1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới, việc cải thiện sự ổn định cho vật liệu chứa chất vô cơ, sét, hạt vô cơ trong thời gian dài sử dụng đã được nghiên cứu theo phương pháp như làm giảm độ ẩm và trộn với vật liệu khác, trộn với các chất phụ gia, xi măng, vôi để nâng cao khả năng ổn định, chế tạo thành vật liệu có tỷ trọng nhẹ khi nhào trộn với ximăng và các chất kết dính vơ cơ.
8
Tác giả Murden [6, 1987] đã đưa ra các giải pháp hữu ích khi tái sử dụng bùn thải nạo vét bằng cách kết hợp các phương pháp sử dụng chất kết dính vơ cơ để ổn định các thành phần hạt sét trong vật liệu thải, tạo thành vật liệu tái chế có thể dùng trong các mục đích khác nhau. Các thành phần trong bùn thải sẽ được ổn định khi đóng rắn bằng hợp chất vơ cơ, đồng thời hỗn hợp sẽ được tạo hình thành vật liệu xây dựng có cường độ thấp, sử dụng trong các mơi trường có điều kiện khơng u cầu nhiều về tính chất cơ lý.
Tác giả McGee [7, 1988] đã thực nghiệm cá tính chất cơ lý của bùn thải nạo vét cơng trình cảng và đưa ra giải pháp ổn định thành phần cơ lý để có thể dùng trong cơng trình giao thơng. Khi đó, các vật liệu nạo vét tại các khu vực hàng hải sẽ được phân loại, đánh giá thành phần cấp hạt để phối trộn với ximăng theo phương pháp ướt, sau đó được dùng thay thế cho vật liệu san lấp. Khả năng ổn định của vật liệu bùn thải nạo vét sau khi phối trộn có tính chất tương đương trong các cơng trình giao thơng.
Tác giả Millrath [8, 2003] và Lee L.T. [9, 2004] nghiên cứu và thực nghiệm giải pháp sử dụng bùn thải nạo vét và so sánh với vật liệu có chứa thành phần hạt sét cao để kết hợp với chất kết dính ximăng dùng trong vật liệu betơng có cường độ thấp. Thành phần hạt sét được xác định ảnh hưởng chính đến khả năng ổn định của vật liệu nạo vét, do dó hàm lượng ximăng được thay đổi tùy thuộc vào thành phần sét.
9
Bùn thải nạo vét được nghiên cứu các thành phần hạt, các thành phần cơ lý, nguồn gốc tạo thành để đánh giá ảnh hưởng đến các tính chất kỹ thuật của vật liệu khi dùng thay thế các vật liệu truyền thống. Khi đó, thành phần hạt của bùn thải nạo vét sẽ được phân loại và tái sử dụng phần cấp hạt cát để làm cốt liệu nhỏ trong thành phần cấp phối bêtơng ximăng [10 -11, 2009]
Hình 1.4:Phương pháp tái sử dụng bùn thải nạo vét [10]
Tác giả Maher A. và cộng sự [12, 2013] đã nghiên cứu đưa ra các qui trình cơng nghệ để tái sử dụng bùn thải nạo vét bằng cách sử dụng phần cát hạt mịn và thay thế cho các nguyên vật liệu có cấp hạt tương đương trong xây dựng. Thành phần bùn thải nạo vét được phân loại cấp hạt, loại bỏ thành phần sét, tái sử dụng thành phần cát hạt mịn, phối trộn cùng với cát hạt lớn để tạo thành cấp hạt cát.
Tác giả Maherzi và cộng sự [13, 2014] đã nghiên cứu bùn thải nạo vét có nguồn gốc bồi lắng, được xử lý và kết hợp với vôi và ximăng để dùng làm đường giao thông. Thành phần bùn chứa hàm lượng sét lớn, không ổn định được phối trộn với chất kết dính hỗn hợp gồm vơi và ximăng nhằm đóng rắn vật liệu, sau đó được đầm lèn làm nền hạ thay thế cho cát san lấp, các chỉ số CBR, tỷ trọng và khả năng ổn định của bùn thải nạo vét có giá trị tương đương.
10
Việc xử lý bùn thải nạo vét bằng cách dùng chất kết dính vơ cơ như ximăng, vơi để ổn định các tính chất của bùn, sử dụng như vật liệu san lấp trong các cơng trình xây dựng và giao thông.Đồng thời, khi đất nạo vét của các khu vựa đơ thị có lẫn chất thải hữu cơ lớn, có chứa nhiều tạp chất cần phải xử lý nhiệt đến nhiệt độ 800-10000C để sử dụng hoạt tính của phể thải có lẫn sét nhằm tái sử dụng vật liệu. Tuy nhiên thành phần hạt của vật liệu nạo vét chứa thành phần hạt sét khá lớn sẽ làm vật liệu khó khăn trong việc tái sử dụng do tính chất cơ lý khơng ổn định và độ bền khơng cao.[14, 2015]
Hình 1.5: Sử dụng bùn thải gia cố nền đường với chất kết dính vơ cơ
Các nghiên cứu đã đưa ra các đánh giá về thành phần và tính chất kỹ thuật của bùn thải nạo vét có nguồn gốc khác nhau.Thành phần chính là cấp hạt cát mịn và thành phần hạt sét, trong đó thành phần hạt sét là chiểm tỷ lệ lớn, làm vật liệu không ổn định và giảm độ bền. Sử dụng các chất kết dính vơ cơ như ximăng, vơi có khả năng ổn định hàm lượng sét có chứa trong bùn thải nạo vét .
1.2.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
Tại Việt Nam, việc nạo vét và xử lý bùn thải nạo vét các Kênh rạch, sông, cảng với các phương pháp nạo vét chủ yếu được triển khai như nạo vét bồi tích theo hồ sơ thiết kế kênh, đào đắp mũi đất và các khu vực trên cạn khác để cải tạo tuyến; nạo vét bồi tích như là một phần của công tác cải tạo tuyến kết hợp đào đắp mũi đất và cải tạo bờ; Đào đắp đất trên cạn và nạo vét bùn cát để xây dựng kênh; Đào đắp đất và các vật liệu biển (cát, phù sa, đất) để tạo ra luồng chạy tàu mới; Nạo vét và đào đắp để cải thiện
11
cảng. Vật liệu bùn sau khi nạo vét sẽ được vận chuyển đến các khu vực chôn lấp, một số được xử lý theo các phương pháp vật lý, sinh học.
GS.Nguyễn Văn Phước và cộng sự (2009) nghiên cứu đánh giá chất lượng bùn thải, phân loại các loại hình ơ nhiễm đặc trưng, Định hướng công nghệ và đề xuất quy trình xử lý phù hợp với từng loại bùn thải cơng nghiệp, trên cơ sở đó đề xuất quy trình công nghệ xử lý bùn tổng hợp phù hợp với điều kiện của Tp. HCM.
Nhóm tác giả gồm GS.TS Lâm Minh Triết, ThS Nguyễn Ngọc Thiệp cùng các cộng sự [15, 2011] [16, 2013]đã thực hiện tiến hành nghiên cứu xử lý bùn tại chỗ bằng phương pháp làm ráo nước (tát nước) trong bùn, ổn định bằng vơi.Bùn sau đó được tái sử dụng để làm nguyên liệu sản xuất gạch xây dựng, chậu gốm và chén hứng mủ cao su. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm về tận dụng bùn thải để sản xuất vật liệu
xây dựng đơn giản (gạch xây dựng, chậu gốm, chén hứng mủ cao su) cho thấy với tỷ lệ pha trộn bùn thải:Đất sét nhất định, chất lượng vật liệu sau khi mang đi kiểm nghiệm có tính chất vật lý tương tự như các loại vật liệu thơng thường, có thể dùng trong các lĩnh vực khác nhau.
Nhóm nghiên cứu Trung tâm Công nghệ và quản lý môi trường đã sử dụng bùn cống rãnh và Kênh rạch làm đối tượng xử lý, nghiên cứu đã dùng thuỷ lực để tách các thành phần hữu cơ và vô cơ: Để bùn trong bồn hình trụ rồi bơm nước vào, chất vô cơ nặng sẽ lắng xuống đáy bồn trong khi chất hữu cơ nhẹ hơn nổi lên trên và được hút ra ngồi. Tiếp đến, hệ thống van dưới bình được mở ra để lấy chất vơ cơ ra.Chất vô cơ chiếm 70-93% được dùng để sản xuất vật liệu xây dựng như gạch xây tường, gạch lát vỉa hè hoặc san nền. Còn chất hữu cơ được xử lý tiếp bằng phương pháp sinh học: Dùng vi sinh vật tiết axít để hồ tan các kim loại nặng rồi tách chúng ra. Cuối cùng, phần bùn hữu cơ sạch được dải lên bãi chốn lấp rác để trồng cây và cải tạo đất nông nghiệp. Các kim loại nặng được trộn với nhiều chất kết tủa để tách riêng từng kim loại hoặc hóa rắn tồn bộ để chơn lấp an toàn.
Tác giả Nguyễn Trung Thành, Bùi Việt Dũng, Phùng Văn Phách[18, 2009] đã nghiên cứu và đánh giá các đặc điểm thành phần hạt, quá trình bồi lấp và tích tụ bùn trầm tích, xu thế tích tụ trầm tích trên vùng Đồng Bằng sơng Cửu Long.Nghiên cứu đã cho thấy sự thay đổi về khối lượng trầm tích và sự quan trọng tái sử dụng nguồn nguyên liệu này trong các công tác nạo vét.
Tại hội thảo “Giải pháp tổng hợp để thích ứng với biến đổi khí hậu vùng Đồng Bằng Sơng Cửu Long” tháng 4 năm 2016, ở Thành phố Cần Thơ, đã trình bày các nhu
12
cầu nạo vét Kênh rạch ở ĐBSCL thời gian qua là rất lớn và điều này càng bộc lộ rõ hơn khi khu vực này hứng chịu hạn nghiêm trọng.Việc cần thiết thực hiện mơ hình “ngân hàng đất” được xem là một giải pháp tối ưu, bởi với “ngân hàng đất” ngoài việc cung cấp các giải pháp thi công hiện đại, thì đất được nạo vét sẽ đưa vào “ngân hàng đất” để quản lý, kinh doanh thông qua việc cung ứng cho các dự án cần san lắp.
Các nghiên cứu trong nước cũng đã tổng quát về thành phần, tính chất của bùn thải nạo vét Kênh rạch, sơng ngịi tại Đồng Bằng sơng Cửu Long chủ yếu là thành phần tương tư như vật liệu trầm tích có hàm lượng sét lớn, các giải pháp có thể dùng phương pháp cơ học để tạo sự ổn định tính chất cơ học của vật liệu.