Quy trình sản xuất vật liệu san lấp từ bùn thải nhà máy nước

Trong các nghiên cứu về bùn thải từ nhà máy nước, các kết luận chung là bùn thải không phải chất thải nguy hại, nhưng vẫn là vấn đề phải giải quyết. Nhu cầu diện tích đất đô thị ngày càng lớn, quỹ đất cho các nhà máy nước và xử lý bùn thải không thể tăng, vấn đề tìm giải pháp xử lý hiệu quả càng trở nên cấp thiết.

 

Hiện nay, các giải pháp xử lý trên thế giới cũng như trong nước chủ yếu là dùng thay thế một phần (5 – 10%) nguyên liệu có nguồn gốc aluminosilicate trong công nghệ ceramic (nung gạch, nung ceramic…), làm vật liệu không nung với chất liên kết chính là xi măng Portland. Lượng bùn phèn dùng trong các giải pháp này rất hạn chế do có tác động xấu tới công nghệ sản xuất. Ngoài ra, còn có các giải pháp như xả thải, thu hồi phèn, làm phân composite, chôn lấp, đổ bỏ… nhưng không phải là giải pháp mang lại hiệu quả kinh tế, sản phẩm khó tiêu thụ thậm chí bị coi như chưa giải quyết được vấn đề môi trường.

 

Trong khi đó, lượng bùn thải ra từ các nhà máy nước hàng ngày là khá lớn. Chỉ tính riêng Nhà máy lọc nước Thủ Đức và Bình An (TP.HCM), lượng bùn thải ước tính khoảng 250 tấn bùn khô/ngày. Thành phần bùn thải của các nhà máy nước là các aluminosilicate, đáp ứng được yêu cầu cơ bản là xử lý bằng phương pháp geopolymer (dùng các chất hoạt tính kiềm để polymer hóa bùn thải).

 

Về bản chất, chất kết dính polymer cũng đã có trong các vật liệu không nung truyền thống như đất đá ong, tường trình,… Tuy nhiên, ngày nay, trên cơ sở khoa học kỹ thuật mới, người ta chủ động hơn trong sản xuất và ứng dụng loại vật liệu này. Vật liệu geopolymer có thể thay thể cho vật liệu xây dựng truyền thống nên đang thu hút các nhà khoa học nghiên cứu. Rất nhiều alumimosilicate khác nhau có thể dùng để tổng hợp geopolymer như cao lanh, tràng thạch, bentonite, perlite, các chất thải rắn công nghiệp như tro bay, bùn đỏ, quặng từ việc khai thác bentonite và perlite, tro và xỉ luyện kim,… Với cấu trúc 3 chiều, geopolymer có thể thay thế vật liệu ceramic, xi măng và bê tông.

 

 

 

Xu hướng nghiên cứu chế tạo vật liệu geopolymer ngày càng được quan tâm do có các lợi thế như chi phí sản xuất thấp nhờ dùng các nguyên liệu aluminosilicate tự nhiên, các phế thải công nghiệp (tro bay, bùn đỏ, xỉ sắt,…). Năng lượng cho sản xuất giảm, do geopolymer đóng rắn và được bảo dưỡng ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, việc dùng các chất thải công nghiệp chế tạo geopolymer cũng góp phần giảm hiệu ứng nhà kính do giảm CO2 trong quá trình sản xuất (giảm 80% so với xi măng Portland); các chất kết dính trên cơ sở geopolymer được coi như những vật liệu phát triển trong tương lai.

 

 

 

Quy trình công nghệ sản xuất vật liệu san lấp từ bùn thải nhà máy nước trên cơ sở phương pháp geopolymer là một phương pháp mới. Kết quả cho thấy khả năng ứng dụng sản phẩm vào thực tế, đồng thời giải quyết vấn đề bùn thải, góp phần mang lại các lợi ích về kinh tế và môi trường.

 

Trong quy trình này, các mẫu vật liệu san lấp đã được chế tạo thử bằng phương pháp geopolymer, xử lý nhiệt theo các phương án khác nhau như sấy trong lò 110oC, lò microwave và chưng áp ở những áp lực khác nhau. Nguyên liệu chính là bùn thải nhà máy nước cấp (lấy từ nhà máy nước Thủ Đức); tro bay; xút vảy công nghiệp (99.8% NaOH). Có thể thấy các mẫu thử ở các điều kiện bảo dưỡng khác nhau đều có cường độ chịu nén lớn hơn 3.5 MPa so với TCVN 6477:2016. Vật liệu san lấp đòi hỏi các tính chất cơ lý vừa đủ và giá thành thấp nhất. Do đó, khi đưa ra sản xuất, sử dụng mẫu phối trộn 40% tro bay + 60% bùn là phù hợp nhất.

 

Quy trình công nghệ xử lý bùn thải nhà máy nước cấp là công nghệ tạo viên bằng phương pháp ép đùn và xử lý nhiệt bằng (lò vi sóng, hoặc sấy).