Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải của khu công nghiệp tân bình để phục vụ cho mục đích năng lượng

Bùn thải công nghiệp sau xử lý từ nhà máy xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp Tân Bình được tiến hành phân tích thành phần cháy và phát sinh năng lượng, sau đó được phối trộn v

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Đồ án này là kết quả của quá trình cố gắng và nổ lực của

bản thân tôi với sự hướng dẫn của PGS.TS Trương Thanh Cảnh

Các số liệu trong phân tích trong nghiên cứu này là những số liệu thực tế và

chưa được công bố ở các nghiên cứu khác

Tôi xin chịu trách nhiệm về kết quả nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp của

mình

Tp.HCM, ngày tháng năm 2015

Người thực hiện

Em xin cám ơn thầy PGS TS Trương Thanh Cảnh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tận tình và hỗ trợ em về các kiến thức để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp

Em cũng gửi lời cám ơn đến các anh/ chị trong ban quản lý của nhà máy xử

lý nước thải tập trung tại khu công nghiệp Tân Bình đã hỗ trợ cho em các tài liệu tổng quan về khu công nghiệp Tân Bình, cũng như các số liệu về xử lý bùn thải trong khu công nghiệp

Em xin cám ơn quý thầy cô trong phòng thí nghiệm Phân tích môi trường thuộc Khoa Môi trường trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em trong quá trình phân tích mẫu tại phòng thí nghiệm

Em xin cám ơn đến anh Trần Trọng Khải các thành viên trong nhóm thực hiện đề tài, đã cùng em thực hiện đề tài và giải quyết các vấn đề khó khăn khi gặp phải

Em xin cám ơn chú Nguyễn Văn Ba chủ cơ sở than tại số 144, Ung Văn Khiêm, quận Bình Thạnh đã tận tình giúp đỡ chúng em về những kiến thức thực tế trong quá trình làm nên viên than đốt

Cuối cùng, em xin cám ơn chân thành đến gia đình và bạn bè xung quanh những người luôn ở bên em và động viên em trong quá trình làm đề tài

Với thời gian làm đề tài ngắn nên việc vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế để trình bày báo cáo đồ án này của em chắc chắn còn nhiều thiếu sót Vì vậy, em hy vọng quý thầy cô góp ý thêm để em hoàn thành tốt bài báo cáo của

TÓM TẮT

Ngày nay, quá trình công nghiệp hóa đang diễn ra mạnh mẽ, chính vì thế mà hàng loạt các khu công nghiệp ra đời Song song với quá trình phát triển sản xuất các vấn đề môi trường đang ngày càng được quan tâm giải quyết tốt hơn ở các khu công nghiệp Tuy vậy vẫn còn nhiều vấn đề và khó khăn cần khắc phục trong công tác quản lý môi trường Một trong các vấn đề khó khăn của khu công nghiệp là bùn thải công nghiệp Bùn thải công nghiệp được tạo thành sau quá trình xử lý nước thải

ở các nhà máy xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp Bùn thải công nghiệp đang ngày càng tăng về số lượng, tuy nhiên hiện nay lại chưa có giải pháp hữu hiệu

để quản lý và tận dụng nguồn tài nguyên này Một vấn đề được đặt ra là bùn thải phát sinh sau quá trình xử lý nước thải sẽ được loại bỏ như thế nào mà vừa đảm bảo

an toàn về môi trường vừa đảm bảo chi phí xử lý ở mức thấp nhất

Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá khả năng tận thu năng lượng

từ việc tái chế bùn thải sau xử lý của khu công nghiệp Tân Bình Bùn thải công nghiệp sau xử lý từ nhà máy xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp Tân Bình được tiến hành phân tích thành phần cháy và phát sinh năng lượng, sau đó được phối trộn với than bùn và than cám với các tỷ lệ khác nhau để sản xuất viên đốt Các viên đốt được kiểm tra khả năng cháy và đánh giá năng lượng sinh ra

Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ phối trộn về khối lượng bùn là 5, 10, 15, 20% tương ứng với khả năng cháy cũng như khả năng cung cấp nhiệt của viên đốt tăng theo tỷ lệ phối trộn, và cao hơn nhiều so với viên than được bán ngoài thị trường Dựa vào khả năng cháy và nhiệt trị của từng công thức phối trộn thì kết quả cho thấy công thức có tỷ lệ khối lượng bùn là 15% cho kết quả phối trộn tối ưu nhất Từ kết quả này cho thấy khả năng tái chế bùn thải công nghiệp thành viên đốt cho mục đích năng lượng mang lại hiệu quả rất hứa hẹn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH VẼ x

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu 1

3 Tình hình nghiên cứu 2

4 Mục tiêu nghiên cứu 3

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

6 Phương pháp nghiên cứu 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1 Tổng quan về bùn thải công nghiệp 5

1.1.1 Nguồn gốc của bùn thải công nghiệp 5

1.1.2 Thành phần, tính chất bùn thải công nghiệp 6

1.1.3 Các tác động đến môi trường từ bùn thải công nghiệp 9

1.1.4 Các phương pháp xử lý bùn thải công nghiệp 10

1.1.4.1 Tái sử dụng trong nông nghiệp 10

1.1.4.2 Làm phân bón 11

1.1.4.3 Phương pháp thiêu đốt 12

1.1.4.4 Chôn lấp an toàn 13

1.1.4.5 Oxy hóa ẩm 13

1.1.4.6 Nhiệt phân 14

1.1.4.7 Khí hóa 14

1.1.5 Những khó khăn trong xử lý bùn thải tại Việt Nam 15

1.1.6 Quá trình đồng đốt bùn và than 17

1.1.6.1 Đặc tính của than 18

1.1.6.3 Tác động của việc đồng đốt bùn thải và than đến môi trường 24

1.2 Tổng quan về KCN Tân Bình 25

1.2.1 Vị trí địa lý, địa hình 25

1.2.2 Cơ cấu ngành nghề 25

1.2.3 Tổng quan nhà máy xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp Tân Bình 26

1.3 Hiện trạng quản lý bùn thải công nghiệp tại thành phố Hồ Chí Minh 28

1.3.1 Quản lý bùn tại các nhà máy xử lý nước thải tập trung 29

1.3.2 Quản lý bùn tại các nhà máy thành viên 29

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 Nội dung nghiên cứu 31

2.2 Phương pháp nghiên cứu 32

2.2.1 Phương pháp kế thừa 32

2.2.2 Phương pháp lấy mẫu 32

2.2.3 Phương pháp phân tích 33

2.2.3.1 Phương pháp xác định lượng ẩm toàn phần 33

2.2.3.2 Phương pháp xác định tro 35

2.2.3.3 Phương pháp xác định hàm lượng chất bốc 36

2.2.3.4 Xác định carbon cố kết 37

2.2.4 Phương pháp thực nghiệm 38

2.2.4.1 Phối trộn nguyên liệu và sản xuất viên đốt 38

2.2.4.2 Xác định khả năng cháy 39

2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu 40

2.2.6 Phương pháp phân tích SAW 41

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44

3.1 Kết quả phân tích các thông số vật lý của bùn thải KCN Tân Bình và các nguyên liệu phối trộn 44

3.1.1 Đặc tính của bùn thải KCN Tân Bình 44

3.1.2 Đặc tính của các nguyên liệu phối trộn 45

3.1.3 Xác định nhiệt trị của bùn thải KCN Tân Bình và các nguyện liệu phối trộn46 3.2 Kết quả sản xuất viên than đốt theo tỷ lệ phối trộn và đánh giá 47

3.2.1 Tiến trình phối trộn than và bùn thải lần thứ nhất 47

3.2.1.1 Quá trình phối trộn lần thứ nhất 47

3.2.1.2 Kết quả phối trộn lần thứ nhất 48

3.2.2 Tiến trình phối trộn bùn thải và than lần thứ hai 48

3.2.2.1 Quá trình phối trộn lần hai 48

3.2.2.2 Kết quả phối trộn lần hai 48

3.2.3 Tiến trình phối trộn bùn thải với than lần thứ ba 49

3.2.3.1 Quá trình phối trộn lần ba 49

3.2.3.2 Kết quả của lần phối trộn thứ ba 49

3.2.3.3 Đánh giá khả năng cháy của viên than 50

3.2.3.4 Đánh giá nhiệt trị của viên đốt 53

3.3 Đánh giá bằng phương pháp phân tích SAW 54

3.3.1 Xác định trọng số 55

3.3.2 Chuẩn hóa dữ liệu các tỷ lệ phối trộn dựa vào các chỉ tiêu để hình thành điểm đánh giá 56

3.4 Đánh giá đánh giá về mặt kinh tế của viên than có tỷ lệ tối ưu và viên than ngoài thị trường 58

KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CTNH: Chất thải nguy hại

DM: Hàm lượng khô (dry matter)

EU: Liên Minh Châu Âu (European Union)

FC: Carbon cố định (Fixed Carbon)

GCV: Nhiệt trị tổng (hay gross calorific value)

GHV: Nhiệt trị tổng (gross heating value)

HHV: Nhiệt trị cao (higher heating value)

HTTN: Hệ thống thoát nước

HV: Nhiệt trị (heating value)

LHV: Nhiệt trị thấp (higher heating value)

ODA: Nguồn viện trợ phát triển chính thức (Official Development

Assistance) POPs: Chất hữu cơ bền vững sinh học (Persistent Organic Pollutants) QCKTQG: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

QCVN: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

QLMT: Quản lý môi trường

TCVN: Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần của bùn thải từ các quá trình xử lý khác nhau 7

Bảng 1.2 Giá trị nhiệt trị điển hình của một số loại bùn thải 9

Bảng 1.3 Giới hạn kim loại nặng trong bùn thải công nghiệp áp dụng cho đất trồng 11 Bảng 1.4 GCV của các loại than khác nhau 19

Bảng 1.5 Phân tích tương đối điển hình các loại than khác nhau (%) 20

Bảng 1.6 Phân tích các thông số mẫu bùn thải đầu ra của nhà máy xử lý nước thải 27 Bảng 2.1 Thành phần phần trăm các nguyên liệu trong viên than 38

Bảng 3.1 Bảng thành phần cháy của bùn thải khu công nghiệp Tân Bình 45

Bảng 3.2 Tóm tắt các thông số vật lý của các nguyên liệu phối trộn 46

Bảng 3.3 Nhiệt trị của các nguyên liệu phối trộn 47

Bảng 3.4 Khối lượng của các chất trong một viên than phối trộn lần 2 49

Bảng 3.5 Khối lượng của các chất trong một viên than phối trộn lần 3 50

Bảng 3.6 So sánh các thông số của viên than sản phẩm và than thị trường 53

Bảng 3.7 Các thông số vật lý và nhiệt trị của các công thức phối trộn 55

Bảng 3.8 Trọng số của các chỉ tiêu đối với than phối trộn 57

Bảng 3.9 Số hóa các chỉ tiêu theo các tỷ lệ than phối trộn và xác định giá trị min,max 58

Bảng 3.10 Kết quả chuẩn hóa dữ liệu 59

Bảng 3.11 Kết quả tính điểm kết luận 59

Bảng 3.12 Giá trị thành tiền của viên than phối trộn 60

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Bùn phát sinh từ các công đoạn xử lý nước thải 5

Hình 1.2 Quá trình xử lý bùn thải tại KCN Tân Bình 26

Hình 2.1 Sơ đồ tiến trình thí nghiệm 32

Hình 2.2 Máy đóng than 39

Hình 2.3 Qui trình thực hiện đánh giá đa tiêu chí theo phương pháp trọng số cộng đơn giản 42

Hình 3.1 Sân phơi bùn thải 48

Hình 3.2 Biểu đồ thể hiện khối lượng của các chất trong một viên than theo từng tỷ lệ 51

Hình 3.3 Viên than thành phẩm 51

Hình 3.4 Mô hình đốt than 53

Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện tính chất vật lý của các nguyên liệu phối trộn 56

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Hiện nay, nước ta đang tiến hành quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, vì vậy mà hàng loạt các khu công nghiệp (KCN), các khu chế xuất (KCX) và các cụm công nghiệp đã được xây dựng và đi vào hoạt động Lợi ích từ các khu công nghiệp này mang lại là rất lớn, giúp giải quyết việc làm cho hàng ngàn người dân, góp phần làm tăng trưởng thu nhập kinh tế cho quốc dân

Song song với lợi ích đó là lượng chất thải phát sinh ngày càng gia tăng trong mỗi KCN Đặc biệt là lượng bùn thải phát sinh sau quá trình xử lý nước thải tại các KCN, KCX Vì vậy cần có những giải pháp xử lý lượng bùn thải phát sinh này một cách thích hợp nhất mà ít gây nguy hại nhất cũng như chi phí cho việc xử lý là tối thiểu Tại Việt Nam, có nhiều biện pháp được áp dụng cho việc xử lý bùn thải như: chôn lắp, phối trộn cùng hỗn hộp vữa để tạo gạch, hay làm phân hữu cơ… Tuy nhiên, trong những phương pháp trên

do vấn đề về chi phí mà phương pháp chôn lắp lại được sử dụng chủ yếu nhất, đó lại là phương pháp gây ô nhiễm môi trường nhất Trước những bất cập này đòi hỏi phải có một giải pháp thích hợp không những giúp giảm diện tích đất cho việc chôn lắp mà còn có khả năng sử dụng chúng như một nguồn

nhiên liệu Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải của khu công nghiệp Tân Bình để phục vụ cho mục đích năng lượng” được thực hiện

để đánh giá khả năng thu nhiệt từ bùn thải, giúp giải quyết vấn đề về bùn thải phát sinh và năng lượng cho các cơ sở sản xuất trong nước

2 Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu

 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 lắp 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

Năm 2000, Nguyễn Văn Phước và cộng sự đã nghiên cứu tái sinh bùn đỏ của nhà máy hóa chất Tân Bình để làm bột màu và hỗn hợp chất keo tụ, dùng trong xử

lý nước thải

Năm 2002, Nguyễn Quốc Bình đã tiến hành nghiên cứu tính chất của bùn khoan và tro sinh ra từ quá trình đốt rác dầu khí và qua đó đề xuất giải pháp quản lý loại hình chất thải này Bên cạnh đó một số tác giả đã tiến hành nghiên cứu áp dụng

mô hình ổn định hóa rắn trong xử lý tro phát sinh từ quá trình đốt chất thải nguy hại

Năm 2005, Nguyễn Trung Việt, Nguyễn Ngọc Châu và cộng sự tiến hành

(bê tông) đối với bùn từ công ty mực in Đức Quân và bùn dệt nhuộm Kết quả cho thấy, nồng độ kim loại rò rỉ ra môi trường bên ngoài không vượt quá nồng độ cho phép

Năm 2005, Trần Thị Liên đã thực hiện luận văn cao học nghiên cứu hoàn thiện công nghệ xử lý bùn khoan và tro sinh ra từ quá trình đốt rác dầu khí theo hướng tận dụng làm vật liệu xây dựng

Đầu năm 2005, Trung tâm công nghệ và quản lý môi trường đã nghiên cứu công nghệ tái chế bùn thải để sản xuất công nghiệp và cải tạo đất nông nghiệp Kết quả phân tích các mẫu bùn cho thấy: bùn từ nhà máy xử lý nước thải ở các KCN, nhà máy luyện kim, chứa nhiều kim loại nặng, chất vô cơ nên rất thích hợp cho việc sản xuất vật liệu xây dựng (VLXD) và thu hồi kim loại

TS Lê Đức Trung và cộng sự (2006-2007) nghiên cứu “Sử dụng vật liệu hấp phụ tự nhiên để xử lý kim loại nặng trong bùn thải công nghiệp”

TS Hoàng Thị Thanh Thủy và cộng sự (2005-2008) đã tiến hành nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng (Cu, Cr, Zn, Cd) trong bùn đáy kênh Tân Hóa – Lò Gốm trên cỏ vetiver, cỏ voi và bắp, kết quả cho thấy có nhiều triển vọng

TS Lê Thanh Hải (2007) cũng đã có công bố “Nghiên cứu xử lý và tái sử dụng một số loại bùn thải chứa kim loại nặng bằng ứng dụng quá trình ổn định và hóa rắn”

Tuy nhiên, theo nhận định của PGS TS Nguyễn Văn Phước (2009) thì các nghiên cứu nêu trên chưa vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi

4 Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài được thực hiện với mục tiêu khảo sát khả năng cháy và sinh năng lượng của bùn thải sau xử lý của nhà máy XLNT tập trung của KCN Tân Bình tại các công thức phối trộn khác nhau giữa tỷ lệ khối lượng bùn thải, than cám và than bùn Đánh giá khả năng tái chế và sử dụng bùn thải công nghiệp để sản xuất viên đốt cho mục đích năng lượng

Từ đó giúp xử lý lượng bùn thải phát sinh từ các cơ sở sản xuất vừa giảm chi phí và giải quyết được nhu cầu năng lượng cho họ

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài sẽ tiến hành đánh giá nhiệt trị và khả năng cháy của hỗn hợp phối trộn gồm than bùn, than cám với bùn thải; với tỷ lệ khối lượng bùn thải trên khối lượng mẫu lần lượt là: 0, 5, 10, 15, 20%

 Phạm vi nghiên cứu

Do thời gian có hạn nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu sử dụng bùn thải tại KCN Tân Bìn

6 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài thực hiện các phương pháp nghiên cứu sau:

 Phương pháp thu thập tài liệu;

 Phương pháp lấy mẫu;

 Phương pháp phân tích;

 Phương pháp thực nghiệm;

 Phương pháp thống kê và xử lí số liệu

 Phương pháp phân tích SAW

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về bùn thải công nghiệp

1.1.1 Nguồn gốc của bùn thải công nghiệp

Bùn thải là một chất rắn được tích lũy thông qua hoạt động của các nhà máy

xử lý nước thải, với thành phần rắn và lỏng được tách riêng Lượng nước sau khi tách sẽ được xả thải vào môi trường nước trong khi lượng chất rắn được xử lý và tiến hành phân hủy cuối cùng Các thành phần bị loại bỏ trong quá trình xử lý nước thải bao gồm: cát và bùn; (Theo Metcalf và Eddy, 2003)

Bùn thải công nghiệp bao gồm chủ yếu là bùn thải của các nhà máy xử lý nước thải của từng đơn vị thành viên hoặc bùn thải của nhà máy xử lý nước thải tập trung

đã có nhận định, bùn thải của các nhà máy xử lý nước thải phát sinh chủ yếu

từ các quá trình xử lý sơ bộ (quá trình xử lý hóa lý), xử lý bậc hai (xử lý sinh học)

và xử lý bậc 3 (sau xử lý bậc hai, thường là loại bỏ Nitơ) (Theo Fytili và Zabaniotou, 2006)

Đặc tính của bùn thải phụ thuộc vào các quá trình xử lý nước thải cũng như việc xử lý bùn (R.P Singh và M Agrawal, 2007) và nồng độ bùn khoảng vài g/l

Hình 1.1 Bùn phát sinh từ các công đoạn xử lý nước thải

Trong những năm qua, do sự gia tăng nhanh dân số và công nghiệp hóa mà lượng nước thải trên toàn thế giới đã gia tăng nhanh chóng, đồng nghĩa với lượng bùn thải cũng tăng về khối lượng Theo đó, tại Nhật bản, khoảng 2.44x108 và 4.14x108 m3 bùn thải phát sinh đã được báo cáo vào năm 1990 và 2004, tương ứng với việc gia tăng 170% lượng bùn thải trong 14 năm qua (Janpan Sewage works association, 1990, 2004) Đến năm 2013, lượng bùn thải thải ra trung bình tại Đức, Anh, Pháp, và Mỹ lần lượt là 22, 12, 8.5, và 71 MT Tại Trung quốc, hơn 20,000 tấn bùn thải phát sinh mỗi năm Các vấn đề môi trường nghiêm trọng và chi phí đốt bùn

thải đặt ra những thách thức đối với các nhà máy xử lý nước thải và những người đưa ra chính sách

Do đó, lượng bùn thải phát sinh đang trở thành mối quan tâm hàng đầu của các ban quản lý môi trường Như đã biết bùn thải chứa các vi sinh vật gây bệnh cho con người Số loài và mật độ của sinh vật gây hại, các loại vi rút có trong bùn thải được phát hiện dựa vào tình trạng sức khỏe của người dân địa phương và các quá trình xử lý bùn thải tại nơi xử lý Hơn nữa, bùn thải còn chứa một lượng lớn kim loại nặng, do kim loại nặng trong chất thải được hấp thu vào bùn Các mối nguy hại này có thể làm ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe của con người (US EPA, 2007) Mặc khác, việc xử lý và thải bỏ bùn rất khó do lượng bùn lớn, thành phần khác nhau, độ ẩm cao và bùn rất khó lọc Giá thành xử lý và thải bùn chiếm khoảng 25-50% tổng giá thành quản lý chất thải Qua đó, cần có những biện pháp

xử lý hay loại bỏ bùn thải công nghiệp phù hợp nhất vừa đảm bảo lợi ích môi trường vừa đảm bảo lợi ích về kinh tế

Một khái niệm được đưa ra đảm bảo về mặt môi trường, kinh tế, xã hội đó là

xử lý bùn bền vững Xử lý bùn bền vững có thể được định nghĩa như là một phương pháp đáp ứng yêu cầu của hiệu quả tái chế tài nguyên nhưng không cung cấp các chất độc hại đối với con người và môi trường

1.1.2 Thành phần, tính chất bùn thải công nghiệp

Thành phần bùn công nghiệp 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 như hữu cơ, nitơ, photpho, kali, canxi trong bùn có giá trị nông nghiệp cao nên có thể được sử dụng để cải tạo đất, trồng rừng, làm phân bón… còn các thành phần nguy hại như kim loại nặng, chất ô nhiễm hữu cơ, vi khuẩn gây bệnh cần phải được xử lý trước khi thải bỏ (Theo PGS TS Nguyễn Văn Phước, 2009)

Mỗi quá trình xử lý nước có tác dụng đặc trưng lên thành phần của bùn thải,

Bảng 1.1 Thành phần của bùn thải từ các quá trình xử lý khác nhau

D: bùn lỏng từ các hệ thống xử lý bùn

Ngoài ra, theo một số phân loại khác thì bùn thải được chia làm ba loại, dựa vào hàm lượng nước chứa trong bùn, từ đó có thể áp dụng các phương pháp tiêu hủy:

Bùn lỏng, chúng chứa hàm lượng chất rắn khoảng 3-6% khối lượng và được phát sinh từ bể lắng hay bể chứa

Bánh bùn được sản xuất bởi máy tách nước bùn lỏng, với hàm lượng chất rắn khô vào khoản 15-30%

Bùn khô, với hơn 90% khối lượng rắn, được sản xuất từ quá trình làm khô bằng nhiệt

So với than, việc đốt bùn sẽ tạo ra nhiều chất bay hơi dễ cháy đã bị oxy hóa Hầu hết các chất dễ bay hơi đều bị đốt cháy và một số chất vô cơ khác khoảng 280 kg/ tấn bùn khô cháy thành tro (Young-Jin Suh, Patrick Rousseaux; 2001)

Hơn nữa, nhiệt trị của bùn khô tương ứng với than nâu và phần năng lượng này có thể được thu hồi qua quá trình đốt cháy Mặt khác, đốt bùn đảm bảo độ ổn định cao các kim loại nặng trong tro so với bùn chưa đốt

Giá trị nhiệt trị điển hình của một số loại bùn thải được đưa ra trong bảng sau:

Bảng 1.2 Giá trị nhiệt trị điển hình của một số loại bùn thải

Loại bùn Nhiệt trị (MJ/Kg của khối lượng khô)

Nguồn: D Fytili, A Zabaniotou (2008)

1.1.3 Các tác động đến môi trường từ bùn thải công nghiệp

Bùn thải công nghiệp do chứa các nguồn gây bệnh, các kim loại nặng và nhiều hợp chất hữu cơ độc hại nên khi loại bỏ bùn thải vào môi trường mà không qua xử lý hay xử lý không đạt chuẩn có thể gây nên các vấn đề môi trường Các chất ô nhiễm có thể lan truyền vào môi trường đất, môi trường nước Từ đó thông qua các sản phẩm của cây trồng nông nghiệp mà ảnh hưởng lên sức khỏe người sử dụng

Bên cạnh đó, nếu việc quản lý không đúng cách thì một phần lượng bùn thải này sẽ thâm nhập và hòa trộn vào đất nông nghiệp dẫn đến một hàm lượng chất thải nguy hại tích lũy trong cây trồng sẽ ảnh hưởng đến những sinh vật trực tiếp sử dụng chúng, trong đó có cả con người

Bùn thải công nghiệp nói chung thường ảnh hưởng đến môi trường sống theo các con đường sau:

Thâm nhập vào nguồn nước mặt, nước ngầm tạo điều kiện thuận lợi cho các hóa chất độc hại tích lũy trong nước, như: kim loại nặng, các chất hữu cơ bền vững sinh học POPs (Persistent Organic Pollutants), các hợp chất THM (trihalometan),

HAA (haloaxetic acid),… Những nguồn nước này nếu sử dụng trong lĩnh vực cấp nước sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Các chất thải nguy hại có trong bùn thải công nghiệp dễ phát tán ra môi trường không khí, đặc biệt đối với chất thải chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh, gây ô nhiễm môi trường không khí, làm phát tán mùi hôi, dịch bệnh liên quan đến bùn thải,…

Bùn thải nếu không qua xử lý mà đổ bỏ, hoặc bón trực tiếp cho cây trồng sẽ làm gia tăng các thành phần nguy hại trong bùn xâm nhập vào cây trồng, cũng như làm giảm chất lượng đất sử dụng Và chúng sẽ ảnh đến sinh vật cũng như cong người khi trực tiếp sử dụng các loại cây trồng này

1.1.4 Các phương pháp xử lý bùn thải công nghiệp

1.1.4.1 Tái sử dụng trong nông nghiệp

Là một trong những cách thải bỏ bùn thải, đặc biệt bùn phát sinh từ hệ thống

xử lý nước thải vừa và nhỏ Bùn đã được ủ có thể được sử dụng như đất trồng trong nông nghiệp và trong làm vườn Do trong bùn thải có chứa lượng N và P, quá trình nitrat hóa – khử nitơ trong quá trình xử lý nước thải Đây được xem là lợi ích mà bùn thải đem lại độ màu mỡ cho đất, vì các nguyên tố này có trong bùn thải được xem như chất để cải tạo đất và có thể thay thế các loại phân bón

vô cơ trong sản xuất nông nghiệp giúp thực vật phát triển Ngoài ra, những hợp chất khác hiện diện trong bùn như K, S, Mg, Na cũng giữ vai trò quan trọng trong nông nghiệp, chúng đều mang lại lợi ích cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng

Tuy nhiên, việc sử dụng cho mục đích nông nghiệp ngày càng được xem là con đường xử lý không an toàn, vì bùn thải cũng có chứa các kim loại nặng, các mầm bệnh và các chất ô nhiễm hữu cơ có thể được truyền cho cây trồng, vật nuôi và con người (Spinosa and Veslind, 2001) Vì vậy, theo L.Snpinosa đề nghị, để sử dụng lượng bùn công nghiệp vào mục đích đắp đất ruộng hoặc đất

rừng, cải tạo đất hay làm phân bón thì hàm lượng kim loại nặng trong bùn phải nằm trong giới hạn cho phép, và được giới thiệu trong bảng sau

Bảng 1.3 Giới hạn kim loại nặng trong bùn thải công nghiệp áp dụng cho đất trồng

(Nguồn: L.Spinosa and Veslind, 2001)

Vì vậy, nếu sử dụng bùn thải để cải tạo đất thì cần được quan trắc và quản lý chặt chẽ về mức độ gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động vật, chất lượng đất, sự phát triển của cây và chất lượng nước

1.1.4.2 Làm phân bón

Bùn thải được xử lý trước khi sử dụng cho nông nghiệp, bùn được xử lý sinh học, hóa học hoặc xử lý bằng nhiệt, lưu trữ thời gian dài hoặc quá trình xử lý thích hợp để giảm xử lý lên men và những mối nguy hại khác Bùn cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng trong khi chất lượng đất cũng như nước mặt và nước ngầm không bị giảm sút Bùn được xử dụng cho đất phải có pH>6 nếu không sẽ làm tăng khả năng

di chuyển của kim loại nặng vào môi trường Để bùn đạt được yêu cầu trên cần có các biện pháp xử lý bậc cao như:

Làm khô bùn ở nhiệt độ trên 800C, độ ẩm trong bùn còn lại ít hơn 10%

Ổn định bùn trong điều kiện hiếu khí: 550C trong 20h

Ổn định bùn trong điều kiện kỵ khí: 530C trong 20h

Diệt khuẩn bùn lỏng ở nhiệt độ 700C trong 30 phút, hoặc ở điều kiện kỵ khí ở 350C trong 12h

Ổn định hóa học với vôi ở pH trung tính hoặc pH>12 trong 3 tháng

Kéo dài thời gian bùn phân hủy hiếu khí hay kị khí ở nhiệt độ không khí thông thường, thời gian dựa vào điều kiện khí hậu ở khu vực đó Sau khi xử lý bùn bậc cao có thể sử dụng bùn dùng để đắp đất, bón cho cây trồng, đất, cây ăn trái hay rau quả…nhưng phải được sự chấp thuận của cả cộng đồng Phương pháp này nhằm sử dụng lại những thành phần hữu cơ và dinh dưỡng trong bùn thải để bón cho cây trồng

Bùn thải mang lại lợi ích kinh tế cho nông dân, do thành phần dinh dưỡng trong bùn thải đã thay thế cho phân bón vô cơ Hơn nữa, lượng dinh dưỡng trong bùn thải phân hủy chậm trong chất hữu cơ, khả năng bị mất bởi nước rỉ hoặc chảy tràn thấp hơn là phân bón vô cơ Ngoài thành phần hữu cơ và dinh dưỡng, đất còn tiếp nhận lượng vi sinh gây bệnh trong bùn thải

1.1.4.3 Phương pháp thiêu đốt

Việc đốt bùn mang lại những lợi ích sau:

Giảm hàm lượng bùn; đã có một số kết luận rằng lượng bùn còn lại sau quá trình đốt chỉ khoảng 10% so với bùn được khử nước

Phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại

Khoảng nhiệt trị của bùn thải có giá trị bằng nhiệt trị của than bùn; vì vậy trong quá trình đốt bùn có thể thu hồi lại lượng năng lượng sinh ra

Làm giảm lượng mùi phát sinh

Tuy nhiên, quá trình đốt không tiêu hủy hoàn toàn mà còn lại khoảng 30% lượng chất rắn đó là tro Lượng tro lơ lửng chứa các kim loại độc hại như chì, Cd, đồng và kẽm cũng như chất dioxin và C4H4O (Sakamoto et al, 2001) Những vấn

đề môi trường nghiêm trọng thường liên quan đến việc đốt bùn thải tạo ra các hàm lượng đáng chú ý như dioxin, C4H4O và tro

Ngoài ra, quá trình đốt này liên quan đến phát thải gây nguy hại đến cộng đồng 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

Tuy nhiên, theo số liệu thống kê, việc đốt bùn thải được áp dụng tại nhiều quốc gia như tại Đan Mạch là khoảng 24% tổng lượng bùn thải được thiêu đốt so với lượng bùn phát sinh, 20% tại Pháp, 15% tại Bỉ và 14% đối với Đức trong khi phương pháp đốt được áp dụng nhiều hơn tại Mỹ và Nhật Bản là 25% và 55% (Lundin và cộng sự, 2004)

1.1.4.4 Chôn lấp an toàn

Trong các phương pháp thì chôn lấp là biện pháp phổ biến và đơn giản nhất trong xử lý So với mục tiêu kinh tế, thì chôn lấp ít tốn chi phí nhất nhưng rõ ràng diện tích đất chôn lấp là có giới hạn và khi đó chi phí chôn lấp sẽ gia tăng Hơn nữa, chất ô nhiễm hữu cơ phân hủy ở điều kiện kỵ khí trong bãi chôn lấp thường phát sinh khí biogas như methan và carbon dioxid có thể phát tán ra môi trường không khí Trong khi đó, metan và carbon dioxid lại là những khí gây nên hiệu ứng nhà kính đáng quan tâm nhất Ngoài ra, trong thời gian chôn lấp còn phát sinh thêm một

số khí gây mùi

Chôn lấp hợp vệ sinh là một phương pháp tiêu hủy sinh học có kiểm soát các thông số chất lượng môi trường (mùi, không khí, nước rò rỉ rác) trong quá trình phân hủy Chi phí đầu tư và xử lý cho chôn lấp không lớn Bùn thải các ngành điện

tử cũng có thể chôn lấp cùng với bùn thải các ngành khác Tuy nhiên, những bãi chôn lấp chiếm diện tích lớn, thời gian phân hủy chậm và gây ô nhiễm cho các vùng xung quanh Với mục tiêu bảo vệ môi trường, bãi chôn lấp phải có biện pháp ngăn cản sự phát tán những thành phần ô nhiễm và mầm vi sinh gây bệnh

1.1.4.5 Oxy hóa ẩm

Oxy hóa ẩm bùn thải cũng là một phương pháp trong xử lý bằng nhiệt Bùn thải được đặt trong môi trường ngậm nước tại nhiệt độ 150-3300C và áp suất là 1-

22MPa với không khí sạch hoặc môi trường giàu oxy Trong suốt quá trình, hàm lượng hữu cơ của bùn thải sẽ bị nhiệt phân, thủy phân, oxy hóa và trở thành carbon dioxide, nước và nitrogen Quá trình xảy ra với hai điều kiện (Werther và Ogada, 1999):

Điều kiện thứ nhất là giới hạn dưới nhiệt độ phải thấp hơn 3740C và áp suất 10MPa

Thứ hai tại giới hạn trên nhiệt độ phải thấp hơn 3740C và áp suất là 21.8 MPa

1.1.4.6 Nhiệt phân

Nhiệt phân là trong suốt quá trình, các chất hữu cơ trong bùn thải bị phân hủy nhiệt trong môi trường khí oxy, trong khoảng nhiệt độ biến thiên từ 300-9000C Nói cách khác, quá trình nhiệt phân bùn thải trong môi trường khí trơ giải phóng các chất hữu cơ và khả năng tái chế của nó

Kỹ thuật này dường như ít gây ô nhiễm hơn so với phương pháp thông thường (thiêu đốt, đốt), vì các kim loại nặng sẽ tập trung vào cặn carbon, do đó vấn

đề phát thải của quá trình nhiệt phân không nguy hại như tro của phương pháp đốt

So với các quá trình đốt khác, thì quá trình nhiệt phân hấp thu nhiệt cao hơn, khoảng 100KJKg -1 (Khiari và cộng sự, 2004) Phương trình (1) diễn tả tóm tắt quá trình nhiệt phân bùn thải như sau:

Chất hữu cơ + năng lượng (không khí giàu oxy) CH4 + CO + H2 +…+ năng lượng

1.1.4.7 Khí hóa

Đây là một phương pháp mới trong việc xử lý bùn thải, công nghệ này cho phép sử dụng chất thải làm nhiên liệu Trên lý thuyết, hầu như tất cả các loại kim loại chứa chất thải hữu cơ với độ ẩm 5-30% có thể áp dụng phương pháp khí hóa Các đặc tính của nhiên liệu như bề mặt, kích thước, hình dạng cũng như độ ẩm, chất

dễ bay hơi và lượng carbon ảnh hưởng đến quá trình khí hóa

Vì vậy, các nghiên cứu cơ bản về những ảnh hưởng của bùn thải vào quá trình khí hóa đang được tiến hành để tìm kiếm một loại khí cho mục đích sản xuất điện Công nghệ khí hóa có thể được áp dụng để chuyển đổi và xử lý bùn thành năng lượng sử dụng được và giảm các vấn đề môi trường

Khí hóa là quá trình nhiệt trong đó lượng carbon của bùn thải được chuyển thành khí dễ cháy và tro trong môi trường thiếu khí Hơn nữa một số tuyên bố cho rằng mục tiêu tối ưu của khí hoá bùn thải là sản xuất khí sạch cháy ở hiệu suất cao

So với đốt, khí hoá, do thực tế nó là một quá trình khử của hóa học, có thể ngăn chặn các vấn đề xảy ra, bao gồm nhu cầu về nhiên liệu cần bổ sung, phát thải oxid lưu huỳnh, nitrogen oxid, kim loại nặng và tro bay và các khả năng phát sinh của chlorinated dibezodioxins và dibenzofurans (Marrero et al, 2003)

Có nhiều phản ứng trong quá trình khí hóa Tuy nhiên, có thể khái quát hóa bằng 3 phản ứng sau:

C + CO2  2CO

C + H2O  CO + H2

CO + 3H2  CH4 + H2O

1.1.5 Những khó khăn trong xử lý bùn thải tại Việt Nam

Hiện nay, việc thu gom, vận chuyển, xử lý, tái chế, tái sử dụng chất thải đặc biệt bùn thải từ hệ thống thoát nước và các công trình vệ sinh trong đô thị đã và đang trở thành bài toán khó đối với các nhà quản lý hầu hết các nước trên thế giới, đặc biệt ở các nước có nền kinh tế đang phát triển trong đó có Việt Nam

Quá trình quy hoạch đô thị, quy hoạch thoát nước và quy hoạch xử lý chất thải chưa thực sự quan tâm đến việc thu gom, vận chuyển cũng như xác định vị trí, địa điểm xử lý bùn thải phát sinh từ hệ thống XLNT Cho đến nay đã có 60/63 tỉnh

đã phê duyệt quy hoạch phát triển của tỉnh, 100% đô thị có quy hoạch chung được duyệt, gần 95% số xã có quy hoạch xây dựng nông thôn mới Các thành phố trực thuộc Trung ương đã và đang lập quy hoạch xây dựng chuyên ngành về thoát nước

và xử lý chất thải rắn (CTR); quy hoạch thoát nước và xử lý CTR của 4 vùng kinh

tế trọng điểm (Bắc bộ, Trung bộ, Đông Nam bộ và vùng đồng bằng sông Cửu Long)

và 3 vùng lưu vực sông (sông Cầu; sông Nhuệ - Đáy và sông Đồng Nai) cũng đã lập

và được phê duyệt Tuy nhiên, việc phân tích và đánh giá hiện trạng về khối lượng bùn thải, công tác thu gom, vận chuyển; dự báo khối lượng bùn thải phát sinh từ hệ thống thoát nước và công trình vệ sinh còn thiếu Việc xác định vị trí, quy mô và địa điểm xử lý bùn thải hầu như chưa có và nếu có cũng chưa kết hợp với việc xử lý CTR; Công nghệ xử lý chưa được khuyến cáo trong các quy hoạch Đồng thời, thiếu quy hoạch các khu vực đổ, xả và xử lý đang là những khó khăn trong thực tế triển khai

Trong những năm gần đây nhiều dự án đầu tư xây dựng nhà máy XLNT tại nhiều đô thị đã hoàn thành và đi vào hoạt động Tính đến năm 2015 đã có 30 nhà máy xử lý nước tập trung với công suất đạt khoảng 800.000 m3/ngày/đêm đi vào hoạt động (trong đó có nhà máy với công suất rất lớn đã đi vào hoạt động như nhà máy XLNT Bình Hưng - TP.HCM công suất 141.000 m3/ngày/đêm hoặc nhà máy XLNT tại Yên Sở - Hà Nội, công suất 200.000 m3/ngày/đêm) Dự kiến đến năm

2020 sẽ có khoảng hơn 30 nhà máy XLNT tập trung được đầu tư xây dựng hoặc đưa vào sử dụng Việc quan tâm đầu tư nhà máy XLNT cùng với mạng lưới thu gom nước thải tại các đô thị đã góp phần giảm ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, việc đầu tư chủ yếu tập trung vào công trình đầu mối (trạm/nhà máy XLNT), trong khi xây dựng mạng thu gom còn chậm Phần lớn các dự án thiếu phần đầu tư cho việc thu gom, xử lý bùn Ví dụ, Nhà máy XLNT công suất 141.000 m3/ngày/đêm tại Bình Hưng, TP HCM với lượng bùn cạn phát sinh khoảng 34 tấn/ngày chủ yếu thực hiện ủ lên men, trộn trấu và đem đi chôn lấp Đối với các KCN thì lượng bùn phát sinh từ hệ thống XLNT tập trung cũng sẽ được thu gom và giao cho đơn vị xử lý

Ngoài ra, nhiều dự án ODA cho hoạt động nghiên cứu và ứng dụng thí điểm

về xử lý bùn thải từ các công trình vệ sinh (bể tự hoại ) ở Hà Nội, Hải Phòng, Nam Định, TP Hồ Chí Minh thu được kết quả bước đầu, tuy nhiên việc nhân rộng hoặc

Bùn thải từ các trạm/ nhà máy XLNT tập trung sau khi được tách nước chủ yếu được vận chuyển đến các bãi chôn lấp Tuy nhiên cũng đã có một số sản phẩm sản xuất ra từ bùn thải được sử dụng như làm vật liệu xây dựng, sử dụng làm phân bón trong nông nghiệp, ngoài ra việc tái sử dụng bùn thải cho mục đích năng lượng

đã có,… nhưng việc lựa chọn công nghệ cho phù hợp, đáp ứng các yêu cầu theo tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật hiện còn chưa được chú trọng

Về mặt pháp lý, cũng đã có nhiều văn bản pháp luật được ban hành liên quan đến bùn thải như: Luật Bảo vệ môi trường 2014 có hiệu lực từ 1/1/2015; các tiêu chuẩn, quy chuẩn môi trường và quy chuẩn xây dựng có liên quan đến việc phân loại và quản lý bùn thải bao gồm: QCVN 07:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCKTQG) về ngưỡng chất thải nguy hại, trong đó có những quy định được áp dụng với bùn thải; QCVN 25:2009/BTNMT - QCKTQG về nước thải bãi chôn lấp CTR; QCVN 50:2013/BTNMT - QCKTQG về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước; QCVN 07:2011/BXD - QCKTQG về hạ tầng kỹ thuật đô thị; TCVN 5298 - 1995: Các yêu cầu chung đối với việc sử dụng nước thải

và bùn lắng của chúng để tưới và làm phân bón

Tuy nhiên, nhiều vấn đề còn thiếu cần phải được tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện như: Cụ thể hóa các tiêu chí lựa chọn công nghệ xử lý bùn thải; Các quy chuẩn kỹ 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; Đầu tư, tài chính (giá xử lý, chi phí quản lý, khai thác, vận hành…)

và nhiệt trị của bùn cũng tương tự như than (Theo M Erol, H Haykiri-Acma, and S Küçükbayrak, 2010)

Như vậy, đối với việc đốt bùn thải công nghiệp không nguy hại cũng có thể xét đến vấn đề thu hồi năng lượng, đặc biệt là lượng nhiệt phát sinh giống như việc đốt cháy than

1.1.6.1 Đặc tính của than

Than được phân loại thành những loại chính gồm anthraxit, bitum và than non Tuy nhiên, sự phân loại này cũng không rõ ràng Than còn được phân loại thành than bán anthraxit, bán bitum, và bitum phụ Nếu xét trên gốc độ địa chất, anthraxit là than lâu đời nhất Nó là than cứng chứa chủ yếu là carbon với một ít hàm lượng chất bốc và thường không có độ ẩm Than non là than trẻ nhất Loại than này mềm và chứa chủ yếu là chất bốc, hàm lượng ẩm và ít carbon cố định Carbon

cố định là carbon ở trạng thái tự do, không kết hợp với chất khác Chất bốc liên quan đến các chất cháy được của than, bị bốc hơi khi than được gia nhiệt

Các đặc tính của than bao gồm tính chất hóa học và tính chất vật lý Thành phần hóa học ảnh hưởng lớn đến khả năng cháy của than

Các đặc tính vật lý của than bao gồm nhiệt trị, hàm lượng ẩm, chất bốc và tro

Đặc tính hóa học của than chủ yếu dựa vào sự hợp thành của các nguyên tố hóa học khác nhau như: carbon, hydrogen, oxygen và Sulphur

Các loại than khác nhau có mức nhiệt trị khác nhau Bảng 1.4 dưới đây liệt

kê một số GCV điển hình của than

Bảng 1.4 GCV của các loại than khác nhau

Nguồn: Hướng dẫn sử dụng năng lượng hiệu quả trong ngành công nghiệp Châu Á

*GCV của than non “ở điều kiện thường” là 2500-3000

Có hai phương pháp phân tích than: phân tích tuyệt đối và phân tích tương đối Phân tích tuyệt đối xác định tất cả các thành phần của than, rắn hoặc khí còn phân tích tương đối chỉ xác định cacbon 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 hoá học giỏi, còn phân tích tương đối được thực hiện bằng dụng cụ đơn giản

Trong nghiên cứu này, than sẽ được phân tích theo phương pháp phân tích tương đối

Phân tích tương đối cho thấy phần trăm khối lượng của carbon cố định, chất bốc, tro xỉ và hàm lượng ẩm trong than 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 đốt, thiết bị kiểm soát ô nhiễm và thiết bị xử lý tro xỉ của lò đốt Phân tích tương đối điển hình các loại than khác nhau cho trong bảng 1.3

Bảng 1.5 Phân tích tương đối điển hình các loại than khác nhau (%)

Thông số Than Ấn Độ Than Indonesia Than Nam Phi

Nguồn: Hướng dẫn sử dụng năng lượng hiệu quả trong ngành công nghiệp Châu Á

Cacbon cố định: 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

Các chất bốc: Các chất bốc là methan, hydrocacbon, hydro, CO và các khí không cháy như CO2, nitơ có trong than Khoảng điển hình của các chất bốc là từ 20

- 35% 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

Than có chất bốc càng cao bao nhiêu thì càng cháy kiệt bấy nhiêu

Hàm lượng tro xỉ: Tro xỉ là một tạp chất không bị cháy Hàm lượng thường chiếm từ 5% đến 40% Tro xỉ than làm:

Giảm nhiệt trị của than;

Tăng chi phí xử lý;

Ảnh hưởng đến hiệu suất cháy và hiệu suất của nồi hơi;

Gây ra tạo tro xỉ và clanke hoá

Hàm lượng ẩm: Độ ẩm trong than 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 than Dải điển hình là 0,5 - 10% Độ ẩm làm:

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

1.1.6.2 Đồng đốt bùn và than

Năng lượng sinh khối là một trong những nguồn năng lượng tái tạo được Khi lượng sinh khối trên toàn thế giới là vô cùng lớn thì sinh khối được xem xét đầu tiên trong việc cung cấp năng lượng cho thế giới Đặc biệt, trong Liên minh Châu

Âu (EU) sinh khối được coi như là nguồn năng lượng tái tạo cùng với thủy điện Vì vậy, nó được dự kiến sẽ đóng góp đáng kể vào mục tiêu giảm khí thải CO2 được xác định trong Nghị định thư Kyoto

Ví dụ, việc đốt cháy lượng sinh khối rắn, sinh khối của các sản phẩm, và chất thải bao gồm cả bùn thải đã và đang được nghiên cứu trong chương trình của Liên minh Châu Âu Việc sử dụng các nhiên liệu như vậy trong ngành công nghiệp cung cấp lợi ích về sinh thái và trong một số trường hợp, mang lại lợi ích về kinh tế như:

Bảo tồn các nguồn nhiên liệu hóa thạch,

Giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu nhiên liệu,

Sử dụng các chất thải nông nghiệp và lâm nghiệp,

Giảm phát thải các loại gây hại từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, Tái sử dụng lại vùng nuôi không sử dụng,

Giảm thiểu rác thải

Nó cũng là một cách loại bỏ hiệu quả các chất thải rắn sinh học khi chúng chiếm một tỷ lệ rất lớn tại các bãi rác

Từ quan điểm kinh tế, khả năng đốt bùn và than trong các nhà máy điện có thể là một lựa chọn khả thi, vì nó cho phép sử dụng các cơ sở hạ tầng có sẵn đã được trang bị thích hợp để kiểm soát khí phát thải và sự hỗ trợ từ nhân viên

Trong quá trình thử nghiệm, điều quan trọng là phải xác định diễn biến của nhiệt không chỉ trong quá trình đốt bùn mà còn trong quá trình đồng đốt với than Khi biết trước các đặc tính của than và bùn thải trong quá rình cháy, không chỉ dự doán được các phản ứng xảy ra của hỗn hợp mà còn có thể xác định lượng khí phát thải

Tuy nhiên, trong quá trình đốt này cũng có nhược điểm liên quan đến sự phát thải NOx, các nguyên tố vết và dioxins (Spliethoff H, Hein KRG et al, 1998) Theo nghiên cứu của Y Ninomiya et al (2004), quá trình đồng đốt than và bùn thải diễn

ra tốt nhất ở nhiệt độ 2500C và nhiệt độ tối ưu nhất là 4500C

Quá trình đồng đốt bùn thải và than giúp hạn chế việc sử dụng các nguồn nhiên liệu; một tính toán nhanh cho chúng ta thấy rằng việc cung cấp năng lượng từ một tấn bùn bị đốt cháy chuyển thành tiết kiệm hơn 25$ trong tiêu thụ than (M.Otero et al, 2001)

Tỷ lệ giữa bùn thải và than cũng là một phần quyết định đến khả năng thu hồi nhiệt Theo nghiên cứu của Luts, Devoldere và các cộng sự (1999), tỷ lệ khối lượng bùn khô trong hỗn hợp đốt với than thường dưới 10%, và tỷ lệ này được yêu cầu không vượt quá 5% Tuy nhiên, với mục đích xử lý nhiều nhất lượng bùn thải phát sinh mà vừa đảm bảo các thông số phát thải ở mức chấp nhận vừa mang lại lợi ích về kinh tế, thì đề tài tiến hành thí nghiệm phối trộn với tỷ lệ khối lượng bùn ướt lần lượt là 0, 5, 10, 15, 20% so với khối lượng mẫu là 1.2kg

Tỷ lệ phối trộn bùn với than được xem là tối ưu khi: (i) các thành phần thải sau đốt đều đáp ứng được các quy định pháp lý tương ứng, (ii) lượng bùn được xử

lý là cao nhất, và (iii) lợi ích về kinh tế là lớn nhất

Để đánh giá khả năng sinh nhiệt của hỗn hợp đốt bùn thải và than, trong nghiên cứu sẽ tiến hành xác định nhiệt trị cũng như những thông số đánh giá khả năng cháy của hỗn hợp này (như: thời gian cháy hữu hiệu, thời gian bén cháy, số lít nước được đun sôi, lượng tro sau khi đốt)

Nhiệt trị là giá trị đo được của nhiệt hoặc năng lượng tạo ra, và đo theo nhiệt trị cao hay nhiệt trị thấp Sự khác nhau là do nhiệt ẩn của nước ngưng của hơi nước tạo ra trong quá trình cháy

Theo Yin, nhiệt trị - HV (heating value) thường được thể hiện dưới dạng nhiệt trị cao (higher heating value, HHV) hoặc nhiệt trị thấp (lower heating value, LHV) và được tính bằng MJ/kg, hoặc kcal/kg hoặc Btu/lb HHV còn được gọi là nhiệt trị tổng (gross heating value - GHV hay gross calorific value - GCV) 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; năng lượng tổng được giải phóng được đo tại điểm này

Từ các kết quả nghiên cứu về các mô hình tính nhiệt trị thích hợp cho nhiên liệu và sinh khối, Thipkhunthod et al đã đưa ra mô hình thích hợp nhất cho việc tính nhiệt trị của bùn thải, đó là công thức:

HHV = 255.75V + 283.88F – 2383.38 (KJ/kg) Theo kết quả khảo sát HHV bùn khô sau xử lý nước thải công nghiệp của Thipkhunthod et al ứng với các mẫu I1, I2, I3 lần lượt là 9,0; 9,9; 10,9 MJ/kg cho thấy bùn thải có nhiệt trị thấp hơn các loại sinh khối khác (HHV của rơm lúa là 15.614 MJ/kg, mạt cưa – 20.930, xơ dừa – 20.050, bã trà – 17.100), do bùn có chứa một lượng đáng kể các chất vô cơ

Vì vậy, sau khi bùn thải được xử lý thì việc đồng đốt than với bùn là một biện pháp an toàn Do bùn thải có khoảng nhiệt trị thấp nên việc phối trộn với than

sẽ giúp tăng nhiệt trị của hỗn hợp hay tăng khả năng cung cấp nhiệt

1.1.6.3 Tác động của việc đồng đốt bùn thải và than đến môi trường

Sản phẩm của quá trình đồng đốt bùn thải và than chủ yếu là năng lượng sinh

ra, khí và tro Lượng khí sinh ra này sẽ phát thải vào môi trường không khí, sau đó

có thể lắng đọng từ không khí vào đất và nước Lượng phát thải này phụ thuộc vào quá trình xử lý cũng như loại bùn thải được sử dụng

Các khí thải được tìm thấy trong không khí, trước quá trình xử lý bao gồm bụi, tro, dioxins, kim loại nặng dưới dạng hạt hay dạng khí (chủ yếu là Hg và Cd), khí acid (SO2, HCl, HF), oxit nitơ (NOx), carbon dioxide (CO2), các hợp chất hữu

cơ ở dạng hạt và hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC)

Các chất ô nhiễm phát thải vào không khí, đặc biệt là bụi, dioxin, kim loại nặng, VOC, NOx, CO và SO2 có thể có tác hại cho sức khỏe con người Những chất khí gây ô nhiễm như CO2 cũng có thể có tác động đến hệ sinh thái và biến đổi khí hậu Ngoài ra, khí NOx và SO2 cũng là một phần nguyên nhân gây nên thiệt hại cho các tòa nhà, công trình kiến trúc

Quá trình đốt được thực hiện tại các nhà máy cũng làm phát sinh nên lượng nước thải do quá trình xử lý khí thải Lượng nước thải này sẽ được xử lý trước khi thải ra môi trường tiếp nhận Một điều đáng lưu ý là lượng tro sau khi đốt được thải

bỏ tại các bãi chôn lấp, điều này có thể làm phát sinh nước rỉ rác Lượng nước này

có thể ảnh hưởng đến nước mặt và nước ngầm tác động đến sức khỏe con người và làm phát sinh độc chất đối với môi trường

Tuy nhiên, hiện nay quá trình đốt được thực hiện tại các nhà máy đã được trang bị các thiết bị xử lý khí thải tiên tiến nên mối nguy hại đến môi trường không khí là không lớn

Vì vậy, sau khi bùn thải được xử lý thì việc đồng đốt than với bùn là một biện pháp an toàn Do bùn thải có khoảng nhiệt trị thấp nên việc phối trộn với than

sẽ giúp tăng nhiệt trị của hỗn hợp hay tăng khả năng cung cấp nhiệt

 Nằm gần sân bay Tân Sơn Nhất

 Cách cảng Sài Gòn 11 km theo đường vận chuyển container

 Các ngành công nghiệp nhẹ như: dệt, may, giày da, nữ trang, mỹ phẩm, dụng

cụ tủy tinh, pha lê, mỹ nghệ silicat

 Các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm

 Các ngành công nghiệp in, sản xuất bao bì

 Các ngành gia công chế biến nhựa cao su, composit, đồ gỗ

 Các ngành sửa chữa, chế tạo máy, thiết bị phụ tùng, dụng cụ kim loại, xi mạ Các ngành công nghiệp dược phẩm…

1.2.3 Tổng quan nhà máy xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp Tân Bình

Nhà máy xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp (KCN) Tân Bình do Công ty Tanimex làm chủ đầu tư và Công ty Glowtec (Singapore) thi công

Nhà máy được xây dựng trên diên tích 5.600 m2 để xử lý toàn bộ nước thải thu gom về từ các nhà máy sản xuất trong KCN Tân Bình, theo công nghệ xử lý sinh học theo mẻ với hai bể xử lý chính, đáp ứng yêu cầu xử lý toàn bộ nước thải trong KCN Tân Bình đạt loại B theo tiêu chuẩn TCVN 5945 – 1995

Nhà máy xử lý nước thải tập tring KCN có công suất giai đoạn 1 là 2000 m3/ngày.đêm và ở giai đoạn 2 có thể nâng kên 4000 – 6000 m3/ ngày.đêm

Việc xử lý toàn bộ nước thải của các cơ sở sản xuất trong KCN thì lượng bùn thải sinh ra từ nhà máy XLNT tập trung khoảng 30 tấn bùn/ 6 tháng Lượng bùn thải này chủ yếu được sinh ra từ bể xử lý sinh học SBR Trong quá trình chuyển bùn từ

bể SBR sang máy ép bùn thì bùn được trộn với một hàm lượng polymer 2% để tăng khả năng kết dính của bánh bùn Quá trình phát sinh bùn được tóm tắt qua sơ đồ hình 1.2

Hình 1.2 Quá trình xử lý bùn thải tại KCN Tân Bình

Bùn sau khi ép sẽ được chuyển giao cho công ty TNHH Công nghệ Môi trường CMC xử lý Ngoài ra KCN Tân Bình còn hỗ trợ cung cấp 6 tấn bùn cho Công ty CP TV-TK-XD CNMT Hùng Vương (4 tấn) và Công ty Cổ Phần Đầu tư Phát triển Môi trường Đại Việt (2 tấn) thực hiện nuôi cấy vi sinh cho công trình xử

lý nước thải

Bảng 1.6 Phân tích các thông số mẫu bùn thải đầu ra của nhà máy xử lý nước thải

16 Tổng dầu ppm KPH (<0.5) 1000 EPA 1664 A

17 Benzen ppm KPH (<0.01) 10 ASTM D5233-2003

18 Clobenzen ppm KPH (<0.001) 1400 ASTM D5233-2003

19 Naphtalen ppm KPH (<0.01) 1000 ASTM D5233-2003 Nguồn: nhà máy xử lý nước thải tập trung KCN Tân Bình

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 thải

1.3 Hiện trạng quản lý bùn thải công nghiệp tại thành phố Hồ Chí Minh

Thành phố Hồ Chí Minh hiện nay vẫn chưa có bãi chôn bùn thải của nhà máy xử lý bùn thải từ trạm XLNT tập trung hay từ các trạm XLNT cục bộ của mỗi doanh nghiệp 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 (PGS TS Nguyễn Hữu Phước, 2009)

1.3.1 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 (KCN Lê Minh Xuân), ủ tại chổ làm phân compost (KCN Vĩnh Lộc), bán cho cơ sở làm phân vi sinh (KCN Tân Tạo) hoặc giao cho một số đơn vị

xử lý (KCN Bình Chiểu, KCN Tân Bình, KCN Tân Thuận) Trong thời gian qua, bùn vẫn 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

1.3.2 Quản lý bùn tại các nhà máy thành viên

Tại các nhà máy thành viên bùn phát sinh có thể ở dạng lỏng, đặc hay khô Tuỳ theo từng dạng, bùn được lưu chứa tạm trong các dụng cụ khác nhau: dạng lỏng – trong hồ hoặc thùng phuy; dạng đặc và khô – trong các bao bì… Sau đó hợp đồng với các đơn vị có chức năng đưa đi xử lý, nhưng không rõ phương thức và hiệu quả xử lý Các đơn vị thu gom sẽ vận chuyển bùn từ doanh nghiệp bằng các loại xe tải chuyên dùng khác nhau

Các đơn vị thu gom, vận chuyển, xử lý bùn gồm: công ty Việt Úc, công ty Môi trường Xanh, công ty Dịch vụ Môi trường đô thị TP HCM, công ty môi trường Thành Lập, công ty môi trường Thọ Nam Sang, công ty môi trường Biển Xanh, công ty môi trường Tương Lai Xanh, công ty DV KCX Tân Thuận, công ty Holcim, công ty Thảo Nguyên Sáng, công ty Hoa Thư, Công ty Taserco, Cơ sở Văn Hiến, công ty Việt Anh, công ty Tân Đức Thành, hoặc một số đơn vị có chức năng rút hầm cầu…

Qua đó cho thấy công tác quản lý bùn hiện nay trên địa bàn TP HCM vẫn còn nhiều bất cập:

Bùn thải chưa được giám sát chất lượng theo quy định

Việc hợp đồng thu gom, xử lý bùn của các nhà máy chưa thực hiện đồng bộ Công tác xử lý bùn của các đơn vị có chức năng chưa rõ ràng về phương thức và hiệu quả xử lý

Như vậy, nếu không xử lý triệt để ô nhiễm bùn thải, các nguy cơ từ bùn thải

sẽ dẫn đến ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt, không khí và chuỗi thực phẩm, góp phần gia làm tăng các bệnh tật, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người Vì vậy, việc xử lý bùn thải phát sinh từ các KCN là một vấn đề cấp thiết, cần

có sự lựa chọn đúng phương pháp xử lý đảm bảo chí phí cũng như tác động môi trường là tối thiểu