Luận văn Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải mạ điện sau thu hồi đồng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải mạ điện sau thu hồi đồng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- CAO THẾ QUÂN NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI MẠ ĐIỆN SAU THU HỒI ĐỒNG ĐỂ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG KHÔNG NUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2020
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- CAO THẾ QUÂN NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI MẠ ĐIỆN SAU THU HỒI ĐỒNG ĐỂ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG KHÔNG NUNG Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 8520320.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Phạm Thị Thúy PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải Hà Nội – 2020
3. LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn Thạc sĩ này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới giảng viên hướng dẫn là TS. Phạm Thị Thúy cùng thầy PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải đang công tác tại Khoa Môi Trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong thời gian qua. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy cô Khoa Môi Trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội cùng các thầy, cô giáo đã dạy dỗ và truyền đạt giảng dạy trong quá trình học tập của tôi tại trường. Tôi xin cảm ơn tới nphóm thực hiện đề tài KC08.18/16-20 “Nghiên cứu xây dựng mô hình công nghệ khả thi quy mô pilot để xử lý bùn thải công nghiệp giàu kim loại nặng theo hướng tận thu tài nguyên, tiết kiệm năng lượng” đã hỗ trợ trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn tới tập thể cán bộ Viện nghiên cứu và ứng dụng vật liệu xây dựng nhiệt đới, Trường Đại học Xây dựng và công nhân viên công xưởng sản xuất gạch bê tông Huy Huấn, Đông Anh, Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn. Do còn nhiều hạn chế về kinh nghiệm, thời gian cũng như các điều kiện nghiên cứu nên chắc chắn luận văn sẽ có những thiếu sót nhất đinh. Tôi mong nhận được những lời góp ý từ quý thầy cô, các nhà khoa học để hoàn thiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 20 tháng 10 năm 2020 Học viên thực hiện Cao Thế Quân i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải mạ điện sau thu hồi đồng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi trong thời gian qua. Số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực được thực hiện trong thời gian học tập tại trường và dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Phạm Thị Thúy và PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải, Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học tự nhiên. Ngoài ra, trong trong luận văn có sử dụng một số nguồn tài liệu tham khảo đã được trích dẫn nguồn và chú thích rõ ràng. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về luận văn của mình. Hà nội, ngày 20 tháng 10 năm 2020 Học viên thực hiện Cao Thế Quân ii
5. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................................... v DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................................... vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................................. viii MỞ ĐẦU ......................................................................................................................................... ix CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................................ 1 1.1. Bùn thải mạ đồng ..................................................................................................... 1 1.1.1. Nguồn gốc phát sinh bùn thải mạ đồng. ................................................................ 1 1.1.2. Hiện trạng phát sinh bùn thải mạ điện ở Việt Nam............................................... 3 1.1.2. Tính chất của bùn thải mạ điện ............................................................................. 10 1.1.3. Tác động của bùn thải mạ đồng tới môi trường .................................................... 10 1.1.4. Tác động của bùn thải mạ đồng tới con người ...................................................... 11 1.2. Các công nghệ xử lý bùn thải mạ điện ..................................................................... 12 1.2.1. Phương pháp thủy luyện thu hồi kim loại từ bùn thải ngành công nghiệp mạ điện 12 1.2.2. Phương pháp chôn lấp ........................................................................................... 15 1.2.3. Phương pháp ổn định hóa rắn. .............................................................................. 16 1.3. Gạch bê tông không nung. ....................................................................................... 16 CHƢƠNG 2 – ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................ 21 2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................................... 21 2.2. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 22 2.2.1. Tổng quan kế thừa tài liệu ..................................................................................... 22 2.2.2. Lấy mẫu phân tích bùn thải sau thu hồi đồng ....................................................... 22 2.2.3. Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn ..................................................................................... 23 2.2.4. Thử nghiệm sản xuất gạch bê tông quy mô phòng thí nghiệm ............................. 24 2.2.5. Nghiên cứu cấp phối mới làm gạch bê tông từ mẫu bùn MB03 ........................... 27 iii
6. 2.2.6. Thử nghiệm sản xuất gạch bê tông từ mẫu bùn MB03 với cấp phối mới trong điều kiện thực tế. ..................................................................................................................... 28 2.2.7. Phương pháp đánh giá tính chất cơ lý. .................................................................. 32 2.2.8. Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................................... 36 CHƢƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................... 37 3.1. Tinh chất của bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng ...................................... 37 3.1.1 Tính chất vật lý của bùn thải sau thu hồi đồng ...................................................... 37 3.1.2. Tính chất hóa học của bùn thải sau thu hồi đồng .................................................. 38 3.2. Đánh giá tính chất của gạch bê tông trong thử nghiệm 2.2.4. ................................. 41 3.2.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn của từng mẫu bùn đến hình thái của gạch không nung ................................................................................................................................. 41 3.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến tính chất cơ lý của gạch bê tông .................... 43 3.3. Mức độ an toàn môi trường của gạch bê tông làm từ mẫu bùn MB01 và MB02 .... 51 3.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến mức độ hòa tan KLN từ gạch vào trong nước .51 3.3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến mức độ hòa tan KLN từ gạch vào trong dung môi chiết rút theo EPA 1311 ........................................................................................... 54 3.4. Đánh giá tính chất của gạch bê tông làm từ mẫu bùn MB03 và cấp phối mới. ....... 57 3.4.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn bùn MB03 đến kích thước và khối lượng thể tích của gạch bê tông. ............................................................................................................. 57 3.4.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn bùn MB03 đến độ bền nén của gạch bê tông. ....... 58 3.4.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn bùn MB03 đến độ hút nước của gạch bê tông ...... 59 KẾT LUẬN .................................................................................................................................... 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................................... 64 PHỤ LỤC ....................................................................................................................................... 67 iv
7. DANH MỤC HÌNH Hình 1.2. Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh ...................................................................................................................................................... 4 Hình 1.3. Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc ..................................................................................................................................................... 5 Hình 1.4. Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên ................................................................................................................................................. 6 Hình 1.5. Lượng bùn thải chứa kim loại nặng phát sinh của một số cơ sở công nghiệp ở Đà Nẵng .. 7 Hình 1.6. Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Dương .................................................................................................................................................. 8 Hình 1.7. Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh Đồng Nai ........................................................................................................................................................ 9 Hình 1.8. Sơ đồ công nghệ thu hồi kim loại từ bùn thải ngành mạ điện. .......................................... 14 Hình 1.9. Bãi chôn lấp xử lý chất thải rắn tỉnh Quảng Nam ............................................................ 15 Hình 1.10. Gạch bê tông cốt liệu ....................................................................................................... 18 Hình 2.1. Bùn thải mạ sau khi phơi khô và nghiền nhỏ ..................................................................... 21 Hình 2.2. a) Định hình gạch không nung làm từ mẫu bùn MB01, b) Định hình gạch không nung làm từ mẫu bùn MB02, c) Định hình gạch không nung làm từ mẫu bùn MB03 ....................................... 25 Hình 2.3. a) Mẫu gạch bê tông làm từ bùn MB01 sau 28 ngày bảo dưỡng; b) Mẫu gạch bê tông làm từ bùn MB02 sau 28 ngày bảo dưỡng; c) Mẫu gạch bê tông làm từ bùn MB03 sau 28 ngày bảo dưỡng ................................................................................................................................................. 26 Hình 2.4. Quy trình sản xuất gạch bê tông thực tế ............................................................................ 28 Hình 2.5. a) Bùn thải mạ sau thu hồi kim loại đồng của công ty SamSung Thái Nguyên, b) Đá mạt, c) Xi măng, d) Phụ gia HPMC ........................................................................................................... 30 Hình 2.6. a) Máy trộn và băng chuyền, b) Máy ép gạch bê tông. ..................................................... 31 Hình 2.7. a) Gạt vật liệu sau trộn vào khuân gạch, b) Ép gạch bê tông, c) Vận chuyển gạch tươi ra sân phơi, d) 4 mẫu gạch tương ứng 4 tỉ lệ phối trộn, e) gạch bê tông sau phơi 14 ngày. ................. 32 Hình 2.8. Sơ đồ thiết bị đo độ thấm nước ......................................................................................... 35 Hình 3.1. Mẫu gạch làm từ mẫu bùn MB01 sau 28 ngày .................................................................. 42 Hình 3.2. Các mẫu gạch không nung làm từ mẫu bùn MB02 sau 28 ngày phối trộn ........................ 43 v
8. Hình 3.3. Mẫu gạch không nung làm từ mẫu bùn MB03 sau 28 ngày phối trộn ............................... 44 Hình 3.4. Cường độ chịu nén của gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn của mẫu MB01 ..................... 45 Hình 3.5. Cường độ chịu nén của gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn của mẫu MB02 ..................... 45 Hình 3.6. Kết quả thử nghiệm chịu uốn của các mẫu sản phẩm từ mẫu bùn MB01 ......................... 46 Hình 3.7. Kết quả thử nghiệm chịu uốn của các mẫu gạch làm từ mẫu bùn MB02 .......................... 47 Hình 3.8. Độ hút nước của gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn của mẫu MB01 ............................... 49 Hình 3.9. Độ hút nước của gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn của mẫu MB02 ............................... 49 Hình 3.10. Độ rỗng của gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn của mẫu MB01 .................................... 51 Hình 3.11. Độ rỗng của gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn của mẫu MB02 .................................... 51 Hình 3.12. Phổ XRD của mẫu bùn MB01 .......................................................................................... 52 Hình 3.13. Phổ XRD của mẫu gạch không nùng là từ bùn MB01 ..................................................... 53 Hình 3.14. Phổ XRD của mẫu bùn MB02 .......................................................................................... 53 Hình 3.15. Phổ XRD của mẫu gạch không nùng là từ bùn MB02 ..................................................... 54 Hình 3.16. a) Mẫu gạch có tỉ lệ phối trộn TL1; b) Mẫu gạch có tỉ lệ phối trộn TL2; c) Mẫu gạch có tỉ lệ phối trộn TL3 .............................................................................................................................. 61 Hình 3.17. Độ bền nén của gạch bê tông làm từ mẫu bùn MB03 ...................................................... 62 Hình 3.18. Độ hút nước của gạch làm từ mẫu bùn MB03 ................................................................. 63 vi
9. DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Tỉ lệ phối trộn cho cấp phối gạch bê tông ......................................................................... 23 Bảng 2.2. Tỉ lệ phối trộn của cấp phối mới gạch bê tông làm từ mẫu bùn MB03 ............................. 28 Bảng 3.1. Thành phần cấp hạt mẫu bùn thải mạ sau thu hồi kim loại .............................................. 38 Bảng 3.2. Hàm lượng oxit trong bùn thải mạ sau thu hồi kim loại ................................................... 39 Bảng 3.3. Hàm kim loại nặng trong bùn thải mạ sau thu hồi kim loại .............................................. 40 Bảng 3.4. Nồng độ KLN được hòa tan trong nước của gạch làm từ mẫu bùn MB01 ....................... 55 Bảng 3.5. Nồng độ KLN được hòa tan trong nước của gạch làm từ mẫu bùn MB02 ....................... 57 Bảng 3.6. Nồng độ KLN được hòa tan trong dung môi theo EPA 1311 của gạch làm từ mẫu bùn MB01 .................................................................................................................................................. 59 Bảng 3.7. Nồng độ KLN được hòa tan trong dung môi theo EPA 1311 của gạch làm từ mẫu bùn MB02 .................................................................................................................................................. 59 vii
10. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BTNMT : Bộ tài nguyên và môi trường CTNH : Chất thải nguy hại M1-01 M1-08 : Cấp phối gạch bê tông của mẫu bùn MB01 M2-01 M2-08 : Cấp phối gạch bê tông của mẫu bùn MB02 M3-01 M3-08 : Cấp phối gạch bê tông của mẫu bùn MB03 MB01 : Bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng của nhà máy Luyện kim thuộc công ty luyện kim màu Thái Nguyên. MB02 : Bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng từ dây chuyền mạ đồng của công ty TNHH Yestech Vina, KCN Quế Võ, Bắc Ninh MB03 : Bùn thải mạ sau thu hồi kim loại đồng của công ty SamSung Thái Nguyên. QCVN : Quy chuẩn Việt Nam US EPA : United States Environmental Protection Agency TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TL1 : Tỉ lệ thứ nhất cấp phối gạch bê tông của mẫu bùn MB03 trong điều kiện có máy ép TL2 : Tỉ lệ thứ hai cấp phối gạch bê tông của mẫu bùn MB03 trong điều kiện có máy ép TL3 : Tỉ lệ thứ ba cấp phối gạch bê tông của mẫu bùn MB03 trong điều kiện có máy ép viii