Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu thực trạng phát thải tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên và định hướng giải pháp thu gom tái sử dụng trong việc cải tạo đất và bảo vệ môi trường

Chia sẻ: Mao A Mẫn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài luận văn nhằm đánh giá thực trạng phát thải của tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Đánh giá tác động của tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên đến sức khỏe, môi trường xung quanh. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu thực trạng phát thải tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên và định hướng giải pháp thu gom tái sử dụng trong việc cải tạo đất và bảo vệ môi trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM –––––––––––––––––––– BẠCH ĐÌNH LINH NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG PHÁT THẢI TRO BAY TỪ CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP THU GOM TÁI SỬ DỤNG TRONG VIỆC CẢI TẠO ĐẤT VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG THÁI NGUYÊN – 2020 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM –––––––––––––––––––– BẠCH ĐÌNH LINH NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG PHÁT THẢI TRO BAY TỪ CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP THU GOM TÁI SỬ DỤNG TRONG VIỆC CẢI TẠO ĐẤT VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG Ngành: Khoa học môi trường Mã số ngành: 8.64.01.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: GS.TS ĐẶNG VĂN MINH THÁI NGUYÊN – 2020 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 Người viết cam đoan Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
ii LỜI CÁM ƠN Để hoàn thiện được luận văn tốt nghiệp ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa Khoa học Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên đã luôn quan tâm và tận tình truyền đạt những những kiến thức quý báu cho tôi trong thời gian học tập và rèn luyện tại trường. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn khoa học là GS.TS Đặng Văn Minh đã tận tình hướng dẫn, định hướng và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian thực hiện Luận văn thạc sỹ này. Trân trọng cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã khích lệ tôi thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin dành lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè những người quan tâm động viên, đồng thời là chỗ dựa tinh thần lớn giúp tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao trong suốt thời gian học tập và làm Luận văn vừa qua. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 Học viên Bạch Đình Linh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 2 LỜI CÁM ƠN ................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. vi MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 2 3. Ý nghĩa của đề tài .......................................................................................... 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 4 1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài ...................................................... 4 1.1.1.Cơ sở khoa học ......................................................................................... 4 1.1.3.2. Sản lượng tro bay và tình hình sử dụng tro bay trên thế giới ............ 17 1.2. Tình hình nghiên cứu xử lý và ứng dụng tro bay ở nước ngoài và nước ta ..... 20 1.2.1. Các nghiên cứu nước ngoài ................................................................... 20 1.2.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam .................................................................. 22 1.2.3. Các ứng dụng đối với tro bay ................................................................ 25 1.3.3. Ứng dụng tro bay trong một số lĩnh vực công nghiệp trên thế giới ..... 26 1.3.4. Tại Việt Nam ......................................................................................... 31 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 36 2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................. 36 2.1.1. Đối tượng .............................................................................................. 36 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 36 2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 37 2.3. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 37 2.3.1. Phương pháp thống kê, kế thừa truyền thống ....................................... 37 2.3.2. Phương pháp điều tra sự phát tán tro bay và tác động tới môi trường, sức khỏe cộng đồng ......................................................................................... 38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
iv 2.4.3. Phương pháp xử lý và tổng hợp số liệu ................................................ 39 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 39 3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của tỉnh Thái Nguyên...................... 39 3.1.1. Điều kiện tự nhiên ................................................................................. 39 3.1.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội ...................................................................... 42 3.2.Đánh giá nguồn phát thải và thực trạng thu gom tro bay tại các nhà máy nhiệt điện ở Thái Nguyên ................................................................................ 45 3.2.1. Đánh giá nguồn phát thải và thành phần tro bay tại các nhà máy nhiệt điện ở Thái Nguyên ......................................................................................... 45 3.3. Đánh giá tác động của tro bay tới sức khỏe và môi trường ..................... 48 3.3.1. Hoạt động phát sinh chất thải tro bay của nhà máy ảnh hưởng tới môi trường không khí, nước và đất ........................................................................ 48 3.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của tro bay tới chất lượng của không khí tại các vị trí quan trắc khác nhau .................................................................................... 49 3.3.3. Đánh giá tác động của tro bay đến môi trường và sức khỏe người dân 52 3.4.Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu suất thu gom và tái sử dụng tro bay ..... 56 3.4.1. Các giải pháp nâng cao hiệu suất thu hồi tro bay ................................. 56 3.4.2. Đề xuất các giải pháp tái sử dụng tro bay ............................................. 57 1. Kết luận ....................................................................................................... 64 2. Kiến nghị ..................................................................................................... 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1.Thành phần hóa học của tro bay theo Quốc gia ................................ 9 Bảng 1.2.Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu khác nhau ................................................................................................................. 10 Bảng 1.3.Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 ............................................. 11 Bảng 1.4. Phân bố kích thước hạt các phân đoạn tro bay Israel ..................... 16 Bảng 1.5 Kích thước hạt tro bay thương phẩm ............................................... 16 Bảng 3.8. Nguồn tro bay của các nhà máy nhiệt điện..................................... 45 trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên ......................................................................... 45 Bảng 3.9. Thành phần, tính chất của tro bay................................................... 46 Bảng 3.10. Kết quả đo, phân tích chất lượng môi trường không khí khu vực làm việc của nhà máy nhiệt điện An Khánh và nhiệt điện Cao Ngạn ................... 50 Bảng 3.11: Kết quả đo, phân tích khí thải và bụi tro bay của nhà máy .......... 51 Bảng 3.12: Kết quả điều tra về chất lượng môi trườngkhông khí đối với người dân sống xung quanh nhà máy nhiệt điện An Khánh và................................. 53 nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn ......................................................................... 53 Bảng 3.13: Kết quả điều tra cán bộ bảo vệ môi trường về chất lượng môi trường không khí xung quanh nhà máy nhiệt điện An Khánh.................................... 54 và nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn .................................................................... 54 Bảng 3.14. Kết quả điều ra về tỉ lệ mắc bệnh liên quan đến bụi đối với các hộ gia đình sống xung quanh nhà máy ................................................................. 55 Bảng 3.15. Bảng kết quả các chỉ tiêu kim loại Pb, Zn, Cd (Tất cả kim loại thuộc dạng di động) sau 90 ngày ủ tro bay ............................................................... 57 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Ý nghĩa của từ viết tắt NMNĐ Nhà máy nhiệt điện KLN Kim loại nặng QCVN Quy chuẩn Việt Nam KCN Khu công nghiệp CSTN Cao su thiên nhiên QĐ Quyết định BYT Bộ Y tế VSV Vi sinh vật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Tro bay là chất thải từ việc đốt nguyên liệu như than đá. Do đặc tính nhẹ có thể bay xa nên có nhiều đặc điểm có thể gây hại tới môi trường không khí, môi trương xung quanh các khu vực có nguồn phát thải tro bay. Tro bay là những hạt tro rất nhỏ bị cuốn theo khí từ ống khói của các nhà máy nhiệt điện do đốt nhiên liệu than. Đối với các nhà máy nhiệt điện sử dụng than làm nguyên liệu đốt thì lượng tro bay phát thải là rất lớn.Mỗi năm các NMNĐ của Việt Nam tiêu thụ khoảng 30 triệu tấn than, thải ra khoảng 10 triệu tấn tro, Tro bay được hình thành khi đốt nhiên liệu than (trong các lò hơi của NMNĐ, trong lò quay của nhà máy xi măng, trong lò cao của nhà máy luyện kim, trong lò tunel của các xí nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng v.v.). Bên cạnh đó, xã hội phát triển mạnh mẽ, nhu cầu về điện của người dân tăng đã gây áp lực lên ngành điện nước ta, đặc biệt là ngành nhiệt điện. Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020, định hướng đến năm 2030, tổng công suất đạt khoảng 36.000MW (năm 2020) và sẽ tiêu thụ khoảng 67,3 triệu tấn than, khi đó lượng tro xỉ thải ra môi trường khoảng 20 - 25 triệu tấn. Lượng tro xỉ sẽ tăng lên 45 triệu tấn vào năm 2030 khi công suất nhiệt điện đốt than đạt 71.000MW. Cùng với sự phát triển đó, vấn đề tro xỉ trong đó tro bay chiếm 70% đã và đang là bài toán được đặt ra với nhiều cấp, ngành, nhà quản lý, hoạch định chính sách và các nhà khoa học tìm biện pháp quản lý cũng như tái sử dụng tro bay hiệu quả. Chúng là vật liệu phế thải, nếu không được thu gom, tận dụng sẽ gây ô nhiễm môi trường. Chính vì vậy, các chuyên gia trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang tập trung nghiên cứu để tận dụng loại phế thải sẵn có này nhằm tạo ra các sản phẩm mới đáp ứng các yêu cầu chất lượng và hạn chế ô nhiễm môi trường vì tro bay cũng còn được xem là vật liệu được tái sử dụng nhiều mục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
2 đích khác nhau như cải tạo môi trường đất do tro bay có khả năng hấp phụ kim loại nặng trong đất, làm vật liệu xây dựng. Tại Thái Nguyên có nhiều mỏ than và các nhà máy nhiệt điện sử dụng than. Việc phát thải tro bay từ các nhà máy này là rất lớn. Tuy nhiên có nhiều hạn chế trong việc thu gom quản lý và tái sử dụng nguồn chất thải tro bay. Theo Quy hoạch điện, tỷ trọng của các nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) chạy than còn lớn (về công suất đặt, cũng như về sản lượng điện phát ra).Hàng năm, các nhà máy nhiệt điện chạy than ở Thái Nguyên thải ra với khối lượng lớnnhưng công nghệ xử lý tro, ý thức bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên chưa cao.Vì vậy, việc xử lý chất thải của các NMNĐ than (tro bay qua ống khói) đang ngày càng trở nên bức thiết. Chính vì vậy, việc nghiên cứu và đưa ra các giải pháp xử lý chất thải một cách khép kín, đồng bộ và triệt để nhằm giảm tối thiểu khối lượng phải tồn chứa ở các bãi chứa, hạn chế mức tối đa những ảnh hưởng của chúng đến môi trường đất, nước và sức khỏe của cộng đồng là rất cần thiết. Với mục đích đánh giá thực trạng phát thải, quản lý thu gom tro bay, đây là vật liệu phụ phẩm công nghiệp quan trọng từ các nhà máy nhiệt điện tại Thái Nguyên nhằm đề xuất định hướng giải pháptái sử dụng phế phụ phẩm tro bay làm nguyên liệu cải tạo và phục hồi những vùng đất ô nhiễm, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu thực trạng phát thải tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trên địa bàn tỉnhThái Nguyên và định hướng giải pháp thu gom tái sử dụng trong việc cải tạo đất và bảo vệ môi trường” 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá thực trạng phát thải của tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. - Đánh giá tác động của tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên đến sức khỏe, môi trường xung quanh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
3 - Đề xuất các giải pháp định hướng thu gom và tái sử dụng trong cải tạo đất và bảo vệ môi trường 3. Ý nghĩa của đề tài - Đưa ra nhữngđánh giá trung nhất về thực trạng phát thải của các nhà máy nhiệt điện trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên Tạo cơ sở cho công tác lập kế hoạch xây dựng chính sách bảo vệ môi trường và kế hoạch giải quyết nâng cao tình trạng gây ô nhiễm từ nhà máy. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài 1.1.1.Cơ sở khoa học 1.1.1.1 Khái niệm chung - Môi trường: Theo khoản 1 điều 3 “Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam năm 2014”, môi trường được định nghĩa như sau: “Môi trường là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác động đối với sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật” (Snellings, R., Mertens G., Elsen J. , 2012). - Ô nhiễm môi trường : Theo khoản 6 điều 3 “Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam năm 2014” : “Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trường và tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật. (Snellings, R., Mertens G., Elsen J. , 2012). - Hoạt động bảo vệ môi trường: Theo khoản 3 điều 3 “Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam 2014” : “Hoạt động bảo vệ môi trường là hoạt động giữ gìn, phòng ngừa, hạn chế các tác động xấu đến môi trường; ứng phó sự cố môi trường; khắc phục ô nhiễm, suy thoái, cải thiện, phục hồi môi trường; khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên nhằm giữ môi trường trong lành”. - Khái niệm tiêu chuẩn môi trường: Theo khoản 6 điều 3 “Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam 2014”: “Tiêu chuẩn môi trường là mức giới hạn của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, hàm lượng của các chất gây ô nhiễm có trong chất thải, các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được các cơ quan nhà nước và các tổ chức công bố dưới dạng văn bản tự nguyện áp dụng để bảo vệ môi trường.. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
5 - Quy chuẩn kỹ thuật môi trường: Theo khoản 5 điều 3 “Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam năm 2014” : “Quy chuẩn kỹ thuật môi trường là mức giới hạn của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, hàm lượng của các chất gây ô nhiễm có trong chất thải, các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành dưới dạng văn bản bắt buộc áp dụng để bảo vệ môi trường.” 1.1.1.2. Môi trường không khí và ô nhiễm môi trường không khí *Môi trường không khí: Môi trường không khí là lớp không khí bao quanh trái đất. *Ô nhiễm môi trường không khí: "Ô nhiễm không khí là sự có mặt một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc gây ra sự toả mùi, có mùi khó chịu, giảm tầm nhìn xa (do bụi)". (Chusid, Michael; Miller, Steve; & Rapoport, Julie, 2009). Vấn đề ô nhiễm không khí có thể chia một cách đơn giản thành 3 phần cơ bản sau đây: Nguồn ô nhiễm → Khí quyển → Nguồn tiếp nhận - Nguồn ô nhiễm là nguồn thải ra các chất ô nhiễm.Chất thải từ nguồn ô nhiễm phải được khống chế tại chỗ trước khi thải vào khí quyển.Các hệ thống khống chế ô nhiễm tại nguồn thải bao gồm: Thay đổi nguyên liệu, nhiên liệu gây ô nhiễm nhiều bằng nguyên nhiên liệu gây ô nhiễm ít hoặc không gây ô nhiễm, cải tiến dây chuyền sản xuất để hạn chế ô nhiễm, nâng cao ống khói, thiết bị làm sạch khí thải. - Khí quyển là môi trường trung gian để vận chuyển các chất ô nhiễm từ nguồn phát thải đến nơi tiếp nhận.Khí quyển được chia làm 4 tầng dựa trên sự biến thiên nhiệt độ theo độ cao: + Tầng đối lưu: Lớp khí quyển tiến giáp mặt đất có bề dày 10 – 12km ở vĩ độ trung bình và khoảng 16 – 18km ở các cực.Tầng đối lưu hầu như hoàn toàn trong suốt với các tia bức xạ sóng ngắn của mặt trời nhưng thành phần hơi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
6 nước trong phần đối lưu hấp thụ rất mạnh bức xạ sóng dài của mặt đất, do đó tầng đối lưu được nung nóng chủ yếu từ mặt đất.Từ đó phát sinh ra sự xáo trộn không khí theo chiều đứng, hình thành ngưng tụ hơi nước và kkeos theo là mây, mưa.Trong tầng đối lưu nhiệt độ giảm theo chiều cao trung bình khoảng 0,5 – 0,6 0C/100m. + Tầng bình lưu có độ cao từ 12 – 15km trên mặt đất, trong tầng bình lưu có chứa tầng ozon nhờ đó các tia cực tím trong thành phần bức xạ của mặt trời bị hấp thụ mạnh nên nhiệt độ ở tầng này tăng theo độ cao đến 00C ở độ cao 55km. + Tầng giữa của khí quyển ở phía trên tầng bình lưu có độ cao 50 – 55km đến 85km.Nhiệt độ không khí giảm gần như tỉ lệ nghịch bậc nhất với độ cao và đạt trị số gần -1000C. + Tầng nhiệt quyển là tầng trên cùng của khí quyển có lớp không khí loãng.Nhiệt độ trong tầng nhiệt quyển tăng và đạt đến trị số gần 12000C ở độ cao 700km. Hầu như các hiện tượng khí tượng chi phối đặc điểm thời tiết đều xảy ra trên tầng đối lưu do đó tầng đối lưu có ý nghĩa rất lớn trong sự phát tán chất ô nhiễm.Ở tầng đối lưu các yếu tố khí tượng (tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ khí quyển, độ ẩm, không khí, bức xạ mặt trời, độ mây che phủ và độ ổn định của khí quyển), các yếu tố về nguồn thải từ các hoạt động sản xuất của con người (nhiệt độ khí thải, chiều cao ống khói, vận tốc khí thải, lưu lượng khí thải) và các yếu tố về địa hình (chiều cao, chiều rộng của các công trình, đồi núi, thung lũng), chất ô nhiễm sẽ phát tán, pha loãng, biến đổi hóa học hay xảy ra các quá trěnh sa lắng khô, sa lắng ướt.Các chất ô nhiễm sơ cấp sinh ra từ nguồn có thể biến đổi thành các chất ô nhiễm thứ cấp.Cuối cùng các chất ô nhiễm sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn tiếp nhận. - Nguồn tiếp nhận chất ô nhiễm là con người, động, thực vật… Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
7 1.1.1.3. Tro bay là gì * Khái niệm Tro bay là loại phụ gia khoáng, hoạt tính nhân tạo, là các sản phẩm phụ hoặc phế thải thu được trong các quá trình sản xuất công nghiệp, bao gồm silicafum, tro xỉ nhiệt điện, xỉ hạt lò cao… Trong các nhà máy điện hiện đại, tro bay thường được bắt bởi tĩnh điện hoặc các thiết bị lọc hạt khác trước khi khí được thải ra từ các ống khói. Cùng với tro đáy lấy ra từ đáy lò hơi, chúng được biết đến như tro than.Tùy thuộc vào nguồn và quá trình của than được đốt cháy, các thành phần của tro bay thay đổi đáng kể, nhưng phần lớn trong tro bay là silic đioxit (SiO2) (cả hai đều vô định hình và tinh thể), oxit nhôm (Al2O3) và oxit canxi (CaO), các hợp chất khoáng chính trong chứa than đá. * Phân loại - Tro bay thường được phân ra thành hai loại tùy theo nguồn than đốt: + Loại C có hàm lượng CaO ≥ 5% và thường bằng 15-35%. Đó là sản phẩm đốt than ligrit hoặc than chứa bitum; chứa ít than chưa cháy, thường < 2%. + Loại F có hàm lượng CaO < 5%, thu được từ việc đốt than antraxit hoặc than chứa bitum, có hàm lượng than chưa cháy nhiều hơn, khoảng 2- 10%. Tro bay Phả Lại thuộc loại F. Do đốt không tốt, nên hàm lượng than chưa cháy khá cao. Trên thế giới hiện nay, thường phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618. Theo cách phân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bay được phân làm hai loại là loại C và loại F . * Tính chất vật lý - Hình thái: Tro bay là phân tử khối cầu thủy tinh - Mật độ: 1,9 ~ 2,3 (Chiếm khoảng 65% trọng lượng riêng của xi măng) - Kích thước phân tử: 1,0 ~ 120/μm (Bình quân kích thước đầu vào: 20 ~30/μm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
8 - Độ mịn: 2400 ~ 4000 cm2 /g (Độ mịn Blaine) Tro bay khi lơ lửng trong khí thải được thu thập bằng cách lọc bụi tĩnh điện hoặc túi lọc. Kể từ khi các hạt củng cố nhanh chóng trong khi lơ lửng trong khí thải, hạt tro bay nói chung có dạng hình cầu và có kích thước từ 0,5 mm đến 300 mm. Hậu quả chính của việc làm mát nhanh chóng là rất ít khoáng sản có thời gian để kết tinh, và chủ yếu là vô định hình. Các khoáng chất ANORTHIT chưa nhiều canxi, gehlenit, akermanite, silicat canxi khác nhau và canxi aluminat giống với những người tìm thấy trong xi măng có thể được xác định trong tro bay giàu Canxi. Các hàm lượng thuỷ ngân có thể đạt 1 ppm, nhưng thường được bao gồm trong phạm vi 0,01-1 ppm đối với than bitum. Nồng độ của các nguyên tố vi lượng khác nhau cũng theo các loại than đốt để tạo thành nó. Trong thực tế, trong trường hợp của than bitum, với ngoại lệ đáng chú ý của nguyên tố bo, nồng độ yếu tố vi lượng nói chung là tương tự để theo dõi nồng độ yếu tố trong đất không bị ô nhiễm. * Tính chất hóa học - Thành phần chính: SiO2, Al2O3, Fe2O3 - Tính chất: Alkali - Thành phần hóa học: Tro của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ quá trình phân hủy và biến đổi của các chất khoáng có trong than đá (EPRI (Project Manager K. Ladwig), 2010). Thông thường, tro ở đáy lò chiếm khoảng 25% và tro bay chiếm khoảng 75% tổng lượng tro thải ra. Hầu hết các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại như SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,… với hàm lượng than chưa cháy chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng hàm lượng tro, ngoài ra còn có một số kim loại nặng như Cd, Ba, Pb, Cu, Zn,... Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than đá sử dụng để đốt và điều kiện đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
9 Hai lớp học của tro bay được xác định bởi ASTM (American Society for Testing and Materials) C618: tro bay loại F và loại C. Sự khác biệt chính giữa các lớp này là lượng canxi, silic, nhôm, và hàm lượng sắt trong tro. Các tính chất hóa học của tro bụi đều bị ảnh hưởng nhiều bởi phần hoá học của than đốt (tức là, than bitum và than non). Bảng 1.1.Thành phần hóa học của tro bay theoQuốc gia Khoảng (% khối lượng) Thành Trung phần Châu Âu Mỹ Ấn Độ Australia Quốc SiO2 28,5 - 59,7 37,8 - 58,5 35,6 - 57,2 50,2 - 59,7 48,8 - 66,0 Al2O3 12,5 - 35,6 19,1 - 28,6 18,8 - 55,0 14,0 - 32,4 17,0 - 27,8 Fe2O3 2,6 - 21,2 6,8 - 25,5 2,3 - 19,3 2,7 - 14,4 1,1 - 13,9 CaO 0,5 - 28,9 1,4 - 22,4 1,1 - 7,0 0,6 - 2,6 2,9 - 5,3 MgO 0,6 - 3,8 0,7 - 4,8 0,7 - 4,8 0,1 - 2,1 0,3 - 2,0 Na2O 0,1 - 1,9 0,3 - 1,8 0,6 - 1,3 0,5 - 1,2 0,2 - 1,3 K2O 0,4 - 4,0 0,9 - 2,6 0,8 - 0,9 0,8 - 4,7 1,1 - 2,9 P2O5 0,1 - 1,7 0,1 - 0,3 1,1 - 1,5 0,1 - 0,6 0,2 - 3,9 TiO2 0,5 - 2,6 0,1 - 1,6 0,2 - 0,7 1,0 - 2,7 1,3 - 3,7 MnO 0,03 - 0,2 - - 0,5-1,4 - SO2 0,1 - 12,7 0,1 - 2,1 1,0 - 2,9 - 0,1 - 0,6 KMN 0,8 - 32,8 0,2 - 11,0 - 0,5 - 5,0 - Nguồn: R.S. Blissett (2012) - Tùy thuộc vào loại nhiên liệu mà thành phần hóa học trong tro bay thu được khác nhau. Các nhà khoa học Ba Lan tiến hành nghiên cứu thành phần Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
10 hóa học của tro bay với hai nguồn nguyên liệu sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện của nước này là than nâu và than đen Bảng 1.2.Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu khác nhau Loại tro Thành phần (% khối lượng) bay SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 MgO CaO Than đen ZS-14 54,1 28,5 5,5 1,1 1,9 1,8 ZS-17 41,3 24,1 7,1 1,0 2,0 2,7 Than nâu ZS-13 27,4 6,6 3,8 1,0 8,2 34,5 ZS-16 47,3 31,4 7,7 1,69 1,9 1,7 Nguồn: Z. Sarbak, (2004) Kết quả trên cho thấy, thành phần của các loại tro bay có được sau quá trình đốt cháy than đen (ZS-14 và ZS-17) và mẫu tro bay có được sau quá trình đốt cháy than nâu (ZS-16) là các nhôm silicat. Còn mẫu tro bay có được sau quá trình đốt cháy than nâu (ZS-13) là loại canxi silicat. Theo tiêu chuẩn phân loại ASTM C618 thì tro bay Trung Quốc thuộc loại C hay tro bay có chất lượng thấp. Điều này ảnh hưởng lớn đến các ứng dụng của tro bay ở Trung Quốc (Baoguo M, Meng Q, Jun P, Zongjin L, 1999). * Các nguyên tố vi lượng trong tro bay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
11 Quá trình đốt cháy than đá là một trong những nguyên nhân chính làm ô nhiễm không khí và phát tán các kim loại các nguyên tố vi lượng độc hại. Hiểu được sự thay đổi của các nguyên tố vi lượng trong quá trình đốt than đá cũng như hàm lượng của nó có trong tro bay tạo thành là điều rất quan trọng trong vấn đề đánh giá tác động môi trường của các nhà máy nhiệt điện cũng như các ứng dụng tro bay. Hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong tro bay phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng của chúng có trong nguyên liệu ban đầu. Dựa trên kết quả nghiên cứu các mẫu tro bay thu được từ 7 nhà máy nhiệt điện khác nhau ở Canada (Lương Như Hải và cs, 2013) các nhà nghiên cứu nước này đã cho biết hàm lượng của các kim loại nặng như As, Cd, Hg, Mo, Ni hay Pb trong tro bay có liên quan với hàm lượng lưu huỳnh có trong nguyên liệu than đá ban đầu. Thông thường, các loại than đá có hàm lượng lưu huỳnh cao sẽ có hàm lượng các nguyên tố này cao. Tro bay ở Canada được thu hồi bằng phương pháp kết lắng tĩnh điện hoặc phương pháp lọc túi. Kết quả cho thấy hàm lượng các nguyên tố trên trong các loại tro bay thu được từ phương pháp lọc túi cao hơn so với các mẫu tro bay thu được bằng phương pháp kết lắng tĩnh điện trong cùng một nhà máy. - Không phải tất cả tro bay đáp ứng yêu cầu ASTM C618, mặc dù yếu tố tiên quyết là phụ thuộc chủ yếu vào ứng dụng, điều này có thể không thật sự cần thiết. Tro bay được sử dụng như là một vật liệu thay thế xi măng nhưng phải đáp ứng được các tiêu chuẩn xây dựng chặt chẽ, nhưng không có quy định về tiêu chuẩn môi trường tại Hoa Kỳ. 75% tro bay phải có độ mịn là 45 mm hoặc ít hơn, và có hàm lượng cacbon thấp hơn 4%. Bảng 1.3.Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
12 Các yêu cầu theo tiêu chuẩn Lớn nhất / Nhóm Nhóm Đơn vị ASTM C618 Nhỏ nhất F C Yêu cầu hóa học SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 % Nhỏ nhất 70 50 SO3 % Lớn nhất 5 5 Hàm lượng ẩm % Lớn nhất 3 3 Hàm lượng mất khí nung % Lớn nhất 5 5 Yêu cầu hóa học không bắt buộc Chất kiềm % 1,5 1,5 Yêu cầu vật lý Độ mịn (+325) % Lớn nhất 34 34 Hoạt tính pozzolamic so với xi % Nhỏ nhất 75 75 măng (7 ngày) Hoạt tính pozzolamic so với xi % Nhỏ nhất 75 75 măng (28 ngày) Lượng nước yêu cầu % Lớn nhất 105 105 Độ nở trong nồi hấp % Lớn nhất 0,8 0,8 Yêu cầu độ đồng đều về tỷ trọng % Lớn nhất 5 5 Yêu cầu độ đồng đều về độ mịn % Lớn nhất 5 5 Nguồn: Baoguo M, Meng Q, Jun P, Zongjin L, (1999) * Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM: - Tro bay loại F: loại F nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn hơn 70%. - Trong quá trình đốt, than cũ và than bitum thường tạo lớp tro bay loại F. Tro bay này là pozzolanic trong tự nhiên, và chứa ít hơn 7% vôi (CaO). Có tính pozzolanic, silica thủy tinh và nhôm của tro bay lớp F đòi hỏi một lượng lớn xi măng, vôi sống, vôi tôi hoặc trộn với nước để phản ứng và sản xuất các hợp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn