Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải mạ điện sau thu hồi đồng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung​

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  - CAO THẾ QUÂN NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI MẠ ĐIỆN SAU THU HỒI ĐỒNG ĐỂ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG KHÔNG NUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  - CAO THẾ QUÂN NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI MẠ ĐIỆN SAU THU HỒI ĐỒNG ĐỂ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG KHƠNG NUNG Chun ngành: Kỹ thuật mơi trường Mã số: 8520320.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Phạm Thị Thúy PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải Hà Nội – 2020 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn Thạc sĩ này, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới giảng viên hướng dẫn TS Phạm Thị Thúy thầy PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải công tác Khoa Môi Trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình bảo hướng dẫn tơi thời gian qua Tôi xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy cô Khoa Môi Trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội thầy, cô giáo dạy dỗ truyền đạt giảng dạy trình học tập tơi trường Tơi xin cảm ơn tới nphóm thực đề tài KC08.18/16-20 “Nghiên cứu xây dựng mô hình cơng nghệ khả thi quy mơ pilot để xử lý bùn thải công nghiệp giàu kim loại nặng theo hướng tận thu tài nguyên, tiết kiệm lượng” hỗ trợ trình nghiên cứu thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tới tập thể cán Viện nghiên cứu ứng dụng vật liệu xây dựng nhiệt đới, Trường Đại học Xây dựng công nhân viên công xưởng sản xuất gạch bê tông Huy Huấn, Đông Anh, Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Do nhiều hạn chế kinh nghiệm, thời gian điều kiện nghiên cứu nên chắn luận văn có thiếu sót đinh Tơi mong nhận lời góp ý từ q thầy cơ, nhà khoa học để hoàn thiện luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 20 tháng 10 năm 2020 Học viên thực Cao Thế Quân i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải mạ điện sau thu hồi đồng để sản xuất vật liệu xây dựng khơng nung” cơng trình nghiên cứu cá nhân thời gian qua Số liệu kết luận văn trung thực thực thời gian học tập trường hướng dẫn khoa học TS Phạm Thị Thúy PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải, Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học tự nhiên Ngoài ra, trong luận văn có sử dụng số nguồn tài liệu tham khảo trích dẫn nguồn thích rõ ràng Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm luận văn Hà nội, ngày 20 tháng 10 năm 2020 Học viên thực Cao Thế Quân ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU ix CHƢƠNG – TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Bùn thải mạ đồng 1.1.1 Nguồn gốc phát sinh bùn thải mạ đồng 1.1.2 Hiện trạng phát sinh bùn thải mạ điện Việt Nam 1.1.2 Tính chất bùn thải mạ điện 10 1.1.3 Tác động bùn thải mạ đồng tới môi trường 10 1.1.4 Tác động bùn thải mạ đồng tới người 11 1.2 Các công nghệ xử lý bùn thải mạ điện 12 1.2.1 Phương pháp thủy luyện thu hồi kim loại từ bùn thải ngành công nghiệp mạ điện 12 1.2.2 Phương pháp chôn lấp 15 1.2.3 Phương pháp ổn định hóa rắn 16 1.3 Gạch bê tông không nung 16 CHƢƠNG – ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.1 Đối tượng nghiên cứu 21 2.2 Phương pháp nghiên cứu 22 2.2.1 Tổng quan kế thừa tài liệu 22 2.2.2 Lấy mẫu phân tích bùn thải sau thu hồi đồng 22 2.2.3 Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn 23 2.2.4 Thử nghiệm sản xuất gạch bê tơng quy mơ phịng thí nghiệm 24 2.2.5 Nghiên cứu cấp phối làm gạch bê tông từ mẫu bùn MB03 27 iii 2.2.6 Thử nghiệm sản xuất gạch bê tông từ mẫu bùn MB03 với cấp phối điều kiện thực tế 28 2.2.7 Phương pháp đánh giá tính chất lý 32 2.2.8 Phương pháp xử lý số liệu 36 CHƢƠNG – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Tinh chất bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng 37 3.1.1 Tính chất vật lý bùn thải sau thu hồi đồng 37 3.1.2 Tính chất hóa học bùn thải sau thu hồi đồng 38 3.2 Đánh giá tính chất gạch bê tơng thử nghiệm 2.2.4 41 3.2.1 Ảnh hưởng tỉ lệ phối trộn mẫu bùn đến hình thái gạch không nung 41 3.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn đến tính chất lý gạch bê tơng 43 3.3 Mức độ an tồn mơi trường gạch bê tông làm từ mẫu bùn MB01 MB02 51 3.3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn đến mức độ hòa tan KLN từ gạch vào nước 51 3.3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn đến mức độ hòa tan KLN từ gạch vào dung môi chiết rút theo EPA 1311 54 3.4 Đánh giá tính chất gạch bê tơng làm từ mẫu bùn MB03 cấp phối 57 3.4.1 Ảnh hưởng tỉ lệ phối trộn bùn MB03 đến kích thước khối lượng thể tích gạch bê tơng 57 3.4.2 Ảnh hưởng tỉ lệ phối trộn bùn MB03 đến độ bền nén gạch bê tông 58 3.4.3 Ảnh hưởng tỉ lệ phối trộn bùn MB03 đến độ hút nước gạch bê tông 59 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 67 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.2 Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ doanh nghiệp địa bàn tỉnh Bắc Ninh Hình 1.3 Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ doanh nghiệp địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc Hình 1.4 Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ doanh nghiệp địa bàn tỉnh Thái Nguyên Hình 1.5 Lượng bùn thải chứa kim loại nặng phát sinh số sở cơng nghiệp Đà Nẵng Hình 1.6 Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ doanh nghiệp địa bàn tỉnh Bình Dương Hình 1.7 Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ doanh nghiệp địa bàn tỉnh Đồng Nai Hình 1.8 Sơ đồ công nghệ thu hồi kim loại từ bùn thải ngành mạ điện 14 Hình 1.9 Bãi chơn lấp xử lý chất thải rắn tỉnh Quảng Nam 15 Hình 1.10 Gạch bê tơng cốt liệu 18 Hình 2.1 Bùn thải mạ sau phơi khô nghiền nhỏ 21 Hình 2.2 a) Định hình gạch khơng nung làm từ mẫu bùn MB01, b) Định hình gạch khơng nung làm từ mẫu bùn MB02, c) Định hình gạch khơng nung làm từ mẫu bùn MB03 25 Hình 2.3 a) Mẫu gạch bê tông làm từ bùn MB01 sau 28 ngày bảo dưỡng; b) Mẫu gạch bê tông làm từ bùn MB02 sau 28 ngày bảo dưỡng; c) Mẫu gạch bê tông làm từ bùn MB03 sau 28 ngày bảo dưỡng 26 Hình 2.4 Quy trình sản xuất gạch bê tơng thực tế 28 Hình 2.5 a) Bùn thải mạ sau thu hồi kim loại đồng công ty SamSung Thái Nguyên, b) Đá mạt, c) Xi măng, d) Phụ gia HPMC 30 Hình 2.6 a) Máy trộn băng chuyền, b) Máy ép gạch bê tông 31 Hình 2.7 a) Gạt vật liệu sau trộn vào khuân gạch, b) Ép gạch bê tông, c) Vận chuyển gạch tươi sân phơi, d) mẫu gạch tương ứng tỉ lệ phối trộn, e) gạch bê tông sau phơi 14 ngày 32 Hình 2.8 Sơ đồ thiết bị đo độ thấm nước 35 Hình 3.1 Mẫu gạch làm từ mẫu bùn MB01 sau 28 ngày 42 Hình 3.2 Các mẫu gạch không nung làm từ mẫu bùn MB02 sau 28 ngày phối trộn 43 v Hình 3.3 Mẫu gạch khơng nung làm từ mẫu bùn MB03 sau 28 ngày phối trộn 44 Hình 3.4 Cường độ chịu nén gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn mẫu MB01 45 Hình 3.5 Cường độ chịu nén gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn mẫu MB02 45 Hình 3.6 Kết thử nghiệm chịu uốn mẫu sản phẩm từ mẫu bùn MB01 46 Hình 3.7 Kết thử nghiệm chịu uốn mẫu gạch làm từ mẫu bùn MB02 47 Hình 3.8 Độ hút nước gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn mẫu MB01 49 Hình 3.9 Độ hút nước gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn mẫu MB02 49 Hình 3.10 Độ rỗng gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn mẫu MB01 51 Hình 3.11 Độ rỗng gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn mẫu MB02 51 Hình 3.12 Phổ XRD mẫu bùn MB01 52 Hình 3.13 Phổ XRD mẫu gạch khơng nùng từ bùn MB01 53 Hình 3.14 Phổ XRD mẫu bùn MB02 53 Hình 3.15 Phổ XRD mẫu gạch khơng nùng từ bùn MB02 54 Hình 3.16 a) Mẫu gạch có tỉ lệ phối trộn TL1; b) Mẫu gạch có tỉ lệ phối trộn TL2; c) Mẫu gạch có tỉ lệ phối trộn TL3 61 Hình 3.17 Độ bền nén gạch bê tơng làm từ mẫu bùn MB03 62 Hình 3.18 Độ hút nước gạch làm từ mẫu bùn MB03 63 vi KIẾN NGHỊ: Trong trình nghiên cứu cho thấy, bùn thải mạ điện sau thu hồi đồng có thành phần cấp hạt, hàm lượng kim loại nặng khác nguồn thải khác Do cần nghiên cứu kĩ cấp phối gạch bê tơng cho nguồn có thành phần cấp hạt khác Sản phẩm gạch bê tông thu từ cấp phối nghiên cứu có số tính chất đặt biệt, ví dụ độ thẩm thấu nước nhanh Có thể dùng cho số cơng trình đặc biệt cần nước nhanh để chống ngập lụt Trong trình thử nghiệm sản xuất gạch bê tông từ bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại, tăng phần trăm bùn áp lực máy ép gạch, mẫu gạch bị chiều dài, khối lượng riêng tăng lên Do cần nghiên cứu thêm vấn đề 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Minh Hồng (1998) “Cơng nghệ mạ điện” Nhà xuất khoa học kỹ thuật; 23/2006/QĐ-BTNMT định việc bạn hành danh mục chất thải nguy hại; Nguyễn Ánh Nguyệt (2018) “Nghiên cứu xử lý, thu hồi Niken bùn thải công nghiệp” Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Nguyễn Thị Hiếu (2013) “Nghiên cứu tích lũy số kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) trầm tích Sơng Nhuệ”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Lê Huy Bá (2004) “Nghiên cứu, xây dựng số tiêu độc chất kim loại nặng (Pb, Cd, As, Hg) môi trường đất trồng nông nghiệp” Viện CN & QL Môi trường- Trường ĐH Công nghiệp Tp.HCM; Nguyễn Thị Thu Huyền, Đặng Trung Dũng, Mai Thanh Tùng, Hoàng Thị Bích Thủy (2017) “Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến việc hịa tách bùn thải có chứa đồng trình sản xuất mạch điện tử” Tạp chí Hóa học, 55(1), 121-124; Nguyễn Quốc Bình, Nguyễn Văn Phước (2000) “Hiện trạng số loại chất thải rắn công nghiệp tỉnh Đồng Nai & Đề xuất công nghệ xử lý” Hội Thảo công nghệ xử lý quản lý chất thải công nghiệp nguy hại cho vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, 45-49; Lê Thanh Hải (2007), “Nghiên cứu xử lý tái sử dụng số loại bùn thải chứa kim loại nặng ứng ứng dụng q trình ổn định hóa rắn”, Tạp chí phát triển Khoa học-Cơng nghệ; Nguyễn Văn Phước (2008) “Quản Lý Xử Lý Chất Thải Rắn” Nhà Xuất Bản Xây Dựng; 10 Phạm Tuấn Nhi (2012) “Công nghệ sản xuất vật liệu xây dựng không nung: xu hướng phát triển” Trung tâm Thông tin Khoa học Công nghệ Tp.HCM; 64 11 Thái Thành Danh (2019) “Nghiên cứu cấp phối hợp lý chế tạo gạch không nung xi măng cốt liệu Quảng Ngãi” Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng; 12 TCVN 7572-1:2006, Cốt liệu cho bê tông vữa – Phương pháp thử -Phần 1: Lấy mẫu; 13 TCVN 7572-2:2006, Cốt liệu cho bê tông vữa – Phương pháp thử -Phần 2: Xác định thành phần hạt; 14 TCVN 7572-3:2006, Cốt liệu cho bê tông vữa – Phương pháp thử -Phần 3: Hướng dẫn xác định thành phần thạch học; 15 TCVN 7572-4:2006, Cốt liệu cho bê tông vữa – Phương pháp thử -Phần 4: Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích độ hút nước; 16 TCVN 7572-5:2006, Cốt liệu cho bê tông vữa – Phương pháp thử -Phần 5: Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích độ hút nước đá gốc; 17 TCVN 7572-6:2006, Cốt liệu cho bê tông vữa – Phương pháp thử -Phần 6: Xá định khối lượng thể tích xốp độ hổng; 18 TCVN 7572-7:2006, Cốt liệu cho bê tông vữa – Phương pháp thử -Phần 7: Xác định độ ẩm; 19 TCVN 6477:2016: Tiêu chuẩn Quốc gia gạch bê tông; 20 QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp; TIẾNG ANH 21 Sreemoyee Chatterjee (2015) “Chromium Toxicity and its Health Hazards” International Journal of Advanced Research Volume 3; 22 Pham Thi Thao Trang, Phan Thi Phuong, Nguyen Khanh Linh, Nguyen Thi Kim Oanh, Ha Thi Thu Thuy, Ho Thi Oanh, Nguyen Kieu Bang Tam, Nguyen Thi My Trang, Do Thi Thu Trang, Nguyen Thi Hue, Vu Van Tu, Chu Thi Thu Ha (2016) Status of heavy metal (Pb, Cd) pollution in agricultural soil in Dong Mai lead recycling craft village in Hung Yen, Vietnam J Viet Env 8(5): 284-288 23 Dufour, Jim (2006) An Introduction to Metallurgy, 5th ed Cameron 65 24 Mertz, Walter (1993) “Chromium in Human Nutrition: A Review” Journal of Nutrition 123 (4): 626–636; 25 Laura M Plum, Lothar Rink, Hajo Haase (2010) “Impact of Zinc on Human Health”, Institute of Immunology, Medical Faculty, RWTH AachenUniversity, Pauwelstrasse 30, 52074 Aachen, Germany; 26 Susana Puntarulo (2005) “Iron, oxidative stress and human health”, Physical Chemistry-PRALIB, School of Pharmacy and Biochemistry, University of Buenos Aires, 1113 Buenos Aires, Argentina; 27 S.M Abdel Basir, Mahmoud A Rabah (1999) “Hydrometallurgical recovery of metal values from brass melting slag” Industrial Wastes laboratory, CMRDI, P.O Box 87 Helwan, Cairo, Egypt; 28 EPA METHOD 1311, United States Environmental Protection Agency; 29 Ames, Bruce N; Gold, Lois Swirsky (2000) “Paracelsus to parascience: The environmental cancer distraction” Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis 447: 3–13; 30 Khaja ShameemMohammed Abdul, Sudheera Sammanthi Jayasinghe, Ediriweera P.S.Chandana et al (2015) “Arsenic and human health effects: A review”, Environmental Toxicology and Pharmacology 40(3): 828-846; 31 Paula Terezade, Souza e Silva, Nielson Torresde Mello et al (2006) "Extraction and recovery of chromium from electroplating sludge” Journal of Hazardous Materials 128(1): 39-43; 32 P.P Li, Changsheng Peng, Feng-Min Li (2011) “Copper and Nickel Recovery from Electroplating Sludge by the Process of Acid-leaching and Electro-depositing”, International Journal of Environmental Research 5(3): 797-804; 33 Minte Zhang, ChenChen, LinqiangMao, QingWu (2018) “Use of electroplating sludge in production of fired clay bricks: Characterization and environmental risk evaluation” Construction and Building Materials 159:2736; 66 PHỤ LỤC Phụ lục Hiện trạng phát sinh bùn thải số thành phố lớn Tỉnh/Thành phố Hà Nội Bắc Ninh Vĩnh Phúc Thái Ngun Hải Phịng Quảng Ninh Thanh Hóa Đà Nẵng TP.Hồ Chí Minh Đồng Nai Vũng Tàu 67 Phụ lục Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn đến cường độ chịu nén gạch Phụ lục Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn đến cường độ chịu uốn gạch 68 Phụ lục Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn đến độ hút nước gạch STT STT Phụ lục Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn đến độ rỗng gạch STT STT 69 Phụ lục Kết phân tích tính chất mẫu gạch TL1 Kích thước mẫu/ Sample size (mm TT Dài/ Rộng/ Length Breath 218.5 100.5 219.0 101.2 218.6 100.9 Kích thước mẫu/ Sample TT Dài/ Rộng/ Length Breath 218.5 100.5 219.0 101.2 218.6 100.9 Mực nước ban TT đầu/Initial water level (ml) 250.0 70 Phụ lục Kết phân tích tính chất mẫu gạch TL2 Kích thước mẫu/ Sample size (m TT Dài/ Rộn Length Brea 217.0 101 217.2 101 217.4 101 Kích thước mẫu/ Sample TT Dài/ Rộn Length Brea 217.0 101 217.2 101 217.4 101 Mực nước ban TT đầu/Initial water level (ml) 250.0 71 Phụ lục Kết phân tích tính chất mẫu gạch TL3 Kích thước mẫu/ Sample size TT Dài/ Length 216.5 216.0 216.3 Kích thước mẫu/ Sample TT Dài/ Length 216.5 216.0 216.3 Mực nước ban TT đầu/Initial water level (ml) 250.0 (mm 72 ... dụng bùn thải mạ đồng sau thu hồi kim loại đồng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung Nội dung nghiên cứu - Khảo sát tính chất bùn thải mạ đồng sau thu hồi kim loại đồng - Nghiên cứu cấp phối... vật Do việc đưa biện pháp cụ thể cho việc xử lý tận thu bùn thải sau thu hồi kim loại cần thiết Vì vậy, đề tài "Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải mạ điện sau thu hồi đồng để sản xuất vật liệu xây. .. vật liệu xây dựng không nung" lựa chọn nghiên cứu để đánh giá khả tái sử dụng bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng giải pháp cụ ix thể cho loại bùn thải mạ đồng sau thu hồi đồng, giảm tối