Đang tải... (xem toàn văn)
Cứng hóa bùn là một giải pháp nhằm cải thiện tính chất vật lý của bùn (cường độ nén, giới hạn chảy, giới hạn dẻo, độ nhớt, khả năng chống thấm). Công nghệ này được áp dụng rộng rãi trong xử lý bùn ở vùng đất yếu, hay xử lý bùn đất bị ô nhiễm bằng cách trộn các vật liệu kết dính hoạt hóa vào môi trường bùn (các chất ô nhiễm được cố định trong hỗn hợp rắn sẽ không thể gây hại đối với con người, vật nuôi hay cây cối). Các vật liệu áp dụng cho cứng hóa bùn thường là xi măng, vôi, thạch cao, tro bay, hỗn hợp phốt pho... Đây có thể là một ứng dụng tiềm năng để cải tạo bùn ở vùng đất yếu của Việt Nam, đặc biệt là vùng Đồng bằng sông Cửu Long, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội nói chung, xây dựng nông thôn mới nói riêng.
Khoa học - Công nghệ đổi sáng tạo Cứng hóa bùn - Giải pháp hiệu để xử lý đất yếu TS Ngô Anh Quân, GS.TS Nguyễn Quốc Dũng Viện Thủy cơng Cứng hóa bùn giải pháp nhằm cải thiện tính chất vật lý bùn (cường độ nén, giới hạn chảy, giới hạn dẻo, độ nhớt, khả chống thấm) Công nghệ áp dụng rộng rãi xử lý bùn vùng đất yếu, hay xử lý bùn đất bị ô nhiễm cách trộn vật liệu kết dính hoạt hóa vào môi trường bùn (các chất ô nhiễm cố định hỗn hợp rắn gây hại người, vật nuôi hay cối) Các vật liệu áp dụng cho cứng hóa bùn thường xi măng, vôi, thạch cao, tro bay, hỗn hợp phốt Đây ứng dụng tiềm để cải tạo bùn vùng đất yếu Việt Nam, đặc biệt vùng Đồng sông Cửu Long, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội nói chung, xây dựng nơng thơn nói riêng Ngun tắc cứng hóa bùn Cứng hóa bùn việc trộn vật liệu kết dính hoạt tính vào bùn thải, bùn nạo vét Cứng hóa bùn bao gồm hai vấn đề, “cứng hóa” “ổn định” “Ổn định” hiểu để xử lý ô nhiễm, việc cố định chất gây hại hỗn hợp bùn cứng hóa biến đổi chất gây hại sang chất gây hại hơn, có độ hòa tan thấp “Cứng hóa” cải thiện tính chất vật lý bùn, tính chất vật lý bao gồm cường độ nén, giới hạn chảy, giới hạn dẻo, độ sệt tăng khả chống thấm Mục đích việc trộn hỗn hợp vật liệu kết dính vào bùn nhằm làm cải thiện cường độ, tính thấm sức bền cách giảm hệ số rỗng gắn hạt đất bùn với Khi trộn vật liệu kết dính với bùn có phản ứng xảy ra, gồm khử nước, trao đổi ion, phản ứng keo hóa Cường 38 độ bùn sau trộn tăng từ từ chủ yếu phụ thuộc vào phản ứng keo hóa Các vật liệu kết dính thường sử dụng bao gồm xi măng Portland, bụi lò xi măng, vôi bột, đá vôi, tro bay, tro xỉ, thạch cao, hỗn hợp phốt nhiều sản phẩm thương mại độc quyền khác Do khác tính chất lý (hàm lượng nước, giới hạn chảy, giới hạn dẻo) thành phần hóa học loại bùn, nên cấp phối trộn cho việc cứng hóa cần thiết kế để phù hợp với tính chất loại nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật giá thành Các vật liệu kết dính chia làm hai loại vô hữu Trong thực tế áp dụng, vật liệu kết dính vơ thường lựa chọn giá thành rẻ nhiều so với chất kết dính hữu nhựa át phan, ure formandehyde chất polyme khác Soá naêm 2019 Cơ chế làm cứng cải tạo bùn keo tụ thông qua phản ứng trao đổi cation tạo chất kết dính C-S-H thơng qua phản ứng puzzolan môi trường đất bùn: nCaO + SiO2 + yH2O → C-S-H (1) Xi măng Portland thành phần bê tơng sử dụng xây dựng, xi măng lựa chọn tốt cho q trình đơng cứng ổn định loại bùn khác Cấp phối có thành phần xi măng phổ biến so với chất kết dính khác Xi măng thường sử dụng vì: (1) q trình hydrat hóa xi măng làm giảm nước tự bùn, (2) giảm độ thấm thay đổi liên kết bùn, (3) bao phủ hạt bùn lớp chống thấm, (4) cố định hóa học chất gây hại bùn giảm độ hòa tan chúng (5) tạo thuận lợi cho việc giảm độc tính số chất ô nhiễm Hỗn hợp vật liệu trộn xi khoa học - công nghệ đổi sáng tạo măng xử lý chất gây hại vô hữu Các hỗn hợp vật liệu thương mại độc quyền thường sản phẩm trộn chất kết dính vơ hữu với xi măng Tro bay tro xỉ thường kết hợp sử dụng với xi măng để kích hoạt phản ứng pozzolan chúng Bụi lò xi măng thường sử dụng lý kinh tế Vơi bột sử dụng để điều chỉnh pH hay giảm nước nhờ nhiệt lượng cao tỏa trình thủy hóa Đá vơi dùng để điều chỉnh pH tăng trọng lượng hỗn hợp Các cơng nghệ cứng hóa bùn Các công nghệ thường áp dụng để cứng hóa bùn nhằm cải thiện gắn kết hạt đất gồm: cơng nghệ lượng nước bùn công nghệ trộn vật liệu kết dính vào bùn Thốt nước bùn tự nhiên để cải tạo bùn Giải pháp thoát nước tự nhiên: bùn đào lên vận chuyển đến vị trí cần sử dụng, sau phơi khơ nước tự nhiên Kết số nghiên cứu với giải pháp cho thấy, sau khoảng 11 tháng, hàm lượng nước ban đầu bùn khoảng 115-130% giảm 65-75% Sử dụng vật liệu thoát nước kết hợp hút chân không: phương pháp ứng dụng chế hút nước để làm tăng tiêu lý nền, cách cắm bấc thấm thẳng đứng nối với máy bơm chân không Kết cấu thoát nước đứng thường với việc gia tải nhằm thúc đẩy q trình nước loại đất yếu nhằm đẩy nhanh trình cố kết Kết cấu nước Mơ hình thi cơng gia cố đất bùn nước hút chân khơng Nhật Bản tạo “con đường” để nước thoát từ đất Thời gian để thoát nước cho đất giảm từ vài năm xuống vài tháng Việc hút chân khơng giúp cải thiện tính chất lý bùn đất yếu lý thoát nước khu vực san lấp Tuy nhiên, cơng nghệ có chi phí cao đòi hỏi thời gian dài để hỗn hợp bùn xi măng đạt tính chất học cần thiết cho cơng trình xây dựng Trộn vật liệu kết dính vào bùn tự nhiên Trộn vật liệu kết dính trạm trộn: vật liệu kết dính với hàm lượng tính tốn nghiên cứu trước đưa vào bùn tự nhiên qua trạm trộn cưỡng Phương pháp áp dụng nhiều cơng trình giới nhiều nhà thầu thi cơng Có thể dùng trạm trộn di động cách lắp buồng trộn cỡ nhỏ xe tải với cơng trình khối lượng lớn sử dụng trạm trộn cố định để trộn vật liệu kết dính vào bùn tự nhiên Có nhiều dạng cơng nghệ nhằm cải thiện tính chất lý bùn với giải pháp trộn thêm chất kết dính vào bùn tự nhiên Các nghiên cứu tập trung vào việc tìm kiếm vật liệu kết dính thiết kế cấp phối cho phù hợp với loại bùn nạo vét địa phương Trộn vật liệu kết dính hệ thống bơm khí nén: công nghệ nhà khoa học nghiên cứu năm 1998 cách trộn vật liệu kết dính với bùn đường ống bơm vận chuyển hệ thống máy nén khí Phương pháp khơng yêu cầu lượng nước hỗ trợ bơm vào bùn chảy đường ống, loại bỏ cần thiết phải lắp đặt hệ thống xử Giải pháp trộn chỗ bùn cần gia cố: giải pháp đáp ứng nhiều yêu cầu thực tế cần tăng khả chịu tải vùng đất yếu, vùng cần san lấp Việc xác định tỷ lệ thành phần chất kết dính đưa Số năm 2019 39 Khoa học - Công nghệ đổi sáng tạo vào xử lý xác định từ thí nghiệm phòng thí nghiệm qua thiết bị trộn nơng nhằm cải thiện tính chất lý khu vực cần gia cố, san lấp Với loại hình thiết bị khác nhau, vật liệu kết dính trộn khối đất cần gia cố công nghệ khô/ướt, quay/phun áp lực, khoan/cắt Ứng dụng tiềm Việt Nam Với bờ biển dài 3.200 km 49 cảng biển lớn nhỏ, kèm theo hệ thống sông, cửa biển phục vụ cho tàu bè vận chuyển hàng hóa, đặc biệt Đồng sơng Cửu Long giao thơng hệ thống sơng ngòi đóng vai trò quan trọng phát triển kinh tế Do yêu cầu khai thông luồng lạch cửa sông, cửa biển cảng biển hàng năm lớn Lượng bùn nạo vét cần xử lý để tránh ô nhiễm môi trường thử thách đặt trình khai thác cửa sơng, cửa biển hải cảng Ngoài ra, sở kết Hội nghị phát triển bền vững Đồng sông Cửu Long thích ứng với biến đổi khí hậu ngày 26-27/9/2017, Chính phủ ban hành Nghị số 120/NQ-CP ngày 17/11/2017 “Phát triển bền vững Đồng sông Cửu Long thích ứng với biến đổi khí hậu”, có nội dung “nghiên cứu tạo nguồn vật liệu thay thế, phục vụ san lấp, xây dựng (hạn chế việc lấy cát từ lòng sơng để tơn nền) Quy hoạch đầu tư khu xử lý chất thải, nước thải tập trung, đại; đẩy mạnh tái chế, tái sử dụng sản xuất lượng từ rác” Do vậy, tiềm áp dụng giải pháp cứng hóa bùn Việt Nam lớn, đồng thời giải nhiều vấn đề đặt ra: bảo trì hệ thống giao thơng đường thủy, tạo 40 Thí nghiệm phòng nén mẫu (trái) hướng thi cơng trường tỉnh Cà Mau (phải) vật liệu để san nền, góp phần thích ứng với biến đổi khí hậu xử lý mơi trường Theo hướng này, Viện Thủy cơng có nghiên cứu thực nghiệm việc hóa rắn bùn nạo vét tỉnh Cà Mau với mục đích: tạo vật liệu đất hỗn hợp đáp ứng yêu cầu (góc ma sát ϕ>100; độ kết dính C>0,1 kg/cm2, thay cho móng cát xây đê theo thiết kế hành; tạo vật liệu bơm từ 500 đến 1.000 m; giá thành sản phẩm chấp nhận bùn qua xử lý Nhóm nghiên cứu thực thí nghiệm Hà Nội với mẫu bùn lấy từ tỉnh Cà Mau, tro bay Trà Vinh, vơi lấy Thái Bình phụ gia hóa học Sau thử nghiệm phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu áp dụng cơng trường xây dựng Khu công nghiệp Khánh An, tỉnh Cà Mau Kết ứng dụng ban đầu trường cho thấy, tạo loại vật liệu sử dụng bùn nạo vét thay phục vụ cho việc san lấp, xây dựng (hạn chế việc Soá năm 2019 lấy cát từ lòng sơng để tơn nền); giảm thiểu xói lở bờ sơng, bờ biển khu vực Đồng sông Cửu Long khai thác cát giới hạn; giải chỗ đổ thải bùn nạo vét địa bàn tỉnh Đồng sông Cửu Long hàng năm (hiện dự án nạo vét phải đền bù đất cho người dân để lấy chỗ xả bùn thải) Những kết ban đầu cho thấy, phương pháp cứng hóa bùn giải vấn đề đất yếu, bùn nạo vét Đồng sông Cửu Long hàng năm; sản phẩm hình thành nguồn nguyên liệu tiềm khu vực để san lấp xây dựng sở hạ tầng phục vụ phát triển kinh tế - xã hội nói chung, xây dựng nơng thơn nói riêng ? ... nghệ cứng hóa bùn Các công nghệ thường áp dụng để cứng hóa bùn nhằm cải thiện gắn kết hạt đất gồm: cơng nghệ lượng nước bùn công nghệ trộn vật liệu kết dính vào bùn Thốt nước bùn tự nhiên để cải... từ lòng sơng để tơn nền) Quy hoạch đầu tư khu xử lý chất thải, nước thải tập trung, đại; đẩy mạnh tái chế, tái sử dụng sản xuất lượng từ rác” Do vậy, tiềm áp dụng giải pháp cứng hóa bùn Việt Nam... thống máy nén khí Phương pháp khơng yêu cầu lượng nước hỗ trợ bơm vào bùn chảy đường ống, loại bỏ cần thiết phải lắp đặt hệ thống xử Giải pháp trộn chỗ bùn cần gia cố: giải pháp đáp ứng nhiều yêu