›

Đồ án Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải khu công nghiệp Vĩnh Lộc TP.HCM để phục vụ mục đích năng lượng

pdf 121 trang thiennha21 12/04/2022 8360
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải khu công nghiệp Vĩnh Lộc TP.HCM để phục vụ mục đích năng lượng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_nghien_cuu_tai_su_dung_bun_thai_khu_cong_nghiep_vinh_l.pdf

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải khu công nghiệp Vĩnh Lộc TP.HCM để phục vụ mục đích năng lượng

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI KHU CÔNG NGHIỆP VĨNH LỘC TP.HCM ĐỂ PHỤC VỤ MỤC ĐÍCH NĂNG LƯỢNG. Ngành: MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn : PGS. TS TRƯƠNG THANH CẢNH Sinh viên thực hiện : NGUYỄN DUY TÀI MSSV: 1151080279 Lớp: 11DMT03 TP. Hồ Chí Minh, năm 2015
  2. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng: số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực. Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong khóa luận này ghi rõ nguồn gốc. Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2015. Sinh viên Nguyễn Duy Tài i
  3. LỜI CẢM ƠN Trước tiên, con xin được gửi lời đến ba mẹ yêu thương với lòng biết ơn vô bờ bến. Ba mẹ đã nuôi dưỡng con không quản ngại bao gian khổ từ lúc còn bé thơ cho đến ngày hôm nay. Không những thế, ba mẹ còn là chỗ dựa vững chắc nhất trong cuộc sống của con, luôn dõi theo từng bước chân con đi để ủng hộ, động viên và nâng đỡ cho con mỗi khi vấp ngã. Chính ba mẹ là niềm tin để con có được sức mạnh để vững vàng hơn trên đường đời còn nhiều gian khó. Thời gian bốn năm được học tập tại trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM dù không phải là quá dài song em vô cùng biết ơn quý Thầy Cô khoa Công Nghệ Sinh Học – Thực Phẩm – Môi Trường đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn cho em những kiến thức vô cùng quý báu để làm hành trang bước vào đời. Thầy Cô đã luôn nâng đỡ cho em vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập và làm đồ án tại nhà trường. Một lần nữa em xin được gửi lời biết ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô. Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Trương Thanh Cảnh Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM, người đã tận tình nâng đỡ, hướng dẫn, giúp đỡ em trong việc định hướng đề tài, hỗ trợ các kiến thức, nguồn tài liệu cần thiết, tạo điều kiện tốt nhất cho em tiến hành đề tài và giúp em làm việc nhóm hiệu quả. Em xin cảm ơn các thầy cô trong Phòng thí nghiệm phân tích Môi trường Trường ĐH Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện môi trường thuận lợi, giúp em nghiêm túc trong việc phân tích và tạo ra nguồn số liệu đáng tin cậy. Em xin cảm ơn anh Trần Trọng Khải đã giúp đỡ, chỉ bảo em trong quá trình thực nghiệm, hướng dẫn và cung cấp cho em các kiến thức quan trọng liên quan đến đề tài. Giúp em cải thiện và hoàn thành khóa luận. Xin cảm ơn các bạn trong nhóm Nghiên cứu, đã tận tình cùng thực hiện đề tài một cách nghiêm túc và nhiệt huyết, giải quyết khó khăn khi gặp phải. ii
  4. Xin cảm ơn chú Nguyễn Văn Ba, quản lý cơ sở than tổ ong ở số 144 Ung Văn Khiêm đã tạo điều kiện cho sinh viên thực hiện đề tài, chỉ bảo và truyền đạt các kiến thức thực tế quan trọng, hỗ trợ cho việc hoàn thành đề tài một cách tốt nhất. Em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè luôn là những người động viên giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đồ án. Em xin cảm ơn ! iii
  5. TÓM TẮT Nghiên cứu này nhằm đề xuất xử lý tái chế bùn thải công nghiệp cho mục đích thu hồi năng lượng. Bùn thải được lấy ở nhà máy xử lý nước thải (XLNT) tập trung Khu công nghiệp (KCN) Vĩnh Lộc. Qua kết quả phân tích bùn thải đầu ra do KCN Vĩnh Lộc cung cấp, các thành phần nguy hại đều nằm dưới ngưỡng quy định cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước (QCVN 50:2013/BTNMT), tuy nhiên trong kết quả cho thấy bùn thải đầu ra có chứa nhiều kim loại nặng (Ba: 190 ppm; Pb: 6.54 ppm, ), nếu không có biện pháp xử lý kịp thời sẽ gây ra tồn đọng kim loại nặng gây ảnh hướng xấu đến sức khỏe và môi trường. Đề tài tiến hành nhằm sử dụng bùn thải công nghiệp (CN) cho mục đích tận thu năng lượng (NL), bùn thải được phối trộn với các nhiên liệu khác như: đất sét, than bùn, than cám theo các tỷ lệ khác nhau. Trong đó đất sét là 10%, bùn thải lần lượt là 0%, 5%, 10%, 15% và 20%, tỷ lệ than thay đổi theo hàm lượng bùn (than bùn: than cám) tất cả các tỷ lệ được tính theo vật chất khô để sản xuất ra viên than đốt, viên than sản xuất từ bùn thải được đánh giá khả năng đốt cháy và nhiệt trị, chọn tỷ lệ bùn phối trộn có khả năng cung cấp nhiệt cao và xử lý tối đa hóa lượng bùn. Kết quả nghiên cứu cho thấy để giải thích sự khác nhau này cần tiến hành xác định mối liên hệ của tỷ lệ bùn với các tính chất có trong than (độ ẩm, chất bốc, tro, carbon cố định) và đặc biệt là thông số nhiệt trị dựa vào xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính đơn. Qua kết quả phân tích hồi quy cho thấy bùn tỷ lệ thuận với chất bốc, độ ẩm và nhiệt trị tỷ lệ nghịch với carbon cố định và tro, trong đó bùn ít ảnh hưởng đến sự thay đổi của tro (bùn tăng lên 1% làm hàm lượng tro trong than giảm 0.062%). Kết luận, tỷ lệ bùn phối trộn càng nhiều thì làm cho than có khả năng bén cháy cao và cung cấp được nhiệt lượng lớn. Việc chọn ra tỷ lệ bùn phối trộn nào có đặc tính của nhiên liệu đốt tốt, xác định dựa trên các thông số: thời gian bén cháy, thời gian đun sôi 2 lít nước, thời gian cháy hữu ích và lượng nước đun sôi. Kết quả thực nghiệm cho thấy tỷ lệ bùn iv
  6. 10% là thích hợp nhất, đáp ứng được các thông số đốt và lượng bùn xử lý là tương đối 10%. Kết quả nghiên cứu là thông tin hữu ích cho những nhà chính sách đưa ra các quyết định xử lý bùn thải theo hướng tái chế và là một giải pháp xử lý bùn hiệu quả. Từ khóa: Bùn Thải KCN, Năng lượng, Nhiệt trị, KCN Vĩnh Lộc. v
  7. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC HÌNH ẢNH xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii MỞ ĐẦU 1 1. Lý do tiến hành đề tài 1 2. Tính cấp thiết đề tài 3 3. Mục tiêu nghiên cứu 3 4. Đối tượng nghiên cứu 3 5. Phạm vi nghiên cứu 3 6. Phương pháp nghiên cứu 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5 1.1. Vấn đề bùn thải CN 5 1.2. Bùn thải 6 1.2.1. Khái niệm 6 1.2.2. Nguồn gốc bùn thải 7 1.2.3. Đặc tính của bùn 11 1.2.4. Các phương pháp xử lý và tái chế bùn 12 1.2.5. Các nghiên cứu trong và ngoài nước 14 1.2.6. Sử dụng bùn thải CN cho mục đích tận thu năng lượng 16 1.2.6.1 Cacbon cố định (Fixed carbon) 19 1.2.6.2 Các chất bốc (Volatile matter) 19 1.2.6.3 Hàm lương tro sỉ (Ash) 20 1.2.6.4 Hàm ẩm (Moisture) 20 vi
  8. 1.2.6.5 Nhiệt trị (Heating value) 20 1.3. Giới thiệu KCN Vĩnh Lộc 26 1.3.1 Lịch sử hình thành và phát triển 26 1.3.2 Các loại hình sản xuất trong KCN 27 1.3.3 Nhà máy XLXN tập trung 31 1.3.3.1 Địa điểm xây dựng nhà máy nước thải và nguồn tiếp nhận 31 1.3.3.2 Lĩnh vực hoạt động 31 1.3.3.3 Nguồn gốc nước thải nhà máy 32 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 2.1 Nội dung nghiên cứu 36 2.2 Phương pháp nghiên cứu 36 2.2.1. Phương pháp kế thừa 36 2.2.2. Phương pháp lấy mẫu 36 2.2.3. Phương pháp phân tích mẫu 37 2.2.3.1. Phân tích độ ẩm 37 2.2.3.2. Xác định tro 38 2.2.3.3. Xác định ham lượng chất bốc 39 2.2.4. Phương pháp thực nghiệm 40 2.2.5. Phương pháp thống kê và xử lý xử lý số liệu 43 2.2.5.1. Chương trình Microsoft Exce 43 2.2.5.2. Phần mềm SPSS 43 2.2.6. Phương pháp phân tích SAW (Simple additive weighting) 44 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Tính chất, thành phần bùn KCN Vĩnh Lộc 45 3.1.1 Thành phần của bùn thải 45 3.1.2 Đặc tính hóa lý của bùn 48 3.2 Tính chất nhiên liệu phối trộn (than bùn, than cám, đất sét) 51 3.3 Tiến hành phối trộn 56 3.3.1 Quá trình phối trộn đợt 1 57 vii
  9. 3.3.2. Tỷ lệ phối trộn đợt 2 57 3.3.3 Tỷ lệ phối trộn đợt 3 58 3.4 Kết quả phối trộn 59 3.4.1 Phối trộn Đợt 1 59 3.4.2 Phối trộn đợt 2 59 3.4.3.Phối trộn đợt 3 60 3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ bùn lên đặc tính lý hóa của viên đốt 64 3.6 Nhiệt trị và yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt trị 72 3.6.1 Nhiệt trị 72 3.6.2 Yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt trị 75 3.7 Lựa chọn tỷ lệ phối trộn 78 3.8 So sánh than thị trường 82 3.8.1. Đặc tính lý hóa 82 3.8.2. Giá thị trường. 85 3.9 Nhận xét chung 86 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO viii
  10. DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1 Thành phần của bùn qua các công đoạn xử lý (OTV, 1997) 11 Bảng 1. 2 Đặc tính của bùn thải (Mark Girovich, 1992) 18 Bảng 1. 3 Phân tích tương đối các loại than khác nhau (%) (Chương trình Liên Hợp Quốc, 2006). 19 Bảng 1. 4 Nhiệt trị cao (HHV) của vật liệu (Kiser, JVL và Burton, BK.1992) 21 Bảng 1. 5 Phân tích tương đối các thành phần dễ cháy của chất thải rắn đô thị ở Mỹ(Niessen, W.R. 1977) 22 Bảng 1. 6 Phân tích nguyên tố chính của các thành phần dễ cháy của chất thải rắn đô thị (khô) (Niessen, W.R. 1977) 23 Bảng 1. 7 Nhiệt trị cao của CTR đô thị (MSW) tai các quốc gia (Khan, M.Z.A. and Abu- Ghararah, Z.H., 1991) 25 Bảng 1. 8 Cơ cấu phân bố đất đai xây dựng KCN Vĩnh Lộc (Tài liệu tham khảo từ Nhà Máy XLNT tập trung KCN) 26 Bảng 1. 9 Cơ cấu ngành nghề trong KCN Vĩnh Lộc (Tài liệu tham khảo từ Nhà Máy XLNT tập trung KCN) 27 Bảng 1. 10 Tính chất nước đầu vào (tài liệu tham khảo từ nhà máy xlnt tập trung KCN Vĩnh Lộc) 32 Bảng 2. 1 Các tý lệ phối trộn của các nhiên liệu theo vật chất khô 40 Bảng 3. 1 Kết quả thẩm định bùn thải đầu ra của Trạm XLNT tập trung của KCN Vĩnh Lộc 45 Bảng 3. 2 Hàm lượng các thàn phần nguy hại vô cơ và hữu cơ trong mẫu bùn thải. 46 Bảng 3. 3 Kết quả phân tích phòng thí nghiệm 49 Bảng 3. 4 Tính chất của bùn thải 49 Bảng 3. 5 Tính chất hóa của đất sét 52 Bảng 3.6. Tính chất than cám 52 Bảng 3. 7 Tính chất của than bùn 53 Bảng 3. 8 khối lượng của các nhiên liệu tương ứng với các tỷ lệ phối trộn Đợt 2 58 ix
  11. Bảng 3. 9 Khối lượng của các nhiên liệu tương ứng với các tỷ lệ phối trộn Đợt 3 59 Bảng 3.10. Tính chất của viên đốt theo các công thức khác nhau 61 Bảng 3. 11 Kết quả phân tích hồi quy của Độ ẩm 65 Bảng 3. 12 Kết quả phân tích hồi quy của Chất bốc 66 Bảng 3. 13 Kết quả phân tích hồi quy của Tro 67 Bảng 3. 14: Kết quả phân tích hồi quy của Carbon cố định 68 Bảng 3. 15: Thống kê về Nhiệt trị 73 Bảng 3. 16 Kết quả Kiểm định One-Sample Kolmogorov-Smirnov 73 Bảng 3. 17 Kết quả phân tích hồi quy tuyến tính Nhiệt trị 76 Bảng 3. 18 Kết quả đốt than 79 Bảng 3. 19 Điểm đánh giá của viên đốt theo các tỷ lệ 79 Bảng 3. 20 Xác định trọng số cho các tiêu chí 81 Bảng 3. 21 Tính điểm kết luận cho viên đốt than theo các tỷ lệ khác nhau 82 Bảng 3. 22 Kết quả đốt than thị trường và than thành phẩm 84 x
  12. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 2 Hệ thống XLNT nhà máy nước tập trung KCN Vĩnh Lộc 34 Hình 2. 1 Máy ép than 41 Hình 2. 2 Viên đốt 42 Hình 2. 3 Mô hình đốt than 43 Hình 3. 1 Đặc tính lý hóa của bùn thải 51 Hình 3. 2 Tính chất của các nhiên liệu phối trộn. 54 Hình 3. 3 So sánh tính chất của các nhiên liệu phối trộn 55 Hình 3.4. Sân phơi bùn thải 57 Hình 3. 5 Tính chất của Viên đốt theo các công thức khác nhau 63 Hình 3. 7: Đồ thị phân phối chuẩn của Nhiệt trị 74 Hình 3. 8 Quan hệ tuyến tính giữa Chất bốc và Nhiệt trị 75 Hình 3. 9 Mối quan hệ tuyến tính giữa Tỷ lệ bùn và Nhiệt trị 78 Hình 3. 10 Đặc tính lý hóa Than thành phẩm và Than thị trường 83 xi
  13. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT A: Ash (tro). ASTM: Hiệp hội kiểm nghiệm và Vật liệu. CN: Công nghiệp. NL: Năng lượng. CTNH: Chất thải nguy hại. F/M :tỷ số lượng thức ăn (BOD) MLSS: chỉ số chất rắn lơ lững có trong bùn. FC :Fixed carbon (Carbon cố định). HV :Heat value (Nhiệt trị). KCN: Khu công nghiệp. KCX: Khu chế xuất. M : Moisture (Độ ẩm). MSW: Chất thải rắn đô thị. PAH : Polynuclear aromatic hydrocarbons. QCVN 50:2013/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước. RFD: Nhiên liệu từ phế phẩm. SV/SVI : chỉ tiêu đánh giá khả năng lắng và chất lượng của bùn hoạt tính. TP. HCM: Thành Phố Hồ Chí Minh. V :Volatile matter (Chất bốc). XLNT: Xử lý nước thải. US-EPA: Tiêu chuẩn của Cơ quan bảo vệ Môi trường Mỹ xii
  14. Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU 1. Lý do tiến hành đề tài Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) được xem là một trung tâm kinh tế, tài chính lớn nhất cả nước, có điều kiện phát triển nền kinh tế và được xem là “nơi sinh sống và phát triển” chính điều đó làm TP. Hồ Chí Minh có lượng dân số tập trung cao và xây dựng nhiều khu công nghiệp mới theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. TP.HCM hiện có 11 KCN, 3 KCX hoạt động với tổng diện tích đất quy hoạch KCN-KCX hơn 2.354 ha, hầu hết các KCN này đều có tỷ lệ đất cho thuê từ đất 60% - 100% trên tổng diện tích đất cho thuê. Ngoài ra, có 7 KCN dự kiến thành lập mới, được quy hoạch 1.422 ha. Mục tiêu của các KCN mới là mở rộng thu hút các ngành mũi nhọn theo định hướng phát triển của Thành phố và bảo vệ môi trường như: điện-điện tử, hóa chất, cơ khí và chế biến lương thực-thực phẩm nhằm tạo động lực vững chắc cho Thành phố phát triển. Với số lượng KCN, KCX ở thành phố Hồ Chí Minh, đã thu hút vốn đầu tư trong và ngoài nước, tạo việc làm cho nhiều người lao động, tổng số lao động làm việc tại các KCX, KCN là 255.855 người. Tuy nhiên vấn đề việc hình thành và tập trung các KCN, KCX làm nảy sinh ra nhiều vấn đề môi trường, theo thống kê và dự báo được lượng bùn thải công nghệp phát sinh từ các KCN –KCX, CCN tại TP.HCM: 36,912 tấn/năm 2015 và dự báo đến năm 2020 bùn phát thải lên đến 53,754 tấn/năm và 2025 là 67,641 tấn /năm, trong đó bùn nguy hại chiếm 60% (Nguyễn Văn Phước, 2009). Với số lượng lớn lượng bụn thải phát sinh nhưng hiện nay vẫn chưa có bãi chôn lấp bùn hay nhà máy xử lý bùn thải từ các trạm XLNT tập trung. Bùn thải CN (Công nghiệp) từ các đơn vị thành viên KCN hợp đồng vói các công ty có chức năng xử lý, có thể được xử lý theo nhiều phương pháp khác nhau như: làm phân compost, chôn lấp, thiêu đốt, làm các sản phẩm sinh học (chế phẩm sinh học cho việc cải tạo đất, thuốc trừ sâu sinh học, màng PE, hóa chất keo tụ ), 1
  15. Đồ án tốt nghiệp làm xi măng, .Tuy nhiên, hiện nay phần lớn số lượng bùn thải ở TP.HCM được xử lý theo phương pháp chôn lấp, phương pháp truyền thống này lại có một số nhược điểm cho thấy không phù hợp so với tình hình hiện nay của TP như: diện tích bãi chôn lấp lớn, bùn thải chứa nhiều kim loại nặng chưa được xử lý, nước rỉ rác từ bãi chôn lấp. Việc xử lý bùn không hiệu quả không những gây ô nhiễm môi trường mà còn lãng phí tài nguyên môi trường. Bởi thực tế, sau khi được xử lý hết các thành phần độc hại, bùn thải hoàn toàn có thể được tận dụng làm vật liệu xây dựng (gạch, bê tông) và san nền, làm phân compost, chất hấp phụ. Thành phần nhiệt của các chất rắn có trong nước thải khi sấy khô nằm trong khoảng nhiên liệu chứa cacbon thấp như than bùn hoặc than non. Bùn thải có chứa tỷ lệ phần trăm chất dễ bay hơi và hàm lượng carbon cố định thấp hơn so với than đá, đốt bùn sẽ tạo ra nhiều sự bốc cháy của chất dễ bay hơi bị oxy hóa (European Commission DG Enviroment.2001). Mặc khác viện đốt bùn đảm bảo độ ổn định cao của kim loại nặng trong tro so với trong bùn thải ban đầu. Nên việc tận dụng bùn thải CN cho mục đích tái sinh năng lượng (NL) vừa giải quyết vấn đề môi trường, kinh tế, và phát triển năng lượng bền vững. Khu công nghiệp Vĩnh Lộc được xếp vào loại công nghiệp không gây ô nhiễm (ô nhiễm cấp độ III và IV) như công nghiệp cơ khí, lắp ráp điện tử, may mặc, dệt với lượng bùn thải phát sinh với khối lượng 30 tấn/tháng, ở mức trung bình. Bùn thải CN thường được xử lý chôn lấp, tuy nhiên bùn thải đẩu ra của KCN Vĩnh Lộc có chứa nhiều kim loại nặng ( dưới ngưỡng QCVN 50:2013/BTNMT), vì thế việc sử dụng bùn bón phân cho cây có nguy cơ gây rò rỉ hóa chất từ bùn thải, nếu không xử lý triệt để ô nhiễm bùn thải sẽ dẫn đến ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt, không khí và chuỗi thực. Đồng thời, vấn đề ô nhiễm bùn thải vẫn còn đang là vấn đề mới đối với các cơ quan chức năng thành phố, chưa có cơ sở pháp lý, công tác quản lý và sự quan tâm đúng mức cả về quy định thải bỏ cũng như hướng dẫn xử lý và tận dùng nguồn bùn thải này. Từ thực trạng trên, để giải quyết vấn đề cũng như đáp ứng yêu cầu 2
  16. Đồ án tốt nghiệp thực tiễn, sinh viên tiến hành đề tài: “Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải khu công nghiệp Vĩnh Lộc thành phố Hồ Chí Minh để phục vụ mục đích năng lượng ”. 2. Tính cấp thiết đề tài Ý nghĩa khoa học Đề tài giúp bổ sung thêm nguồn tài liệu về việc xử lý bùn thải công nghiệp phát sinh tại các nhà máy xử lý nước thải tập trung của KCN cũng như việc giảm tác động của việc chôn lắp chất thải đến môi trường đất. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài nghiên cứu này sẽ giúp xử lý lượng bùn thải công nghiệp phát sinh, làm giảm việc chôn lấp bùn thải vào đất, từ đó sẽ làm giảm tác động đến môi trường. Hơn nữa, đề tài còn có thể giải quyết được nhu cầu về năng lượng nhiệt cho các cơ sở sản xuất. 3. Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát thành phần bùn thải CN nhằm đánh giá khả năng đôt cháy và sinh NL của bùn thải CN sau xử lý của nhà máy XLNT tập trung của KCN Vĩnh Lộc. Phối trộn bùn thải CN với các nhiên liệu khác như than bùn, than cám và đất sét để sản xuất các viên than đốt. Khảo sát khả năng đốt cháy và nhiệt trị của viên đốt. Đánh giá khả năng tái chế và sử dụng bùn thải khu công nghiệp cho mục đích thu hồi năng lượng. 4. Đối tượng nghiên cứu Bùn thải khu công nghiệp Vĩnh Lộc TP.HCM. 5. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi về nội dung: thu thập các thông số đầu ra của bùn thải KCN Vĩnh Lộc, kết quả phân tích dữ liệu các chỉ tiêu (đặc tính lý hóa) của nhiên liệu đốt để xét khả năng đốt của nhiên liệu, đánh giá được mức độ ảnh hưởng của bùn thải dựa vào việc xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính để xác định mối liên hệ giữa bùn thải và các chỉ tiêu của nhiên liệu đốt, sẽ được trình bày rõ trong phần kết quả và thảo luận. Xác định được tỷ lệ bùn nào thích hợp để phối trộn. 3
  17. Đồ án tốt nghiệp Phạm vi về không gian: bùn thải được lấy từ Nhà máy XLNT tập trung của KCN Vĩnh Lộc, và mẫu được tiến hành phân tích ở PTN ĐH QG Khoa Học Tự Nhiên. Giai đoạn phối trộn và đốt được tiến hành ở trong khu vực nội thành. Phạm vi về thời gian: Tiến hành lấy mẫu và phân tích mẫu trong 5 tháng, từ tháng 3 đến tháng 7/2015. 6. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp kế thừa. Phương pháp lấy mẫu. Phương pháp phân tích mẫu . Phương pháp thực nghiệm. Phương Pháp thống kê và xử lý số liệu. Phương pháp phân tích SAW (Simplie additive weighting). 4
  18. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Vấn đề bùn thải CN Về công nghệ xử lý bùn thải, hiện nay trên thế giới đang sử dụng nhiều công nghệ để xử lý bùn thải. Việc xử lý kết hợp bùn thải từ bể tự hoại với bùn thải từ hệ thống thoát nước cũng đã và đang thực hiện ở một số nước châu Á, châu Phi hoặc tại một số nước phát triển toàn bộ chất thải bỏ từ hệ thống thoát nước và các công trình vệ sinh được tập trung về nhà máy xử lý nước thải để xử lý. Tuy nhiên việc xây dựng và vận hành hệ thống xử lý này tốn kém và yêu cầu trình độ quản lý cao. Ở Việt nam bước đầu đã áp dụng một số công nghệ xử lý bùn thải chi phí thấp. Nhiều sản phẩm được sản xuất ra từ bùn thải ví dụ sử dụng làm vật liệu xây dựng, sử dụng trong nông nghiệp và trồng trọt (phân bón), ngoài ra việc tái sử dụng bùn thải nhằm tiết kiệm năng lượng được tận thu từ quá trình xử lý bùn thải cũng đang được quan tâm . tuy nhiên việc lựa chọn công nghệ nào cho phù hợp, các sản phẩm sản xuất từ bùn thải phải đáp ứng các yêu cầu gì, tuân thủ theo tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật nào và chi phí xử lý là bao nhiêu hiện đang còn để ngỏ ? TPHCM hiện nay vẫn chưa có bãi chôn bùn hay nhà máy xử lý bùn thải từ Trạm XLNT tập trung hay từ các trạm XLNT cục bộ của mỗi doanh nghiệp, bùn thải được đổ khắp nơi có thể, chủ yếu tập trung ở ngoại thành như huyện Bình Chánh, Hóc Môn, Cần Giờ, Củ Chi, quận 9, Thủ Đức Vừa qua, bổ sung thêm bãi đổ ở Q.Bình Tân song vị trí này cũng sẽ sớm quá tải trong thời gian tới. Theo kết quả khảo sát cho thấy, hầu hết bùn thải của các Trạm XLNT tập trung không được coi là CTNH và không được xử lý đúng cách. Hiện nay, không có tiêu chuẩn để phân loại bùn thải (ví dụ như bùn sinh hoạt hay bùn công nghiệp và bùn nguy hại) cũng như chưa có những quy định cụ thể về việc thải bỏ bùn. Quản lý bùn tại các nhà máy xử lý nước thải tập trung. Hầu hết bùn được ép hoặc phơi khô và sau đó bón trực tiếp cho cây xanh trong phạm vi KCN (Lê Minh Xuân), ủ tại chổ làm phân compost (Vĩnh Lộc), bán cho cơ sở làm phân vi sinh (Tân Tạo) hoặc giao cho một số đơn vị xử lý (Bình Chiểu, Tân Bình, Tân Thuận). Trong thời gian qua, 5
  19. Đồ án tốt nghiệp bùn cũng chưa được giám sát chất lượng theo qui định. Vì thế, nguy cơ rò rỉ các chất độc hại trong bùn thải đến nước ngầm, nước mặt và lan truyền vào môi trường có thể xảy ra. Việc xác định bùn thải từ quá trình xử lý nước có phải là bùn thải nguy hại hay không rất quan trọng. Để nâng cao ý thức bảo vệ môi trường vì một môi trường xanh-sạch-đẹp, Bộ Tài nguyên Môi trường đã ban hành QCVN 50:2013/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về bùn thải từ quá trình xử lý nước, được xây dựng dựa trên QCVN 07:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại; Tổng cục Môi trường, Vụ Khoa học và Công nghệ, Vụ Pháp chế trình duyệt và được ban hành theo Thông tư số 32/2013/TT-BTNMT ngày 25 tháng 10 năm 2013 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường. Đặc biệt trong Nghị định số 80/2014/NĐ-CP ngày 6/8/2014 của Chính phủ về Thoát nước và xử lý nước thải đã có một số điều quy định chi tiết về quản lý bùn thải từ hệ thống thoát nước; quản lý bùn thải từ bể tự hoại cũng như các quy định về tái sử dụng bùn thải. Tuy nhiên nhiều vấn đề còn thiếu cần phải được tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện đó là: Cụ thể hóa các tiêu chí lựa chọn công nghệ xử lý bùn thải; Các quy chuẩn ký thuật liên quan trực tiếp đến bùn thải (kể cả sản phẩm được sản xuất, tái sử dụng bùn thải ); Các cơ chế, chính sách ưu đãi, hỗ trợ ; Các chỉ tiêu và các định mức kinh tế, kỹ thuật cho thu gom, vận chuyển, xử lý bùn thải; Các vấn đề liên quan đến đầu tư, tài chính (giá xử lý, chi phí quản lý, khai thác, vận hành ). 1.2. Bùn thải 1.2.1. Khái niệm Ngoài nước sau xử lý, các sản phẩm phụ chủ yếu của cơ sở xử lý nước ( nước sinh hoạt, nước sử dụng cho sinh hoạt, nước thải công nghiệp) là chất rắn còn lại gọi là bùn thải công nghiệp. Chúng còn được gọi là chất rắn sinh học, là dạng lơ lững của chất rắn lắng ở dưới cùng của bể và hồ chứa trong quá trình xử lý nước (Halcyon Technologies, Llc 2002). 6
  20. Đồ án tốt nghiệp Bùn thải CN là một lượng rắn dư có nguồn gốc chủ yếu từ các nhà máy XLNT KCN tập trung và chúng là một phụ phẩm không thể tránh khỏi (Oleszkiewicz, JA and DS Mavinic. 2001). Do các quá trình vật lý-hóa học diễn ra trong quy trình xử lý, nên bùn có khuynh hướng tập trung các kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ phân hủy sinh học có vi lượng kém và VSV gây bệnh như: virut, vi khuẩn, trong bùn CN chứa nhiều chất dinh dưỡng như nito, phospho và các chất hữu cơ khác. 1.2.2. Nguồn gốc bùn thải Bùn có nguồn gốc từ việc xử lý nước thải đô thị, bao gồm nước thải sinh hoạt hoặc trong hỗn hợp nước thải sinh hoạt hoặc nước mưa chảy tràn. Bùn thải từ xử lý nước dùng cho sinh hoạt (nước được sử dụng trước khi dùng), lượng bùn tạo ra thấp hơn so với xử lý nước thải. Bùn có nguồn gốc từ việc xử lý nước thải công nghiệp. Các đặc tính của bùn phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào cần xử lý và cũng dựa vào kỹ thuật xử lý. Tuy nhiên việc xử lý nước thải ô nhiễm tập trung (nước thải CN) làm cho bùn có chứa các chất khác nhau. Một số hợp chất có thể được tái sử dụng một cách hữu ích (vật chất hữu cơ, nito, photpho, kali, canxi,vv) trong khi các hợp chất khác là chất gây ô nhiễm (như kim loại nặng, các chất ô nhiễm hữu cơ và các mầm bệnh). 7
  21. Đồ án tốt nghiệp  Theo quy trình XLNT Bùn thải thường được chia ra làm 2 cấp, bùn thải từ các nhà máy xử lý nước thải thông thường (HTXLNT) là bùn sơ cấp, bùn này được hình thành ở bể lắng 1 thành phần chủ yếu là cát sạn; và bùn được tạo ra trong quá trình xử lý hóa học gọi là bùn thứ cấp, bùn này tạo thành từ các quá trình xử lý sinh học và hóa học được hình thảnh ở bể lắng 2. Đây là loại bùn có khả năng phân hủy cao, chứa nhiều chất hữ cơ có khả năng tái sinh năng lượng. Mỗi quy trình xử lý nước tác động khác nhau đến hàm lượng ô nhiễm trong nước (European Commission DG Environment .2001) Thu gom Tiền Bể Lắng Xử lý Lắng Xử lý N nước xử lý điều 1 sinh 2 và P thải hòa học Cặn Bùn Bùn Bùn lắng lắng 1 2 Bùn hỗn hợp Xử lý bùn Bùn lỏng Hình 1. 1 Sơ đồ xử lý nước thải (European Commission DG Enviroment, 2011)  Bùn cấp 1 (Sơ cấp-Primary sludge) Bùn sơ cấp phát sinh từ quá trình xử lý sơ bộ bao hồm các công đoạn lắng sơ bộ, xử lý hóa lý để khử các chất lơ lửng. Phương pháp xử lý thông thường là lắng. Lắng là phương pháp tách các chất rắn lơ lững trong nước thải dưới tác dụng của trọng lực. Lắng luôn được coi là công đoạn xử lý đầu tiên loại bỏ một phần các chất 8
  22. Đồ án tốt nghiệp rắn, tránh các ảnh hưởng không tốt đến hoạt động của hệ thống sinh học nối tiếp. Phương pháp lắng khá đơn giản, hiệu quả và chi phí thấp. Một biện pháp xử lý khác là tuyển nổi, không khí được đưa vào nước thải sau đó đẩy lên bề mặt và chất thải được tách bằng việc hớt váng bọt nổi lên, trong giai đoạn xử lý cơ học, 50-70% chất rắn lơ lửng và 25-40% BOD5 có thể được loại bỏ.  Bùn cấp 2 (Thứ cấp-Secondary sludge) Bùn thứ cấp được gọi là bùn sinh học, sinh ra nhờ vào quá trình sử dụng, phân hủy cơ chất dưới tác dụng của vi khuẩn. Có nhiều công nghệ khác nhau phát sinh bùn thứ cấp như: hồ sinh học, lọc sinh học, bùn hoạt tính, dĩa quay sinh học cũng như các quá trình lọc sinh học. Trong phương pháp bùn hoạt tính, vi khuẩn được giữ lơ lững trong điều kiện sục khí. Vào cuối quá trình xử lý, nước và bùn đươc phân tách nhờ công đoạn lắng. Bùn thứ cấp có hàm lượng rắn chiếm 0.4-0.5%  Bùn cấp 3 (Bùn qua giai đoạn xử lý nâng cao-Tertiary sludge) Bùn được tạo ra khi tiến hành xử lý nâng cao, là một quá trình bổ sung để xử lý thứ cấp và được thiết kế để loại bỏ các chất dinh dưỡng còn lại không mong muốn (nito và photpho) thông qua vi khuẩn và quá trình hóa học. Việc loại bỏ photpho bằng cách sử dụng các quá trình hóa học hoặc phương pháp xử lý sinh học, quá trình hóa học bao gồm kết tủa sử dụng các chất phụ gia, việc loại bỏ vật lý-hóa học của photpho làm tăng hàm lượng bùn phát sinh (30%) do bùn hoạt tính.  Bùn hóa học (Chemical Sludge) Phát sinh do quá trình keo tụ, loại bỏ P, độ màu và các chất lơ lững trong thành phần nước thải. Thành phần bùn thải chứa vôi, nhôm, clorua sắt, polymer và một số hóa chất kiểm.  Bùn hỗn hợp (Mixed sludge) Tất cả các loại bùn trên có thể thu gom chung thành bùn hỗn hợp chuẩn bị cho khâu xử lý tiếp theo.  Bùn đã phân hủy (Digested sludge) Sau khi thu và tách bùn từ quá trình xử lý nước thải, hàm lượng độ ẩm trong bùn cao và bùn có mùi hôi thối, bùn cần phải được xử lý để làm giảm nồng độ nước, 9
  23. Đồ án tốt nghiệp ổn định các chất hữu cơ và giảm sự phát sinh mùi, giảm nồng độ mầm bệnh và hàm lượng nước trong bùn giảm làm cho khối lượng bùn giảm Bùn này được gọi la bùn đã qua phân hủy.  Theo thành phần Bùn thải sinh học: Có mùi hôi thối song không độc hại. Có thể dùng để sản xuất phân hữu cơ bằng cách cho thêm vôi bột để khử chua; than bùn; cấy vi sinh, dùng chế phẩm EM để khử mùi sẽ thành phân hữu cơ tổng hợp. Trong đó, bùn thải chiếm 70%. Giá thành rẻ, chất lượng không thua kém các loại phân hữu cơ bán trên thị trường. Bùn thải công nghiệp không độc hại: Không cần xử lý, có thể sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau. Bùn thải công nghiệp nguy hại: Có chứa các kim loại nặng như: Cu, Mn, Zn, Ni, Cd, Pb, Hg, Se, Al, As nhất thiết phải được xử lý trước khi thải ra môi trường, nếu không sẽ gây nên hiểm họa. 10
  24. Đồ án tốt nghiệp 1.2.3. Đặc tính của bùn Có ba hình thức của bùn, tùy thuộc vào mức độ xử lý nước, mà có thể được sử dụng trong việc đồng xử lý: Bùn lỏng, trong đó có trọng lượng khô từ 3-6% tính theo trọng lượng và được tạo ra trong bể lắng và các bể chứa. Bánh bùn sản xuất bởi các cơ học tách nước từ bùn lỏng, trong đó có trọng lượng khô nằm trong khoảng 15-30%. Bùn sấy khô, trọng lượng khô lớn hơn 90%, được sản xuất từ quá trình sấy nhiệt. Thành phần bùn KCN phụ thuộc vào thành phần các chất ô nhiễm của nước thải và công nghệ xử lý. Bùn thải chứa nhiều thành phần khác nhau ở dạng lơ lửng và hòa tan. Các thành phần hữu cơ, nitơ, photpho, kali, canxi. Còn các thành phần nguy hại nhiễm kim loại nặng, chất ô nhiễm hữu cơ, vi khuẩn gây bệnh. Bảng 1. 2 Thành phần của bùn qua các công đoạn xử lý (OTV, 1997) Thông số Đơn vị A B1 B2 C D pH - 6 7 7 6.5 7 C %VM 51.5 52.5 53 51 49 H %VM 7 6 6.7 7.4 7.7 O %VM 35.5 33 33 33 35 N %VM 4.5 7.5 6.3 7.1 6.2 S %VM 1.5 1 1 1.5 2.1 C/N - 11.4 7 8.7 7.2 7.9 P %DM 2 2 2 2 2 Cl %DM 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 K %DM 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 Al %DM 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 Ca %DM 10 10 10 10 10 Fe %DM 2 2 2 2 2 11
  25. Đồ án tốt nghiệp Mg %DM 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 Chất béo %DM 18 8 10 14 10 Protein %DM 24 36 34 30 18 Chất xơ %DM 16 7 10 13 10 Ghi chú: A: bùn từ bể lắng 1 B1: bùn hoạt tính từ bể lắng 2 B2: bùn sinh học từ quá trình lọc C: bùn hỗ hợp (A và B2) D: bùn lỏng từ các thệ thống xử lý bùn 1.2.4. Các phương pháp xử lý và tái chế bùn  Ứng dụng làm đất hoặc cải tạo bón phân cho đất Bùn được sử dụng để bón cho đất nhằm cải thiện chất lượng đất trồng do bùn có thành phần cao và khả năng trao đổi cation, giữ nước, thấm nước, giúp trồng trọt tốt và giúp đất thoáng khí. Bùn đồng thời giúp cây trồng phát triển thông qua việc cung cấp chất dinh dưỡng như Nitơ, Phốtpho, Kali, Sắt, Kẽm, Mangan, vv Hơn nữa, các chất dinh dưỡng trong bùn có thể thay thế được các loại phân bón hóa học đắt tiền. Tuy nhiên, tùy theo thành phần của bùn cần phải loại bỏ các yếu tố độc hại (ví dụ như kim loại nặng) có trong bùn trƣớc khi sử dụng. Mặc dù ứng dụng đất của bùn có thể cải thiện về căn bản khả năng sản xuất của đất, và cũng tiêu biểu cho lựa chọn khả thi về kỹ thuật và rẻ tiền cho nhiều quốc gia nhưng nó có giới hạn và rủi ro. Mùi là vấn đề gây phiền toái nhất cho những người láng giềng của các hộ nông dân ứng dụng bùn. Hơn nữa, nếu bùn được bón bằng kĩ thuật không đúng cách, các chất ô nhiễm (các nguyên tố dạng vết hoặc hóa chất hữu cơ) và vi trùng (vi rút, vi khuẩn hoặc ký sinh trùng) trong bùn có thể gây ô nhiễm phát tán vào môi trường, vụ mùa, cây trồng vật nuôi và cho cả con người.  Sản xuất gạch 12
  26. Đồ án tốt nghiệp Trong vòng 15 năm qua, có rất nhiều kỹ thuật mới ra đời nhằm tái sử dụng bùn đô thị. Trong đó, việc sản xuất gạch là một ý tưởng khá hấp dẫn bởi quá trình vận hành đơn giản và thị trường rộng lớn (Okuno và Takahashi, 1997),(Hara và Mino, 2008). Ứng dụng này được phát triển ở Nhật Bản với nguyên liệu từ 100% tro của quá trình đốt bùn, hoàn toàn không có chất phụ gia. Hơn nữa, theo Okuno và Takahashi (1997), không có kim loại nặng nào thất thoát khỏi gạch, cho dù pH giảm xuống đến 3. Tuy nhiên, gạch sản xuất từ bùn thường có giá thành cao hơn gạch thông thường, và do vậy thị trường tiêu thụ bị hạn hẹp. Do đó, một giải pháp mà các nhà khoa học Nhật Bản hướng đến đó là việc sử dụng bùn như một dạng nguyên liệu thô để sản xuất xi măng Portland (Taruya và cộng sự, 2002). Tác giả khẳng định rằng dùng bùn thô sẽ hiệu quả hơn dùng tro của bùn hoặc bùn khô.  Phương pháp đốt Đốt bùn thải làm giảm thể tích cần thải bỏ, loại bỏ hoàn toàn mầm bệnh, phân hủy hầu hết chất hữu cơ và thu hồi một phần nhiệt lượng của bùn thải. Tro còn lại ở dạng ổn định, tương đối trơ, và thành phần vô cơ chỉ còn 10 -20% thể tích bùn ban đầu. Hầu hết kim loại thông thường đều tập trung trong tro (hàm lượng tăng từ 5 đến 10 lần). Tro thường được chôn lấp hoặc làm nguyên liệu cho ngành xây dựng. Khi đốt bùn sẽ phát sinh khí CO2 và một số thành phần ô nhiễm như Cd, Hg, Pb, dioxin. Hệ thống đốt là hệ thống phức tạp để loại bỏ thành phần tro và ô nhiễm bay hơi. Nó là một trong những nguyên nhân làm cho đốt bùn trở nên tốn kém, hơn nữa không tận dụng thành phần hữu cơ và dinh dưỡng của bùn. Đốt bùn đòi hỏi phải tính toán cẩn thận về kinh tế, có thể áp dụng khi khoảng cách đến vùng đất nông nghiệp hay bãi chôn lấp xa. Xử lý bằng nhiệt cho nên áp dụng đối với bùn không có giá trị tái sử dụng. Những thuận lợi khi áp dụng quá trình đốt: giảm thể tích và khối lượng bùn thải, phá hủy hoàn toàn thành phần chất độc hữu cơ và tạo ra năng lượng. Vận hành tốt đòi hỏi phải có thiết bị và dụng cụ dự phòng, bao gồm cả hệ thống tiếp nhận và lưu trữ, thiết bị xử lý sơ bộ, hệ thống làm sạch khí gas, tái sử dụng nhiệt, thu gom tro, hệ thống loại bỏ nước thải và quan trắc. Một số điều kiện áp dụng hệ thống đốt (Nguyễn Văn Phước.2009): 13
  27. Đồ án tốt nghiệp - Thành phần tro và xỉ có TOC phải ít hơn 3%, và ít hơn 5% so với trọng lượng bùn khô. - Khí thải từ quá trình đốt phải đạt tiêu chuẩn môi trường quy định. - Nhiệt độ của quá trình > 8500C (đạt đến 1.1000C với thành phần bùn thải có trên 1% halogen hữu cơ). 1.2.5. Các nghiên cứu trong và ngoài nước  Các nghiên cứu trong nước. Theo Nghiên cứu sử dụng bùn thải đô thị làm phân bón của Đỗ Thủy Tiên, hàm lượng chất hữu cơ và hàm lượng các chất dinh dưỡng Nts, Pts, và Kts trong các mẫu bùn thải đô thị đa số ở mức khá khi sử dụng làm phân bón (% Chất hữu cơ (CHO) >8%, Nts >0,3%, Pts >0,46%, Kts >0,24%), bùn thải ủ kỵ khí với chế phẩm EM có hàm lượng các chất dinh dưỡng cao, giá trị pH của phân bùn được sử dụng trong phòng thí nghiệm trước và sau khi ủ đều ổn định và ở mức trung tính. Hàm lượng CHO trước và sau khi ủ cao (đạt giá trị cao nhất là 24,96%, sau khi ủ 30 ngày), tỷ lệ bổ sung phân bùn ở các mức khác nhau đều ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của rau cải. Hàm lượng các kim loại nặng (Cu, Zn, Cd, Pb) trong đất sau trồng rau đều nằm trong giới hạn QCVN 03:2008/BTNMT, đối với đất nông nghiệp ngoại trừ hàm lượng Cd và các mẫu rau thu hoạch đều là rau an toàn. Hàm lượng các kim loại nặng (Cu, Zn Cd, Pb) trong rau đều nằm trong giới hạn cho phép QCVN 8-2:20/BYT. Xử lý và tận dụng bùn cặn thải từ hệ thống xử lý mạ điện, tận dụng bùn thải đã xử lý trong sản xuất gốm được thực hiện bởi Trần Yêm và các Cộng sự.2010, quá trình mạ đã tạo ra một lượng lớn nước thải, mà việc xử ly nó cũng hình thành một khối lượng không nhỏ bùn thải, bùn thải từ việc xử lý nước thải (thường là ép khung bản nước thải) chứa hợp chất các kim loại kết tủa như (Cr, Ni, Fe ) và các hợp chất hữu cơ phân hủy, xây dựng mô hình thử nghiệm (Pilot) và qui trình công nghệ tận dụng bùn thải đã xử lý cho sản xuất gốm xứ và vật liêu xây dựng. Các kết quả thử nghiệm độ an toàn của gạch (tận dụng bùn thải để sản xuất) bằng đánh giá sự rò rỉ của kim loại của kim loại có trong bùn theo phương pháp Tiêu chuẩn của 14
  28. Đồ án tốt nghiệp Cơ quan bảo vệ Môi trường Mỹ (US-EPA) cho thấy các sản phẩm hoàn toàn an toàn với môi trường. Nước ngâm sản phẩm có nồng độ các kim loại thấp hơn nhiều so với QCVN 24/2009 của Bộ Tài nguyên Môi trường.  Các nghiên cứu ngoài nước.  Các nghiên cứu Theo báo cáo “các doanh nghiệp phải vật lộn để thu lợi từ bùn thải”.Catherine Price, một công ty sản xuất kính có tên là Minergy, bùn được đốt hoàn toàn ở nhiệt độ cao để tạo ra một nhiên liệu được sử dụng trong nhiều loại vật liệu xây dựng. Kính Barb Scheiber từ một công ty có tên là Minergy, hiện công nghệ đang được sử dụng trong một nhà máy vệ sinh ở huyện Bắc Shore tại Illinois đã giành một giải thưởng sáng tạo 2008 Dự án lớn toàn cầu. Công nghệ Minergy sử dụng bùn như là một dạng năng lượng tái chế chính bùn: bùn khô được đốt cháy trước, để tạo ra nhiệt độ rất cao khoảng 2400-2700 oF, cho rằng các khoáng chất thường sẽ bi xử lý như tro bị tan chảy vào thủy tinh nóng chảy. Khi chất lỏng này được đưa vào trong nước lạnh, nó vị vỡ, tạo rá các mảnh vỡ màu đen. Nó như thể là bùn có thể tự cháy toàn hoàn, để hạn chế sự còn sót lại của tro. Các kết quả tổng hợp này có thể được sử dụng trong việc sản xuất nhiều vật loại xây dựng (gạch men, bê tông, nhựa đường ). Trong một nghiên cứu xử lý đồng đốt bùn (chất thải )thành năng lượng được chuẩn bị bởi Công nghệ Halcyon (2002), quy trình kỹ thuật điển hình là để tách nước hoặc làm khô bùn, và sau đó, trộn bùn trong hố hoặc phễu nhiên liệu rác, mối quan tâm liên quan đến hoạt động đồng đốt bánh bùn là kích thước hạt. Kể từ khi hệ thống vỉ lò có thời gian cư trú hữu hạn, khối lượng lớn bánh sẽ không cháy hết. Các bề mặt bên ngoài của khối lượng bánh sẽ đốt cháy rồi đông cứng lại dẫn đến cháy chưa hoàn toàn. Do hàm lượng nước của bùn lỏng cao, nhiệt bên ngoài là cần thiết cho quá trình đốt cháy hoàn toàn. như bùn lỏng được thêm vào nhiên liệu, tốc độ cháy của rác thải phải được tăng lên để duy trì sản lượng hơi nước đã chọn. Ngoài ra, các tổn thất nhiệt do nước bốc hơi phải được cung cấp bằng cách cho thêm nhiên liệu hơn, giới hạn thực tế của lượng nước có thể được thêm vào là gấp hai lần- khả 15
  29. Đồ án tốt nghiệp năng duy trì sự cháy tốt trong lò và các tác động chung của khối lượng khí đốt tăng truyền qua hệ thống, đặc biệt là qua các quạt. Các cơ sở ECO-Springfield đã được đồng đốt bùn lỏng với lò đốt MSW kể từ tháng Chín năm 2001. đang xử lý bùn lỏng với nồng độ 5% chất rắn với tốc độ 2.500 gallon / ngày. Ở phía bắc nước Mỹ, nhà máy thoát nước lớn ở St Paul sử dụng chuyển đổi bùn thải (chất rắn sinh học) để làm nóng máy thoát nước, tiết kiệm rất nhiều năng lượng, rẻ hơn, an toàn hơn và thân thiện với môi trường hơn so với việc tái chế bùn thải sử dụng cho mục đích nông nghiệp. Theo báo cáo “ Xử lý bùn thải đốt, không tái chế” được đăng bởi Linda Dailey Paulson (2013) kim loại trong bùn có thể được loại bỏ một phần, sử dụng các quá trình lý hóa học khác nhau (trao đổi ion, thẩm thấu ngược, vv) cũng như những công nghệ sinh học. Tuy nhiên việc áp dụng phương pháp này, nồng độ kim loại trong bùn thải vẫn còn cao. Trong việc tận dụng nhiệt của bùn thải do đốt, sản phẩm cuối cùng của bùn là bao gồm khí thải sạch chất rắn khoáng (tro, tro bay) có chứa hầu hết các nguyên tố kim loại từ bùn Theo kết quả nghiêu cứu “Kiểm tra thử nghiệm trên các quá trình đốt cháy của bùn thải từ một nhà máy xử lý nước thải đô thị” Witold ŻUKOWSKI 2004. được thực hiện bằng cách sử dụng một phòng thí nghiệm ở quy mô lò đốt tầng sôi 5 KW (Baron J và các CS,2002).Nó bao gồm một phần hình trụ của một ống thạch anh, đường kính 400 mm và 98 mm, đặt trên một tấm phẳng phân phối làm bằng thép Cr-Ni, với các lỗ đồng đều chiếm 1,8% tổng diện tích. Nhiên liệu rắn được thêm từ trên, từ một trung chuyển đĩa. Một ngọn lửa nhỏ hướng trực tiếp xuống được sử dụng để đánh lửa. Khí đốt tự nhiên bắt đầu được cho vào buồng đốt, bằng nền cát, sau khi có nhiệt độ mong muốn máng bùn bắt đầu cháy và việc cung cấp nguồn khí đốt giảm, cho đến khi thay thế nhiên liệu được hoàn thành. 1.2.6. Sử dụng bùn thải CN cho mục đích tận thu năng lượng Việc đốt chất thải rắn chỉ sản sinh ra khoảng 25% năng lượng trên mỗi tỷ lệ phần trăm thành phần, kết quả của việc đốt các nhiêu liệu hóa thạch. Tuy vậy nguồn 16
  30. Đồ án tốt nghiệp thu từ việc bán nguồn năng lượng có thể làm giảm đáng kể chi phí đốt (Charles R.Rhyner). Đốt là cháy có kiểm soát các chất thải ở nhiệt độ cao trong một cơ sở được thiết kế để đốt cháy hiệu quả và đầy đủ, theo định nghĩa, đốt cháy hoàn toàn liên quan đến việc chuyển đổi tất cả carbon dioxide carbon, hydro với nước, và lưu huỳnh thành sulfur dioxide, các sản phẩm của quá trình đốt là tro, khí, và năng lượng nhiệt. chất thải được đốt cháy do một hoặc nhiều trong những lý do sau đây: giảm thể tích, phá hủy các hóa chất hoặc làm thay đổi đặc tính hóa học nhất định, phá hủy các tác nhân gây bệnh, hoặc phục hồi năng lượng. Đối với bánh bùn thải, tỷ lệ phù hợp với quá trình đốt là 10 phần bùn khô và 1 phần bùn ướt còn đối với bùn lỏng, tỷ lệ đốt được đề nghị là một tỷ lệ 12 phần chất thải rắn đối với một phần bùn lỏng. (Halcyon Technologies, Llc 2002). Việc đốt bùn ở nhiệt độ cao giúp tiêu hủy các mầm bệnh và các chất hữu cơ độc hại với hàm lượng thấp (tro chiếm khoảng 1% khối lượng bùn lỏng), số lượng gia tăng của tro sản xuất với đồng thải sẽ là một tỷ lệ rất nhỏ trong tổng số. Thành phần nhiệt của các chất rắn có trong nước thải khi sấy khô nằm trong khoảng nhiên liệu chứa cacbon thấp như than bùn hoặc than non. Bùn thải có chứa tỷ lệ phần trăm chất dễ bay hơi và hàm lượng carbon cố định thấp hơn so với than đá, đốt bùn sẽ tạo ra nhiều sự bốc cháy của chất dễ bay hơi bị oxy hóa. Bảng cung cấp phân tích các giả định cuối cùng và gần đúng, cũng như tính toán nhiệt trị trong báo cáo này. 17
  31. Đồ án tốt nghiệp Bảng 1. 3 Đặc tính của bùn thải (Mark Girovich, 1992) Khả năng Chất Phân tích tuyệt đối Ref.RDF Ref.MSW cháy rắn khô Bùn Bánh bùn lỏng C 57 34.2 1.7 8.6 34.7 30.8 H 7 4.2 0.2 1.1 4.1 4.1 O 30 18.0 0.9 4.5 23.5 25.9 N 5 3.0 0.2 0.8 0.5 0.6 S 1 0.6 0.0 0.2 0.23 0.1 Ash - 40.0 2.0 10.0 14.0 20.1 Water - - 95.0 75.0 23.0 18.4 Total 100 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 HHV 10,300 6,200 200 1,250 5,785 5,000 LHV 9,632  Tính chất của nhiên liệu đốt. Có hai phương pháp phân tích nhiên liệu: phân tích tuyệt đối và phân tích tương đối. Phân tích tuyệt đối xác định tất cả các thành phần nguyên tố của nhiên liệu, còn phân tích tương đối chỉ xác định Carbon cố định, các chất bốc, độ ẩm và phần trăm tro xỉ. Phân tích tuyệt đối được thực hiện trong phòng thí nghiệm trang bị đầy đủ bởi các nhà phân tích giỏi, còn phân tích tương đối được thực thực bằng dụng cụ đơn giản. Trong báo cáo này, sinh viên tiến hành phân tích tương đối các thành phần của nhiên liệu dễ cháy bao gồm phần trăm khối lượng của carbon cố định, chất bốc, tro xỉ và hàm lượng ẩm. Khối lượng carbon cố định và chất bốc đóng góp trực tiếp vào nhiệt trị của than. Carbon cố định đóng vai trò là yếu tố tạo nhiệt chính trong quá trình cháy. Hàm lượng chất bốc cao có nghĩa là nhiên liệu dễ bắt lửa. Hàm 18
  32. Đồ án tốt nghiệp lượng tro xỉ cũng rất quan trọng đối với thiết kế của ghi lò, thể tích đôt, thiết bị kiểm soát ô nhiễm và thiết bị xử lý tro xỉ của lò đốt. Phân tích đương đối được chỉ rõ trong việc phân tích các loại than khác nhau trong bảng 1.4. Bảng 1. 4 Phân tích tương đối các loại than khác nhau (%) (Chương trình Liên Hợp Quốc, 2006). Thông số Than Than Ấn Than Than Nam Phi Việt Độ Indonesia Nam Độ ẩm (%) 1.6 5,98 9,43 8,5 Tro xỉ (%) 34.6 38,63 13,99 17 Chất bốc (%) 18.0 20,70 29,79 23,28 Cacbon cố định 34,69 46,79 51,22 46.0 (%) 1.2.6.1 Cacbon cố định (Fixed carbon) Cacbon cố định là nhiên liệu rắn còn lại trong lò sau khi các chất bốc đã bay hơi. Nó bao gồm chủ yếu là carbon và một ít hydro, oxy, lưu huỳnh và nitơ, không bay hơi với khí. Cacbon cố định đưa ra ước tính sơ bộ về nhiệt trị của than. 1.2.6.2 Các chất bốc (Volatile matter) Chất bốc là một hỗn hợp các sản phẩm khí và hơi thoát ra từ than đá khi nung đến nhiệt độ 550 oC, không có không khí lọt vào. Thành phần chất bốc gồm có oxy, methan, hydrocacbon, carbon oxid, carbon dioxid. Đó là những chất cháy cho nhiệt lượng cao và là nguyên liệu cơ bản của ngành hoá học than. Hiệu suất chất bôc tính bằng tỉ lệ phần trăm của khối lượng hay thể tích chất bốc so với khối lượng hay thể tích than ban đầu, thay đổi từ 4% (than antraxit) đến 50% (than nâu). Than có nhiều chất bốc thì dễ cháy nhưng lại sinh nhiều khói. Than antraxit Hòn Gai (Việt Nam) ít chất bốc nên còn gọi là than không khói. Khoảng điển hình của các chất bốc là từ 20 - 35% (Chương trình môi trường Liên Hợp Quốc.2006) 19
  33. Đồ án tốt nghiệp Các chất bốc làm: Tăng tương ứng chiều dài của ngọn lửa, và giúp than bắt lửa dễ hơn. Thiết lập giới hạn tối thiểu độ cao của lò và thể tích lò Ảnh hưởng đến yêu cầu khí thứ cấp và các vấn đề phân phối Ảnh hưởng đến hỗ trợ dầu thứ cấp 1.2.6.3 Hàm lương tro sỉ (Ash) Tro xỉ là một tạp chất không bị cháy. Hàm lượng thường chiếm 5-40% (Chương trình môi trường Liên Hợp Quốc.2006) . Tro cao làm Giảm công xuất xử lý và đốt cháy Tăng chi phí xử lý Ảnh hưởng đến hiệu suất cháy và hiệu suát của nồi hơi Gây ra tạo tro xỉ và clank hóa. 1.2.6.4 Hàm ẩm (Moisture) Độ ẩm trong nhiên liệu phải được vận chuyển, xử lý và lưu trữ. Vì nó làm mất khả năng dễ cháy nên làm giảm lượng nhiệt trên mỗi kg nhiên liệu. khoảng thuận lợi cho quá trình cháy là 0.5 – 10%. Độ ẩm cao có tác dụng. Tăng tổn thất nhiệt, do bốc hơi và hơi quá nhiệt Về một khía cạnh nào đó, giúp giải quyết các hạt than mịn dính với nhau Giúp truyền nhiệt bức xạ. 1.2.6.5 Nhiệt trị (Heating value) Xem xét chính cho việc lựa chọn và thiết kế một lò đốt nhiên liệu là nhiệt trị của vật liệu. Nhiệt trị và một trong những đặc tính quan trọng trong việc chuyển đổi nhiệt cho các sinh khối. Các giá trị nhiên liệu được mô tả bằng nhiệt trị tổng hoặc nhiệt trị cao (HHV: Higher heating value) đề cập đến lượng nhiệt được giải phóng bởi quá trình đốt cháy hoàn toàn một đơn vị thể tích nhiên liệu dẫn đến việc tạo ra hơi nước và sự ngưng tụ sau cùng của nó và nhiệt trị thực, hay còn gọi là nhiệt trị thấp (LHV: Lower heating value) không bao gồm nhiệt ẩn hóa hơi của nước có trong nhiên liệu. Giá trị nhiệt tổng được xác định bằng cách đốt cháy hoàn toàn một 20
  34. Đồ án tốt nghiệp đơn vị thể tích mẫu dẫn đến việc tạo ra hơi nước và sự ngưng tụ sau cùng của nó, tính toán nhiệt được giải phóng tại thời điểm này. Hiệp hội kiểm nghiệm và Vật liệu (ASTM) quy định cụ thể quy trình đo lường giá trị năng suất toả nhiệt của nhiên liệu rác thải có nguồn gốc từ (ASTM E711-81)(Charles R.Rhyner và CS.2000). Các nhiệt trị của vật liệu khác nhau trong chất thải rắn đô thị (MSW) liệt kê trong Bảng 1.4. Bảng 1. 4 Nhiệt trị cao (HHV) của vật liệu (Kiser, JVL và Burton, BK.1992) Loại chất thải Nhiệt trị cao (kJ/kg) (BTU/lb) Hỗn hợp MSW 11,600 - 12,100 5,000-5,200 Refuse-derivedfuel (RDF) 13,000 - 14,400 5,700-6,200 Giấy 16,700 - 18,600 7,200-8,000 Cỏ 9,800 - 16,300 4,200-7,000 Thực phẩm 4,200 - 18,100 1,800-7,800 Nhựa 22,100 - 41,900 9,500 – 18,000 Gỗ 10,900 – 16,300 4,700 – 7,000 Chất thải cao su 27,900 – 32,600 12,000 – 14,000 Than bùn 16,000 6,900 Nhựa rải đường 20,900 – 33,700 9,000 – 14,500 Dầu mỏ 40,500 – 44,200 17,410 – 18,900 #2 home heating oil 44,600 – 45,900 19,170 – 19,750 21
  35. Đồ án tốt nghiệp Bảng 1. 5 Phân tích tương đối các thành phần dễ cháy của chất thải rắn đô thị ở Mỹ(Niessen, W.R. 1977) Thành phần Độ ẩm (%) Chất bốc (%) Carbon cố Tro (%) định (%) Giấy 10.24 75.94 8.44 5.38 Tạp chí 4.11 66.39 7.03 22.47 Chất thải sân vườn (Cỏ) 75.24 18.64 4.50 1.62 Chất thải thực phẩm 78.29 17.10 3.55 1.06 Polyethylene 0.20 98.54 0.07 1.19 Gỗ và vỏ cây 20.00 67.89 11.31 0.80 Cao su 1.20 83.98 4.94 9.88 Thuộc da 10.00 69.46 12.49 9.10 Phân tích nguyên tố nhằm xác định phần trăm về trọng lượng của sáu nguyên tố chính trong pha hữu cơ (trong đó năm nguyên tố C, H, N, O và S được nhiều nghiên cứu xét đến, một số tác giả xét thêm Cl) và 10 nguyên tố trong pha vô cơ (Si, Al, Ti, Fe, Ca, Mg, Na, K, S và P).Phân tích 6 nguyên tố trong thành phần dễ cháy của CTR đô thị (MSW) được liệt kê trong bảng 1.6. 22
  36. Đồ án tốt nghiệp Bảng 1. 6 Phân tích nguyên tố chính của các thành phần dễ cháy của chất thải rắn đô thị (khô) (Niessen, W.R. 1977) Thành phần C (%) H (%) O (%) N (%) S (%) Ash (%) Giấy 43.41 5.82 44.32 0.25 0.2 6.00 Tạp chí 32.91 4.95 38.55 0.07 0.09 23.43 Chất thải sân 48.18 5.96 36.43 4.46 0.42 6.55 vườn (Cỏ) Chất thải 49.06 6.62 37.55 1.68 0.20 4.89 thực phẩm Polyethylene 87.10 8.45 3.96 0.21 0.20 0.45 Gỗ và vỏ 50.46 5.97 42.37 0.15 0.05 1.00 cây Cao su 77.65 10.35 - - 2.00 10.00 Thuộc da 60.00 8.00 11.50 10.00 0.40 10.10 Có hai phương pháp khác nhau được sử dụng để xác định nhiệt trị của nhiên liệu, hoặc bằng thực nghiệm - dựa trên việc sử dụng một nhiệt lượng kế đẳng tích (bomb calorimeter), hoặc bằng mô hình toán - dựa trên các thành phần của nó (Thipkhunthod và cs,2005). Phương pháp xác định nhiệt trị bằng nhiệt lượng kế tuy cho kết quả chính xác nhưng lại không có đủ thông tin để có thể dự đoán nhiệt trị cho sinh khối cùng loại hoặc tương đương. Hơn nữa, phương pháp này phức tạp, tốn thời gian và tốn chi phí (Demirbaş, A. 1997)Trong khi đó, phương pháp xác định nhiệt trị bằng mô hình toán lại cho phép người nghiên cứu, nhà quản lý và kỹ thuật viên dự đoán nhiệt trị một cách nhanh chóng, dễ dàng và tiết kiệm về mặt chi phí mà vẫn đảm bảo kết quả nằm trong một khoảng dao động chấp nhận được Trong trường hợp không có số liệu của nhiệt lượng kế đẳng tích, nhiệt trị của nhiên liệu cháy có thể được ước tính bằng cách sử dụng một trong những phương trình được thiết lập, dựa trên sự phân tích nguyên tố hoặc các thành phần chất thải. Hầu hết các phương trình là sự kết hợp tuyến tính của các phân số khối lượng hoặc 23
  37. Đồ án tốt nghiệp tỉ lệ phần trăm của các nguyên tố hoặc các thành phần chất thải với các hệ số thích hợp được chọn, Hazome et al. (1979) đã phát triển một phương trình thực nghiệm đặc biệt cho chất thải rắn bằng cách kết hợp các thành phần nguyên tố để ra dược dữ liệu HHVvà được tính bằng MJ/kg, hoặc kcal/kg hoặc Btu/lb.: HHV= 0,339(C) + 1,449H) -0,139(O) + 0,105(S) MJ/kg (1) (HHV= 145,7(C) +619(H) – 59,8(O) +45,1(S) BTU/lb) (2) HHV là nhiệt trị cao, và C, H, O và S là trọng lượng (hoặc khối lượng) phần trăm của carbon, hydro, oxy và lưu huỳnh, tương ứng. (Btu/lb=429,923*MJ/kg) Trong một phương pháp phức tạp hơn, DL Wilson (1973) ước lượng nhiệt trị cao (HHV) bằng cách sử dụng một phuơng trình phát triển từ nguyên tắc hóa nhiệt, nhiệt trị của cacbon và lưu huỳnh, có sự hiện diện của các dạng carbon, và sự hình thành của nước: HHV= 0,3279(Co) + 1,504(H) – 0,1383 (O) -0,1484(Ci) +0,9262(S) + 0,02419(N) MJ/kg. (3) HHV= 141,0(Co) + 647,8(H) -59,48(O) -63,82(Ci) + 39,82(S) +10,40 (N) BTU/lb (4) HHV là nhiệt trị cao, Co là phần trăm trọng lượng của carbon hữu cơ, Ci là phần trăm trọng lượng của carbon vô cơ (thường là khoảng 1,2% tổng số carbon), và H, O, S và N là phần trăm trọng lượng của hydro, oxy, lưu huỳnh và nitơ, tương ứng. Một ví dụ về một phương trình dự đoán nhiệt trị của chất thải rắn đô thị dựa trên chính các thành phần dễ cháy, giấy, nhựa, thực phẩm, được phát triển bởi Khan và Abu-Ghararah (1991) là HHV= 0,0535(F+3,6CP) +0,372PLR MJ/kg (5) HHV= 23(F+3,6CP) +160 PLR BTU/lb (6) HHV là nhiệt trị cao, F là phần trăm khối lượng của thực phẩm, CP là phần trăm khối lượng của các tông và giấy và PLR là phần trăm khối lượng của cao su nhựa và da trong hỗn hợp chất thải khô. Ước tính nhiệt trị cao của CTR đô thị (MSW) cho các thành phố lớn tại 35 quốc gia được đưa ra trong bảng 1.6. 24
  38. Đồ án tốt nghiệp Các mối tương quan mới giữa HHV và phần trăm tro trong sinh khối (trong phần trăm trọng lượng,% khối lượng): có thể được sử dụng để ước tính HHV từ phân tích gần đúng (tương đối). (C.P. Mitchell, R.P. Overend, 2005) HHV (MJ / kg) = 19,914-0,2324 Ash (7) Bảng 1. 7 Nhiệt trị cao của CTR đô thị (MSW) tai các quốc gia (Khan, M.Z.A. and Abu- Ghararah, Z.H., 1991) Thành phố Giấy Kim loại Thủy tinh Thực Nhựa (%) Nhiệt trị (%) (%) (%) phẩm (%) (MJ/kg) Úc 38 11 18 13 0.1 8.05 Nhật bản 21 5.7 3.9 50.0 6.2 9.26 Đức 20.0 5.0 10.0 21 2.0 5.72 Ý 31 7.0 3.0 36.0 7.0 10.50 Singapore 43 3.0 1.0 5.0 6.0 10.78 Mỹ 28.9 9.3 10.4 17.8 3.4 7.78 Anh 37.0 8.0 8.0 28 2.0 9.37 Pháp 30.0 4.0 4.0 30 1.0 7.76  Ảnh hưởng của độ ẩm lên nhiệt trị Độ ẩm làm giảm đáng kể nhiệt trị của nhiên liệu, sự gia tăng độ ẩm, giảm khả năng cháy trên mỗi đơn vị khối lượng. Ngoài ra, một số lượng đáng kể năng lượng nhiệt thu được sử dụng để làm nóng và làm bay hơi nước trong chất thải (Sức nóng bay hơi của nước là 2257kJ / kg). Có thể dùng cho mục đích thực tế để nói về các nhiệt trị thực, hoặc giá trị nghe thấp (LHV). Các giá trị nhiệt thấp hơn đại diện cho năng lượng có thể được thu thực tế từ việc đốt các chất thải. Nó được tính toán từ phương trình (Hougan et al., 1954) LHV= HHV – 0.0244 (W+9H) MJ/kg (8) 25
  39. Đồ án tốt nghiệp LHV là nhiệt trị thấp, HHV là nhiệt trị cao, W là phần trăm khối lượng của độ ẩm, và H là phần trăm theo khối lượng (hoặc khối lượng) của hydro trong chất thải khô. Ngoài ra LHV còn được tính theo: LHV = HHV – 24.41W (KJ/kg) (9) 1.3. Giới thiệu KCN Vĩnh Lộc 1.3.1 Lịch sử hình thành và phát triển Toàn bộ diện tích KCN Vĩnh Lộc hiện hữu với 207 ha được trải rộng trên 3 địa bàn hành chính: phường Bình Hưng Hòa B – quận Bình Tân (113,2265ha); xã Vĩnh Lộc A – huyện Bình Chánh (84,590ha); xã Bà Điểm – huyện Hóc Môn (9,1835ha). ­ Phía Bắc giáp xã Bà Điểm giới hạn bởi rạch Cầu Sa (rạch thoát nước khu vực) ­ Phía Nam giáp đường Nguyễn Thị Tú (hương lộ 13 cũ). ­ Phía Đông giáp Quốc lộ 1A. Cách Quốc lộ 1A về phía Đông theo đường Nguyễn Thị Tú 700m. Giai đoạn đầu KCN Vĩnh Lộc có diện tích 207 ha. Diện tích cho thuê đất là 137 ha chiếm 66,2 % tổng diện tích, diện tích còn lại khoảng 70 ha chiếm 33,8% tổng diện tích được dùng để xây dựng khu trung tâm dịch vụ, cây xanh, cách ly, đường giao thông, đất xử lý kỹ thuật. Bảng 1. 8 Cơ cấu phân bố đất đai xây dựng KCN Vĩnh Lộc (Tài liệu tham khảo từ Nhà Máy XLNT tập trung KCN) STT Mục đích sử dụng Diện tích (ha) Tỷ lệ (%) 1 Xây dựng công nghiệp 114,20 55,18 2 Khu trung tâm dịch vụ 3,98 1,92 3 Cây xanh, cách ly 31,86 15,39 4 Đường giao thông 32,50 15,70 5 Đất xử lý kỹ thuật 9,71 4,69 6 Kho bãi 14,75 7,12 Tổng cộng 207,00 100,00 26
  40. Đồ án tốt nghiệp 1.3.2 Các loại hình sản xuất trong KCN Cơ cấu ngành nghề đầu tư: KCN Vĩnh Lộc sẽ thu hút khoảng gần 150 nhà máy, xí nghiệp và cơ sở sản xuất đầu tư vào đây và đặc biệt có chính sách ưu tiên cho các đơn vị doanh nghiệp nhà nước và các cơ sở sản xuất tư nhân trên địa bàn Quận 5. Khu công nghiệp Vĩnh Lộc bố trí các xí nghiệp thuộc loại công nghiệp không gây ô nhiễm (ô nhiễm cấp độ III và IV) như công nghiệp cơ khí, lắp ráp điện tử, may mặc, dệt, da, chế biến lương thực thực phẩm, đồ điện gia dụng, hàng kim loại, giấy, bao bì carton, bao bì nhựa, dược phẩm, sản phẩm y tế, sản phẩm khí, thuốc lá Trong đó, ngành nghề cơ khí (36.5%) chiếm tỷ trọng cao nhất trong cơ cấu nghề, ngành nghề may (21.15%), ngành nghề thực phẩm (19.23%), ngành công nghiệp giấy (12.5%), ngành nghề dụng cụ y tế (8.6%) Tổng vốn đầu tư hơn 900 tỷ đồng. Bảng 1. 9 Cơ cấu ngành nghề trong KCN Vĩnh Lộc (Tài liệu tham khảo từ Nhà Máy XLNT tập trung KCN) Nhóm ngành thực phẩm STT Tên công ty Địa chỉ Quận Loại hình kinh doanh 1 Cty CP thực phẩm Cholimex C40-C43/I;C51-C55/II Bình Chánh Hải sản 2 Cty CP TP XK Vạn Đức C27/II Bình Chánh Hải sản 3 Cty CP Hải sản S.G C24/II-C24b/II Bình Chánh Hải sản 4 Cty CP Thủy sản Số 5 A38/II Bình Tân CB thực phẩm 5 Cty CP thủy hải sản Việt Nhật C34/I Bình Chánh Hải sản 6 Cty TNHH TM CB Thực phẩm C38/I-C39/I Bình Chánh Hải sản Vĩnh Lộc 7 Cty Incomfish Bình Chánh 8 Cty TNHH Minh Hà C42b/I Bình Chánh CB thực phẩm 9 Cty TNHH New Hope TPHCM B17/I;B18-B20/II Bình Tân Ngành khác 10 Cty TNHH TM DV Phước Sinh C12/I Bình Chánh CB thực phẩm 11 Cty TNHH Song Nga D3/I Bình Tân Hải sản 12 Cty TNHH SX-TM Tân Quang Minh C22/I-C23/I Bình Tân CB thực phẩm 27
  41. Đồ án tốt nghiệp 13 Cty CP VN Kỹ nghệ bột mì C30/I-C33/I Bình Chánh CB thực phẩm 14 Cty TNHH Vina Foods Kyoei A55/II Bình Tân CB thực phẩm 15 Cty LD Bột Quốc tế C32/I Bình Tân CB thực phẩm 16 Cty TNHH Bum Jin Vina B28/I-B29/I Bình Tân May mặc 17 Cty CP TM Việt Hương B36/II-B37/II Bình Tân Ngành khác 18 Cty CP Hoàng Quỳnh A73/I Hóc Môn CB thực phẩm 19 Cty TNHH bánh kẹo Art Tango B5/II Bình Tân CB thực phẩm 20 Cty CP XNK Hà Việt A34/I-A35/I Bình Tân Ngành khác 21 Cty TNHH Acecook A78-A81 Bình Chánh Cơ khí Các nhóm ngành may mặc 22 Cty CP May XK Anh Khoa B28/I-B29/I Bình Chánh May mặc 23 Cty TNHH Chin Nan B26/II-B27/II Bình Tân May mặc 24 Cty TNHH Quốc tế Đài An B8-9 Bình Tân May mặc 25 Cty sản xuất áo len xuất khẩu Dapto A13/I;A13b/I;A14/I- Bình Tân May mặc A16/I 26 Cty TNHH SX-TM DV Kim Liên Thành C18b/II Bình Chánh May mặc 27 Cty CP Kinh doanh Len Sài gòn C5/II-C6/II Bình Chánh Ngành khác 28 Cty TNHH nút Lý Minh B4/II Bình Tân Ngành nhựa 29 Cty TNHH chỉ Ming Shyang A3/I Bình Tân May mặc 30 Cty TNHH SXTM dệt thêu may B23/II-B24/II Bình Tân May mặc Mỹ Dung 31 DNTN SX-TM Nguyên Phát B3/II Bình Tân Ngành khác 32 Cty TNHH Quốc tế SUE'S Việt Nam B55/II Bình Chánh May mặc 33 Cty TNHH Thái Quân (AMW) C15/II-C16/II Bình Chánh May mặc 34 Cty CP tập đoàn Thái Tuấn B38-B41 Bình Tân May mặc 35 Cty TNHH Bum Jin Vina B28/I-B29/I Bình Tân May mặc 36 Cty TNHH Molax Vina C32/I Bình Tân May mặc 37 Công ty CP may Cholimex A4/I Bình Tân May mặc 38 Cty TNHH Parapex D1/I Bình Tân May mặc 39 Cty TNHH HE CHANG IVA Bình Tân May mặc 40 Cty TNHH Hoshino (Viet Nam) C55/II Bình Chánh May mặc 41 Cty TNHH Tanaka Sangyo IIIA Bình Tân May mặc 42 Cty TNHH Golden Stars D5/I Bình Tân May mặc 28
  42. Đồ án tốt nghiệp 43 Cty TNHH HE CHANG IVA Bình Tân May mặc Các nhóm ngành nghề dụng cụ y tế 44 Cty TNHH SX-TM công nghiệp A65/II-A72/II Bình Tân Y tế A.V.A.L 45 Cty CP bông Bạch Buyết B52-B54/I Bình Chánh Y tế 46 Cty TNHH Khăn - tã - giấy A51/I Bình Tân Y tế Diana 47 Cty CP MERUFA C64/II Bình Tân Y tế 48 Cty TNHH CN Y tế Perfect Medical D7/I- D8/I Bình Tân Y tế 49 Cty CP Dược phẩm Imexpharm B15/I-B16/I Bình Tân Y tế Ngành công nghiệp giấy 50 Bình Tân Bao bì các loại B36/II-B37/II 51 Cty TNHH nhựaMing Pak Bình Tân Ngành nhựa B51/I 52 Cty TNHH CompleteSaiGon VIB VIB Bình Tân Bao bì các loại 53 Cty TNHH nhãn mác Yong Mei B28/I-B29/I Bình Tân Ngành khác 54 Cty CP Bao bì Dược C55/II Bình Chánh Y tế 55 Cty TNHH SX-TM Nguyên Nguyên Phát B32/II Bình Tân Bao bì các loại 56 Cty TNHH Bao bì TM Quang Huy C18/II Bình Chánh Bao bì các loại 57 Cty TNHH TM & bao bì Sài Gòn B56/II-B57/II Bình Chánh Bao bì các loại 58 Cty TNHH SX-TM Tân Nguyên Phát B33/II-B34/II Bình Tân Ngành nhựa 59 Cty TNHH SX-TM Tiến Thịnh A1/I-A1b/I Bình Tân Ngành nhựa 60 Tổng công ty Rau quả, nông sản - Bình Tân Bao bì các loại A60/I-A61/I Tovecan 61 Cty TNHH CN BB Vising Pack C10-C11 Bình Chánh Bao bì các loại 62 Cty TNHH SX-TM Huệ Linh B42/II-B50/II Bình Chánh Bao bì các loại Ngành cơ khí 63 Cty TNHH Chaang Chiia VN B10-11-12/II Bình Tân Ngành nhựa 64 Cty TNHH SX-TM công nghiệp A65/II-A72/II Bình Tân Y tế A.V.A.L 65 Cty Điện lực TPHCM A7-12;A18-23 Bình Tân Điện, điện tử 66 Cty TNHH Cơ khí Chen Hone D9B/I Bình Tân Cơ khí 29
  43. Đồ án tốt nghiệp 67 Cty CP ĐT&XD 579 - Cienco 5 D2/I Bình Chánh Cơ khí 68 Cty TNHH TM Đại Phú A51/I Bình Tân Ngành sơn 69 Cty TNHH công nghiệp Đông Hoà B25 Bình Tân Điện, điện tử 70 Cty TNHH SX-TM Đức Hân A2/I Bình Tân Ngành nhựa 71 DNTN Dy Khang A25/I-A26/I Bình Tân Mực in 72 Cty TNHH Hsian Tai B1/I Bình Tân Điện, điện tử 73 Cty TNHH Huynh đệ thuộc da C17/II Bình Tân Ngành khác Hưng Thái 74 Cty TNHH LQ JOTON C19/I-C20/I Bình Chánh Ngành sơn 75 Cty CP Kim khí TPHCM C35/I Bình Chánh Cơ khí 76 Cty TNHH Thép Kỳ Đồng C1/I Bình Chánh Cơ khí 77 Cty TNHH Thương mại Mười Đây A85/I-A86/I Hóc Môn Cơ khí 78 Cty TNHH Nghiệp Phát B21-B22/II Bình Tân Ngành nhựa 79 Cty TNHH SX-TM Ngọc Minh D6/I Bình Tân Cơ khí 80 Cty TNHH SX-TM DV Nhật Long C28/I-C29/I Bình Chánh Ngành nhựa 81 Cty CP Nồi hơi VN B13b/I-B14/I Bình Tân Cơ khí 82 Cty TNHH Phương Lan C2/I Bình Chánh Cơ khí 83 Cty CP Quạt Việt Nam (ASIA) B13/I Bình Tân Điện, điện tử 84 Cty TNHH Quốc tế Sheng Fa VN A57a/II- Bình Tân Cơ khí A58a/II;A64/II 85 Cty CP KD Thiết bị công nghiệp B59b/II Bình Chánh Cơ khí 86 HTX Cơ khí TM 2/9 C39B/I Bình Chánh Cơ khí 87 Cty TNHH SX-TM Trường Thịnh B2/I Bình Tân Gỗ mỹ nghệ 88 DNTNTrường Vinh Phát A5/II-A6/II Bình Tân Ngành khác 89 Cty CPTuấn Phương C7/II Bình Chánh Cơ khí 90 Cty TNHH Hòa Phong VIIIC/1 Bình Tân Cơ khí 91 Cty TNHH kim loại Hoành Thành VIIIC/1 Bình Tân Cơ khí 92 Cty TNHH kim loại Hoành Tường VIIIB Bình Tân Cơ khí 93 Cty TNHH Hồng Việt VIIIA Bình Tân Cơ khí 94 Cty TNHHHyozaemon Saigon B15/I-B16/I Bình Tân Gỗ mỹ nghệ 95 Cty Liên doanh Riken (VN) B56/II-B57/II Bình Tân Ngành khác 96 Cty CP Năng lượng Đại Việt A87/I Bình Tân Ngành khác 97 Cty TNHH Công Thành C26/I Bình Chánh Môi trường 30
  44. Đồ án tốt nghiệp 98 Cty TNHH Thiệu Trinh 99 Cty TNHH SX-TM Thuận Thiên B7/II Bình Tân Ngành nhựa Ngành thuốc lá 100 Cty Thuốc lá Bến Thành D11/II-D18/II Bình Tân Thuốc lá 101 Cty Thuốc lá Sài gòn A57a/II- Bình Chánh Thuốc lá A58a/II;A64/II 1.3.3 Nhà máy XLXN tập trung 1.3.3.1 Địa điểm xây dựng nhà máy nước thải và nguồn tiếp nhận Nhà máy xử lý nước thải tập trung được xây dựng với công suất thiết kế 6000 m3/ngày đêm, đã đi vào vận hành từ 01/09/2008. Đến thời điểm 06/2013, hệ thống xử lý nước thải tập trung của Khu Công Nghiệp Vĩnh Lộc vẫn đang hoạt động ổn định với công suất từ 5000 m3/ngày đêm đến 5300 m3/ngày đêm, chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải cho phép của Bộ tài nguyên và Môi trường. Khu Công Nghiệp Vĩnh Lộc đã được Bộ Tài nguyên và Môi trường cấp phép xả nước thải vào nguồn nước số 2106/GP-BTNMT ngày 08/11/2010, đình kỳ hàng năm Khu Công Nghiệp đều báo cáo tình hình chấp hành giấy phép xả nước thải vào nguồn nước cho Bộ Tài nguyên và Môi trường cùng với Sở Tài nguyên và Môi trường Địa chỉ: Đường số 2 – Khu công nghiệp Vĩnh Lộc – Bình Tân Diện tích : 4000m2 Chất lượng nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT loại A chủ đầu tư và loại B theo giấy phép xả thải 1.3.3.2 Lĩnh vực hoạt động Trung Tâm khai thác xử lý nước và Môi trường KCN Vĩnh Lộc hoạt động trong một số lĩnh vực: Xử lý nước thải:Nhà máy xử lý nước thải cho tất cả các doanh nghiệp hoạt động trong khu công nghiệp. Xử lý nước cấp: Trung Tâm Khai thác xử lý nước và Môi trường của khu công nghiệp Vĩnh Lộc còn có 4 trạm bơm để cấp nước sử dụng cho toàn khu công nghiệp với công suất mỗi trạm là 2000m3/ng.đêm 31
  45. Đồ án tốt nghiệp Quản lý môi trường: Ngoài xử lý nước thải và nước cấp Trung Tâm còn theo dõi và giám sát chất lượng môi trường trong khu công nghiệp để có thể điều chỉnh mức độ xả thải và gây ô nhiễm của các công ty trong khu vực. 1.3.3.3 Nguồn gốc nước thải nhà máy Với công suất xử lý từ 6000 m3 nước thải/ngày đêm, Nhà máy xử lý nước thải tập trung KCN Vĩnh Lộc giúp xử lý nước thải cho toàn bộ các doanh nghiệp đang hoạt động trong KCN. Nước thải mà nhà máy nhận xử lý phải đạt tiêu chuẩn riêng của Khu công nghiệp Vĩnh Lộc. Nước thải sinh hoạt chủ yếu phát sinh từ hoạt động của cán bộ công nhân trong KCN, từ nhà vệ, nhà ăn, bếp ăn, giặt giũ, tẩy rửa Nước thải sinh hoạt có tính chất: chứa nhiều thành phần chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và bệnh. Thành phần của nước thải sinh hoạt tương đối ổn định. Nước thải sản xuất là loại nước thải phát sinh trong các hoạt động sản xuất của các nhà máy, các cơ sở sản xuất trong KCN.  Tính chất nước đầu vào xem bảng 1.10 Bảng 1. 10 Tính chất nước đầu vào (tài liệu tham khảo từ nhà máy xlnt tập trung KCN Vĩnh Lộc) Thành phần Nồng độ Lưu lượng trung bình giờ (5000/24) 208.33m3/giờ. Lưu lượng cực đại giờ (5300/24) 220.83 m3/giờ. BOD5 ≤ 560 mg/L. COD ≤ 780 mg/L. Chất rắn lơ lửng (SS) ≤ 560 mg/L. Tải lượng BOD5 2500 kg/ngày. Tải lượng SS 2500 kg/ngày. pH 5-9 N tổng ≤ 70 mg/L. P tổng ≤ 10 mg/L 32
  46. Đồ án tốt nghiệp Các chỉ tiêu còn lại phải đạt tiêu chuẩn loại C, TCVN 5945-2010  Thông số nước thải đầu ra: Nhà máy lấy mẫu vào buổi sáng hoặc buổi chiều hàng ngày để phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm của nước thải đầu vào và đầu ra. Các mẫu nước thải được đưa lên phòng thí nghiệm để phân tích các chỉ tiêu trong nước thải đầu vào và xác định mức độ ô nhiễm của nước thải. Và phân tích chất lượng của nước đầu ra, xác định khả năng xử lý của công nghệ. Các thông số được phân tích ở nhà máy như: pH, COD, BOD, BOD5, SS, tổng Nitơ, tổng Photpho, Coliform, độ đục, ngoài ra còn có các chỉ tiêu xác định dầu mỡ khoáng, dầu mỡ động thực vật, Cr3+, Cr6+, CN-, Ni Kết quả phân tích nước đầu ra của KCN Vĩnh Lộc được trình bày ở Phụ Lục A. 33
  47. Đồ án tốt nghiệp NƯỚC THẢI LƯỢC RÁC THÔ Cặn rác Thải bỏ Khí Hệ thống thu gom và BỂ GOM NƯỚC hôi xử lý khí hôi THẢI Cặn LƯỢC RÁC TINH rác Thải bỏ Dư ỡng khí Hóa chất đi ều chỉnh Nước dư pH BỂ CÂN BẰNG Hóa chấ t dinh dưỡng Lắng BỂ XỬ LÝ SINH Bùn dư HỌC HIẾU KHÍ Dưỡng BỂ CHỨA BÙN KIỂU SBR khí DƯ Hóa chất khử BỂ TIẾP XÚC trùng BỂ NÉN BÙN Rạch Cầu Sa MÁY ÉP BÙN Chuyển giao cho đơn vị thu gom xử lý Hình 1. 2 Hệ thống XLNT nhà máy nước tập trung KCN Vĩnh Lộc 34
  48. Đồ án tốt nghiệp Nguồn gốc bùn thải của KCN Vĩnh Lộc: Theo hình 1.2 (sơ đồ hệ thống XLNT tập trung của KCN Vĩnh Lộc), bùn được phát thải ở giai đoạn xử lý SBR. Điểm nổi bật của SBR đó là quá trình xử lý phụ thuộc vào lượng bùn hoạt tính trong hệ thống và hoạt tính của vi sinh vật, để vận hành cần phải duy trì sự quan sát và kiểm tra liên tục hằng ngày hàm lượng bùn hoạt tính MLSS. Để xác định hàm lượng bùn được thải bỏ ra khỏi bể SBR, ta xét các thông số: tỷ số tải trọng F/M (tỷ số lượng thức ăn BOD cung cấp mỗi ngày cho khối lượng vi sinh vật trong bể SBR để kiểm soát lượng SBR, chỉ số MLSS: chất rắn lơ lững có trong bùn lỏng (đây chính là hàm lượng bùn cặn bao gồn cả sinh khối vi sinh vật và các loại chất rắn có trong bùn); SV/SVI là chỉ tiêu đánh giá khả năng lắng và chất lượng của bùn hoạt tính. Khi các giá trị F/M 4000 mg/L, SV> 700 ml/L và SVI > 200 mg/L, lúc này lượng bùn gia tăng do sự phát triển của các vi sinh vật cũng như việc tách các chất bẩn ra khỏi nước thải, số lượng bùn dư không giúp ích cho việc xử lý nước thải ngược lại nếu không thải bỏ sẽ là trở ngại lớn nên lượng bùn dư này được bơm sang bể nén bùn để tăng nồng độ chất rắn, sau đó bơm vào máy ép bùn và thải bỏ ở dạng đặc sệt. Trạm xử lý nước thải tập trung thiết kế với công suất 5000 m3/ngày, tuy nhiên công suất xử lý thực tế chỉ khoảng 3000 m3/ngày. Bùn thải phát sinh với khối lượng 30 tấn/tháng, ở mức trung bình. Nhờ công tác quản lý nguồn thải được chú trọng nên mức độ ô nhiễm thấp, bùn thải có hàm lượng hữu cơ và dinh dưỡng cao nên đã được tận dụng sản xuất phân compost, bón cây xanh trong KCN. Hiện tại, đã có khoảng 55% doanh nghiệp đấu nối nước thải vào mạng lưới thu gom chung. Xét về thành phần bùn thải đầu ra (các chỉ tiêu phenol, PAH, CN đều dưới ngưỡng CTNH). Bùn không nguy hại. Tuy nhiên, bùn thải đẩu ra của KCN Vĩnh Lộc có chứa nhiều kim loại nặng ( dưới ngưỡng QCVN 50:2013/BTNMT), vì thế việc sử dụng bùn bón phân cho cây có thể nguy cơ gay rò rỉ hóa chất từ bùn thải, nếu không xử lý triệt để ô nhiễm bùn thải, sẽ dẫn đến ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt, không khí và chuỗi thực phẩm, góp phần gia tăng các bệnh tật, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. 35
  49. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu Lấy mẫu bùn ở Khu công nghiệp Vĩnh Lộc. Phân tích các thông số của bùn, than (bùn, cám), đất sét: độ ẩm, chất bốc, xác địch tro, xác địch cacbon cố kết, nhiệt trị. Phối trộn bùn với than (bùn, cám) đất sét (10%) ở các tỷ lệ 0, 5, 10, 15, 20%. Tính toán, xác định các thành phần của nhiêu liệu phối trộn theo tỷ lệ bùn Đánh giá khả năng đốt của các tỷ lệ phối trộn: thời gian bén cháy, thời gian cháy hết, khả năng cung cấp nhiệt So sánh các tỷ lệ phối trộn và chọn tỷ lệ nào phù hợp nhất cho việc xử lý bùn và thu nhiệt là hiệu quả nhất. So sánh thành phẩm tạo được với than thị trường bên ngoài . 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp kế thừa Thu thập, thông tin, số liệu phù hợp với nội dung nghiên cứu, mục đích đặt ra, góp phần làm rõ nội dung báo cáo, làm báo cáo có tính xác thực hơn.Vd: khối lượng bùn thải của khu công nghiệp, lưu lượng nước thải đầu vào, thành phần nước thải, thành phần của bùn thải ở đầu ra.Ngoài ra phương pháp kế thừa còn giúp Sinh viên tiếp thu kinh nghiệm từ những bài báo cáo trước đó. 2.2.2. Phương pháp lấy mẫu Mẫu phân tích được lấy ở KCN Vĩnh Lộc theo TCVN 1963-2008 (ISO 18283-2006) Lấy các mẫu đơn trên bề mặt bùn sau khi đã xử lý, khi lấy mẫu đơn trên bề mặt bùn thải , thì bề mặt phải đủ rắn chắc để chịu đựng an toàn trọng lượng của người và thiết bị. 36
  50. Đồ án tốt nghiệp Phương tiện lấy mẫu là xẻng, độ rộng của xẻng phải ít nhất là ba lần kích thước danh nghĩa lớn nhất của bùn, tối thiểu là 30 mm và lớn hơn nếu cần (đảm bỏa rằng mẫu đơn không đầy hoàn toàn xẻng.). Khi lấy mẫu đơn xẻng phải được cắm vuông góc với bề mặt nhiên liệu. Vị trí lấy mẫu ở giữa và hai bên, trước khi lấy mẫu loại bỏ phần bùn khô ở phía trên Việc lấy mẫu được chia làm 3 đợt, đợt 1 lấy vào tháng 3 với khối lượng 600 kg và đợt 2 lấy mẫu vào tháng 5 với khối lượng 160 kg, đợt 3 lấy mẫu vào tháng 6 với khối lượng 180 kg. Trong quá trình lấy mẫu, mẫu đổ đống được xáo trộn đều trước khi đưa vào bọc plyetylen với khối lượng mỗi bọc là 25 kg. Mẫu sau khi lấy được đựng và lưu giữ trong bọc polyetylen và cột kín để những nơi khô ráo tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời, mẫu bùn này được dùng để phối trộn với than. Đối với các mẫu phân tích các thông số trong phòng thí nghiệm, thì số mẫu phân tích lấy là 5 (Phối trộn mẫu lên) mẫu được đựng trong túi zipper và được kí hiệu đầy đủ các thông số ( mẫu số, thông số phân tích, ), được bảo quản trong tủ lạnh. 2.2.3. Phương pháp phân tích mẫu Tất cả mẫu phân tích được đưa về trạng thái khô không khí hoặc sấy ở nhiệt độ 40oC. Tùy vào thông số cần phân tích, bùn sẽ được làm giảm cỡ hạt ở kích thước 280 µm và 180 µm, lấy 5 mẫu bảo quản trong túi zipper để tiến hành phân tích trong phòng thí nghiệm. 2.2.3.1. Phân tích độ ẩm Hàm lượng ẩm được phân tích theo TCVN 172:2011 (ISO 589:2008)  Cách tiến hành Ngay sau khi làm khô không khí: tiến hành phơi 5 mẫu bùn ở ngoài không khí đến 5-6 ngày đến lúc khối lượng không đổi (khô không khí), đập mẫu bằng cối đến kích thước danh nghĩa lớn nhất là 2,8 mm. Lấy ít nhất hai phần mẫu để xác định hàm lượng ẩm, tiến hành lấy mẫu càng nhanh càng tốt để tránh sự thất thoát hàm lượng ẩm. 37
  51. Đồ án tốt nghiệp Cân đĩa khô, sạch chưa có mẫu cùng với nắp, chính xác đến 1 mg. Lấy 10 g ± 1g mẫu và trải đều lên đĩa đựng mẫu. Cân đĩa không đậy nắp và nắp chính xác đến 1 mg và đặt chúng vào lò sấy, đã gia nhiệt trước đến nhiệt độ từ 105oC đến 110oC. Trong khi làm khô tại nhiệt độ từ 105oC đến 110oC, thổi không khí vào lò với tốc độ bằng khoảng 15 lần thể tích lò trong một giờ. Khi khối lượng không đổi, đặt nắp vào (tốt nhất là khi đĩa vẫn ở trong lò thổi không khí, nếu không thì phải làm ngay khi lấy ra khỏi lò) và lấy đĩa đã đậy nắp ra. Làm nguội đến nhiệt độ xung quanh và cân lại chính xác đến 1mg. Hàm lượng ẩm, M của mẫu được tính bằng phần trăm khối lượng, sử dụng công thức: 2− 3 M2= 100 (10) 2− 1 Trong đó: M2 là độ ẩm giai đoạn 2. m1 là khối lượng của đĩa cân không có mẫu và nắp đậy, tính bằng gam; m2 là khối lượng của đĩa cân có mẫu và nắp đậy trước khi làm khô, tính bằng gam; m3 là khối lượng của đĩa cân có mẫu và nắp đậy sau khi làm khô, tính bằng gam. 2.2.3.2. Xác định tro Hàm lượng tro của mẫu được xác định theo TCVN 173:2011 (ISO 1171:2010)  Cách tiến hành: Cân đĩa khô, sạch chính xác đến 0,1 mg, rểu đề khoảng 1 g mẫu lên đĩa và cân lại. Dùng đĩa silica, trước khi xác định khối lượng ban đầu, cần nung đến 815oC± 10oC, giữ ở nhiệt độ này trong 15phút , sau đó làm nguội theo điều kiện quy định đối với từng phép thử cụ thể. Đặt đĩa vào lò ở nhiệt độ phòng. Nâng đều nhiệt độ lên đến 550oC trong thời gian 60 phút và duy trì ở nhiệt độ này khoảng 2 giờ . 38
  52. Đồ án tốt nghiệp Khi nung xong, lấy đĩa ra khỏi lò và làm nguội trên tấm kim loại day trong 10 phút. Sau 10 phút làm nguội, chuyển đĩa sang vật chứa kín và sau đó làm nguội đến nhiệt độ phòng. Khi nguội, cân chính xác đến 0,1 mg. Biểu thị kết quả: Tro, A, của mẫu phân tích, tính bằng phần trăm khối lượng, theo công thức: 3− 1 A= 100 (11) 2− 1 Trong đó: A là hàm lượng tro. m1 là khối lượng của đĩa không chứa mẫu, tính bằng gam; m2 là khối lượng của đĩa và phần mẫu thử, tính bằng gam; m3 là khối lượng của đĩa và tro, tính bằng gam. Kết quả là giá trị trung bình của hai lần xác định, chính xác đến 0,1% khối lượng. 2.2.3.3. Xác định ham lượng chất bốc Hàm lượng chất bốc được xác định theo TCVN 174:2011 (ISO 562:2010) Cách tiến hành: Đặt lên giá đỡ một chén không chứa mẫu và nắp hoặc nhiều chén không chứa mẫu và nắp theo yêu cầu, sau đó đưa vào lò. Duy trì nhiệt độ lò tại 550oC trong 7 phút. Lấy các chén nung ra và để nguội trên tấm kim loại dày đến nhiệt độ phòng. Ngay sau khi chén nguội, cân từng chén không chứa mẫu và nắp, sau đó cân 1 g ± 0,1 g mẫu thử chính xác đến 0,1 mg cho vào từng chén. Bỏ nắp và gõ nhẹ từng chén lên bề mặt cứng, sạch cho đến khi mẫu thử tạo một lớp dày đều trên đáy chén. Đặt chén có mẫu lên giá đỡ, chuyền vào lò, đóng cửa lò và để trong 7phút ± 5 s. Lấy chén ra và để nguội đến nhiệt độ phòng. Khi nguội, cân các chén chính xác đến 0,1 mg, theo cùng cách như đã thực hiện với các chén không chứa mẫu. Biểu thị kết quả: Hàm lượng chất bốc trong mẫu phân tích, V, được biểu thị theo phần trăm khối lượng, theo công thức: 39
  53. Đồ án tốt nghiệp 100 ( 2− 3) V= − 휔H2O (12) 2− 1 Trong đó V là hàm lượng chất bốc m1 là khối lượng của chén không có mẫu và nắp, tính bằng gam; m2 là khối lượng của chén có mẫu và nắp trước khi nung, tính bằng gam; m3 là khối lượng của chén có mẫu và nắp sau khi nung, tính bằng gam; 휔H2O là hàm lượng ẩm trong mẫu phân tích, được xác định theo TCVN 172:2011. 2.2.4. Phương pháp thực nghiệm  Phối trộn Do đợt 1 thực nghiệm không thành công nên sinh viên không tiến hành phối trộn. Ta tiến hành phối trộn than đợt 2, đợt 3 theo các tỷ lệ khác nhau, tất cả các nhiên liệu phối trộn đưa về trạng thái khô không khí. Bảng 2. 1 Các tý lệ phối trộn của các nhiên liệu theo vật chất khô Tỷ lệ Công thức Than (%) Đất sét bùn (%) (CT) Than bùn Than cám (%) (%) (%) Tỉ lệ 1 1 0 CT1 45 45 Đợt 2 5 CT2 42.5 42.5 10 CT3 40 40 10 15 CT4 37.5 37.5 20 CT5 35 35 Tỉ lệ 3 1 0 CT1 67.5 22.5 5 CT2 63.75 21.25 Đợt 3 10 CT3 60 20 10 15 CT4 56.25 18.75 20 CT5 52.5 17.5 40
  54. Đồ án tốt nghiệp Sau đó ta tiến hành phối trộn, việc phối trộn nhằm mục đích làm đồng đều các thành phần có trong than. Trộn kỹ và đều làm cho viên than tốt hơn. Máy sản xuất ra than tổ ong được sử dụng là máy cơ học, có khuôn đống hình trụ với 19 lỗ (áp đụng đống than có kích thước nhỏ) có khả năng tạo ra than với số lượng lớn, theo một dây chuyền. Nhiên liệu sau khi phối trộn được bỏ vào máy, máy tiến hành trộn thô rồi được ép vào khuôn. Hình 2. 1 Máy ép than Với một tỷ lệ than phối trộn ta sẽ tiến hành lấy 5 viên than, với 5 tỷ lệ phối trộn ta sẽ thu được 25 viên than tổ ong, viên than đốt tổ ong có hình trụ bao gồm 19 lỗ hút gió (hay lỗ gia nhiệt) đường kính lỗ hút gió là 12-13 mm, chiều cao của viên than là 10 cm, đường kính của viên than là 120 mm (TCVN 4600 – 1994) 41
  55. Đồ án tốt nghiệp Hình 2. 2 Viên đốt Than sau khi phối trộn, được đi phơi khô từ 6-7 ngày để làm giảm độ ẩm có trong than.  Đốt than Qua quá trình đốt than, ta sẽ xác định các thống số của than: thời gian bén cháy, thời gian đun sôi lần 1, thời gian đun sôi lần 2, thời gian cháy hữu ích (thời than có khả năng cung cấp nhiệt nước sôi 100oC), lượng nước đun sôi và các hiện tượng liên quan khác. Lượng nước ta đun sôi một lần là 2 lít nước, trên mỗi ấm nước sẽ được bố trí nhiệt kế để thuận lợi cho việc xác định nhiệt độ của nước trong mỗi lò, mô hình được trình bày ở dưới. Lò than được sử dụng ở đây được mua ở cơ sở sản xuất than ở 144 Ung Văn Khiêm, sức chứa hai viên than 42
  56. Đồ án tốt nghiệp Hình 2. 3 Mô hình đốt than Nhiên liệu để nhóm lửa là 30 (g) củi thông và 250 (g) than củi, ở khối lượng này việc nhóm lửa là tối ưu nhất, củi thông và than củi được lấy từ cơ sở sản xuất than ở 144 Ung Văn Khiêm. Mô hình được đặt ở trong sân, kín gió để hạn chế sự ảnh hưởng của yếu tố bên ngoài đến quá trình đốt 2.2.5. Phương pháp thống kê và xử lý xử lý số liệu 2.2.5.1. Chương trình Microsoft Excel Được sử dụng để lưu trữ và phân tích và vẽ biểu đồ hóa số liệu phân tích mẫu phân tích được trong phòng thí nghiệm (vd: chất bốc, độ ẩm, carbon cố định, tro và nhiệt trị) 2.2.5.2. Phần mềm SPSS Sinh viên sử dụng phần mềm SPSS để thống kê và xử lý số liệu, trong phần này phần mềm SPSS cung cấp khả năng điều khiển và kiểm soát dữ liệu và rất nhiều thủ tục phân tích thống kê có thể giúp phân tích từ những tập hợp dữ liệu nhỏ cho đến những dữ liệu rất lớn và xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính thể hiện mối quan hệ giữa tỷ lệ bùn với đặc tính lý hóa. Kết quả thu được, theo mô hình cơ bản sau: Xi = f (Ai, Bi, Ci, Di, Ei) Trong đó: Xi: Tỷ lệ bùn. 43
  57. Đồ án tốt nghiệp Ai: Độ ẩm. Bi: Chất bốc Ci: Carbon cố định. Di: Tro Ei: Nhiệt trị  Xét mô hình lựa chọn Phân tích hồi quy tuyến tính trong phương pháp phần mềm SPSS nhằm tìm ra mối quan hệ giữa biến phụ thuộc và biến độc lập. Trong đó biến độc lập là tỷ lệ bùn, biến phụ thuộc là độ ẩm, chất bốc, carbon cố định, tro và nhiệt trị, viêc xác định mối quan hệ này giúp ta giải thích được sự khác biệt của than theo các tỷ lệ phối trộn khác nhau.  Các phép kiểm định thống kê: Kiểm định Kolmogorov-Smirnov xây dựng đường phân phối chuẩn cho mẫu Kiểm định t về mối liên hệ giữa biến phụ thuộc với từng biến độc lập. Trị P (Sig.) được sử dụng để xét giả thuyết Ho cho mỗi kiểm định. Nếu trị P nhỏ hơn mức ý nghĩa ɑ thì ta bỏ giả thuyết H0 và ngược lại 2.2.6. Phương pháp phân tích SAW (Simple additive weighting) SAW là phương pháp trọng số cộng đơn giản, là một trong những phương pháp phổ biến, dễ hiểu, dễ sử dụng. Phương pháp dựa trên lý thuyết giá trị đa thuộc tính và dựa trên giả thuyết về sự độc lập của các thuộc tính. Ở đây ta sử dụng phương pháp SAW để tính giá trí và so sánh mỗi viên đốt theo các tỷ lệ khác nhau .Dựa trên các thuộc tính là thời gian bén cháy, thời gian đun sôi lần 1, thời gian đun sôi lần 2, lượng nước đun sôi, nhiệt trị, khối lượng bùn được xử lý, thời gian cháy hữu ích, khả năng sản xuất viên đốt, khói vv. Ta chuẩn hóa các thuộc tính : µS = S – min(S)/(max(S)-min(S)) (13) 44
  58. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tính chất, thành phần bùn KCN Vĩnh Lộc 3.1.1 Thành phần của bùn thải Theo thông báo kết quả thẩm định kỹ thuật phân tích bùn thải từ quá trình xử lý nước thải tập trung của KCN Vĩnh Lộc được phân tích ở Trung tâm Kỹ thuật 3 Bảng 3.1 Bảng 3. 1 Kết quả thẩm định bùn thải đầu ra của Trạm XLNT tập trung của KCN Vĩnh Lộc STT Chỉ tiêu phân tích Phương Giới hạn Kết quả Ngưỡng nồng độ pháp phân phát phân ngâm chiết(2) tích hiện tích 1 Asen (As) mg/L 0,5 KPH 2 2 Bari (Ba) mg/L 2,0 KPH 100 3 Bạc (Ag) Cadimi, mg/L 2,0 KPH 5 4 Cadimi, mg/L 0,05 KPH 0,5 5 Chì (Pb) mg/L 0,5 KPH 15 6 Coban (Co) mg/L 2,0 KPH 80 7 Kẽm (Zn) mg/L 2,0 3,34 250 8 Nicken (Ni) mg/L US EPA SW 2,0 KPH 70 846 Method 9 Selen (Se) mg/L 0,5 KPH 1 1311& EPA 10 Thủy ngân (Hg) mg/L 0,02 KPH 0,2 Method 200.7 11 Crom VI (Cr 6+ ) mg/L 0,5 KPH 5 12 Tổng dầu, mg/L 10 KPH 50 13 Phenol mg/L 2,0 KPH 1000 14 Benzen mg/L 5,0 KPH 0,5 15 Clobenzen mg/L 5,0 KPH 70 16 Toluen mg/L 5,0 KPH 1000 17 Naptalen mg/L 5,0 KPH Không quy định 45
  59. Đồ án tốt nghiệp Ghi chú: (2) Ngưỡng nông độ ngâm chiết được quy định tại bảng 1 của QCVN 50 : 2013/BTNMT Bảng 3. 2 Hàm lượng các thàn phần nguy hại vô cơ và hữu cơ trong mẫu bùn thải. STT Chỉ tiêu phân tích Phương pháp Giới hạn Kết quả Ngưỡng phân tích phát phân tích nồng độ hiện ngâm chiết(1) 1 Asen (As) ppm 3,0 KPH 7,2 2 Bari (Ba) trừ bari 3,0 190 362 sunfat ppm 3 Bạc (Ag) Cadimi, 3,0 KPH 18,1 US EPA SW ppm 846 Method 4 Cadimi, ppm 0,5 KPH 1,8 1311& EPA 5 Chì (Pb) ppm 3,0 6,54 54,3 Method 200.7 6 Coban (Co) ppm 3,0 KPH 290 7 Kẽm (Zn) ppm 3,0 297 906 8 Nicken (Ni ppm 3,0 10,2 254 9 Selen (Se) ppm 3,0 KPH 3,6 10 Thủy ngân (Hg) US EPA SW 0,5 KPH 0,72 ppm 846 Method 7471 A 11 Crom VI (Cr 6+ ) US EPA SW 1,0 KPH 18,1 ppm 846 Method 3060 A 12 Tổng Xyanua ppm US EPA SW 10 KPH 107 846 Method 9010 C 13 Tổng dầu, ppm US EPA SW 50 458 181 46
  60. Đồ án tốt nghiệp 846 Method 9071 A 14 Phenol ppm QTTN/KT3 0,1 KPH 3622 035:2010 15 Benzen ppm Tk. SMEWW 1,0 KPH 1,8 16 Clobenzen ppm 2012 (6200B) 1,0 KPH 254 17 Toluen ppm & (6232C) 1,0 KPH 3622 18 Naptalen ppm Tk. US EPA 0,5 KPH 181 SW 846 Method 8041 19 Tỷ số giữa khối TCVN - 0,138 - lượng thành phần 6648:2000 khô trong mẫu chất thải rắn trên tổng khối lượng mẫu chất thải Ghi chú: (1) Ngưỡng hàm lượng tuyệt đối được tính toán theo quy định tại mục 2.3 của Quy chuẩn kỹ thuật Quố gia QCVN 50: 2013/BTNMT - KPH: Không phát hiện. Bùn thải lấy từ băng tải sau quá trình ép, được phân tích kết quả cho thấy nồng độ các thành phần nguy hại vô cơ và hữu cơ trong dung dịch chiết tách từ mẫu bùn thải, và hàm lượng các thành phần nguy hại vô cơ và hữu cơ trong mẫu bùn thải hầu như đều nằm dưới ngưỡng cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước (QCVN 50:2013/BTNMT). Trong đó, các chỉ tiêu phân tích nồng độ các thành phần nguy hại hầu như không phát hiện ở trong dung dịch chiết tách từ mẫu bùn thải, riêng có chỉ tiêu kẽm (Zn) được phát hiện thấy (3.34 mg/L) nằm dưới ngưỡng cho phép (250 mg/L). Đáng chú ý nhất, là ở bảng kết quả của mẫu bùn thải có phát hiện các kim loại nặng (Pb, Zn, Ba, Ni), riêng chỉ tiêu Tổng dầu được phát hiện thấy trong mẫu 47
  61. Đồ án tốt nghiệp bùn và trên ngưỡng cho phép theo QCVN 50:2013/BTNMT (458 mg/L > 181 mg/L). Kết quả phân tích cho thấy, bùn thải từ hoạt động xử lý nước thải tập trung của KCN Vĩnh Lộc có chứa các kim loại nặng, vì vậy công tác xử lý bùn thải là hết sức quan trọng cũng như trong việc loại bỏ các kim loại nặng tránh ảnh hưởng xấu đến môi trường. 3.1.2 Đặc tính hóa lý của bùn Thành phần nhiệt của các chất rắn có trong nước thải khi sấy khô nằm trong khoảng nhiên liệu chứa cacbon thấp như than bùn hoặc than non Bùn thải có chứa tỷ lệ phần trăm chất dễ bay hơi cao và hàm lượng carbon cố định thấp hơn so với than đá, đốt bùn sẽ tạo ra nhiều sự bốc cháy của chất dễ bay hơi bị oxy hóa Để hiểu rõ hơn vấn đề này, việc tiến hành phân tích các thông số độ ẩm, chất bốc, carbon cố định, tro và nhiệt trị sẽ được thực hiện trong báo cáo này. Việc phân tích các thông số độ ẩm (M %), chất bốc (V%), carbon cố định (FC%), tro (A%) và nhiệt trị (LHV) lần lượt tuân theo các TCVN: TCVN 172:2011 (ISO 589 : 2008), TCVN 174 : 2011 (ISO 562 : 2010), TCVN 173 :2011 (ISO 1171 : 2010). Riêng nhiệt trị tổng của bùn được ước tính theo mối tương quan phần trăm tro trong sinh khối HHV (MJ / kg) = 19,914-0,2324Ash, nhiệt trị thực (LHV), nhiên liệu phải được so sánh dựa trên nhiệt trị thấp (Chương trình môi trường Liên Hợp Quốc.2006.) được tính theo phương trình: LHV = HHV – 24.41W (KJ/kg). (7) Sau khi mẫu bùn thải được lấy từ KCN Vĩnh lộc, chia làm 5 mẫu phân tích trong phòng thí nghiệm, tất cả các mẫu ta tiến hành đưa về trạng thái khô không khí ( Độ ẩm giai đoạn 1) . 48
  62. Đồ án tốt nghiệp Bảng 3. 3 Kết quả phân tích phòng thí nghiệm STT Độ ẩm giai Độ Ẩm giai Chất Bốc Tro Carbon Cố Nhiệt Trị đoạn 1 (%) đoạn 2 (%) (%) (%) Định (%) Thực (KJ/kg) 1 88.9 11.3 50.6 26.3 11.8 19850.062 2 88.7 11.1 50.6 26.3 13.8 19850.126 3 89.0 10.5 51.7 26.6 11.2 19849.683 4 89.1 10.8 51.1 27.4 10.7 19847.752 5 88.8 12.3 51.0 27.2 9.5 19847.750 Bảng 3. 4 Tính chất của bùn thải Độ ẩm Độ ẩm Chất bốc Tro Carbon cố Nhiệt trị giai đoạn giai đoạn (%) (%) định (%) (KJ/kg) 1 (%) 2 (%) Số mẫu 5 5 5 5 5 5 Giá trị nhỏ nhất 19847.75 88.7 10.5 48.8 26.3 9.5 0 Giá trị lớn nhất 19850.12 89.1 12.3 51.7 27.4 13.8 6 Trung bình 88.9 11.2 50.6 26.8 11.4 19849.1 ng kê ố Đô lệch chuẩn 0.512 Th 0.1581 0.6856 1.1014 1.5859 1.220081 8 Hệ số phân tán 0.000 1.195 -1.527 0.459 0.698 -0.525 Độ nhọn - -1.200 1.789 2.863 1.185 -3.234 2.661 n Trung bình 0.229 ẩ 0.0707 0.3066 0.4925 0.7092 0.545637 3 chu ố Hệ số phân tán 0.913 0.913 0.913 0.913 0.913 0.913 s Độ nhọn 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 Sai 49
  63. Đồ án tốt nghiệp Qua kết quả thống kê các thông số lý hóa của bùn bảng 3.3, hàm lượng độ ẩm của bùn thải sau giai đoạn ép bùn chiếm tỷ lệ rất lớn (88.7%), hàm lượng khô chỉ chiếm tới 11.3%, bùn hiện tại đang ở trạng thái lỏng. Vì vậy trước khi, tiến hành phân tích các thông số còn lại bùn phải được phơi khô, vì lượng ẩm trong bùn là khá lớn, nên việc phơi khô bùn kéo dài trong khoảng 3-4 ngày (có thể sấy trong lò sấy ở nhiệt độ 40oC). Sau khi loại bỏ độ ẩm bằng cách làm khô, phân tích các thông số ta được kết quả như trong Bảng 3.4. Theo kết quả phân tích, nhiệt trị của bùn hay là khả năng cung cấp nhiệt rất cao trung bình là 19849.075 KJ/kg. Chất bốc có trong bùn chiểm tỷ lệ rất cao (50.6%) cao hơn sơ với khoảng điển hình của chất bốc là từ 20-30% (Chương trình môi trường Liên Hợp Quốc.2006.), cho thấy bùn thải có thể coi là một nhiên liệu đốt tốt với khả năng bén cháy cao, cao hơn so với cả than đá. Tuy nhiên, khả năng giữ được nhiệt của bùn thì thấp hơn với than đá, điều này có thể hiểu rõ hơn qua thông số carbon cố định, độ ẩm và tro: carbon cố định thấp (11,4%), tỷ lệ độ ẩm ( độ ẩm giai đoạn 2) chỉ chiếm tới 11.2% tuy nhiên cao hơi so với hàm lượng ẩm của nhiên liệu thường chiếm từ 0.5 – 10 % (Chương trình môi trường Liên Hợp Quốc.2006.). Hàm lượng tro của bùn thải tương đối cao (26.8%) có thể làm ảnh hưởng đến công suất đốt cháy cũng như tăng tỷ lệ tạo ra tro xỉ gây khó khăn cho việc vệ sinh lò, tuy nhiên hàm lượng tro có trong bùn vẫn nằm trong khoảng so với thông thường chiếm từ 5 – 40% (Chương trình môi trường Liên Hợp Quốc.2006.). Tỷ lệ thành phần hóa lý trong bùn thải được thấy rõ trong hình: 50
  64. Đồ án tốt nghiệp Hình 3. 1 Đặc tính lý hóa của bùn thải Tóm lại từ việc tổng hợp các thông số phân tích trên, có thể đưa ra giả thuyết rằng, bùn thải có khả năng bốc cháy cao, tuy nhiên thời gian cháy của bùn không cao, không ổn định hiệu suất cung cấp nhiệt nên ta tiến hành phối trộn bùn với các nhiên liệu khác, bùn được xem là nhiên liệu phối trộn với các nhiên liệu đốt khác nhằm tăng khả năng bén cháy. 3.2 Tính chất nhiên liệu phối trộn (than bùn, than cám, đất sét) Việc phân tích các thông số của nhiên liệu phối trộn rất quan trọng, nó quyết định các tỷ lệ phối trộn giữa các nhiên liệu. Lựa chọn ra một tỷ lệ phối trộn rất khó khăn, phải đảm bảo việc kết dính của viên đốt (than tổ ong), ngoài ra còn phải đảm bảo khả năng bén cháy, nhiệt trị của thành phẩm một cách tối ưu nhất đó là xét về khả năng kinh tế mà thành phẩm đem lại. Tuy nhiên việc xét tỷ lệ đảm bảo sao cho việc xử lý bùn thải là cao nhất. Tương tự như phân tích bùn thải, ta tiến hành phân tích các mẫu của nhiên liệu ở trạng thái khô không khí, ta được bảng thống kê 51
  65. Đồ án tốt nghiệp Bảng 3. 5. Tính chất hóa của đất sét Trung bình Giá trị nhỏ Giá trị lớn Độ lệch Số mẫu Sai số nhất nhất Thống kê chuẩn chuẩn Độ ẩm 5 5.3 5.5 5.4 0.0316 0.0707 Chất bốc 5 3.8 4.1 4.0 0.0583 0.1304 Tro 5 90.3 90.7 90.5 0.0663 0.1483 Carbon cố 5 0.0 0.3 0.1 0.058 0.130 Bđịảnhng 3. 6 Tính chất than cám Nhiệt trị 5 19701.953 19702.898 19702.347 0.157297 0.351727 Valid N (listwise) Bảng 3.6. Tính chất than cám Trung bình Số Giá trị nhỏ Giá trị lớn Độ lệch Sai sô mẫu nhất nhất Thống kê chuẩn chuẩn Độ ẩm 5 1.4 1.6 1.5 0.0316 0.0707 Chất bốc 5 8.0 9.9 8.7 0.3891 0.8701 Tro 5 28.1 28.8 28.5 0.1356 0.3033 Carbon cố 5 60.5 62.3 61.3 0.3397 0.7596 định Nhiệt trị 5 19846.586 19848.246 19847.344 0.311499 0.696534 Valid N (listwise) 52
  66. Đồ án tốt nghiệp Bảng 3. 7 Tính chất của than bùn Trung bình Độ lệch Số Giá trị nhỏ Giá trị lớn Sai số chuẩn mẫu nhất nhất Thống kê chuẩn Độ ẩm 5 1.6 1.7 1.6 0.0200 0.0447 Chất bốc 5 13.9 21.8 18.0 1.2554 2.8071 Tro 5 33.8 35.0 34.6 0.2064 0.4615 Carbon cố định 5 41.8 49.5 46.0 1.2395 2.7716 Nhiệt trị 5 19832.332 19835.028 19833.273 0.47252 1.0565 Valid N (listwise) Theo kết quả bảng phân tích thống kê, có thể xem đất sét không phải thực sự là nhiên liệu tốt cho việc đốt để cung cấp nhiệt độ, điều này thấy rõ ở thành phần của đất sét: chất bốc, carbon cố định chiếm tỷ lệ phần trăm rất nhỏ lần lượt là 4.0% và 0.1% không có khả năng bén cháy cũng như việc cung cấp nhiệt độ ngoài ra thành phần tro của đất sét lại chiếm tỷ lệ rất lớn (90.5%). Như vậy việc đưa đất sét vào làm nhiên liệu phối trộn cho việc đốt không thực sự là tốt, nhưng tại sao lại được đưa vào nhiên liệu phối trộn, vai trò của đất sét trong nhiên liệu phối trộn để làm gì, sẽ được nói rõ ở phần sau. Các đặc tính hoá lý của than bao gồm nhiệt trị, hàm ẩm, các chất bốc và tro xỉ và các thành phần này ảnh hưởng đến khả năng cháy của than như khối lượng carbon cố định và chất bốc đóng góp trực tiếp vào nhiệt trị của than. Carbon cố định đóng vai trò là yếu tố tạo nhiệt chính trong quá trình cháy của than. Việc phân tích các đặc tính lý hóa của than bùn và than cám cho ra kết quả thỏa mãn giả thuyết trên, carbon cố định của than bùn và than cám chiểm tỷ lệ phần trăm cao (46% và 61.3%), kết quả kéo theo là nhiệt trị của than bùn và than cám có giá trị cao ( than bùn: 53
  67. Đồ án tốt nghiệp 19833.2730 KJ/kg; than cám: 19847.344 KJ/kg) thuộc than loại D (17593 KJ/kg – 20698.6 KJ/kg). ( trong bảng phân loại than theo dải nhiệt trị của Ấn Độ (Hướng dẫn sử dụng năng lượng hiệu quả trong ngành công nghiệp Châu Á). Đất Sét 5.4% Than Bùn 0.1% 4.0% 1.6% 18% 46% 90.5% 34.6% Than Cám 1.5% 8.7% 28.3% 61.3% Độ ẩm Chất bốc Tro Carbon cố định Hình 3. 2 Tính chất của các nhiên liệu phối trộn. 54
  68. Đồ án tốt nghiệp Đặc Tính Lý Hóa Các Nhiên liệu Phối Trộn 100 19900 90,5 90 19849,1 19847,344 19833,273 19850 80 70 61,3 19800 60 50,6 50 46 19750 40 19702,347 34,6 28,5 19700 30 26,8 18 20 11,2 11,4 8,7 19650 10 5,4 4.0 0,1 1,6 1,5 0 19600 Bùn thải Đất sét Than bùn Than cám Độ ẩm (%) Chất bốc (%) Tro (%) Carbon cố định (%) Nhiệt trị (KJ/kg) Ghi chú: Độ ẩm: 0.5-10% Chất bốc: 20-35% Tro : 5-40% Hình 3. 3 So sánh tính chất của các nhiên liệu phối trộn (Chương trình môi trường Liên Hợp Quốc.2006)  Ý nghĩa của các nhiên liệu trong phối trộn: Với việc thống kê lại các đặc tính lý hóa của các nhiên liệu phối trộn, có thể thấy được các đặc điểm cũng như khả năng đốt của nhiên liệu, và hiểu rõ hơn vai trò của nó trong việc phối trộn với các nhiên liệu khác, đầu tiên có thể thấy được sự khác biệt các đặc tính giữa các nhiên liệu, tạo nên đặc tính của nhiên liệu. Trong 4 nhiên liệu, bùn thải có hàm lượng chất bốc cao chiếm tới 50.6%, cao hơn ngưỡng của cả than bùn và than cám, với hàm lượng chất bốc cao bùn có thể được xem là “ngòi cháy”, vậy việc phối trộn bùn giúp cho nhiên liệu đốt có khả năng bén cháy cao (thời gian mồi lửa ngắn). 55
  69. Đồ án tốt nghiệp Than bùn và than cám, có hàm lượng carbon cố định chiếm tỷ lệ cao so với hai nhiên liệu còn lại (than bùn cao hơn bùn thải là 43.6% và than cám là 49.6%), điều đó cũng giải thích được nhiệt lượng của hai than tương đối cao, chính vì các đặc tính của than bùn và than cám có thể xem chúng là nhiên liệu có khả năng cung cấp nhiệt lượng tốt, hiện suất cung cấp nhiệt ổn định. Việc đưa than cám và than bùn vào nhiên liệu phối trộn có hết vai trò hết sức quan trọng, góp phần là yếu tố quan trọng trong việc tạo nhiệt chính trong quá trình cháy của nhiên liệu. Về đất sét, như ở phân tích trên cùng với việc so sánh các đặc tính hóa lý với các nhiên liệu phối trộn khác, đất sét có hàm lượng tro cao (90.5%), carbon cố định, chất bốc có hàm lượng rất thấp không góp phần vào việc tăng cường khả năng bén cháy cũng như tăng lượng nhiệt của nhiên liệu. Nhưng việc đưa đất sét vào nhiên liệu phối trộn là hết sức quan trọng, vì nhờ tính kết dính của đất sét giúp tạo định hình viên than tốt hơn, viên than xýt sắt trong đất chảy mềm, dính các hạt tro của viên than với nhau, giữ cho hình dáng của viên than không thay đổi cho đến lúc tàn, đảm bảo thông gió tốt bếp không bị tắc, đun nấu giữ được vệ sinh nhất là khi lấy xỉ ra khỏi lò. 3.3 Tiến hành phối trộn Việc phối trộn được xem là công đoạn hết sức quan trọng, quyết định đến việc hình thành thành phẩm cũng như tính chất của thành phẩm. Tỷ lệ phối trộn phải đảm bảo sao cho nhiên liệu có độ kết dính cao, không bị vỡ khi tạo thành khuôn, ngoài ra phải đảm bảo sao thành phẩm tạo thành có đầy đủ tính chất của nhiên liệu đốt: khả năng bén cháy cao, ít lượng củi nhóm, thời gian bén cháy rút ngắn, cung cấp nhiệt lượng lớn, ổn định công suất cung cấp nhiệt. Tỷ lệ phối trộn cũng quyết định đến việc tái chế bùn thải, chính vì vậy việc chọn một tỷ lệ thích hợp phải vừa tối đa hóa lượng bùn được xử lý, đồng thời đáp ứng được các điều kiện trên, cũng như việc không gây ảnh hưởng đến môi trường trong quá trình đốt nhiên liệu. Tỷ lệ phối trộn thường dưới 10%, và được khuyến cáo không nên vượt quá 5% (Luts et al và Werther et al). Với mức tỷ lệ phối trộn này, các tác động đến việc đốt 56
  70. Đồ án tốt nghiệp than hầu như không đáng chú ý về mặt hụt khối (weight loss) và các đặc điểm về mặt động học của hỗn hợp so với của than cũng không khác nhau đáng kể. Tuy vậy, nhiều nghiên cứu gần đây có khuynh hướng nghiên cứu ở các tỷ lệ cao hơn nhưng các tỷ lệ này chưa bao giờ vượt quá 50% (Otero,M, LF Calvo và cs, 2008). Sinh viên tiến hành 3 lần nghiên cứu nhưng chỉ 2 đợt phối trộn nhiên liệu, trong đó tỷ lệ bùn sẽ thay đổi (0%, 5%, 10%, 15%, 20%), tỷ lệ than thay đổi theo hàm lượng của bùn, trong đó than gồm có than bùn và than cám (với tỷ lệ lần lượt là 1:1 và 3:1), còn tỷ lệ đất sét sẽ được giữ nguyên với tỷ lệ 10%. 3.3.1 Quá trình phối trộn đợt 1 Bùn thải được lấy tại KCN Vĩnh Lộc và lưu trữ trong bao nilon. Sau đó vận chuyển về nơi phơi bùn. Tại đây, bùn thải được phơi khô ngoài không khí đến khối lượng không đổi. Bùn sau khi phơi khô , có hiện tượng kết dính cao và rất cứng, nên phải nghiền nhỏ đến kích cỡ phù hợp cho quá trình phối trộn. Hình 3.4. Sân phơi bùn thải 3.3.2. Tỷ lệ phối trộn đợt 2 Tại lần phối trộn thứ 2 và 3 , bùn thải vẫn được lấy tại KCN Vĩnh Lộc và lưu trữ trong bao nilon. Trong lần phối trộn này, bùn thải sẽ không phơi khô ngoài 57
  71. Đồ án tốt nghiệp không khí mà sẽ được tiến hành phối trộn trực tiếp khi vẫn còn ướt nhằm đảm bảo độ kết dính của bùn với than. Phối trộn đợt 2, tỷ lệ bùn lần lượt được phối trộn sẽ là 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, tỷ lệ than sẽ thay đổi theo hàm lượng bùn. Trong đó, than bùn và than cám với tỷ lệ 1:1, riêng đất sét vẫn giữ ở tỷ lệ 10%. Với khối lượng thành phẩm (than tổ ong) m=1200 (g), thành phần khối lượng của các nhiên liệu lần lượt được trình bày trong Bảng 3.8. Bảng 3. 8 khối lượng của các nhiên liệu tương ứng với các tỷ lệ phối trộn Đợt 2 CT phối Bùn thải (g) Than (g) Đất sét trộn Nước Khô Than bùn Than cám 1 0 0 540 540 2 60 6.7 510 510 1200 (g) 3 120 13.3 480 480 120 m = 4 180 20 450 450 5 240 26.6 420 420 3.3.3 Tỷ lệ phối trộn đợt 3 Tỷ lệ bùn ta vẫn tiến hành lần lượt là 0%, 5%, 10%, 15%, 20% và đất sét là 10%. Tuy nhiên với tỷ lệ than bùn và than cám sẽ thay đổi (tỷ lệ than sẽ thay đổi theo tỷ lệ bùn), thay vì tỷ lệ 1:1 như ở đợt phối trộn 1, ta sẽ thay đổi tỷ lệ là 3:1). Tăng tỷ lệ than bùn lên, vì than bùn có độ kết dính cao hơn so với than cám (kích thước than to, không có khả năng kết dính), nhiệt trị của than bùn và than cám không có sự chênh lệch nên việc thay đổi tỷ lệ không làm ảnh hưởng đến nhiệt trị 58
  72. Đồ án tốt nghiệp Bảng 3. 9 Khối lượng của các nhiên liệu tương ứng với các tỷ lệ phối trộn Đợt 3 CT phối Bùn thải (g) Than (g) Đất sét trộn Nước Khô Than cám Than bùn 1 0 0 270 810 2 60 6.7 255 765 3 120 13.3 240 720 120 m = 1200 (g) 4 180 20 225 675 5 240 26.6 210 630 3.4 Kết quả phối trộn 3.4.1 Phối trộn Đợt 1 Tuy nhiên, khi tiến hành phối trộn vấn đề về khả năng kết dính của bùn khô lại giảm. Bùn khô sau khi ngâm nước khoảng một ngày vẫn không có hiện tượng mềm và dẻo như ban đầu, rất khó để phối trộn. Vì vậy, tại lần lấy bùn và phối trộn đầu tiên không thực hiện được. 3.4.2 Phối trộn đợt 2 Theo tỷ lệ phối trộn bùn (0%, 5%, 10%, 15%, 20%), đất sét 10%, than sẽ thay đổi theo tỷ lệ bùn (than bùn:than cám=1:1) Kết quả ta thu được từ việc phối trộn, trong quá trình đóng khuôn tạo viên than tổ ong, viên than không định hình được, viên đốt dễ bị vỡ đặc biệt là ở CT 2 và CT3, và sau quá trình đốt xỉ than bị vỡ hầu như ở các CT. Nguyên nhân xảy ra là do không có sự kết dính giữa các nhiên liện, với tỷ lệ giữa than bùn và than cám (1:1) là không phù hợp, do hàm lượng than cám nhiều, kích thước của hạt than thô, nên không liên kết được với các bề mặt nhiên liệu khác, dễ bị vỡ rời. Nên việc phối trộn theo tỷ lệ này là không phù hợp cho việc đóng khuôn. 59
  73. Đồ án tốt nghiệp 3.4.3.Phối trộn đợt 3 Qua kết quả phối trộn đợt 2, nghiên cứu rút ra được kinh nghiệm, thay đổi tỷ lệ phối trộn giữa than bùn và than cám với tỷ lệ là 3:1, trong khi các tỷ lệ khác vẫn giữ nguyên: đất sét (10%), bùn lần lượt (0%, 5%, 10%, 15%, 20%). Kết quả thu được: Khác với kết quả ở đợt 2, với tỷ lệ phối trộn đợt 3 than dễ định hình hơn, không bị vỡ có sự kết dính giữa các nhiên liệu, chỉ riêng ở CT4 và CT5 thì độ ẩm viên than cao nên làm cho viên đốt dễ bị méo mó. Việc phối trộn theo các tỷ lệ này ta thu được 25 viên than tổ ong, tương ứng với mỗi tỷ lệ là 5 viên than. Với kết quả ban đầu, ta chỉ thu được việc kết dính của than (than không bị vỡ) là đạt hiệu quả, tuy nhiên kết quả cần phải đạt được là các tỷ lệ này có phải là công thức phù hợp để tạo ra than tổ ong có khả năng bén cháy, cường độ cháy lớn không là mục đích cuối cùng cần đạt được. Việc phân tích các chỉ tiêu của than thành phẩm giúp ta giải thích được những thắc mắc trên. Kết quả phân tích các chỉ tiêu của than theo các tỷ lệ khác nhau. 60
  74. Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.10. Tính chất của viên đốt theo các công thức khác nhau Số Mẫu: N= 5 Độ ẩm (%) Chất bốc (%) Tro (%) Carbon cố định (%) Nhiệt trị (KJ/kg) Giá trị nhỏ nhất 1.9 11.6 41.9 38.3 19822.8488 Giá trị lớn nhất 2.0 17.3 47.4 39.0 19824.4675 Trung bình 2.0 14.5 44.8 38.8 19823.3558 CT1 Độ lệch chuẩn 0.0447 2.0266 1.9488 0.2864 06550632 Hệ số phân tán -2.236 -0.073 -0.281 -1.584 1.697 Độ nhọn 5.000 1.786 2.007 2.739 3.124 Giá trị nhỏ nhất 2.1 16.3 38.5 42.7 19823.9404 Giá trị lớn nhất 2.4 16.4 38.5 43.1 19824.0136 Trung bình 2.2 16.4 38.5 42.9 19823.9941 CT2 Độ lệch chuẩn 0.1304 0.0447 0.0000 0.1517 0.0318137 Hệ số phân tán 1.714 -2.236 . -1.118 -1.714 Độ nhọn 2.664 5.000 . 1.456 2.664 Giá trị nhỏ nhất 2.8 17.8 38.1 40.8 19824.4912 Giá trị lớn nhất 3.0 18.1 38.2 41.2 19824.7480 Trung bình 2.9 18.0 38.2 40.9 19824.6086 CT3 Độ lệch chuẩn 0.0707 0.1225 0.0548 0.1673 0.1284547 Hệ số phân tán 0.000 -1.361 -0.609 1.089 0.527 Độ nhọn 2.000 2.000 -3.333 0.536 -3.213 CT4 Giá trị nhỏ nhất 3.3 19.5 37.8 38.7 19824.8828 61
  75. Đồ án tốt nghiệp Giá trị lớn nhất 3.6 19.9 38.0 39.3 19825.3476 Trung bình 3.4 19.7 37.9 39.0 19825.1838 Độ lệch chuẩn 0.1225 0.1517 0.0894 0.2236 0.2100020 Hệ số phân tán 1.361 -1.118 1.258 0.000 -0.913 Độ nhọn 2.000 1.456 0.312 0.200 -1.518 Giá trị nhỏ nhất 3.7 21.1 37.5 36.7 19825.4580 Giá trị lớn nhất 4.1 21.7 37.7 37.5 19825.9472 Trung bình 3.9 21.5 37.6 37.0 19825.7638 CT5 Độ lệch chuẩn 0.1483 0.2345 0.0894 0.2966 0.2149855 Hệ số phân tán 0.552 -1.744 1.258 0.552 -0.869 Độ nhọn 0.868 3.322 0.312 0.868 -1.565 62
  76. Đồ án tốt nghiệp Biểu Đồ Thể Hiện Tính Chất Của Viên Đốt Theo Các Công Thức 100 19825,1838 19825,7638 19826 90 19824,6086 19825,5 19823,3558 19823,9941 38,78 39 37 80 42,9 40,9 19825 70 19824,5 60 50 19824 37,6 37,9 40 38,2 44,8 38,5 19823,5 30 19823 20 21,5 18 19,7 19822,5 10 14,5 16,4 2,2 0 2 2,9 3,4 3,9 19822 CT 1 CT 2 CT 3 CT 4 CT 5 Độ ẩm (%) Chất bốc (%) Tro (%) Carbon cố định (%) Nhiệt trị (KJ/kg) Ghi chú: Độ ẩm: ≤8% Tro: ≤ 42% Nhiệt trị: ≥ 16760 KJ/kg (TCVN 4600 – 1994) Hình 3. 5 Tính chất của Viên đốt theo các công thức khác nhau. 63
  77. Đồ án tốt nghiệp Theo kết quả từ các bảng phân tích thống kê, nhìn nhận một cách tổng quát hàm lương độ ẩm của than theo các tỷ lệ bùn chiếm tỷ lệ rất nhỏ (nhỏ nhất là 2.0%, và hàm lượng độ ẩm lớn nhất đạt được là khoảng 3.9%). Hàm lượng carbon cố định và tro tương đối cao, riêng hàm lượng chất bốc có trong than dao động từ khoảng 14.5-21.5%. Phối trộn theo tỷ lệ than bùn:than cám (3:1), cho thấy việc đồng đốt bùn với than có kết quả thu được mang tính tích cực, với đặc tính lý hóa của than thu được từ việc phân tích có thể nói đã thành công trong việc tạo ra được nhiên liệu tốt cho quá trình đốt và cung cấp nhiệt lượng. Tuy nhiên để làm rõ hơn vấn đề, ta sẽ phân tích từng tiêu chí của than theo các tỷ lệ cũng như so sánh sự khác nhau, hàm lượng độ ẩm và chất bốc của than theo các tỷ lệ có khuynh hướng tăng (ở tỷ lệ 0% than có hàm lượng độ ẩm là 2.0 % lên đến tỷ lệ 20% hàm lượng ẩm tăng lên 3.9 %; hàm lượng chất bốc có trong than cao ở tỷ lệ 20% là khoảng 21.5%). Ngược lại, carbon cố định và tro có trong than giảm theo tỷ lệ của bùn. 3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ bùn lên đặc tính lý hóa của viên đốt Việc phối trộn bùn theo các tỷ lệ khác nhau sẽ làm thay đổi các thành phần trong nhiên liệu than, ngoài ra còn làm ảnh hưởng các đặc tính hóa lý có trong than, ta tiến hành phân tích Anova và hồi quy tuyến tính để xác định mối liên hệ giữa tỷ lệ bùn và các chỉ tiêu của than. Trong phân tích hồi quy tuyến tính, với biến độc lập X là tỷ lệ bùn và biến phụ thuộc Y lần lượt là độ ẩm, chất bốc, tro và carbon cố định.  Độ ẩm Kết quả phân tích hồi quy của biến phục thuộc X là độ ẩm được trình bày trong bảng 64