội – 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung trình bày luận văn trung thực, chưa sử dụng hồn tồn khơng có chép sử dụng kết đề tài nghiên cứu khác Những tài liệu sử dụng tham khảo luận văn có nguồn gốc rõ ràng phép cơng bố Tơi xin chịu trách nhiệm với cơng trình nghiên cứu Hà Nội, ngày 17 tháng 05 năm 2022 Học viên thực Hoàng Thị Phượng ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng kính trọng lòng biết ơn sâu sắc tới hai giảng viên hướng dẫn tôi, PGS.TS Đào Ngọc Nhiệm TS Phạm Ngọc Chức, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam, Người định hướng, trực tiếp dẫn dắt cố vấn cho suốt thời gian thực luận văn thạc sĩ Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học Công nghệ, Khoa Công nghệ môi trường tạo điều kiện cho học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn giảng thầy, cô khoa Công nghệ môi trường – Học viện KHCN giúp cho mở mang thêm nhiều kiến thức hữu ích chun mơn lĩnh vực học tập nghiên cứu Một lần nữa, xin gửi lời cảm ơn đến q thầy tất lịng biết ơn Xin chân thành cảm ơn cán nhân viên Phịng Vật liệu vơ – Viện Khoa học vật liệu, lãnh đạo Phịng Phân tích độc chất môi trường – Viện CNMT, đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, mã số VAST03.06/21-22 tạo điều kiện tối đa việc hộ trợ chun mơn, kinh phí, tạo điều kiện thời gian trang thiết bị để hồn thành luận văn thạc sĩ Sau cùng, tơi xin tỏ lịng biết ơn đến gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp phòng Phân tích độc chất mơi trường – Viện Cơng nghệ môi trường bên cạnh ủng hộ, động viên tơi sống thời gian hồn thành luận văn thạc sĩ Xin chân thành cảm ơn tất người! iii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN 1.1.1 Hiện trạng phát thải xử lý rác thải sinh hoạt nước 1.1.2 Tổng quan tình hình phát thải giải pháp quản lý, sử dụng tro xỉ lò cao 13 1.2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ TẠO VẬT LIỆU GEOPOLYMER TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 21 1.2.1 Tình hình nghiên cứu chế tạo geopolymer giới 22 1.2.2 Tình hình nghiên cứu chế tạo geopolyme Việt Nam 25 1.3 NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG TRO XỈ LÒ ĐỐT RÁC THẢI SINH HOẠT VÀ XỈ LÒ CAO NHÀ MÁY LUYỆN THÉP TẠI VIỆT NAM 29 1.3.1 Nghiên cứu đánh giá chất lượng tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt 29 1.3.2 Nghiên cứu đánh giá chất lượng xỉ lò cao 32 CHƯƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ HÓA CHÂT 34 2.1.1 Nguyên vật liệu 34 2.1.2 Dụng cụ hoá chất 34 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.2.1 Xác định SiO2 35 2.2.2 Xác định hàm lượng sắt (Fe) mẫu 36 2.2.3 Xác định lưu huỳnh 37 2.2.4 Xác định hàm lượng CaO MgO 39 2.2.5 Phân tích thành phần kim loại nặng 40 2.2.6 Phân tích thành phần pha phương pháp nhiễu xạ tia X 40 2.2.7 Phương pháp dùng kính hiển vi soi 41 2.2.8 Phương pháp đánh giá vật liệu chế tạo 42 iv 2.3 QUY TRÌNH CHẾ TẠO GEOPOLYMER 42 2.3.1 Tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt 42 2.3.2 Xỉ lò cao 42 2.3.3 Dung dịch hoạt hóa 42 2.3.4 Phương pháp tạo mẫu 42 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46 3.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT TRO XỈ TRONG MẪU NGHIÊN CỨU 46 3.1.1 Phân tích thành phần pha 46 3.1.2 Phân tích hàm lượng nguyên tố phương pháp hóa học 47 3.1.3 Phân tích thành phần số kim loại nặng nguyên vật liệu50 3.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO GEOPOLYMER TRÊN NỀN XỈ LÒ CAO VỚI TRO XỈ LÒ ĐỐT RÁC SINH HOẠT 51 3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ tro xỉ lò đốt rác sinh hoạt (DWS) xỉ lò cao (BFS) đến cường độ nén 51 3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng dung dịch kiềm đến cường độ nén 53 3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch NaOH Na2SiO3 đến cường độ chịu nén 54 3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ đến cường độ chịu nén 56 3.3 ĐÁNH GIÁ ĐỘ THÔI NHIỄM KIM LOẠI NẶNG CỦA GEOPOLYMER CHẾ TẠO 57 Kết luận vÀ kiến nghị 62 Danh mục công trình cơng bố liên quan tới luận văn tác giả 65 TÀi liệu tham khảo 65 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Một nhà máy đốt rác Singapore (ảnh: JDC) Hình 1.2 Ảnh dây chuyển sản xuất xi măng từ xỉ lị cao sản phẩm S95 17 Hình 1.3 Xử lý xỉ lò cao làm phụ gia xi măng 18 Hình 1.4 Mơ hình lị đốt rác thải sinh hoạt 30 Hình 2.1 Kính hiển vi soi SZM7045T – B1 41 Hình 2.2 Quy trình chế tạo geopolymer 43 Hình 2.3 Sơ đồ phương pháp nghiên cứu chế tạo Geopolymer 44 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu xỉ nhà máy thép Việt – Trung 46 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu xỉ lò đốt rác Đồng Văn, Hà Nam 47 Hình 3.3 Mẫu với tỉ lệ DWS:BFS (a) 4:1; (b) 7:3; (c) 3:2; (d) 2:3 qua kính hiển vi với độ phóng đại 40x 52 Hình 3.4 Ảnh hưởng nồng độ NaOH đến cường độ chịu nén 54 Hình 3.5 Ảnh hưởng tỷ lệ NaOH:Na2SiO3 đến cường độ chịu nén 55 Hình 3.6 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ đến cường độ chịu nén 56 Hình 3.7 Vật liệu geopolymer chế tạo từ tro xỉ nhà máy đốt rác xỉ lị cao 57 Hình 3.8 Đồ thị biểu diện phụ thuộc hàm lượng kim loại theo thời gian 59 Hình 3.9 Kết phân tích độ thơi nhiễm hàm lượng kim loại Cr, Cd, Pb, As, Ni, Hg geopolymer nhiễm so với QCVN 40:2011/BTNMT 60 Hình 3.10 Kết phân tích hàm lượng kim loại nặng Zn, Cu geopolymer nhiễm so với QCVN 40:2011/BTNMT 61 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học xỉ gang lị cao, xỉ thép lò chuyển điện 14 Bảng 1.2 Lĩnh vực sử dụng xỉ gang xỉ thép nước châu Âu Nhật Bản 15 Bảng 1.3 Thành phần hạt xỉ luyện kim 20 Bảng 1.4 Thành phần hóa học số xỉ luyện kim 21 Bảng 1.5 Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông vữa xây 31 Bảng 1.6 Yêu cầu kỹ thuật xỉ hạt lò cao nghiền mịn 33 Bảng 3.1 Thành phần tro xỉ thải nhà máy đốt rác Đồng Văn Hà Nam 48 Bảng 3.2 Thành phần xỉ thải nhà máy Việt - Trung 49 Bảng 3.3 Thành phần số kim loại nặng độc hại nguyên vật liệu 50 Bảng 3.4 Tỷ lệ thành phần cấp phối cho mẫu nghiên cứu 51 Bảng 3.5 Ảnh hưởng tỷ lệ DWS:BFS đến cường độ nén dưỡng hộ nhiệt độ phòng 52 Bảng 3.6 Cường độ chịu nén geopolymer theo nồng độ NaOH(M) 53 Bảng 3.7 Cường độ chịu nén geopolymer theo tỉ lệ dung dịch NaOH 10M: Na2SiO3 (ml:ml) 54 Bảng 3.8 Cường độ chịu nén geopolymer theo thời gian 56 Bảng 3.9 Hàm lượng kim loại nhiễm theo thời gian 58 Bảng 3.10 So sách chất ô nhiễm từ dịch chiết theo QCVN 40:2011/BTNMT 60 vii DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT CTRSH Chất thải rắn sinh hoạt CTR Chất thải rắn WHO Tổ chức Y tế Thế giới WB Ngân hàng giới (World bank) IUCN Liên minh Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế EAF Electric arc furnace (lò điện hồ quang) CC Continuous casting (Đúc liên tục) BOF Basic oxygen furnace (Lò oxy bản) BF Blast furnace (Lò cao) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN Quy chuẩn Việt Nam BTNMT Bộ Tài Nguyên Môi trường DWS Domestic waste slag (Tro xỉ thải sinh hoạt) BFS Blast furnace slag (Xỉ lò cao) BS EN British Standards (Tiêu chuẩn Anh) MỞ ĐẦU Q trình thị hóa, đại hóa với việc tăng trưởng kinh tế nhanh chóng với số lượng ngành sản xuất kinh doanh, khu công nghiệp dịch vụ đô thị ngày pháp triển tạo dịng di cư từ nơng thôn thành thị Phát triển kinh tế đô thị hóa mặt tạo hàng triệu việc làm cho người lao động, nhiên mặt khác tạo nên sức ép môi trường, làm tăng lượng chất thải rắn phát sinh, đặc biệt chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) Tại đô thị chiếm đến 50% tổng lượng CTRSH nước, tăng từ 32.000 tấn/ngày năm 2014 lên 35.624 tấn/ngày năm 2019 [1] Việc tận dụng nguồn thải phát sinh từ ngành công nghiệp để tái chế làm nguyên liệu đầu vào cho ngành công nghiệp khác giới Việt Nam quan tâm Trong việc tái chế chất thải công nghiệp chất thải sinh hoạt để làm vật liệu xây dựng giải pháp giảm ô nhiễm môi trường tạo giá trị kinh tế cho lĩnh vực xây dựng Chất thải rắn sinh hoạt thải từ hoạt động kinh doanh thương mại, dịch vụ, chợ dân sinh, trường học, từ cơng trình xây dựng hoạt động cộng đồng Với mức sống ngày tăng cao nguyên nhân làm gia tăng lượng rác thải Ở Ấn Độ khoảng 80.000 chất thải rắn tạo hàng ngày trung tâm đô thị [2] Theo kết báo cáo trạng môi trường Quốc gia, Việt Nam chất thải rắn năm 2017 cho thấy lượng chất thải rắn sinh hoạt thị phát sinh tồn quốc tăng trung bình 10 - 16%, tổng số chất thải rắn thải thị chất thải rắn sinh hoạt chiếm tới 60 - 70% [3] Chất thải rắn không xử lý phù hợp, cách gây ô nhiễm môi trường khơng khí (mùi khí khác CH4, H2S, NH3, chất hữu dễ bay hơi,…), môi trường nước (tắc nghẽn sông, hồ, lan truyền dịch bệnh, ảnh hưởng tới sinh vật thuỷ sinh, thay đổi thành phần chất có nước,…), đất (thay đổi thành phần tính chất đất, giảm độ phì nhiêu, làm cho đất bị chua,…) ảnh hưởng tới sức khỏe người Ở quốc gia phát triển chất thải rắn phân loại nguồn thực nghiêm ngặt theo nguyên tắc 3RVE (giảm thiểu, sử dụng lại, tái sinh 53 Hình cho thấy mẫu có tượng bị lỗ khuyết theo tỷ lệ DWS: BFS 4: 7: độ phóng đại Do đó, cường độ nén mẫu bị giảm Các mẫu theo tỷ lệ DWS: BFS = 3: 2: có bề mặt nhẵn, khơng có lỗ khuyết Tuy nhiên, mẫu có tỷ lệ DWS: BFS = 3: cho tỷ lệ Al:Si cao Ảnh hưởng tỷ lệ DWS:BFS đến cường độ nén mẫu geopolymer theo bảng trên, dưỡng hộ điều kiện thường đo cường độ nén sau 14 ngày cho thấy tỷ lệ DWS:BFS tăng từ 1:4 lên 3:2, cường độ nén tăng dần ảnh hưởng kích thước hạt DWS, BFS tỷ lệ thành phần Si:Al mẫu Ở tỷ lệ DWS:BFS 3:2 cường độ nén đạt 19,9 lớn Điều cho thấy tỷ lệ DWS:BFS 3:2 tỷ lệ Si:Al cao phù hợp với tạo geopolymer Khi tiếp tục tăng tỷ lệ DWS:BFS tỷ lệ Si:Al tăng lên cường độ nén bị giảm Điều bị ảnh hưởng hiệu ứng kích thước việc nén chặt mẫu hỗn hợp geopolymer Hơn nữa, mẫu BFS có lượng lớn CaO để tạo thành gel Ca-Si-H (Calcium-Silicate Hydrate) làm giảm cường độ chịu nén [24] 3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng dung dịch kiềm đến cường độ nén Từ kết nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ DWS:BFS chon tỷ lệ DWS:BFS 3:2 để nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ NaOH đến cường độ chịu nén vật liệu geopolyme Ảnh hưởng nồng độ dung dịch kiềm đến cường độ chịu nén nghiên cứu nồng độ 8; 10; 12; 14 16 M Kết nghiên cứu trình bày bảng 3.6: Bảng 3.6 Cường độ chịu nén geopolymer theo nồng độ NaOH(M) Nồng độ NaOH (M) Độ nén (MPa) 10 12 14 16 16,25 19,98 20,15 20,56 20,81 54 cường độ chịu nén MPa 25 20 15 10 10 12 14 16 nồng độ NaOH (M) Hình 3.4 Ảnh hưởng nồng độ NaOH đến cường độ chịu nén Qua hình nhận thấy nồng độ NaOH ảnh hưởng đến cường độ chịu nén, nồng độ NaOH tăng cường độ chịu nén tăng lên hòa tan SiO2 Al2O3 từ DWS BFS dẫn đến hình thành gel aluminosilicat, tăng cường độ chịu nén [24] Khi nồng độ NaOH cao cường độ chịu nén không tăng đáng kể có tượng dư kiềm bề mặt mẫu sau tạo khn, lựa chọn nồng độ 10M cho thí nghiệm 3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch NaOH Na2SiO3 đến cường độ chịu nén Dung dịch kiềm hoạt hóa bao gồm NaOH Na2SiO3 tham gia vào phản ứng hình thành geopolymer Tỷ lệ NaOH:Na2SiO3 nghiên cứu 0,28; 0,32; 0,36; 0,40; 0,48; tỷ lệ DWS:BFS 3:2 Mẫu đổ khuôn dưỡng hộ 14 ngày điều kiện thường Cường độ chịu nén phân tích tính tốn biểu diễn bảng 3.7 hình 3.7 Bảng 3.7 Cường độ chịu nén geopolymer theo tỉ lệ dung dịch NaOH 10M: Na2SiO3 (ml:ml) NaOH 10M: Na2SiO3 (ml:ml) 0,28 0,32 0,36 0,40 0,48 Độ nén (MPa) 12,22 17,75 19,98 20,21 18,07 55 cường độ chịu nén MPa 25 20 15 10 0,28 0,32 0,36 0,4 0,48 NaOH 10M: Na2SiO3 (ml:ml) Hình 3.5 Ảnh hưởng tỷ lệ NaOH:Na2SiO3 đến cường độ chịu nén Hình cho thấy cường độ chịu nén mẫu tăng tăng tỷ lệ dung dịch kiềm hoạt hóa lên đến 0,40 giảm tỷ lệ 0,48 điều giải thích tham gia phản ứng dung dịch kiềm hoạt hóa với tro bay xỉ lò cao Khi nồng độ tăng từ 0,28 đến 0,4 phản ứng dung dịch kiềm với SiO2 Al2O3 vừa đủ tăng tỷ lệ lên 0,48 dẫn đến dư dung dịch kiềm hoạt hóa, phản ứng đóng rắn chậm dư kiềm Với tỉ lệ dung dịch NaOH:Na2SiO3 = 0,36 cường độ nén 19,9 phù hợp hỗn hợp dung dịch kiềm tác dụng vừa đủ với tro, xỉ để tạo geopolyme tiết kiệm chi phí sản xuất Kết tương tự tác giả [24] Khi nghiên cứu chế tạo geopolyme từ tro đáy xỉ lò cao, người ta thấy tăng tỷ lệ NaOH: Na2SiO3 độ bền nén tăng tốt tỷ lệ 0,5 Khi tỷ lệ NaOH: Dung dịch Na2SiO3 nhỏ 0,36, mẫu có tượng rời rạc phản ứng NaOH với Si Al không thuận lợi dẫn đến giảm cường độ nén Với tỉ lệ NaOH: Na2SiO3 cao dung dịch, NaOH dư dẫn đến thời gian đóng rắn lâu Do thí nghiệm lựa chọn tỷ lệ 0,36 56 3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ đến cường độ chịu nén Để nghiên cứu ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ đến cường độ chịu nén mẫu chế tạo sau: tỷ lệ DWS: BFS = 3:2 NaOH:Na2SiO3 = 0,36; nồng độ NaOH 10M Sau trộn đổ khuôn dưỡng hộ điều kiện thường 7, 14 28 ngày tiến hành đo cường độ chịu nén Kết nghiên cứu thu sau: Bảng 3.8 Cường độ chịu nén geopolymer theo thời gian Thời gian (ngày) 14 28 Cường độ chịu nén (Mpa) 8,68 19,98 26,55 cường độ nén (MPa) 30 25 20 15 10 14 thời gian (ngày) 28 Hình 3.6 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ đến cường độ chịu nén Cường độ chịu nén mẫu geopolyme tăng thời gian dưỡng hộ, thời gian dưỡng hộ ngày cường độ chịu nén đạt 6,86 MPa tăng lên 14 ngày đạt 19,98 MPa đạt 26,55 MPa tăng thời gian dưỡng hộ lên 28 ngày Cường độ chịu nén tăng phản ứng tạo gel polymer NaOH 57 với SiO2 Al2O3, đường thời lượng nước thoát chậm làm tăng độ đặc liên kết vật liệu 3.3 ĐÁNH GIÁ ĐỘ THÔI NHIỄM KIM LOẠI NẶNG CỦA GEOPOLYMER CHẾ TẠO Mẫu geopolymer chế tạo với tỷ lệ DWS:BFS = 3:2 (600g xỉ lò đốt rác sinh hoạt 400g xỉ lò cao), 90 ml NaOH 10M 250ml Na2SiO3 Dưỡng hộ nhiệt độ phịng Hình 3.7 Vật liệu geopolymer chế tạo từ tro xỉ nhà máy đốt rác xỉ lị cao Sau đó, mẫu đem ngâm chiết với tỷ lệ 1:10 (1 thể tích chất rắn vào 10 thể tích nước khử ion) Lấy mẫu theo thời gian đánh giá nhiễm kim loại nặng độc hại Kết phân tích theo thời gian thể bảng 3.9 hình 3.8 58 Bảng 3.9 Hàm lượng kim loại nhiễm theo thời gian Thời gian (ngày) Cr (mg/l) Zn (mg/l) Cu (mg/l) Cd (mg/l) Pb (mg/l As (mg/l) Ni (mg/l) Hg (mg/l) 0,009 0,024 0,017 0,001 0,002 0,0038 0,0092 0,0006 14 0,012 0,098 0,062 0,0003 0,006 0,0063 0,0106 0,0009 28 0,019 0,198 0,176 0,004 0,008 0,0098 0,0112 0,0011 38 0,026 0,245 0,211 0,005 0,013 0,0146 0,0169 0,0033 48 0,037 0,305 0,242 0,009 0,016 0,0198 0,0172 0,0036 58 0,039 0,315 0,265 0,011 0,017 0,0205 0,0195 0,0037 64 0,039 0,315 0,268 0,011 0,017 0,0207 0,0196 0,0037 Để có nhìn tổng qt đồ thị biểu diễn phụ thuộc hàm lượng kim loại vào thời gian hình 3.8 59 0,35 Nồng độ kim loại (mg/l) 0,3 0,25 Cr Zn 0,2 Cu Cd 0,15 Pb As 0,1 Ni Hg 0,05 15 25 35 45 55 65 Thời gian ngâm chiết (ngày) Hình 3.8 Đồ thị biểu diện phụ thuộc hàm lượng kim loại theo thời gian Kết nghiên cứu cho thấy hàm lượng kim loại nặng nhiễm mẫu chế tạo tăng theo thời gian tượng tự nghiên cứu, nhiên nhiễm gần không thay đổi sau khoảng 48 ngày ngâm chiết Hàm lượng kim loại nặng nhiễm phụ thuộc vào hàm lượng ban đầu chúng Có thể thấy hàm lượng nguyên tố Cu, Zn ban đầu cao thơi nhiễm mơi trường lớn Do đó, phân tích tích hàm lượng kim loại nặng độc hại nguyên liệu đầu vào cần thiết nhằm đánh giá mức độ nhiễm kim loại nặng môi trường Nồng độ kim loại nặng độc hại giới hạn cho phép theo quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT Kết nghiên cứu cho thấy sau 64 ngày ngâm chiết vơi mẫu chế tạo theo tỷ lệ xỉ lò đốt rác/xỉ lò cao 3/2 hàm lượng kim loại (bảng 3.10) nằm giới hạn cho phép 75 60 Bảng 3.10 So sách chất ô nhiễm từ dịch chiết theo QCVN 40:2011/BTNMT Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Cr mg/l Zn Nồng độ ngâm chiết QCVN 40:2011/BTNMT Cột A Cột B 0,039 0,05 0,01 mg/l 0,315 3 Cu mg/l 0,268 2 Cd mg/l 0,011 0,05 0,1 Pb mg/l 0,017 0,1 0,5 As mg/l 0,0207 0,05 0,1 Ni mg/l 0,0196 0,2 0,5 Hg mg/l 0,0037 0,005 0,01 0,6 0,5 mg/L 0,4 0,3 0,2 0,1 Cr Nồng độ mẫu Cd Pb QCVN 40:2011/BTNMT Cột A As Ni QCVN 40:2011/BTNMT Cột B Hg Hình 3.9 Kết phân tích độ thơi nhiễm hàm lượng kim loại Cr, Cd, Pb, As, Ni, Hg geopolymer nhiễm so với QCVN 40:2011/BTNMT 61 3,5 Nồng độ mẫu mg/L 2,5 QCVN 40:2011/BTNMT Cột A 1,5 QCVN 40:2011/BTNMT Cột B 0,5 Zn Cu Hình 3.10 Kết phân tích hàm lượng kim loại nặng Zn, Cu geopolymer nhiễm so với QCVN 40:2011/BTNMT Từ kết nghiên cứu cho thấy vật liệu chế tạo từ tro xỉ lò đốt rác xỉ lò cao sử dụng làm vật thứ cấp 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đã khảo sát phân tích thành phần tro xỉ lị đốt rác thải sinh hoạt khu công nghiệp Đồng Văn, Hà Nam xỉ lò cao nhà máy thép Việt – Trung - Khu Công nghiệp Tằng Loỏng Lào Cai cho thấy hàm lượng SiO2 Al2O3, Fe2O3 Cao phù hợp làm nguyên liệu cho trình chế tạo geopolymer Bên cạnh kết phân tích cịn cho thấy hai nguồn nguyên vật liệu đầu vào chế tạo geopolymer có chứa số kim loại nặng độc hại nhiên có hàm lượng crom vượt tiêu chuẩn cho phép, lại nằm ngưỡng cho phép theo QCVN 07:2009/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia ngưỡng chất thải nguy hại) Nghiên cứu tận dụng nguồn tro xỉ lò đốt rác thải xỉ lò cao nhà máy luyện thép để chế tạo vật liệu geopolymer phương pháp kiềm hoạt hoá Dựa kết thí nghiệm thu được, đưa số kết luận chủ yếu sau : Mẫu geopolymer có tỉ lệ DWS:BFS 3:2 cho tỉ lệ Al:Si cao, độ nén đạt 19.9MPa lớn Khi tăng nồng độ NaOH cường độ nén geopolymer tăng, nồng độ NaOH cao tăng cường khả hoà tan SiO2 Al2O3 Tuy nhiên, NaOH cao cường độ chịu nén khơng tăng đáng kể có tượng dư kiềm bề mặt nên NaOH nồng độ 10M thích hợp cho chế tạo geopolymer Tỉ lệ dung dịch NaOH:Na2SiO3 = 0,36-0,4 phản ứng dung dịch kiềm với SiO2 Al2O3 vừa đủ, tiết kiếm đc chi phí sản xuất Tỉ lệ NaOH: Na2SiO3 cao, dung dịch NaOH dư dẫn đến thời gian đóng rắn lâu 63 Cường độ chịu nén geopolymer tăng tăng thời gian dưỡng hộ Cụ thể, độ nén dưỡng hộ ngày đạt 6,86Mpa, tăng lên 14 ngày đạt 19,98MPa đạt 26,55 Mpa tăng thời gian lên 28 ngày Sau 64 ngày ngâm chiết, đánh giá độ nhiễm vật liệu geopolymer chế tạo tro xỉ lò đốt rác thải sinh hoạt xỉ lò cao cho thấy hàm lượng kim loại nặng độc hại nằm giới hạn cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT Kết luận vật liệu geopolymer làm vật liệu xây dựng, khơng ảnh hưởng thứ cấp tới môi trường KIẾN NGHỊ : Cần theo dõi, đánh giá mẫu geopolymer độ tuổi dài ngày để có nhìn tổng qt đặc trưng tính chất mẫu Ngồi ra, số thí nghiệm chuyên sâu phân tích vật liệu tạo thành cần thực nghiên cứu sau để nắm rõ chế phản ứng, đặc điểm học vật liệu Cần thêm thời gian để phân tích cụ thể có so sánh mẫu geopolymer tạo thành xỉ lò cao tro xỉ lò đốt rác với loại vật liệu xây dựng khác 64 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ ĐƯỢC CƠNG BỐ LIÊN QUAN TỚI LUẬN VĂN Học viên: Hoàng Thị Phượng STT Tên cơng trình Ghi Using bottom ash from the domestic waste incinerator to make building materials Chuc Pham Ngoc, Nhiem Dao Ngoc, Bac Nguyen Quang, Dung Doan Trung, Chi Nguyen Thi Ha, Lim Duong Thi, Tan Vo Van, Phuong Hoang Thi, Dai Luu Minh Vietnam Journal of Catalysis and Adsorption, 10 – special issue (2021) 01-07 Tạp chí Xúc tác Hấp phụ Việt Nam 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Tài Nguyên môi trường, 2019, Báo cáo trang môi trường quốc gia năm 2019, Chuyên đề “Quản lý chất thải rắn sinh hoạt” [2] Mehta P., 2014, Municipal Solid Wastes and Waste Remediation Methods: An Indian Contex Journal Club for Applied Sciences (JCAS), 1(I), pp.38 56 [3] Bộ Tài nguyên Môi trường, 2017, Báo cáo trạng môi trường quốc gia năm 2017 [4] Juan Hou, Bo Pan, Xuekui Niu, Jianzhong Chen, Baoshan Xing, 2010, Sulfamethoxazole sorption by sediment fractions in comparison to pyrene and bisphenol A Environmental Pollution 158, pp 2826–2832 [5] Rác thải - Thách thức mơi trường nghiêm trọng tồn cầu, Tạp chí mặt trận, 2017 [6] Cơng nghệ xử lý rác thải quốc gia phát triển giới, tạp chí kinh tế mơi trường, 2021 [7] Sở Tài Ngun mơi trường TP Hồ Chí Minh, 2020, Khối lượng chất thải rắn sinh hoạt [8] Lê Hồng Anh, Mạc Thị Minh Trà, Nguyễn Thị Bích Loan, 2018, Hiện trạng phát sinh, thu gom xử lý chất thải rắn Việt Nam, Tạp chí Mơi trường, số 10/2018 [9] NCS.ThS Tống Tôn, 2009, Bê tông Geopolymer – thành tựu, tính chất ứng dụng, hội nghị khoa học kỷ niệm 50 năm ngày thành lập viện KHCN xây dựng [10] Vũ Huyền Trân Nguyễn Thị Thanh Thảo, 2009, Nghiên cứu chế tạo gạch không nung công nghệ Geopolymer sử dụng tro bay phế thải bùn đỏ để xây dựng nhà ở, tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ Đà Nẵng [11] Phan Đức Hùng Lê Anh Tuấn, 2015, Nghiên cứu ảnh hưởng dung dịch hoạt hố đến tính chất co ngót bê tơng Geopolymer, tạp chí Khoa học cơng nghệ Đà Nẵng, trang 101 66 [12] Phan Đức Hùng, Lê Anh Tuấn, 2015, Ảnh hưởng thành phần hoạt hóa đến cường độ chịu uốn kéo gián tiếp bê tơng geopolyme, Tạp chí Vật liệu Xây dựng – Môi trường, (3), tr 34 – 38 [13] Đinh Quốc Dân, Đoàn Thế Tường, Đỗ Ngọc Sơn, 2019, Sử dụng tro xỉ nhiệt điện làm vật liệu san lấp, Tạp chí KHCN Xây dựng, (1), tr 35 – 43 [14] Vũ Hải Nam, Nguyễn Đình Lợi, Tạ Văn Luân, Vũ Hải Quang, Nghiên cứu số giải pháp cao chất lượng bê tông bọt sử dụng cơng trình xây dựng, Tuyển tập cơng trình nghiên cứu KHCN vật liệu xây dựng, 2015 – 2019, 206 – 222 [15] Nguyễn Dương Định, Ảnh hưởng tro bay nhiệt điện đốt than phun tới tính chất gạch bê tơng, Tuyển tập cơng trình nghiên cứu KHCN vật liệu xây dựng, 2015 – 2019, 206 – 222 [16] lê Việt Hùng, Vũ Văn Linh, Vũ Hải Quang, Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính phụ gia cho bê tơng có cốt gia cường sử dụng cát biển, nước biển, Tuyển tập cơng trình nghiên cứu KHCN vật liệu xây dựng, 2015 – 2019, tr 278 – 289 [17] Bộ Tài nguyên Môi trường, 2012, Báo cáo đánh giá tác động môi trường Nhà máy xử lý rác Đan Phượng - Hà Nội, tr 71-82 [18] Dự án đầu tư Nhà máy xử lý rác thải 300 tấn/ngày phát điện MW phường Tiền Phong, Công ty Cổ phần Môi trường xanh Thái Bình, thành phố Thái Bình, tỉnh Thái Bình, 2013, tr 16-32 [19] Omran, Abdelnaser; Gavrilescu, Maria, 2003, Environment improvement and Polution Prevention by Effective Recycling of Industrial and Domestic Waste in Việt Nam, Draft Final Report, JBIC [20] Bộ xây dựng, 2017, Quyết định số 430/QĐ-BXD ngày 16/05/2017 Chỉ dẫn kỹ thuật “Xỉ gang xỉ thép sử dụng làm vật liệu xây dựng” [21] J Davidovits, 1991, Geopolymers: Inorganic Polymeric New Materials, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 37(8), 1633 – 1656 [22] T.V Srinivas Murthy, Dr Ajeet Kumar Rai, 2014, Geopolymer Concrete, an Earth Friendly Concrete, Very Promisinginthe Industry, International journal of civil engineering and technology, 5(7), tr 113 – 122 67 [23] T.V Srinivas Murthy, Dr Ajeet Kumar Rai, 2014, Geopolymer Concrete, an Earth Friendly Concrete, Very Promisinginthe Industry, international journal of civil engineering and technology, 5(7), tr 6308 - 6316 [24] J Thaarrini, Venkatasubramani Ramasamy, 2016, Properties of Foundry Sand, Ground Granulated Blast Furnace Slag and Bottom Ash Based Geopolymers under Ambient Conditions, Periodica Polytechnica Civil Engineering, 60(2), tr 159–168 [25] C Sreenivasulu, A Ramakrishnaiah and J Guru Jawahar, 2015, Mechanical Properties of Geopolymer Concrete using Granite Slurry as Sand Replacement, International Journal of Advances in Engineering & Technology, 8(2), tr 83 – 91