Báo cáo khoa học nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải của nhà máy đường vị thanh

Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh BÁO CÁO KHOA HỌC ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT GẠCH THỨ CẤP TỪ BÃ BÙN THẢI CỦA NHÀ MÁY ĐƯỜNG VỊ THANH” I THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI Tên đề tài: Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh Mã số: 3.Thời gian thực hiện: tháng 09/2005 đến tháng 11/2007 Cấp quản lý: Cấp tỉnh Kinh phí: 100.000.000 đ (Một trăm triệu đồng) Trong đó, từ ngân sách nghiệp khoa học: 100.000.000 đồng Thuộc chương trình: Chủ nhiệm đề tài: Họ tên: Lê Mỹ Hạnh Học hàm/ học vị: Kỹ sư Môi trường Chức danh khoa học: Điện thoại: 07113.580787 (cơ quan), Fax: 07113 870561 Mobile: 0918 123096 Email: myhanhle@gmail.com Địa quan: KV3- P.5- Thị xã Vị Thanh - Tỉnh Hậu Giang Địa nhà riêng: Số 38 - Nguyễn Công Trứ - Tx Vị Thanh - Hậu Giang Điện thoại nhà riêng: 07113 877987 Cơ quan chủ trì đề tài: Trung tâm Thông tin Ứng dụng KHCN Điện thoại: 07113 580787 Fax: 07113 870 561 Địa quan: 255 – Đường Trần Hưng Đạo – Phường - Thị xã Vị Thanh - Tỉnh Hậu Giang Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh II CÁC TỔ CHỨC VÀ CÁ NHÂN THAM GIA ĐỀ TÀI TT Họ tên A Chủ nhiệm đề tài: Lê Mỹ Hạnh B Cán tham gia nghiên cứu: Cơ quan công tác Trung tâm TT & ƯDKHCN Hậu Giang Mai Lương Quốc Doanh Nguyễn Thị Kiều Huỳnh Ngọc Yến Trung tâm TT & ƯDKHCN Hậu Giang Đàm Thị Nhung Huỳnh Tấn Vụ C Chuyên gia: Khoa Công nghệ - Đại học Cần Thơ III MỞ ĐẦU Sơ lược địa điểm nghiên cứu Nhà máy Đường Vị Thanh nhà máy sản xuất đường lớn tỉnh khu vực Đồng Sông Cửu Long với công suất lên đến 3500 mía ngày Nhà máy sản xuất với công nghệ tương đối đại chưa khép kín Sơ đồ cơng nghệ sản xuất đường Nhà máy đường Vị Thanh mô tả sau: Mía ngun liệu Cơng đoạn làm nước mía Cơng đoạn ép mía Cơng đoạn nấu đường Nước mía hỗn hợp => vơi hóa => Trung hòa => Lắng lọc => Bã bùn + Dịch lọc Cân => Băm => Ép => Làm nước mía => Bã mía Hình 1: Sơ đồ công nghệ sản xuất đường Nhà máy Đường Vị Thanh Theo Báo cáo trạng môi trường Nhà máy đường Vị Thanh năm 2007 bùn lọc (hay bã bùn) Nhà máy chất thải công đoạn làm Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh nước mía thơ, chiếm khoảng 175 tấn/ngày Trong bùn lọc chứa nhiều chất hữu (từ 25 – 50%) protein, polysacarit, lipid … Ngoài ra, bùn lọc có hóa chất kết tủa CaSO3, Ca3(PO4)2 … Với thành phần bùn thải hỗn hợp phức tạp khó phân hủy gây mùi hôi làm ô nhiễm môi trường xung quanh Lượng bùn chứa riêng khu chứa bùn thải đơn vị rộng khoảng Vấn đề bã bùn thải bị phân hủy vi khuẩn sinh mùi nặng khó chịu làm ảnh hưởng đến mơi trường sức khỏe người dân khu vực nhà máy Ngồi nhiễm mùi hơi, bã bùn ngun nhân gây nhiễm khơng khí nguồn nước khu vực Trong năm qua, nhà máy đầu tư máy móc, trang thiết bị nhằm tận dụng bã bùn để sản xuất phân bón hữu vi sinh, dự án tỏ không hiệu thiếu thị trường tiêu thụ đồng thời khơng sử dụng hết lượng bã bùn thải Do vậy, vấn đề ô nhiễm chưa giải triệt để Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải nhà máy đường Vị Thanh cách giải vấn đề cách biến bã bùn thành nguyên liệu để sản xuất gạch, khắc phục triệt để tình trạng nhiễm mơi trường bãi chứa bùn thải gây Hơn nữa, gạch mặt hàng dễ dàng tiêu thụ thị trường, mà lợi loại gạch sản xuất từ bã bùn thải nhà máy đường Vị Thanh tận dụng toàn phụ phế phẩm từ sản xuất lại thích hợp hồn tồn với cơng nghệ nhà máy phí sản xuất thấp, tăng tính cạnh tranh thị trường lớn Sơ lược trình chế tạo gạch xây Gốm xây dựng bao gồm nhiều loại với cơng dụng tính chất khác nhau, gạch xây loại thơng dụng nhất, có cơng nghệ sản xuất đơn giản Công nghệ sản xuất gạch bao gồm giai đoạn: + Khai thác nguyên liệu; + Nhào trộn; Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh + Tạo hình; + Phơi sấy; + Nung; + Làm nguội lò a Khai thác ngun liệu Thơng thường, nguyên liệu để sản xuất gạch đất sét chất có thành phần sét dẻo Ngồi ra, tùy thuộc vào yêu cầu sản phẩm, tính chất đất mà dùng thêm loại phụ gia phù hợp Thành phần đất sét khống alumơsilicat ngậm nước (nAl2O3.mSiO2.pH2O), chúng tạo thành fenfat bị phong hóa Tùy theo điều kiện mơi trường mà khống tạo có thành phần khác nhau, khống caolinit 2SiO2.Al2O3.2H2O khống montmơrilonit 4SiO2.Al2O3.nH2O khống định tính chất quan trọng đất sét độ dẻo, độ co, độ phân tán, khả chịu lửa Đơi đất sét có khống dẻo halozit (2SiO2.Al2O3.4H2O) Ngồi ra, đất sét chứa tạp chất vơ hữu thạch anh (SiO2), Cacbonat (CaCO3, MgCO3), hợp chất sắt Fe(OH) 3, FeS2, tạp chất hữu dạng than bùn, bitum Các tạp chất ảnh hưởng không tốt đến tính chất đất sét Màu sắc đất sét tạp chất vô hữu định, thường đất sét có màu trắng, xám xanh, nâu, đen Tính chất chủ yếu đất sét bao gồm tính dẻo nhào trộn với nước, co thể tích tác dụng nhiệt biến đổi lý hóa nung Chính nhờ có thay đổi thành phần khống vật q trình nung mà sản phẩm gạch có tính chất khác hẳn tính chất nguyên liệu ban đầu Sau nung thành phần khoáng vật liệu gốm mulit (3Al 2O3.2SiO2) Đây khống làm cho sản phẩm có cường độ cao bền nhiệt Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh Trong trình sản xuất gạch, đơi người ta thêm vào vật liệu phụ nhằm tăng chất lượng gạch sản xuất Một số vật liệu phụ thường thấy như: + Vật liệu gầy pha vào đất sét nhằm giảm độ dẻo, giảm độ co sấy nung Vật liệu gầy thường samốt, đất sét nung non, cát, xỉ hoạt hóa + Phụ gia cháy như: mùn cưa, bã giấy Các thành phần có tác dụng làm tăng độ rỗng sản phẩm gạch trình gia nhiệt đồng Các loại phụ gia hoạt động bề mặt, đất sét có độ dẻo cao, đất bentonít đóng vai trò phụ gia tăng dẻo cho đất sét + Phụ gia hạ nhiệt độ nung: có tác dụng hạ thấp nhiệt độ kết khối làm tăng cường độ độ đặc sản phẩm Phụ gia hạ nhiệt độ nung thường dùng fensfat, pecmatit, canxit, … Đất khai thác để làm gạch loại đất sét tương đối ổn định Trước khai thác cần phải loại bỏ 0,3 – 0,4m lớp đất trồng trọt bên Việc khai thác dùng thủ cơng dùng máy ủi, máy đào, máy cạp Đất sét sau khai thác ngâm ủ kho nhằm tăng tính dẻo độ đồng đất sét b Nhào trộn nguyên liệu Quá trình nhào trộn làm tăng tính dẻo độ đồng cho đất sét, giúp cho việc sản xuất dễ dàng chất lượng sản phẩm tốt Trong nhào trộn thường dùng loại máy cán thô, cán mịn, máy nhào trộn, máy trục, trục Trong trình nghiên cứu sản xuất gạch từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh, công đoạn nhào trộn nguyên liệu trải qua trình sau: + Quá trình loại bỏ chất rắn có kích cỡ lớn (đá, sỏi, vụn than …): bã bùn sàng loại rây sàng cát xây dựng Sau sàng xong ta có bã bùn tương đối mịn xốp + Quá trình trộn bã bùn đất sét: mục đích để đất sét thêm vào trộn với bã bùn tạo đồng nguyên liệu Dùng máy trộn vật liệu xây dựng để thực công việc Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh + Quá trình nhào đất: thực máy đùn đất Quá trình giúp hỗn hợp nguyên liệu (gồm bã bùn đất sét) liên kết chặt chẽ nhằm tăng chất lượng gạch sản xuất c Tạo hình Gạch tạo hình cách dùng máy ép lentơ (máy đùn ruột gà) Nguyên liệu (đất) nén áp lực lớn qua khn tạo hình gạch Chất lượng viên gạch thành phẩm định phần lớn máy đùn gạch Nếu sử dụng máy đùn loại cũ thủ cơng bề mặt viên gạch nhẵn bóng, hai đầu gạch khơng đồng nhất, đặc biệt có nhiều vết xước dọc theo cạnh làm cho chất lượng viên gạch không cao Được biết có số loại máy đùn gạch cải tiến cơng nghệ hồn tồn cho viên gạch có bề ngồi nhẵn, bóng, đẹp, lỗi, nâng cao chất lượng viên gạch sản xuất Hình 2: Sản xuất gạch với nguyên liệu bã bùn máy đùn ruột gà d Phơi sấy Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh Gạch mộc sau tạo hình có độ ẩm lớn, mang nung gạch bị nứt tách nước đột ngột Vì vậy, phải phơi sấy để giảm độ ẩm cho gạch mộc có độ cứng cần thiết để tránh biến dạng xếp vào lò nung Nếu phơi gạch tự nhiên nhà giàn hay ngồi sân thời gian phơi từ 10 đến 15 ngày (trong mùa nắng) Nếu gạch sấy nóng nhân tạo thời gian từ sấy đến chuyển xếp vào lò nung từ 18 đến 24 Việc sấy gạch lò sấy giúp cho trình sản xuất chủ động, không phụ thuộc vào thời tiết, suất cao, chất lượng sản phẩm tốt Đối với Nhà máy Đường Vị Thanh, khí nóng thải sau q trình sản xuất (nhiệt độ 750C) thích hợp để sấy gạch chủ động e Nung làm nguội Đây công đoạn quan trọng định chất lượng gạch Q trình nung gồm cơng đoạn: + Đốt nóng lò đến nhiệt độ 450 0C, gạch bị nước, tạp chất hữu bị cháy + Nung giữ nhiệt: Nhiệt độ lên đến 1000 – 15000C, trình biến đổi thành phần khống tạo sản phẩm có cường độ cao, màu sắc đỏ hồng + Làm nguội: trình làm nguội phải từ từ để tránh nứt tách sản phẩm Khi lò, nhiệt độ gạch khoảng 50 – 550C Có 02 kiểu lò nung gạch sử dụng phổ biến là: lò gián đoạn lò nung liên tục Lò nung gián đoạn thường loại lò thủ cơng, cơng suất nhỏ Trong lò này, gạch nung thành mẻ Chất lượng gạch sản xuất từ loại lò thường thấp khơng đồng Lò nung liên tục thường sử dụng lò vòng (lò Hopman) lò Tuynen Gạch xếp lò, nung lò liên tục thời gian, Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh đó, suất cao, nữa, chế độ nhiệt lại ổn định nên chất lượng sản phẩm cao đồng Chất lượng gạch sản xuất phụ thuộc nhiều vào loại lò nung Trong đề tài này, điều kiện Hậu Giang tỉnh phát triển ngành sản xuất gạch nên Ban chủ nhiệm đề tài chọn lò nung thủ cơng quy mô nhỏ để sản xuất nên chất lượng gạch chưa cao IV TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Gạch vật liệu xây dựng phổ thơng tồn giới Ở tất quốc gia, tùy vào điều kiện tự nhiên mà người ta nghiên cứu sản xuất gạch nhiều loại nguyên liệu khác nhau, phổ biến đất sét nung Ngày nay, sức ép vấn đề rác thải môi trường, người ta bắt đầu nghiên cứu sản xuất loại vật liệu xây dựng từ rác thải nhằm hạn chế việc khai thác tài nguyên thiên nhiên, đồng thời giảm chi phí xử lý chất thải Trên giới Hình 3: Gạch làm từ bùn cống thải Weng Huanxin, giáo sư Đại học Chiết Giang, Trung Quốc phát triển thành công phương pháp biến bùn thành vật liệu không độc để làm gạch xi măng với giá rẻ Bùn trở thành mối đe dọa với 700 thành phố Trung Quốc Chỉ riêng Bắc Kinh tạo 1.000 ngày, Thượng Hải 700 Thâm Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh Quyến 300 Ước tính bùn thải Trung Quốc tăng trung bình 10 đến 15% năm Hầu hết bùn chất đống bãi thải, chiếm diện tích lớn gây ô nhiễm Theo công nghệ Weng, bùn làm khô nhiệt độ thấp, điều kiện thành phần độc hại bị cố định vĩnh viễn khơng bay Sau bùn nén thành hạt rắn có kích cỡ hạt đậu Các hạt trộn với sét nung thành viên gạch nhẹ Vì hạt bùn chứa khoảng 1.500 kcal nhiệt, nên thân chúng góp phần vào việc trì cháy giúp tiết kiệm nhiên liệu nung gạch Trong đó, lỗ hổng nhỏ bên hạt bùn sau cháy giúp làm giảm trọng lượng gạch tăng khả chịu nén Trong nước Hình 4: Gạch làm từ đất sét, tro, mùn cưa + Chế tạo “gạch” cách nhiệt từ phế thải: Từ đất sét, tro, mùn cưa, xốp polystyron, nhóm nghiên cứu Đại học Xây dựng Hà Nội chế tạo thành công gốm xốp cách nhiệt dùng xây nhà cao tầng Loại gốm xốp có nhiều ưu điểm so với vật liệu truyền thống, giá thành 70% hàng nhập loại giúp giữ môi trường Trong việc xây dựng nhà cao tầng, vật liệu truyền thống có khối lượng lớn, gây áp lực cho móng, kéo dài thời gian thi công, tốn Loại gốm xốp đời khơng có tác dụng cách âm, cách nhiệt mà tiết kiệm xi măng, sắt thép cho kết cấu dầm, cột, móng , nhờ giảm khối lượng cơng trình, nâng cao tốc độ xây dựng, suất lao động Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh Mặt khác, việc sử dụng phế thải để sản xuất gốm xốp vừa giúp làm môi trường vừa tiết kiệm lượng đất sét ngày Gốm xốp không cần sử dụng ngun liệu q điatơmít, trêpen, vermiculít nên giảm giá thành Mùn cưa polystyron (tấm xốp lót hộp đựng TV, tủ lạnh ) loại phế thải gây ô nhiễm môi trường lại tốt làm phụ gia trình sản xuất gốm xốp cách nhiệt + Sản xuất gạch lát từ chất thải: Từ chất thải rắn nhà máy chế biến phế thải đô thị thành phố Việt Trì thải trình xử lý rác thải như: cát, sỏi, thủy tinh vụn cm … chất hữu khác, nhóm nghiên cứu Xí nghiệp xây dựng Tuổi trẻ Thành phố Việt Trì nghiên cứu sản xuất thành cơng gạch lát ngồi trời chất lượng cao dùng để lát cơng viên, đường phố, vỉa hè Chi phí giá thành sản phẩm gạch từ rác thải giảm 30% so với sử dụng nguyên liệu khác + Sản xuất vật liệu xây dựng từ săm lốp thải: Từ mẫu hỗn hợp gồm: cao-su phế thải chất dẻo phế thải (săm lốp xe) nghiền nhỏ, chất hoá dẻo, bột đá, ZnO, Na2CO3, chất xúc tiến (theo số cơng thức tỷ lệ khác nhau), nhóm nghiên cứu thuộc Bộ mơn Hóa – Đại học Hàng hải thử nghiệm sản xuất gạch lát đường bê – tông xây dựng cho kết tương đương với mẫu bê tông đối chứng Cách thức sản xuất sau: Lốp loại, săm, chi tiết, dụng cụ cao-su phế thải sau tách kim loại nghiền nhỏ máy nghiền nước đến kích thước khoảng 0,5x0,5cm Các loại chất dẻo thải rửa phơi khô nghiền nhỏ đến kích thước đưa trộn lẫn caosu chất dẻo theo tỷ lệ khối lượng thích hợp Các chất phụ gia, xúc tiến theo công thức pha chế cho vào nồi nấu thùng thép kích cỡ tuỳ công suất thiết kế, đặt cố định bếp đun than Hệ thống đặt xe động Phía nắp nồi nấu có ống khói Phía cửa lấy sản phẩm Trong lòng nồi có khuấy thép Hỗn hợp đun nóng 10 Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh Tiến hành thử: Sau 48 giờ, lẫy mẫu đếm, đo đường kính vết tróc nở vơi mặt mẫu Kết thực a Dạng kết dự kiến đề tài Báo cáo kết đề tài: công thức điều kiện tối ưu để sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải NM đường; đặc tính kỹ thuật sản phẩm tạo thành; điều kiện khác có liên quan đến trình nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải NM đường Báo cáo sơ hiệu kinh tế đề tài mang lại (lượng bã bùn giải quyết, so sánh chi phí – tương đối - với biện pháp xử lý môi trường khác, khả tiêu thụ sản phẩm ) Phác thảo quy trình cơng nghệ, quy mơ sản xuất b Yêu cầu khoa học sản phẩm tạo ra: Đối với sản phẩm gạch tạo ra: Loại sản phẩm Độ bền nén (MPa) Độ bền uốn(MPa) Gạch không nung 2.5 0.25 Gạch nung 2.5 0.5 Bảng 1: Yêu cầu khoa học sản phẩm tạo Các tiêu chất lượng tính theo TCVN 1451:1998 gạch đặc sét nung, cụ thể sau: 18 Nghiên cứu sản xuất gạch thứ cấp từ bã bùn thải Nhà máy đường Vị Thanh TÊN CHỈ TIÊU Mức chất lượng TCVN 1451:1998 Kích thước Chiều dài, mm Chiều rộng, mm Chiều cao, mm Khối lượng thể tích, Kg/m3 Độ hút nước, % Độ bền nén mẫu, daN/cm2 Khuyết tật: + Độ cong vênh mặt, cạnh gạch, mm + Số vết nứt theo chiều dày đến 60mm + Số vết nứt cạnh góc sâu – 100 mm kéo dài theo cạnh 10 – 15 mm Chiều dày thành lỗ rỗng, mm Chiều dày vách ngăn lỗ rỗng, mm Số vết tróc vôi bề mặt gạch 5– 10 mm 190 ± 90 ± 90 ±