ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM
––––––––––––––––––––

BẠCH ĐÌNH LINH

NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG PHÁT THẢI TRO BAY
TỪ CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRÊN ĐỊA BÀN
TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP
THU GOM TÁI SỬ DỤNG TRONG VIỆC CẢI TẠO
ĐẤT VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

THÁI NGUYÊN – 2020
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM
––––––––––––––––––––

BẠCH ĐÌNH LINH

NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG PHÁT THẢI TRO BAY
TỪ CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRÊN ĐỊA BÀN
TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP
THU GOM TÁI SỬ DỤNG TRONG VIỆC CẢI TẠO


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




ii

LỜI CÁM ƠN
Để hoàn thiện được luận văn tốt nghiệp ngồi sự nỗ lực của bản thân, tơi
xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa Khoa
học Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên đã luôn
quan tâm và tận tình truyền đạt những những kiến thức quý báu cho tôi trong
thời gian học tập và rèn luyện tại trường.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn khoa học là
GS.TS Đặng Văn Minh đã tận tình hướng dẫn, định hướng và tạo điều kiện
cho tôi trong suốt thời gian thực hiện Luận văn thạc sỹ này.
Trân trọng cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã khích lệ tơi thực hiện đề tài.
Cuối cùng, tơi xin dành lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè những
người quan tâm động viên, đồng thời là chỗ dựa tinh thần lớn giúp tơi hồn
thành tốt nhiệm vụ được giao trong suốt thời gian học tập và làm Luận văn vừa
qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày

tháng

năm 2020

Học viên

2.1.1. Đối tượng .............................................................................................. 36
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 36
2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 37
2.3. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 37
2.3.1. Phương pháp thống kê, kế thừa truyền thống ....................................... 37
2.3.2. Phương pháp điều tra sự phát tán tro bay và tác động tới môi trường,
sức khỏe cộng đồng ......................................................................................... 38
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




iv

2.4.3. Phương pháp xử lý và tổng hợp số liệu ................................................ 39
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 39
3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của tỉnh Thái Nguyên...................... 39
3.1.1. Điều kiện tự nhiên ................................................................................. 39
3.1.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội ...................................................................... 42
3.2.Đánh giá nguồn phát thải và thực trạng thu gom tro bay tại các nhà máy
nhiệt điện ở Thái Nguyên ................................................................................ 45
3.2.1. Đánh giá nguồn phát thải và thành phần tro bay tại các nhà máy nhiệt
điện ở Thái Nguyên ......................................................................................... 45
3.3. Đánh giá tác động của tro bay tới sức khỏe và môi trường ..................... 48
3.3.1. Hoạt động phát sinh chất thải tro bay của nhà máy ảnh hưởng tới mơi
trường khơng khí, nước và đất ........................................................................ 48
3.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của tro bay tới chất lượng của khơng khí tại các vị
trí quan trắc khác nhau .................................................................................... 49
3.3.3. Đánh giá tác động của tro bay đến môi trường và sức khỏe người dân 52
3.4.Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu suất thu gom và tái sử dụng tro bay ..... 56

khơng khí xung quanh nhà máy nhiệt điện An Khánh.................................... 54
và nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn .................................................................... 54
Bảng 3.14. Kết quả điều ra về tỉ lệ mắc bệnh liên quan đến bụi đối với các hộ
gia đình sống xung quanh nhà máy ................................................................. 55
Bảng 3.15. Bảng kết quả các chỉ tiêu kim loại Pb, Zn, Cd (Tất cả kim loại thuộc
dạng di động) sau 90 ngày ủ tro bay ............................................................... 57

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Ý nghĩa của từ viết tắt

NMNĐ Nhà máy nhiệt điện
KLN Kim loại nặng
QCVN Quy chuẩn Việt Nam
KCN Khu công nghiệp
CSTN Cao su thiên nhiên
QĐ Quyết định
BYT Bộ Y tế
VSV Vi sinh vật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN


trường vì tro bay cũng cịn được xem là vật liệu được tái sử dụng nhiều mục
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




2

đích khác nhau như cải tạo mơi trường đất do tro bay có khả năng hấp phụ kim
loại nặng trong đất, làm vật liệu xây dựng.
Tại Thái Nguyên có nhiều mỏ than và các nhà máy nhiệt điện sử dụng than.
Việc phát thải tro bay từ các nhà máy này là rất lớn. Tuy nhiên có nhiều hạn chế
trong việc thu gom quản lý và tái sử dụng nguồn chất thải tro bay. Theo Quy hoạch
điện, tỷ trọng của các nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) chạy than còn lớn (về công
suất đặt, cũng như về sản lượng điện phát ra).Hàng năm, các nhà máy nhiệt điện
chạy than ở Thái Nguyên thải ra với khối lượng lớnnhưng công nghệ xử lý tro, ý
thức bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên chưa cao.Vì vậy, việc xử lý chất
thải của các NMNĐ than (tro bay qua ống khói) đang ngày càng trở nên bức thiết.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu và đưa ra các giải pháp xử lý chất thải một
cách khép kín, đồng bộ và triệt để nhằm giảm tối thiểu khối lượng phải tồn chứa
ở các bãi chứa, hạn chế mức tối đa những ảnh hưởng của chúng đến môi trường
đất, nước và sức khỏe của cộng đồng là rất cần thiết.
Với mục đích đánh giá thực trạng phát thải, quản lý thu gom tro bay, đây
là vật liệu phụ phẩm công nghiệp quan trọng từ các nhà máy nhiệt điện tại Thái
Nguyên nhằm đề xuất định hướng giải pháptái sử dụng phế phụ phẩm tro bay
làm nguyên liệu cải tạo và phục hồi những vùng đất ô nhiễm, chúng tôi tiến
hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu thực trạng phát thải tro bay từ các nhà
máy nhiệt điện trên địa bàn tỉnhThái Nguyên và định hướng giải pháp thu
gom tái sử dụng trong việc cải tạo đất và bảo vệ môi trường”
2. Mục tiêu nghiên cứu

1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
1.1.1.Cơ sở khoa học
1.1.1.1 Khái niệm chung
- Môi trường: Theo khoản 1 điều 3 “Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam
năm 2014”, môi trường được định nghĩa như sau: “Môi trường là hệ thống các
yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác động đối với sự tồn tại và phát triển
của con người và sinh vật” (Snellings, R., Mertens G., Elsen J. , 2012).
- Ơ nhiễm mơi trường : Theo khoản 6 điều 3 “Luật Bảo vệ Môi trường
Việt Nam năm 2014” : “Ơ nhiễm mơi trường là sự biến đổi của các thành phần
môi trường không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trường và tiêu chuẩn
môi trường gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật. (Snellings, R.,
Mertens G., Elsen J. , 2012).
- Hoạt động bảo vệ môi trường: Theo khoản 3 điều 3 “Luật Bảo vệ Môi
trường Việt Nam 2014” : “Hoạt động bảo vệ môi trường là hoạt động giữ gìn,
phịng ngừa, hạn chế các tác động xấu đến mơi trường; ứng phó sự cố mơi
trường; khắc phục ơ nhiễm, suy thối, cải thiện, phục hồi mơi trường; khai thác,
sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên nhằm giữ môi trường trong lành”.
- Khái niệm tiêu chuẩn môi trường: Theo khoản 6 điều 3 “Luật Bảo vệ
Môi trường Việt Nam 2014”: “Tiêu chuẩn môi trường là mức giới hạn của các
thông số về chất lượng môi trường xung quanh, hàm lượng của các chất gây ơ
nhiễm có trong chất thải, các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được các cơ quan nhà
nước và các tổ chức công bố dưới dạng văn bản tự nguyện áp dụng để bảo vệ
mơi trường..

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




5




6

nước trong phần đối lưu hấp thụ rất mạnh bức xạ sóng dài của mặt đất, do đó
tầng đối lưu được nung nóng chủ yếu từ mặt đất.Từ đó phát sinh ra sự xáo trộn
khơng khí theo chiều đứng, hình thành ngưng tụ hơi nước và kkeos theo là mây,
mưa.Trong tầng đối lưu nhiệt độ giảm theo chiều cao trung bình khoảng 0,5 –
0,6 0C/100m.
+ Tầng bình lưu có độ cao từ 12 – 15km trên mặt đất, trong tầng bình lưu
có chứa tầng ozon nhờ đó các tia cực tím trong thành phần bức xạ của mặt trời
bị hấp thụ mạnh nên nhiệt độ ở tầng này tăng theo độ cao đến 00C ở độ cao
55km.
+ Tầng giữa của khí quyển ở phía trên tầng bình lưu có độ cao 50 – 55km
đến 85km.Nhiệt độ khơng khí giảm gần như tỉ lệ nghịch bậc nhất với độ cao và
đạt trị số gần -1000C.
+ Tầng nhiệt quyển là tầng trên cùng của khí quyển có lớp khơng khí
lỗng.Nhiệt độ trong tầng nhiệt quyển tăng và đạt đến trị số gần 12000C ở độ cao
700km.
Hầu như các hiện tượng khí tượng chi phối đặc điểm thời tiết đều xảy ra
trên tầng đối lưu do đó tầng đối lưu có ý nghĩa rất lớn trong sự phát tán chất ô
nhiễm.Ở tầng đối lưu các yếu tố khí tượng (tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ khí
quyển, độ ẩm, khơng khí, bức xạ mặt trời, độ mây che phủ và độ ổn định của
khí quyển), các yếu tố về nguồn thải từ các hoạt động sản xuất của con người
(nhiệt độ khí thải, chiều cao ống khói, vận tốc khí thải, lưu lượng khí thải) và
các yếu tố về địa hình (chiều cao, chiều rộng của các cơng trình, đồi núi, thung
lũng), chất ơ nhiễm sẽ phát tán, pha lỗng, biến đổi hóa học hay xảy ra các quá
trěnh sa lắng khô, sa lắng ướt.Các chất ô nhiễm sơ cấp sinh ra từ nguồn có thể
biến đổi thành các chất ơ nhiễm thứ cấp.Cuối cùng các chất ô nhiễm sẽ ảnh

tro bay được phân làm hai loại là loại C và loại F .
* Tính chất vật lý
- Hình thái: Tro bay là phân tử khối cầu thủy tinh
- Mật độ: 1,9 ~ 2,3 (Chiếm khoảng 65% trọng lượng riêng của xi măng)
- Kích thước phân tử: 1,0 ~ 120/μm (Bình qn kích thước đầu vào: 20
~30/μm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




8

- Độ mịn: 2400 ~ 4000 cm2 /g (Độ mịn Blaine)
Tro bay khi lơ lửng trong khí thải được thu thập bằng cách lọc bụi tĩnh
điện hoặc túi lọc. Kể từ khi các hạt củng cố nhanh chóng trong khi lơ lửng trong
khí thải, hạt tro bay nói chung có dạng hình cầu và có kích thước từ 0,5 mm
đến 300 mm. Hậu quả chính của việc làm mát nhanh chóng là rất ít khống sản
có thời gian để kết tinh, và chủ yếu là vơ định hình. Các khống chất
ANORTHIT chưa nhiều canxi, gehlenit, akermanite, silicat canxi khác nhau và
canxi aluminat giống với những người tìm thấy trong xi măng có thể được xác
định trong tro bay giàu Canxi. Các hàm lượng thuỷ ngân có thể đạt 1 ppm,
nhưng thường được bao gồm trong phạm vi 0,01-1 ppm đối với than bitum.
Nồng độ của các nguyên tố vi lượng khác nhau cũng theo các loại than đốt để
tạo thành nó. Trong thực tế, trong trường hợp của than bitum, với ngoại lệ đáng
chú ý của nguyên tố bo, nồng độ yếu tố vi lượng nói chung là tương tự để theo
dõi nồng độ yếu tố trong đất không bị ơ nhiễm.
* Tính chất hóa học
- Thành phần chính: SiO2, Al2O3, Fe2O3
- Tính chất: Alkali


Trung
Quốc

Ấn Độ

Australia

SiO2

28,5 - 59,7 37,8 - 58,5 35,6 - 57,2 50,2 - 59,7

48,8 - 66,0

Al2O3

12,5 - 35,6 19,1 - 28,6 18,8 - 55,0 14,0 - 32,4

17,0 - 27,8

Fe2O3

2,6 - 21,2

6,8 - 25,5

2,3 - 19,3

2,7 - 14,4


0,3 - 1,8

0,6 - 1,3

0,5 - 1,2

0,2 - 1,3

K2O

0,4 - 4,0

0,9 - 2,6

0,8 - 0,9

0,8 - 4,7

1,1 - 2,9

P2O5

0,1 - 1,7

0,1 - 0,3

1,1 - 1,5

0,1 - 0,6


0,1 - 2,1

1,0 - 2,9

-

0,1 - 0,6

KMN

0,8 - 32,8

0,2 - 11,0

-

0,5 - 5,0

-

Nguồn: R.S. Blissett (2012)
- Tùy thuộc vào loại nhiên liệu mà thành phần hóa học trong tro bay thu
được khác nhau. Các nhà khoa học Ba Lan tiến hành nghiên cứu thành phần
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




10



1,9

1,8

ZS-17

41,3

24,1

7,1

1,0

2,0

2,7

ZS-13

27,4

6,6

3,8

1,0

8,2


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




11

Quá trình đốt cháy than đá là một trong những ngun nhân chính làm ơ
nhiễm khơng khí và phát tán các kim loại các nguyên tố vi lượng độc hại. Hiểu
được sự thay đổi của các nguyên tố vi lượng trong quá trình đốt than đá cũng
như hàm lượng của nó có trong tro bay tạo thành là điều rất quan trọng trong
vấn đề đánh giá tác động môi trường của các nhà máy nhiệt điện cũng như các
ứng dụng tro bay. Hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong tro bay phụ thuộc
chủ yếu vào hàm lượng của chúng có trong nguyên liệu ban đầu.
Dựa trên kết quả nghiên cứu các mẫu tro bay thu được từ 7 nhà máy nhiệt
điện khác nhau ở Canada (Lương Như Hải và cs, 2013) các nhà nghiên cứu
nước này đã cho biết hàm lượng của các kim loại nặng như As, Cd, Hg, Mo, Ni
hay Pb trong tro bay có liên quan với hàm lượng lưu huỳnh có trong nguyên
liệu than đá ban đầu. Thơng thường, các loại than đá có hàm lượng lưu huỳnh
cao sẽ có hàm lượng các nguyên tố này cao. Tro bay ở Canada được thu hồi
bằng phương pháp kết lắng tĩnh điện hoặc phương pháp lọc túi. Kết quả cho
thấy hàm lượng các nguyên tố trên trong các loại tro bay thu được từ phương
pháp lọc túi cao hơn so với các mẫu tro bay thu được bằng phương pháp kết
lắng tĩnh điện trong cùng một nhà máy.
- Không phải tất cả tro bay đáp ứng yêu cầu ASTM C618, mặc dù yếu tố
tiên quyết là phụ thuộc chủ yếu vào ứng dụng, điều này có thể không thật sự
cần thiết. Tro bay được sử dụng như là một vật liệu thay thế xi măng nhưng
phải đáp ứng được các tiêu chuẩn xây dựng chặt chẽ, nhưng khơng có quy định
về tiêu chuẩn mơi trường tại Hoa Kỳ. 75% tro bay phải có độ mịn là 45 mm


%

Nhỏ nhất

70

50

SO3

%

Lớn nhất

5

5

Hàm lượng ẩm

%

Lớn nhất

3

3

Hàm lượng mất khí nung


Nhỏ nhất

75

75

%

Nhỏ nhất

75

75

Lượng nước yêu cầu

%

Lớn nhất

105

105

Độ nở trong nồi hấp

%

Lớn nhất

Nguồn: Baoguo M, Meng Q, Jun P, Zongjin L, (1999)
* Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM:
- Tro bay loại F: loại F nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn
hơn 70%.
- Trong quá trình đốt, than cũ và than bitum thường tạo lớp tro bay loại F.
Tro bay này là pozzolanic trong tự nhiên, và chứa ít hơn 7% vơi (CaO). Có tính
pozzolanic, silica thủy tinh và nhơm của tro bay lớp F địi hỏi một lượng lớn xi
măng, vôi sống, vôi tôi hoặc trộn với nước để phản ứng và sản xuất các hợp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




13

chất kết dính. Ngồi ra, thêm một chất hoạt hóa như natri silicat (thủy tinh
nước) sang tro lớp F có dạng geopolymer.
- Loại F có hàm lượng CaO < 5%, thu được từ việc đốt than antraxit hoặc
than chứa bitum, có hàm lượng than chưa cháy nhiều hơn, khoảng 2-10%. Tro
bay Phả Lại thuộc loại F. Do đốt không tốt, nên hàm lượng than chưa cháy khá cao.
- Tro bay loại C: là loại C nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3)
nhỏ hơn 70%.
- Tro bay được sản xuất từ việc đốt than đá, ngồi việc có tính chất
pozzolanic, cũng có một số đặc tính tự gắn xi măng. Trong nước, tro bay loại
C cứng và mạnh hơn theo thời gian. Tro bay loại C thường có chứa hơn 20%
vơi (CaO).
- Loại C có hàm lượng CaO ≥ 5% và thường bằng 15-35%. Đó là sản phẩm
đốt than ligrit hoặc than chứa bitum; chứa ít than chưa cháy, thường < 2%.
- Ít nhất một nhà sản xuất của Mỹ đã cơng bố một viên gạch tro bay có chứa
đến 50% tro bay loại C. Thử nghiệm cho thấy những viên gạch đạt hoặc vượt các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




15

Các hạt tro bay rỗng có thể được sử dụng trong tổng hợp vật liệu
compozit siêu nhẹ do khối lượng riêng rất nhỏ của chúng, chỉ khoảng 0,4 - 0,7
g/cm3, trong khi các chất nền kim loại khác có khối lượng riêng trong khoảng
từ 1,6 - 11,0 g/cm3.
Cả hai loại hạt này thường thấy có lớp vỏ khơng hồn chỉnh (bị rỗ).
Các hạt bên trong có thể được thấy bởi các quan sát đơn giản. Cấu trúc này bị
che lấp bởi lớp vỏ thủy tinh, vì thế nó có thể được quan sát khi được xử lý với
dung dịch HF, dung dịch này có thể hịa tan nhanh chóng phần thủy tinh và để
lộ ra lớp vỏ bên trong.

Hình 1.3 Cấu trúc hạt tro bay sau khi tiếp xúc ngắn với dung dịch HF
Hình 1.4 biểu diễn hai hạt tro bay cạnh nhau sau khi tiếp xúc ngắn (1/2
giờ) với dung dịch axit hydrofloric 1%, hai cấu trúc bên trong rất khác nhau đã
được lộ ra. Các hạt bên trái là các hạt có từ tính giàu sắt, và vật liệu có cấu trúc
tinh thể bên có dạng hình cây được nghiên cứu bởi nhóm Biggs và Brunsnel.Tất
cả chúng đều có hình lập phương và được hy vọng hồn tồn khơng có các phản
ứng hóa học trong bê tơng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN






8,2

10,0

200 - 325

75 - 45

10,6

9,2

>325



g/cm3

2,15

2,25

Ghi sáng

Ghi sáng

Màu sắc

Nguồn : (Gomez-Eyles, J. L., Sizmur, T., Collins, C. D., ans Hodson, M. E. , 2011)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN




17

1.1.3.2. Sản lượng tro bay và tình hình sử dụng tro bay trên thế giới
Nhu cầu tiêu thụ điện năng trên thế giới không ngừng tăng lên theo tốc
độ phát triển của nền kinh tế xã hội. Các nguồn cung cấp điện năng mới hiện
nay đang phát triển nhanh chóng phải kể đến như năng lượng mặt trời, năng
lượng gió, năng lượng thủy triều… Tuy có nhiều ưu điểm và được khuyến khích
sử dụng nhưng các nguồn cung cấp điện năng này hiện nay mới chỉ đáp ứng
được một lượng rất nhỏ nhu cầu điện năng toàn cầu và chỉ tập trung ở một vài
nước phát triển. Nguồn cung cấp điện năng chủ yếu vẫn dựa trên các nguồn