Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải khu công nghiệp vĩnh lộc tp hcm để phục vụ mục đích năng lượng

Qua kết quả phân tích bùn thải đầu ra do KCN Vĩnh Lộc cung cấp, các thành phần nguy hại đều nằm dưới ngưỡng quy định cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hạ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn : PGS TS TRƯƠNG THANH CẢNH Sinh viên thực hiện : NGUYỄN DUY TÀI

MSSV: 1151080279 Lớp: 11DMT03

TP Hồ Chí Minh, năm 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng: số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong khóa luận này ghi rõ nguồn gốc

Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Duy Tài

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, con xin được gửi lời đến ba mẹ yêu thương với lòng biết ơn vô

bờ bến Ba mẹ đã nuôi dưỡng con không quản ngại bao gian khổ từ lúc còn bé thơ cho đến ngày hôm nay Không những thế, ba mẹ còn là chỗ dựa vững chắc nhất trong cuộc sống của con, luôn dõi theo từng bước chân con đi để ủng hộ, động viên

và nâng đỡ cho con mỗi khi vấp ngã Chính ba mẹ là niềm tin để con có được sức mạnh để vững vàng hơn trên đường đời còn nhiều gian khó

Thời gian bốn năm được học tập tại trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM

dù không phải là quá dài song em vô cùng biết ơn quý Thầy Cô khoa Công Nghệ Sinh Học – Thực Phẩm – Môi Trường đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn cho em những kiến thức vô cùng quý báu để làm hành trang bước vào đời Thầy Cô đã luôn nâng đỡ cho em vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập và làm đồ án tại nhà trường Một lần nữa em xin được gửi lời biết ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô

Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Trương Thanh Cảnh Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM, người đã tận tình nâng đỡ, hướng dẫn, giúp đỡ

em trong việc định hướng đề tài, hỗ trợ các kiến thức, nguồn tài liệu cần thiết, tạo điều kiện tốt nhất cho em tiến hành đề tài và giúp em làm việc nhóm hiệu quả

Em xin cảm ơn các thầy cô trong Phòng thí nghiệm phân tích Môi trường Trường ĐH Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện môi trường thuận lợi, giúp em nghiêm túc trong việc phân tích và tạo ra nguồn số liệu đáng tin cậy

Em xin cảm ơn anh Trần Trọng Khải đã giúp đỡ, chỉ bảo em trong quá trình thực nghiệm, hướng dẫn và cung cấp cho em các kiến thức quan trọng liên quan đến

đề tài Giúp em cải thiện và hoàn thành khóa luận

Xin cảm ơn các bạn trong nhóm Nghiên cứu, đã tận tình cùng thực hiện đề tài một cách nghiêm túc và nhiệt huyết, giải quyết khó khăn khi gặp phải

Xin cảm ơn chú Nguyễn Văn Ba, quản lý cơ sở than tổ ong ở số 144 Ung Văn Khiêm đã tạo điều kiện cho sinh viên thực hiện đề tài, chỉ bảo và truyền đạt các kiến thức thực tế quan trọng, hỗ trợ cho việc hoàn thành đề tài một cách tốt nhất

Em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè luôn là những người động viên giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đồ án

Em xin cảm ơn !

TÓM TẮT

Nghiên cứu này nhằm đề xuất xử lý tái chế bùn thải công nghiệp cho mục đích thu hồi năng lượng Bùn thải được lấy ở nhà máy xử lý nước thải (XLNT) tập trung Khu công nghiệp (KCN) Vĩnh Lộc Qua kết quả phân tích bùn thải đầu ra do KCN Vĩnh Lộc cung cấp, các thành phần nguy hại đều nằm dưới ngưỡng quy định cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước (QCVN 50:2013/BTNMT), tuy nhiên trong kết quả cho thấy bùn thải đầu ra có chứa nhiều kim loại nặng (Ba: 190 ppm; Pb: 6.54 ppm, ), nếu không có biện pháp xử lý kịp thời sẽ gây ra tồn đọng kim loại nặng gây ảnh hướng xấu đến sức khỏe và môi trường

Đề tài tiến hành nhằm sử dụng bùn thải công nghiệp (CN) cho mục đích tận thu năng lượng (NL), bùn thải được phối trộn với các nhiên liệu khác như: đất sét, than bùn, than cám theo các tỷ lệ khác nhau Trong đó đất sét là 10%, bùn thải lần lượt là 0%, 5%, 10%, 15% và 20%, tỷ lệ than thay đổi theo hàm lượng bùn (than bùn: than cám) tất cả các tỷ lệ được tính theo vật chất khô để sản xuất ra viên than đốt, viên than sản xuất từ bùn thải được đánh giá khả năng đốt cháy và nhiệt trị, chọn tỷ lệ bùn phối trộn có khả năng cung cấp nhiệt cao và xử lý tối đa hóa lượng bùn Kết quả nghiên cứu cho thấy để giải thích sự khác nhau này cần tiến hành xác định mối liên hệ của tỷ lệ bùn với các tính chất có trong than (độ ẩm, chất bốc, tro, carbon cố định) và đặc biệt là thông số nhiệt trị dựa vào xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính đơn Qua kết quả phân tích hồi quy cho thấy bùn tỷ lệ thuận với chất bốc,

độ ẩm và nhiệt trị tỷ lệ nghịch với carbon cố định và tro, trong đó bùn ít ảnh hưởng đến sự thay đổi của tro (bùn tăng lên 1% làm hàm lượng tro trong than giảm 0.062%) Kết luận, tỷ lệ bùn phối trộn càng nhiều thì làm cho than có khả năng bén cháy cao và cung cấp được nhiệt lượng lớn

Việc chọn ra tỷ lệ bùn phối trộn nào có đặc tính của nhiên liệu đốt tốt, xác định dựa trên các thông số: thời gian bén cháy, thời gian đun sôi 2 lít nước, thời gian cháy hữu ích và lượng nước đun sôi Kết quả thực nghiệm cho thấy tỷ lệ bùn

10% là thích hợp nhất, đáp ứng được các thông số đốt và lượng bùn xử lý là tương đối 10% Kết quả nghiên cứu là thông tin hữu ích cho những nhà chính sách đưa ra các quyết định xử lý bùn thải theo hướng tái chế và là một giải pháp xử lý bùn hiệu quả

Từ khóa: Bùn Thải KCN, Năng lượng, Nhiệt trị, KCN Vĩnh Lộc

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iv

MỤC LỤC vi

DANH MỤC BẢNG ix

DANHMỤCHÌNHẢNH xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do tiến hành đề tài 1

2 Tính cấp thiết đề tài 3

3 Mục tiêu nghiên cứu 3

4 Đối tượng nghiên cứu 3

5 Phạm vi nghiên cứu 3

6 Phương pháp nghiên cứu 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 Vấn đề bùn thải CN 5

1.2 Bùn thải 6

1.2.1 Khái niệm 6

1.2.2 Nguồn gốc bùn thải 7

1.2.3 Đặc tính của bùn 11

1.2.4 Các phương pháp xử lý và tái chế bùn 12

1.2.5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước 14

1.2.6 Sử dụng bùn thải CN cho mục đích tận thu năng lượng 16

1.2.6.1 Cacbon cố định (Fixed carbon) 19

1.2.6.2 Các chất bốc (Volatile matter) 19

1.2.6.3 Hàm lương tro sỉ (Ash) 20

1.2.6.4 Hàm ẩm (Moisture) 20

1.2.6.5 Nhiệt trị (Heating value) 20

1.3 Giới thiệu KCN Vĩnh Lộc 26

1.3.1 Lịch sử hình thành và phát triển 26

1.3.2 Các loại hình sản xuất trong KCN 27

1.3.3 Nhà máy XLXN tập trung 31

1.3.3.1 Địa điểm xây dựng nhà máy nước thải và nguồn tiếp nhận 31

1.3.3.2 Lĩnh vực hoạt động 31

1.3.3.3 Nguồn gốc nước thải nhà máy 32

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36

2.1 Nội dung nghiên cứu 36

2.2 Phương pháp nghiên cứu 36

2.2.1 Phương pháp kế thừa 36

2.2.2 Phương pháp lấy mẫu 36

2.2.3 Phương pháp phân tích mẫu 37

2.2.3.1 Phân tích độ ẩm 37

2.2.3.2 Xác định tro 38

2.2.3.3 Xác định ham lượng chất bốc 39

2.2.4 Phương pháp thực nghiệm 40

2.2.5 Phương pháp thống kê và xử lý xử lý số liệu 43

2.2.5.1 Chương trình Microsoft Exce 43

2.2.5.2 Phần mềm SPSS 43

2.2.6 Phương pháp phân tích SAW (Simple additive weighting) 44

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

3.1 Tính chất, thành phần bùn KCN Vĩnh Lộc 45

3.1.1 Thành phần của bùn thải 45

3.1.2 Đặc tính hóa lý của bùn 48

3.2 Tính chất nhiên liệu phối trộn (than bùn, than cám, đất sét) 51

3.3 Tiến hành phối trộn 56

3.3.1 Quá trình phối trộn đợt 1 57

3.3.2 Tỷ lệ phối trộn đợt 2 57

3.3.3 Tỷ lệ phối trộn đợt 3 58

3.4 Kết quả phối trộn 59

3.4.1 Phối trộn Đợt 1 59

3.4.2 Phối trộn đợt 2 59

3.4.3.Phối trộn đợt 3 60

3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ bùn lên đặc tính lý hóa của viên đốt 64

3.6 Nhiệt trị và yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt trị 72

3.6.1 Nhiệt trị 72

3.6.2 Yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt trị 75

3.7 Lựa chọn tỷ lệ phối trộn 78

3.8 So sánh than thị trường 82

3.8.1 Đặc tính lý hóa 82

3.8.2 Giá thị trường 85

3.9 Nhận xét chung 86

KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Thành phần của bùn qua các công đoạn xử lý (OTV, 1997) 11

Bảng 1 2 Đặc tính của bùn thải (Mark Girovich, 1992) 18

Bảng 1 3 Phân tích tương đối các loại than khác nhau (%) (Chương trình Liên Hợp Quốc, 2006) 19

Bảng 1 4 Nhiệt trị cao (HHV) của vật liệu (Kiser, JVL và Burton, BK.1992) 21

Bảng 1 5 Phân tích tương đối các thành phần dễ cháy của chất thải rắn đô thị ở Mỹ(Niessen, W.R 1977) 22

Bảng 1 6 Phân tích nguyên tố chính của các thành phần dễ cháy của chất thải rắn đô thị (khô) (Niessen, W.R 1977) 23

Bảng 1 7 Nhiệt trị cao của CTR đô thị (MSW) tai các quốc gia (Khan, M.Z.A and Abu- Ghararah, Z.H., 1991) 25

Bảng 1 8 Cơ cấu phân bố đất đai xây dựng KCN Vĩnh Lộc (Tài liệu tham khảo từ Nhà Máy XLNT tập trung KCN) 26

Bảng 1 9 Cơ cấu ngành nghề trong KCN Vĩnh Lộc (Tài liệu tham khảo từ Nhà Máy XLNT tập trung KCN) 27

Bảng 1 10 Tính chất nước đầu vào (tài liệu tham khảo từ nhà máy xlnt tập trung KCN Vĩnh Lộc) 32

Bảng 2 1 Các tý lệ phối trộn của các nhiên liệu theo vật chất khô 40

Bảng 3 1 Kết quả thẩm định bùn thải đầu ra của Trạm XLNT tập trung của KCN Vĩnh Lộc 45

Bảng 3 2 Hàm lượng các thàn phần nguy hại vô cơ và hữu cơ trong mẫu bùn thải 46

Bảng 3 3 Kết quả phân tích phòng thí nghiệm 49

Bảng 3 4 Tính chất của bùn thải 49

Bảng 3 5 Tính chất hóa của đất sét 52

Bảng 3.6 Tính chất than cám 52

Bảng 3 7 Tính chất của than bùn 53

Bảng 3 8 khối lượng của các nhiên liệu tương ứng với các tỷ lệ phối trộn Đợt 2 58

Bảng 3 9 Khối lượng của các nhiên liệu tương ứng với các tỷ lệ phối trộn Đợt 3 59

Bảng 3.10 Tính chất của viên đốt theo các công thức khác nhau 61

Bảng 3 11 Kết quả phân tích hồi quy của Độ ẩm 65

Bảng 3 12 Kết quả phân tích hồi quy của Chất bốc 66

Bảng 3 13 Kết quả phân tích hồi quy của Tro 67

Bảng 3 14: Kết quả phân tích hồi quy của Carbon cố định 68

Bảng 3 15: Thống kê về Nhiệt trị 73

Bảng 3 16 Kết quả Kiểm định One-Sample Kolmogorov-Smirnov 73

Bảng 3 17 Kết quả phân tích hồi quy tuyến tính Nhiệt trị 76

Bảng 3 18 Kết quả đốt than 79

Bảng 3 19 Điểm đánh giá của viên đốt theo các tỷ lệ 79

Bảng 3 20 Xác định trọng số cho các tiêu chí 81

Bảng 3 21 Tính điểm kết luận cho viên đốt than theo các tỷ lệ khác nhau 82

Bảng 3 22 Kết quả đốt than thị trường và than thành phẩm 84

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 2 Hệ thống XLNT nhà máy nước tập trung KCN Vĩnh Lộc 34

Hình 2 1 Máy ép than 41

Hình 2 2 Viên đốt 42

Hình 2 3 Mô hình đốt than 43

Hình 3 1 Đặc tính lý hóa của bùn thải 51

Hình 3 2 Tính chất của các nhiên liệu phối trộn 54

Hình 3 3 So sánh tính chất của các nhiên liệu phối trộn 55

Hình 3.4 Sân phơi bùn thải 57

Hình 3 5 Tính chất của Viên đốt theo các công thức khác nhau 63

Hình 3 7: Đồ thị phân phối chuẩn của Nhiệt trị 74

Hình 3 8 Quan hệ tuyến tính giữa Chất bốc và Nhiệt trị 75

Hình 3 9 Mối quan hệ tuyến tính giữa Tỷ lệ bùn và Nhiệt trị 78

Hình 3 10 Đặc tính lý hóa Than thành phẩm và Than thị trường 83

CTNH: Chất thải nguy hại

F/M :tỷ số lượng thức ăn (BOD) MLSS: chỉ số chất rắn lơ lững có trong bùn

FC :Fixed carbon (Carbon cố định)

HV :Heat value (Nhiệt trị)

KCN: Khu công nghiệp

KCX: Khu chế xuất

M : Moisture (Độ ẩm)

MSW: Chất thải rắn đô thị

PAH : Polynuclear aromatic hydrocarbons

QCVN 50:2013/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước

MỞ ĐẦU

1 Lý do tiến hành đề tài

Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) được xem là một trung tâm kinh tế, tài chính lớn nhất cả nước, có điều kiện phát triển nền kinh tế và được xem là “nơi sinh sống và phát triển” chính điều đó làm TP Hồ Chí Minh có lượng dân số tập trung cao và xây dựng nhiều khu công nghiệp mới theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước

TP.HCM hiện có 11 KCN, 3 KCX hoạt động với tổng diện tích đất quy hoạch KCN-KCX hơn 2.354 ha, hầu hết các KCN này đều có tỷ lệ đất cho thuê từ đất 60% - 100% trên tổng diện tích đất cho thuê Ngoài ra, có 7 KCN dự kiến thành lập mới, được quy hoạch 1.422 ha Mục tiêu của các KCN mới là mở rộng thu hút các ngành mũi nhọn theo định hướng phát triển của Thành phố và bảo vệ môi trường như: điện-điện tử, hóa chất, cơ khí và chế biến lương thực-thực phẩm nhằm tạo động lực vững chắc cho Thành phố phát triển Với số lượng KCN, KCX ở thành phố Hồ Chí Minh, đã thu hút vốn đầu tư trong và ngoài nước, tạo việc làm cho nhiều người lao động, tổng số lao động làm việc tại các KCX, KCN là 255.855 người

Tuy nhiên vấn đề việc hình thành và tập trung các KCN, KCX làm nảy sinh

ra nhiều vấn đề môi trường, theo thống kê và dự báo được lượng bùn thải công nghệp phát sinh từ các KCN –KCX, CCN tại TP.HCM: 36,912 tấn/năm 2015 và

dự báo đến năm 2020 bùn phát thải lên đến 53,754 tấn/năm và 2025 là 67,641 tấn /năm, trong đó bùn nguy hại chiếm 60% (Nguyễn Văn Phước, 2009) Với số lượng lớn lượng bụn thải phát sinh nhưng hiện nay vẫn chưa có bãi chôn lấp bùn hay nhà máy xử lý bùn thải từ các trạm XLNT tập trung

Bùn thải CN (Công nghiệp) từ các đơn vị thành viên KCN hợp đồng vói các công ty có chức năng xử lý, có thể được xử lý theo nhiều phương pháp khác nhau như: làm phân compost, chôn lấp, thiêu đốt, làm các sản phẩm sinh học (chế phẩm sinh học cho việc cải tạo đất, thuốc trừ sâu sinh học, màng PE, hóa chất keo tụ ),

làm xi măng, .Tuy nhiên, hiện nay phần lớn số lượng bùn thải ở TP.HCM được

xử lý theo phương pháp chôn lấp, phương pháp truyền thống này lại có một số nhược điểm cho thấy không phù hợp so với tình hình hiện nay của TP như: diện tích bãi chôn lấp lớn, bùn thải chứa nhiều kim loại nặng chưa được xử lý, nước rỉ rác từ bãi chôn lấp

Việc xử lý bùn không hiệu quả không những gây ô nhiễm môi trường mà còn lãng phí tài nguyên môi trường Bởi thực tế, sau khi được xử lý hết các thành phần độc hại, bùn thải hoàn toàn có thể được tận dụng làm vật liệu xây dựng (gạch, bê tông) và san nền, làm phân compost, chất hấp phụ

Thành phần nhiệt của các chất rắn có trong nước thải khi sấy khô nằm trong khoảng nhiên liệu chứa cacbon thấp như than bùn hoặc than non Bùn thải có chứa

tỷ lệ phần trăm chất dễ bay hơi và hàm lượng carbon cố định thấp hơn so với than

đá, đốt bùn sẽ tạo ra nhiều sự bốc cháy của chất dễ bay hơi bị oxy hóa (European Commission DG Enviroment.2001) Mặc khác viện đốt bùn đảm bảo độ ổn định cao của kim loại nặng trong tro so với trong bùn thải ban đầu Nên việc tận dụng bùn thải CN cho mục đích tái sinh năng lượng (NL) vừa giải quyết vấn đề môi trường, kinh tế, và phát triển năng lượng bền vững

Khu công nghiệp Vĩnh Lộc được xếp vào loại công nghiệp không gây ô nhiễm (ô nhiễm cấp độ III và IV) như công nghiệp cơ khí, lắp ráp điện tử, may mặc, dệt với lượng bùn thải phát sinh với khối lượng 30 tấn/tháng, ở mức trung bình Bùn thải CN thường được xử lý chôn lấp, tuy nhiên bùn thải đẩu ra của KCN Vĩnh Lộc có chứa nhiều kim loại nặng ( dưới ngưỡng QCVN 50:2013/BTNMT), vì thế việc sử dụng bùn bón phân cho cây có nguy cơ gây rò rỉ hóa chất từ bùn thải, nếu không xử lý triệt để ô nhiễm bùn thải sẽ dẫn đến ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt, không khí và chuỗi thực

Đồng thời, vấn đề ô nhiễm bùn thải vẫn còn đang là vấn đề mới đối với các

cơ quan chức năng thành phố, chưa có cơ sở pháp lý, công tác quản lý và sự quan tâm đúng mức cả về quy định thải bỏ cũng như hướng dẫn xử lý và tận dùng nguồn bùn thải này Từ thực trạng trên, để giải quyết vấn đề cũng như đáp ứng yêu cầu

thực tiễn, sinh viên tiến hành đề tài: “Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải khu công nghiệp Vĩnh Lộc thành phố Hồ Chí Minh để phục vụ mục đích năng lượng ”

2 Tính cấp thiết đề tài

 Ý nghĩa khoa học

Đề tài giúp bổ sung thêm nguồn tài liệu về việc xử lý bùn thải công nghiệp phát sinh tại các nhà máy xử lý nước thải tập trung của KCN cũng như việc giảm tác động của việc chôn lắp chất thải đến môi trường đất

 Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài nghiên cứu này sẽ giúp xử lý lượng bùn thải công nghiệp phát sinh, làm giảm việc chôn lấp bùn thải vào đất, từ đó sẽ làm giảm tác động đến môi trường Hơn nữa, đề tài còn có thể giải quyết được nhu cầu về năng lượng nhiệt cho các cơ

sở sản xuất

3 Mục tiêu nghiên cứu

 Khảo sát thành phần bùn thải CN nhằm đánh giá khả năng đôt cháy và sinh

NL của bùn thải CN sau xử lý của nhà máy XLNT tập trung của KCN Vĩnh Lộc

 Phối trộn bùn thải CN với các nhiên liệu khác như than bùn, than cám và đất sét để sản xuất các viên than đốt

 Khảo sát khả năng đốt cháy và nhiệt trị của viên đốt

 Đánh giá khả năng tái chế và sử dụng bùn thải khu công nghiệp

cho mục đích thu hồi năng lượng

4 Đối tượng nghiên cứu

Bùn thải khu công nghiệp Vĩnh Lộc TP.HCM

5 Phạm vi nghiên cứu

 Phạm vi về nội dung: thu thập các thông số đầu ra của bùn thải KCN Vĩnh Lộc, kết quả phân tích dữ liệu các chỉ tiêu (đặc tính lý hóa) của nhiên liệu đốt để xét khả năng đốt của nhiên liệu, đánh giá được mức độ ảnh hưởng của bùn thải dựa vào việc xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính để xác định mối liên hệ giữa bùn thải và các chỉ tiêu của nhiên liệu đốt, sẽ được trình bày rõ trong phần kết quả và thảo luận Xác định được tỷ lệ bùn nào thích hợp để phối trộn

 Phạm vi về không gian: bùn thải được lấy từ Nhà máy XLNT tập trung của KCN Vĩnh Lộc, và mẫu được tiến hành phân tích ở PTN ĐH QG Khoa Học Tự Nhiên Giai đoạn phối trộn và đốt được tiến hành ở trong khu vực nội thành

 Phạm vi về thời gian: Tiến hành lấy mẫu và phân tích mẫu trong 5 tháng,

từ tháng 3 đến tháng 7/2015

6 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp kế thừa

 Phương pháp lấy mẫu

 Phương pháp phân tích mẫu

 Phương pháp thực nghiệm

 Phương Pháp thống kê và xử lý số liệu

 Phương pháp phân tích SAW (Simplie additive weighting)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Vấn đề bùn thải CN

Về công nghệ xử lý bùn thải, hiện nay trên thế giới đang sử dụng nhiều công nghệ để xử lý bùn thải Việc xử lý kết hợp bùn thải từ bể tự hoại với bùn thải từ hệ thống thoát nước cũng đã và đang thực hiện ở một số nước châu Á, châu Phi hoặc tại một số nước phát triển toàn bộ chất thải bỏ từ hệ thống thoát nước và các công trình vệ sinh được tập trung về nhà máy xử lý nước thải để xử lý Tuy nhiên việc xây dựng và vận hành hệ thống xử lý này tốn kém và yêu cầu trình độ quản lý cao

Ở Việt nam bước đầu đã áp dụng một số công nghệ xử lý bùn thải chi phí thấp Nhiều sản phẩm được sản xuất ra từ bùn thải ví dụ sử dụng làm vật liệu xây dựng, sử dụng trong nông nghiệp và trồng trọt (phân bón), ngoài ra việc tái sử dụng bùn thải nhằm tiết kiệm năng lượng được tận thu từ quá trình xử lý bùn thải cũng đang được quan tâm… tuy nhiên việc lựa chọn công nghệ nào cho phù hợp, các sản phẩm sản xuất từ bùn thải phải đáp ứng các yêu cầu gì, tuân thủ theo tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật nào và chi phí xử lý là bao nhiêu hiện đang còn để ngỏ ?

TPHCM hiện nay vẫn chưa có bãi chôn bùn hay nhà máy xử lý bùn thải từ Trạm XLNT tập trung hay từ các trạm XLNT cục bộ của mỗi doanh nghiệp, bùn thải được đổ khắp nơi có thể, chủ yếu tập trung ở ngoại thành như huyện Bình Chánh, Hóc Môn, Cần Giờ, Củ Chi, quận 9, Thủ Đức… Vừa qua, bổ sung thêm bãi

đổ ở Q.Bình Tân song vị trí này cũng sẽ sớm quá tải trong thời gian tới

Theo kết quả khảo sát cho thấy, hầu hết bùn thải của các Trạm XLNT tập trung không được coi là CTNH và không được xử lý đúng cách Hiện nay, không có tiêu chuẩn để phân loại bùn thải (ví dụ như bùn sinh hoạt hay bùn công nghiệp và bùn nguy hại) cũng như chưa có những quy định cụ thể về việc thải bỏ bùn Quản lý bùn tại các nhà máy xử lý nước thải tập trung Hầu hết bùn được ép hoặc phơi khô

và sau đó bón trực tiếp cho cây xanh trong phạm vi KCN (Lê Minh Xuân), ủ tại chổ làm phân compost (Vĩnh Lộc), bán cho cơ sở làm phân vi sinh (Tân Tạo) hoặc giao cho một số đơn vị xử lý (Bình Chiểu, Tân Bình, Tân Thuận) Trong thời gian qua,

bùn cũng chưa được giám sát chất lượng theo qui định Vì thế, nguy cơ rò rỉ các chất độc hại trong bùn thải đến nước ngầm, nước mặt và lan truyền vào môi trường

có thể xảy ra

Việc xác định bùn thải từ quá trình xử lý nước có phải là bùn thải nguy hại hay không rất quan trọng Để nâng cao ý thức bảo vệ môi trường vì một môi trường xanh-sạch-đẹp, Bộ Tài nguyên Môi trường đã ban hành QCVN 50:2013/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về bùn thải từ quá trình xử lý nước, được xây dựng dựa trên QCVN 07:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại; Tổng cục Môi trường, Vụ Khoa học và Công nghệ, Vụ Pháp chế trình duyệt và được ban hành theo Thông tư số 32/2013/TT-BTNMT ngày 25 tháng 10 năm 2013 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường

Đặc biệt trong Nghị định số 80/2014/NĐ-CP ngày 6/8/2014 của Chính phủ

về Thoát nước và xử lý nước thải đã có một số điều quy định chi tiết về quản lý bùn thải từ hệ thống thoát nước; quản lý bùn thải từ bể tự hoại cũng như các quy định về tái sử dụng bùn thải Tuy nhiên nhiều vấn đề còn thiếu cần phải được tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện đó là: Cụ thể hóa các tiêu chí lựa chọn công nghệ xử lý bùn thải; Các quy chuẩn ký thuật liên quan trực tiếp đến bùn thải (kể cả sản phẩm được sản xuất, tái sử dụng bùn thải…); Các cơ chế, chính sách ưu đãi, hỗ trợ ; Các chỉ tiêu và các định mức kinh tế, kỹ thuật cho thu gom, vận chuyển, xử lý bùn thải; Các vấn đề liên quan đến đầu tư, tài chính (giá xử lý, chi phí quản lý, khai thác, vận hành…)

1.2 Bùn thải

1.2.1 Khái niệm

Ngoài nước sau xử lý, các sản phẩm phụ chủ yếu của cơ sở xử lý nước ( nước sinh hoạt, nước sử dụng cho sinh hoạt, nước thải công nghiệp) là chất rắn còn lại gọi là bùn thải công nghiệp Chúng còn được gọi là chất rắn sinh học, là dạng lơ lững của chất rắn lắng ở dưới cùng của bể và hồ chứa trong quá trình xử lý

nước (Halcyon Technologies, Llc 2002)

Bùn thải CN là một lượng rắn dư có nguồn gốc chủ yếu từ các nhà máy XLNT KCN tập trung và chúng là một phụ phẩm không thể tránh khỏi (Oleszkiewicz, JA and DS Mavinic 2001)

Do các quá trình vật lý-hóa học diễn ra trong quy trình xử lý, nên bùn có khuynh hướng tập trung các kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ phân hủy sinh học có vi lượng kém và VSV gây bệnh như: virut, vi khuẩn, trong bùn CN chứa nhiều chất dinh dưỡng như nito, phospho và các chất hữu cơ khác

 Bùn có nguồn gốc từ việc xử lý nước thải công nghiệp

Các đặc tính của bùn phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào cần xử lý và cũng dựa vào kỹ thuật xử lý Tuy nhiên việc xử lý nước thải ô nhiễm tập trung (nước thải CN) làm cho bùn có chứa các chất khác nhau Một số hợp chất có thể được tái sử dụng một cách hữu ích (vật chất hữu cơ, nito, photpho, kali, canxi,vv) trong khi các hợp chất khác là chất gây ô nhiễm (như kim loại nặng, các chất ô nhiễm hữu cơ và các mầm bệnh)

 Theo quy trình XLNT Bùn thải thường được chia ra làm 2 cấp, bùn thải

từ các nhà máy xử lý nước thải thông thường (HTXLNT) là bùn sơ cấp, bùn này được hình thành ở bể lắng 1 thành phần chủ yếu là cát sạn; và bùn được tạo ra trong quá trình xử lý hóa học gọi là bùn thứ cấp, bùn này tạo thành từ các quá trình

xử lý sinh học và hóa học được hình thảnh ở bể lắng 2 Đây là loại bùn có khả năng phân hủy cao, chứa nhiều chất hữ cơ có khả năng tái sinh năng lượng Mỗi quy trình

xử lý nước tác động khác nhau đến hàm lượng ô nhiễm trong nước (European Commission DG Environment 2001)

Hình 1 1 Sơ đồ xử lý nước thải (European Commission DG Enviroment, 2011)

 Bùn cấp 1 (Sơ cấp-Primary sludge)

Bùn sơ cấp phát sinh từ quá trình xử lý sơ bộ bao hồm các công đoạn lắng sơ

bộ, xử lý hóa lý để khử các chất lơ lửng Phương pháp xử lý thông thường là lắng Lắng là phương pháp tách các chất rắn lơ lững trong nước thải dưới tác dụng của trọng lực Lắng luôn được coi là công đoạn xử lý đầu tiên loại bỏ một phần các chất

Bùn lắng

hợp

Bùn

Bùn lỏng

Xử

lý bùn

Bể điều hòa

Lắng

1

Xử lý sinh học

rắn, tránh các ảnh hưởng không tốt đến hoạt động của hệ thống sinh học nối tiếp Phương pháp lắng khá đơn giản, hiệu quả và chi phí thấp Một biện pháp xử lý khác

là tuyển nổi, không khí được đưa vào nước thải sau đó đẩy lên bề mặt và chất thải được tách bằng việc hớt váng bọt nổi lên, trong giai đoạn xử lý cơ học, 50-70% chất rắn lơ lửng và 25-40% BOD5 có thể được loại bỏ

 Bùn cấp 2 (Thứ cấp-Secondary sludge)

Bùn thứ cấp được gọi là bùn sinh học, sinh ra nhờ vào quá trình sử dụng, phân hủy cơ chất dưới tác dụng của vi khuẩn Có nhiều công nghệ khác nhau phát sinh bùn thứ cấp như: hồ sinh học, lọc sinh học, bùn hoạt tính, dĩa quay sinh học cũng như các quá trình lọc sinh học Trong phương pháp bùn hoạt tính, vi khuẩn được giữ lơ lững trong điều kiện sục khí Vào cuối quá trình xử lý, nước và bùn đươc phân tách nhờ công đoạn lắng Bùn thứ cấp có hàm lượng rắn chiếm 0.4-0.5%

 Bùn cấp 3 (Bùn qua giai đoạn xử lý nâng cao-Tertiary sludge)

Bùn được tạo ra khi tiến hành xử lý nâng cao, là một quá trình bổ sung để xử

lý thứ cấp và được thiết kế để loại bỏ các chất dinh dưỡng còn lại không mong muốn (nito và photpho) thông qua vi khuẩn và quá trình hóa học Việc loại bỏ photpho bằng cách sử dụng các quá trình hóa học hoặc phương pháp xử lý sinh học, quá trình hóa học bao gồm kết tủa sử dụng các chất phụ gia, việc loại bỏ vật lý-hóa học của photpho làm tăng hàm lượng bùn phát sinh (30%) do bùn hoạt tính

 Bùn hóa học (Chemical Sludge)

Phát sinh do quá trình keo tụ, loại bỏ P, độ màu và các chất lơ lững trong thành phần nước thải Thành phần bùn thải chứa vôi, nhôm, clorua sắt, polymer và một số hóa chất kiểm

 Bùn hỗn hợp (Mixed sludge)

Tất cả các loại bùn trên có thể thu gom chung thành bùn hỗn hợp chuẩn bị cho khâu xử lý tiếp theo

 Bùn đã phân hủy (Digested sludge)

Sau khi thu và tách bùn từ quá trình xử lý nước thải, hàm lượng độ ẩm trong bùn cao và bùn có mùi hôi thối, bùn cần phải được xử lý để làm giảm nồng độ nước,

ổn định các chất hữu cơ và giảm sự phát sinh mùi, giảm nồng độ mầm bệnh và hàm lượng nước trong bùn giảm làm cho khối lượng bùn giảm

Bùn này được gọi la bùn đã qua phân hủy

 Theo thành phần

Bùn thải sinh học: Có mùi hôi thối song không độc hại Có thể dùng để sản xuất phân hữu cơ bằng cách cho thêm vôi bột để khử chua; than bùn; cấy vi sinh, dùng chế phẩm EM… để khử mùi sẽ thành phân hữu cơ tổng hợp Trong đó, bùn thải chiếm 70% Giá thành rẻ, chất lượng không thua kém các loại phân hữu cơ bán trên thị trường

Bùn thải công nghiệp không độc hại: Không cần xử lý, có thể sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau

Bùn thải công nghiệp nguy hại: Có chứa các kim loại nặng như: Cu, Mn, Zn,

Ni, Cd, Pb, Hg, Se, Al, As… nhất thiết phải được xử lý trước khi thải ra môi trường, nếu không sẽ gây nên hiểm họa

1.2.3 Đặc tính của bùn

Có ba hình thức của bùn, tùy thuộc vào mức độ xử lý nước, mà có thể được

sử dụng trong việc đồng xử lý:

 Bùn lỏng, trong đó có trọng lượng khô từ 3-6% tính theo trọng lượng và

được tạo ra trong bể lắng và các bể chứa

 Bánh bùn sản xuất bởi các cơ học tách nước từ bùn lỏng, trong đó có trọng lượng khô nằm trong khoảng 15-30%

 Bùn sấy khô, trọng lượng khô lớn hơn 90%, được sản xuất từ quá trình sấy nhiệt

Thành phần bùn KCN phụ thuộc vào thành phần các chất ô nhiễm của nước thải và công nghệ xử lý Bùn thải chứa nhiều thành phần khác nhau ở dạng lơ lửng

và hòa tan Các thành phần hữu cơ, nitơ, photpho, kali, canxi Còn các thành phần nguy hại nhiễm kim loại nặng, chất ô nhiễm hữu cơ, vi khuẩn gây bệnh

Bảng 1 2 Thành phần của bùn qua các công đoạn xử lý (OTV, 1997)

Mg %DM 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 Chất béo %DM 18 8 10 14 10 Protein %DM 24 36 34 30 18 Chất xơ %DM 16 7 10 13 10

 Ứng dụng làm đất hoặc cải tạo bón phân cho đất

Bùn được sử dụng để bón cho đất nhằm cải thiện chất lượng đất trồng do bùn có thành phần cao và khả năng trao đổi cation, giữ nước, thấm nước, giúp trồng trọt tốt và giúp đất thoáng khí Bùn đồng thời giúp cây trồng phát triển thông qua việc cung cấp chất dinh dưỡng như Nitơ, Phốtpho, Kali, Sắt, Kẽm, Mangan, vv… Hơn nữa, các chất dinh dưỡng trong bùn có thể thay thế được các loại phân bón hóa học đắt tiền Tuy nhiên, tùy theo thành phần của bùn cần phải loại bỏ các yếu tố độc hại (ví dụ như kim loại nặng) có trong bùn trước khi sử dụng Mặc dù ứng dụng đất của bùn có thể cải thiện về căn bản khả năng sản xuất của đất, và cũng tiêu biểu cho lựa chọn khả thi về kỹ thuật và rẻ tiền cho nhiều quốc gia nhưng nó có giới hạn và rủi ro Mùi là vấn đề gây phiền toái nhất cho những người láng giềng của các hộ nông dân ứng dụng bùn Hơn nữa, nếu bùn được bón bằng kĩ thuật không đúng cách, các chất ô nhiễm (các nguyên tố dạng vết hoặc hóa chất hữu cơ) và vi trùng (vi rút,

vi khuẩn hoặc ký sinh trùng) trong bùn có thể gây ô nhiễm phát tán vào môi trường,

vụ mùa, cây trồng vật nuôi và cho cả con người

 Sản xuất gạch

Trong vòng 15 năm qua, có rất nhiều kỹ thuật mới ra đời nhằm tái sử dụng bùn đô thị Trong đó, việc sản xuất gạch là một ý tưởng khá hấp dẫn bởi quá trình vận hành đơn giản và thị trường rộng lớn (Okuno và Takahashi, 1997),(Hara và Mino, 2008) Ứng dụng này được phát triển ở Nhật Bản với nguyên liệu từ 100% tro của quá trình đốt bùn, hoàn toàn không có chất phụ gia Hơn nữa, theo Okuno và Takahashi (1997), không có kim loại nặng nào thất thoát khỏi gạch, cho dù pH giảm xuống đến 3 Tuy nhiên, gạch sản xuất từ bùn thường có giá thành cao hơn gạch thông thường, và do vậy thị trường tiêu thụ bị hạn hẹp Do đó, một giải pháp mà các nhà khoa học Nhật Bản hướng đến đó là việc sử dụng bùn như một dạng nguyên liệu thô để sản xuất xi măng Portland (Taruya và cộng sự, 2002) Tác giả khẳng định rằng dùng bùn thô sẽ hiệu quả hơn dùng tro của bùn hoặc bùn khô

 Phương pháp đốt

Đốt bùn thải làm giảm thể tích cần thải bỏ, loại bỏ hoàn toàn mầm bệnh, phân hủy hầu hết chất hữu cơ và thu hồi một phần nhiệt lượng của bùn thải Tro còn lại ở dạng ổn định, tương đối trơ, và thành phần vô cơ chỉ còn 10 -20% thể tích bùn ban đầu Hầu hết kim loại thông thường đều tập trung trong tro (hàm lượng tăng từ

5 đến 10 lần) Tro thường được chôn lấp hoặc làm nguyên liệu cho ngành xây dựng Khi đốt bùn sẽ phát sinh khí CO2 và một số thành phần ô nhiễm như Cd, Hg, Pb, dioxin Hệ thống đốt là hệ thống phức tạp để loại bỏ thành phần tro và ô nhiễm bay hơi Nó là một trong những nguyên nhân làm cho đốt bùn trở nên tốn kém, hơn nữa không tận dụng thành phần hữu cơ và dinh dưỡng của bùn Đốt bùn đòi hỏi phải tính toán cẩn thận về kinh tế, có thể áp dụng khi khoảng cách đến vùng đất nông nghiệp hay bãi chôn lấp xa Xử lý bằng nhiệt cho nên áp dụng đối với bùn không có giá trị tái sử dụng Những thuận lợi khi áp dụng quá trình đốt: giảm thể tích và khối lượng bùn thải, phá hủy hoàn toàn thành phần chất độc hữu cơ và tạo ra năng lượng Vận hành tốt đòi hỏi phải có thiết bị và dụng cụ dự phòng, bao gồm cả hệ thống tiếp nhận và lưu trữ, thiết bị xử lý sơ bộ, hệ thống làm sạch khí gas, tái sử dụng nhiệt, thu gom tro, hệ thống loại bỏ nước thải và quan trắc Một số điều kiện áp dụng hệ thống đốt(Nguyễn Văn Phước.2009):

- Thành phần tro và xỉ có TOC phải ít hơn 3%, và ít hơn 5% so với trọng lượng bùn khô

- Khí thải từ quá trình đốt phải đạt tiêu chuẩn môi trường quy định

- Nhiệt độ của quá trình > 8500C (đạt đến 1.1000C với thành phần bùn thải

có trên 1% halogen hữu cơ)

1.2.5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước

 Các nghiên cứu trong nước

Theo Nghiên cứu sử dụng bùn thải đô thị làm phân bón của Đỗ Thủy Tiên, hàm lượng chất hữu cơ và hàm lượng các chất dinh dưỡng Nts, Pts, và Kts trong các mẫu bùn thải đô thị đa số ở mức khá khi sử dụng làm phân bón (% Chất hữu cơ (CHO) >8%, Nts >0,3%, Pts >0,46%, Kts >0,24%), bùn thải ủ kỵ khí với chế phẩm

EM có hàm lượng các chất dinh dưỡng cao, giá trị pH của phân bùn được sử dụng trong phòng thí nghiệm trước và sau khi ủ đều ổn định và ở mức trung tính Hàm lượng CHO trước và sau khi ủ cao (đạt giá trị cao nhất là 24,96%, sau khi ủ 30 ngày), tỷ lệ bổ sung phân bùn ở các mức khác nhau đều ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của rau cải Hàm lượng các kim loại nặng (Cu, Zn, Cd, Pb) trong đất sau trồng rau đều nằm trong giới hạn QCVN 03:2008/BTNMT, đối với đất nông nghiệp ngoại trừ hàm lượng Cd và các mẫu rau thu hoạch đều là rau an toàn Hàm lượng các kim loại nặng (Cu, Zn Cd, Pb) trong rau đều nằm trong giới hạn cho phép QCVN 8-2:20/BYT

Xử lý và tận dụng bùn cặn thải từ hệ thống xử lý mạ điện, tận dụng bùn thải

đã xử lý trong sản xuất gốm được thực hiện bởi Trần Yêm và các Cộng sự.2010, quá trình mạ đã tạo ra một lượng lớn nước thải, mà việc xử ly nó cũng hình thành một khối lượng không nhỏ bùn thải, bùn thải từ việc xử lý nước thải (thường là ép khung bản nước thải) chứa hợp chất các kim loại kết tủa như (Cr, Ni, Fe ) và các hợp chất hữu cơ phân hủy, xây dựng mô hình thử nghiệm (Pilot) và qui trình công nghệ tận dụng bùn thải đã xử lý cho sản xuất gốm xứ và vật liêu xây dựng Các kết quả thử nghiệm độ an toàn của gạch (tận dụng bùn thải để sản xuất) bằng đánh giá

sự rò rỉ của kim loại của kim loại có trong bùn theo phương pháp Tiêu chuẩn của

Cơ quan bảo vệ Môi trường Mỹ (US-EPA) cho thấy các sản phẩm hoàn toàn an toàn với môi trường Nước ngâm sản phẩm có nồng độ các kim loại thấp hơn nhiều

so với QCVN 24/2009 của Bộ Tài nguyên Môi trường

 Các nghiên cứu ngoài nước

 Các nghiên cứu

Theo báo cáo “các doanh nghiệp phải vật lộn để thu lợi từ bùn thải”.Catherine Price, một công ty sản xuất kính có tên là Minergy, bùn được đốt hoàn toàn ở nhiệt độ cao để tạo ra một nhiên liệu được sử dụng trong nhiều loại vật liệu xây dựng Kính Barb Scheiber từ một công ty có tên là Minergy, hiện công nghệ đang được sử dụng trong một nhà máy vệ sinh ở huyện Bắc Shore tại Illinois đã giành một giải thưởng sáng tạo 2008 Dự án lớn toàn cầu Công nghệ Minergy sử dụng bùn như là một dạng năng lượng tái chế chính bùn: bùn khô được đốt cháy trước, để tạo ra nhiệt độ rất cao khoảng 2400-2700 oF, cho rằng các khoáng chất thường sẽ bi xử lý như tro bị tan chảy vào thủy tinh nóng chảy Khi chất lỏng này được đưa vào trong nước lạnh, nó vị vỡ, tạo rá các mảnh vỡ màu đen Nó như thể là bùn có thể tự cháy toàn hoàn, để hạn chế sự còn sót lại của tro Các kết quả tổng hợp này có thể được sử dụng trong việc sản xuất nhiều vật loại xây dựng (gạch men, bê tông, nhựa đường )

Trong một nghiên cứu xử lý đồng đốt bùn (chất thải )thành năng lượng được chuẩn bị bởi Công nghệ Halcyon (2002), quy trình kỹ thuật điển hình là để tách nước hoặc làm khô bùn, và sau đó, trộn bùn trong hố hoặc phễu nhiên liệu rác, mối quan tâm liên quan đến hoạt động đồng đốt bánh bùn là kích thước hạt Kể từ khi hệ thống vỉ lò có thời gian cư trú hữu hạn, khối lượng lớn bánh sẽ không cháy hết Các

bề mặt bên ngoài của khối lượng bánh sẽ đốt cháy rồi đông cứng lại dẫn đến cháy chưa hoàn toàn Do hàm lượng nước của bùn lỏng cao, nhiệt bên ngoài là cần thiết cho quá trình đốt cháy hoàn toàn như bùn lỏng được thêm vào nhiên liệu, tốc độ cháy của rác thải phải được tăng lên để duy trì sản lượng hơi nước đã chọn Ngoài

ra, các tổn thất nhiệt do nước bốc hơi phải được cung cấp bằng cách cho thêm nhiên liệu hơn, giới hạn thực tế của lượng nước có thể được thêm vào là gấp hai lần- khả

năng duy trì sự cháy tốt trong lò và các tác động chung của khối lượng khí đốt tăng truyền qua hệ thống, đặc biệt là qua các quạt Các cơ sở ECO-Springfield đã được đồng đốt bùn lỏng với lò đốt MSW kể từ tháng Chín năm 2001 đang xử lý bùn lỏng với nồng độ 5% chất rắn với tốc độ 2.500 gallon / ngày Ở phía bắc nước Mỹ, nhà máy thoát nước lớn ở St Paul sử dụng chuyển đổi bùn thải (chất rắn sinh học) để làm nóng máy thoát nước, tiết kiệm rất nhiều năng lượng, rẻ hơn, an toàn hơn và thân thiện với môi trường hơn so với việc tái chế bùn thải sử dụng cho mục đích nông nghiệp

Theo báo cáo “ Xử lý bùn thải đốt, không tái chế” được đăng bởi Linda Dailey Paulson (2013) kim loại trong bùn có thể được loại bỏ một phần, sử dụng các quá trình lý hóa học khác nhau (trao đổi ion, thẩm thấu ngược, vv) cũng như những công nghệ sinh học Tuy nhiên việc áp dụng phương pháp này, nồng độ kim loại trong bùn thải vẫn còn cao Trong việc tận dụng nhiệt của bùn thải do đốt, sản phẩm cuối cùng của bùn là bao gồm khí thải sạch chất rắn khoáng (tro, tro bay) có chứa hầu hết các nguyên tố kim loại từ bùn

Theo kết quả nghiêu cứu “Kiểm tra thử nghiệm trên các quá trình đốt cháy của bùn thải từ một nhà máy xử lý nước thải đô thị” Witold ŻUKOWSKI 2004 được thực hiện bằng cách sử dụng một phòng thí nghiệm ở quy mô lò đốt tầng sôi 5

KW (Baron J và các CS,2002).Nó bao gồm một phần hình trụ của một ống thạch anh, đường kính 400 mm và 98 mm, đặt trên một tấm phẳng phân phối làm bằng thép Cr-Ni, với các lỗ đồng đều chiếm 1,8% tổng diện tích Nhiên liệu rắn được thêm từ trên, từ một trung chuyển đĩa Một ngọn lửa nhỏ hướng trực tiếp xuống được sử dụng để đánh lửa Khí đốt tự nhiên bắt đầu được cho vào buồng đốt, bằng nền cát, sau khi có nhiệt độ mong muốn máng bùn bắt đầu cháy và việc cung cấp nguồn khí đốt giảm, cho đến khi thay thế nhiên liệu được hoàn thành

1.2.6 Sử dụng bùn thải CN cho mục đích tận thu năng lượng

Việc đốt chất thải rắn chỉ sản sinh ra khoảng 25% năng lượng trên mỗi tỷ lệ phần trăm thành phần, kết quả của việc đốt các nhiêu liệu hóa thạch Tuy vậy nguồn

thu từ việc bán nguồn năng lượng có thể làm giảm đáng kể chi phí đốt (Charles R.Rhyner)

Đốt là cháy có kiểm soát các chất thải ở nhiệt độ cao trong một cơ sở được thiết kế để đốt cháy hiệu quả và đầy đủ, theo định nghĩa, đốt cháy hoàn toàn liên quan đến việc chuyển đổi tất cả carbon dioxide carbon, hydro với nước, và lưu huỳnh thành sulfur dioxide, các sản phẩm của quá trình đốt là tro, khí, và năng lượng nhiệt chất thải được đốt cháy do một hoặc nhiều trong những lý do sau đây: giảm thể tích, phá hủy các hóa chất hoặc làm thay đổi đặc tính hóa học nhất định, phá hủy các tác nhân gây bệnh, hoặc phục hồi năng lượng

Đối với bánh bùn thải, tỷ lệ phù hợp với quá trình đốt là 10 phần bùn khô và

1 phần bùn ướt còn đối với bùn lỏng, tỷ lệ đốt được đề nghị là một tỷ lệ 12 phần

chất thải rắn đối với một phần bùn lỏng (Halcyon Technologies, Llc 2002)

Việc đốt bùn ở nhiệt độ cao giúp tiêu hủy các mầm bệnh và các chất hữu cơ độc hại với hàm lượng thấp (tro chiếm khoảng 1% khối lượng bùn lỏng), số lượng

gia tăng của tro sản xuất với đồng thải sẽ là một tỷ lệ rất nhỏ trong tổng số

Thành phần nhiệt của các chất rắn có trong nước thải khi sấy khô nằm trong khoảng nhiên liệu chứa cacbon thấp như than bùn hoặc than non Bùn thải có chứa

tỷ lệ phần trăm chất dễ bay hơi và hàm lượng carbon cố định thấp hơn so với than

đá, đốt bùn sẽ tạo ra nhiều sự bốc cháy của chất dễ bay hơi bị oxy hóa Bảng cung cấp phân tích các giả định cuối cùng và gần đúng, cũng như tính toán nhiệt trị trong báo cáo này

Bảng 1 3 Đặc tính của bùn thải (Mark Girovich, 1992)

 Tính chất của nhiên liệu đốt

Có hai phương pháp phân tích nhiên liệu: phân tích tuyệt đối và phân tích tương đối Phân tích tuyệt đối xác định tất cả các thành phần nguyên tố của nhiên liệu, còn phân tích tương đối chỉ xác định Carbon cố định, các chất bốc, độ ẩm và phần trăm tro xỉ Phân tích tuyệt đối được thực hiện trong phòng thí nghiệm trang bị đầy đủ bởi các nhà phân tích giỏi, còn phân tích tương đối được thực thực bằng dụng cụ đơn giản

Trong báo cáo này, sinh viên tiến hành phân tích tương đối các thành phần của nhiên liệu dễ cháy bao gồm phần trăm khối lượng của carbon cố định, chất bốc, tro xỉ và hàm lượng ẩm Khối lượng carbon cố định và chất bốc đóng góp trực tiếp vào nhiệt trị của than Carbon cố định đóng vai trò là yếu tố tạo nhiệt chính trong quá trình cháy Hàm lượng chất bốc cao có nghĩa là nhiên liệu dễ bắt lửa Hàm

lượng tro xỉ cũng rất quan trọng đối với thiết kế của ghi lò, thể tích đôt, thiết bị kiểm soát ô nhiễm và thiết bị xử lý tro xỉ của lò đốt

Phân tích đương đối được chỉ rõ trong việc phân tích các loại than khác nhau

trong bảng 1.4

Bảng 1 4 Phân tích tương đối các loại than khác nhau (%) (Chương trình Liên Hợp Quốc, 2006)

1.2.6.1 Cacbon cố định (Fixed carbon)

Cacbon cố định là nhiên liệu rắn còn lại trong lò sau khi các chất bốc đã bay hơi Nó bao gồm chủ yếu là carbon và một ít hydro, oxy, lưu huỳnh và nitơ, không bay hơi với khí Cacbon cố định đưa ra ước tính sơ bộ về nhiệt trị của than

1.2.6.2 Các chất bốc (Volatile matter)

Chất bốc là một hỗn hợp các sản phẩm khí và hơi thoát ra từ than đá khi nung đến nhiệt độ 550 oC, không có không khí lọt vào Thành phần chất bốc gồm có oxy, methan, hydrocacbon, carbon oxid, carbon dioxid Đó là những chất cháy cho nhiệt lượng cao và là nguyên liệu cơ bản của ngành hoá học than Hiệu suất chất bôc tính bằng tỉ lệ phần trăm của khối lượng hay thể tích chất bốc so với khối lượng hay thể tích than ban đầu, thay đổi từ 4% (than antraxit) đến 50% (than nâu) Than

có nhiều chất bốc thì dễ cháy nhưng lại sinh nhiều khói Than antraxit Hòn Gai (Việt Nam) ít chất bốc nên còn gọi là than không khói Khoảng điển hình của các chất bốc là từ 20 - 35% (Chương trình môi trường Liên Hợp Quốc.2006)

Việt Nam

Than Ấn

Độ

Than Indonesia

Than Nam Phi

Các chất bốc làm:

 Tăng tương ứng chiều dài của ngọn lửa, và giúp than bắt lửa dễ hơn

 Thiết lập giới hạn tối thiểu độ cao của lò và thể tích lò

 Ảnh hưởng đến yêu cầu khí thứ cấp và các vấn đề phân phối

 Ảnh hưởng đến hỗ trợ dầu thứ cấp

1.2.6.3 Hàm lương tro sỉ (Ash)

Tro xỉ là một tạp chất không bị cháy Hàm lượng thường chiếm 5-40%(Chương trình môi trường Liên Hợp Quốc.2006)

Tro cao làm

 Giảm công xuất xử lý và đốt cháy

 Tăng chi phí xử lý

 Ảnh hưởng đến hiệu suất cháy và hiệu suát của nồi hơi

 Gây ra tạo tro xỉ và clank hóa

1.2.6.4 Hàm ẩm (Moisture)

Độ ẩm trong nhiên liệu phải được vận chuyển, xử lý và lưu trữ Vì nó làm mất khả năng dễ cháy nên làm giảm lượng nhiệt trên mỗi kg nhiên liệu khoảng thuận lợi cho quá trình cháy là 0.5 – 10% Độ ẩm cao có tác dụng

 Tăng tổn thất nhiệt, do bốc hơi và hơi quá nhiệt

 Về một khía cạnh nào đó, giúp giải quyết các hạt than mịn dính với nhau

 Giúp truyền nhiệt bức xạ

1.2.6.5 Nhiệt trị (Heating value)

Xem xét chính cho việc lựa chọn và thiết kế một lò đốt nhiên liệu là nhiệt trị của vật liệu Nhiệt trị và một trong những đặc tính quan trọng trong việc chuyển đổi nhiệt cho các sinh khối Các giá trị nhiên liệu được mô tả bằng nhiệt trị tổng hoặc nhiệt trị cao (HHV: Higher heating value)đề cập đến lượng nhiệt được giải phóng bởi quá trình đốt cháy hoàn toàn một đơn vị thể tích nhiên liệu dẫn đến việc tạo ra hơi nước và sự ngưng tụ sau cùng của nó và nhiệt trị thực, hay còn gọi là nhiệt trị thấp (LHV: Lower heating value) không bao gồm nhiệt ẩn hóa hơi của nước có trong nhiên liệu Giá trị nhiệt tổng được xác định bằng cách đốt cháy hoàn toàn một

đơn vị thể tích mẫu dẫn đến việc tạo ra hơi nước và sự ngưng tụ sau cùng của nó, tính toán nhiệt được giải phóng tại thời điểm này Hiệp hội kiểm nghiệm và Vật liệu (ASTM) quy định cụ thể quy trình đo lường giá trị năng suất toả nhiệt của nhiên liệu rác thải có nguồn gốc từ (ASTM E711-81)(Charles R.Rhyner và CS.2000) Các nhiệt trị của vật liệu khác nhau trong chất thải rắn đô thị (MSW) liệt kê trong Bảng 1.4

Bảng 1 4 Nhiệt trị cao (HHV) của vật liệu (Kiser, JVL và Burton, BK.1992)

Loại chất thải Nhiệt trị cao

(kJ/kg) (BTU/lb) Hỗn hợp MSW 11,600 - 12,100 5,000-5,200

Bảng 1 5 Phân tích tương đối các thành phần dễ cháy của chất thải rắn đô thị

ở Mỹ(Niessen, W.R 1977)

Phân tích nguyên tố nhằm xác định phần trăm về trọng lượng của sáu nguyên

tố chính trong pha hữu cơ (trong đó năm nguyên tố C, H, N, O và S được nhiều nghiên cứu xét đến, một số tác giả xét thêm Cl) và 10 nguyên tố trong pha vô cơ (Si,

Al, Ti, Fe, Ca, Mg, Na, K, S và P).Phân tích 6 nguyên tố trong thành phần dễ cháy của CTR đô thị (MSW) được liệt kê trong bảng 1.6

Thành phần Độ ẩm (%) Chất bốc (%) Carbon cố

định (%)

Tro (%)

Giấy 10.24 75.94 8.44 5.38 Tạp chí

4.11 66.39 7.03 22.47 Chất thải sân vườn (Cỏ)

10.00 69.46 12.49 9.10

Bảng 1 6 Phân tích nguyên tố chính của các thành phần dễ cháy của chất thải rắn đô thị (khô) (Niessen, W.R 1977)

Có hai phương pháp khác nhau được sử dụng để xác định nhiệt trị của nhiên liệu, hoặc bằng thực nghiệm - dựa trên việc sử dụng một nhiệt lượng kế đẳng tích (bomb calorimeter), hoặc bằng mô hình toán - dựa trên các thành phần của nó (Thipkhunthod và cs,2005) Phương pháp xác định nhiệt trị bằng nhiệt lượng kế tuy cho kết quả chính xác nhưng lại không có đủ thông tin để có thể dự đoán nhiệt trị cho sinh khối cùng loại hoặc tương đương Hơn nữa, phương pháp này phức tạp, tốn thời gian và tốn chi phí (Demirbaş, A 1997)Trong khi đó, phương pháp xác định nhiệt trị bằng mô hình toán lại cho phép người nghiên cứu, nhà quản lý và kỹ thuật viên dự đoán nhiệt trị một cách nhanh chóng, dễ dàng và tiết kiệm về mặt chi phí mà vẫn đảm bảo kết quả nằm trong một khoảng dao động chấp nhận được

Trong trường hợp không có số liệu của nhiệt lượng kế đẳng tích, nhiệt trị của nhiên liệu cháy có thể được ước tính bằng cách sử dụng một trong những phương trình được thiết lập, dựa trên sự phân tích nguyên tố hoặc các thành phần chất thải Hầu hết các phương trình là sự kết hợp tuyến tính của các phân số khối lượng hoặc

Thành phần C (%) H (%) O (%) N (%) S (%) Ash (%) Giấy 43.41 5.82 44.32 0.25 0.2 6.00 Tạp chí 32.91 4.95 38.55 0.07 0.09 23.43 Chất thải sân

tỉ lệ phần trăm của các nguyên tố hoặc các thành phần chất thải với các hệ số thích hợp được chọn, Hazome et al (1979) đã phát triển một phương trình thực nghiệm đặc biệt cho chất thải rắn bằng cách kết hợp các thành phần nguyên tố để ra dược dữ liệu HHVvà được tính bằng MJ/kg, hoặc kcal/kg hoặc Btu/lb.:

HHV= 0,339(C) + 1,449H) -0,139(O) + 0,105(S) MJ/kg (1) (HHV= 145,7(C) +619(H) – 59,8(O) +45,1(S) BTU/lb) (2) HHV là nhiệt trị cao, và C, H, O và S là trọng lượng (hoặc khối lượng) phần trăm của carbon, hydro, oxy và lưu huỳnh, tương ứng (Btu/lb=429,923*MJ/kg)

Trong một phương pháp phức tạp hơn, DL Wilson (1973) ước lượng nhiệt trị cao (HHV) bằng cách sử dụng một phuơng trình phát triển từ nguyên tắc hóa nhiệt, nhiệt trị của cacbon và lưu huỳnh, có sự hiện diện của các dạng carbon, và sự hình thành của nước:

HHV= 0,3279(Co) + 1,504(H) – 0,1383 (O) -0,1484(Ci) +0,9262(S) +

và N là phần trăm trọng lượng của hydro, oxy, lưu huỳnh và nitơ, tương ứng

Một ví dụ về một phương trình dự đoán nhiệt trị của chất thải rắn đô thị dựa trên chính các thành phần dễ cháy, giấy, nhựa, thực phẩm, được phát triển bởi Khan

và Abu-Ghararah (1991) là

HHV= 0,0535(F+3,6CP) +0,372PLR MJ/kg (5) HHV= 23(F+3,6CP) +160 PLR BTU/lb (6) HHV là nhiệt trị cao, F là phần trăm khối lượng của thực phẩm, CP là phần trăm khối lượng của các tông và giấy và PLR là phần trăm khối lượng của cao su nhựa và da trong hỗn hợp chất thải khô Ước tính nhiệt trị cao của CTR đô thị (MSW) cho các thành phố lớn tại 35 quốc gia được đưa ra trong bảng 1.6

Các mối tương quan mới giữa HHV và phần trăm tro trong sinh khối (trong phần trăm trọng lượng,% khối lượng): có thể được sử dụng để ước tính HHV từ phân tích gần đúng (tương đối) (C.P Mitchell, R.P Overend, 2005)

Thủy tinh (%)

Thực phẩm (%)

Mỹ 28.9 9.3 10.4 17.8 3.4 7.78

Anh 37.0 8.0 8.0 28 2.0 9.37

Pháp 30.0 4.0 4.0 30 1.0 7.76

 Ảnh hưởng của độ ẩm lên nhiệt trị

Độ ẩm làm giảm đáng kể nhiệt trị của nhiên liệu, sự gia tăng độ ẩm, giảm khả năng cháy trên mỗi đơn vị khối lượng Ngoài ra, một số lượng đáng kể năng lượng nhiệt thu được sử dụng để làm nóng và làm bay hơi nước trong chất thải (Sức nóng bay hơi của nước là 2257kJ / kg) Có thể dùng cho mục đích thực tế để nói về các nhiệt trị thực, hoặc giá trị nghe thấp (LHV) Các giá trị nhiệt thấp hơn đại diện cho năng lượng có thể được thu thực tế từ việc đốt các chất thải Nó được tính toán

từ phương trình (Hougan et al., 1954)

LHV là nhiệt trị thấp, HHV là nhiệt trị cao, W là phần trăm khối lượng của

độ ẩm, và H là phần trăm theo khối lượng (hoặc khối lượng) của hydro trong chất thải khô

Ngoài ra LHV còn được tính theo: LHV = HHV – 24.41W (KJ/kg) (9)

1.3 Giới thiệu KCN Vĩnh Lộc

1.3.1 Lịch sử hình thành và phát triển

Toàn bộ diện tích KCN Vĩnh Lộc hiện hữu với 207 ha được trải rộng trên

3 địa bàn hành chính: phường Bình Hưng Hòa B – quận Bình Tân (113,2265ha);

xã Vĩnh Lộc A – huyện Bình Chánh (84,590ha); xã Bà Điểm – huyện Hóc Môn (9,1835ha)

­ Phía Bắc giáp xã Bà Điểm giới hạn bởi rạch Cầu Sa (rạch thoát nước khu vực)

­ Phía Nam giáp đường Nguyễn Thị Tú (hương lộ 13 cũ)

­ Phía Đông giáp Quốc lộ 1A Cách Quốc lộ 1A về phía Đông theo đường Nguyễn Thị Tú 700m

Giai đoạn đầu KCN Vĩnh Lộc có diện tích 207 ha Diện tích cho thuê đất là 137 ha chiếm 66,2 % tổng diện tích, diện tích còn lại khoảng 70 ha chiếm 33,8% tổng diện tích được dùng để xây dựng khu trung tâm dịch vụ,

cây xanh, cách ly, đường giao thông, đất xử lý kỹ thuật

Bảng 1 8 Cơ cấu phân bố đất đai xây dựng KCN Vĩnh Lộc (Tài liệu tham

khảo từ Nhà Máy XLNT tập trung KCN)

STT Mục đích sử dụng Diện tích (ha) Tỷ lệ (%)

1 Xây dựng công nghiệp 114,20 55,18

2 Khu trung tâm dịch vụ 3,98 1,92

1.3.2 Các loại hình sản xuất trong KCN

Cơ cấu ngành nghề đầu tư: KCN Vĩnh Lộc sẽ thu hút khoảng gần 150 nhà máy, xí nghiệp và cơ sở sản xuất đầu tư vào đây và đặc biệt có chính sách ưu tiên cho các đơn vị doanh nghiệp nhà nước và các cơ sở sản xuất tư nhân trên địa bàn Quận 5 Khu công nghiệp Vĩnh Lộc bố trí các xí nghiệp thuộc loại công nghiệp không gây ô nhiễm (ô nhiễm cấp độ III và IV) như công nghiệp cơ khí, lắp ráp điện tử, may mặc, dệt, da, chế biến lương thực thực phẩm, đồ điện gia dụng, hàng kim loại, giấy, bao bì carton, bao bì nhựa, dược phẩm, sản phẩm y tế, sản phẩm khí, thuốc lá…

Trong đó, ngành nghề cơ khí (36.5%) chiếm tỷ trọng cao nhất trong cơ cấu nghề, ngành nghề may (21.15%), ngành nghề thực phẩm (19.23%), ngành công nghiệp giấy (12.5%), ngành nghề dụng cụ y tế (8.6%)

Tổng vốn đầu tư hơn 900 tỷ đồng

Bảng 1 9 Cơ cấu ngành nghề trong KCN Vĩnh Lộc (Tài liệu tham khảo từ

Nhà Máy XLNT tập trung KCN)

Nhóm ngành thực phẩm

kinh doanh

1 Cty CP thực phẩm Cholimex C40-C43/I;C51-C55/II Bình Chánh Hải sản

3 Cty CP Hải sản S.G C24/II-C24b/II Bình Chánh Hải sản

5 Cty CP thủy hải sản Việt Nhật C34/I Bình Chánh Hải sản

6 Cty TNHH TM CB Thực phẩm

Vĩnh Lộc

C38/I-C39/I Bình Chánh Hải sản

9 Cty TNHH New Hope TPHCM B17/I;B18-B20/II Bình Tân Ngành khác

10 Cty TNHH TM DV Phước Sinh C12/I Bình Chánh CB thực phẩm

12 Cty TNHH SX-TM Tân Quang Minh C22/I-C23/I Bình Tân CB thực phẩm