Bước đầu nhận định về hàm lượng PAH tại nhà máy xử lý chất thải rắn sinh hoạt Bắc Ninh

Bài viết nghiên cứu dựa trên kết quả phân tích hàm lượng PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) trong tro bay của các nhà máy đốt rác phát điện đã đi vào vận hành tại Việt Nam và Trung Quốc, bài báo đưa ra dự báo hàm lượng PAH trong tro bay của Nhà máy xử lý chất thải rắn sinh hoạt Bắc Ninh do cùng sử dụng công nghệ đốt rác phát điện và có chung cơ chế hình thành tro bay.

TNU Journal of Science and Technology 225(09): 75 - 80 BƯỚC ĐẦU NHẬN ĐỊNH VỀ HÀM LƯỢNG PAH TẠI NHÀ MÁY XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT BẮC NINH Khuất Thị Hồng*, Ngô Trà Mai, Nguyễn Hùng Sơn, Nguyễn Trọng Dũng, Nguyễn Thị Thúy Hằng, Trịnh Anh Quân, Hà Thị Hiền Viện Vật lý - Viện Hàn Lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam TĨM TẮT Dựa kết phân tích hàm lượng PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) tro bay nhà máy đốt rác phát điện vào vận hành Việt Nam Trung Quốc, báo đưa dự báo hàm lượng PAH tro bay Nhà máy xử lý chất thải rắn sinh hoạt Bắc Ninh sử dụng cơng nghệ đốt rác phát điện có chung chế hình thành tro bay Phương pháp thu thập, tổng hợp liệu sử dụng chủ đạo nghiên cứu Bước đầu đưa số nhận định: Có tồn hầu hết loại PAH tro bay Nhà máy Bắc Ninh Hàm lượng PAH tương đối tương đồng với kết phân tích có nhà máy Cần Thơ số nhà máy Trung Quốc Trong 04 tiêu PAH có quy chuẩn so sánh, tiêu dự báo nằm ngưỡng QCVN 07:2009/BTNMT Tuy nhiên, tiêu Naptalen dự báo nằm khoảng giới hạn cao từ 1930-1949 mg/l đối chiếu với quy chuẩn PAH đất số nước tiên tiến hàm lượng thuộc dạng chất thải nguy hại Đây sở để xác định loại hình chất thải nhằm có biện pháp xử lý, quản lý phù hợp Từ khóa: Xử lý chất thải; PAH; tro bay; đốt rác; chất thải nguy hại Ngày nhận bài: 20/8/2020; Ngày hoàn thiện: 31/8/2020; Ngày đăng: 31/8/2020 THE FIRST STEP OF COMMENTARY ON THE QUANTITY OF PAH AT BAC NINH SOLID WASTE TREATMENT FACTORY Khuat Thi Hong*, Ngo Tra Mai, Nguyen Hung Son, Nguyen Trong Dung, Nguyen Thi Thuy Hang, Trinh Anh Quan, Ha Thi Hien Institute of Physics - Vietnam Academy of Science and Technology ABSTRACT Analysis results of PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) content in fly ash of power generation incinerators operationg in Vietnam and China are used to forecast the PAH content in fly ash of the treatment plant Bac Ninh daily-life solid waste because of using the same technology of burning garbage to generate electricity and have the same mechanism of forming fly ash Data collection and synthesis method were mainly used in the study Some first comments are made: There is existence of most types of PAH in fly ash at Bac Ninh factory The PAH content will be relatively similar to the analysis results available at Can Tho factory and some factories in China All 04 PAH indicators with comparison standards are forecasted to be below the threshold of QCVN 07: 2009 / BTNMT However, if Naptalen indicator, are forecasted to be in a rather high limit from 1930-1949 mg/l, if compared this result with PAH standards in soil of some advanced countries, this content has the form of hazardous waste This is basis for determining the type of waste in order to have appropriate treatment and management measures Keywords: Waste treatment; PAH; fly ash; incineration of garbage; hazardous waste Received: 20/8/2020; Revised: 31/8/2020; Published: 31/8/2020 * Corresponding author Email: kthong@iop.vast.ac.vn http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 75 Khuất Thị Hồng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN Mở đầu Cùng với gia tăng dân số, phát triển sản xuất thời gian qua, mặt đòn bẩy cho kinh tế - xã hội, thúc đẩy nhu cầu tiêu dùng hàng hóa, nguyên vật liệu tiêu thụ lượng Mặt khác gia tăng chất thải, có chất thải rắn (CTR) Những năm gần đây, nước ta nói chung tỉnh Bắc Ninh nói riêng, khối lượng CTR tăng nhanh chóng số lượng với thành phần ngày phức tạp Lượng rác thu gom, xử lý khoảng 60% hình thức: chơn lấp, làm phân compost, đốt Tuy nhiên, tác dụng phân làm từ rác không rõ ràng nhanh phân hố học nên khơng thị trường ưa chuộng Việc chơn lấp rác cịn nhiều bất cập Đối với bãi chôn lấp cũ, lớp lót đáy, khơng có hệ thống thu gom xử lý khí thải nước thải nên tác động bất lợi đến môi trường sức khoẻ cộng đồng Đối với công nghệ chôn lấp hợp vệ sinh, có thu gom xử lý nước rác khí bãi rác chi phí đầu tư lớn, chi phí vận hành cao Đốt rác phản ứng hóa học mà carbon, hydrogen nguyên tố khác có rác kết hợp với oxy để tạo số sản phẩm oxy hố hồn tồn sinh nhiệt Đốt rác hình thức xử lý rác phổ biến nước giới khu vực, nhiên loại hình tiềm ẩn nhiều nguy gây ô nhiễm môi trường độc hại sức khỏe Các nghiên cứu chun sâu khí thải, tro bay, tro đáy lị… chất thải phát sinh từ trình tái chế, xử lý rác chưa đầy đủ PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) tên gọi nhóm hợp chất hữu Hydrocacbon thơm đa vịng có tính độc hại cao, có khả phát sinh từ khí thải lị đốt chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) Những năm gần có số nghiên cứu tồn PAH CTR đầu lò đốt CTRSH, nhiên nghiên cứu chủ yếu tập trung vào tồn PAH tro xỉ (tro đáy lị) Trên giới Việt Nam 76 225(09): 75 - 80 tham khảo vài nghiên cứu điển hình như: Xác định hàm lượng PCB, PCDD PCDF tro xỉ lò đốt rác Bỉ Aneeta Mary Joseph khẳng định thành phần chất thải khác nhau, cơng nghệ đốt khác hàm lượng POPs, PAH tro xỉ khác [1]; công bố Ngô Trà Mai đề cập đến hàm lượng kim loại nặng có tro xỉ; Nguyễn Thị Huệ bước đầu nghiên cứu phát thải PeCB q trình đốt cháy số lị đốt rác khu vực phía Bắc [2], [3] Cho đến nhóm tác giả chưa tìm thấy cơng bố khoa học PAH tro bay Việt Nam Tại Trung Quốc, ý có nghiên cứu Hui Li, Guijian Liu, Yan Cao bước đầu đưa số liệu phân tích hàm lượng PAH đánh giá độc tính nhóm hợp chất mơi trường [4] Hiện nay, số lị đốt rác sinh hoạt triển khai tỉnh Hà Nội, Thái Bình, Nam Định, Bình Dương… có 03 nhà máy đốt rác phát điện vào vận hành là: Đan Phượng; Plasma Việt Hùng, Cần Thơ Tính đến thời điểm nay, nhiều lý khác 2/3 nhà máy dừng hoạt động, lại Nhà máy Cần Thơ vận hành ổn định từ tháng 4/2019 Tuy nhiên, toàn lượng tro bay tồn đọng Nhà máy Cần Thơ chủ dự án quan quản lý chưa xác định loại hình đặc tính nguy hại Vì vậy, viết sử dụng số liệu phân tích tro bay từ nhà máy vào hoạt động Việt Nam nguồn liệu khác để dự báo hàm lượng PAH tro bay lò đốt rác Khu xử lý CTRSH tập trung tỉnh Bắc Ninh sử dụng công nghệ đốt rác phát điện có chung chế hình thành Đây sở để đề xuất phương án, cách thức xử lý tro bay từ lò đốt CTRSH - loại hình chất thải xuất Việt Nam Nhà máy xử lý CTR Bắc Ninh giai đoạn đầu tư, xây dựng, sử dụng cơng nghệ lị đốt Trung Quốc, dự kiến vào vận hành thức tháng năm 2022 Vì cần thiết phải có nhận định thành phần http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Khuất Thị Hồng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN 225(09): 75 - 80 tính chất tro bay, đặc biệt hàm lượng số PAH đặc trưng trước để có sở xây dựng giải pháp xử lý, quản lý phù hợp Tiếp cận phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập, tổng hợp liệu sử dụng chủ đạo nghiên cứu Trong kết phân tích tro bay từ Nhà máy rác Cần Thơ sử dụng nghiên cứu để làm sở nhận định dự báo Ngồi có sử dụng số cơng bố nước ngồi để so sánh đối chứng Có nhiều cách thức tiếp cận nghiên cứu hóa học mơi trường, nhiên hướng tiếp cận chủ đạo sử dụng viết tổng hợp nội suy Tro bay loại chất thải đầu chu trình xử lý CTRSH, nguyên liệu đầu vào Nhà máy CTRSH => chất thải đầu nhiều khả dự báo chất thải thông thường Tuy nhiên, q trình xử lý khí thải có sử dụng vơi bột than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý khí thải làm biến đổi thành phần tính chất hóa học vật liệu Vì cần xem xét tro bay tổng thể quy trình xử lý Nhà máy Đồng thời, Nhà máy chưa vào vận hành nên việc nhận định thành phần tính chất tro bay suy luận từ kết phân tích nhà máy vào vận hành Kết thảo luận 3.1 Sơ Nhà máy Nhà máy xử lý CTR Bắc Ninh (hình 1) xây dựng nhằm giải nhu cầu cấp bách xử lý nguồn CTRSH địa bàn tỉnh Bắc Ninh nói chung huyện Lương Tài nói riêng, giảm thiểu lượng chất thải ô nhiễm, tiết kiệm tối đa diện tích đất chơn lấp theo phương pháp truyền thống Công suất xử lý CTRSH: 300 tấn/ngày đêm, phát điện: 6,0 MW Hình Sơ đồ mặt Nhà máy Cơng nghệ xử lý CTRSH phát điện sử dụng lị đốt ghi bậc thang xen kẽ chuyển động tịnh tiến Gồm bước sau: (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 lị xử lý Các thiết bị xử lý khói lựa chọn dựa vào tiêu chuẩn nồng độ chất ô 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 lị hơi, nước có nhiệt độ áp suất cao chuyển hóa thành điện thơng qua tuabin nước máy phát điện; (5) Tro đáy, tro bay tái sử dụng mang chôn lấp; (6) Nước thải thu http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 77 Khuất Thị Hồng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 225(09): 75 - 80 gom xử lý trước tái sử dụng thải vào nguồn nước Quy trình cơng nghệ nhà máy xử lý rác phát điện thể hình 2: Hình Quy trình cơng nghệ nhà máy xử lý rác phát điện - Cơ chế hình thành tro bay: Hầu hết Nhà máy sử dụng công nghệ SNCR + phương pháp bán khô + phương pháp khơ + hấp phụ than hoạt tính + lọc bụi túi vải để làm khói đáp ứng QCVN 61-MT: 2016/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia lò đốt CTRSH Cơng nghệ xử lý làm khói thải thể hình Hình Cơng nghệ xử lý làm khói thải - Quy trình xử lý khí thải sau: Phun dung dịch NH3 vào lò để phản ứng với NOx nhiệt độ cao nhằm giảm nồng độ NOx đầu lò nhiệt thải Khí thải dẫn vào tháp phản ứng kiểu bán khô Tại bổ sung dung dịch vôi sữa vào tháp phản ứng, dung dịch vôi sữa phản ứng với khí axit HCl, SOx HF dịng khí nóng Dung dịch sữa vơi phun bay làm mát khí thải từ đến khoảng 140°C đến 160°C, chất tạo thành sau phản ứng CaCl2, CaF2, CaSO3, CaSO4 thải cột phản ứng, phun vôi bột (CaO) bột than hoạt tính vào khí thải Vơi bột tiếp tục phản ứng với khí axit HCl, SOx, để loại bỏ khí axit, than hoạt tính hấp phụ dioxin/furan cịn lại khí thải 78 - Như vậy, tro bay chủ yếu vơi bột than hoạt tính sau q trình hấp phụ xử lý khí thải có/ khơng có thành phần nguy hại, đặc biệt hợp chất PAH Cần có đánh giá xây dựng biện pháp xử lý/ quản lý trước Nhà máy vào vận hành thức 3.2 Nhận định thành phần PAH tro bay lò đốt rác Bắc Ninh Lựa chọn thông số PAH: PAH nhóm chất hữu thơm đa vịng giáp cạnh, 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 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Khuất Thị Hồng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN hàm lượng đáng kể [3], [4] Đáp ứng mục tiêu báo xem xét tính độc hại tro bay lò đốt rác sinh hoạt phát điện, làm sở cho công tác xử lý quản lý loại chất thải này, tiến hành lựa chọn đánh giá 13 tiêu 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 Tham khảo kết phân tích thành phần tro bay Nhà máy xử lý CTRSH Cần Thơ số nhà máy đốt rác Trung Quốc kết đưa bảng Do PAH loại hợp chất nghiên cứu năm gần đây, đồng thời tro bay loại hình chất thải tương đối Việt Nam nên quy chuẩn để so sánh chưa đầy đủ Tuy nhiên, bảng nhận định số đặc điểm tồn PAH Nhà máy Bắc Ninh sau: Sẽ có xuất tồn số chất hữu độc hại thuộc nhóm PAH tro bay Nhà máy Hàm lượng PAH có chênh lệch lớn tiêu phân tích, thấp Benzo(k)floanten (1,88 mg/l) cao Naptalen (1949,23 mg/l) Cả hai thông số 225(09): 75 - 80 rơi vào nhà máy phát điện Trung Quốc Số liệu Nhà máy Cần Thơ nằm khoảng Như tạm nhận định thơng số Naptalen thơng số có hàm lượng lớn Nhà máy Bắc Ninh với khoảng giao động lớn từ 1930 –1949 mg/l Một số PAH khơng tìm thấy Nhà máy đốt rác Trung Quốc có xác định Nhà máy Cần Thơ, điều cho thấy khả xuất tất PAH tro bay Nhà máy Bắc Ninh lớn Khi đối chiếu số tiêu PAH có quy định QCVN 07:2009/BTNMT cho thấy, tiêu Axenapten, Floanten, Floren, Pyren có kết thấp so với quy định, dự báo hàm lượng 04 chất nằm ngưỡng nguy hại Tại Trung Quốc, chưa xây dựng tiêu chuẩn cho phép (TCCP) để quy định ngưỡng độc hại PAH - Naptalen tro bay, nên số nghiên cứu sử dụng TCCP PAH đất quy định theo EPA Thụy Điển, Hà Lan, Canada Giới hạn nước quy định 300, 120 500 mg/l (Johansson van Bavel 2003a; Canada EPA 2003; EPA Thụy Điển 2002) Như vậy, sử dụng nguồn liệu dự báo có tiêu Naptalen vượt TCCP Khi tro bay Nhà máy Bắc Ninh cần có biện pháp thu gom quản lý loại chất thải nguy hại khác Bảng Kết phân tích tro bay số nhà máy đốt rác phát điện Trung Quốc Việt Nam (mg/l) Một số nhà máy QCVN 07:2009/BTNMT TT Thông số Cần Thơ* Trung Quốc [4] Nồng độ ngâm chiết Antraxen 42,86 40,05-49,12 Axenapten 36,85 33,60-54,77 200 Benzantraxen 3,21 3,17-4,92 Dibenz(a,h)antraxen 1,28 Benzo(j)antraxen Benzo(k)floanten 1,88 1,22-2,32 Benzo(a)pyren 2,81 Crysen 55,82 50,15-63,58 Floanten 43,95 44,16-59,70 150 10 Floren 54,94 33,80-65,40 150 11 Naptalen 1936,20 1930,36-1949,23 12 Phenatren 42,85 44,31-53,70 13 Pyren 52,31 57,80 (*) Số liệu từ Nhà máy đốt CTR sinh hoạt phát điện EB Cần thơ, mẫu phân tích thực Trung tâm quan trắc Môi trường Miền Nam thuộc Tổng cục Môi trường, Vimcerts 252 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 79 Khuất Thị Hồng Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN Hiện có số nghiên cứu, đề xuất việc tái sử dụng tro bay cho ngành công nghiệp xây dựng như: phối trộn làm nguyên liệu sản xuất xi măng, sản xuất gạch, làm đường [2] Tuy nhiên, trước nghiên cứu sơ trên, nhóm tác giả kiến nghị cần có thận trọng Nhất thiết phải có nghiên cứu sâu với số lượng mẫu liệu phân tích tro bay đủ lớn mà phạm vi báo nhóm tác giả chưa đủ điều kiện để thực Kết luận kiến nghị Công nghệ đốt, nhiệt độ, thành phần chất thải đầu vào, phương án xử lý khói bụi yếu tố định hàm lượng PAH có tro bay lò đốt rác phát điện PAH nhóm hợp chất hữu có mạch vịng có khả gây nhiễm mơi trường rủi ro cao sức khỏe người Tuy nhiên, nghiên cứu tiêu chuẩn, quy chuẩn cho nhóm hợp chất cịn hạn chế Một ví dụ điển hình tồn lượng tro bay Nhà máy xử lý rác Cần Thơ vào vận hành ổn định từ tháng 4/2019 tồn đọng Nhà máy chưa xác định loại hình đặc tính nguy hại loại hình chất thải để có biện pháp xử lý phù hợp Nhà máy xử lý CTR Bắc Ninh sử dụng lò đốt ghi bậc thang xen kẽ chuyển động tịnh tiến có nguồn gốc xuất xứ từ Trung Quốc, dự kiến vào vận hành thức quý I năm 2022 Để có sở xây dựng phương án xử lý, cách thức xử lý tro bay, báo dựa việc sử dụng số liệu phân tích từ nhà máy có để nhận định hàm lượng tro bay Nhà máy xử lý CTR Bắc Ninh sau: - Sẽ có tồn hầu hết loại PAH tro bay Nhà máy Bắc Ninh Hàm lượng PAH tương đối tương đồng với kết phân tích có nhà máy Cần Thơ số nhà máy Trung Quốc - Trong 04 tiêu PAH có quy chuẩn so sánh, tiêu dự báo nằm 80 225(09): 75 - 80 ngưỡng QCVN 07:2009/BTNMT Tuy nhiên, tiêu Naptalen dự báo nằm khoảng giới hạn cao từ 19301949 mg/l đối chiếu với quy chuẩn PAH đất số nước tiên tiến hàm lượng thuộc dạng chất thải nguy hại Vì vậy, báo kiến nghị cần có nghiên cứu sâu với số lượng mẫu liệu phân tích tro bay đủ lớn để xây dựng quy chuẩn cần thiết cho loại hình xuất Việt Nam Trước mắt, chưa có nghiên cứu đủ độ tin cậy để xác định rõ thành phần tính chất tro bay, cần tiến hành xử lý loại chất thải nguy hại khác Có thể cân nhắc hình thức xây dựng bãi chôn lấp tro bay phạm vi Nhà máy đáp ứng Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam - TCXDVN 320:2004 bãi chôn lấp chất thải nguy hại TÀI LIỆU THAM KHẢO/ REFERENCES [1] A M Joseph, and R Snellings, “The Use of Municipal Solid Waste Incineration Ash in Various Building Materials: A Belgian Point of View,” Journal of Materials (Basel), vol 11, no 1, p 141, 2018 [2] M T Ngo, "Research on the output solid waste composition of Plasma technology waste treatment plant in Viet Hung commune, Dong Anh commune, Hanoi," The 5th National Conference on Engineering and Application, Hanoi, 2017, pp 257-262 [3] H T Nguyen, C Leynarie, and T H Nguyen, “Preliminary assessment of pentaclobenzene emissions from domestic and industrial incinerators in the northern region of Vietnam,” VNU - Journal of Science: Natural Science and Technology, vol 32, no 4, pp 40-46, 2016 [4] H Li, G Liu, and Y Cao, “Levels and environmental impact of PAHs and trace element in fly ash from a miscellaneous solid waste by rotary kiln incinerator, China,” Bulletin of Engineering Goelogy and the Environment, vol 76, no 2, pp 811-822, 2015 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn ... án xử lý, cách thức xử lý tro bay, báo dựa việc sử dụng số liệu phân tích từ nhà máy có để nhận định hàm lượng tro bay Nhà máy xử lý CTR Bắc Ninh sau: - Sẽ có tồn hầu hết loại PAH tro bay Nhà máy. .. loại chất thải đầu chu trình xử lý CTRSH, nguyên liệu đầu vào Nhà máy CTRSH => chất thải đầu nhiều khả dự báo chất thải thông thường Tuy nhiên, trình xử lý khí thải có sử dụng vơi bột than hoạt. .. sánh chưa đầy đủ Tuy nhiên, bảng nhận định số đặc điểm tồn PAH Nhà máy Bắc Ninh sau: Sẽ có xuất tồn số chất hữu độc hại thuộc nhóm PAH tro bay Nhà máy Hàm lượng PAH có chênh lệch lớn tiêu phân