Mở đầu - Khái niệm và đặc điểm của bùn. - Thực trạng nạo vét và tận thu bùn trên thế giới và tại Việt Nam. Tổng quan - Một số giải pháp xử lý bùn thải hiện nay. - Lấy mẫu bùn: nghiên cứu các đặc Cơ sở khoa học trưng lý, hóa, đánh giá khả năng đáp ứng yêu cầu về môi trường.
- Nghiên cứu khả năng tạo hạt từ bùn Phương pháp lỏng qui mô trong phòng thí nghiệm. chế tạo - Cơ chế hình thành và phát triển cường độ của hạt đất GFM. - Thành phần hạt. - Khối lượng thể tích γ, tỷ trọng Đặc tính vật lý - Cường độ vật liệu GFM từ thí hạt ∆, độ ẩm.
nghiệm nén 1 trục nở hông. - Hệ số rỗng emin, emax, Dr. - Đặc tính đầm chặt, CBR, độ bền Đặc tính cơ học trong môi trường tự nhiên. - Đặc tính biến dạng trong thí nghiệm nén cố kết một trục.
Khả năng ứng - Đặc tính cường độ và biến dạng dụng trong thí nghiệm nén ba trục CD. Giá trị khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án 5. Giá trị khoa học Tác giả đã nghiên cứu làm rõ cơ sở khoa học nhằm chế tạo một loại vật liệu dạng rời hay còn gọi là cát nhân tạo từ vật liệu bùn dạng lỏng, qua đó thiết lập quy trình sản xuất vật liệu này với qui mô trong phòng thí nghiệm. Đồng thời làm rõ vai trò của phụ gia xi măng và polymer trong quá trình biến bùn với các hạt đất dạng mịn chứa nhiều nước ở dạng lỏng trở thành một loại vật liệu 5 dạng hạt rời, cỡ hạt lớn hơn (đường kính hạt tương đương với cát hạt trung, hạt thô trở lên).
Thông qua các kết quả thí nghiệm đặc tính địa kỹ thuật của vật liệu GFM trong phòng thí nghiệm, tác giả cũng lý giải rõ các quan hệ ứng suất - biến dạng của loại vật liệu/đất dạng rời nhưng các hạt đất lại có nguy cơ bị vỡ ra và co lại (không phải hạt cứng/rắn giống như cát hay cuội sỏi). Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu đã tạo ra một hướng mới thúc đẩy công tác xử lý bùn nạo vét từ các sông, ao hồ cũng như bùn phải thải ra từ các công việc xây dựng khác. Sản phẩm của quy trình xử lý là vật liệu rời dạng hạt GFM (như cát) có thể được áp dụng làm vật liệu san lấp cũng như làm nền của một số loại công trình đường giao thông, đất đắp sau tường chắn đất,… Từ những kết quả thu được trong nghiên cứu này, một lượng lớn bùn từ công tác nạo vét sông ngòi luồng lạch, ao hồ đang từ chất thải có thể xử lý để trở thành vật liệu san lấp, góp phần cải thiện môi trường sống, giảm sức ép về nhu cầu vật liệu đắp nền cho phát triển cơ sở hạ tầng trên cả nước. Những đóng góp mới của luận án Từ những kết quả thu được, những đóng góp mới của luận án có thể được tác giả tổng hợp ở các nội dung sau: 1) Tác giả đã đề xuất qui trình xử lý bùn nạo vét ở dạng lỏng, hạt mịn, thành một loại vật liệu dạng rời GFM (giống cát) làm vật liệu san lấp và nền móng công trình.
Từ qui trình sản xuất đó, luận án cũng đã chỉ ra được vật liệu GFM có thể sản xuất được từ một lượng nhỏ phụ gia xi măng và polymer nhằm hướng tới giá thành phù hợp và đưa ra được phạm vi ứng dụng của vật liệu GFM sản xuất từ các mức hàm lượng phụ gia khác nhau. 2) Tác giả đã chỉ ra được đặc tính ứng suất-biến dạng khác biệt của vật 6 liệu GFM so với vật liệu dạng rời như cát sỏi truyền thống. Đó là ở cấp ứng suất nhỏ vật liệu GFM có đặc tính giống cát sỏi, nhưng ở cấp ứng suất lớn vật liệu GFM ứng xử như đất dính. Cấu trúc của luận án Nội dung nghiên cứu của luận án được kết cấu thành 03 chương như sau: Chương 1.
Tổng quan về bùn nạo vét và một số giải pháp kỹ thuật và công nghệ tận thu bùn nạo vét thành vật liệu xây dựng: trình bày khái niệm chung về bùn và nguồn gốc phát thải bùn trong thành phố; thực trạng tận thu bùn nạo vét tại Hà Nội và một số thành phố lớn tại Việt Nam; một số giải pháp xử lý bùn thành thành vật liệu xây dựng trên thế giới và tại Việt Nam; một số yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính kỹ thuật của vật liệu đắp chế tạo từ bùn kết hợp với xi măng; cơ sở khoa học của giải pháp xử lý bùn lỏng thành vật liệu dạng hạt rời; những vấn đề còn tồn tại trong việc chế tạo vật liệu san lấp từ bùn nạo vét. Từ đó rút ra các nhận xét, đưa ra mục tiêu chế tạo sản phẩm đầu ra của luận án. Nghiên cứu đặc tính của bùn, phương pháp chế tạo và các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý bùn thành vật liệu đắp dạng rời: thực hiện các chương trình thí nghiệm trong phòng xác định các đặc tính lý, hóa học cơ bản của bùn nhằm đánh giá khả năng sử dụng bùn vào mục đích chế tạo vật liệu đắp dạng rời. Đồng thời thực hiện một loạt các thí nghiệm làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo hạt, cơ chế hình thành và phát triển cường độ của vật liệu GFM.
Đặc tính địa kỹ thuật và phạm vi ứng dụng của vật liệu đắp dạng rời chế tạo từ bùn nạo vét với hàm lượng nghèo xi măng và polymer: thực hiện các thí nghiệm chuyên sâu nhằm đánh giá một cách toàn diện đặc tính cơ lý của vật liệu GFM như: đặc tính đầm chặt; sức chịu tải CBR; 7 độ bền trong môi trường tự nhiên; đặc tính biến dạng. Từ đó đưa ra phạm vi ứng dụng của vật liệu GFM cho từng loại công trình cụ thể ứng với từng hàm lượng nghèo phụ gia khác nhau. TỔNG QUAN VỀ BÙN NẠO VÉT VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN THÀNH VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1. Khái niệm về bùn và nguồn gốc phát thải bùn trong thành phố Hà Nội 1.
Khái niệm về bùn Có nhiều cách diễn đạt cũng như cách phân loại bùn khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốc hình thành, tiêu chuẩn về xử lý bùn, mức độ ô nhiễm. Trong đó dựa vào đặc tính vật lý thì một số tiêu chí phân loại bùn được tổng hợp trên Bảng 1. Tiêu chí phân loại bùn theo đặc tính vật lý STT Tài liệu Tiêu chí phân loại bùn 1 TCVN 5747:1993 Đất Đất khoáng - hữu cơ hiện đại có hàm lượng xây dựng - phân loại. hơn 3% (theo khối lượng) chất hữu cơ, độ sệt B > 1, hệ số rỗng e ≥ 0,9 và chứa trên 30% (theo khối lượng) các hạt nhỏ hơn 0,01 mm.
2 TCVN 4447:2012 Cát chảy, bùn lầy, đất hoàng thổ bão hòa nước Công tác đất - thi và các loại bùn đất khác. công và nghiệm thu. 3 TCVN 9362:2012- Bùn là loại sét hình thành từ các trầm tích dưới Tiêu chuẩn thiết kế nước, trải qua biến đổi vi sinh vật. Trong trạng nền nhà và công thái tự nhiên, bùn có độ ẩm cao hơn độ ẩm tại trình.
giới hạn chảy và hệ số rỗng e ≥ 0,9 với bùn á cát, e ≥ 1 với bùn á sét, e ≥ 1,5 với bùn sét. 4 Fluid mud formation + Bùn lơ lửng (silt): kích thước hạt bùn này từ [42]. 0,002 mm đến 0,05 mm. Bùn lơ lửng thường 9 STT Tài liệu Tiêu chí phân loại bùn mịn và có thể tạo ra đất lơ lửng dạng đất sét khi được kết tụ lại [42].
+ Bùn cát (sand): kích thước hạt bùn này từ 0,05 mm đến 2 mm. Bùn cát thường có cỡ hạt lớn hơn và nhận biết chúng bằng cảm giác hạt cát khi chạm vào da [42]. + Bùn đất sét (clay): kích thước hạt bùn này nhỏ hơn 0,002 mm. Bùn đất sét thường mịn và có khả năng bám dính cao, tạo ra đất sét khi có nước tiếp xúc [42].
5 Theo Rewert Wurpts, Bùn đáy ao hồ và sông ngòi là các loại hạt đất Patrick Torn [62]. mùn, phù sa hoặc đất sét được trộn với nước và ở trạng thái lỏng. Bùn đáy ao hồ và sông ngòi thường được hình thành sau khi có mưa và tồn tại ở đáy sông ngòi, ao, hồ như tên gọi của nó. Bùn lỏng thuộc về Hyperconcentrated Flow (HF), đây là những chất có nồng độ cao huyền phù của vật liệu rắn và chỉ có xu hướng cố kết nhẹ [62].
Về khía cạnh môi trường, bùn được phân loại thành bùn thải dạng độc hại cần chôn lấp tại các bãi chứa chuyên biệt hoặc bùn thải dạng thường có thể tận dụng cho những mục đích sử dụng khác nhau. Tiêu chí về ngưỡng độc hại của bùn được thể hiện tại các quy chuẩn hiện hành như trình bày tại Bảng 1. Chỉ tiêu đánh giá về môi trường đối với bùn thải STT Tài liệu Chỉ tiêu đánh giá 1 QCVN 50:2013/BTNMT Quy a) pH ≥ 12,5; pH ≤ 2,0. chuẩn kỹ thuật quốc gia về b) Mẫu bùn cần phải có tối thiểu một ngưỡng nguy hại đối với bùn thông số đã được quy định trong Bảng 1 thải từ quá trình xử lý nước.
(QCVN 50:2013/BTNMT), có giá trị đồng thời lớn hơn các giá trị Htc và Ctc. 2 QCVN 07:2009/BTNMT về Dựa vào thành phần vô cơ là một số kim ngưỡng chất thải nguy hại. loại nặng theo tiêu chí đánh giá (Bảng 2- QCVN 07:2009/BTNMT) và thành phần hữu cơ (Bảng 3- QCVN 7:2009/BTNMT). Nguồn gốc và một số đặc điểm hình thành của bùn thải khu vực Hà Nội Qua quá trình xây dựng hạ tầng, Hà Nội và các đô thị lớn khác của Việt Nam đang thải ra nhiều loại bùn, chủ yếu sinh ra từ hoạt động thi công xây dựng, nạo vét sông và ao hồ, cũng như từ các hoạt động xử lý nước.
Đặc biệt, bùn nạo vét từ sông và hồ chiếm tỉ lệ lớn. Cụ thể: 1) Bùn từ hoạt động thi công xây dựng: loại vật liệu dùng để ổn định các hố đào phục vụ cho việc thi công các kết cấu ngầm như cọc khoan nhồi, phần ngầm mà sau khi hoàn thành được loại bỏ. Bùn từ hoạt động thi công xây dựng. 2) Bùn từ quá trình nạo vét, bảo trì và duy tu hệ thống ao, hồ, sông: bùn nạo vét hồ Tây; hồ Hoàn Kiếm; sông Nhuệ; sông Tô Lịch (Hình 1.2a); bùn nạo vét từ hệ thống các sông, ngòi (Hình 1.
11 a) Bùn từ quá trình nạo vét các hồ chứa. b) Bùn từ quá trình nạo vét các sông, ngòi. Bùn từ quá trình nạo vét ao, hồ, sông [10], [21].