Than tuyển Tro tuyển Nƣớc thải Xỉ
Dầu mỏ Khuấy 1 Khử nƣớc Khử nƣớc Tuyển nổi Phân cấp Tro xỉ
1.4.3.2. Sử dụng tro bay trên thế giới
- Tro bay dùng làm vật liệu điền lấp: Tro bay có thể dùng để phục hồi và cải tạo
các vùng đất yếu bởi các hoạt động khác. Tro bay đƣợc sử dụng cho phát triển các cơng trình cơng cộng nhƣ cơng viên, bãi đậu xe, sân chơi,...Tro bay có độ bền đầm nén tƣơng đƣơng hoặc lớn hơn đất nên thƣờng đƣợc sử dụng trong các lĩnh vực bồi đắp đất.
Tro bay sử dụng trong bê tông đầm lăn: Tro bay cải thiện độ bền và kết cấu của bê tông dẫn đến tăng tuổi thọ của đƣờng. Thơng thƣờng, tro bay có thể thay thế từ 15 đến 30 % xi măng portland. Hiện nay, tro bay đƣợc ứng dụng rộng rãi trong xây dựng với các mục đích khác nhau nhƣ làm phụ gia cho bê tông xi măng, làm chất độn cho bê tơng asphalt. Một số cơng trình xây dựng nổi tiếng trên thế giới đã sử dụng tro bay trong bê tông nhƣ đập Puylaurent ở Pháp, cây cầu Great Belt East nối Copenhagen (Đan Mạch) với những vùng đất của trung tâm châu Âu,....[16].
- Tro bay làm đƣờng xá: Tro bay có thể đƣợc sử dụng để xây dựng đƣờng và đê kè. Việc sử dụng này có nhiều lợi thế hơn so với các phƣơng pháp thông thƣờng nhƣ tiết kiệm đất trồng trọt, tránh tạo ra các vùng trũng, giảm chi phí, làm giảm nhu cầu đất để xử lý/lắng đọng tro bay [28].
- Gạch không nung từ tro bay: Gạch tro bay đƣợc tạo thành từ tro bay, cát và xi măng, trong đó tro bay là chất độn chính và cát là chất độn thứ hai. Cịn xi măng làm chất kết dính tất cả các nguyên liệu với nhau. Ở Đức, tro bay đƣợc ứng dụng để sản xuất gạch xây nhà. Các khối gạch này đƣợc tạo ra từ hỗn hợp của tro xỉ, tro bay, đá vôi và nƣớc đƣợc ép thành khuôn [32].
- Sản phẩm gạch ốp lát từ tro bay: Gạch ốp lát có thể đƣợc sản xuất từ tro bay.
Gạch ốp lát gồm hai lớp: lớp mặt và lớp nền. Lớp mặt là hỗn hợp gồm nhựa men, xi măng, bột tro bay và đôlômit. Lớp nền là hỗn hợp gồm tro bay bán khô, xi măng và bụi mỏ đá. Việc sử dụng gạch tro bay có thể làm giảm xói mịn và việc phá rừng lấy củi đun nấu [29].
- Làm vật liệu cốt nhẹ: Nhiều công nghệ đã đƣợc phát triển để sản xuất cốt liệu nhân tạo từ tro bay. Cốt liệu từ sản phẩm tro bay có thể đƣợc sử dụng cho một loạt các ứng dụng trong ngành công nghiệp xây dựng, bao gồm thành phần xây dựng, thành phần bê tông đúc sẵn, bê tông trộn sẵn cho các tòa nhà cao tầng,….
- Tro bay dùng trong nông nghiệp: Một ứng dụng trực tiếp của tro bay là một tác nhân cải tạo đất nơng nghiệp [19]. Phần lớn các loại cây trồng thích hợp với môi trƣờng pH là 6,5-7 cho sự phát triển. Việc bổ sung tro bay kiềm cho đất chua có thể làm tăng độ pH. Phần lớn các nghiên cứu đã chứng tỏ khả năng của tro bay làm tăng độ pH của đất có mơi trƣờng axit bằng sử dụng tro bay loại C, tức là tro bay với hàm lƣợng CaO cao (> 15 %). Tro bay có thể cải tạo đất xám bạc màu và nâng cao khả năng giữ ẩm, đơ phì nhiêu cho đất [19]. Nó cải thiện sự hấp thu nƣớc và chất dinh dƣỡng của cây trồng, giúp sự phát triển của rễ cây và kết dính đất, dầu khống và cacbohydrat dự trữ để sử dụng khi cần thiết, bảo vệ thực vật các bệnh tật từ đất gây ra, và giải độc đất bị ô nhiễm. Năng suất cây trồng cũng tăng lên, nhƣ các thí nghiệm trên lạc, hƣớng dƣơng, hạt lanh và hạt có dầu khác đã minh chứng. Nhiều nghiên cứu báo cáo về hiệu quả của tro bay tới độ bền của đất nhƣ cải thiện độ bền cắt và độ bám dính của đất.
Mặt khác, một số nghiên cứu cho thấy việc kết hợp giữa vôi và tro bay vào đất đã làm tăng sự ổn định cho đất so với ổn định đất chỉ bằng tro bay hoặc vôi riêng rẽ.
Tro bay làm chất hấp phụ: Trong những năm gần đây, việc sử dụng tro bay đã thu hút rất nhiều trong công nghiệp, việc sử dụng này sẽ giảm bớt gánh nặng về mơi trƣờng và nâng cao lợi ích kinh tế. Tính khả thi kỹ thuật của việc sử dụng tro bay làm chất hấp phụ giá rẻ cho các quá trình hấp phụ khác nhau để loại bỏ các chất ơ nhiễm trong khơng khí và nƣớc đã đƣợc xem xét. Có thể dùng tro bay để thay thế than hoạt tính thƣơng mại hoặc zeolit cho việc hấp phụ các khí NOx, SOx, các hợp chất hữu cơ, thủy ngân trong khơng khí, các cation, anion, thuốc nhuộm và các chất hữu cơ khác trong nƣớc. Wang và Wu đã nghiên cứu điều tra và cho thấy rằng thành phần cacbon chƣa cháy trong tro bay đóng một vai trị quan trọng trong khả năng hấp phụ [29]. Có nhiều báo cáo nghiên cứu sử dụng tro bay làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ các ion kim loại độc hại, chất gây ơ nhiễm trong khơng khí, các hợp chất hữu cơ và vơ cơ, và hấp phụ thuốc nhuộm trong nƣớc thải.
Tro bay dùng trong công nghiệp gia công chất dẻo. Tro bay là vật liệu phế thải của quá trình sản xuất điện năng từ các nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu than đá. Với thành phần chủ yếu là các oxit kim loại nhƣ oxit silic, oxit nhơm,… kích thƣớc hạt mịn và giá thành rẻ, ngoài những ứng dụng hết sức hiệu quả trong các ngành xây dựng, tro bay cịn có một tiềm năng lớn trong lĩnh vực làm chất độn cho polyme [24].
Trong số các nhựa nhiệt dẻo thì PE và PP đƣợc sử dụng phổ biến nhất.D.C.D. Nath và cộng sự đã chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở PP gia cƣờng bởi một hàm lƣợng lớn tro bay (60 %) có kích thƣớc hạt 5-60 μm bằng phƣơng đúc phun ở 210o
C. Theo các tác giả, trong điều kiện khí quyển, nhóm OH hoặc ion trên bề mặt kim loại hoặc oxit kim loại nhƣ tro bay có vai trị quan trọng trong hình thành các liên kết vật lý giữa bề mặt tro bay với nền polyme. Vật liệu compozit LDPE/10 % tro bay có độ bền kéo đứt, modul đàn hồi cao hơn LDPE và vật liệu compozit LDPE/10 % CaCO3. Tro bay cải thiện tính chất cơ học của LDPE cao hơn so với CaCO3 vì tro bay có khả năng liên kết với polyme nền tốt hơn CaCO3. Vật liệu compozit LDPE/tro bay đã đƣợc các hãng chế tạo ô tô General Motor dùng để chế tạo một số chi tiết nhƣ kẹp định vị, mắc dây điện bên trong thân ô tô.
Vật liệu polyme compozit sử dụng tro bay làm chất độn và vải đay làm chất gia cƣờng. Sau khi xử lý, vải đay đƣợc chuyển vào chất nền để cán thành tấm. Các tấm đƣợc sấy khô ở nhiệt độ và áp suất cụ thể. Số lƣợng tấm đƣợc sử dụng theo độ dày yêu cầu. Vật liệu polyme/tro bay compozit sử dụng vải đay gia cƣờng để thay thế vật liệu gỗ trong nhiều sản phẩm nhƣ cửa chớp, vách ngăn, gạch lát nền, tấm tƣờng, trần,…
Tro bay cùng với các phụ gia khác nhƣ bột kim loại và với chất dẻo đƣa vào cao su tái sinh để chế tạo tấm lát đƣờng ngang xe lửa. M. Hossain và các cộng sự nghiên cứu của trƣờng Đại học Kansas đã công bố kết quả sử dụng cao su tái chế từ lốp ô tô để làm lớp asphalt trải đƣờng có sử dụng phụ gia tro bay. Đây là cơng trình rất có giá trị về khoa học mơi trƣờng, khi cơng trình này đƣợc áp dụng thì một lƣợng lớn lốp ô tô phế thải đƣợc sử dụng để thay thế nhựa đƣờng và nhƣ vậy sẽ làm giảm giá thành xây dựng.
Nhiều nghiên cứu đánh giá khả năng gia cƣờng của tro bay tới tính chất vật liệu cao su nhƣ CSTN, SBR, BR,…và cao su blend nhƣ CSTN/NBR, CSTN/SBR [13]. Đối với tro bay không biến tính khả năng gia cƣờng cho vật liệu cao su là không đáng kể. Khi tro bay đƣợc biến tính bằng các hợp chất silan, khả năng gia cƣờng của tro bay đƣợc cải thiện đáng kể. Hàm lƣợng tro bay tối ƣu dùng để gia cƣờng cho vật liệu polyme nói chung và vật liệu cao su nói riêng vào khoảng 10 đến 30 pkl. Tro bay có thể thay thế các chất độn truyền thống nhƣ đất sét, canxi cacbonat hoặc sử dụng kết hợp với than đen. Mặt khác, tro bay có giá thành rất thấp nên tro bay làm giảm giá
thành của sản phẩm. Nhiều sản phẩm cao su đã sử dụng tro bay làm chất độn gia cƣờng hoặc làm chất độn thay thế chất thông thƣờng đã đƣợc chế tạo.
1.5. Công nghệ xử lý NOx
1.5.1. Hấp thụ khí NOx bằng nƣớc
Trong cơng nghiệp các loại khí thải có chứa Oxit Nitơ với nồng độ khí thấp thƣờng đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp hấp thụ bằng nƣớc trong các loại thiết bị nhƣ ống Venturi, thiết bị sục khí sủi bọt….Hiệu quả q trình thƣờng khơng cao, tối đa đạt 50 %.
Khi hấp thụ NO2 bằng nƣớc một phần axit nitric đƣợc sinh ra ở pha khí. Phƣơng trình phản ứng hóa học diễn ra nhƣ sau:
3 NO2 + H2O ↔ 2 HNO3 + NO + Q
1.5.2. Hấp thụ khí NOx bằng kiềm
Hiện nay, ngƣời ta sử dụng nhiều dung dịch kiềm và muối khác nhau để hấp thụ khí NOx. Đây là phƣơng pháp rẻ tiền và mang lại hiệu quả xử lý rất cao.
Hấp thụ hóa học NOx bằng dung dịch Soda đƣợc diễn ra theo phƣơng trình phản ứng sau:
2 NO2 + Na2CO3 → NaNO3 + CO2 + Q
1.5.3. Khử NOx có xúc tác và nhiệt độ cao
Q trình diễn ra khi tiếp xúc NOx với khí khử trên bề mặt xúc tác. Chất khử thƣờng đƣợc dùng là khí metan, khí tự nhiên hay khí than hoặc khí dầu mỏ, CO, H2 hoặc hỗn hợp nitơ-hydro. Hiệu quả khử NOx sẽ phụ thuộc hoạt tính của chất xúc tác.Xúc tác trên cơ sở platin kim loại xảy ra khi vận tốc thể tích của khí đạt (2- 12)x104 l/h cho phép đạt nồng độ cịn lại trong khí của NOx là 5×10-4 – 5×10-2 % thể tích. Bản chất q trình khử đƣợc biểu diễn bằng các phản ứng sau:
4 NO + CH4 → 2 N2 + CO2 + 2 H2O 2 NO2 + CH4 → N2 + CO2 + 2 H2O 2 NO + 2 CO → N2 + 2 CO2
2 NO2 + 4 CO → N2 + 4 CO2
1.5.4. Khử NOx với xúc tác chọn lọc
Quá trình diễn ra các phản ứng tỏa nhiệt sau: 6 NO + 4 NH3 → 5 N2 + 6 H2O
8 NO +2 NH3 → 5 N2O + 3 H2O 5 NO2 + 2 NH3 → 7 NO + 3 H2O 4 NO + 4 NH3 +O2 → 4 N2 + 6 H2O 4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O
Quá trình yêu cầu thiết bị đơn giản, hiệu suất xử lý cao và đã áp dụng vào thực tiễn.
1.5.5. Phân hủy NOx bằng chất khử dị thể
Tại nhiệt độ 500 đến 1300 oC thì sự phân hủy NOx có thể diễn ra trên vật liệu dạng rắn có chứa cacbon nhƣ là than đá, than cốc hoặc grafit. Trong đó cacbon đóng vai trị xúc tác và là nhiên liệu đốt.
C + NO → (C – 0) + 1/2 N2 (C – O) + NO → CO2 + 1/2 N2
Tại nhiệt độ 800 oC, độ chuyển hóa NOx khi dùng than cốc là 96 % và ở tại nhiệt độ 1000 oC thì hiệu suất này tiến đến gần 100 %.
1.5.6. Phân hủy NOx bằng chất khử đồng thể và dị thể khơng có xúc tác
Tại nhiệt độ 30 – 40 oC sẽ diễn ra các phản ứng tỏa nhiệt sau: NH3 + H2O ↔ NH4OH
2 NO2 + 2 NH4OH → NH4NO2 + NH4NO3 + H2O N2O3 + 2 NH4OH → 2 NH4NO2 + H2O
Sự đun nóng dịng khí tiếp theo dẫn đến sự phân hủy các loại acrosol nitric và nitrat tạo thành những sản phẩm không độc.
NH4NO2 → N2 + 2 H2O
NH4NO3 → N2 + 2 H2O + 1/2 O2
Khi sử dụng cacbanic ở dạng dung dịch với nƣớc hoặc tác dụng với axit HNO3, H2PO4, H3PO4 sẽ làm giảm nhiệt độ do phân hủy. Tuy nhiên, phƣơng pháp này áp dụng với vận tốc không lớn và hiệu quả làm sạch sẽ không quá 80 %.
1.5.7. Dùng dung dịch nƣớc – cacbanic
NO2 + H2O → HNO3 +HNO2
2HNO2 + CO (NH2)2 → 2 N2 + CO2 + 3 H2O N2O3 + CO (NH2)2 → 2 N2 + CO2 + 2 H2O Dùng dung dịch axit nitric – cacbanit
Cacbanit đƣợc dùng chủ yếu ở dạng bột hoặc hạt, đôi khi chúng đƣợc phủ lên các chất mang xốp hoặc đƣợc ép cùng với nó. Hiệu quả xử lý NOx có thể đạt 85 – 99 % và lớn hơn.
CHƢƠNG 2
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
- Dây chuyền công nghệ sản xuất điện của nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh và tro bay phát sinh tại nhà máy.
- Các chất thải rắn, lỏng, khí của nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phƣơng pháp thu thập, hồi cứu và kế thừa số liệu, tài liệu
Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng để thu thập các kết quả khảo sát, nghiên cứu khoa học đã đƣợc cơng bố có liên quan đến khu vực nghiên cứu. Các thơng tin liên quan đến công nghệ sản xuất, tro bay thực tế đƣợc thu gom, xử lý và các thông tin về công tác quản lý hiện nay. Đây là phƣơng pháp thông dụng và thƣờng xuyên đƣợc sử dụng khi cần có thơng tin về vấn đề nghiên cứu.
Ngoài ra việc thu thập các tài liệu, số liệu sẽ đƣợc thu nhận từ các nguồn khác nhƣ các cơ quan, ban ngành liên quan và từ thƣ viện, internet,…
2.2.2. Phƣơng pháp điều tra, khảo sát thực tế khu vực nghiên cứu
Việc khảo sát thực tế tại nhà máy sẽ đánh giá đƣợc thực trạng công nghệ sản xuất điện của nhà máy, các loại chất thải của nhà máy và các giải pháp sử dụng các loại chất thải này.
Phƣơng pháp này nhằm kiểm chứng và đánh giá lại mức độ chính xác của các tài liệu, số liệu, thông tin đã thu thập đƣợc.
Trong nghiên cứu đã tiến hành lấy 04 mẫu nƣớc thải và 02 mẫu tro bay tại nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh vào các ngày 10/8/2017 và ngày 18/11/2018 để phân tích, đánh giá các nguồn ô nhiễm của nhà máy.
Các mẫu nƣớc thải đƣợc phân tích theo các phƣơng pháp nhƣ sau:
+ Đối với các thông số pH theo phƣơng pháp TCVN 6492: 2011, nhiệt độ theo phƣơng pháp SMEWW 2550B: 2012, DO đo tại hiện trƣờng.
+ Đối với các thông số COD theo phƣơng pháp SMEWW 5220C: 2012, BOD5 theo phƣơng pháp TCVN 6001-1: 2008, NH4+
theo phƣơng pháp TCVN 6179-1: 1996, Clorua theo phƣơng pháp TCVN 6194: 1996, Clo dƣ theo phƣơng pháp TCVN 6225- 2: 2012, Fe theo phƣơng pháp TCVN 6177: 1996. Các kim loại Pb, Cu theo phƣơng
pháp TCVN 6193: 1996. Coliform phân tích theo phƣơng pháp TCVN 6187-2: 1996 và tổng dầu mỡ theo phƣơng pháp SMEWW 5520 B&F: 2012.
Việc phân tích mẫu tro bay đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp sau:
+ Đối với thông số xianua sử dụng phƣơng pháp phân tích APA 9013A, EPA 9014 và EPA 9010C. Các thông số kim loại nặng Ag, As, Co, Hg phân tích theo phƣơng pháp EPA 3051B, EPA1311: 2007, SMEWW 3125: 2012. Các thông số Cd, Pb, Zn, Cr(VI), Ni đƣợc phân tích theo các phƣơng pháp EPA 3051: 2007, EPA 1311: 2007, SMEWW 3125: 2012. Thơng số phenol phân tích theo phƣơng pháp EPA 8041: 2012; EPA 3540C: 2012; EPA 3550C: 2012.
Các mẫu phân tích đƣợc thực hiện tại phịng thí nghiệm của Phịng phân tích chất lƣợng mơi trƣờng – Trung tâm mơi trƣờng và Khống sản.
2.2.3. Phƣơng pháp thống kê xử lý số liệu
Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng trong luận văn khi so sánh các kết quả thu đƣợc với QCVN hiện hành.
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Công nghệ sản xuất điện của nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh 3.1.1. Quy trình cơng nghệ sản xuất