Thí nghiệm 3: Sử dụng mạt đá : xi măng : nước = 6 : 1 : 1,5
Chuẩn bị nguyên liệu: Mạt đá: 6kg;
Xi măng: 1kg; Nước: 1,5 lít.
Trộn đều các nguyên liệu, thêm nước và đảo đều tay. Hỗn hợp nguyên liệu được đưa vào khay đựng, cán gạt phẳng khay đựng nguyên liệu. Dùng máy ép, ép định hình khay nguyên liệu. Sản phẩm được đưa đi phơi nắng từ 1 – 2 ngày tùy vào thời tiết.
2.2.4. Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết quả thu được, từ đó đánh giá tính khả thi của đề tài. giá tính khả thi của đề tài.
Dựa vào các kết quả thực nghiệm với các mẫu gạch, đưa ra được đánh giá về khả năng áp dụng của tro đáy trong sản xuất gạch, tính tốn lợi ích kinh tế thu được từ tro đáy.
2.2.5. Phương pháp nghiên cứu phân tích lợi ích mơi trường mở rộng
Trên cơ sở các số liệu thu thập kết hợp với phương pháp phân tích chi phí lợi ích để tính tốn lợi ích về kinh tế và mơi trường thu được từ việc tái sử dụng nguồn tro đáy.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả thí nghiệm xác định thành phần, tính chất của tro đáy 3.1. Kết quả thí nghiệm xác định thành phần, tính chất của tro đáy 3.1.1. Độ ẩm
Năm mẫu tro đáy được phân tích để tính độ ẩm trung bình của tro đáy. Kết quả phân tích được trình bày trong bảng 3.1 sau:
Bảng 3.1: Kết quả đo độ ẩm tro đáy NMNĐ Mông Dương 1
W1(g) W2 (g) W3 (g) W (%) Mẫu 1 16,677 17,677 17,658 1,9 Mẫu 2 17,155 18,155 18,134 2,1 Mẫu 3 16,357 17,357 17,339 1,8 Mẫu 4 16,668 17,668 17,645 2,3 Mẫu 5 17,148 18,148 18,128 2 Trung bình 2,02 Trong đó:
W1: khối lượng hộp nhơm sau khi sấy và cho vào bình hút ẩm. W2: khối lượng hộp nhôm đã sấy+tro đáy.
W3: khối lượng hộp nhôm + tro đáy sau sấy.
Độ ẩm:
Từ kết quả trên ta có, độ ẩm của mẫu tro đáy là khoảng 2,02%. Tro đáy tại Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương là loại tro khô với độ ẩm <3%.
3.1.2. pH
pH của năm mẫu tro đáy được đo để tính pH trung bình của tro đáy. Kết quả đo được trình bày trong Bảng 3.2:
Bảng 3.2: Kết quả đo pH
Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Trung bình
pH 9,88 9,86 9,87 9,99 9,91 9,9
Kết quả phân tích cho thấy giá trị kiềm (pKCl) trung bình của 05 mẫu là 9,9. Tro đáy có tính kiềm là do trong thành phần của tro đáy có chứa hàm lượng CaO. CaO được hình thành do trong cơng nghệ sử dụng lị đốt CFB có khử khí Sunlfur (SO2) bằng cách dùng chất hấp phụ đá vơi, khí sunfua sinh ra trong quá trình đốt cháy than sẽ tác dụng với chất hấp phụ là đá vơi. Do đó, trong thành phần tro xỉ tại các nhà máy sử dụng cơng nghệ CFB có tồn tại hàm lượng khá lớn CaO trong tro đáy.
3.1.3. Tỉ trọng thể rắn
Năm mẫu tro đáy được phân tích để tính tỉ trọng thể rắn của tro đáy. Kết quả phân tích được trình bày trong Bảng 3.3 như sau:
Bảng 3.3: Kết quả đo tỉ trọng của tro đáy
Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Trung bình
Tỉ trọng d (g/cm3)
2,647 2,792 2,417 2,545 2,642 2,892 2,656
Tỉ trọng của tro đáy Mông Dương là: 2,656 g/cm3 hay 2,656 tấn/m3. Tỷ trọng của tro đáy thấp, sử dụng trộn với các nguyên liệu truyền thống sản xuất vật liệu
xây dựng sẽ giảm được tỷ trọng của vật liệu xây dựng, có ích trong q trình xây dựng.
3.1.4. Thành phần kim loại nặng
Hàm lượng kim loại nặng trong tro đáy được phân tích. Kết quả phân tích được trình bày trong Bảng 3.4
Bảng 3.4: Hàm lượng một số kim loại nặng trong tro đáy
Kim loại Cu (mg/kg) Pb (mg/kg) Cd (mg/kg) Cr (mg/kg)
Giá trị 4,68 32,631 1,17 2,13
QCVN
03:2008/BTNMT 50 70 2 -
Như vậy, qua kết quả phân tích ta thấy hàm lượng kim loại nặng Cu, Pb, Cd và Cr trong tro đáy nằm trong giới hạn cho phép tối đa theo QCVN 03:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về hàm lượng kim loại nặng trong đất. Than được đốt qua lị đốt tầng sơi cho ra kết quả hàm lượng kim loại nặng trong tro đáy là thấp, sử dụng tro xỉ sản xuất vật liệu xây dựng sẽ không gây ảnh hưởng tới chất lượng vật liệu cũng như môi trường xung quanh.
3.1.5. Thành phần khoáng
Theo báo cáo đánh giá tác động môi trường của Nhà máy nhiệt điện Mông Dương (2006), than được sử dụng trong điện Mông Dương 1 sẽ tạo ra tro có các thành phần chung sau đây:
Bảng 3.5: Các thành phần khoáng trong tro đáy NMNĐ Mông Dương 1 [1]
Thông số Giá trị [%]
Tiêu chuẩn ASTM C618
Loại F Loại C
Tổng hàm lượng các oxit SiO2 + Al2O3 +
Fe2O3 75,5 ≥ 70 ≥ 50 CaO 0,83 - - MgO 1,42 - - Na2O 0,06 0,3 SO3 % 0,304 ≤ 5 ≤ 5 Độ ẩm % 2,02 ≤ 3 ≤ 3 Hàm lượng mất khi nung % < 3 ≤ 6 ≤ 6
Các giá trị tại bảng 3.5 và các bảng kết quả từ 3.1 – 3.4 chỉ ra rằng:
- Tro đáy có các chỉ tiêu đạt loại tro F theo phân loại tiêu chuẩn ASTM C618; - Hàm lượng mất khi nung nằm trong ngưỡng tiêu chuẩn cho phép theo tiêu chuẩn ASTM C618.
- Hàm lượng một số kim loại nặng trong tro xỉ đều dưới ngưỡng so với QCVN 03:2008, khi ứng dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng sẽ không gây ô nhiễm cũng như ảnh hưởng tới chất lượng vật liệu xây dựng, cơng trình xây dựng.
- Thành phần khống của tro xỉ có tính chất tương đồng với đất sét, đặc biệt là 3 thành phần chính là SiO2, Al2O3 và Fe2O3, do đó khả năng ứng dụng vào sản xuất
3.2. Kết quả thực nghiệm với ứng dụng sản xuất gạch từ tro đáy 3.1.1. Gạch nung truyền thống 3.1.1. Gạch nung truyền thống
Mẫu gạch 1 gồm nguyên liệu truyền thống là đất sét đồi, than cám. Mẫu gạch 2 với nguyên liệu là tro đáy, đất sét đồi.
Các tỷ lệ được trình bày tại mục 2.3.2.1
Các nguyên liệu của mỗi loại được trộn đều trong máy trộn, đưa vào máy đùn gạch. Gạch sau đó được đem phơi 1 -2 ngày, đem vào lị nung ở nhiệt độ 800 – 9000C.
Hình 3.1: Sơ đồ quy trình thực nghiệm sản xuất gạch nung
Các mẫu gạch sau khi được hoàn thiện đã được phân tích chất lượng, xác định độ nén (mác gạch) tại Viện Khoa học công nghệ xây dựng.
Nguyên liệu Khuôn đùn
Trộn đều Gạch mộc Phơi nắng 1 -2 ngày Lò nung tuynel ở nhiệt độ 800 – 9000C Gạch thành phẩm
Hình 3.2: Hình ảnh về sản phẩm gạch mộc từ 02 tỷ lệ
Kết quả phân tích cường độ nén (mác gạch) được trình bày trong bảng 3.6:
Bảng 3.6: Kết quả phân tích mẫu gạch nung
STT Kích thước mẫu (dài x rộng x cao) (mm) Diện tích bề mặt (mm2) Cường độ nén (N/mm2) TCVN 6355- 1:1998 Mẫu 1 (tro đáy) 300 x 100 x 50 30000 9,1 10 Mpa Mẫu 2 (đất sét đồi) 300 x 100 x 50 30000 9,15
Ghi chú: TCVN 6355-1:1998: Tiêu chuẩn cường độ nén của gạch đặc đất sét nung.
1Mpa = 106N/m2 = 1 N/mm2
So sánh cường độ nén của 02 loại gạch với tiêu chuẩn về gạch đặc đất sét nung cho thấy cường độ nén của mẫu gạch đạt tiêu chuẩn cho phép, đạt tiêu chuẩn
sử dụng trong quá trình xây dựng. (Kết quả được đính kèm tại phụ lục của luận văn).
Do đó, tỷ lệ phối trộn nguyên liệu tối ưu là: “Tro đáy : đất sét đồi” = “2:1”.
3.1.2. Đối với gạch ép không nung (xi măng cốt liệu)
Các nguyên liệu được chuẩn bị sản xuất gạch ép xi măng cốt liệu: Mẫu 1: Nguyên liệu gồm tro đáy, xi măng, nước (tỷ lệ tương ứng 6:1:1,5) Mẫu 2: Nguyên liệu gồm tro đáy, xi măng, nước (tỷ lệ tương ứng 7:1:1,5); Mẫu 3: Nguyên liệu bao gồm mạt đá, xi măng, nước (tỷ lệ tương ứng 6:1:1,5);
Các nguyên liệu được chuẩn bị theo tỷ lệ đã được trình bày trong mục 2.3.2.2 Nguyên liệu được trộn đều, đưa vào khuôn gạch, dùng ép máy thủy lực ép khuôn gạch. Gạch thành phẩm được phơi khô 1 - 2 ngày tùy thời tiết. Quy trình thực nghiệm được thể hiện tại sơ đồ sau:
Hình 3.3: Sơ đồ quy trình thực nghiệm sản xuất gạch xi măng cốt liệu
Các mẫu gạch sau khi được hoàn thiện đã được phân tích chất lượng, xác định độ nén (mác gạch), độ hút nước tại Viện Khoa học công nghệ xây dựng. Kết quả phân tích được trình bày trong bảng 3.7 và 3.8.
Nguyên liệu Trộn đều với
nước vừa đủ
Khay đựng
Ép gạch bằng máy ép Phơi gạch
Hình 3.4: Hình ảnh sản phẩm gạch xi măng cốt liệu tỷ lệ 2 (xi măng : tro đáy : nước = 1 : 7 : 1,5)
Hình 3.5: Hình ảnh sản phẩm gạch xi măng cốt liệu từ theo tỷ lệ 1 và 3
1. Kết quả phân tích Cường độ nén
Bảng 3.7: Kết quả phân tích độ nén gạch xi măng cốt liệu STT Kích thước STT Kích thước mẫu (dài x rộng x cao) (mm) Diện tích bề mặt (mm2) Cường độ nén (N/mm2) TCVN 6477:2011 Mẫu 1 150 x 150 x 50 2250 8,3 ≥ 7,5 (N/mm2) Mẫu 2 150 x 150 x 50 2250 7,5 Mẫu 3 150 x 150 x 50 2250 8,1
Ghi chú: TCVN 6477:2011: Tiêu chuẩn quốc gia về gạch xi măng cốt liệu.
Nhận xét: So với mẫu gạch sản xuất bằng nguyên liệu truyền thống tại xưởng, gạch từ tro đáy có độ nén tương đương với viên gạch với tỷ lệ “1 : 6 : 1,5”, trong khi đó viên gạch từ tỷ lệ “tro đáy : xi măng : nước” = “1 : 7 : 1,5” thì có độ nén thấp hơn cho thấy khi thay thế tro đáy vào mạt đá thì tỷ lệ cần sử dụng sẽ tương đương. Các chỉ số cường độ nén đều đạt so với TCVN 6477:2011: Tiêu chuẩn quốc gia về gạch xi măng cốt liệu với chỉ số cường độ nén không nhỏ hơn 7,5 (N/mm2).
(Kết quả được đính kèm tại phụ lục của luận văn).
2.Độ hút nước
Kết quả phân tích chi tiêu độ hút nước của 03 viên gạch xi măng cốt liệu được trình bày trong bảng 3.8.
Bảng 3.8: Kết quả phân tích độ hút nước của mẫu gạch xi măng cốt liệu
STT
Khối lượng viên gạch (g) Khối lượng nước bị hút (g) Độ hút nước (%) TCVN 6477:2011 Đã sấy khơ Bão hịa nước Từng viên Mẫu 1 (tro đáy:xi măng 6:1) 5,23 6,01 78 5,2 ≤ 14 (%) Mẫu 2 (mạt đá : xi măng 6:1) 5,67 6,58 91 5,78 Mẫu 3 (tro đáy: xi măng 7:1) 6,78 7,35 57 5,9
Ghi chú: TCVN 6477:2011: Tiêu chuẩn quốc gia về gạch xi măng cốt liệu.
Nhận sét: So sánh 03 kết quả phân tích độ hút nước của mẫu gạch, nhận thấy độ thấm nước của viên gạch từ mẫu 1 là tốt nhất. Các chỉ tiêu độ hút nước của ba mẫu gạch đều nằm trong ngưỡng so với TCVN 6477:2011: Tiêu chuẩn quốc gia về gạch xi măng cốt liệu với chỉ số độ hút nước không lớn hơn 14%. (Kết quả được
đính kèm tại phụ lục của luận văn).
Vậy, tỷ lệ phối trộn nguyên liệu tối ưu là: “Tro đáy : xi măng : nước” = “6: 1: 1,5”
3.3.3. Tính tốn lợi ích kinh tế
Để tính tốn lợi ích kinh tế một cách chi tiết nhất cho việc tận dụng tro đáy thay thế nguyên liệu trong sản xuất vật liệu xây dựng, nội dung của luận văn xin được trình bày 3 phần tính lợi ích kinh tế như sau:
- Lợi ích từ việc tiết kiệm chi phí xử lý, tăng thời gian sử dụng bãi thải tro đáy; - Lợi ích từ việc bán tro đáy;
- Lợi ích từ nhà sản xuất gạch từ việc thay thế nguyên liệu truyền thống bằng nguyên liệu là tro đáy.
3.3.3.1. Lợi ích kinh tế từ việc tiết kiệm chi phí xử lý, tăng thời gian sử dụng bãi thải
Hiện nay tro đáy của Nhà máy nhiệt điện Mông Dương I được thải ra Bãi thải 1. Bãi thải này có diện tích 50 ha và cơng suất 10 triệu m3 trong vịng 6 năm.
Vậy công suất 1 năm của bãi thải là: 10 : 6 = 1,667 triệu m3 Chi phí xây dựng của bãi thải 1 là 98 tỷ VND.
Chi phí để xử lý 1 m3 tro đáy là: 98.000.000.000 : 10.000.000 = 9.800 (VND/ m3)
Như vậy cứ với mỗi 1 m3 tro đáy tận dụng được hay với mỗi 1 m3 bãi thải để trống, ta có thể tiết kiệm được 9.800 VND tiền xử lý.
Như vậy, một năm có thể tiết kiệm được:
9.800 × 1.667.000 = 16.336.600.000 (VND)
Vậy, nếu tận dụng tốt nguồn tro đáy thải ra, ta có thể tiết kiệm được khoản tiền khá lớn, kéo dài thời gian sử dụng của bãi thải và góp phần bảo vệ mơi trường.
3.3.3.2. Lợi ích kinh tế từ việc bán tro đáy
Theo tính tốn thiết kế, NMNĐ Mơng Dương 1 có thể tạo ra lượng tro sau: - Lượng tro của một lò (khi sử dụng than chất lượng cao): 55,73 (tấn/giờ)
- Lượng tro của một lò (khi sử dụng than chất lượng thấp): 62,6 (tấn/giờ). - Lượng tro trung bình của một lò (khi sử dụng cả than chất lượng cao và chất lượng thấp): khoảng 59 (tấn/giờ).
- NMNĐ Mơng Dương có 4 lị, vậy tổng lượng tro thải ra là: 4×59=236 (tấn/giờ).
Giả sử NMNĐ Mông Dương 1 vận hành 10 tháng/năm (6 tháng trong mùa khô và 4 tháng trong mùa mưa). Như vậy, tổng số tấn tro thải ra trong 1 năm sẽ là:
236 tấn/giờ x 24 giờ/ngày x 300 ngày = 1.699.200 (tấn tro). Lượng tro này bao gồm 60% tro đáy và 40% tro bay.
Vậy số tấn tro đáy thải ra trong 1 năm là: 1.699.200 (tấn) x 0,6 = 1.019.520 (tấn).
Với giá bán tro đáy hiện nay là 10.000 (VNĐ/tấn). Nếu bán hết được lượng tro đáy này thì một năm NMNĐ Mơng Dương có thể thu về:
1.019.520 (tấn) × 10.000 = 10.019.520.000 (VNĐ)
Vậy nếu có thể tìm được đầu ra cho tro đáy, thì hằng năm NMNĐ Mông Dương 1 sẽ có được một khoản thu khá lớn từ việc bán tro đáy.
3.3.3.3. Lợi ích kinh tế từ việc thay thế nguyên liệu truyền thống bằng tro đáy
Để tính tốn về lợi ích kinh tế đạt được trong việc sử dụng tro đáy làm vật liệu xây dựng, ta có thể dựa trên các thơng số tính tốn được trình bày trong bảng 3.9:
Bảng 3.9: Thơng số tính tốn lợi nhuận thu được
STT Gạch đất nung Gạch từ tro đáy, xi măng
1 Đất sét đồi, tro đáy Tro than (Xỉ than)
2 Than Xi măng
3 Chi phí máy móc Chi phí máy móc
4 Chi phí nhà xưởng Chi phí nhà xưởng
5 Chi phí nhân cơng Chi phí nhân cơng
6 Chi phí quản lý Chi phí quản lý
7 Chi phí điện nước Chi phí điện nước
8 Vận chuyển + chi phí thương mại
Chi phí thương mại + vận chuyển
Qua số liệu thu thập từ các xưởng gạch, tính tốn được giá thành để sản xuất 1 viên gạch được thể hiện trong bảng sau:
Gạch nung: Tính tốn chi phí sản xuất 10000 gạch với quy cách gạch 300 x
150 x 50 (mm), gạch đặc. Để sản xuất 10000 gạch:
- Với nguyên liệu là đất sét đồi, lượng đất sét đồi là 2 m3, than cám 1,2 tấn (tương đương 0,8m3);
- Nguyên liệu tro đáy thì tro đáy là 3 tấn (tương đương 2m3 tro đáy, tỷ lệ quy đổi sử dụng là 1 m3 = 1,5 tấn), đất sét đồi 1m3.
- Dựa vào giá thành vật liệu trên thị trường hiện tại, ta tính tốn được giá thành sản xuất 01 viên gạch được trình bày trong bảng 3.10:
+ Giá thành mua 1 m3 đất sét đồi: 25.000 (đồng/m3 đất). + Giá thành mua 1 tấn tro đáy: 10.000 (đồng/tấn)
+ Các chi phí điện nước, nhân cơng được tính theo giá tại xưởng sản xuất gạch.
Bảng 3.10: Giá thành sản xuất 01 viên gạch
Gạch truyền thống Gạch từ tro đáy
Nguyên liệu cần Giá thành
(đồng/viên)
Nguyên liệu cần Giá thành
(đồng/viên)
Than cám 300 Tro đáy 5
Đất sét đồi 5 Đất sét đồi 5
Công 200 Công 200
Điện, nước 100 Điện 100
Khấu hao 15 Khấu hao 15
Máy móc 100 Máy móc 100
Tổng giá thành 720 Tổng giá thành 425
Vậy, qua bảng tính tốn thì giá trị sản xuất 1 viên gạch nung từ tro đáy có giá trị thấp hơn so với gạch từ đất sét là 295 (đồng/viên).
Gạch xi măng cốt liệu
Với tỷ lệ sử dụng tro đáy và mạt đá trong hỗn hợp với xi măng trong quy trình sản xuất gạch xi cốt liệu là giống nhau thì dựa vào giá trị khi mua vật liệu là