I. Đặt vấn đề
Ngành Vật liệu xây dựng là một trong số các ngành công nghiệp quan trọng của nền kinh tế quốc dân; nhưng ngành Vật liệu xây dựng cũng là một trong những ngành tiêu thụ một khối lượng lớn tài nguyên khoáng sản làm nguyên, nhiên liệu trong sản xuất và có thể gây ô nhiễm môi tường. Tuy nhiên ngành Vật liệu xây dựng có khả năng sử dụng một số chất thải, phế thải công nghiệp làm nguyên liệu, nhiên liệu thay thế; góp phần tiết kiệm tài nguyên khoáng sản không tái tạo và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Nếu thực hiện đầy đủ và đồng bộ các giải pháp, ngành Vật liệu xây dựng sẽ sử dụng một khối lượng lớn các chất thải,phế thải công nghiệp làm nguyên liệu, nhiên liệu thay thế; góp phần tiết kiệm tài nguyên khoáng sản không tái tạo và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Bài tham luận này đề cập đến tiềm năng các nguồn chất thải có thể sử dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng, hiện trạng và một số giải pháp nhằm tăng cường sử dụng các chất thải làm nguyên, nhiên liệu thay thế trong sản xuất vật liệu xây dựng.
II. Nhu cầu vật liệu xây dựng thời kỳ 2021 - 2030
Trong những năm gần đây ngành Vật liệu xây dựng ở nước ta phát triển mạnh, không chỉ đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước mà còn xuất khẩu đến nhiều nước và vùng lãnh thổ trên thế giới. Theo dự thảo “Chiến lược phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam thời kỳ 2021 - 2030, định hướng đến năm 2030” do Viện Vật liệu xây dựng soạn thảo, nhu cầu một số sản phẩm vật liệu xây dựng trong tương lai sẽ tăng đáng kể (xem Bảng 1).
Bảng 1: Dự báo nhu cầu một số sản phẩm VLXD giai đoạn đến năm 2030
*Chỉ tính các cơ sở sản xuất quy mô công nghiệp
Để đáp ứng được nhu cầu vât liệu xây dựng trong thời gian tới, ngành vật liệu xây dựng cần sử dụng một khối lượng lớn nguyên, nhiên liệu cho sản xuất. Do đó việc sử dụng các chất thải, phế thải công nghiệp làm nguyên, nhiên liệu thay thế trong sản xuất vật liệu xây dựng sẽ có ý nghĩa rất lớn về tiết kiệm tài nguyên khoáng sản và bảo vệ môi trường.
III. Tiềm năng các nguồn chất thải có thể sử dụng làm nguyên, nhiên liệu thay thế trong sản xuất vật liệu xây dựng
Lượng chất thải, phế thải công nghiệp hiện có ở nước ta rất lớn và rất đa dạng, ở đây chỉ chỉ tóm lược một số loại có tiềm năng sử dụng làm nguyên, nhiên liệu thay thế trong sản xuất vật liệu xây dựng.
1. Phế thải từ các nhà máy nhiệt điện đốt than
1.1. Tro, xỉ nhiệt điện
Nhiệt điện là một trong những ngành phát sinh chất thải lớn, trung bình để sản xuất 1kWh điện (sử dụng nhiên liệu than cám) sẽ thải ra từ 0,9 - 1,5 kg tro, xỉ. trong đó xỉ (chất vô cơ không cháy bị dính vón thành các hạt lớn và rơi xuống đáy) chiếm khoảng 25% , tro bay (chất vô cơ không cháy, bay theo khói lò được thu bằng cylon hoặc lọc bụi tĩnh điện) chiếm khoảng 75%.
Đến cuối năm 2018, trên cả nước có 26 nhà máy nhiệt điện than đang hoạt động, với tổng công suất gần 18.000 MW, thải khoảng 15 triệu tấn tro xỉ/năm. Dự kiến đến năm 2030, với số lượng 43 nhà máy sẽ thải ra hơn 30 triệu tấn tro xỉ/năm.
Tro bay có thể sử dụng: thay một phần đất sét trong phối liệu nung clinker, gạch đất sét nung; làm phụ gia khoáng cho xi măng, vữa xây dựng, bê tông; trong sản xuất vật liệu xây không nung; vật liệu san lấp...
Xỉ nhiệt điện có thể sử dụng: làm phụ gia khoáng cho xi măng, vữa, bê tông; cốt liệu cho vữa, bê tông, gạch bê tông
Ở nhiều nước trên thế giới, tro xỉ than từ các nhà máy nhiệt điện được sử dụng hiệu quả trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là xây dựng và vật liệu xây dựng. Tại Pháp, 99% tro xỉ than được tái sử dụng, tại Nhật Bản con số này là 80% và Hàn Quốc là 8 5%, Trung Quốc 67%.
1.2. Thạch cao FGD
Thạch cao FGD là hợp chất thu được từ quá trình xử lý khí SOx trong khói thải của các nhà máy nhiệt điện đốt than phun. Thành phần chủ yếu là CaSO4.2H2O, CaOf,, CaCO3. Theo số liệu điều tra của Viện Vật liệu xây dựng, lượng thạch cao FGD năm 2016 là 311.179 tấn /năm; dự kiến năm 2020 khoảng 2.900.000 tấn/năm, đến năm 2025 khoảng 5.178.000 tấn/năm.
Thạch cao FGD có thể sử dụng: làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết của xi măng, sản xuất các tấm thạch cao, bê tông khí chưng áp...
Ở các nước thạch cao FGD đã được sử dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng từ hơn ba chục năm nay, với khối lượng sử dụng hàng năm ở Mỹ là 7,5 triệu tấn, Đức, Pháp, Nhật, Hàn Quốc 2,0 triệu tấn mỗi nước.
2. Phế thải công nghiệp luện kim
Công nghiệp luyện kim rất đa dạng: luyện gang, luyện thép, luyện nhôm, luyện đồng… và đều có các phế thải. Trong phạm vi bài viết này chỉ đề cập đến xỉ luyện gang - xỉ lò cao và xỉ luyện thép - xỉ thép.
2.1. Xỉ lò cao
Xỉ lò cao được sinh ra trong quá trình luyện gang trong lò cao, trung bình mỗi tấng gang luyện trong lò cao kèm theo (300 ÷ 360) kg xỉ. Thành phần hóa học chủ yếu gồm các ôxit tương tự clinker xi măng portland, do đó xỉ lò cao là phụ gia khoáng hoạt tính cao. Năm 2018 khối lượng xỉ lò cao ở nước ta đạt 2,31 triệu tấn; dự kiến con số này năm 2020 khoảng 5,4 triệu tấn, năm 2025 là 8,4 triệu tấn.
Xỉ lò cao hạt hóa được sử dụng chủ yếu để làm phụ gia khoáng cho xi măng, bê tông, vữa xây dựng, hoặc sản xuất các chất kết dính vô cơ (xi măng portland - xỉ, chất kết dính vôi – xỉ, chất kết dính xỉ - thạch cao...)
Xỉ lò cao được hạt hóa bằng cách làm lạnh nhanh trong nước được sử dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng từ năm 1895 ở Đức, đến nay được sử dụng phổ biến trên thế giới. Năm 2012, Nhật Bản sử dụng gần 30.000 tấn; năm 2018, Trung Quốc sử dụng 240 triệu tấn làm phụ gia khoáng cho xi măng và bê tông.
2.2. Xỉ thép
Xỉ thép được tạo ra trong quá trình sản xuất thép thô bằng lò thổi ôxy, hoặc lò điện hồ quang, bởi các chất trợ dung như vôi, đolomit. Luyện mỗi tấn thép sẽ tạo ra khoảng (120 ÷ 165) kg xỉ đối với lò thổi ôxy hoăc (120 ÷ 160) kg xỉ đối với lò điện hồ quang. Công nghiệp sản xuất thép của Việt Nam năm 2018 đã thải ra khoảng 2,0 triệu tấn xỉ, dự kiến đến năm 2020 sẽ cung cấp khoảng 3,0 triệu tấn xỉ/năm và nẳm 2025 con só này sẽ là 4,8 triệu.
Xỉ thép có thể sử dụng làm cốt liệu cho bê tông, vật liệu nền đường giao thông, vật liệu san lấp...
3. Phế thải công nghiệp Dệt - May, Da - Giày
Các ngành Dệt – May và Da – Giày nước ta trong những năm gần đây đã có những bước phát triển đáng kể, đóng góp phần không nhỏ vào kim ngạch xuất khẩu của cả nước, nhưng cũng thải ra một lượng phế thải tương đối lớn cần phải xử lý.
3.1. Phế thải công nghiệp Dệt May
Phế thải công nghiệp Dệt May chủ yếu là vải vụn được thải ra trong quá trình sản xuất, với tỷ lệ khoảng (3 ÷ 5)%; ước tính lượng phế thải công nghiệp dệt may năm 2012 khoảng 1.200 tấn/tháng, năm 2020 khoảng 3.000 tấn/tháng. Nhiệt trị của phế thải công nghiệp Dệt May được xác định khoảng (25 ÷ 29) Gj/tấn; có thể sử dụng làm nhiên liệu thay thế trong sản xuất vật liệu xây dựng.
3.2. Phế thải công nghiệp Da Giày
Phế thải công nghiệp Da – Giày chủ yếu từ các vật liệu sản xuất như da,vải, giã da, cao su, nhựa PU, PVC,bao bì... được thải ra trong quá trình sản xuất, với tỷ lệ khoảng (2 ÷ 4)%; ước tính lượng phế thải công nghiệp da giày năm 2012 khoảng 200 tấn/tháng, năm 2020 khoảng 1.200 tấn/tháng. Nhiệt trị của phế thải công nghiệp Dệt May được xác định khoảng (28 ÷ 30) Gj/tấn; có thể sử dụng làm nhiên liệu thay thế trong sản xuất vật liệu xây dựng.
4. Phế thải công nghiệp khai thác than
Theo thống kê, để khai thác một tấn than mỏ lộ thiên phải bóc thải (10 ÷ 12) m³ đất đá; bên cạnh đó trong quá trình sàng tuyển, chế biến, phân loại còn thải ra khoảng (10 ÷ 20)% đá xít, trong đá xít có chứa (5 ÷ 8)% than. Tổng lượng đá xít năm 2013 khoảng gần 7 triệu tấn/năm, dự kiến năm 2030 con số này sẽ là 10 triệu tấn/năm. Nhiệt trị của đá xít khoảng (4 ÷ 8) Gj/tấn. Đá xít có thể sử dụng làm nguyên liệu thay thế đất sét trong sản xuất clinker xi măng portland, gạch nung.
5. Phế thải công nghiệp Hóa chất phân bón
Phế thải công nghiệp Hóa chất phân bón có thể sử dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng là thạch cao phospho, thu được trong quá trình xử lý bùn thải phát sinh trong công nghiệp sản xuất phân bón DAP từ quặng apatit và lưu huỳnh. Lượng bùn thải thu được năm 2015 khoảng 1,57 triệu tấn/năm, dự kiến đến năm 2025 khoảng 3,88 triệu tấn/năm; có thể xử lý để thu hồi thạch cao dùng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết cho xi măng.
6. Phế thải công nghiệp Gốm Sứ
Hiện nay ở nước ta ngành Gốm Sứ sử dụng hàng chục nghìn tấn thạch cao mỗi năm để làm khuôn; sau một số chu kỳ sử dụng, khuôn thạch cao phải thải bỏ; năm 2015 tổng lượng thach cao huôn thải khoảng 33.122 tấn/năm, con số này ngày càng tăng theo sự phát triển của ngành Gốm Sứ. Thạch cao khuôn thải có thể sử dụng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết cho xi măng, nguyên liệu sản xuất tấm thạch cao.
7. Phế thải từ Nông nghiệp
Trong các phế thải ngành nông nghiệp có khả năng sử dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng có thể kể đến vỏ hạt điều, vỏ trấu.
Theo ước tính mỗi tấn hạt điều chế biến thải ra khoảng 600 kg vỏ; với sản lượng hạt điều ở nước ta 1,0 triệu tấn/năm, lượng vỏ thải ra khoảng 600.000 tấn/năm. Nhiệt trị vỏ hạt điều khoảng 20 Gj/tấn; như vậy nếu sử dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu thay thế sẽ cung ứng một tiềm năng nhiệt khoảng 12.000.000 Gj/năm.
Vỏ trấu là lớp vỏ ngoài của hạt lúa, được tách ra trong quá trình xay xát. cứ 1.000 kg lúa sẽ xay xát thu được (200 ÷ 260) kg vỏ trấu (tỷ lệ 20 - 26%). Năm 2015, theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, sản lượng lúa cả nước đạt gần 50 triệu tấn, tỉ lệ trấu khoảng 20% tức gần 10 triệu tấn. Nhiệt trị của vỏ trấu khoảng (14 ÷ 16) Gj/tấn; như vậy nếu sử dụng vỏ trấu làm nhiên liệu thay thế sẽ cung ứng một tiềm năng nhiệt khoảng (140 ÷ 160) triệu Gj/năm; con số này sẽ tăng theo sự tăng sản lượng lúa.
Vỏ hạt điều và vỏ trấu có thể sử dụng làm nhiên liệu thay thế trong sản xuất vật liệu xây dựng; tro trấu còn sử dụng làm phụ gia cho bê tông.
8. Cao su phế thải
Theo kết quả điều tra của Viện Vật liệu xây dựng lượng cao su phế thải từ lốp xe phế liệu ở nước ta khoảng 220.000 tấn/năm; có khả năng nhiệt lượng khoảng (28 ÷ 32) Gj/tấn, tương đương giá trị năng lượng của một tấn than. Lốp xe cao su phế thải sử dụng làm nhiên liệu thay thế trong sản xuất vật liệu xây dựng bằng cách đôt trực tiếp hoặc tái chế thành nhiên liệu lỏng.
9. Rác thải sinh hoạt
Rác thải sinh hoạt (chất thải rắn sinh hoạt) phát sinh chủ yếu từ các hoạt động sinh hoạt của con người, trung bình khoảng 667 gam chất thải rắn sinh hoạt/người/ngày. Theo số liệu của Cục Hạ tầng Kỹ thuật - Bộ Xây dựng, năm 2015 tổng khối lượng chất thải rắn sinh hoạt thu gom là 15.600.000 tấn/năm, năm 2020 có thể đạt gần 100.000 tấn/ngày.
Chất thải rắn sinh hoạt có thể xử lý, tái chế thành nhiên liệu thay thế trong sản xuất vật liệu xây dựng, trước hết là trong công nghiệp xi măng. Khả năng sinh năng lượng của rác thải sinh hoạt phụ thuộc vào thành phần và độ ẩm của nó; rác thải sinh hoạt của Việt Nam khoảng 3,8 Gj/tấn, của các nước trên thế giới khoảng 8,0 Gj/tấn.
Ngoài các chất thải, phế thải nêu trên, còn một số chất thải, phế thải khác có thể sử dụng làm nguyên liệu, nhiên liệu thay thế trong sản xuất vật liệu xây dựng như dầu nhờn phế thải, phế thải công nghiệp giấy, phế thải sản xuất vôi...
(Còn nữa)
TS. Thái Duy Sâm (Hội VLXD Việt Nam)