CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP CỨNG HÓA BÙN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM. Tổng quan về giải pháp xử lý đất bùn. Việc xử lý bùn nạo vét bằng phương pháp truyền thống là chôn lấp đang ngày càng trở nên ít phổ biến do các tác động tiêu cực của phương pháp này đến môi trường như: chiếm diện tích, gây ô nhiễm nguồn nước, vv…Do đó cần có biện pháp phù hợp để xử lý đất bùn nạo vét một cách nhanh và hiệu quả.
Cứng hóa bùn nạo vét là một kỹ thuật hiệu quả trong việc cải thiện tính chất cơ học và các tính chất môi trường của đất bùn nạo vét. Kỹ thuật này đã được sử dụng lần đầu tiên vào những năm 1950 tại Hoa Kỳ để xử lý rác thải phóng xạ. Cứng hóa được sử dụng rộng rãi trong xử lý các loại bùn đất ô nhiễm bằng việc trộn các vật liệu kết dính hoạt tính như xi măng, vôi và các chất kết dính khác vào trong môi trường bùn. Việc xử lý nhằm bảo vệ sức khỏe con người và môi trường bằng việc vô hiệu hóa các chất ô nhiễm có trong bùn bằng các chất hóa học.
Các chất ô nhiễm bị cố định trong hỗn hợp cứng hóa nên sẽ không thể xâm nhập vào con người, vật nuôi hay cây cối. Bùn sau khi được cứng hóa dẫn đến hàm lượng nước trong bùn giảm, tính chất cơ lý hóa như cường độ nén, hệ số thấm của bùn được cải thiện từ đó bùn cứng hóa được tái sử dụng trong các công trình xây dựng dân dụng cũng như giao thông. Các giải pháp cứng hóa đất bùn trên thế giới và Việt Nam được trình bày ngay sau đây: 1. Giải pháp công nghệ vật liệu sử dụng trong cứng hóa đất bùn trên thế giới [1].
Quy mô thực tế. Một số ví dụ thực tế của việc ứng dụng công nghệ cứng hóa bùn trên thế giới được được liệt kê chi tiết dưới đây. Mỗi một ví dụ sẽ được trình bày lần lượt bao gồm địa điểm, các vấn đề ô nhiễm của bùn bao gồm bùn nạo vét và cả bùn tại chỗ, khối lượng cần xử lý, trạng thái bùn, vật liệu sử dụng cứng hóa bùn, hàm lượng sử dụng, quy mô ứng dụng. 7 Hàm lượng Khối vật liệu cứng Quy mô ứng Địa điểm Ô nhiễm lượng xử Trạng thái Vật liệu sử dụng hóa sử dụng dụng lý (% khối lượng) Các kim loại nặng như Xỉ lò cao, vôi tôi, Lò hồ quang điện tại Mô hình thử thủy ngân, chì, 63 tấn muội silic, nước thành phố Newcastle, Bùn loãng 36 nghiệm hiện cadmium thủy tinh Anh trường Eurosoilstab, 55% hàm lượng hữu Đất bùn yếu Phòng thí - Xi măng, xỉ lò cao - Dartford, Anh cơ lòng sông nghiệm Bùn loãng, Mô hình thử Bùn nạo vét và bùn thải Kim loại nặng, hữu cơ 5% vôi, 50% - chứa nhiều Vôi bột, tro bay nghiệm hiện sinh hoạt, TRL, Anh cao tro bay hữu cơ trường Đường cao tốc A13 Ô nhiễm kim loại 3% vôi, 50% Công trình Thames Ave đến 150 000 m3 Bùn nạo vét Vôi bột, tro bay nặng tro bay thực tế Wennington, ANh Ardeer sỉte, Scotland, Đất yếu Xi măng, vôi bột, Công trình Kim loại nặng 10 000 m3 - Anh tro bay thực tế Xưởng sản xuất sơn, Chứa nhiều khí Xi măng, sét hoạt 5% hỗn hợp Công trình West Drayton, Luân 4000 m3 Đất yếu hydrocarbon: metan… tính, bentonite vật liệu thực tế Đôn, Anh Khu công nghiệp, Kim loại nặng, khí Xi măng, sét hoạt 4% hỗn hợp Công trình Chineham, 1200 m3 Đất yếu hydrocarbon tính, bentonite vật liệu thực tế Basingstoke, Anh Nước thải kết hợp rác Kim loại nặng: chì, Xi măng, sét hoạt 8% hỗn hợp Công trình thải từ bãi chôn rác, đồng và khí 4750 m3 Bùn loãng tính, bentonite vật liệu thực tế Ipswich, Anh hydrocarbon 8 Hàm lượng Khối vật liệu cứng Quy mô ứng Địa điểm Ô nhiễm lượng xử Trạng thái Vật liệu sử dụng hóa sử dụng dụng lý (% khối lượng) Sông Marina, Xi măng, sét hoạt 5.5% hỗn hợp Công trình Khí Tributyl 2270 m3 Bùn nạo vét Falmouth, Anh tính, bentonite vật liệu thực tế Các hydrocarbon: Bùn chứa Pumpherston Công trình parrafin, sáp, nhựa 10 500 m 3 tới 40% Xi măng - Edinburgh, Anh thực tế đường nhựa đường Leytonstone Asen, chì, thủy ngân, 5% hỗn hợp Công trình - Đất yếu Xi măng London, Anh kẽm, boron vật liệu thực tế Winterton Holme Sản phẩm độc Công trình Water Treatment - 4 000 m3 Bùn loãng - quyền của công ty thực tế Works Site, Anh Sản phẩm độc Asen và một số kim Công trình Bãi rác Nantiex, Pháp 98 500 tấn Rác thải rắn quyền của - loại khác thực tế INERTEC Sản phẩm độc Công trình Brest, Pháp Khí Hydrocarbon 23 500 m3 Bùn thải quyền của - thực tế INERTEC Sản phẩm độc Công trình Cảng Havres, Pháp Khí Hydrocarbon 15 000 m3 Bùn thải quyền của - thực tế INERTEC Independent, Nail, 20% hỗn hợp Công trình Zn, Cr, Cd, Ni 5 000 m3 Bùn thải Xi măng Portland Region IV, Pháp vật liệu thực tế 20% hỗn hợp Công trình Midwest, Hoa Kỳ Cu, Cr, Ni 12 200 m3 Bùn thải Xi măng Portland vật liệu thực tế 9 Hàm lượng Khối vật liệu cứng Quy mô ứng Địa điểm Ô nhiễm lượng xử Trạng thái Vật liệu sử dụng hóa sử dụng dụng lý (% khối lượng) 20% xi măng, Xi măng Portland và Công trình Enroco, Hoa Kỳ Chì 5 300 m3 Bùn thải 5% sản phẩm sản phẩm độc quyền thực tế độc quyền Công ty thép Marathon, Xi măng Portland và Công trình Pb, Cd 115 000 m3 Bùn khô 15% xi măng Phoenix, Hoa Kỳ sản phẩm độc quyền thực tế Lọc dầu Alaska, Xi măng Portland và 50% hỗn hợp Công trình Dầu, bùn lọc dầu 1 800 m3 Bùn thải Hazcon sản phẩm độc quyền vật liệu thực tế Vinyl chloride Xi măng Portland và 25% hỗn hợp Công trình Kentucky, Hoa Kỳ 138 000 m3 Bùn thải Ethylene dichloride sản phẩm độc quyền vật liệu thực tế Công trình Lọc dầu NE, Hoa Kỳ Bùn dầu, Pb, Cr, As 76 000 m3 Bùn thải Tro đáy lò CaO cao 15-30% thực tế Xi măng Portland, Velsicol Chemical, hoa Thuốc trừ sâu và 45% 5-15% xi Công trình 75 700 m3 Bùn thải tro bay và sản phẩm Kỳ hữu cơ măng thực tế độc quyền Amoco Wood River, Dầu, kim loại nặng Sảm phẩm độc Công trình 340 000 m3 Bùn thải - Hoa Kỳ Cd, Cr, Pb quyền của Chemfix thực tế Puzzolan tự nhiên Gang thép Pepper 30% hỗn hợp Công trình Dầu; As, Pb 47 400 m3 Đất và sản phẩm độc Miami, Hoa Kỳ vật liệu thực tế quyền của VFL 15% vôi, 5% Công trình Vickery, Ohio, Hoa Kỳ Axít, dioxins 180 000 m3 Bùn loãng Vôi, tro bay tro bay thực tế Công trình Metalplating, Hoa Kỳ Al, Ni, Cr, Cu 2 300 m3 Bùn thải Vôi 10-25% vôi thực tế 10 Hàm lượng Khối vật liệu cứng Quy mô ứng Địa điểm Ô nhiễm lượng xử Trạng thái Vật liệu sử dụng hóa sử dụng dụng lý (% khối lượng) 16% đá vôi, Bãi rác, West Memphis, Rác thải, dầu, Đá vôi, xi măng Công trình 12 ha Bùn thải 13% xi măng, Hoa Kỳ hydrocarbon Portland, tro bay thực tế 6.5% tro bay 30% tro bay, Công trình Saco Tannery, Hoa Kỳ Hàm lượng lớn Cr, Pb - Bùn thải Tro bay, vôi 10% vôi thực tế Asen, Crom, Công trình Cảng Newark, Hoa Kỳ Hydrocarbon : 17 000 m3 Bùn thải Xi măng 8% thực tế: cảng metan,… biển Cảng New York, Hoa 1 100 000 Công trình Kim loại nặng, dioxin Bùn nạo vét Xi măng 8% Kỳ m3 thực tế Nhà máy lọc dầu Hydrocarbon từ bãi Sản phẩm độc Công trình 100 000 m3 Bùn thải 10-20% Normandie, Pháp thải quyền INERTEC thực tế 11 1.
Quy mô phòng thí nghiệm. Có nhiều hỗn hợp vật liệu kết dính được tổng hợp từ vôi, xi măng, tro bay hay xỉ lò cao kết hợp với các thành phần hóa học vô cơ khác. Những hỗn hợp này có nhiều ý nghĩa khác nhau như giá thành, tốc độ phản ứng, nâng cao cường độ hay môi trường. Yun và Huang và Lin.
đã thành công sử dụng hỗn hợp: xỉ lò cao, tro bay, đá vôi và phốt pho thạch cao thay thế cho xi măng công nghiệp, trong đó muối sun phát đóng vai trò chất kích hoạt cho hỗn hợp. Justnes và Østnor sử dụng hỗn hợp vôi - đá vôi và kết hợp muối phốt phát Na3PO4.12H2O để thay thế xi măng trong việc cải tạo đất, kết quả cho thấy tính khả thi của hỗn hợp này. Sử dụng các oxit có tính kiềm mạnh như Na2O để kích hoạt các hoạt tính của xỉ lò cao và tro bay đã được ứng dụng trong gia cố đất. Quá trình thủy hóa xi măng, hoặc tro bay và xỉ lò cao có thể kết hợp với thạch cao để đạt kết quả tốt.
Wang và nnk sử dụng các tỷ lệ khối lượng khác nhau của hỗn hợp : bùn nạo vét, vôi, xi măng và tro bay. Bảng 1-1 : Các tỷ lệ khác nhau của cấp phối: bùn nạo vét-vôi-xi măng-tro bay Hỗn hợp Bùn nạo vét (%) Vôi (%) Xi măng (%) Tro bay (%) SD 100 - - - SD3L 97 3 - - SD6L 94 6 - - SD9L 91 9 - - SD3C 97 - 3 - SD6C 94 - 6 - SD9C 91 - 9 - SD3L3CV 94 3 - 3 SD3L6CV 91 3 - 6 SD6L3CV 91 6 - 3 SD3C3CV 94 - 3 3 SD3C6CV 91 - 3 6 SD6C3CV 91 - 6 3 12 Hình 1-1: Quá trình xử lý bùn trong phòng thí nghiệm Thí nghiệm của Wang và nnk nghiền nhỏ bùn khô sau đó mới trộn với các vật liệu kết dính để tìm ra cấp phối đạt yêu cầu nhằm phục vụ cho san nền đường với quá trình đầm và nén. Hossain, Makusa sử dụng xi măng, tro bay và xỉ lò cao để cứng hóa bùn làm đất san nền. Kết quả nghiên cứu của Hossain và nnk đề cập đến việc sử dụng vôi tự nhiên và tro núi lửa làm chất kết dính để thay thế xi măng trong việc tăng cường độ của đất bùn để làm nền đường giao thông.
Giải pháp này có ưu điểm giảm giá thành xây dựng, có những lợi ích đáng kể về môi trường, giảm ô nhiễm không khí và nước, giúp tiết kiệm năng lượng và phát thải khí nhà kính. Silitonga sử dụng xi măng, vôi, tro bay và cát với các thành phần cấp phối cát nhau dùng cho việc cứng hóa bùn nạo vét vào làm nền đường. Luo và nnk sử dụng hỗn hợp: xi măng,nano Al2O3và tro của bùn đốt để giá cố đất bùn.Kết quả cho thấy hỗn hợp vật liệu có thể làm giảm giới hạn chảy của đất bùn. Changizi và nnk sử dụng 1% sợi polyeste kết hợp với xi măng để sức chống cắt của đất bùn.
Hình 1-2: Sợi polyester dùng trong gia cố đất bùn 13 1.