Nghiên cứu sử dụng tro bay để sản xuất giá thể hữu cơ trồng hoa, cây cảnh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.16 MB, 82 trang )
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
-------------------
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY ĐỂ SẢN XUẤT
GIÁ THỂ HỮU CƠ TRỒNG HOA, CÂY CẢNH”
Hà Nội – 2022
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
-------------------
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY ĐỂ SẢN XUẤT GIÁ
THỂ HỮU CƠ TRỒNG HOA, CÂY CẢNH”
Người thực hiện
: PHẠM MINH HIẾU
Lớp
: K62KHMTA
Khóa
: 62
Ngành
: KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG
Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS NGUYỄN THỊ MINH
Địa điểm thực tập
: BỘ MÔN VI SINH VẬT
Hà Nội – 2022
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Ngày 29 tháng 03 năm 2022
BẢN GIẢI TRÌNH SỬA CHỮA KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Kính gửi:
- Ban Chủ nhiệm khoa Tài nguyên và Môi trường
- Bộ môn: Vi sinh vật
Tên tôi là: Phạm Minh Hiếu
Mã sinh viên: 621868
Lớp: K62KHMTA
Sinh viên ngành: Khoa học môi trường
Đã bảo vệ khóa luận tốt nghiệp tại Tiểu ban số 04 ngày 25 tháng 3 năm 2022
Tên đề tài: “Nghiên cứu sử dụng tro bay để sản xuất giá thể hữu cơ trồng
hoa, cây cảnh”
Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Minh
Tiểu ban chấm luận tốt nghiệp yêu cầu tôi chỉnh sửa trước khi nộp khóa
luận tốt nghiệp các nội dung sau:
STT
1
2
Nội dung yêu cầu
chỉnh sửa
Bổ sung tài liệu tham khảo
Nội dung giải trình (*)
Đã bổ sung
Chỉnh sửa tên bảng theo
Đã chỉnh sửa tên bảng
đúng quy định trình bày
theo đúng quy định
KLTN của khoa Tài ngun
Tại trang
50, 51, 52, 55
32
và Mơi trường
3
Rà sốt lỗi chính tả
Đã rà sốt và chỉnh sửa
39,40
Tơi đã chỉnh sửa và hồn thiện khóa luận tốt nghiệp theo đúng u cầu của
Tiểu ban. Vậy tơi kính mong thầy/cơ hướng dẫn xác nhận cho tơi để tơi có cơ sở
nộp khóa luận tốt nghiệp theo quy định của Học viện.
Tơi xin chân trọng cảm ơn!
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
SINH VIÊN
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này
hồn tồn trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi
thơng tin trong luận văn này đều được ghi rõ nguồn gốc và trích dẫn đầy đủ.
Tơi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2022
Sinh viên
Phạm Minh Hiếu
i
LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành khố luận tốt nghiệp tơi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ và tạo
điều kiện từ các cá nhân, tổ chức. Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn đến cô
PGS.TS Nguyễn Thị Minh, giảng viên bộ môn Vi sinh vật, Khoa Tài nguyên và
Môi trường, Học viện Nông Nghiệp Việt Nam đã trực tiếp chỉ bảo và hướng dẫn
tơi trong suốt q trình thực hiện khố luận tốt nghiệp.
Tơi xin cảm ơn các thầy, cô trong khoa Tài nguyên và Môi trường, Học viện
Nơng nghiệp Việt Nam, đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức chun
mơn bổ ích cho tơi trong 4 năm tham gia học tập tại trường.
Cuối cùng tôi muốn gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tơi về mọi mặt, động viên khuyến khích tơi hồn
thành khóa luận tốt nghiệp này.
Hà Nội, ngày tháng năm 2022
Sinh viên
Phạm Minh Hiếu
ii
MỤC LỤC
Lời cam đoan .......................................................................................................... i
Lời cảm ơn............................................................................................................. ii
Mục lục ................................................................................................................. iii
Danh mục bảng...................................................................................................... v
Danh mục hình ..................................................................................................... vi
Danh mục các chữ viết tắt ................................................................................... vii
Tóm tắt khóa luận ............................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
1.
Lý do chọn đề tài....................................................................................... 1
2.
Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 2
Chương 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 3
1.1.
Tổng quan về tro bay ................................................................................ 3
1.1.1. Giới thiệu về nguồn gốc tro bay................................................................ 3
1.1.2. Thành phần và tính chất ............................................................................ 5
1.1.3. Ảnh hưởng của tro bay đến môi trường ................................................... 9
1.1.4. Hiện trạng phát sinh ................................................................................ 10
1.2.
Tổng quan về giá thể hữu cơ ................................................................... 14
1.2.1. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng về giá thể trên thế giới ....... 14
1.2.2. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng giá thể tại Việt Nam........... 15
1.2.3. Phân loại .................................................................................................. 16
1.3.
Ảnh hưởng của tro bay trong nông nghiệp ............................................. 18
1.3.1. Ảnh hưởng của tro bay tới tính chất của đất ........................................... 18
1.3.2. Ảnh hưởng của tro bay tới sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng .. 19
1.4.
Một số nghiên cứu ứng dụng tro bay trong nông nghiệp tại Việt Nam ....... 22
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 24
2.1.
Đối tượng nghiên cứu ............................................................................. 24
2.2.
Phạm vi nghiên cứu................................................................................. 24
iii
2.3.
Nội dung nghiên cứu ............................................................................... 24
2.4.
Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 24
2.4.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp ..................................................... 24
2.4.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm ............................................................... 24
2.4.3. Phương pháp lấy mẫu.............................................................................. 25
2.4.4. Phương pháp và các chỉ tiêu theo dõi cây............................................... 26
2.4.5. Phương pháp phân tích trong phịng thí nghiệm..................................... 26
2.4.6. Phương pháp phân tích, xử lý số liệu...................................................... 27
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................ 28
3.1.
Đặc tính tro bay Nhà máy nhiệt điện Phả Lại ......................................... 28
3.2.
Nghiên cứu sử dụng tro bay đến sản xuất giá thể hữu cơ ....................... 30
3.2.1. Nhiệt độ và cảm quan về độ hoai mục .................................................... 33
3.2.2. Giá trị pH................................................................................................. 35
3.2.3. Hàm lượng chất hữu cơ – OM ................................................................ 36
3.2.4. Vi khuẩn E. Coli và Salmonella ............................................................. 37
3.2.5. Ảnh hưởng của tro bay đến các nguyên tô dinh dưỡng đa lượng của
giá thể hữu cơ .......................................................................................... 38
3.2.6. Hàm lượng kim loại nặng trong giá thể hữu cơ sau 8 tuần ủ.................. 39
3.3.
Đánh giá hiệu quả của giá thể hữu cơ sản xuất từ tro bay trên
hoa, cây cảnh ........................................................................................... 40
3.3.1. Ảnh hưởng của tro bay đến chiều cao hoa .............................................. 40
3.3.2. Số lá, số hoa ............................................................................................ 44
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 46
1.
Kết luận .................................................................................................. 46
2.
Kiến nghị ................................................................................................ 47
Danh mục tài liệu tham khảo .............................................................................. 48
Phụ lục ................................................................................................................. 54
iv
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn tro bay theo Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm Hoa Kỳ... 4
Bảng 1.2. Thành phần hóa học tro bay ứng với các loại nhiên liệu
khác nhau ............................................................................................ 5
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của tro bay ở một số nước trên thế giới ............ 6
Bảng 1.4. Thành phần hóa học của tro bay ở một số nhà máy nhiệt điện tại
Việt Nam ............................................................................................. 7
Bảng 1.5. Thành phần hóa học của tro bay ở một số nhà máy nhiệt điện tại
Việt Nam ............................................................................................. 8
Bảng 1.6. Tình hình phát thải và sử dụng phế thải nhiệt điện trên thế giới ...... 11
Bảng 1.7. Công suất nguồn điện theo quy hoạch điện VII ............................... 13
Bảng 1.8. Dự tính lượng tro xỉ nhiệt điện qua các năm .................................... 14
Bảng 2.1. Cơng thức bố trí thí nghiệm ủ giá thể hữu cơ ................................... 25
Bảng 3.1. Thành phần nguyên tố trong tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại .... 29
Bảng 3.2. Kết quả phân tích các mẫu giá thể hữu cơ ........................................ 32
Bảng 3.3. Chỉ tiêu cảm quan của các cơng thức ủ sau 8 tuần thí nghiệm ......... 34
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của tro bay đến các nguyên tô dinh dưỡng đa lượng
của giá thể hữu cơ sau 8 tuần ............................................................ 39
Bảng 3.5. Hàm lượng KLN trong giá thể hữu cơ thí nghiệm sau 8 tuần ủ,
mg/kg ................................................................................................ 40
Bảng 3.6. Kết quả theo dõi sự phát triển chiều cao của cây hoa đồng tiền
sau 4 tuần trồng ................................................................................. 41
Bảng 3.7. Số lá và số hoa trên cây hoa đồng tiền sau 4 tuần trồng ................... 44
v
DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1. Cấu trúc của tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại đo bằng thiết bị
NanoSEM450 Nova FEI của Mỹ (X 500 và X 2.000) ...................... 28
Hình 3.2. Mẫu tro bay của nhà máy nhiệt điện Phả lại ..................................... 30
Hình 3.3. Biểu đồ thể hiện nhiệt độ của các đống ủ sau 8 tuần ........................ 33
Hình 3.4. Độ hoai mục của đống ủ trước và sau khi ủ ...................................... 35
Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện giá trị pH của các cơng thức ủ ............................... 36
Hình 3.6. Biểu đồ thể hiện giá trị OM của các công thức ủ .............................. 37
Hình 3.7. Biểu đồ thể hiện giá trị Vi khuẩn E. Coli và Salmonella .................. 38
Hình 3.8. Chiều cao hoa đồng tiền sau 4 tuần thí nghiệm ................................ 42
Hình 3.9. Biều đồ thể hiện tăng trường của hoa đồng tiền qua các tuần ở
các công thức ..................................................................................... 43
vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Nghĩa của từ
ASTM
Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ
BTNMT
Bộ Tài nguyên và Môi trường
CTĐC
Công thức đối chứng
CT
Công thức
FA
Fly ash
KH&CN
Khoa học và Cơng nghệ
KLN
Kim loại nặng
MT
Mơi trường
NMNĐ
Nhà máy nhiệt điện
PGK
Phụ gia khống
PG
Phụ gia
QCVN
Quy chuẩn Việt Nam
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
XD
Xây dựng
XM
Xi măng
vii
TÓM TẮT KHÓA LUẬN
Nghiên cứu tập trung đánh giá ảnh hưởng của tro bay đến tính chất của giá
thể hữu cơ trồng hoa, cây cảnh. Kết quả cho thấy, tro bay nhà máy Phả Lại có
thành phần chủ yếu là Si, Al, K, Fe, Mg, Ca, Ti và các nguyên tố khác. Nghiên
cứu tiến hành bổ sung các hàm lượng tro bay theo tỷ lệ là 0, 5, 10, 15, 20% vào 5
công thức ủ tương ứng là CTĐC, CT1, CT2, CT3, CT4 và kết hợp với 20kg phân
trùn quế ở mỗi công thức. Sau 8 tuần thêm tro bay vào ủ giá thể hữu cơ, đã cải
thiện đáng kể một số tính chất như tăng pH của giá thể, hàm lượng P 2 O 5 và K 2O
dạng tổng số và hữu hiệu đều tăng lên và tăng tỷ lệ thuận với liều lượng tro bay.
Vi khuẩn E. Coli và Salmonella ở các công thức giảm dần theo tỷ lệ tăng tro bay.
Đối với KLN, khi tăng tỷ lệ tro bay vào các công thức ủ đã làm tăng hàm lượng
KLN nên cần kiểm soát liều lượng tro bay sao cho các KLN luôn dưới ngưỡng
cho phép. Đối với sinh trưởng và phát triển của cây trồng thì tro bay cũng góp
phần nâng cao tốc độ phát triển và chiều cao của cây.
viii
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Theo TCVN 10302:2014 về Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tơng, vữa
xây và xi măng, tro bay (Fly ash) là loại thải phẩm bụi mịn thu được tại bộ phận
lắng bụi khí thải của nhà máy nhiệt điện từ q trình đốt than. 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 khống có trong than đá. Thơng thường, tro ở đáy lị 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 cịn 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 7 và điều kiện đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện (Công
nghiệp Môi trường, 2020).
Theo nghiên cứu của Yousuf và cộng sự năm 2020 về Tro bay: Sản xuất và
sử dụng ở Ấn Độ, hàng năm trên thế giới phát thải ra khoảng 900 triệu tấn tro bay,
trong đó Ấn Độ 169,25 triệu tấn ,Trung Quốc 580 triệu tấn, Mỹ 43,5 triệu tấn
trong năm 2018 - 2019. Theo số liệu tổng hợp của Bộ Công Thương, hiện cả nước
có 25 nhà máy nhiệt điện đốt than đang hoạt động, phát thải ra tổng lượng tro, xỉ
khoảng 13 triệu tấn/năm, trong đó tro bay chiếm từ 80% đến 85%. Lượng phát
thải tập trung chủ yếu ở khu vực miền Bắc, chiếm 65%, miền Trung chiếm 23%
và miền Nam chiếm 12% tổng lượng thải (Báo Điện tử Chính phủ, 2020). Theo
thống kê, tổng lượng tro bay phát sinh trung bình sẽ tăng từ 30 triệu tấn/năm
(2025) lên đến 38 triệu tấn/năm (2030) theo quy hoạch phát triển ngành nhiệt điện
(Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam, 2018). Trên thế giới, mức độ sử dụng trung bình
tái sử dụng tro bay trên tổng lượng tro, đối với Việt Nam tỷ lệ tận dụng lại chưa
cao và tốn hàng trăm hecta để làm bãi chứa tro bay. Loại phế thải này nếu không
1
được thu gom, tận dụng sẽ không chỉ là một sự lãng phí lớn mà cịn là một hiểm
họa đối với môi trường - nhất là trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ của các ngành
cơng nghiệp hiện nay. Chính vì vậy, việc nghiên cứu, xử lý, tận dụng tro bay trong
các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật đã và đang được các nhà khoa học, cơng nghệ trong
và ngồi nước quan tâm đặc biệt.
Hiện nay một phần của tro bay đã được tận dụng để sử dụng vào các mục
đích cụ thể như làm phụ gia xi măng, bê tơng, vật liệu san lấp,… trong đó tro bay
đã được ứng dụng trong nơng nghiệp với mục đích cải tạo đất và góp phần làm
tăng năng suất cây trồng . Nhằm tận dụng triệt để tro bay để có thể tạo thành các
sản phẩm có giá trị kinh tế, an tồn cho mơi trường và sử dụng hiệu quả.
Nhằm mục đích tìm kiếm giải pháp xử lý triệt để tối ưu nhất tro bay để có
thể tạo thành các sản phẩm có giá trị kinh tế, cũng như bảo vệ được môi trường
sống và sức khoẻ của con người, tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu sử dụng tro
bay để sản xuất giá thể trồng hoa, cây cảnh”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu chung: Nghiên cứu và sản xuất giá thể hữu cơ thân thiện với môi
trường từ tro bay.
- Mục tiêu cụ thể:
Tìm hiểu đặc trưng tính chất của tro bay.
Nghiên cứu sử dụng tro bay đến sản xuất giá thể hữu cơ.
Đánh giá hiệu quả của giá thể hữu cơ sản xuất từ tro bay trên hoa, cây
cảnh.
2
1 Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ TRO BAY
1.1.1. Giới thiệu về nguồn gốc tro bay
a. Nguồn gốc
Tro bay có nguồn gốc từ q trình đốt than của các nhà máy nhiệt điện ở
nhiệt độ cao. Các hạt bụi tro được đưa ra qua các đường ống khói sau đó được thu
hồi tại bộ phận khí thải bằng các phương pháp kết lắng, tuyển nổi, lọc tĩnh điện
và lọc thu tay áo ở các nhà máy nhiệt điện. Gọi là tro bay vì đây là phần chất rắn
sinh ra sau q trình đốt than và bị cuốn theo khí thải trong quá trình cháy. Tro
bay được thu hồi tại các bộ lọc tĩnh điện. Ở Mỹ, loại tro này được gọi là tro bay
bởi vì nó thốt ra cùng với khí ống khói và “bay” vào trong khơng khí. Thuật ngữ
tro bay (fly ash - FA) được dùng phổ biến trên thế giới hiện nay để chỉ phần thải
rắn thốt ra cùng các khí ống khói ở các nhà máy nhiệt điện.
b. Phân loại
Tro bay thường được phân thành 02 loại tuỳ theo nguồn than đốt:
- Tro bay loại C: Có hàm lượng CaO ≥ 5% và thường bằng 15 – 35%. Đó
là sản phẩm trong q trình đốt than Linhit hoặc than chứa Bitum, chứa ít than
chưa cháy, thường < 2%.
- Tro bay 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%.
(Bùi Lê Anh Tuấn, 2014).
Theo Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm Hoa Kỳ (ASTM) tro bay cũng được
phân thành 02 loại: Tro bay loại C và tro bay loại F. Tro bay loại C được tạo ra
bằng việc sử dụng than đá, hàm lượng vôi trong tro bay loại C cao hơn loại F,
thường là hơn 15%, có thể cao tới 30%. Ngồi ra Canxi Oxit (CaO) cấu tạo cho
loại C có độ cứng đặc trung. Loại C chủ yếu được sử dụng làm vật liệu lót đường
do có độ cứng cao. Tro bay loại F có lượng lớn hơn loại C, hàm lượng vơi trong
3
loại F ít (nhỏ hơn 15%) và chứa nhiều hơn tổng hàm lượng silica, alumin và sắt
(hơn 70%) so với tro bay loại C.
Tiêu chuẩn tro bay theo Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm Hoa Kỳ được thể
hiện ở Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn tro bay theo Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm Hoa Kỳ
Các yêu cầu theo tiêu chuẩn
Đơn vị
ASTM C618
Lớn nhất
/nhỏ nhất
Nhóm F Nhóm C
Yêu cầu hóa học
SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3
%
nhỏ nhất
70
50
SO 3
%
lớn nhất
5
5
Hàm lượng ẩm
%
lớn nhất
3
3
Hàm lượng mất khi nung
%
lớn nhất
5
5
1,5
1,5
u cầu hóa học khơng bắt buộc
Chất kiềm
%
Yêu cầu vật lý
Độ mịn (+325)
%
lớn nhất
34
34
%
nhỏ nhất
75
75
%
nhỏ nhất
75
75
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
Hoạt tính pozzolanic so với xi măng
(7 ngày)
Hoạt tính pozzolanic so với xi măng
(28 ngày)
(Nguồn: Gamage et al., 2013)
4
1.1.2. Thành phần và tính chất
a. Thành phần
Tro bay được tận thu từ ống khói qua hệ thống nồi hơi tinh luyện loại bỏ bớt
các thành phần than (cacbon) chưa cháy hết. Hầu hết các loại tro bay đều là các
hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại như SiO 2 , Al 2 O 3, Fe 2 O 3 , TiO 2 , MgO,
CaO… với hàm lượng than chưa cháy chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng hàm
lượng tro, ngồi ra cịn 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. Tùy thuộc vào loại nhiên
liệu mà thành phần hóa học trong tro bay thu được khác nhau và được thể hiện ở
Bảng 2.2.
Bảng 1.2: Thành phần hóa học tro bay ứng với các loại nhiên liệu
khác nhau
Đơn vị: %
Thành phần hóa
học (%)
Than bitum
Than á bitum
Than non
SiO 2
20-60
40-60
15-45
Al 2 O 3
5-35
20-30
10-25
Fe 2 O 3
10-40
4-10
4-15
CaO
1-12
5-30
15-40
MgO
0-5
1-6
3-10
Na 2 O
0-4
0-2
0-6
K2O
0-3
0-4
0-4
Than chưa cháy
0-15
0-3
0-5
(Nguồn: Nguyễn Ngọc Nhất, 2012)
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 khống có trong than đá. Thành phần của
5
tro bay thường chứa các oxit kim loại như SiO 2 , Al 2 O 3, Fe 2 O 3 , TiO 2 , MgO,
CaO,… và có thể chứa một lượng than chưa cháy (Lư Thị Yến & cs, 2020). Thành
phần hoá học của tro bay ở một số nước được thể hiện ở Bảng 1.3.
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của tro bay ở một số nước trên thế giới
Khoảng (% khối lượng)
Thành
phần
Châu Âu
Mỹ
Trung Quốc
Ấn Độ
Australia
SiO 2
28,5-59,7
37,8-58,5
35,6-57,2
50,2-59,7
48,8-66,0
Al 2 O 3
12,5-35,6
19,1-28,6
18,8-55,0
14,0-32,4
17,0-27,8
Fe 2 O 3
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
Na 2 O
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
TiO 2
0,5-2,6
1,1-1,6
0,2-0,7
1,0-2,7
1,3-3,7
MnO
0,03-0,2
-
-
0,5-1,4
-
SO 3
0,1–12,7
0,1–2,1
1,0–2,9
-
0,1–0,6
MKN
0,8–32,8
0,2–11,0
-
0,5-5,0
-
(Nguồn: Lương Như Hải, 2015)
Thành phần hoá học của tro bay ở một số nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam
được trình bày ở Bảng 1.4.
6
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của tro bay ở một số nhà máy nhiệt điện tại
Việt Nam
Thành phần
Nhà máy nhiệt điện
Mông
Na
Cao
Sơn
Đông
Cẩm
Phả
Dương
Dương
Ngạn
Động
Triều
Phả
Lại
SiO 2
50,10
24,38
52,72
48,20
45,10
23,00 62,75
Al 2 O 3
24,53
13,22
11,95
19,29
23,75
14,90 13,20
Fe 2 O 3
6,07
7,08
10,94
7,04
11,49
6,30
3,23
TiO 2
-
0,28
0,41
-
0,03
0,02
1,70
CaO
3,92
22,8
14,14
1,67
1,05
1,7
-
MgO
1,21
1,41
17,1
1,55
1,85
-
1,87
Mg 2 O
0,3
0,05
-
0,414
0,32
-
-
K2O
-
1,57
1,15
3,01
2,75
1,52
1,98
MnO
-
-
-
-
-
-
-
P2O5
-
-
-
-
-
-
(%)
(Nguồn: Đỗ Quang Huy & cs., 2007)
Bảng 1.4 cho thấy, các oxit axit (SiO2, Al2O3, TiO2) chiếm tỷ lệ chủ yếu
trong thành phần hóa học của tro xỉ, là những oxit có tác dụng tăng cao nhiệt độ
chảy của tro (một tính chất rất quan trọng khi đốt than trong buồng đốt). Các oxit
này có vai trị nâng cao chất lượng tro xỉ khi làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây
dựng. Trong khi đó, các oxit kiềm (CaO, MgO, K2O) chiếm tỷ lệ thấp hơn, đây
là những oxit (háo nước) có tác dụng làm giảm nhiệt độ chảy của tro, khi gặp nước
sẽ tạo thành các hydroxit do đó làm giảm chất lượng vật liệu xây dựng.
Ngoài ra, tro bay được coi là giàu nguyên tố vi lượng, các chất hóa học như
Hg, Co, Cr. Nhiều nguyên tố vi lượng bao gồm cả As, B, Ca, Mo, S và Se trong
tro bay được tập trung trong các hạt tro nhỏ hơn (Adriano et al., 1980).
7
Thành phần hóa học tro bay của một số nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam
được trình bày tại Bảng 1.5.
Bảng 1.5. Thành phần hóa học của tro bay ở một số nhà máy nhiệt điện tại
Việt Nam
Thành phần
Nhà máy nhiệt điện
(%)
Mông
Na
Cao
Sơn
Đông
Cẩm
Phả
Dương
Dương
Ngạn
Động
Triều
Phả
Lại
SiO 2
50,10
24,38
52,72
48,20
45,10
23,00 62,75
Al 2 O 3
24,53
13,22
11,95
19,29
23,75
14,90 13,20
Fe 2 O 3
6,07
7,08
10,94
7,04
11,49
6,30
3,23
TiO 2
-
0,28
0,41
-
0,03
0,02
1,70
CaO
3,92
22,8
14,14
1,67
1,05
1,7
-
MgO
1,21
1,41
17,1
1,55
1,85
-
1,87
Mg 2 O
0,3
0,05
-
0,414
0,32
-
-
K2O
-
1,57
1,15
3,01
2,75
1,52
1,98
MnO
-
-
-
-
-
-
-
P2O5
-
-
-
-
-
-
(Nguồn: Đỗ Quang Huy & cs., 2007)
b. Tính chất
Tính chất vật lý và hóa học cơ bản của tro bay khá tương đồng với đặc tính
vật lý và hóa học của đất nơng nghiệp. Tro bay bao gồm các vật liệu mịn (< 20
µm), có khối lượng riêng thấp (1,01 – 1,43 g cm-3) (Roy & et al., 1981) và có
diện tích bề mặt lớn (300 – 500 m2 kg-1) (Yao & et al., 2015). Thành phần hóa
học của tro bay chủ yếu là các aluminosilicat vơ định hình và tinh thể và các hợp
chất của silic, nhôm, sắt, canxi, magiê, các nguyên tố vi lượng và tỷ lệ nhỏ của
cacbon không cháy (Adriano & et al., 1980). Với các đặc điểm này cho thấy, tro
bay hoàn tồn có khả năng sử dụng để thay thế cho một số chất cải tạo đất thường
8
bạc màu, có khả năng làm thay đổi dung trọng (Chang & et al., 1977), thành
phần cơ giới đất (Garg & et al., 2003), dung tích trao đổi cation, khả năng giữ
nước (Ghodrati& et al., 1995) và đặc biệt là khả năng làm giảm quá trình linh
động của kim loại trong đất giúp hạn chế tích lũy của cây trồng (Sajwan & et al.,
2003). Chính những đặc điểm chung trong thành phần ngun tố cũng như các
đặc tính hóa học và vật lý của nó đã tạo cơ sở cho việc khám phá khả năng ứng
dụng của tro trong quản lý đất nông nghiệp.
1.1.3. Ảnh hưởng của tro bay đến môi trường
a. Tác động đến môi trường nước
Phần lớn tro, xỉ nhiệt điện vẫn còn được tồn chứa , chưa được sử dụng.
Do được tồn chứa lộ thiên trên đất nên nước mưa có thể hịa tan các thành phần
của tro, xỉ và hòa lẫn với hệ thống nước tự nhiên xung quanh. Ơ nhiễm nước mặt
và nước ngầm có thể do hiện tượng hòa tan các nguyên tố độc hại và kim loại
nặng như chì, thủy ngân, cacdimi, đồng và thiếc trong tro, xỉ là có nếu khơng
được tồn chứa đúng cách. Nghiên cứu của Praharaj et al. (2002) cho thấy, xói
mịn và rửa trơi các kim loại nặng như Zn, Cu và Pb được tìm thấy ở nồng độ
cao trong nước hình ống nằm gần ao tro ở Orissa, trong khi Cu, Mn, Pb và Zn là
những chất gây ơ nhiễm chính trong nước ngầm.
b. Ơ nhiễm khơng khí
Tro bay là vật liệu dạng bột mịn, phân bố kích thước hạt thường từ 0,5 300 µm. Các ngun tố vết độc hại nói chung tập hợp trong các hạt mịn với kích
thước hạt 2µm, có thể bị hít vào cơ thể và lưu lại trong phế quản củ người, do
đó làm tăng nguy cơ tổn hại sức khỏe. Đối với các bãi thải chứa khô, lượng bụi
tro bay thốt ra có thể làm ơ nhiếm chất lượng khơng khí tại vùng xung quanh
người dân sống lân cận các nhà máy nhiệt điện, nơi có các bãi chứa tro, xỉ sẽ
chịu các nguy cơ cao phơi nhiễm bụi độc hại trong khơng khí.
9
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hít phải lượng bụi FA cao có thể gây ra các
triệu chứng giống hen suyễn nghiêm trọng, bên cạnh việc gây nguy hiểm cho sức
khoẻ, tro bay còn ăn mòn cấu trúc kim loại tiếp xúc trong vùng lân cận và làm suy
giảm mơi trường trước khi nó có thể làm tăng nguy cơ mắc bệnh xơ cứng bì
(Davison et al., 1974; Finkel-man et al., 2000).
1.1.4. Hiện trạng phát sinh
Nhu cầu tiêu thụ điện năng trên thế giới không ngừng tăng lên theo tốc độ
phát triển của nền kinh tế. Các nguồn cung cấp điện năng mới hiện nay đang phát
triển nhanh chóng như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thuỷ
triều… Tuy có nhiều ưu điểm và được khuyến khích sử dụng nhưng các nguồn
cung cấp điện năng này hiện nay mới chỉ đáp ứng được một lượng rất nhỏ nhu
cầu điện năng toàn cầu và chỉ tập trung ở một vài nước phát triển. Nguồn cung
cấp điện năng chủ yếu vẫn dựa trên các nguồn truyềnt thống và không ngừng phát
triển hàng năm. Trong đó các nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hoá thạch
chiếm một tỷ trọng lớn.
Với nhu cầu sử dụng than để đốt cháy trong quá trình sản xuất điện năng,
hàng năm trên thế giới phát thải ra khoảng 900 triệu tấn tro bay (Yousuf et al.,
2020), trong đó Ấn Độ, Trung Quốc, Mỹ là 3 nước có lượng tro bay mỗi năm lớn
nhất thế giới.
Tại Mỹ
Theo số liệu thống kê của Hội tro than Mỹ, năm 2014 lượng phế thải nhiệt
điện ở nước này là 130 triệu tấn và lượng phế thải được tái chế và tái sử dụng là
62,5%. Trong đó ứng dụng lớn nhất là hoàn nguyên mỏ (16,2 triệu tấn, chiếm
12%) và làm phụ gia khống cho bê tơng, vữa (14,2 triệu tấn, chiếm 11%).
Tại Châu Âu
Tổng lượng tro xỉ ngành nhiệt điện năm 2010 của các nước thuộc EU là 48,3
triệu tấn, trong đó tro là 31,6 triệu tấn, các loại xỉ đá lò là 5 triệu tấn, thạch cao
10
FGD là 10,3 triệu tấn. Lượng tro, xỉ này được tái sử dụng trong các ngành công
nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng cụ thể: Nguyên liệu sản xuất xi măng (26,9%);
phụ gia cho xi măng hỗn hợp (14,5%); phụ gia cho bê tông (29,5%); chế tạo block
bê tông (5,8%); vật liệu làm đường giao thông và san lấp (19%); hoàn nguyên mỏ
(3,4%); và làm các vật liệu khác (1%).
Bảng 1.6. Tình hình phát thải và sử dụng phế thải nhiệt điện trên thế giới
Nước/khu
TT
vực
1
Mỹ
Số
Lượng Lượng tái
liệu chất thải sử dụng
Các ứng dụng chủ yếu
năm (triệu tấn)
(%)
2014
130
62,5
PGK cho bê tông, vữa; vật
liệu đắp nền; hoàn nguyên
mỏ, tấm thạch cao, PG,
nguyên liệu cho XM
2
15 nước
2010
48,3
91
PGK cho bê tông, nguyên
liệu cho XM, tấm thạch cao,
EU
PGK cho XM
3
Nhật
2007
11
96
Nguyên liệu, PGK cho XM,
PGK cho bê tông
4
Thái Lan
2004
3
84
Nguyên liệu, PGK cho XM,
PGK cho bê tông
5
Trung
2012
440
67
Quốc
Nguyên liệu, PGK cho XM,
PGK cho bê tông; gạch block
bê tông
6
Hàn Quốc
2006
-
77
-
7
Ấn Độ
2013
165
62
Gạch block, XD đường, sản
xuất XM
8
Australia
2012
12,8
42
Phụ gia XM, san lấp mặt
bằng, gạch block, đắp nền.
(Nguồn: Trung tâm Thông tin và Thống kê KH&CN, 2019)
11
Tại Nhật Bản
Tại Nhật Bản lượng tro than thải ra năm 2007 là 11 triệu tấn, và lượng tái sử
dụng vào khoảng 10 triệu tấn (chiếm khoảng 90%), ứng dụng chủ yếu là làm
nguyên liệu cho sản xuất xi măng, phụ gia cho bê tông và xi măng.
Tại Ấn độ
Theo báo cáo của cơ quan chủ quản ngành điện Ấn độ năm 2013, tổng lượng
phế thải ngành nhiệt điện là 165 triệu tấn, trong đó tỷ lệ sử dụng khoảng 62,5%,
chủ yếu làm vật liệu xây dựng (Trung tâm Thông tin và Thống kê KH&CN, 2019).
Tại Việt Nam
Hiện nay, ở Việt Nam, hơn 13 triệu tấn tro, xỉ được thải ra mỗi năm chủ
yếu từ các nhà máy nhiệt điện phía Bắc thuộc Tập đồn điện lực - EVN, tập đồn
Than - Khống sản Việt Nam – TKV, Tập đồn dầu khí Việt Nam – PVN và các
doanh nghiệp khác. Trong số này, lượng tro xỉ phát thải từ 13 nhà máy nhiệt điện
than thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) là 8,57 triệu tấn, chiếm 64%
tổng lượng phát thải của cả nước. Tập đồn Cơng nghiệp Than - Khống sản
Việt Nam (TKV) có 6 nhà máy với lượng tro, xỉ phát thải là 2,05 triệu tấn, chiếm
15% tổng lượng phát thải và 1 nhà máy thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN)
với 0,784 triệu tấn chiếm khoảng 6% tổng lượng tro xỉ phát thải. Cùng với đó là
5 nhà máy của các chủ đầu tư BOT và các chủ đầu tư khác phát thải khoảng 2
triệu tấn, chiếm 15% tổng lượng phát thải của cả nước (Tạp chí điện tử cơng
nghệ mơi trường, số 17).
Theo quy hoạch ngành điện đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030 đã
được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt năm 2011 thì số lượng, cơng suất sản xuất
điện của các nhà máy nhiệt điện than ở nước ta trong thời gian sắp tới là rất lớn,
ước tính lên đến hơn 47 ngàn MW (2025) và gần 75 ngàn MW (2050) (Tập đoàn
Điện lực Việt Nam, 2018). Bảng dưới đây tổng hợp công suất điện của các NMNĐ
ở Việt Nam theo Quy hoạch điện VII.
12
Bảng 1.7. Công suất nguồn điện theo quy hoạch điện VII
Trong đó
TT
Năm
Tổng cơng
suất điện, MW
Nhiệt điện đốt
than tầng sơi
Nhiệt điện đốt
Tiêu thụ
than phun,
than,
MW
tấn/năm (*)
1
2020
35.291
5.716
29.575
100.689.000
2
2025
47.276
5.986
41.290
133.068.000
3
2023
74.876
6.586
68.290
207.588.000
Ghi chú: Lượng than tiêu thụ dự kiến trong bảng trên được tính trên cơ sở:
- Các dự án theo Quy hoạch điện VII được đầu tư, vận hành đúng tiến độ,
công suất;
- Số giờ chạy trong năm: 6000 giờ.
(Nguồn: Trung tâm Thông tin và Thống kê KH&CN, 2019)
Tương ứng với cơng suất phát điện đó thì lượng tro xỉ phát sinh từ các nhà
máy điện này khoảng 30 triệu tấn/năm (2025) và tăng lên khoảng 38 triệu
tấn/năm (2030) (Tập đoàn Điện lực Việt Nam, 2018). Phần lớn lượng tro bay
phát sinh tại nước ta đang được lưu trữ tại các bãi chứa, chiếm nhiều diện tích
và có tiềm ẩn gây ơ nhiễm mơi trường đất, nước và khơng khí. Nếu lượng tro
xỉ nhiệt điện khơng được tái sử dụng thì đến năm 2025 tổng lượng tro xỉ tích
trữ là gần 249 triệu tấn và gần 423 triệu tấn vào năm 2030. Bảng căn cứ vào
công suất các nhà máy, nguồn than cung cấp dự kiến (than trong nước hoặc
than nhập khẩu hay pha trộn cả 2 loại), chất lượng than trong nước, chất lượng
than nhập khẩu dự kiến, lượng tro, xỉ thải ra của nhà máy nhiệt điện than được
dự báo thống kê trong bảng.
13
Bảng 1.8. Dự tính lượng tro xỉ nhiệt điện qua các năm
TT
Năm
Tổng lượng tro xỉ nhiệt điện
Tổng lượng tro xỉ nhiệt điện
phát sinh hàng năm
tích trữ nếu khơng được tái
(tấn/năm)
sử dụng (tấn)
1
2016
15.784.357
22.705.558
2
2018
20.612.500
61.515.750
3
2020
25.441.770
109.983.500
4
2025
29.371.100
248.978.800
5
2030
38.314.500
422.663.000
(Nguồn: Trung tâm Thông tin và Thống kê KH&CN, 2019)
Phần lớn tro, xỉ than trên thế giới được tồn chứa dẫn đến gánh nặng kinh tế
môi trường, và tác dộng đáng kể đến sinh thái và xã hội nên cần có các ứng dụng
vào nhiều lĩnh vực khác nhau để thúc đẩy việc sử dụng tro, xỉ nhiệt điện. Vì vậy
việc nghiên cứu tái sử dụng tro bay đang được quan tâm và phát triển mạnh mẽ
để tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu rất dồi dào này, đồng thời góp phần đáng kể
cải tạo mơi trường sống.
1.2. TỔNG QUAN VỀ GIÁ THỂ HỮU CƠ
1.2.1. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng về giá thể trên thế giới
Với xu hướng phát triển nông nghiệp bền vững, nhiều quốc gia trên thế giới
đã nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ kỹ thuật cao vào trong sản xuất nông
nghiệp nhằm mục đích tăng năng xuất và chất lượng, mang lại nhiều lợi nhuận
lớn cho các nhà sản xuất. Việc sử dụng giá thể hữu cơ để trồng cây như rau, hoa
cây cảnh,... đã được thực hiện phổ biến từ lâu trên thế giới như tại Nhật Bản,
Mỹ, các nước Châu Âu... Trong vòng 10 – 15 năm gần đây, thế giới đã sử dụng
giá thể để trồng rau an tồn khoảng 1.980.000 ha, trong đó các nước Mỹ La tinh
60.000 ha, Tây Âu 58.000 ha, Đông Âu 18.000 ha, các nước Châu Á 780.000
ha. Ngày nay công nghệ sử dụng giá thể trồng rau, hoa trong nhà kính trở thành
14
