PP ỔN ĐỊNH VÀ ĐÓNG RẮN CHẤT THẢI NGUY HẠI

10/3/2015

CHƯƠNG 5

PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH VÀ ĐÓNG
RẮN CHẤT THẢI NGUY HẠI
GVHD:PGS.TS. NGUYỄN TẤN PHONG
Email:

GIỚI THIỆU
Phương pháp ổn định và đông rắn thường
được ứng dụng rộng rãi trong quản lý chất thải
nguy hại:
- Xử lý chất thải công nghiệp;
- Xử lý chất thải trước khi bỏ ra các bãi chôn
lấp an toàn, hợp vệ sinh.
- Xử lý các vùng đất bị ô nhiễm mà ở đó có
một lượng lớn rác chứa đựng các chất độc hại.

1


10/3/2015

ĐỊNH NGHĨA
• Ổn định: phương pháp sử dụng chất phụ gia
làm giảm tính nguy hại tự nhiên của chất thải
bằng cách chuyển đổi chất thải và các thành
phần nguy hại của nó thành một dạng mới có
tỷ lệ chất gây ô nhiễm ở mức tối thiểu hoặc
làm giảm mức độ độc hại của chất thải.

• Đóng rắn: quá trình làm đông đặc một khối
lượng lớn vật chất, bao gồm những vật thể rắn,
những chất thải nguy hại.
 Trong xử lý, người ta thường kết hợp song
song cả 2 quá trình ổn định và đông rắn chất
thải nguy hại..

QUY TẮC
• Loại bỏ những chất thải nguy hại đến sức
khỏe cộng đồng, mang lại lợi ích xã hội và
môi trường yêu cầu ứng dụng những công
nghệ hiệu quả và lâu dài.
• Phương pháp ổn định cũng có thể được ứng
dụng để xử lý các vấn đề khác, chẳng hạn
như xử lý sinh học hoặc thiêu đốt.

2


10/3/2015

ỨNG DỤNG
Công nghệ ổn định được ứng dụng trong lĩnh
vực:
* Chôn lấp - ổn định các chất thải trước khi
đem chôn lấp an toàn
* Xử lý những nơi ô nhiễm – phục hồi
những vùng bị ô nhiễm
* Đóng rắn những chất thải công nghiệp –
ổn định các chất thải không nguy hại, như bùn

cặn.

CƠ CHẾ
Đóng gói
kích thước
lớn
Đóng gói
thước nhỏ

Khử độc

Cơ chế
Kết tủa

Hấp phụ

Hấp thụ

3


10/3/2015

ĐÓNG GÓI KÍCH THƯỚC LỚN
Là cơ chế mà ở đó các thành phần của chất thải
độc hại bị giữ bên trong một cấu trúc lớn hơn.
Thành phần độc hại bị giữ bên trong lỗ rỗng của
vật liệu ổn định.

ĐÓNG GÓI KÍCH THƯỚC NHỎ

Là cơ chế mà ở đó các thành phần của chất thải

độc hại bị giữ bên trong cấu trúc tinh thể của
khối chất rắn ở mức vi mô.
Cho dù chất ổn định bị thoái hóa thành thì các
chất thải độc hại vẫn bị giam giữ lại.
Chất thải bên trong vật liệu ổn định được giữ yên

là nhờ vào sự ổn định của chất kết dính.

4


10/3/2015

HẤP THỤ
Là quá trình mà chất gây ô nhiễm được đưa
vào bên trong chất hấp thụ.
Các chất hấp thụ phổ biến nhất gồm có:
- Đất (soil)
- Tro bay (fly ash)
- Bụi lò ximăng
- Bụi lò vôi
- Vật liệu sét gồm: đất sét bentonit,
kaolinite…
- Mạc cưa
- Cỏ khô và rơm

HẤP PHỤ
Là quá trình các chất gây ô nhiễm tạo liên

kết điện-hóa với các tác nhân ổn định trong
chất kết dính.

Hiện tượng bề mặt và liên kết tự nhiên
được gây ra bởi hiệu ứng Van De Waals (tạo ra
bởi hiện tượng phân cực trong phân tử) hoặc
liên kết hydro.

5


10/3/2015

KẾT TỦA
Là quá trình kết tủa chất ô nhiễm từ chất thải.
Chất kết tủa là các hydroxide, sulfide, silicate và
phosphate và được chứa trong khối ổn định.
Quá trình này có thể được áp dụng để ổn định
các chất vô cơ như bùn chứa huydoxide kim
loại.
Me(OH)2 + H2CO3 -> MeCO3 (kết tủa) + 2H2O

KHỬ ĐỘC
Là cơ chế làm thay đổi một thành phần hóa
học này thành một dạng khác ít độc hại hơn,
thậm chí không còn độc tính.
Ví dụ: dùng vật liệu cement trong quá
trình ổn định để làm giảm crom +6 bằng cách
chuyển thành crom +3 (Crom +3 có độ hòa
tan và độ độc hại thấp hơn crom +6).

6


10/3/2015

CÔNG NGHỆ
Xi măng

Thủy tinh
hóa

Pozzolan

Vật liệu
nhựa nhiệt
dẻo

Vôi

Đất sét hữu
cơ

Silicat

XI MĂNG
• Phổ biến nhất là xi măng Portland.
• Tạo thành từ hỗn hợp đá vôi và đất sét (hoặc
silicate) ở to cao.
• Thành phần chính là 2CaO.SiO2 và 3CaO.SiO2.

• Phản ứng chính của xi măng Portland là:
3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O + nhiệt

7


10/3/2015

XI MĂNG
Bảng thể hiện sự tương thích và không tương thích của chất
thêm vào
Xi măng

Pozzola

Nhựa dẻo

Polyimer hữu cơ

ĐC, B, H

ĐC, B, H

H

ĐC

ĐC, B, H

ĐC, B

H

n
Chất hữu cơ không phân
cực
Chất hữu cơ phân cực
Axit
Chất oxi hóa
Muối

Ph, Ch
ĐC, B

Ph, Ch

ĐC

Kim loại nặng
Chất phóng xạ
ĐC
B
H
Ph
Ch

Đông cứng
Độ bền
Bay hơi
Phá hủy

Cháy

XI MĂNG
- Chất độc hữu cơ cản trở quá trình hydrat hóa, làm

giảm độ bền và khó ổn định.
- Chúng có thể làm giảm hình thành cấu trúc tinh
thể kết quả là tạo thành vật liệu vô định hình.
- Những chất thêm vào làm ổn định hỗn hợp xi
măng, giảm chất độc hữu cơ và làm tăng ổn định
của xi măng.

8


10/3/2015

POZZOLANDS
• Là chất phản ứng với nhôm, silic, vôi, và nước
hình thành sản phẩm giống bê tông được gọi là
bê tông Pozzolan.

• Vật liệu gồm tro, xỉ đất lò luyện gang và bụi
khi nung xi măng.
• Cấu trúc của Pozzolan chủ yếu có 45% SiO2,
25% Al2O3, 15% Fe2O3, 10% CaO, 1% MgO,
1% K2O, 1% Na2O và 1% SO3.

VÔI
• Ổn định bùn thường bổ sung Ca(OH)2, hoặc vôi.

• Phản ứng của canxi với vôi và aluminiosilicates
trong chất thải hình thành hydrat canxi silicat, canxi
nhôm, canxi hoặc aluminosilicate.
• Vôi - ổn định là thích hợp nhất cho các chất ô
nhiễm vô cơ và đã được sử dụng rộng rãi cho bùn
có chứa kim loại.

9


10/3/2015

SILICAT
• Silicat được axit hóa để tạo thành một dạng
axit monosilic.
• Ngoài ra, kết hợp dung dịch silicat hòa tan và
xi măng làm tăng hiệu quả trong việc ổn định
đất bị ô nhiễm chì, đồng và kẽm nồng độ cao.

ĐẤT SÉT HỮU CƠ
• Đất sét hữu cơ là do đất sét tự nhiên được biến
đổi để có nguồn gốc từ hữu cơ.
• Thay thế các cation vô cơ trong cấu trúc đất
sét, kết hợp với các cation hữu cơ, các ion
amoni bậc bốn. Sau đó, các phân tử hữu cơ
được hấp phụ trong cấu trúc tinh thể của đất sét
hình thành khi có hiện diện của chất gây ô
nhiễm hữu cơ.

10

10/3/2015

ĐẤT SÉT HỮU CƠ
• Các ion hữu cơ gắn liền với đất sét dễ dàng hấp
thụ các hữu cơ khác.

• Hiệu quả của đất sét hữu cơ trong sự ổn định
của chất có chứa chất hữu cơ là do sự hấp thụ
của chất gây ô nhiễm hữu cơ trong đất sét

VẬT LIỆU NHỰA NHIỆT DẺO
• Bao gồm nhựa đường, dầu hỏa, nhựa đường,

polyethylene, polypropylene và lưu huỳnh.
• CTNH có thể được ổn định bằng cách kết hợp vật liệu
nhựa nhiệt dẻo nóng chảy với các chất thải ở nhiệt độ
cao.
• Chất thải được ổn định để không còn nguy hiểm. Sau
đó được xử lý.

• Chất thải nhựa nhiệt dẻo ổn định hoàn toàn lọc được và
phân hủy sinh học.

11


10/3/2015

THỦY TINH HÓA

• Ứng dụng: xử lý chất thải nguy hại
• Thủy tinh hóa: sự đóng rắn và ổn định bởi vì
nó làm cho các chất thải có cấu trúc ổn định
hơn để giảm chất gây ô nhiễm ra môi trường.

THỦY TINH HÓA TẠI CHỖ
• Nhiệt độ cao để làm tan chảy đất thành một khối
nóng chảy.
• Khi dòng điện chạy qua đất, nhiệt tích tụ, cuối
cùng đất tan chảy. Nóng chảy, đất trở nên dẫn điện
hơn và khối lượng nóng chảy sẽ thành trung gian
truyền nhiệt.
• Kết quả sản phẩm rất giống với thủy tinh Obsidian,
được hình thành bởi quá trình thủy tinh hóa của tự
nhiên.

12


10/3/2015

THỦY TINH HÓA TẠI CHỖ
• Khi nhiệt độ tăng, các chất hữu cơ bay hơi và sau
đó pyrolyze (phân hủy trong điều kiện thiếu ôxy)
thành các thành phần nguyên tố.
• Khí di chuyển chậm qua khối nóng chảy (đó là độ
nhớt) trên bề mặt, và những chất khí dễ cháy sẽ
thoát ra và thu lại để xử lý đảm bảo tiêu chuẩn khí

thải. Vì nhiệt độ cao của sự tan chảy (1600 đến
2000oC), chất ô nhiễm còn lại thành cặn lắng.
(thủy tinh).

THỦY TINH HÓA TẠI CHỖ
• Chất gây ô nhiễm vô cơ xử lý một cách tương tự Ví
dụ, nitrat thành khí nitơ (N2) và oxy (O2).
• Thủy tinh hóa tại chỗ đã được sử dụng trong một số
dự án tại địa điểm Superfund ở Washington, nơi
3100 tấn đất bị ô nhiễm.
• Kết quả thực hiện trên bãi chôn chất thải cho thấy
thủy tinh hóa có thể làm bất động hoặc phá hủy các
chất ô nhiễm độc hại và cả phóng xạ và giảm 75%
thể tích.

13


10/3/2015

THỦY TINH HÓA TRONG NHÀ MÁY

• Công nghệ sử dụng lò làm thủy tinh hoạt động
ở 1600oC..
• Công nghệ có 2 tiềm năng xử lý chất thải nguy
hại, đặc biệt là đất bị ô nhiễm, và tạo ra một
sản phẩm tái chế.

Các phương án ổn định-đóng rắn
tại hiện trường

14


10/3/2015

TIÊU CHÍ LỰA CHỌN QUY TRÌNH ỔN ĐỊNH

1
2
3
4
5

• Đặc tính của chất thải
• Quá trình chế biến và xử lý vật liệu
• Mục đích ổn định
• Yêu cầu của pháp luật
• Kinh tế

TRỘN BẰNG TRỐNG (THÙNG)
CTNH

Hóa chất (phụ gia)

Xáo trộn
Chức năng
Vận chuyển
đóng rắn

15


10/3/2015

TRỘN BẰNG TRỐNG (THÙNG)

Được ứng dụng rộng rãi

Thực hiện bằng cách điều khiển robot từ xa

TRỘN TẠI CHỖ

Lộ được khoan tới độ sâu mong muốn

Lớp đất được xới lên và xáo trộn
Vữa sẽ được cho vào để ổn định

16


10/3/2015

TRỘN TẠI CHỖ

TRỘN TẠI CHỖ

Tỉ lệ pha trộn là :
100 phần bùn : 5 phần vôi : 5 phần xi măng
Hỗn hợp được trộn bằng máy xúc và

đưa vào bằng cần trục dài.
Có thể thay máy xúc bằng vòi phun để giảm
tiếng ồn , tăng xáo trộn.

17


10/3/2015

TRỘN TẠI CHỖ

Quan sát bằng mắt
Không chứa nước
Tiêu chuẩn đánh
giá sự kết dính

Có thể xút bằng thùng
mà không bị tràn
Tỉ lệ hóa chất cố định
từ 1-6

TRỘN TẠI CHỖ

Kỹ thuật trộn tại chỗ phổ biến nhất là kỹ
thuật xi măng đất với các ưu điểm sau:
Thiết bị nhỏ

Tiết kiệm chi
phí

Tận dụng
thiết bị có sẵn

Ít tiếng ồn

Xử lý được
các vũng, hố
lớn

18


10/3/2015

MÁY TRỘN

Phụ gia và chất thải nguy hại được cung cấp
liên tục hoặc theo mẻ.
Thiết bị sử dụng có thể bao gồm máy nhào đất
và máy đúc ép.

3. Máy trộn

Quá trình theo mẻ: cố định được thời gian tiếp
xúc.
Quá trình liên tục: cung cấp chất thải và phụ gia
liên tục, tạo tiếp xúc nhờ máng vận chuyển và
thiết bị xáo trộn.

Chất thải sau khi xử lý được thải bỏ ở bãi chôn

lấp.
Máy trộn được sử dụng ở những nơi rộng lớn,
thiết bị có thể di chuyển dễ dàng.

19


10/3/2015

Thiết kế quá trình ổn định – đóng rắn

THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH

Có 2 yếu tố quan tâm: đặc tính của chất thải và vị
trí thực hiện

Vấn đề quan trọng là mối tương quan thấp giữa quy
mô nghiên cứu PTN và thi công tại hiện trường.

Khó khăn: liên quan đến quá trình xáo trộn giữa
chất thải và hóa chất.

20


10/3/2015

QUY TRÌNH THIẾT KẾ

QUY TRÌNH THIẾT KẾ

21


10/3/2015

THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH

Nghiên cứu khả năng xử lý bao gồm lựa chọn và
hoàn thiện chất kết dính để giảm hoặc loại bỏ tính
nguy hại của chất thải.
Việc hoàn thiện công thức của quá trình ổn định
là một nghệ thuật.

Lựa chọn công thức phù hợp dựa trên t/c của chất
thải kết hợp với các tài liệu trước đó và kinh nghiệm
của công ty.

Ví dụ 11-1: Đánh giá chôn lấp so với phương pháp ổn định.
- Σm = 120.000 tấn
- Xe tải mang 31.500 pound
- L = 850 dặm
- Chi phí chở: $2/dặm
- Chi phí ổn định: $67/tấn

Chi phí ổn định:
$67/tấn x 120.000 tấn = $8.040.000

Chi phí xe tải:
(120.000 tấn × 2.000 pound/ tấn)/ 31.500 pound/xe tải = 7.619 xe

7.619 xe × 850 dặm/ xe × $2/dặm = $12.952.381

Phương pháp ổn định sẽ hiệu quả về mặt chi phí hơn.

22


10/3/2015

VD 11-2: Đánh giá hiệu quả của ổn định
Thông số

Bùn chưa xử lý

Bùn đã xử lý

% giảm

Ar

0.724

0.049

93.2

Cd

3.3

0.126

96.2

Cr

0.566

1.16

-104.9

Cu

3.86

3.2

17.1

Fe

48.4

1.57

96.8

Chì

0.328

0.019

92.0

Mn

11.5

1.48

87.0

Kẽm

120

3.02

97.5

Nồng độ Cr cao là do biến đổi nhiều và có hóa trị là +6. Quá
trình ổn định nên xem xét việc giảm Cr đầu tiên đến hóa trị +6
và sau đó là sự kết tủa của Crom hydroxit.

Ví dụ 11-3
Tại bãi chôn lấp an toàn, chất thải đã được ổn định với tro bay
mang có tính kiềm có nguồn gốc từ nhà máy nhiệt điện sử
dụng than ở phía Tây.

Vật liệu được pha trộn sau đó được vận chuyển đến bãi chôn
lấp và trải đều bằng xe ủi đất.
Thành phần: 14% dầu và mỡ, 2,2% TOC, và 72% chất thải rắn
bay hơi bao gồm 180mg/kq 1,1,1 –trichloroethane, 71mg/kg
butylbenzylpthalate, 15mg/kg cadmium, 150mg/kd đồng,
20mg/kg chì, 15mg/kg kẽm. Ổn định theo tỉ lệ 1.2 phần tro bay
vào 1 phần chất thải theo khối lượng.

23


10/3/2015

Ví dụ 11-3
Cường độ kháng nén nở tự do là 1758kg/m2 ở thời điểm khuấy
trộn và 48,828 kg/m2 sau 6 ngày đóng rắn.
Kết quả phân tích : 89% tổng chất rắn, 14% chất rắn bay hơi, bao
gồm 1.5mg/kg 1,1,1 –trichloroethane, 1,1 mg/kg 4-methyl- 2 –
penatone, 12 mg/kg toluene, 14mg/kg ethyl benzen, và 25mg/kg
tổng xylen.

• Yêu cầu: tính toán nồng độ chất ô nhiễm được loại bỏ dựa trên
sự pha loãng.
•Xác định quá trình khác mà có thể làm giảm nhiều hơn nữa nồng
độ chất ô nhiễm.

Phương pháp giải ví dụ 11-3
Co x W w = Cf (W w + W FA)
Co : nồng độ chất ô nhiễm ban đầu
Ww: khối lượng chất thải

WFA : nồng độ chất ô nhiễm cuối cùng
Co/ Cf = (W w + W FA)/ W w = (1.0 + 1.2)/ 1.0 = 2.2
Cf/ Co = W w / (W w + W FA = 1.0 +( 1.2/+1.0) = 0.45

24


10/3/2015

Phương pháp giải ví dụ 11-3
Nồng độ chất ô nhiễm bằng 45% nồng độ ban đầu đó là kết quả
của sự pha loãng, điều này có nghĩa là giảm 55%, bao gồm cả
thay đổi tỷ trọng.
Kim loại có thể phản ứng trong xi măng porland với tro bay.
Các chất dễ bay hơi có thể bay ra trong suốt quá trình xử lý mở
rộng.
Nhiệt từ phản ứng pozzolanic làm tăng tốc độ của quá trình bay
hơi.
Quá trình hydrat hóa phụ thuộc vào thời gian.

NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG 1

Nghiên cứu của US EPA ở hệ thống ổn định
tại chỗ cho đất bị ô nhiễm PCB.

Sử dụng phụ gia riêng biệt + đất sét hữu cơ
bị biến đổi và trộn dưới đất ở một độ sâu.

Chi phí xử lý năm 1989 ước tính là 110$/tấn.
.

25