Nghiên cứu thành phần và đề xuất cách thức sử dụng tro xỉ từ lò đốt rác sinh hoạt phát điện

Vì vậy mục tiêu của bài báo là nghiên cứu cơ chế hình thành, thành phần của tro xỉ từ lò đốt rác sinh hoạt phát điện; trên cơ sở đó bước đầu đề xuất một số phương án tận dụng, phục[r]

NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VÀ ĐỀ XUẤT CÁCH THỨC SỬ DỤNG TRO XỈ TỪ LÒ ĐỐT RÁC SINH HOẠT PHÁT ĐIỆN

Ngô Trà Mai1 Bùi Quốc Lập2

Tóm tắt: Đã có nhiều nghiên cứu tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện, song nghiên cứu tro xỉ từ lò đốt rác sinh hoạt phát điện vấn đề Trong Dự án đốt rác phát điện triển khai phía Bắc, có Dự án Nhà máy xử lý rác Đan Phượng vận hành Kết lấy mẫu, phân tích cho thấy hàm lượng chất độc hại nằm ngưỡng QCVN 07:2009/BTNMT Bài báo bước đầu đề xuất sử dụng tro xỉ trong: công nghiệp vật liệu; cải tạo đất phục vụ việc hồn ngun cải tạo mơi trường sau khai thác mỏ đá vôi Tuy nhiên cần có nghiên cứu sâu thành phần, tính chất lý hóa học, tỷ lệ phối trộn để đảm bảo quy định môi trường Việt Nam Từ khóa: Tro xỉ, lị đốt rác sinh hoạt, cải tạo đất

1 MỞ ĐẦU 1

Theo số liệu thống kê đến tháng 11/2013 dân số Việt Nam đạt mức 90 triệu người, tương đương lượng thải khoảng 35.000-40.000 rác thải sinh hoạt ngày Lượng rác thu gom, xử lý khoảng 60% hình thức: chơn lấp, làm phân compost, đốt [7,8]

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 chơn lấp cũ: khơng có 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 chơn 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 [2] Lợi ích xử lý rác công nghệ đốt: giảm thể tích rác chơn lấp; thu hồi lượng để sản xuất điện; giảm phát sinh nước rác khí bãi rác Bất lợi việc đốt rác: chi phí đầu tư bảo trì lớn; địi hỏi rác có nhiệt trị cao, gây tác động thứ cấp đến môi trường khí thải tro xỉ sau đốt

1

Viện vật lý – Viện Hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam

2

Đại học Thủy lợi

Hiện nay, số lò đốt rác sinh hoạt triển khai tỉnh Hà Nội, Thái Bình, Nam Định, Bình Dương… nhiên việc đốt rác phát điện vấn đề cịn Tính đến quý I/2014 tỉnh miền Bắc có 01 Dự án Nhà máy xử lý rác Đan Phượng - Hà Nội, công suất 200 tấn/ngày phát điện 3-4 MW triển khai, bước đầu thu thành định Hai dự án đốt rác phát điện cấp phép đầu tư chuẩn bị triển khai là: Dự án xử lý chất thải rắn lị đốt phát điện cơng nghệ Plasma, dự kiến triển khai Vĩnh Phúc giai đoạn 2014-2015; Dự án lò đốt rác Nhà máy xử lý rác thải 300 tấn/ngày phát điện MW phường Tiền Phong, thành phố Thái Bình, tỉnh Thái Bình dự kiến vào hoạt động quý III/2014

Quá trình đốt rác phát điện phát sinh lượng chất thải rắn tro xỉ với tỷ lệ dao động khoảng 15-25% [1,3,5] Hiện nay, Việt Nam chưa có quy định cụ thể phương thức quản lý việc nghiên cứu xác định thành phần tính chất loại tro xỉ Vì mục tiêu báo nghiên cứu chế hình thành, thành phần tro xỉ từ lò đốt rác sinh hoạt phát điện; sở bước đầu đề xuất số phương án tận dụng, phục vụ cho việc quản lý sử dụng nguồn chất thải hợp lý, góp phần phát triển bền vững khu vực góc độ mơi trường

2 TRO XỈ TỪ LÒ ĐỐT RÁC SINH HOẠT PHÁT ĐIỆN

chuyển rác sinh hoạt đến bể chứa rác Tại bể chứa rác dàn cần trục gầu ngoạm bốc nạp rác lên cửa nạp nguyên liệu; theo máng trượt, rác chuyển đến buồng đốt thực trình đốt Lị đốt liên tục, theo giai đoạn: sấy khô, đốt cháy, đốt bổ sung Bụi tro chưa cháy hết sau lắng quay lại buồng đốt, cặn hữu sau xử

lý nước thải quay lại buồng đốt để đốt tiếp xỉ thải Do nhiệt độ lò đốt khoảng 9500C nên tận dụng nguồn nhiệt để phát điện, buồng đốt có thu hồi nhiệt để chuyển hóa lượng từ trạng thái lỏng sang trạng thái Sau chuyển tới tuabin nối với máy phát tương thích để phát điện [7]

Hình 1: Mơ hình lị đốt rác sinh hoạt phát điện

Hình 2: Tro thơ Hình 3: Tro mịn

Như vậy, xỉ thải từ lò đốt rác phát điện bao gồm 02 loại: (1) Tro thô chất thải rắn lại sau thiêu đốt chất thải; (2) Tro mịn loại tro bay giữ lại trình xử lý khí

thải lị đốt (theo QCVN 30:2010/BTNMT) Tro thô chủ yếu tro xỉ than đáy lò tro mịn phần tro bay tròn nhẵn có kích thước hạt <10μm

Thành phần tro xỉ từ lò đốt rác sinh hoạt phát điện

Làm sở định hướng sử dụng, chúng tơi tiến hành lấy mẫu, phân tích thành phần số nguyên tố độc hại có tro xỉ Nhà máy xử lý rác Đan Phượng, Hà Nội

Các mẫu lấy, xử lí bảo quản theo quy định chuẩn chuyên môn ngành; xác định phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) máy AAS- Perkin - Elmer 3300 (hỗn hợp khí

đốt: khí Axetylen -N2O - khơng khí, nguồn kích hoạt đèn catod rỗng) Số liệu phân tích xử lí theo tốn học thống kê, với độ tin cậy LSD = 0,05

Kết phân tích cho thấy thành phần hóa học tro xỉ Nhà máy xử lý rác Đan Phượng – Hà Nội, đốt rác phát điện theo công nghệ Martin Đức so sánh gần tương đồng với Nhà máy Chongquinh - Tongxing 2x25t/h Trung Quốc Nhà máy Lee - County 2x300t/ngày Mỹ Số liệu đưa bảng 1:

Bảng Thành phần tro xỉ số nhà máy đốt rác phát điện [2]

Thông số

Nhà máy Đan Phượng - Việt

Nam

Chongquinh-ongxing 2x25t/h Trung Quốc

Lee-County 2x300t/ngày Mỹ

SiO2 55,8 57,7 56,2

Al2O3 25,8 24,1 25,6

Fe2O3 7,4 7,2 6,7

CaO 1,1 0,9 0,6

MgO 1,3 0,8

Na2O 0,4 0,3 0,3

K2O 4,3 4,2 4,2

SO3 0,1 0,1 0,3

TiO3 0,8 1,3

Tuy nhiên, hàm lượng Fe2O3, CaO

MgO có tro xỉ Việt Nam cao Trung Quốc Mỹ Nguyên nhân việc phân loại rác Việt Nam chưa tốt, lượng rác đưa vào cịn lẫn nhiều thành phần vơ

Hàm lượng chất độc hại theo kết phân tích (Bảng 2) nằm ngưỡng QCVN 07:2009/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia ngưỡng chất thải nguy hại)

Như tro xỉ từ trình đốt rác sinh hoạt phát điện nghiên cứu để sử dụng

các ngành công nghiệp dân dụng Hình 5: Lấy mẫu tro xỉ

Bảng Thành phần số chất độc hại tro xỉ Nhà máy xử lý rác Đan Phượng, Hà Nội

STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết Ngưỡng chất thải nguy hại (Hàm lượng tuyệt đối sở)

1 As Ppm 11 40

2 Ag Ppm 100

3 Cd Ppm KPHT 10

4 Pb Ppm KPHT 300

5 Zn Ppm 1020 5.000

6 Ni Ppm 211 1.400

7 Hg Ppm KPHT

8 Cr3+ Ppm 81 100

9 CN- Ppm 108 590

3 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO XỈ TỪ LÒ ĐỐT RÁC THẢI SINH HOẠT PHÁT ĐIỆN

Tình hình sử dụng tro xỉ từ lị đốt rác thải sinh hoạt phát điện

Hiện chưa có số thống kê xác lượng tỷ lệ sử dụng tro xỉ từ lò đốt rác thải sinh hoạt phát điện toàn giới Con số triệu 12% sử dụng cho công nghiệp vật liệu Cơ quan bảo vệ mơi trường Mỹ (EPA) đưa mang tính chất tham khảo

Hình 6: Tương quan lượng tro thải công suất phát điện [6]

Tại tỉnh phía Bắc, 03 dự án lị đốt rác sinh điện trình bày phần mở đầu vào hoạt động tiến độ đến cuối năm 2015 tổng lượng tro xỉ thải khoảng 250 tấn/ngày Con số không lớn cần có nghiên cứu để có cách thức sử dụng, quản lý hợp lý làm tiền đề cho dự án tương tự thời gian tới Theo số liệu ứng với Megawatt (MW) điện, nhà máy xử lý thải bình quân 25 tro xỉ

Hiện Nhà máy xử lý rác Đan Phượng lượng tro xỉ thải hàng ngày khoảng 50 tấn/ngày dùng để san lấp mặt cho người dân xung quanh mang đóng gạch khơng nung

Hình 7: Tro xỉ dùng để đóng gạch khơng nung

Kiến nghị đề xuất hướng sử dụng tro xỉ từ lò đốt rác thải sinh hoạt phát điện Việt Nam

Sử dụng công nghiệp vật liệu

Sử dụng tro xỉ loại phụ gia cho bê tông: Tro xỉ cần phân tách để sử dụng phần tro mịn cấp phối bê tông khối lớn giúp tránh nứt nẻ nhiệt hydrat hóa, hay sử dụng cho loại bê tông bê tông đầm lăn, bê tông tự lèn

Với kích thước nhỏ dạng trịn, vật lý tro mịn từ lị đốt rác phát điện có khả lấp đầy lỗ rỗng bê tông, trở thành “con lăn” vật liệu làm tăng độ linh động bê tông làm giảm lượng nước cấp trình phối trộn

Ngồi ra, với bê tơng khối lớn, để tránh nứt nẻ tăng cường độ, người ta thường thay từ 15 đến 30% xi măng cấp phối tro mịn

Hình 8: Quy trình bổ sung tro xỉ trong sản xuất xi măng

Bảng 4: Một vài ví dụ sử dụng tro bê tơng [7]

W (kg) C (kg) Tro (kg) S (kg) G (kg) SP (%C)

Bê tông tự lèn 163 418 180 712 783 1.4

Bê tông đầm lăn 95 217 54 923 1242 2.7

Bê tông khối lớn 180 280 120 800 1200 2.7

Bê tông thường 200 400 787 1100 3.9

Ghi chú: Trong bảng trên, W, C, S, G, SP thay cho hàm lượng nước, xi măng, cốt liệu mịn, cốt liệu thô phụ gia dẻo mét khối bêtông

Sử dụng cải tạo đất nông nghiệp

Qua bảng số liệu (bảng 1) cho thấy: tổng hàm lượng SiO2, Al2O3, Fe2O3 cao chiếm tỷ

lệ khoảng 92%, SiO2 Al2O3 thành

phần cấu tạo Zeolit, chất có khả hấp phụ tốt

Bên cạnh thành phần trên, tro xỉ có khoảng khoảng 4% K2O thực

nguồn cung cấp kali cho trồng

Theo số liệu bảng 1, hàm lượng SiO2

chiếm khoảng 55,8% Sử dụng cách quy đổi theo khối lượng 1kg tro xỉ trung bình chiếm khoảng 0,558kg SiO2 Tham khảo số liệu nghiên

cứu Lê Thanh Sơn, Trần Kông Tấu: lượng Silic mía hấp thụ (300 – 700 kg/ha), lúa mạch (150 – 200 kg/ha), lúa mì (50 – 150 kg/ha) trồng để đảm bảo hấp thụ tối đa (50 – 200 kg/ha) [4] Vậy phối trộn theo tỷ lệ (69,6 kg – 358,4 kg tro xỉ)/ha đất lượng Silic đất dao động khoảng (50 – 200 kg/ha) nhu cầu cho trồng phát triển tốt kiểm soát nhiều loại bệnh trồng

Như vậy, qua kết phân tích thành phần, số liệu tham khảo làm để tiến hành nghiên cứu khả cải tạo đất tro xỉ từ lò đốt rác sinh hoạt

Tuy nhiên, chưa có cơng bố thức liên quan đến tro xỉ từ lị đốt rác sinh hoạt cần có nghiên cứu sâu thí điểm sử dụng tro xỉ cải tạo đất nông nghiệp, nhằm đảm bảo quy định vệ sinh an toàn thực phẩm

Sử dụng cải tạo phục hồi môi trường của số mỏ khai thác đá vôi

So với việc ứng dụng cải tạo đất nông

nghiệp việc tận dụng tro xỉ từ lị đốt rác sinh hoạt công tác cải tạo phục hồi môi trường số mỏ khai thác đá vôi an tồn mặt mơi trường

Hiện nay, vấn đề khó khăn cơng tác hồn ngun mỏ việc khơng có nguồn cung cấp đất hữu để phục vụ việc trồng sau kết thúc khai thác Việc nghiên cứu phối trộn tro xỉ lớp đất đá thải trình khai thác mỏ theo tỷ lệ định phục vụ cho việc trồng lâm nghiệp như: keo tai tượng, keo tràm, bạch đàn; số loại cỏ như: cỏ vetiver, cỏ lau,… làm giảm lượng đất hữu cần thiết

Chiều dày lớp đất màu tối thiểu để trồng loại keo bạch đàn 0,3m Tính tốn diện tích 1ha, lượng đất cần phủ khoảng 3000m3 đất tương đương 4.200 đất

Do tính mặt diện tích 1ha đất màu nên lượng tro xỉ cần phối trộn theo tỷ lệ (69,6 kg – 358,4 kg tro xỉ)/ha kích thích phát triển loại trồng phục hồi mỏ Tuy nhiên, chiều dày lớp đất màu trung bình cần phủ dao động khoảng 0,5 – 0,6m Vì bổ sung thêm lượng tro xỉ để đảm bảo chiều dày lớp phủ, giảm 40% - 50% lượng đất hữu cần cung cấp

Tác dụng trình phối trộn: làm tăng suất trồng tro xỉ có chứa số chất dinh dưỡng sunfat, P, K Ca; tăng độ xốp đất làm tăng khả giữ nước lên 39-55%; đặc điểm có lợi cho địa hình núi đá vơi cho việc phát triển lâm nghiệp

kính trung bình nhỏ 10μm, dung trọng từ thấp đến trung bình, thành phần giới nhẹ; thành phần hoá học đến 90% chứa oxyt Si, Al, Fe, Ca khoảng 1-3% Na, P, K S nguyên tố có đất [6]

Sử dụng tro xỉ cải thiện tính chất vật lý đất cung cấp nguyên tố dinh dưỡng đa lượng vi lượng cho thực vật Theo nghiên cứu thí điểm Viện Vật lý, tro xỉ cải tạo tính chất đất đá thải từ việc khai thác đá vôi sau:

- Thành phần giới: Có thể biến đất sét đất xám thành đất thịt Điều cho phép cải tạo đất vùng sau khai thác khoáng sản

- Dung trọng: Thành phần cấp hạt limon lớn tro xỉ làm thay đổi dung trọng đất Khi cho tro xỉ vào đất với tỷ lệ 1:1 dung trọng đất tăng từ 0,89 đến 1,01 làm cho đất có độ xốp, tăng khả phát triển rễ khả giữ ẩm đất

- Khả giữ ẩm đất: Bón tro xỉ làm tăng lượng nước hữu hiệu đất cát pha thịt lên 107%, đất cát 55% đất đen 82%; giảm lượng nước tưới tương ứng 22%, 14% 28%; thêm vào đất 8% lượng tro xỉ làm tăng khả giữ nước đất Tính chất tro hữu ích trồng, đặc biệt điều kiện khí hậu vùng núi đá vơi

- Giảm tính chai cứng lớp đất đá thải từ mỏ đá vôi việc phối trộn Nhờ khả

đất thống khí giúp cho trồng dễ dàng phát triển

4 KẾT LUẬN

Đã có nhiều nghiên cứu thành phần, tính chất ứng dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện, nhiên nghiên cứu tro xỉ từ lò đốt rác sinh hoạt phát điện vấn đề Viện Nam

Phân tích mẫu tro xỉ từ Nhà máy xử lý rác Đan Phương hệ máy đo ASS-3300 phịng thí nghiệm Viện Vật lý, kết cho thấy: hàm lượng chất Fe2O3, CaO

MgO có tro xỉ Việt Nam cao Trung Quốc Mỹ; hàm lượng chất độc hại nằm ngưỡng QCVN 07:2009/BTNMT

Tro xỉ từ lị đốt rác sử dụng trong: công nghiệp vật liệu phụ gia xi măng, phụ gia bê tơng, đóng gạch không nung; cải tạo đất nông nghiệp với tỷ lệ phối trộn 69,6 kg – 358,4 kg tro xỉ)/ha đất; quan trọng phục vụ việc hoàn nguyên cải tạo môi trường từ mỏ khai thác đá vôi làm giảm 40% - 50% lượng đất hữu cần cung cấp để phủ bề mặt

Tuy nhiên tro xỉ từ lò đốt rác sinh hoạt loại vật liệu thải đặc thù, để ứng dụng cần có nghiên cứu sâu thành phần, tính chất lý hóa học, tỷ lệ phối trộn cải tạo đất để đảm bảo quy định môi trường Việt Nam

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Báo cáo đánh giá tác động môi trường Nhà máy xử lý rác Đan Phượng - Hà Nội, Bộ Tài nguyên Môi trường (2012) 71-82

[2] Cù Huy Đấu, Trần Thị Hường - Quản lý chất thải rắn đô thị, Nhà xuất Xây dựng, (2010) 92-129

[3] Dự án đầu tư Nhà máy xử lý rác thải 300 tấn/ngày phát điện MW phường Tiền Phong, Công ty Cổ phần Môi trường xanh Thái Bình, thành phố Thái Bình, tỉnh Thái Bình (2013) 16-32 [4] Lê Thanh Sơn, Trần Kông Tấu – Xử lý tro bay làm vật liệu hấp phụ cải tạo đất, Tạp chí khoa

học đất, số 15, 64, 64 – 68

[5] Municipal Solid Waste Incineration, The World Bank Washington, D.C (1999) 51-59

[6] Nguyễn Xuân Hải – Báo cáo tổng hợp kết thực đề tài: Nghiên cứu khả sử

dụng tro nhà máy nhiệt điện ng Bí làm ngun liệu cải tạo số tính chất đất,

[7] Omran, Abdelnaser; Gavrilescu, Maria - Environment improvement and Polution Prevention by Effective Recycling of Industrial and Domestic Waste in Việt Nam, Draft Final Report, JBIC, (2003)

[8] Trang chủ Tổng cục Môi trường – Bộ Tài nguyên Môi trường Việt Nam: http://vea.gov.vn/vn/quanlymt/Quanlychatthai-caithien/Pages/trangchu.aspx

Abstract

STUDY THE NATURE, COMPONET AND PROPOSAL HOW TO USE ASH FORM DOMESTIC WASTE BY BURNER GENERATE

There are many studies about ash produced in thermal power factories But it is lack of specified studying about ash from the house – rubbish burning power factories In Northern thermal power projects by rubbish burning, the Dan Phuong project has been in operation There, the ash analysis result show the harmful parameter within the allowance of Viet Nam standard 07: 2009/Ministry of Natural Resources and Environment

The study initially recommend to use the ash in the material producing industry; land reclamation and the more important for reverting improve the environment in the limestone mine after its exploitation However we need the deeper studying about the component, character, mixture scale…to ensure the Vietnam authority’s enviroment regulation

Keywords: Ash, House – rubbish, Land reclamation