PP ỔN ĐỊNH VÀ ĐÓNG RẮN CHẤT THẢI NGUY HẠI

10/3/2015 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH VÀ ĐÓNG RẮN CHẤT THẢI NGUY HẠI GVHD:PGS.TS NGUYỄN TẤN PHONG Email: ntphong@hcmut.edu.vn GIỚI THIỆU Phương pháp ổn định đông rắn thường ứng dụng rộng rãi quản lý chất thải nguy hại: - Xử lý chất thải công nghiệp; - Xử lý chất thải trước bỏ bãi chôn lấp an toàn, hợp vệ sinh - Xử lý vùng đất bị ô nhiễm mà có lượng lớn rác chứa đựng chất độc hại 10/3/2015 ĐỊNH NGHĨA • Ổn định: phương pháp sử dụng chất phụ gia làm giảm tính nguy hại tự nhiên chất thải cách chuyển đổi chất thải thành phần nguy hại thành dạng có tỷ lệ chất gây ô nhiễm mức tối thiểu làm giảm mức độ độc hại chất thải • Đóng rắn: trình làm đông đặc khối lượng lớn vật chất, bao gồm vật thể rắn, chất thải nguy hại  Trong xử lý, người ta thường kết hợp song song trình ổn định đông rắn chất thải nguy hại QUY TẮC • Loại bỏ chất thải nguy hại đến sức khỏe cộng đồng, mang lại lợi ích xã hội môi trường yêu cầu ứng dụng công nghệ hiệu lâu dài • Phương pháp ổn định ứng dụng để xử lý vấn đề khác, chẳng hạn xử lý sinh học thiêu đốt 10/3/2015 ỨNG DỤNG Công nghệ ổn định ứng dụng lĩnh vực: * Chôn lấp - ổn định chất thải trước đem chôn lấp an toàn * Xử lý nơi ô nhiễm – phục hồi vùng bị ô nhiễm * Đóng rắn chất thải công nghiệp – ổn định chất thải không nguy hại, bùn cặn CƠ CHẾ Đóng gói kích thước lớn Đóng gói thước nhỏ Khử độc Cơ chế Kết tủa Hấp phụ Hấp thụ 10/3/2015 ĐÓNG GÓI KÍCH THƯỚC LỚN Là chế mà thành phần chất thải độc hại bị giữ bên cấu trúc lớn Thành phần độc hại bị giữ bên lỗ rỗng vật liệu ổn định ĐÓNG GÓI KÍCH THƯỚC NHỎ Là chế mà thành phần chất thải độc hại bị giữ bên cấu trúc tinh thể khối chất rắn mức vi mô Cho dù chất ổn định bị thoái hóa thành chất thải độc hại bị giam giữ lại Chất thải bên vật liệu ổn định giữ yên nhờ vào ổn định chất kết dính 10/3/2015 HẤP THỤ Là trình mà chất gây ô nhiễm đưa vào bên chất hấp thụ Các chất hấp thụ phổ biến gồm có: - Đất (soil) - Tro bay (fly ash) - Bụi lò ximăng - Bụi lò vôi - Vật liệu sét gồm: đất sét bentonit, kaolinite… - Mạc cưa - Cỏ khô rơm HẤP PHỤ Là trình chất gây ô nhiễm tạo liên kết điện-hóa với tác nhân ổn định chất kết dính Hiện tượng bề mặt liên kết tự nhiên gây hiệu ứng Van De Waals (tạo tượng phân cực phân tử) liên kết hydro 10/3/2015 KẾT TỦA Là trình kết tủa chất ô nhiễm từ chất thải Chất kết tủa hydroxide, sulfide, silicate phosphate chứa khối ổn định Quá trình áp dụng để ổn định chất vô bùn chứa huydoxide kim loại Me(OH)2 + H2CO3 -> MeCO3 (kết tủa) + 2H2O KHỬ ĐỘC Là chế làm thay đổi thành phần hóa học thành dạng khác độc hại hơn, chí không độc tính Ví dụ: dùng vật liệu cement trình ổn định để làm giảm crom +6 cách chuyển thành crom +3 (Crom +3 có độ hòa tan độ độc hại thấp crom +6) 10/3/2015 CÔNG NGHỆ Xi măng Thủy tinh hóa Pozzolan Vật liệu nhựa nhiệt dẻo Vôi Đất sét hữu Silicat XI MĂNG • Phổ biến xi măng Portland • Tạo thành từ hỗn hợp đá vôi đất sét (hoặc silicate) to cao • Thành phần 2CaO.SiO2 3CaO.SiO2 • Phản ứng xi măng Portland là: 3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O + nhiệt 10/3/2015 XI MĂNG Bảng thể tương thích không tương thích chất thêm vào Xi măng Pozzola Nhựa dẻo Polyimer hữu ĐC, B, H ĐC, B, H H ĐC ĐC, B, H ĐC, B H n Chất hữu không phân cực Chất hữu phân cực Axit Chất oxi hóa Muối Ph, Ch ĐC, B Ph, Ch ĐC Kim loại nặng Chất phóng xạ ĐC B H Ph Ch Đông cứng Độ bền Bay Phá hủy Cháy XI MĂNG - Chất độc hữu cản trở trình hydrat hóa, làm giảm độ bền khó ổn định - Chúng làm giảm hình thành cấu trúc tinh thể kết tạo thành vật liệu vô định hình - Những chất thêm vào làm ổn định hỗn hợp xi măng, giảm chất độc hữu làm tăng ổn định xi măng 10/3/2015 POZZOLANDS • Là chất phản ứng với nhôm, silic, vôi, nước hình thành sản phẩm giống bê tông gọi bê tông Pozzolan • Vật liệu gồm tro, xỉ đất lò luyện gang bụi nung xi măng • Cấu trúc Pozzolan chủ yếu có 45% SiO2, 25% Al2O3, 15% Fe2O3, 10% CaO, 1% MgO, 1% K2O, 1% Na2O 1% SO3 VÔI • Ổn định bùn thường bổ sung Ca(OH)2, vôi • Phản ứng canxi với vôi aluminiosilicates chất thải hình thành hydrat canxi silicat, canxi nhôm, canxi aluminosilicate • Vôi - ổn định thích hợp cho chất ô nhiễm vô sử dụng rộng rãi cho bùn có chứa kim loại 10/3/2015 SILICAT • Silicat axit hóa để tạo thành dạng axit monosilic • Ngoài ra, kết hợp dung dịch silicat hòa tan xi măng làm tăng hiệu việc ổn định đất bị ô nhiễm chì, đồng kẽm nồng độ cao ĐẤT SÉT HỮU CƠ • Đất sét hữu đất sét tự nhiên biến đổi để có nguồn gốc từ hữu • Thay cation vô cấu trúc đất sét, kết hợp với cation hữu cơ, ion amoni bậc bốn Sau đó, phân tử hữu hấp phụ cấu trúc tinh thể đất sét hình thành có diện chất gây ô nhiễm hữu 10 10/3/2015 TRỘN BẰNG TRỐNG (THÙNG) Được ứng dụng rộng rãi Thực cách điều khiển robot từ xa TRỘN TẠI CHỖ Lộ khoan tới độ sâu mong muốn Lớp đất xới lên xáo trộn Vữa cho vào để ổn định 16 10/3/2015 TRỘN TẠI CHỖ TRỘN TẠI CHỖ Tỉ lệ pha trộn : 100 phần bùn : phần vôi : phần xi măng Hỗn hợp trộn máy xúc đưa vào cần trục dài Có thể thay máy xúc vòi phun để giảm tiếng ồn , tăng xáo trộn 17 10/3/2015 TRỘN TẠI CHỖ Quan sát mắt Không chứa nước Tiêu chuẩn đánh giá kết dính Có thể xút thùng mà không bị tràn Tỉ lệ hóa chất cố định từ 1-6 TRỘN TẠI CHỖ Kỹ thuật trộn chỗ phổ biến kỹ thuật xi măng đất với ưu điểm sau: Thiết bị nhỏ Tiết kiệm chi phí Tận dụng thiết bị có sẵn Ít tiếng ồn Xử lý vũng, hố lớn 18 10/3/2015 MÁY TRỘN Phụ gia chất thải nguy hại cung cấp liên tục theo mẻ Thiết bị sử dụng bao gồm máy nhào đất máy đúc ép Máy trộn Quá trình theo mẻ: cố định thời gian tiếp xúc Quá trình liên tục: cung cấp chất thải phụ gia liên tục, tạo tiếp xúc nhờ máng vận chuyển thiết bị xáo trộn Chất thải sau xử lý thải bỏ bãi chôn lấp Máy trộn sử dụng nơi rộng lớn, thiết bị di chuyển dễ dàng 19 10/3/2015 Thiết kế trình ổn định – đóng rắn THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH Có yếu tố quan tâm: đặc tính chất thải vị trí thực Vấn đề quan trọng mối tương quan thấp quy mô nghiên cứu PTN thi công trường Khó khăn: liên quan đến trình xáo trộn chất thải hóa chất 20 10/3/2015 QUY TRÌNH THIẾT KẾ QUY TRÌNH THIẾT KẾ 21 10/3/2015 THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH Nghiên cứu khả xử lý bao gồm lựa chọn hoàn thiện chất kết dính để giảm loại bỏ tính nguy hại chất thải Việc hoàn thiện công thức trình ổn định nghệ thuật Lựa chọn công thức phù hợp dựa t/c chất thải kết hợp với tài liệu trước kinh nghiệm công ty Ví dụ 11-1: Đánh giá chôn lấp so với phương pháp ổn định - Σm = 120.000 - Xe tải mang 31.500 pound - L = 850 dặm - Chi phí chở: $2/dặm - Chi phí ổn định: $67/tấn Chi phí ổn định: $67/tấn x 120.000 = $8.040.000 Chi phí xe tải: (120.000 × 2.000 pound/ tấn)/ 31.500 pound/xe tải = 7.619 xe 7.619 xe × 850 dặm/ xe × $2/dặm = $12.952.381 Phương pháp ổn định hiệu mặt chi phí 22 10/3/2015 VD 11-2: Đánh giá hiệu ổn định Thông số Bùn chưa xử lý Bùn xử lý % giảm Ar 0.724 0.049 93.2 Cd 3.3 0.126 96.2 Cr 0.566 1.16 -104.9 Cu 3.86 3.2 17.1 Fe 48.4 1.57 96.8 Chì 0.328 0.019 92.0 Mn 11.5 1.48 87.0 Kẽm 120 3.02 97.5 Nồng độ Cr cao biến đổi nhiều có hóa trị +6 Quá trình ổn định nên xem xét việc giảm Cr đến hóa trị +6 sau kết tủa Crom hydroxit Ví dụ 11-3 Tại bãi chôn lấp an toàn, chất thải ổn định với tro bay mang có tính kiềm có nguồn gốc từ nhà máy nhiệt điện sử dụng than phía Tây Vật liệu pha trộn sau vận chuyển đến bãi chôn lấp trải xe ủi đất Thành phần: 14% dầu mỡ, 2,2% TOC, 72% chất thải rắn bay bao gồm 180mg/kq 1,1,1 –trichloroethane, 71mg/kg butylbenzylpthalate, 15mg/kg cadmium, 150mg/kd đồng, 20mg/kg chì, 15mg/kg kẽm Ổn định theo tỉ lệ 1.2 phần tro bay vào phần chất thải theo khối lượng 23 10/3/2015 Ví dụ 11-3 Cường độ kháng nén nở tự 1758kg/m2 thời điểm khuấy trộn 48,828 kg/m2 sau ngày đóng rắn Kết phân tích : 89% tổng chất rắn, 14% chất rắn bay hơi, bao gồm 1.5mg/kg 1,1,1 –trichloroethane, 1,1 mg/kg 4-methyl- – penatone, 12 mg/kg toluene, 14mg/kg ethyl benzen, 25mg/kg tổng xylen • Yêu cầu: tính toán nồng độ chất ô nhiễm loại bỏ dựa pha loãng •Xác định trình khác mà làm giảm nhiều nồng độ chất ô nhiễm Phương pháp giải ví dụ 11-3 Co x W w = Cf (W w + W FA) Co : nồng độ chất ô nhiễm ban đầu Ww: khối lượng chất thải WFA : nồng độ chất ô nhiễm cuối Co/ Cf = (W w + W FA)/ W w = (1.0 + 1.2)/ 1.0 = 2.2 Cf/ Co = W w / (W w + W FA = 1.0 +( 1.2/+1.0) = 0.45 24 10/3/2015 Phương pháp giải ví dụ 11-3 Nồng độ chất ô nhiễm 45% nồng độ ban đầu kết pha loãng, điều có nghĩa giảm 55%, bao gồm thay đổi tỷ trọng Kim loại phản ứng xi măng porland với tro bay Các chất dễ bay bay suốt trình xử lý mở rộng Nhiệt từ phản ứng pozzolanic làm tăng tốc độ trình bay Quá trình hydrat hóa phụ thuộc vào thời gian NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG Nghiên cứu US EPA hệ thống ổn định chỗ cho đất bị ô nhiễm PCB Sử dụng phụ gia riêng biệt + đất sét hữu bị biến đổi trộn đất độ sâu Chi phí xử lý năm 1989 ước tính 110$/tấn 25 10/3/2015 NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG Kết kiểm tra Tích cực Độ bền nén cao Sản phẩm có cấu trúc dày ổn định Độ thẩm thấu thấp Độ xốp thấp NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG Kết kiểm tra Chưa đạt Phân tích mẫu nước rò trước sau xử lý không đạt yêu cầu Quá trình đóng băng – tan băng làm vật liệu ổn định biến chất Nghiên cứu theo dõi năm kết không chấp nhận 26 10/3/2015 NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG Năm 1974, nhà máy The Leigh thực đóng bao lượng lớn CHC VC loại đá tổng hợp Mục đích: đảm bảo an toàn, không thấm nước, không gây ô nhiễm không rĩ nước NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG Kết kiểm tra Nhiều vật liệu yếu so với yêu cầu, hệ số thấm thấp Nước tự hố có nồng độ phenol lên đến 140mg/L Nguyên nhân năm 1980 sử dụng xi măng trình ổn định 27 10/3/2015 NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG Kết kiểm tra Trường hợp cần phải kiễm tra liên tục, đánh giá, quan trắc Thay đổi hóa chất ổn định tỉ lệ trộn thay đổi chất chất thải NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG Một nhà máy sx thép xử lý Cadmi, Cr (IV), Ni, CN cách trộn vôi, tro với xi măng Pozzoland Chất ô nhiễm cố định cấu trúc canxi aluminosilicat trình hydrat hóa 28 10/3/2015 NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG Kết Thành công việc giảm đáng kể di chuyển thành phần nguy hại Kết kiểm tra độc tính EP TCLP đạt Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP): phương pháp chiết độc tính Extration Proceduce Toxicity Test (EP): kiểm tra độc tính phương pháp chiết NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG Quá trình ổn định đất cát bị ô nhiễm cadmi thực địa điểm công nghiệp New York Tổng nồng độ cadmi sỏi đất gần 130mg/L kiểm tra nồng độ TCLP 2.2 mg/L vượt giới hạn quy định 1.0mg/L Từ nghiên cứu vật liệu sẵn có, hỗn hợp vữa 25% xi măng với phần sulfate sắt chọn ổn định kỹ thuật xi măng đất 29 10/3/2015 NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG Kết Lấy mẫu 39 vị trí trường, tất điều không phát hàm lượng cadmi Dự án xem thành công tiến độ ngân sách, nhận đồng tình từ địa phương 30 ... độc hại chất thải • Đóng rắn: trình làm đông đặc khối lượng lớn vật chất, bao gồm vật thể rắn, chất thải nguy hại  Trong xử lý, người ta thường kết hợp song song trình ổn định đông rắn chất thải. .. thành chất thải độc hại bị giam giữ lại Chất thải bên vật liệu ổn định giữ yên nhờ vào ổn định chất kết dính 10/3/2015 HẤP THỤ Là trình mà chất gây ô nhiễm đưa vào bên chất hấp thụ Các chất hấp... nghệ ổn định ứng dụng lĩnh vực: * Chôn lấp - ổn định chất thải trước đem chôn lấp an toàn * Xử lý nơi ô nhiễm – phục hồi vùng bị ô nhiễm * Đóng rắn chất thải công nghiệp – ổn định chất thải không