Đang tải... (xem toàn văn)
Theo xu hướng chung, chính sách quản lý bùn nên hướng tới việc giảm lượng bùn phát sinh, tạo ra các vật liệu an toàn và hợp vệ sinh, cũng như áp dụng các lựa chọn tái sử dụng thay vì thải bỏ (Spinosa, 2007); trong đó, thu hồi năng lượng là một phương pháp ngày càng được ứng dụng rộng bởi vì BTCN là một nguồn nguyên liệu có thể tái chế cho mục đích năng lượng. Ở Việt Nam hiện nay, trong khi lượng BTCN đang gia tăng đáng kể, các nghiên cứu tái sử dụng BTCN cho mục đích năng lượng còn hạn chế. Xuất phát từ thực tế đó, học viên tiến hành đề tài “Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải công nghiệp cho mục đích thu hồi năng lượng”
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN TRỌNG KHẢI NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI CÔNG NGHIỆP CHO MỤC ĐÍCH THU HỒI NĂNG LƯỢNG LUẬN VĂN THẠC SĨ: QUẢN LÝ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG Tp Hồ Chí Minh, năm 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN TRỌNG KHẢI NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI CÔNG NGHIỆP CHO MỤC ĐÍCH THU HỒI NĂNG LƯỢNG Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên môi trường Mã số chuyên ngành: 60 85 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TRƯƠNG THANH CẢNH Tp Hồ Chí Minh, năm 2016 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt luận văn này, học viên nhận hỗ trợ nhiệt tình nhiều cá nhân Nếu thiếu giúp đỡ đó, có lẽ học viên khơng hoàn thành luận văn tiến độ Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy, Cô giáo Khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học tự nhiên TP.HCM trang bị cho em kiến thức kinh nghiệp nghề nghiệp Em xin chân thành tri ân PGS TS Trương Thanh Cảnh Thầy giúp em định hướng từ lúc bắt đầu chọn đề tài nghiên cứu Trong suốt trình nghiên cứu, em nhận quan tâm hỗ trợ mặt tinh thần lẫn mặt vật chất từ Thầy Học viên chân thành cảm ơn nhóm sinh viên Trần Nhật Sang, Nguyễn Duy Tài, Nguyễn Hoàng Thịnh Nguyễn Thị Như Ý học viên nghiên cứu đề tài thú vị Trong thời gian nghiên cứu, có lúc nhóm đồng lòng, có lúc nhóm bất đồng Nhưng sau tất cả, nhóm đạt mục tiêu nghiên cứu tạo thơng tin vừa vừa có ý nghĩa mặt khoa học lẫn thực tế Học viên xin cảm ơn anh Phạm Thanh Trực (Hepza), anh Phạm Đức Phương (KCN Tân Bình), chị Lê Trần Bích Hằng (KCN Vĩnh Lộc) quý anh chị quản lý môi trường hai nhà máy giúp học viên thu thập liệu lấy mẫu phân tích Học viên xin chân thành cảm ơn góp ý hỗ trợ to lớn Sáu - chủ sở sản xuất phân phối than Thật khó hồn thành nghiên cứu mà thiếu hỗ trợ chuyên môn phối trộn thiết bị kỹ thuật ép than Xin chân thành cảm ơn động viên người thân, bạn bè lớp Cao học Quản lý tài nguyên mơi trường Khóa 23 đồng nghiệp tiếp thêm nghị lực cho học viên Nhờ mà sau lần thất bại phương pháp nghiên cứu tác giả lại cải thiện củng cố thêm Học viên xin chân thành cảm ơn người LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng học viên Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa sử dụng để bảo vệ học vị Học viên xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cám ơn, thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng năm 2016 Tác giả luận án Trần Trọng Khải DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT A Ash Tro AAE Average absolute error trung bình trị tuyệt đối sai số tương đối ad air-dried bias Trạng thái khơ khơng khí ar as received basis Trạng thái nhận BOD Biochemical oxygen demand Nhu cầu oxy sinh hóa BTCN Bùn thải cơng nghiệp CI95% Khoảng tin cậy 95% COD Chemical oxygen demand Nhu cầu oxy hóa học CTR Chất thải rắn DAF dry ash-free basis Trạng thái khô không tro db dry basis Trạng thái khô FC Fixed carbon Carbon cố định GCV Gross calorific value Nhiệt trị tổng GHV Gross heating value Nhiệt trị tổng Hepza Hochiminhcity export processing and industrial zones authority Ban quản lý khu chế xuất công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh HHV Higher heating value Nhiệt trị toàn phần HTXLNTT T KCN Hệ thống xử lý nước thải tập trung NCV Net calorific value Nhiệt trị NHV Net heating value Nhiệt trị NTCN Nước thải công nghiệp Khu công nghiệp SBR Sequencing Batch Reactor Phản ứng theo mẻ TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng VM Volatile matter Chất bốc XLNT Xử lý nước thải XLNTTT Xử lý nước thải tập trung DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số mô hình tiên lượng HHV cho nguyên liệu (trạng thái khô) .7 Bảng 1.2 Các phương pháp xử lý bùn sử dụng châu Âu .12 Bảng 2.1 Chỉ tiêu phương pháp phân tích mẫu nguyên liệu 22 Bảng 2.2 Công thức phối trộn cho tỷ lệ bước 23 Bảng 2.3 Công thức phối trộn cho tỷ lệ bước 25 Bảng 3.1 Thống kê số lượng doanh nghiệp theo ngành nghề KCN 27 Bảng 3.2 Kết phân tích chất lượng nước thải trước sau xử lý KCN 29 Bảng 3.3 Kết phân tích thành phần nguyên liệu 30 Bảng 3.4 Nhiệt trị HHV nguyên liệu (trạng thái khô) 31 Bảng 3.5 Khối lượng viên nhiên liệu sau ép (n=5) 33 Bảng 3.6 Kết đánh giá khả cháy bước (n=5) .34 Bảng 3.7 Kết phân tích boostrap cho tiêu chí 34 Bảng 3.8 Đánh giá khả cháy viên nhiên liệu bước (n=5) 37 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các cơng đoạn phát sinh bùn q trình xử lý nước thải Hình 1.2 Các phương pháp thải bỏ bùn sử dụng châu Âu 13 Hình 1.3 Các phương pháp thải bỏ bùn qua năm châu Âu .14 Hình 1.4 Tỷ lệ thải bỏ bùn theo phương pháp quốc gia châu Âu .15 Hình 1.5 Lượng bùn công nghiệp phát sinh theo tỉnh Trung Quốc năm 2013 16 Hình 1.6 Bảy tuyến xử lý thải bỏ bùn công nghiệp Trung Quốc 17 Hình 1.7 Vị trí địa lý KCN Vĩnh Lộc KCN Tân Bình 19 Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu đề tài .21 Hình 2.2 Cơng đoạn lấy vận chuyển mẫu bùn 22 Hình 2.3 Cơng đoạn trộn hỗn hợp 23 Hình 2.4 Máy ép viên than công đoạn rây than cám 24 Hình 2.5 Sân phơi bùn 24 Hình 2.6 Mơ hình đánh giá khả cháy viên nhiên liệu .25 Hình 3.1 Sơ đồ cơng nghệ xử lý NTCN nhà máy .28 Hình 3.2 Thành phần gần nguyên liệu .31 Hình 3.3 Kết ép viên nhiên liệu trường .33 Hình 3.4 Kết ép viên nhiên liệu tỷ lệ bước 37 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH vii MỤC LỤC viii TÓM TẮT ixx GIỚI THIỆU CHUNG 1 Lý nghiên cứu .1 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Chương - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan bùn thải công nghiệp 1.1.2 Nguồn phát sinh phân loại 1.1.2 Thành phần tính chất 1.1.3 Nhiệt trị BTCN 1.2 Các phương pháp xử lý BTCN .7 1.2.1 Chôn lấp 1.2.2 Sấy, phơi khô 1.2.3 Ứng dụng cho đất .8 1.2.4 Ủ 1.2.5 Phân hủy kỵ khí 1.2.6 Thiêu đốt 10 1.2.7 Oxy hóa ướt 10 1.2.8 Khí hóa 11 1.3 Các nghiên cứu nước .11 1.4 Giới thiệu KCN Vĩnh Lộc KCN Tân Bình .19 Chương - NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .21 2.1 Nội dung nghiên cứu 21 2.2 Phương pháp nghiên cứu 22 2.2.1 Phương pháp điều tra khảo sát 22 2.2.2 Phương pháp lấy, bảo quản phân tích mẫu .22 2.2.3 Phương pháp đánh giá nhiệt trị 22 2.2.4 Phương pháp phối trộn vật liệu sản xuất viên than 23 2.2.5 Phương pháp đánh giá khả cháy viên đốt .25 2.2.6 Phương pháp xử lý số liệu 26 Chương - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .27 3.1 Một số đặc điểm sản xuất hoạt động XLNT KCN .27 3.2 Kết phân tích thành phần đánh giá nhiệt trị nguyên liệu .30 3.3 Kết phối trộn đánh giá khả cháy viên than bước 32 3.4 Kết phối trộn đánh giá khả cháy viên than bước 36 Chương - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO .41 PHỤ LỤC 46 Phụ lục Kết tính hàm lượng ẩm toàn phần MT Mẫu Than cám Than bùn Đất sét Bùn KCN Vĩnh Lộc Bùn KCN Tân Bình M1a Lần lặp 5 5 0 0 15,975 15,906 16,075 16,381 16,214 0 0 88,950 88,716 89,001 89,086 88,754 80,077 79,889 77,558 78,331 78,582 a M2b 1,470 1,589 1,440 1,460 1,530 1,630 1,710 1,620 1,620 1,610 5,479 5,369 5,370 5,409 5,419 11,322 11,063 10,507 10,815 12,273 9,627 8,535 8,518 8,968 9,070 hàm lượng ẩm giai đoạn 1, tính phần trăm khối lượng; hàm lượng ẩm giai đoạn 2, tính phần trăm khối lượng; c tính theo cơng thức (%) b 49 M Tc 1,470 1,589 1,440 1,460 1,530 17,345 17,344 17,435 17,736 17,563 5,479 5,369 5,370 5,409 5,419 90,201 89,964 90,157 90,266 90,134 81,995 81,605 79,470 80,274 80,525 Phụ lục Kết phân tích hàm lượng chất bốc V 50 Mẫu Lần lặp Than cám Than bùn Đất sét Bùn KCN Vĩnh Lộc Bùn KCN Tân Bình a m1a 67,517 66,099 63,015 65,528 65,327 66,625 65,556 63,081 65,752 65,329 67,520 68,253 63,016 67,346 65,140 66,679 65,556 63,080 64,979 65,695 67,518 68,795 63,545 67,346 65,997 m2b 68,5182 67,1010 64,0225 66,5306 66,3281 67,6253 66,5590 64,0816 66,7528 66,3296 68,5208 69,2535 64,0173 68,3472 66,1406 67,6802 66,5574 64,0814 65,9803 66,6964 68,5194 69,7959 64,5454 68,3472 66,9985 khối lượng chén khơng có mẫu nắp, tính gam; khối lượng chén có mẫu nắp trước nung, tính gam; c khối lượng chén có mẫu nắp sau nung, 51 tính gam; d hàm lượng ẩm giai đoạn 2, tính phần trăm khối lượng; b m3c 68,402 66,996 63,899 66,427 66,224 67,432 66,402 63,846 66,569 66,130 68,426 69,158 63,923 68,252 66,048 67,062 65,957 63,452 65,356 66,074 68,009 69,294 64,046 67,846 66,475 M2d Ve 1,470 10,0822 1,589 8,8718 1,440 10,7772 1,460 8,8133 1,530 8,7981 1,630 17,6600 1,710 13,8745 1,620 21,8455 1,620 16,6705 1,610 18,3245 5,479 3,9472 5,369 4,0910 5,370 3,9663 5,409 4,0663 5,419 3,7682 11,322 50,4609 11,063 48,9206 10,507 52,4017 10,815 51,5205 12,273 49,9300 9,627 41,3074 8,535 41,6251 8,518 41,3917 8,968 41,0318 9,070 43,2186 Phụ lục Kết phân tích hàm lượng tro A 52 Mẫu Lần lặp Than cám Than bùn Đất sét Bùn KCN Vĩnh Lộc Bùn KCN Tân Bình m1a m2b 39,147 40,975 34,423 38,802 38,246 39,155 40,977 34,425 40,398 38,248 38,255 38,280 34,489 38,803 38,437 39,148 40,974 34,424 40,395 38,246 38,254 38,279 34,488 39,653 41,483 34,932 39,304 38,748 39,655 41,477 34,925 40,898 38,748 38,755 38,780 34,990 39,304 38,937 39,648 41,475 34,925 40,896 38,746 38,755 38,779 34,989 53 m3c Ad 39,292 28,681 41,120 28,661 34,566 28,142 38,947 28,887 38,391 28,847 3 39,324 33,813 41,151 34,820 34,598 34,712 40,573 34,973 38,420 34,512 38,708 90,5114 38,732 90,485 34,946 91,297 39,255 90,267 38,890 90,591 39,279 26,323 41,106 26,323 34,557 26,572 40,532 27,370 38,382 27,218 38,484 45,906 38,508 45,821 34,719 46,004 38,803 38,436 a khối lượng chén không chứa mẫu, tính gam; khối lượng chén phần mẫu thử, tính gam; c khối lượng chén tro, tính gam; d tính theo công thức (%) b 54 39,304 38,936 39,032 38,666 45,726 46,015 Phụ lục Kết tính hàm lượng carbon cố định C 55 Mẫu Than cám Than bùn Lần lặp M2a Vb 1,470 1,589 10,082 8,8718 1,440 1,460 10,777 8,8133 1,530 8,7981 1,630 1,710 1,620 1,620 1,610 5,479 5,369 17,660 13,874 21,845 16,670 18,324 3,9472 4,0910 5,370 3,9663 5,409 4,0663 5,419 3,7682 11,322 11,063 10,50 10,81 12,27 9,627 8,535 8,518 50,460 48,920 52,401 51,520 49,930 41,307 41,625 41,391 Đất sét Bùn KCN Vĩnh Lộc Bùn KCN Tân Bình 56 Ac Cd Ghi 28,681 59,766 4 28,661 60,877 28,142 59,640 28,887 60,839 28,847 60,824 33,813 46,896 34,820 49,595 34,712 41,822 34,973 46,736 34,512 45,553 90,5114 0,0624 90,485 0,0543 91,297 Loại bỏ -0,6337 90,267 0,2569 90,591 0,2215 26,323 11,8940 26,323 13,693 26,572 10,519 27,370 10,293 27,218 10,578 45,906 3,1591 45,821 4,0182 46,004 4,0855 8,968 9,070 a 41,031 43,218 45,726 46,015 hàm lượng ẩm mẫu khơ khơng khí, tính phần trăm khối lượng; hàm lượng chất bốc mẫu khơ khơng khí, tính phần trăm khối lượng; c hàm lượng tro mẫu khơ khơng khí, tính phần trăm khối lượng; d tính theo cơng thức C = 100 – (M2 + V + A) (%) b 57 4,2734 Loại bỏ 1,6958 Phụ lục Kết ước tính thành phần gần viên nhiên liệu Viên than Đối chứng Tỷ lệ bùn thô (%) M2a 1,497 1,638 Vb 9,4685 17,675 10 Chứa bùn KCN Vĩnh Lộc 5,419 15 11,196 20 8,912 1,974 10 Chứa bùn KCN Tân Bình 2,454 15 2,935 20 3,415 a 3,9682 50,646 41,339 13,842 15,627 17,413 19,198 hàm lượng ẩm mẫu khơ khơng khí, tính phần trăm khối lượng; hàm lượng chất bốc mẫu khô khơng khí, tính phần trăm khối lượng; c hàm lượng tro mẫu khơ khơng khí, tính phần trăm khối lượng; d tính theo cơng thức C = 100 – (M2 + V + A) (%) b 58 Ac Cd 28,644 60,389 34,566 46,120 90,464 0,1488 26,761 11,3958 45,865 3,8841 38,379 45,804 3 38,087 43,830 37,796 41,856 2 37,504 39,882 Phụ lục Kết đốt viên nhiên liệu chứa bùn KCN Vĩnh Lộc bước Tỷ lệ 05 10 15 20 Lần lặp 5 5 m1a 970 990 950 980 985 890 880 870 900 870 840 820 770 820 780 760 830 790 790 750 m2b 450 460 440 480 440 330 380 400 380 385 360 340 350 360 355 450 300 350 330 335 tc 8 8 7 8 8 8 8 a khối lượng viên than trước đốt, tính gam; khối lượng viên than sau đốt, tính gam; c thời gian bén cháy, tính phút; d thời gian tỏa nhiệt, tính phút; e số lít nước đun sơi b 59 Td 273 243 277 232 255 279 284 247 234 255 272 224 202 211 219 175 224 211 214 213 Le Ghi 18 20 18 18 22 18 18 18 18 18 16 18 16 16 16 14 16 16 16 16 Khơng khói Khói Khói vừa Khói nhiều Phụ lục Kết đốt viên nhiên liệu chứa bùn KCN Tân Bình bước Tỷ lệ 05 10 15 20 Lần lặp 5 5 m1a 935 930 930 920 930 900 910 880 910 885 850 860 845 850 840 810 790 750 800 780 m2b 440 415 420 420 410 400 425 390 430 400 380 370 375 370 375 350 380 330 350 350 tc 9 10 10 10 10 9 10 a khối lượng viên than trước đốt, tính gam; khối lượng viên than sau đốt, tính gam; c thời gian bén cháy, tính phút; d thời gian tỏa nhiệt, tính phút; e số lít nước đun sôi b 60 Td 227 223 213 228 218 227 247 237 205 215 227 247 224 228 251 227 194 213 205 217 Le Ghi 16 18 18 18 18 16 16 16 14 16 16 18 18 16 16 16 14 14 14 14 Khơng khói Khơng khói Khói Khói vừa Phụ lục 10 Kết đốt viên than đối chứng bước Lần lặp m1a 970 960 955 960 950 m2b 380 450 440 420 430 tc 8 a khối lượng viên than trước đốt, tính gam; khối lượng viên than sau đốt, tính gam; c thời gian bén cháy, tính phút; d thời gian tỏa nhiệt, tính phút; e số lít nước đun sơi b 61 Td 278 284 247 242 263 Le Ghi 18 18 Khơng 22 khói 20 18 Phụ lục 11 Kết phân tích hàm lượng ẩm bước Mẫu Than bùn Bùn KCN Vĩnh Lộc thô Bùn KCN Vĩnh Lộc phơi 25 ngày Lần lặp 5 m1a m2b 20 25 20 25 25 25 20 25 25 20 20 25 25 20 25 a khối lượng khay khơng có mẫu, tính gam; khối lượng khay có mẫu trước làm khơ, tính gam; c khối lượng khay có mẫu sau làm khơ, tính gam; d tính theo cơng thức (%); e tính theo cơng thức MT = 2,949 + 0,982M1 b 62 120 125 120 125 125 225 220 225 225 220 120 125 125 120 125 m3c 100 105 105 100 105 50 50 45 45 45 45 55 55 45 45 M1d 20 20 15 25 20 88 85 90 90 88 75 70 70 75 80 M Te 23 23 18 27 23 89 86 91 91 89 77 72 72 77 82 Phụ lục 12 Kết đánh giá khả cháy bước Tỷ lệ bùn phơi 00 10 30 50 Lần lặp 5 5 m1a 880 890 890 870 880 800 770 810 800 790 660 635 635 620 640 440 460 450 480 500 m2b 410 410 400 390 400 360 380 370 360 370 300 290 280 280 290 - a khối lượng viên than trước đốt, tính gam; khối lượng viên than sau đốt, tính gam; c thời gian tỏa nhiệt, tính phút; d số lít nước đun sơi b 63 Tc 195 190 181 175 185 179 196 186 160 180 150 180 170 187 171 - Ld 14 12 14 14 12 14 12 12 14 10 12 10 10 10 - Ghi Khơng khói Khói vừa Khói nhiều Khơng đốt bị vỡ