Bài viết đề cập đến việc nghiên cứu thành phần PAH có trong tro xỉ đầu ra của 02 lò đốt rác phát điện tại Nhà máy rác Việt Hùng và Nhà máy rác Đan Phượng. Lựa chọn phân tích 13 PAH theo QCVN 07:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại cho các loại mẫu: Chất thải sinh hoạt đốt theo công nghệ martin, plasma, chất thải công nghiệp phối trộn với chất thải nguy hại.
ISSN: 1859-2171 TNU Journal of Science and Technology 195(02): 11 - 16 ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG PAH TRONG TRO XỈ ĐÁY LỊ ĐỐT RÁC PHÁT ĐIỆN Ngơ Trà Mai1*, Vũ Đức Toàn2 Viện Vật lý – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Trường Đại học Thủy Lợi – Bộ Nông nghiệp Phát triển Nơng thơn TĨM TẮT Bài báo đề cập đến việc nghiên cứu thành phần PAH có tro xỉ đầu 02 lò đốt rác phát điện Nhà máy rác Việt Hùng Nhà máy rác Đan Phượng Lựa chọn phân tích 13 PAH theo QCVN 07:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia ngưỡng chất thải nguy hại cho loại mẫu: chất thải sinh hoạt đốt theo công nghệ martin, plasma; chất thải công nghiệp phối trộn với chất thải nguy hại Kết cho thấy: có tồn 13/13 hợp chất PAH tro xỉ lò đốt rác phát điện; chênh lệch hàm lượng tiêu PAH lớn, tối đa khoảng 102 lần; hàm lượng PAH loại mẫu khác phụ thuộc vào: chất thải đầu vào, nhiệt độ, công nghệ đốt 13 tiêu phân tích cho kết ngưỡng QCVN 07, xét riêng PAH tro xỉ lò đốt rác phát điện chất thải nguy hại Đây sở để Nhà máy quan chức có phương thức quản lý xử lý phù hợp theo quy định pháp luật bảo vệ mơi trường Từ khóa: Tro xỉ, lò đốt, PAH, chất thải rắn, chất thải nguy hại Ngày nhận bài: 05/12/2018; Ngày hoàn thiện: 25/12/2018; Ngày duyệt đăng: 28/02/2019 EVALUATING THE AMOUNT OF PAH WITHIN WASTE-TO-ENERGY GENERATORS’S ASHES Ngo Tra Mai1*, Vu Duc Toan2 Institute of Physics, Vietnam Academy of Science and Technology Thuy Loi University – Ministry of Agriculture and Rural Development ABSTRACT This paper mention the research of the ingredients within PAH in ashes of incinerators at Viet Hung and Dan Phuong waste-to-energy factories Choosing to analyzes 13 PAH according to Viet Nam National Standard 07:2009/BTNMT – The national standard in the limitation of dangerous emissions from: domestic wastes burned by martin, plasma technologies; industrial wastes mixed with hazardous wastes Results shown: 13/13 PAH combinations exist in the ashes of the incinerators The differences between PAH indicators is quite large, at max the differences is about 102 times The PAH content at different samples rely upon: the type of entry wastes, temperature, burning technology 13 sample analyze all show result below the limit of Viet Nam National Standard 07, so if we only look at PAH content the ash from the incinerators isn’t considered a hazardous emission This is the basis for the factory and the government to create a management and processing progress which follow the national law of environmental protection Keyword: Ash, incinerator, PAH, solid waste, hazardous waste Received: 05/12/2018; Revised: 25/12/2018 ; Approved: 28/02/2019 * Corresponding author: Email: ngotramaimoitruong@gmail.com http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 11 Ngô Trà Mai Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN MỞ ĐẦU Trên giới công nghệ đốt chất thải ngày áp dụng rộng rãi có số ưu điểm bật so với công nghệ khác như: giảm 90-95% thể tích khối lượng chất thải, tận dụng nhiệt, tiết kiệm diện tích, giảm thiểu nhiễm nước, mùi hơi, phát thải khí nhà kính so với biện pháp chôn lấp Tại Việt Nam, vấn đề đốt chất thải quan tâm khối lượng chất thải rắn (CTR) CTR nguy hại từ nguồn thải công nghiệp, sinh hoạt ngày tăng Theo thống kê chưa đầy đủ, nước có khoảng 300 lò đốt CTR sinh hoạt, đa số lò đốt cỡ nhỏ có sử dụng nhiên liệu bổ trợ Đối với tỉnh miền Bắc có 03 Nhà máy đốt rác phát điện xây dựng hoàn thiện phân bố ngoại thành Hà Nội: (1) Nhà máy xử lý rác sinh hoạt Đan Phượng, công suất 200 tấn/ngày phát điện 3-4 MW, vận hành giai đoạn 2016-2017; (2) Nhà máy xử lý chất thải công nghiệp phát điện Nam Sơn, Sóc Sơn – Hà Nội, cơng suất 75 tấn/ngày, vận hành cuối năm 2016; (3) Nhà máy xử lý rác plasma Việt Hùng – Đông Anh công suất 500 tấn/ngày (đốt CTR sinh hoạt, nguy hại, công nghiệp) vận hành thử nghiệm; số nhà máy khác giai đoạn đầu tư Quá trình đốt rác phát điện phát sinh lượng CTR xỉ đáy lò với tỷ lệ dao động khoảng 15-25% [1, 2, 3] Về hàm lượng hợp chất hữu độc hại (POP - Persistant Organic Pollutants, PAH- Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) tro xỉ có số nghiên cứu giới như: Aneeta Mary Joseph xác định có hàm lượng PCB, PCDD PCDF tro xỉ lò đốt rác Bỉ; Mahmood Ahmad Khwaja, cho thấy công nghệ đốt khác nhau, loại chất thải đầu vào khác hàm lượng POPs, PAH tro xỉ khác nhau; Jindrich Petrlik xác định lò đốt rác tồn hợp chất 12 195(02): 11 - 16 hữu độc hại nhà máy luyện kim [2], [4], [5] Ở Việt Nam, đốt rác phát điện loại hình cơng nghệ tiên tiến du nhập; việc phân tích PAH có u cầu cao thiết bị chun gia chưa có cơng trình khoa học chun sâu lĩnh vực Một số cơng bố có liên quan Ngơ Trà Mai đề cập đến hàm lượng kim loại nặng có tro xỉ, Nguyễn Thị Huệ với bước đầu nghiên cứu phát thải PeCB trình đốt cháy số lò đốt rác khu vực phía Bắc [3, 6] Đối với câu hỏi “Có hay khơng hàm lượng PAH tro xỉ lò đốt rác phát điện Việt Nam?”, chưa có câu trả lời Vì mục tiêu báo xem xét hàm lượng PAH có tro xỉ từ lò đốt rác sinh hoạt phát điện, đối chứng với tiêu chuẩn, quy chuẩn hành để kiến nghị biện pháp quản lý phù hợp DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cơ chế hình thành tro xỉ Có nhiều loại lò cơng nghệ đốt rác phát điện, nhiên có chung chế hình thành tro xỉ mơ hình (1) CTR nhận vào lưu giữ hố, hầm, nhà chứa sau theo băng chuyền gầu ngoạm để đưa vào lò; (2) CTR xử lý cách đốt cháy nhiệt thu hồi lò hơi; (3) Khói thải sau qua lò xử lý Các thiết bị xử lý khói lựa chọn dựa vào tiêu chuẩn phát thải nồng độ chất nhiễm khói thải Các chất nhiễm phát sinh trình đốt chất thải thường là: bụi, COx, SOx, NOx, PAH ; (4) Năng lượng nhiệt phát sinh trình đốt chất thải thu hồi hệ thống lò hơi, nước có nhiệt độ áp suất cao chuyển hóa thành điện thông qua tuabin nước máy phát điện; (5) Tro đáy, tro bay tái sử dụng mang chôn lấp; (6) Nước thải thu gom xử lý trước tái sử dụng thải vào nguồn nước http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Ngô Trà Mai Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN 195(02): 11 - 16 Hình Quy trình công nghệ nhà máy xử lý rác phát điện Lựa chọn thơng số PAH PAH nhóm chất hữu thơm đa vòng giáp cạnh PAH tạo thành từ nguyên tử C, H tìm 200 chất [1] Tuy nhiên phần lớn nghiên cứu giới thường tập trung vào PAH có khả gây ung thư đột biến gen vượt trội, đồng thời tồn với hàm lượng đáng kể Đáp ứng mục tiêu báo xem xét tính độc hại tro xỉ lò đốt rác sinh hoạt phát điện, làm sở cho công tác xử lý quản lý loại chất thải này, chúng tơi tiến hành phân tích 13 PAH theo QCVN 07:2009/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia ngưỡng chất thải nguy hại) gồm: Antraxen, Axenapten, Benzantraxen, Dibenz(a,h)antraxen, Benzo(j)fluoranten, Benzo-(k)floanten, Benzo(a)pyren, Crysen, Floanten, Floren, Naptalen, Phenantren, Pyren Phương pháp phân tích - Mẫu phân tích: Thu thập mẫu từ 02 Nhà máy đốt rác: (1) Nhà máy rác Đan Phượng với 04 mẫu lấy theo quý năm 2017; (2) Nhà máy rác Việt Hùng với 04 mẫu lấy thời gian vận hành thử nghiệm (tháng 9/2018) đó: 02 mẫu đốt hỗn hợp loại rác (sinh hoạt, công nghiệp, nguy hại), 02 mẫu đốt CTR sinh hoạt - Tro xỉ thu từ đáy lò http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn - Thiết bị phương pháp phân tích: Tro xỉ phân tích phòng thí nghiệm Trường Đại học Tài ngun Mơi trường (VILAS 955) Quy trình phân tích thực theo US EPA method 8121 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN PAH hình thành trình đốt cháy khơng hồn tồn từ phản ứng phân hủy nhiệt vật liệu đưa vào lò đốt Chất hữu cơ, rác thải y tế, sản phẩm thải công nghiệp lốp cao su, nhựa đường, sơn loại vật chất có nguy hình thành PAH lớn đốt Kết phân tích PAH tro xỉ lò đốt đưa Bảng với: 04 mẫu lấy theo từng đợt giám sát trạng môi trường Nhà máy rác Đan Phượng (04 quý năm 2017); 02 mẫu đốt CTR sinh hoạt 02 mẫu đốt có pha trộn CTR công nghiệp, nguy hại Nhà máy rác Việt Hùng Bảng cho thấy: Hầu hết tiêu PAH theo QCVN 07 có mẫu tro xỉ lò đốt rác phát điện Cá biệt có tiêu Crysen, Phenantren phát có mẫu tổng mẫu đem phân tích; đồng thời hàm lượng tiêu thấp (2 - 3ppm) 13 Ngơ Trà Mai Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN Hình Tro xỉ Nhà máy rác Việt Hùng 195(02): 11 - 16 Hình Tro xỉ Nhà máy rác Đan phượng Bảng Kết phân tích mẫu tro xỉ lò đốt rác sinh hoạt phát điện TT 10 11 12 13 Các hợp chất thuộc họ PAH Antraxen Axenapten Benzantraxen, Dibenz(a,h)antraxen Benzo(j)fluoranten Benzo(k)floanten Benzo(a)pyren Crysen Floanten Floren Naptalen Phenantren Pyren Hàm lượng PAH (ppm) mẫu tro xỉ Nhà máy rác Nhà máy rác Việt Nhà máy Việt Hùng Hùng (trường rác Đan (trường hợp đốt hợp đốt CTRCN, Phượng CTRSH) NH) 204 121 148 90 61 147 6 35 35 46 146 91 102 31 45 QCVN 07:2009/BTNMT 100 4.000 100 100 3.000 100 100 100 3.000 3.000 1.000 200 100 Ghi chú: (-) khơng xác định Hàm lượng PAH có chênh lệch lớn tiêu phân tích, thấp Crysen mẫu phối trộn CTR công nghiệp nguy hại 2ppm, cao tiêu Axenapten với kết phân tích 204ppm có mặt mẫu Nhà máy rác Đan Phượng đốt CTR sinh hoạt (hình 3) Trong mẫu tro xỉ lấy phân tích Nhà máy rác Việt Hùng, có 02 mẫu có phối trộn loại chất thải trước đốt, 12/13 tiêu phân tích PAH cho kết cao 02 mẫu đốt CTR sinh hoạt Như có tương quan hàm lượng PAH chất thải đầu vào đầu Kiểm tra lại đầu vào 02 mẫu có tham gia 14 CTNH: hóa chất, pin thải, bo mạch điện tử, cao su thải Như giải thích chênh lệch hàm lượng PAH thành phần vật liệu đốt đầu vào Biểu thị chênh lệch 13 thông số PAH 02 loại mẫu Nhà máy Rác Việt Hùng thể hình (sử dụng giá trị lớn thu từ kết phân tích) Tất số PAH Nhà máy rác Đan Phượng (2017) có xu cao Nhà máy rác Việt Hùng thành phần chất thải đầu vào CTR sinh hoạt, nguyên nhân ban đầu xác định điều kiện cháy Nhà máy rác Việt Hùng sử dụng công nghệ đốt plasma có nhiệt độ đốt cao, (tối đa đạt http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Ngơ Trà Mai Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 20000C), tận dụng nhiệt dư để sấy rác, không cần nhiên liệu trợ cháy trước đốt; Nhà máy rác Đan phượng sử dụng lò martin nhiệt độ đốt thấp (tối đa 12000C), có sử dụng vật liệu trợ cháy gỗ, mùn cưa Như phân tích q trình hình thành PAH liên quan nhiều đến trình đốt cháy hồn tồn khơng hồn tồn Ở lò martin nhiệt độ đốt thấp hơn, vật liệu trợ cháy không đủ lớn, rác bị sống (đốt chưa triệt để) nguyên nhân sản sinh lượng PAH lớn lò plasma Như cơng nghệ đốt, nhiệt độ, thành phần chất thải đầu vào yếu tố định hàm lượng PAH có tro xỉ lò đốt rác phát điện Đồng thời so sánh kết phân tích với QCVN 07, tất tiêu nằm ngưỡng quy chuẩn, xét riêng với số PAH tro xỉ lò đốt rác phát điện khơng phải CTNH, tái sử dụng quản lý CTR thông thường khác Tuy nhiên để kết luận xác cần có phân tích bổ trợ liên quan đến nhóm kim loại nặng, phenol, 195(02): 11 - 16 dioxin/furan , mà điều kiện nghiên cứu chưa thực Sau phân tích, nhằm kiểm chứng kết quả, chúng tơi tiến hành so sánh với kết phân tích PAH tro xỉ lò đốt có cơng nghệ công suất tương tự Tuy nhiên hầu hết kết thực nghiệm không cụ thể quy trình đốt, chủng loại lò, vật liệu đốt Vì tạm sử dụng nghiên cứu GiuseppeMininni, AndreaSbrilli với kết luận hàm lượng PAH tro lò đốt chất thải bệnh viện nằm ngưỡng cho phép theo tiêu chuẩn độc hại Iitalia [7] Inger Johansson, Bert van Bavel xác định có 16 PAH, hàm lượng từ 140 μg/kg đến > 77 000 μg/kg (tương ứng với 1,14 - 77ppm), đáng ý hợp chất Naptalen Phenantren, tiếp Floanten Pyren có mặt tất mẫu phân tích [8]; Ngồi 18 PAH tìm thấy xỉ đáy lò đốt rác Nhật Bản, Naptalen, Phenantren Floanten có hàm lượng giao động từ 10-1000 μg/kg (tương ứng 0,01- 1ppm), nồng độ PAH lại thấp 100 μg/kg (0,1ppm) [9] Hình Biểu đồ biểu thị hàm lượng PAH tro xỉ lò đốt rác phát điện http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 15 Ngô Trà Mai Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN Như nghiên cứu nêu trên, kết phân tích khơng đồng khẳng định: có thành phần PAH tro xỉ lò đốt rác phát điện, hàm lượng PAH phân tích ngưỡng cho phép theo tiêu chuẩn Nhật, Mỹ, Iitalia Kết luận trùng khớp với kết nghiên cứu nhóm tác giả KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết nghiên cứu báo cho thấy: - Có tồn 13/13 hợp chất PAH tro xỉ lò đốt rác phát điện - Hàm lượng PAH Nhà máy, loại mẫu khác phụ thuộc chủ yếu vào: thành phần chất thải đầu vào, nhiệt độ, cơng nghệ đốt Trong tro xỉ lò đốt rác plasma Nhà máy rác Việt Hùng đốt CTR sinh hoạt có hàm lượng PAH thấp - So sánh kết phân tích báo với với QCVN 07, tất tiêu nằm ngưỡng quy chuẩn, xét riêng với số PAH tro xỉ lò đốt rác phát điện CTNH Tuy nhiên để kết luận xác cần có phân tích bổ trợ liên quan đến nhóm kim loại nặng, phenol, dioxin/furan , để có biện pháp quản lý an toàn cho loại chất thải Trong thời gian tới nhóm nghiên cứu mong muốn tiếp tục lấy mẫu tro xỉ đốt từng loại chất thải để xây dựng hồn thiện số liệu thành phần hóa học chất thải đầu lò đốt rác phát điện Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Tài nguyên Môi trường (2012), Hướng dẫn áp dụng kỹ thuật phương thức môi trường tốt có để hạn chế việc phát sinh chất 16 195(02): 11 - 16 nhiễm hữu khó phân hủy khơng chủ định cho lò đốt chất thải Mahmood Ahmad Khwaja, Jindrich Petrlik (2006), POPs in different samples of waste incineration residues in Pakistan, International POPs Elimination Project – IPEP Website www.ipen.og Nguyễn Thị Huệ, Céline Leynarie, Nguyễn Hoàng Tùng (2016), Đánh giá sơ phát thải pentaclobenzen từ số lò đốt rác thải sinh hoạt lò đốt cơng nghiệp khu vực phía Bắc Việt Nam, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 32, Số 4, tr 40-46 Aneeta Mary Joseph, Ruben Snellings, Philip Van den Heede (2018), etc, The Use of Municipal Solid Waste Incineration Ash in Various Building Materials: A Belgian Point of View Materials (Basel), Published online 2018 Jan 16 Jindrich Petrlik (2005), After incineration: the toxic ash problem – ipen Dioxin, PCBs and Waste WG, Re-print from April 2005 Report Prague – Manchester Ngô Trà Mai (2017), Nghiên cứu thành phần chất thải rắn đầu Nhà máy xử lý rác công nghệ Plasma xã Việt Hùng, Đông Anh, Hà Nội, Hội nghị vật lý kỹ thuật ứng dụng toàn quốc lần thứ V, Hà Nội, tr 257-262 GiuseppeMininni, AndreaSbrilli, etc (2007), Dioxins, furans and polycyclic aromatic hydrocarbons emissions from a hospital and cemetery waste incinerator, Atmospheric Environment, Volume 41, Issue 38, December 2007, pp 8527-8536 Inger Johansson, Bert Van Bavel (2003), Polycyclic aromatic hydrocarbons in weathered bottom ash from incineration of municipal solid waste, Chemosphere, Volume 53(2) Masahiro Sato, Yasumasa Tojo, Takayuki Matsuo and Toshihiko Matsuto (2011), Investigaiton of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) contant in bottom ashes from some Japanese waste incineratiors and simple estimation of their fate in landfill, Sustain Environ Res., 21(4), pp 219-227 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn ... chất PAH tro xỉ lò đốt rác phát điện - Hàm lượng PAH Nhà máy, loại mẫu khác phụ thuộc chủ yếu vào: thành phần chất thải đầu vào, nhiệt độ, công nghệ đốt Trong tro xỉ lò đốt rác plasma Nhà máy rác. .. hay khơng hàm lượng PAH tro xỉ lò đốt rác phát điện Việt Nam?”, chưa có câu trả lời Vì mục tiêu báo xem xét hàm lượng PAH có tro xỉ từ lò đốt rác sinh hoạt phát điện, đối chứng với tiêu chuẩn,... ĐHTN Hình Tro xỉ Nhà máy rác Việt Hùng 195(02): 11 - 16 Hình Tro xỉ Nhà máy rác Đan phượng Bảng Kết phân tích mẫu tro xỉ lò đốt rác sinh hoạt phát điện TT 10 11 12 13 Các hợp chất thuộc họ PAH Antraxen