..
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
phần
Châu Âu
Mỹ
Trung
Quốc
Ấn Độ
Australia
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
Thành phần (% khối lượng)
Loại tro
bay
SiO2
Al2O3
Fe2O3
TiO2
MgO
CaO
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
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
Than đen
Than nâu
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
Đơn vị
ASTM C618
Lớn nhất /
Nhóm
Nhóm
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
1,5
1,5
Yêu cầu hóa học không 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 pozzolamic so với xi
măng (7 ngày)
Hoạt tính pozzolamic so với xi
măng (28 ngày)
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
- Xem thêm -