PP ỔN ĐỊNH VÀ ĐÓNG RẮN CHẤT THẢI NGUY HẠI

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 toà

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

GIỚI THIỆU

• 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

ĐỊNH NGHĨA

• 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

QUY TẮC

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

ỨNG DỤNG

Cơ chế

Đóng gói kích thước lớn

Đóng gói thước nhỏ

Hấp phụ

Hấp thụ Kết tủa

Khử độc

CƠ CHẾ

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 LỚN

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

ĐÓNG GÓI KÍCH THƯỚC NHỎ

Là quá trình mà chất gây ô nhiễm được đưa

vào bên trong chất hấp thụ

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

HẤP PHỤ

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

KẾT TỦA

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)

KHỬ ĐỘC

Xi măng

Pozzolan

Vôi

Silicat Đất sét hữu

• 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

XI MĂNG

Bảng thể hiện sự tương thích và không tương thích của chất

thêm vào

n Nhựa dẻo Polyimer hữu cơ

Chất hữu cơ không phân

- 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

XI MĂNG

• 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

POZZOLANDS

• 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

VÔI

• 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

SILICAT

• 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

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

ĐẤT SÉT HỮU CƠ

• Bao gồm nhựa đường, dầu hỏa, nhựa đường,

polyethylene, polypropylene và lưu huỳnh

• Chất thải nhựa nhiệt dẻo ổn định hoàn toàn lọc được và

phân hủy sinh học

VẬT LIỆU NHỰA NHIỆT DẺO

• 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

• 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

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

2000 o C), 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

THỦY TINH HÓA TẠI CHỖ

• 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

Hóa chất (phụ gia) CTNH

TRỘN BẰNG TRỐNG (THÙNG)

Được ứng dụng rộng rãi

Thực hiện bằng cách điều khiển robot từ xa

TRỘN BẰNG TRỐNG (THÙNG)

Vữa sẽ được cho vào để ổn định

Lớp đất được xới lên và xáo trộn

Lộ được khoan tới độ sâu mong muốn

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

TRỘN TẠI CHỖ

Tiêu chuẩn đánh

giá sự kết dính

Quan sát bằng mắt Không chứa nước

Kỹ thuật trộn tại chỗ phổ biến nhất là kỹ

thuật xi măng đất với các ưu điểm sau:

Thiết bị nhỏ

Ít tiếng ồn

Xử lý được các vũng, hố lớn

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

Quá trình liên tục: cung cấp chất thải và phụ gia

liên tục, tạo tiếp xúc nhờ máng vận chuyển và

Thiết kế quá trình ổn định – đóng rắn

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

THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH

QUY TRÌNH THIẾT KẾ

QUY TRÌNH THIẾT KẾ

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

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

Thông số Bùn chưa xử lý Bùn đã xử lý % giảm

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

20mg/kg chì, 15mg/kg kẽm Ổn định theo tỉ lệ 1.2 phần tro bay

vào 1 phần chất thải theo khối lượng

Co : nồng độ chất ô nhiễm ban đầu

Ww: khối lượng chất thải

WFA : nồng độ chất ô nhiễm cuối cùng

Co/ Cf = (Ww + WFA)/ Ww = (1.0 + 1.2)/ 1.0 = 2.2

Cf/ Co = Ww / (Ww + WFA = 1.0 +( 1.2/+1.0) = 0.45

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

Sử dụng phụ gia riêng biệt + đất sét hữu cơ

bị biến đổi và trộn dưới đất ở một độ sâu

NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG 1

Nghiên cứu của US EPA ở hệ thống ổn định

tại chỗ cho đất bị ô nhiễm PCB

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

NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG 1

Độ bền nén cao

Độ thẩm thấu thấp

Sản phẩm có cấu trúc dày và ổn định

Độ xốp thấp

Kết quả kiểm tra

Tích cực

NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG 1

Phân tích mẫu nước rò trước và sau xử lý

đều không đạt yêu cầu

Quá trình đóng băng – tan băng làm vật

liệu ổn định biến chất

Nghiên cứu theo dõi 1 năm nhưng kết

quả không được chấp nhận

Kết quả kiểm tra

Chưa đạt

NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG 2

Năm 1974, nhà máy The Leigh thực hiện đóng bao

lượng lớn CHC và VC trong một loại đá tổng hợp

Mục đích: đảm bảo an toàn, không thấm nước,

không gây ô nhiễm và không rĩ nước

NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG 2

Nhiều vật liệu yếu hơn so với yêu cầu, hệ

số thấm thấp

Nước tự do trong cái hố có nồng độ phenol

lên đến 140mg/L

Nguyên nhân do năm 1980 sử dụng ít xi

măng trong quá trình ổn định

Kết quả kiểm tra

NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG 2

Trường hợp này cần phải kiễm tra liên tục,

đánh giá, quan trắc

Thay đổi hóa chất ổn định và tỉ lệ trộn cũng

như sự thay đổi bản chất của chất thải

Kết quả kiểm tra

NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG 3

Một nhà máy sx thép xử lý Cadmi, Cr (IV), Ni,

và CN bằng cách trộn vôi, tro với xi măng

Pozzoland

Chất ô nhiễm được cố định trong cấu trúc của

canxi aluminosilicat trong quá trình hydrat hóa

NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG 3

Thành công trong việc giảm đáng kể sự di

chuyển của các thành phần nguy hại

Kết quả kiểm tra độc tính EP và TCLP

NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG 4

Quá trình ổn định đất cát bị ô nhiễm cadmi

được thực hiện tại địa điểm công nghiệp ở

New York

Tổng nồng độ cadmi trong sỏi và đất gần

130mg/L kiểm tra nồng độ TCLP là 2.2 mg/L

vượt quá giới hạn quy định là 1.0mg/L

Từ nghiên cứu và vật liệu sẵn có, hỗn hợp vữa

25% xi măng với 1 phần sulfate sắt đã được chọn

và ổn định bằng kỹ thuật xi măng đất

NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG 4

Lấy mẫu ở 39 vị trí tại hiện trường, tất cả

điều không phát hiện hàm lượng cadmi

Dự án này được xem như là thành công bởi vì

nó đúng tiến độ và dưới ngân sách, nhận được

sự đồng tình từ địa phương

Kết quả