TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 398
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TRO BAY CỦA LÒ ĐỐT RÁC THẢI LÀM GẠCH
KHÔNG NUNG BẰNG CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ KHÔNG SỬ DỤNG XI MĂNG
STUDY ON TREATMENT OF FLY ASH OF WASTE INCINERATOR FOR UNFIRED
BRICKS USING INORGANIC BINDERS WITHOUT USING CEMENT
Trần Nguyễn Hoài Phương1, Nguyễn Thị Kim Tuyến1,
Nguyễn Bảo Ngọc1, Phạm Thị Mai Hương2,*
1Lớp HHMOIT- K17, Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
2Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
*Emai: phammaihuong@haui.edu.vn
TÓM TẮT
Xã hội, con người ngày càng phát triển kéo theo đó là lượng rác thải phát sinh ra ngày càng lớn. Có rất nhiều phương
pháp để xử lý rác thải nhưng phương pháp được sử dụng chủ yếu là phương pháp đốt. Tro bay và tro xỉ là 2 sản phẩm sinh
ra sau quá trình này. Cách xử lý thông thường nay đã không còn đáp ứng được với lượng tro của lò đốt rác thải ngày càng
tăng, việc xử lý lượng tro này là đang vấn đề nan giải cần được giải quyết sớm. Trong bài báo này chúng em đã tiến hành
nghiên cứu xử lý tro bay của lò đốt rác thải làm gạch không nung sử dụng cơ chế Geopolyme tạo chất kết dính và khảo sát
cường độ chịu nén và độ thôi nhiễm của sản phẩm. Quá trình nghiên cứu thu được sản phẩm có kích thướng tương đối
đồng đều khoảng 4x4 cm. Kết quả khảo sát cường độ chịu nén cho mẫu phù hợp với yêu cầu nhất là mẫu BV 2.3 (tương
ứng với 20% cao lanh so với tro bay, 30% vôi so với cao lanh) đạt cường độ chịu nén là 13,32 MPa. Kết quả phân tích độ
thôi nhiễm cho kết quả khả quan. Cụ thể là các chỉ tiêu đều nhỏ hơn rất nhiều theo quy định, các kim loại nặng như As,
Cd, Pb, Hg đều đạt ngưỡng an toàn.
Từ khóa: Tro bay lò đốt rác, kết dính vô cơ, gạch không nung
ABTRACT
Society and people are increasingly developing, leading to an increasing amount of waste generated. There are many
methods to treat waste, but the most commonly used method is incineration. Fly ash and slag are two products produced
after this process. Conventional treatment methods are no longer able to cope with the increasing amount of ash from waste
incinerators. The treatment of this amount of ash is a difficult problem that needs to be resolved soon. In this article, we
conducted research on the treatment of fly ash from waste incinerators to make unburned bricks using the mechanism of
Geopolymer to create adhesives and investigated the compressive strength and migration of the product. The research
process has resulted in a product with a relatively uniform size of about 4x4 cm. The results of surveying the compressive
strength for the sample most suitable to the requirements is sample BV 2.3 (corresponding to 20% kaolin compared to fly
ash, 30% lime compared to kaolin) reaching a compressive strength of 13.32. MPa. The migration analysis results showed
positive results. Specifically, the indicators are much smaller than prescribed, heavy metals such as As, Cd, Pb, Hg all
meet the safe threshold.
Keywords: Incinerator fly ash, inorganic binder, unburt bricks
1. GIỚI THIỆU
Hiện nay, tình hình nghiên cứu về xử lý tro bay của lò
đốt rác thải để sản xuất gạch không nung đang được quan
tâm và tiến hành nhiều nơi trên thế giới[2]. Các phương
pháp xử lý tro bay nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến
môi trường và tận dụng tài nguyên từ rác thải. Nhiều nước
đã tiến hành nghiên cứu và triển khai các dự án xử lý tro
bay từ lò đốt rác thải để sản xuất gạch không nung. Các
công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu lượng rác thải và
ô nhiễm môi trường, mà còn tạo ra vật liệu xây dựng có giá
trị sử dụng cao. Tro bay trong các nhà máy điện chứa hàm
lượng cacbon dư cao và cũng chứa các kim loại chuyển tiếp
(Fe, Mn và Co) và kim loại kiềm thổ (Ba, Ca và Mg) [1].
Để xử lý tro bay, nhiều phương pháp đã được phát triển. Ví
dụ, tro bay được xử lý tại bãi chôn lấp sau khi được ổn định
hoặc cố định bằng chất kết dính thủy lực [2]. Một kỹ thuật
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 399khác được sử dụng để xử lý tro bay là plasma nhiệt [3]. Ở
nước ta, việc chôn lấp rác thải còn nhiều bất cập, đặc biệt
đối với các bãi chôn lấp cũ. Đối với công nghệ chôn lấp hợp
vệ sinh, có thu gom và xử lý nước rỉ rác và khí bãi rác thì
chi phí đầu tư và vận hành quá lớn. Tro bay là một phụ phẩm
thu được trong quá trình xử lý khói thải. Sau khi được xử lý
hóa rắn thì trông như một loại cát mịn [1]. Mục tiêu của đề
tài là nghiên cứu xử lý tro bay của lò đốt rác thải làm gạch
không nung bằng chất kết dính vô cơ không sử dụng xi
măng.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu và hóa chất
- Nguyên liệu
Tro bay từ nhà may đốt rác phát điện của Công ty TNHH
Môi trường Ngôi sao Xanh ( Thôn Đồng Sài – xã Phù Lãng
– thị xã Quế Võ – Bắc Ninh).
- Hóa chất
Vôi (dạng bột): Việt Nam
Xút công nghiệp (dạng rắn): Việt Nam
Cao lanh thương phẩm (dạng bột): Việt Nam
Nước cất
Axit axetic (CH3COOH)
2.2. Thực nghiệm
- Phân tích thành phần của tro xỉ, tro bay lò đốt rác
Mẫu tro xỉ được đem phân tích thành phần bằng phương
pháp phổ huỳnh quang tia X (XRF), phổ nhiễu xạ tia X,
đánh giá hình thái cấu trúc hạt bằng phương pháp điện tử
quét SEM.
- Khảo sát tỷ lệ phối trộn
Phối trộn tro bay với cao lanh đã nghiền, vôi bột và nước
theo tỉ lệ trong các bảng 1, 2.
Bảng 1. Bảng phối trộn xỉ thải, cao lanh, vôi, nước
Ký
hiệu
mẫu
Tro
bay
(g)
Cao lanh Vôi
Nước
(ml)
% cao
lanh/ tro
bay
Khối
lượng
(g)
%
vôi/
cao
lanh
Khối
lượng
(g)
BV1.1
100 10 10 10 1 11,95
BV1.3
100 10 10 30 3 12,17
BV1.4
100 10 10 40 4 12,28
BV2.2
100 20 20 20 4 13,38
BV2.3
100 20 20 30 6 13,60
BV2.4
100 20 20 40 8 13,82
BV3.2
100 30 30 20 6 14,70
BV3.5
100 30 30 50 15 15,69
BV4.2
100 40 40 20 8 16,02
Bảng 2. Bảng phối trộn nguyên liệu tro bay, cao lanh, xút, nước
Ký
hiệu
mẫu
Tro
bay
(g)
Cao lanh Xút
Nước
(ml)
% Cao
lanh/
tro bay
Khối
lượng
(g)
%
Xút/
cao
lanh
Khối
lượng
(g)
BX2.1 100
20 20 10 2 11,96
BX2.3 100
20 20 30 6 12,26
BX2.4 100
20 20 40 8 12,56
Bước 1 – Chuẩn bị nguyên liệu
Bước 2 – Định lượng nguyên liệu: Các nguyên liệu sau
khi sơ chế được cân, phối trộn theo tỉ lệ
Bước 3 - Trộn khô: Hỗn hợp sau khi định lượng được
chuyển vào cối trộn và tiến hành trộn bằng tốc độ thấp trong
thời gian 10 phút.
Bước 4 – Trộn ướt: Bổ sung vào cối trộn lượng nước
theo bảng phối trộn nguyên liệu. Sau đó tiếp tục trộn thêm
10 phút với tốc độ thấp.
Bước 5 – Ép viên: Hỗn hợp sau khi trộn sẽ được định
lượng 1 lượng phù hợp với khuôn máy ép trong máy ép thủy
lực 60 tấn với lực ép là 5,2 tấn và thời gian là 15 giây
- Đánh giá khả năng thôi nhiễm gạch trong các môi
trường nước.
Gạch đóng rắn từ tro đốt rác được phơi khô tự nhiên 28
ngày, được thử nghiệm độ thôi nhiễm chất thải nguy hại
theo QCVN 07: 2009/BTNMT: Ngâm mẫu gạch sau khi
đóng rắn (tỷ lệ R/L = 1/20) trong dung dịch axit acetic 4,93±
0,05 trong 20 h.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn tiến hành ngâm mẫu
gạch trong mẫu nước mặt, mẫu nước mưa trung tính trong
thời gian 24h.
Tiến hành lọc, lấy dung dịch (nước) ngâm gạch đem đi
phân tích chất lượng tại Viện khoa học môi trường và sức
khỏe cộng đồng (Vilas 766 và Vincert 099), 18 Hoàng Quốc
Việt, Hà Nội.
2.3. Quy trình đóng rắn
Hình 1. Sơ đồ quy trình đóng rắn xử lý tro bay
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 4003. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả phân tích thành phần và đặc trưng cấu trúc
của tro đáy, tro bay lò đốt rác
- Kết quả phân tích thành phần tro bay, tro đáy bằng
phương pháp phổ hùng quang tia X (XRF)
Mẫu tro đáy, tro bay của lò đốt rác thải được đem đi
phân tích thành phần theo phương pháp phổ huỳnh quang
tia X (XRF), kết quả đo được thể hiện ở bảng 3.
Bảng 3. Bảng kết quả thành phần tro bay, tro đáy của lò đốt rác
thải
Thành phần Đơn vị Tro bay Tro đáy
Mất khi nung (LOI) % 14,00 12,10
SiO2 % 22,50 23,80
Fe2O3 % 1,11 10,30
Al2O3 % 1,99 9,71
CaO % 29,40 29,60
MgO % 1,09 3,62
SO3 % 2,94 0,90
K2O % 2,16 0,32
Na2O % 4,07 0,65
TiO2 % 0,43 1,40
P2O5 % 0,32 0,76
MnO % 2,47 0,34
Cr2O3 % 173 0,16
SnO2 % 0,85 0,15
NiO % 228 0,14
PbO ppm 0,26 218
MoO3 ppm 0,13 203
Nb2O5 ppm 0,30 140
Co3O4 ppm 0,92 94
V2O5 ppm 44 69
BaO % 859 0,42
Cl- % 14,60 3,06
Trong thành phần tro từ lò đốt rác có chứa nhiều thành
phần oxit kim loại có lợi cho quá trình đóng rắn làm gạch
không nung như SiO2, Al2O3 , MgO, CaO. Nó thuộc hợp
chất có tính kiềm, phù hợp với quá trình đóng rắn theo công
nghệ “geopolyme”
Mặt khác trong thành phần xỉ thải còn chứa một số các
kim loại nặng độc hại như oxit của Pb, Cr có thể thôi nhiễm
ra môi trường nếu không được xử lý tốt.
- Kết quả đo mẫu tro lò đốt rác bằng phương pháp X-
Ray (XRD)
Các mẫu tro lò đốt rác được đem đi xác định đặc trưng
cấu trúc bằng phương pháp X-Ray (XRD), phổ X-Ray của
mẫu tro bay và tro đáy được thể hiện trên hình 1 và 2.
Hình 2. Phổ XRD của mẫu tro bay
Hình 3. Phổ chụp XRD của mẫu tro đáy
Trên phổ XRD của cả hai mẫu tro đều thấy sự xuất hiện
các tinh thể và các dạng thù hình của canxi, với các pic có
cường độ cao. Kết quả chụp XRD các mẫu tro lò đốt rác
cho thấy tinh thể chủ yếu là của canxi, còn lại các oxit kim
loại khác có thể là ở dạng vô định hình.
- Kết quả chụp SEM
Kết quả chụp SEM các mẫu tro bay, tro đáy của lò đốt
rác thải được thể hiện ở hình 3 và 4.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 401
Hình 4. Hình chụp SEM của tro bay ở 20.000 lần và 100.000 lần
Hình 5. Hình chụp SEM tro xỉ ở 20.000 lần và 100.000 lần
Cấu trúc hạt tro bay nhỏ hơn so với tro đáy. Cả hai mẫu
đều thể hiện độ tơi xốp của hạt vật liệu, tạo điều kiện cho
các phân tử các chất kết dính dễ dàng tạo khối rắn chắc khi
phối trộn.
3.2. Kết quả đánh giá cường độ chịu nén của sản phẩm
đóng rắn
Các sản phẩm đóng rắn được để khô tự nhiên trong 28
ngày sau đó đi đo cường độ chịu nén. Kết quả đo được thể
hiện ở bảng 4.
Các mẫu gạch được đóng rắn từ cao lanh xút (XV) thì tỷ
lệ hàm lượng xút càng cao thì cường độ chịu nén càng cao.
Tuy nhiên với các mẫu xút thì có hiện tượng mốc trắng
“cacbonat” là cho gạch kém bền ở môi trường ẩm. Sử dụng
chất kiềm hóa là NaOH thì có thể làm cho gạch cứng hơn
nhưng nếu để ngoài môi trường ẩm sẽ làm cho gạch kém
bền, kém thẩm mĩ.
Bảng 4. Kết quả khảo sát cường độ chịu nén
Mẫu Đường
kính
(mm)
Chiều
cao
(mm)
Cường độ
chịu nén
của mẫu
(MPa)
Ghi chú
BV1.1 42 43,00 12,51
BV2.2 42 41,20 12,84
BV2.3 42 42,20 13,32
BV2.5 42 42,12 13,13
BV3.2 42 42,00 12,93 Hơi mốc trắng
BV3.5 42 42,25 13,17 Hơi mốc trắng
BV4.2 42 41,15 12,79 Hơi mốc trắng
XV1.1 42 41,20 12,84 Mốc trắng
XV1.2 42 44,40 15,23 Mốc trắng
XV2.1 42 43,70 14,38 Mốc trắng
XV2.2 42 43,30 13,97 Mốc trắng
XV2.5 42 45,20 15,82 Mốc trắng
XV3.1 42 45,00 15,34 Mốc trắng
XV3.2 42 46,00 20,18 Mốc trắng
XV3.3 42 44,40 15,11 Mốc trắng
XV4.2 42 44,00 14,46 Mốc trắng
XV4.3 42 42,00 13,94 Mốc trắng
Đối với các mẫu gạch kết dính sử dụng chất kiềm hóa là
vôi Ca(OH)2 (BV) cường độ chịu nén khá cao. Tuy mẫu
gạch cũng bắt đầu có hiện tượng mốc trắng “cacbonat”. Với
mục tiêu đề tài là sẽ sử dụng lượng lớn nhất tro bay để đóng
rắn, do vậy mẫu BV 3 (tương ứng với 20% cao lanh so với
tro bay, 30% vôi so với cao lanh) đạt cường độ chịu nén là
13,32 MPa (chất lượng gạch trên M5 đối với gạch bê tông
theo TCVN 6477:2016) được lựa chọn là tối ưu cho quá
trình đóng rắn.
Hình 6. Mẫu gạch được đóng rắn từ tro bay với cao lanh, vôi
3.3. Kết quả đánh giá độ thôi nhiễm của sản phẩm đóng
rắn trong các môi trường nước
Mẫu gạch sau khi đóng rắn được ngâm trong các môi
trường nước sinh hoạt (NSH), nước mưa trung tính (NM)và
trong axit acetic pH 4,93±0,05 (HAC) (theo QCVN
07:2009/BTNMT) để đánh giá độ thôi nhiễm các chất độc
hại ra môi trường. Kết quả được thể hiện ở hảng 5.
Như vậy, trong các mẫu nước ngâm gạch trong các môi
trường (nước mưa, nước sinh hoạt) và trong dung dịch axit
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 402acetic (điều kiện ngâm chiết theo TVCN QCVN
07:2009/BTNMT) các chỉ tiêu đều nhỏ hơn rất nhiều theo
quy định. Mẫu gạch khi được sử dụng trong môi trường
thực tế đều đạt ngưỡng an toàn theo quy định cho chất thải
nguy hại. Các thành phần có trong xỉ thải sẽ không gây ra ô
nhiễm môi trường thứ cấp.
Bảng 5. Kết quả phân tích mẫu nước ngâm gạch ở các môi trường
nước trong 24 h và trong axit acetic pH 4,93±0,05 trong 20 h
STT
Tên chỉ
tiêu
Đơn
vị
Tên mẫu
QCVN
07:2009/
BTNMT
Đánh
giá
NSH
(Nước
sinh
hoạt)
HAC
(Axit
Acetic)
NM
(Nước
mưa)
1 Florua mg/L
0,67 1,18 0,7 180 Đạt
2 Cacbonat
(CO3) mg/L
<5 <5 <5 -
3 Cl- mg/L
2700,8
3613,9 2575,9
-
4 Phosphat
(PO4) mg/L
0,17 0,262 <0,03 -
5 Sunphat
(SO4-) mg/L
66,2 47,3 137,4 -
6 Sắt (Fe)
mg/L
<0,09 <0,09 0,0132
-
7 Đồng
(Cu) mg/L
0,0455
0,9959 0,0548
-
8 Nhôm
(Al) mg/L
0,4092
0,6975 0,4077
-
9 Asen
(As) mg/L
<0,002
<0,002 <0,0075
2 Đạt
10 Cadimi
(Cd) mg/L
<0,0006
<0,0006 0,0036
0,5 Đạt
11 Chì (Pb)
mg/L
<0,0006
0,002 0,0176
15 Đạt
12
Thủy
ngân
(Hg)
mg/L
<0,0006
<0,000607
<0,0006
0,2 Đạt
(-) tiêu chuẩn không quy định
4. KẾT LUẬN
Để giải quyết các vấn đề ô nhiễm chất thải rắn nói chung,
tro xỉ của các lò đốt rác thải nói riêng, đề tài đã hoàn thành
các nội dung nghiên cứu của mình. Các kết quả cụ thể như
sau:
Tổng quan về hiện trạng xử lý rác thải sinh hoạt bằng
phương pháp đốt, lượng tro đốt rác thải ở Việt nam, phương
pháp xử lý tro lò đốt rác thải.
Đánh giá chất lượng xỉ thải phục vụ nghiên cứu bằng
các phương pháp phân tích X-Ray, phương pháp XRF cho
biết hàm lượng các oxit kim loại trong tro bay, tro đáy lò
đốt rác thải (TB-TX%): SiO2 (22,50-23,80%), Al2O3 (1,99-
9,71%), CaO (29,40-29,60%),…và một số oxit khác.
Đã tiến hành khảo sát các tỷ lệ phối trộn cao lanh, tro
bay và chất kiềm hóa là xút NaOH và vôi Ca(OH)2. Kết quả
lựa chọn chất kiềm hóa là vôi Ca(OH)2. Mẫu gạch đóng rắn
đạt yêu cầu về cương độ chịu nén 13,32 Mpa (mẫu BV 3)
gồm 20% cao lanh so với tro bay, vôi là 30% so với cao
lanh.
Đánh giá mức độ thôi nhiễm của gạch chế tạo trong các
môi trường nước (nước sinh hoạt, nước mưa), dung dịch
ngâm chiết theo QCVN 07:2009/BTNMT, kết quả cho thấy
các chất đều đạt ngưỡng cho phép đối với chất thải nguy
hại.
Nghiên cứu đã bước đầu khảo sát điều kiện đóng rắn xử
lý tro lò đốt rác thải làm gạch không nung đạt kết quả tốt,
gạch đảm bảo chất lượng về cường độ chịu nén là 13,32
Mpa, đạt tiêu chuẩn gạch trên Mác 5 (M5) đối với gạch bê
tông theo TCVN 6477: 2016. Kết quả có tính khả thi đối
với việc áp dụng thực tế, không gây ô nhiễm môi trường thứ
cấp, tạo ra các sản phẩm có ích, thân thiện với môi trường.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Cao Tiến Phú, Trương Đức Tiệp, Tạp chí Vật liệu và Xây dựng. 2021. Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ của lò đốt
chất thải rắn sinh hoạt là nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng, Tạp chí Vật liệu Xây dựng, Tháng 11, số 6.
https://ojs.jomc.vn/index.php/vn/article/view/218
[2]. Tronoh, Perak, Bandar Seri Iskandar, 2013. Effect of sodium hydroxide concentration on fresh properties and
compressive strength of self- compacting geopolymer
concrete.https://jestec.taylors.edu.my/vol%208%20issue%201%20february%2013/vol_8_1_044-
056_fareed%20ahmed%20memon.pdf
[3]. Nghiên cứu, trao đổi, 2020. Các đặc trưng của tro bay. Tạp chí công nghệ môi trường điện tử.
https://congnghiepmoitruong.vn/cac-dac-trung-cua-tro-bay-5960.html.
[4. 2023. Intracom - Công nghệ đốt rác phát điện: Nguyên lý và ứng dụng. https://intracom.com.vn/cong-nghe-dot-rac-
phat-dien.
[5]. QCVN 07:2009/BTNMT
[6]. Lijun Wang, George H Nancollas - Chemical Reviews 108(11):4628-69 DOI: 10.1021/cr0782574.
