Lời cảm ơn Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Loan hướng dẫn em chu đáo tận tình suốt trình em nghiên cứu hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn thầy cô cán Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, truyền đạt hướng dẫn cách tổng hợp kiến thức quý báu suốt hai năm học vừa qua giúp đỡ em thực luận văn điều kiện tốt Tôi xin cảm ơn cử nhân Bùi Thị Như Quỳnh, Trần Thị Phương cộng tác với triển khai nghiên cứu lĩnh vực chuyên môn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới bác Nguyễn Văn Chất Nguyễn Thị Nhung chủ 02 xưởng sản xuất gạch giúp đỡ hoàn thành trình thực nghiệm Cuối xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè bên cạnh động viên giúp đỡ suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 01 năm 2016 Học viên Nguyễn Thị Nhiên i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tro xỉ 1.1.1.Tro bay đặc tính .3 1.1.3 Các nghiên cứu tái sử dụng tro xỉ Thế giới Việt Nam 11 1.2 Tổng quan Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương (NMNĐ) 21 1.3 Tổng quan công nghệ sản xuất gạch .25 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 Đối tượng nghiên cứu .30 2.2 Phương pháp nghiên cứu 30 2.2.1 Phương pháp thu thập liệu 30 2.2.2 Phương pháp thí nghiệm 30 2.2.3 Phương pháp thực nghiệm .34 2.2.4 Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết thu được, từ đánh giá tính khả thi đề tài 37 2.2.5 Phương pháp nghiên cứu phân tích lợi ích môi trường mở rộng 38 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Kết thí nghiệm xác định thành phần, tính chất tro đáy 39 3.1.1 Độ ẩm 39 ii 3.1.2 pH 40 3.1.3 Tỉ trọng thể rắn 40 3.1.4 Thành phần kim loại nặng .41 3.1.5 Thành phần khoáng 41 3.2 Kết thực nghiệm với ứng dụng sản xuất gạch từ tro đáy 43 3.1.1 Gạch nung truyền thống 43 3.1.2 Đối với gạch ép không nung (xi măng cốt liệu) 45 3.3.3 Tính toán lợi ích kinh tế 49 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 60 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 .4 Bảng 1.2: Thành phần hóa học tro bay quốc gia [29] .5 Bảng 1.3: Thành phần hóa học tro bay Ba Lan từ nguồn nguyên liệu khác .6 Bảng 1.4: Kích thước hạt tro đáy từ nhà máy nhiệt điện Mỹ Bảng 1.5: Một số tính chất vật lý tro đáy .8 Bảng 1.6: Các thành phần hóa học tro đáy tiêu biểu Bảng 1.7: Nồng độ số nguyên tố vi lượng tro đáy (mg/kg) .9 Bảng 1.8: Khác biệt thành phần hóa học tro đáy sau đốt than [8] 10 Bảng 1.9: Sản lượng phần trăm sử dụng tro bay số nước 11 Bảng 1.10: Tro bay từ nhà máy nhiệt điện giai đoạn 2010-2030 [3] 20 Bảng 1.11: Khả xử lý ô nhiễm tro đáy .18 Bảng 3.1: Kết đo độ ẩm tro đáy NMNĐ Mông Dương 39 Bảng 3.2: Kết đo pH 40 Bảng 3.3: Kết đo tỉ trọng tro đáy 40 Bảng 3.4: Hàm lượng số kim loại nặng tro đáy .41 Bảng 3.5: Các thành phần khoáng tro đáy NMNĐ Mông Dương 42 Bảng 3.6: Kết phân tích mẫu gạch nung 44 Bảng 3.7: Kết phân tích độ nén gạch xi măng cốt liệu .47 Bảng 3.8: Kết phân tích độ hút nước mẫu gạch xi măng cốt liệu 48 Bảng 3.9: Thông số tính toán lợi nhuận thu .51 Bảng 3.10: Giá thành sản xuất 01 viên gạch .52 Bảng 3.11: Giá thành sản xuất 01 viên gạch xi măng cốt liệu 53 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Bản đồ thể vị trí khu vực NMNĐ Mông Dương 22 Hình 1.2: Hình ảnh bãi thải NMNĐ Mông Dương 25 Hình 1.3: Sơ đồ quy trình nung gạch lò nung tuynel .25 Hình 1.4: Hình ảnh mẫu gạch mộc sau qua công đoạn ép đưa phơi 27 Hình 1.5: Sơ đồ quy trình ép gạch từ mạt đá + xi măng 28 Hình 1.6: Hình ảnh mẫu gạch xi măng cốt liệu với nhiều hình dạng 29 Hình 2.1: Hình ảnh tro đáy xi măng nguyên liệu thực nghiệm .36 Hình 2.2: Hình ảnh trình trộn tro đáy, xi măng nước 37 Hình 3.1: Sơ đồ quy trình sản xuất gạch nung 43 Hình 3.2: Hình ảnh sản phẩm gạch mộc từ 02 tỷ lệ .44 Hình 3.3: Sơ đồ quy trình sản xuất gạch xi măng cốt liệu 45 Hình 3.4: Hình ảnh sản phẩm gạch xi măng cốt liệu tỷ lệ (xi măng:tro đáy : nước = 1:7 : 1,5) 46 Hình 3.5: Hình ảnh sản phẩm gạch xi măng cốt liệu từ theo tỷ lệ 46 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt ASTM C618 Giải nghĩa Tiêu chuẩn tro bay, puzolan thiên nhiên nung không nung CFB Đốt than tầng sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed) EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam (Electricity of Vietnam) KLN Kim loại nặng MKN Mất nung NMNĐ Nhà máy nhiệt điện Mông Dương PCC Công nghệ đốt than phun TCVN Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam TKV Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam vi MỞ ĐẦU Sự phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp nước ta năm gần kéo theo gia tăng chất thải, đặc biệt ngành công nghiệp lượng Tại nước ta có nhiều Nhà máy nhiệt điện sử dụng nguồn nhiên liệu than hàng năm lượng tro xỉ phế thải thải lớn, gây ảnh hưởng đến môi trường Thống kê cho thấy, công suất phát điện Nhà máy điện đốt than nước 5.000MW chạy than antraxit nước, với lượng tiêu thụ hàng năm vào khoảng 16 triệu than Lượng tro xỉ thải 5,7 triệu Từ năm 2013, riêng lượng tro xỉ thải hàng năm nhà máy nhiệt điện đốt than Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) phát đủ công suất ước tính khoảng 2,8 triệu tấn/năm Dự báo đến năm 2030, tổng công suất nhiệt điện đốt than nước tăng lên khoảng 77.000MW, kéo theo lượng than tiêu thụ 176 triệu lượng tro xỉ thải đạt 35 triệu tấn/năm [9] Điều đặt toán lớn môi trường, bãi thải, chi phí xử lý cần đáp ứng Những năm gần việc tái sử dụng tro xỉ ý chi phí xây dựng bãi thải chi phí đổ thải tăng, nhiều Nhà máy áp dụng biện pháp tái sử dụng nguồn tro xỉ thải nhằm giảm thiểu nguồn thải tiết kiệm chi phí Năm 2005, nhà máy điện đốt than Mỹ tái sử dụng 40% tro xỉ ứng dụng khác [20] Một lợi môi trường khác tái sử dụng tro xỉ thay nguyên liệu nguyên sơ khác, tiết kiệm chi phí để khai thác chế biến chúng Việc tái sử dụng tro xỉ vật liệu công nghệ chủ yếu xuất phát từ chất tro xỉ: có kết cấu tương tự cát sỏi, ứng dụng việc sản xuất vật liệu xây dựng Vì vậy, việc nghiên cứu tìm giải pháp công nghệ để xử lý nguồn phế thải nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường tạo sản phẩm có ích cho xã hội việc làm có ý nghĩa Theo nghiên cứu ứng dụng thực hiện, vật liệu xây dựng đặc biệt loại gạch làm từ tro xỉ có đặc tính cách âm tốt đất nung, chống thấm, chịu nhiệt độ cao Với công nghệ sản xuất vậy, quy trình thích hợp với sở sản xuất vật liệu xây dựng thủ công nhỏ vừa vốn đầu tư không nhiều, tái sử dụng nguồn tro xỉ thải Từ đặc tính đó, việc áp dụng nguyên liệu vào sản xuất cần thời gian để người dân thấy tính loại gạch với nhiều ưu điểm, giá thành giảm so với loại gạch sản xuất từ loại nguyên liệu truyền thống gạch nung sử dụng đất sét, gạch xi măng cốt liệu sử dụng mạt đá Xuất phát từ thực tiễn trên, tiến hành thực đề tài: ‘‘Nghiên cứu sử dụng tro xỉ Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương sản xuất vật liệu xây dựng” Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu, tận dụng tro đáy Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương làm vật liệu xây dựng Nội dung nghiên cứu: - Tổng quan tro xỉ, lượng xả thải phương pháp tận dụng tro xỉ Việt Nam Thế giới; - Nghiên cứu tính chất vật lý, thành phần hóa học tro xỉ (tro đáy) nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1; - Đề xuất biện pháp tái sử dụng tro đáy phương pháp sản xuất gạch nung gạch xi măng cốt liệu; - Tính toán lợi ích kinh tế tận dụng nguồn tro đáy, lợi ích thay nguồn nguyên liệu đất sét sản xuất gạch nung mạt đá sản xuất gạch xi măng cốt liệu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tro xỉ Trong nhà máy nhiệt điện, sau trình đốt cháy nhiên liệu than đá phần phế thải rắn tồn hai dạng: Tro thu hệ thống lọc bụi tĩnh điện tro bay (fly ash), tro thu đáy trình đốt tầng sôi gọi tro đáy (bottom ash) 1.1.1.Tro bay đặc tính Trước châu Âu Vương quốc Anh phần tro thường cho tro nhiên liệu đốt nghiền mịn [32] Nhưng Mỹ, loại tro gọi tro bay thoát với khí ống khói “bay” vào không khí Và thuật ngữ tro bay (fly ash) dùng phổ biến giới để phần thải rắn thoát khí ống khói nhà máy nhiệt điện Theo cách phân loại Canada, tro bay chia làm ba loại:  Loại F: Hàm lượng CaO 8%  Loại CI: Hàm lượng CaO lớn 8% 20%  Loại C: Hàm lượng CaO lớn 20% Trên giới nay, thường phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618 Theo cách phân loại phụ thuộc vào thành phần hợp chất mà tro bay phân làm hai loại loại C loại F [11] trình bày bảng 1.1  Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM C618:  Tro bay loại F tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn 70%  Tro bay loại C tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ 70% Cụ thể, trình phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618 trình bày bảng 1.1: Bảng 1.1: Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 [11] Các yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM C618 Đơn vị Lớn /nhỏ Nhóm F Nhóm C Yêu cầu hóa học Tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) % nhỏ 70 50 SO3 % lớn 5 Hàm lượng ẩm % lớn 3 Hàm lượng nung (MKN) % lớn 5 1,5 1,5 Yêu cầu hóa học không bắt buộc Chất kiềm % Yêu cầu vật lý Độ mịn (+325) % lớn 34 34 Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (7 ngày) % nhỏ 75 75 Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (28 ngày) % nhỏ 75 75 Lượng nước yêu cầu % lớn 105 105 Độ nở nồi hấp % lớn 0,8 0,8 Yêu cầu độ đồng tỷ trọng % lớn 5 Yêu cầu độ đồng độ mịn % lớn 5  Các đặc trưng tro bay Thành phần hóa học tro bay: Tro bay nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu sản phẩm tạo thành từ TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Ban quản lý Dự án Nhiệt điện (2006), Báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương, Quảng Ninh Nguyễn Quang Chiêu (2011), “Tro bay – nguồn gốc sử dụng môi trường”, Tạp chí Giao thông vận tải, Số - 2011 Đàm Hữu Đoán, Kiều Cao Thăng Nhóm nghiên cứu (2010), “Tái chế sử dụng tro xỉ Nhà máy Nhiệt điện chạy than Việt Nam”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị KHCN Tuyển khoáng toàn quốc lần III, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ, Hà Nội Lương Như Hải, Ngô Kế Thế, Đỗ Quang Kháng (2014), “Tro bay ứng dụng”, Thông tin Kinh tế & Công nghệ - Công nghiệp Hóa chất, số Nguyễn Thị Hồng Hoa, Phạm Hữu Giang (2011), “Nghiên cứu tuyển tro xỉ nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn, Thái Nguyên”, Tạp chí Công nghiệp Mỏ, số 3/2011 Kiều Cao Thăng, Nguyễn Đức Quý (2012), “Tình hình phương hướng tái chế, sử dụng tro xỉ nhà máy nhiệt điện Việt Nam”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị KHCN Tuyển khoáng toàn quốc lần III, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ, Hà Nội Nguyễn Đức Quý (2010), “Tái chế sử dụng chất thải khoáng sản”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị KHCN Tuyển khoáng toàn quốc lần III, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ Hà Nội Phan Hữu Duy Quốc (2011), “Phân tích việc sử dụng tro xỉ than thải từ Nhà máy nhiệt điện Việt Nam”, Viện Khoa học công nghiệp, Đại học Tokyo, Nhật Bản Đinh Quang Vinh (2012), “Đầu cho tro xỉ nhà máy nhiệt điện”, Tập đoàn công 56 nghiệp than- khoáng sản Việt Nam; 10 Viện nghiên cứu hỗ trợ phát triển nông thôn (2010), Công nghệ sản xuất gạch không nung từ đất phế thải công nghiệp đất hóa đá, Hồ Chí Minh TÀI LIỆU TIẾNG ANH 11 ASTM standard specification for coal fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use in concrete (C618-05), Annual book of ASTM standards, concrete and aggregates, Vol.04.02 American Society for Testing Materials, 2005 12 Baogua Ma (1999), “The compositions, surface texture, absorption, and binding properties of fly ash in China”, Environment International, 25 (4), pp 423432 13 Department of Forests, Ecology and Environment, Government of Karnataka (2007), “Utility Bonanza from Dust-Fly Ash”, Parisara, 2(6) 14 Dumida et al (2014), “Reuse options for coal fired power plant bottom ash and fly ash” 15 Dr.Suhas V Patil, Suryakant C Nawle, Sunil J Kulkarni (2013), “Industria applications of Fly ash: A Review, International Journal of Science”, Engineering and Technology Research (IJSETR), pp 1659-1663 16 European Coal Combustion Products Association, www.ecoba.com 17 Fariborz Goodarzi (2006), “Characteristics and composition of fly ash from Canadian coal-fired power plants”, Fuel 85, pp.1418-1427 18 Fly Ash Utilization in China (2010), “Market landscape and Policy Analysis” 19 Federal Highway administration (2006), “Fly ash in asphalt pavements, United States Department of Transportation - Federal Highway Administration” 20 Hans Joachim Feuerborn (2011), “Coal combustion products in European 57 update on production and utilisation, standardisation and relulation”, World of Coal ash (WOCA) conference, May 9-12, 2011, in Denver, CO, USA 21 Henry A Foner et al.(1999), “Characterization of fly ash from Israel with reference to its possible utilization”, Fuel, pp 215-223 22 G.Skodras et al (2007), Quality characteristics of Greek fly ashes and potential uses, Fuel Processing Technology, pp.77-85 23 Ksaibati K, Sayiri, S R K(2006), “Utilization of Wyoming bottom ash in asphalt mixes”, Department of Civil & Architectural Engineering, University of Wyoming 24 Kumar S, Stewart J (2003b), “Utilization of Illinois PCC dry bottom ash for compacted landfill barriers”, Soil Sediment Contam Int J, 12(3), pp.401–415 25 Kurama H, Kaya M (2008), “Usage of coal combustion bottom ash in concrete mixture”, Constr Build Mater, 22(9) 26 Manorama Gupta and S.P Singh (2013), “Fly ash production and its utilization in different countries”, Ultra Chemistry, (1), pp.156-160 27 Manoharan V, Yunusa IAM, Loganathan P, Lawrie R, Skilbeck CG, Burchett MD, et al., “Assessments of class F fly ashes for amelioration of soil acidity and their influence on growth and uptake of Mo and Se by canola”, Fuel, 2010, 89(11), 3498–504 28 Ministry of Environment and Forests, Government of India –Utilisation of Fly Ash by thermal power plants Notification, S.O.763(E) Dated 14th September, 1999 29 Ministry of Environment and Forests, Government of India –Utilisation of Fly Ash by Thermal power plants Notification, S.O.979(E) Dated 27th August, 2003 30 Moulton, Lyle K (1973), “Bottom Ash and Boiler Slag: Proceedings of the 58 Third International Ash Utilization Symposium”, U.S Bureau of Mines, No 8640, Washington DC 31 Pandey VC, Singh (2010), Impact of fly ash incorporation in soil systems, Agric Ecosyst Environ, 2010, 136(1–2), pp.16–27 32 Ramesh C Joshi, Rajinder P Lohtia (1997), “Fly ash in concrete”, Gordon and Breach Science, 1997 33 R.S Blissett, N.A Rowson (2012), “A review of the multi-component utilisation of coal fly ash”, Fuel, (97), pp.1–23 34 Sidney Diamond (1986), “Particle morphologies in fly ash”, Cement and concrete Research, 16, pp.569-579 35 Shanghai the standards high calcium fly ash concrete application of technical regulations DBJ08-230-98 (Chinese Edition), “Fly ash in Concrete Applications”, Lafarge North America Cement Operting Regions 36 Saeid Amiralian, Amin Chegenizadeh, and Hamid Nikraz, A Review on The Lime and Fly ash Application in Soil Stabilization, International Journal of Biological, Ecological and Environmental Sciences (IJBEES), 2012, 1(3), pp 124-126 37 Shaobin Wang, and Hongwei Wu, Environmental-benign utilisation of fly ash as low-cost adsorbents, Journal of Hazardous Materials, 2006, 136 (3), pp 482-501 38 Z Sarbak, A Stanczyk and M Kramer-Wachowiak, “Characterisation of surface properties of various fly”, Powder Technology, 2004, 145, pp 82-87 39 Yunping Xi, Yue Li, Zhaohui Xie and Jae S.Lee, “Utilization of solid waste (waste glass and rubber particles) as aggregates in concrete”, University of Colorado, USA 59