Đánh giá hiện trạng ô nhiễm chất thải rắn làng nghề chế biến, sản xuất gỗ tại thường tín, hà nội – nghiên cứu chế biến thành than sạch

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Tơ Thị Hồng Yến ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM CHẤT THẢI RẮN LÀNG NGHỀ CHẾ BIẾN, SẢN XUẤT GỖ TẠI THƯỜNG TÍN, HÀ NỘI - NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN THÀNH THAN SẠCH LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội, 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Tơ Thị Hồng Yến ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM CHẤT THẢI RẮN LÀNG NGHỀ CHẾ BIẾN, SẢN XUẤT GỖ TẠI THƯỜNG TÍN, HÀ NỘI - NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN THÀNH THAN SẠCH Chuyên ngành: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trịnh Văn Tuyên TS Trần Thị Huyền Nga XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn thạc sĩ khoa học TS Trần Thị Huyền Nga PGS.TS Trần Văn Quy Hà Nội, 2016 LỜI CẢM ƠN Với lịng biết ơn chân thành nhất, tơi xin gửi lời cảm ơn PGS.TS Trịnh Văn Tuyên - Viện Công nghệ môi trƣờng (Viện Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam) TS Trần Thị Huyền Nga - Đại học Khoa học tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội) - ngƣời thầy tận tình hƣớng dẫn tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Đồng thời tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cán phịng Cơng nghệ xử lý chất thải rắn khí thải - Viện Cơng nghệ mơi trƣờng Viện Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam giúp đỡ tơi nhiều q trình hồn thành luận văn Qua đây, xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo Trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội), thầy cô khoa Môi trƣờng tạo điều kiện giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi trình học tập nghiên cứu trƣờng Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, ngƣời thân bên cạnh, động viên, giúp đỡ tơi nhiều q trình học tập Hà Nội, ngày 05 tháng 12 năm 2016 Học viên Tơ Thị Hồng Yến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan tình hình nhiễm chất thải rắn làng nghề chế biến, sản xuất gỗ Việt Nam 1.2 Các phƣơng pháp xử lý, quản lý chất thải rắn làng nghề chế biến, sản xuất gỗ Viêt Nam giới 1.2.1 Quản lý, xử lý chất thải rắn công nghiệp sản xuất gỗ giới 1.2.2 Quản lý, xử lý chất thải rắn làng nghề gỗ Việt Nam 1.3 Phƣơng pháp chế tạo than dạng bánh 12 1.3.1 Chế tạo than dạng bánh 12 1.3.2 Các chủng loại, thành phần sản phẩm than mùn cƣa có thị trƣờng Việt Nam 23 2.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 27 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu 27 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 28 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 29 2.2.1 Phƣơng pháp thu thập số liệu 29 2.2.2 Phƣơng pháp điều tra, khảo sát thực tế 29 2.2.3 Phƣơng pháp thực nghiệm chế tạo than 29 2.2.5 Phƣơng pháp phân tích phịng thí nghiệm 31 2.2.6 Phƣơng pháp xử lý số liệu 32 2.2.7 Phƣơng pháp tổng hợp 32 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Hiện trạng ô nhiễm chất thải rắn làng nghề chế biến, sản xuất gỗ Thƣờng Tín, Hà Nội 33 3.2 Đánh giá, đề xuất phƣơng pháp quản lý, xử lý chất thải rắn làng nghề chế biến, sản xuất gỗ Thƣờng Tín, Hà Nội 40 3.3 Khả chế tạo thành than từ chất thải mùn cƣa 42 3.3.1 Nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng khả chế tạo than từ mùn cƣa quy mơ phịng thí nghiệm 42 3.3.2 Nghiên cứu chế tạo than cacbon hóa quy mơ pilot 49 3.4 Đánh giá mặt kinh tế 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 Kết luận 54 Kiến nghị 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 59 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân bố làng nghề chế biến gỗ Việt Nam năm 2009 Bảng 1.2: So sánh q trình cacbon hóa khí hóa 20 Bảng 3.1: Chất lƣợng khơng khí sở sản xuất gỗ Thƣờng Tín 39 Bảng 3.2: Các thơng số than cacbon hóa nhiệt độ 300oC 43 Bảng 3.3: Các thông số than cacbon hóa nhiệt độ 350oC 44 Bảng 3.4: Bảng thông số than cacbon hóa nhiệt độ 400oC 45 Bảng 3.5: Bảng thơng số than cacbon hóa nhiệt độ 450oC 46 Bảng 3.6: Bảng thơng số than cacbon hóa nhiệt độ 500oC 47 Bảng 3.7: Bảng thông số than cacbon hóa quy mơ pilot 49 Bảng 3.8: So sánh chất lƣợng than mẫu với tiêu chuẩn châu Âu [20] 50 Bảng 3.9: Bảnh so sánh chất lƣợng than mẫu với loại than khác có sẵn thị trƣờng 50 Bảng 3.10: Bảng so sánh chất lƣợng than mẫu với loại than cacbon từ rác thải sinh hoạt thành phố Hà Nội 51 Bảng 3.11: Thành phần hóa học gỗ 51 Bảng 3.12: Thông số khí thải hệ thống lị đốt 53 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống thơng gió phụ trợ Hình 1.2: Khn hút biến đổi Hình 1.3: Quan hệ làng nghề gỗ với bên liên quan Hình 1.4: Hệ thống xử lý mùn cƣa Yên Lạc - Vĩnh Phúc 10 Hình 1.5: Các bƣớc sản xuất than sinh học 15 Hình 1.6: Cấu tạo gỗ [23] 16 Hình 1.7: Chu trình hệ thống khí hóa 18 Hình 1.8: Sơ đồ ngun lý cơng nghệ hệ thống khí hóa phát điện cỡ nhỏ 18 Hình 1.9: Bốn giai đoạn khí hóa sinh khối 19 Hình 1.10: Viên nén mùn cƣa công ty Phú An Sinh 24 Hình 1.11: Thanh nén mùn cƣa Cơng ty TNHH Tân Khải Phát 24 Hình 1.12: Than mùn cƣa Cơng ty Nam Minh Long 25 Hình 2.1: Mùn cƣa 27 Hình 2.2: Bản đồ phân bố làng nghề gỗ Huyện Thƣờng Tín, Hà Nội 28 Hình 2.3: Sơ đồ sản xuất than mùn cƣa quy mơ phịng thí nghiệm 29 Hình 2.4: Lị cacbon hóa mùn cƣa quy mơ phịng thí nghiệm 30 Hình 2.5: Sơ đồ sản xuất than mùn cƣa quy mô pilot 30 Hình 2.6: Lị cacbon hóa than mùn cƣa quy mơ pilot 31 Hình 3.1: Quy trình sản xuất nguồn phát sinh chất thải hoạt động sản xuất chế biến gỗ Thƣờng Tín, Hà Nội 33 Hình 3.2: Hoạt động gỗ, đục, chạm, khảm 34 Hình 3.3: Hoạt động làm mộng, chà nhám 34 Hình 3.4: Chất thải rắn làng nghề chế biến, sản xuất gỗ 35 Hình 3.5: Chất thải rắn làng nghề mộc Vạn Điểm 36 Hình 3.6: Chất thải rắn làng nghề mộc Phụng Cơng 36 Hình 3.7: Chất thải rắn làng nghề mộc Nguyên Hanh 37 Hình 3.8: Chất thải rắn làng nghề thôn Nhị Khê 38 Hình 3.9: Chất thải rắn làng nghề thôn Định Quán 38 Hình 3.10: Hiện trạng thu gom làng nghề 40 Hình 3.11: Xử lý mùn cƣa làng nghề 41 Hình 3.12: Biểu đồ thơng số than cacbon hóa nhiệt độ 300oC 43 Hình 3.13: Biểu đồ thơng số than cacbon hóa nhiệt độ 350oC 44 Hình 3.14: Biểu đồ thơng số than cacbon hóa nhiệt độ 400oC 45 Hình 3.15: Biểu đồ thơng số than cacbon hóa nhiệt độ 450oC 46 Hình 3.16: Biểu đồ thơng số than cacbon hóa nhiệt độ 500oC 47 Hình 3.17: Sản phẩm than mùn cƣa 49 Hình 3.18: Thiết bị sản xuất than mùn cƣa quy mô pilot công suất 30 kg nguyên liệu/mẻ 52 Hình 3.19: Cân vật chất q trình cacbon hóa 53 MỞ ĐẦU Ở Việt Nam có nhiều làng nghề gỗ truyền thống tiếng nhƣ: Chàng Sơn, Canh Nậu, Sơn Đồng (Hà Nội); Đồng Kỵ (Bắc Ninh); La Xuyên (Nam Định); Kim Bồng, Văn Hà (Quảng Nam) Có làng nghề tồn hàng trăm năm, mang lại cơng ăn việc làm cho hàng nghìn ngƣời, nhiều nghệ nhân đƣợc giới biết đến Xã Phù Khê (thị xã Từ Sơn - Bắc Ninh) có tới 2000 hộ tham gia sản xuất đồ gỗ mỹ nghệ (chiếm 90% số hộ xã), tạo việc làm ổn định cho 8000 lao động xã với mức thu nhập bình quân từ đến triệu đồng/ngƣời/tháng Riêng thợ có tay nghề cao thu nhập từ 10 đến 12 triệu đồng/ngƣời/tháng [27] Tuy nhiên, làng nghề chế biến gỗ chủ yếu nằm xen lẫn với khu dân cƣ đơng đúc, chí nhiều hộ gia đình lấy ln nhà để làm xƣởng chế biến thủ cơng Q trình chế biến gỗ gây nhiễm tiếng ồn tiếng động chạy ngày đêm, bụi gỗ bay mù mịt công đoạn chà gỗ gây nhiễm khơng khí chí nguồn nƣớc Bên cạnh đó, q trình hoạt động, mùn cƣa, gỗ vụn lớn khu vực xung quanh, khiến môi trƣờng bị ô nhiễm, ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe ngƣời dân Hiện nay, Việt Nam hầu hết làng nghề gỗ xử lý chất thải rắn tự phát nhƣ thiêu đốt, chơn lấp Cũng có cách xử lý thân thiện với môi trƣờng nhƣ sử dụng mùn cƣa để làm vật liệu trồng nấm, làm phân hữu cơ, chế tạo thành viên nén xuất Nhƣng phần lớn chất thải để tràn lan môi trƣờng gây ô nhiễm nghiêm trọng cho dân cƣ Vì vậy, cần thiết đánh giá mức độ ô nhiễm chất thải rắn làng nghề gỗ để ngƣời quản lý đƣa biện pháp quản lý, xử lý hữu hiệu tình trạng nhiễm Bên cạnh đƣa đƣợc cách xử lý thân thiện với mơi trƣờng vô cần thiết cho giải pháp xử lý ô nhiễm Vì vậy, luận văn “Đánh giá trạng ô nhiễm chất thải rắn làng nghề chế biến, sản xuất gỗ Thƣờng Tín, Hà Nội - Nghiên cứu chế biến thành than sạch” đƣa giải pháp giúp môi trƣờng làng nghề chế biến sản xuất gỗ hạn chế ô nhiễm, đồng thời chế tạo đƣợc nguồn ngun liệu an tồn, chi phí thấp Các nội dung nghiên cứu luận văn: - Thực trạng ô nhiễm chất thải rắn làng nghề chế biến, sản xuất gỗ Việt Nam, Hà Nội - Đánh giá, đề xuất hƣớng xử lý, quản lý chất thải rắn làng nghề - Nghiên cứu chế tạo than từ nguồn chất thải rắn mùn cƣa d Cacbon hóa T = 4500C Bảng 3.5: Bảng thơng số than cacbon hóa nhiệt độ 450oC Thời Khối Khối Hiệu Nhiệt trị Độ Độ gian lƣợng lƣợng suất thu (Kcal/kg) ẩm tro (phút) trƣớc đốt sau đốt hồi % % (mg) (mg) (%) TT Hàm lƣợng Sunfua % M1 2301 2044 88,91 4925 3,75 1,21 0,0615 M2 10 2422 1536 64 5183 3,12 1,15 0,0487 M3 20 2712 1241 45,97 6023 2,67 1,02 0,0297 M4 30 2119 525 25 6621 2,21 0,98 0,010 M5 40 2210 352 16 6775 1,92 0,91 0,009 Hình 3.15: Biểu đồ thơng số than cacbon hóa nhiệt độ 450oC Tại nhiệt độ cacbon hóa 450oC q trình cacbon hóa diễn nhanh Theo hình 3.15, 10 phút trình đạt tối ƣu, nhiệt lƣợng 5183 kcal/kg, 46 hiệu suất 64% Càng tiến hành cacbon hóa lâu, nhiệt lƣợng tăng chậm nhƣng hiệu suất thu hồi lại giảm nhanh e Cacbon hóa T = 5000C Bảng 3.6: Bảng thơng số than cacbon hóa nhiệt độ 500oC Thời Khối Khối Hiệu Nhiệt trị Độ ẩm Độ gian lƣợng lƣợng suất (Kcal/kg) % tro (phút) trƣớc đốt sau đốt thu hồi % (mg) (mg) (%) TT Hàm lƣợng Sunfua % M1 2400 2092 87,18 4925 3,57 1,19 0,042 M2 10 2502 1552 62,1 5183 3,02 1,11 0,038 M3 20 2298 922 40,11 6142 2,34 1,08 0,018 M4 30 2392 744 31,02 6031 2,11 1,12 0,013 M5 40 2291 414 18,02 5472 2,01 1,14 0,015 Hình 3.16: Biểu đồ thơng số than cacbon hóa nhiệt độ 500oC 47 Theo hình 3.16, cho thấy nhiệt độ 500oC nhiệt lƣợng lại có xu hƣớng giảm thời gian cacbon hóa lâu Chỉ cần 5,10 phút trình đạt hiệu suất tốt * Nhận xét chung: - Thời gian cacbon hóa lâu hiệu suất thu hồi thấp ngồi nƣớc, CO, CO2, hợp chất dễ bay hơi, hợp chất hữu khác bị phân hủy - Cacbon thành phần cháy chủ yếu nhiên liệu rắn, nhiệt lƣợng phát cháy kg cacbon gọi nhiệt trị cacbon, khoảng 34150 kj/kg Vì vậy, lƣợng cacbon nhiên liệu nhiều nhiệt trị nhiên liệu cao Hydro thành phần cháy quan trọng nhiên liệu rắn, cháy toả nhiệt lƣợng 144.500 kj/kg, lƣợng hydro có nhiên liệu rắn Lƣu huỳnh thành phần cháy nhiên liệu Trong than lƣu huỳnh tồn dƣới ba dạng: liên kết hữu Shc, khóang chất Sk, liên kết sunfat Ss Lƣu huỳnh hữu khóang chất tham gia q trình cháy gọi lƣu huỳnh cháy Sc Còn lƣu huỳnh sunfat thƣờng nằm dƣới dạng CaSO4, MgSO4 , FeSO4…những liên kết khơng tham gia q trình cháy mà chuyển thành tro nhiên liệu Lƣu huỳnh nằm nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng, đặc biệt cháy lại sinh chất độc hại nhƣ SO SO3 [26] Nhƣ nhiệt trị than chủ yếu phụ thuộc vào hàm lƣợng Cacbon có than Theo kết thí nghiệm ta thấy nhiệt lƣợng tỷ lệ thuận với thời gian nhiệt độ cacbon hóa Tuy nhiên điều kiện nhiệt độ cao, thời gian cacbon hóa q lâu nhiệt lƣợng lại giảm lƣợng cacbon bị đốt cháy hết - Độ ẩm thành phần nƣớc có nhiên liệu thƣờng đƣợc bốc vào giai đoạn đầu trình cháy Độ ẩm than giảm thời gian cacbon hóa lâu, đến thời gian giá trị độ ẩm gần nhƣ khơng thay đổi - Các vật chất dạng khóang chất than cháy biến thành tro Sự có mặt chúng làm giảm thành phần cháy nghĩa làm giảm nhiệt trị than Độ tro sản phẩm lớn dẫn đến gia tăng phát thải to dạng tro bay dạng tro đáy lò, thƣờng xuyên phải loại bỏ tro khỏi hệ thống đốt Ngồi ra, nhiệt 48 độ nóng chảy tro ảnh hƣởng đến tuổi thọ lò Đem mẫu phân tích độ tro thấy sản phẩm than củi mùn cƣa có độ tro thấp Thời gian cabon hóa lâu độ tro giảm - Hàm lƣợng lƣu huỳnh sản phẩm không cao, nhỏ tiêu chuẩn, hàm lƣợng lƣu huỳnh có xu hƣớng giảm dần thời gian tăng 3.3.2 Nghiên cứu chế tạo than cacbon hóa quy mơ pilot Than sau đóng bánh đƣợc đốt 500oC khoảng thời gian Sau ủ khoảng thời gian 24 tiếng để than nguội hồn tồn Hình 3.17: Sản phẩm than mùn cƣa Bảng 3.7: Bảng thông số than cacbon hóa quy mơ pilot Thời Khối Khối Hiệu Nhiệt Độ ẩm Độ tro Hàm gian lƣợng lƣợng suất thu trị % % lƣợng (phút) trƣớc đốt sau đốt hồi Kcal/kg (g) (g) (%) 200 70 35 240 49 Sunfua % 5914 2,09 0,78 0,031 Hiệu suất thu hồi than cacbon hóa từ mùn cƣa đạt 35%, cịn lại tiêu khác nhƣ nhiệt trị 5914kcal/kg, độ ẩm 2,09%, độ tro 0,78 hàm lƣợng lƣu huỳnh 0,031% đạt tiêu chuẩn * So sánh với tiêu chuẩn, nghiên cứu khác, sản phẩm có thị trƣờng Bảng 3.8: So sánh chất lƣợng than mẫu với tiêu chuẩn châu Âu [20] Tiêu chuẩn* Mẫu Nhiệt trị (kcal) 5914 > 16,9 MJ/kg (4036,5 kcal/kg) Độ ẩm (%) 2,09