Chất thải nhà máy nhiệt điện trở thành vật liệu
Thứ ba, 01/03/2011 - 07:11
Nguồn chất thải từ nhà máy nhiệt điện đã được tiến sĩ Nguyễn Hồng Quyền và các đồng sự tại Phòng Công nghệ và Ứng dụng Vật liệu, Viện Khoa học Vật liệu (thuộc Viện Khoa học Công nghệ) nghiên cứu và chế tạo thành than hoạt tính và một loại chất phụ gia xây dựng có giá trị kinh tế cao.
Trong quy hoạch hệ thống điện quốc gia, sản lượng của các nhà máy nhiệt
điện chiếm một tỷ trọng lớn: khoảng từ 40 đến 70% tổng sản lượng điện.
Nguồn nhiên liệu mà các nhà máy nhiệt điện này sử dụng phần lớn là than
đá và chất thải chủ yếu là tro bụi. Do vậy, việc tái sử dụng nguồn tro
bụi này đã được chúng tôi, các nhà nghiên cứu ở Viện Khoa học Vật liệu,
Viện Khoa học Công nghệ đặc biệt quan tâm.
Qua khảo sát thực tế tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại vào năm 2007 nhóm nghiên cứu của chúng tôi gồm kỹ sư Lê Tuấn Minh, Nguyễn Quang Dần, Nguyễn Thanh Hà, thạc sĩ Nguyễn Quý Thép (thuộc Phòng Nghiên cứu và Ứng dụng Vật liệu, Viện khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ) do tiến sĩ Nguyễn Hồng Quyền đứng đầu nhận thấy lượng tro bụi lắng đọng trong hồ chứa tại đây là rất lớn, đã gần đầy hồ (chỉ còn cách mặt đập khoảng 20cm).
Để có thể tận dụng nguồn tro bụi dồi dào này, chúng tôi đã thực hiện đề tài tuyển tách tro bụi tại qui mô phòng thí nghiệm, sau đó liên kết với doanh nghiệp Cao Cường Sông Đà để xây dựng một nhà máy tuyển tro bay công suất 500.000 tấn/năm tại khu vưc ngay phía sau nhà máy nhiệt điện Phả Lại I và nhiệt điện Phả Lại II.
Trong việc xử lý tro bay, vấn đề lớn nhất là xác định được thành phần khoáng và thành phần hóa để từ đó có cơ sở hình thành các ứng dụng cũng như xây dựng quy trình công nghệ xử lý. Phối hợp với các viện nghiên cứu và một số trường đại học khác, nhóm nghiên cứu của Viện khoa học Vật liệu chúng tôi đã xác định được lượng tro bay trong bùn thu tại hồ chứa chất thải chiếm khoảng 75%, còn lại là than angtraxit qua lửa và một lượng nhỏ các thành phần khác.
Sau khi áp dụng nguyên lý trọng lực của vật lý để tách ra được hai thành phần cơ bản là tro bay và than angtraxit qua lửa, nhóm nghiên cứu đã bắt tay vào việc giải quyết các ứng dụng của từng thành phần.
Tro bay trở thành chất phụ gia xây dựng
Qua phân tích thành phần hóa học, chúng tôi đã xác định được chất thải tro bay chủ yếu chứa SiO2 (chiếm khoảng 60% - 63%). Tiếp theo là Al2O3 (khoảng 21% - 23% ); Fe2O3 (khoảng 7% - 9%), K2O (3% - 3,5%), CaO (0,5 - 1,2 %), MgO (1,1 - 1,6 %), TiO2 (0,5 - 0.8%), Na2O (khoảng 0,3 - 0,4 %), MnO (khoảng 0,3 %) và một số thành phần tạp chất khác như B2O5 hay SO3... Dễ nhận thấy là các thành phần này có độ dao động khá lớn. Đó là do có rất nhiều yếu tố khác tác động đến như kết cấu buồng đốt lò hơi, phương pháp thải ướt hay khô, điều kiện vận hành lò hơi, hệ thống thải...
Qua khảo sát thực tế tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại vào năm 2007 nhóm nghiên cứu của chúng tôi gồm kỹ sư Lê Tuấn Minh, Nguyễn Quang Dần, Nguyễn Thanh Hà, thạc sĩ Nguyễn Quý Thép (thuộc Phòng Nghiên cứu và Ứng dụng Vật liệu, Viện khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ) do tiến sĩ Nguyễn Hồng Quyền đứng đầu nhận thấy lượng tro bụi lắng đọng trong hồ chứa tại đây là rất lớn, đã gần đầy hồ (chỉ còn cách mặt đập khoảng 20cm).
Để phục vụ cho việc đổ bê tông xây dựng Thủy điện Sơn La, nếu dùng tro bay nhập khẩu, giá thành sẽ lên đến 1, 5 triêu đồng/1 tấn. Trong khi đó, dây truyền sản xuất tro bay tại Phả Lại đã cung cấp cho công trình này với giá thành chỉ 350.000 đồng/1 tấn tro khô và 150.000 đồng/1 tấn tro ướt.
Để có thể tận dụng nguồn tro bụi dồi dào này, chúng tôi đã thực hiện đề tài tuyển tách tro bụi tại qui mô phòng thí nghiệm, sau đó liên kết với doanh nghiệp Cao Cường Sông Đà để xây dựng một nhà máy tuyển tro bay công suất 500.000 tấn/năm tại khu vưc ngay phía sau nhà máy nhiệt điện Phả Lại I và nhiệt điện Phả Lại II.
Trong việc xử lý tro bay, vấn đề lớn nhất là xác định được thành phần khoáng và thành phần hóa để từ đó có cơ sở hình thành các ứng dụng cũng như xây dựng quy trình công nghệ xử lý. Phối hợp với các viện nghiên cứu và một số trường đại học khác, nhóm nghiên cứu của Viện khoa học Vật liệu chúng tôi đã xác định được lượng tro bay trong bùn thu tại hồ chứa chất thải chiếm khoảng 75%, còn lại là than angtraxit qua lửa và một lượng nhỏ các thành phần khác.
Sau khi áp dụng nguyên lý trọng lực của vật lý để tách ra được hai thành phần cơ bản là tro bay và than angtraxit qua lửa, nhóm nghiên cứu đã bắt tay vào việc giải quyết các ứng dụng của từng thành phần.
Tro bay trở thành chất phụ gia xây dựng
Qua phân tích thành phần hóa học, chúng tôi đã xác định được chất thải tro bay chủ yếu chứa SiO2 (chiếm khoảng 60% - 63%). Tiếp theo là Al2O3 (khoảng 21% - 23% ); Fe2O3 (khoảng 7% - 9%), K2O (3% - 3,5%), CaO (0,5 - 1,2 %), MgO (1,1 - 1,6 %), TiO2 (0,5 - 0.8%), Na2O (khoảng 0,3 - 0,4 %), MnO (khoảng 0,3 %) và một số thành phần tạp chất khác như B2O5 hay SO3... Dễ nhận thấy là các thành phần này có độ dao động khá lớn. Đó là do có rất nhiều yếu tố khác tác động đến như kết cấu buồng đốt lò hơi, phương pháp thải ướt hay khô, điều kiện vận hành lò hơi, hệ thống thải...
Về kích cỡ hạt, kết quả phân tích đã
cho thấy: cỡ hạt nhỏ hơn 0,04mm chiếm chủ yếu: từ 60 đến 69%, cỡ hạt từ
0,063 đến 0,04mm: khoảng 18-19%, cỡ hạt từ 0,063 đến 0,125mm: khoảng
15-15,5%, cỡ hạt từ 0,125m đến 0,25mm chiếm khoảng 4-7%... Các tỉ lệ
thành phần cỡ hạt này được xác định bởi loại thiết bị thu hồi tro bay,
rồi dùng phương pháp khử tro ướt, lọc bụi tĩnh điện khá phức tạp.
Từ kết quả phân tích các thành phân hóa và lý nói trên, chúng tôi đi đến kết luận: tro bay sau khi tách tuyển là một dạng phụ gia có độ hoạt tính mạnh có thể dùng trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng. Kết quả là sản phẩm này đã được đưa vào sử dụng trong thực tế và ứng dụng lớn nhất của nó là đã được dùng làm chất phụ gia phục vụ cho công tác đổ bê tông tại nhà máy Thủy điện Sơn La với hàng triệu m3 bê tông đầm lăn.
Từ kết quả phân tích các thành phân hóa và lý nói trên, chúng tôi đi đến kết luận: tro bay sau khi tách tuyển là một dạng phụ gia có độ hoạt tính mạnh có thể dùng trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng. Kết quả là sản phẩm này đã được đưa vào sử dụng trong thực tế và ứng dụng lớn nhất của nó là đã được dùng làm chất phụ gia phục vụ cho công tác đổ bê tông tại nhà máy Thủy điện Sơn La với hàng triệu m3 bê tông đầm lăn.
Biến than “second-hand” thành than hoạt tính
Lượng than angtraxit qua lửa chiếm khoảng 25% lượng bùn thải của nhà máy nhiệt điện sau khi tách tuyển. Loại than này lâu nay vẫn được tái sử dụng phục vụ cho đời sống dân sinh (chất đốt). Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã đi theo một hướng đi khác để tận dụng loại chất thải này một cách hữu ích hơn: nghiên cứu để biến loại than “second-hand” này thành than hoat tính - một loại vật liệu hấp phụ có thể khử mùi, hấp phụ các khí thải độc hại trong không khí, hấp phụ các nguyên tố kim loại nặng trong chất lỏng...
Quá trình nghiên cứu của chúng tôi đã được tiến hành qua hai giai đoạn: giai đoạn than hóa và giai đoạn hoạt hóa. Ở giai đoạn than hóa, nguồn than được đốt trong buồng nhiệt độ từ 400-500 độ C với điều kiện khống chế lượng khí nhằm phá vỡ các mạch các-bon, đốt cháy các tạp chất.
Sang giai đoạn hoạt hóa, các hoạt chất hoạt hóa được đưa vào. Kết quả thu được: mẫu đem phân tích thử nghiệm tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội theo phương pháp Langmier để xác định độ hấp phụ cho thấy diện tích bề mặt đạt từ 150 đến 350 m2/g. Kết quả đo chỉ số i-ốt tại Viện Hóa học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam cũng cho kết quả tương đương.
Với kết quả này, than angtraxit qua lửa hoàn toàn có thể dùng để chế tạo ra than hoạt tính.
Giảm hàng ngàn tỷ đồng cho công trình thủy điện Sơn La
Ý nghĩa lớn nhất của đề tài nghiên cứu mà chúng tôi thực hiện trong những năm qua đó là đã đưa kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ra thực tế sản xuất và đem lại hiệu quả kinh tế không nhỏ cho đất nước. Để phục vụ cho việc đổ bê tông xây dựng Thủy điện Sơn La, nếu dùng tro bay nhập khẩu, giá thành sẽ lên đến 1, 5 triêu đồng/1 tấn. Trong khi đó, dây truyền sản xuất tro bay tại Phả Lại đã cung cấp cho công trình này với giá thành chỉ 350.000 đồng/1 tấn tro khô và 150.000 đồng/1 tấn tro ướt. Như vậy, với khối lượng bê tông lên đến hàng chục triệu mét khối xây dựng, có thể nói công trình Thủy điện Sơn La của chúng ta đã tiết kiệm được hàng ngàn tỉ đồng nhờ sử dụng chất phụ gia làm từ loại tro bay “cây nhà lá vườn”.
Sắp tới nhóm nghiên cứu chúng tôi sẽ phát triển việc sử dụng tro bay vào sản xuất các vật liệu xây dựng khác cũng như tiếp tục triển khai việc chế tạo than hoat tính có chất lượng tốt hơn để có thể đưa vào ứng dụng. Đặc biệt, nếu chúng ta sản xuất thành công than hoạt tính từ nguồn chất thải vốn rất dồi dào tại các nhà máy nhiệt điện trong cả nước thì chúng ta hoàn toàn có thể hy vọng vào việc xuất khẩu loại sản phẩm này bởi nhu cầu về than hoạt tính hiện nay trên thế giới là rất lớn.
Nguyễn Quý Thép (Viện KHVL, Viện KHCN)