TỔNG QUAN
Giới thiệu chung về chất thải điện tử
1.1.1 Định nghĩa và phân loại chất thải điện tử
1.1.1.1 Định nghĩa về chất thải điện tử (E-Waste hay CTĐT)
Cho đến nay, vẫn chưa có một định nghĩa thống nhất và hoàn chỉnh về chương trình đào tạo (CTĐT), vì mỗi tổ chức hoặc quốc gia thường có cách định nghĩa riêng Tuy nhiên, có một số cách hiểu chung về CTĐT mà chúng ta có thể liệt kê.
Theo OECD, tất cả thiết bị sử dụng năng lượng điện khi không còn khả năng vận hành đều được xem là chất thải điện tử Chất thải điện tử bao gồm các thiết bị điện tử bị hỏng, vỡ hoặc không còn được sử dụng nữa.
Chất thải điện tử (CTĐT) được định nghĩa tổng quát là tất cả các thiết bị, dụng cụ và máy móc điện, điện tử đã cũ, hỏng hoặc lỗi thời không còn được sử dụng Ngoài ra, CTĐT còn bao gồm các phế liệu và phế phẩm phát sinh trong quá trình sản xuất, lắp ráp và tiêu thụ.
1.1.1.2 Phân loại đối với chất thải điện tử
Tùy thuộc vào định nghĩa của từng tổ chức hoặc quốc gia, chất thải điện tử (CTĐT) được phân loại theo nhiều phương pháp khác nhau Một trong những phương pháp phân loại được công nhận rộng rãi là của Liên minh Châu Âu (EU), theo đó CTĐT được chia thành 10 nhóm khác nhau.
1 Các thiết bị sử dụng trong gia đình có kích thước lớn (lò nướng, tủ lạnh)
2 Các thiết bị sử dụng trong gia đình có kích thước nhỏ (máy nướng bánh, máy hút bụi)
3 Các thiết bị văn phòng, phương tiện thông tin liên lạc (máy vi tính, máy in, điện thoại, máy fax)
4 Các trò chơi giải trí điện tử (TV, đầu đĩa)
5 Các thiết bị chiếu sáng (chủ yếu là các loại đèn)
6 Các thiết bị điện (máy khoan, máy cắt cỏ)
7 Các thiết bị thể thao và giải trí (trò chơi điện tử, máy tập thể dục)
8 Các máy móc thiết bị y tế
9 Các thiết bị kiểm soát, theo dõi an ninh
10 Các hệ thống máy tự động…
1.1.2 Đặc điểm của chất thải điện tử
1.1.2.1 CTĐT có thành phần phức tạp và chứa nhiều chất độc hại
Chất thải điện và điện tử (CTĐT) là loại rác thải rắn phức tạp với hơn 1000 thành phần, bao gồm nhiều kim loại nặng, chất phóng xạ và các chất độc hại Để phát triển hệ thống tái chế hiệu quả và thân thiện với môi trường, việc phân loại và nhận dạng các vật liệu có giá trị, các chất nguy hiểm, cùng với đặc trưng vật lý của dòng chất thải điện tử là vô cùng quan trọng.
Theo Trung tâm Quản lý chất thải và Nguồn tài nguyên Châu Âu, sắt và thép là nguyên liệu chủ yếu trong thiết bị điện và điện tử, chiếm hơn 50% tổng lượng chất thải điện tử Nhựa đứng thứ hai với khoảng 21%, trong khi các kim loại khác, bao gồm cả kim loại quý hiếm như Al, Zn, Cu, và Pb, cũng góp mặt trong thành phần chất thải này.
Các kim loại quý như Sn, Cr, Au, Ag, Pt, Pd chiếm khoảng 13% tổng trọng lượng của chất thải điện và điện tử Thành phần theo % trọng lượng của các chất trong chất thải điện tử được thể hiện rõ trong hình 1.1.
Hình 1.1 Thành phần chủ yếu trong chất thải điện, điện tử
Một chiếc máy tính chứa hơn 1000 chất khác nhau, trong đó phần lớn là các chất độc hại với môi trường Cụ thể, một máy tính có khoảng 1,8 kg chất thải điện tử, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái.
>3,6 kg Chì Màn hình thuỷ tinh chứa khoảng 20% Chì về khối lượng [5] Khi
Các hợp chất khác Kim loại không chứa sắt
Các bộ phận của thiết bị điện tử khi bị vứt bỏ sẽ thải ra chì và các chất độc hại khác vào môi trường, gây nguy hiểm cho sức khỏe con người và sinh vật xung quanh Đặc biệt, trong các thành phần này còn chứa nhiều chất độc hại như As, Cd, Cr, Hg, được liệt kê chi tiết trong bảng 1 phần phụ lục.
Hình 1.2 Quá trình xâm nhập của các chất độc trong chất thải điện tử vào cơ thể con người và sinh vật
1.1.2.2 Sự gia tăng khối lượng chất thải điện tử hàng năm
Chất thải điện tử (CTĐT) đang gia tăng nhanh chóng do nhu cầu sử dụng và nâng cấp thiết bị của người dân, đặc biệt là ở các khu đô thị Mặc dù đã có nhiều chính sách và chương trình môi trường nhằm giảm thiểu lượng chất thải phát sinh, nhưng lượng CTĐT vẫn tiếp tục tăng với tốc độ đáng báo động Theo ước tính của UNEP, mỗi năm thế giới phát sinh từ 20-50 triệu tấn chất thải điện tử, trong đó vấn đề nghiêm trọng nhất là thời gian sử dụng ngắn của các thiết bị như máy tính, điện thoại di động và TV Số lượng máy tính cá nhân đã tăng gấp 5 lần từ năm 1988 (105 triệu) đến năm 2005 (hơn 500 triệu) Cơ quan môi trường Australia cho biết, năm 2005 có hơn 1 tỷ máy tính được bán ra, trong khi đó có 100 triệu máy tính cũ đã hết hạn sử dụng.
Nghiên cứu môi trường tại Australia chỉ ra rằng lượng chất thải điện tử đang gia tăng đáng báo động Theo khảo sát năm 2005, 62% hộ gia đình có tổng cộng 45 triệu thiết bị điện, chủ yếu là thiết bị điện tử gia dụng, bao gồm 9 triệu máy tính cá nhân, 5 triệu máy in và 2 triệu máy quét hình ảnh Mỗi năm, khoảng 2,5 triệu thiết bị bị chôn lấp, với hơn 50% trong số đó không được xử lý đúng cách.
20000 tấn)trong số này được đem chôn lấp
Chất thải điện tử Đốt Đổ bỏ, chôn lấp Khí độc
Các chất độc Ô nhiễm đất, nước, thực phẩm Ô nhiễm không khí
Theo nghiên cứu mới nhất của Hiệp hội quốc tế các nhà Tái chế Chất thải điện tử, dự kiến khoảng 3 tỷ thiết bị điện tử sẽ trở thành phế liệu tại Hoa Kỳ trong những năm tới Đồng thời, ngành công nghiệp châu Âu thải ra khoảng 190.000 ắc quy axit chì mỗi năm.
Sự tiến bộ trong khoa học và công nghệ không chỉ mang lại lợi ích mà còn dẫn đến sự gia tăng đáng kể về số lượng và chủng loại chất thải điện tử, làm thay đổi mọi dự đoán của các nhà khoa học và quản lý Chẳng hạn, nghiên cứu của Meinhardt vào năm 2001 tại Australia dự đoán rằng thiết bị điện tử sẽ có tuổi thọ trung bình 5 năm, dẫn đến việc hàng năm có khoảng 240.000 máy tính và 15.000 máy scan bị loại bỏ Tuy nhiên, thực tế hiện nay cho thấy hàng triệu máy tính, 1,5 triệu máy in, 2,1-8,7 triệu hộp mực in và 38.000 km dây cáp đang bị chôn lấp mỗi năm.
Sự phát triển và thay thế các sản phẩm điện tử mới, như TV thế hệ mới (plasma, màn hình tinh thể lỏng), đang dẫn đến một lượng lớn chất thải điện tử Cụ thể, dự kiến hơn 500 triệu TV cũ sẽ bị thay thế trong những năm tới tại Hoa Kỳ.
1.1.2.3 Tốc độ tái chế thấp
Theo ước tính của các nhà nghiên cứu chính phủ Mỹ, khoảng 63 triệu máy tính cũ và lỗi thời đang được lưu giữ chờ xử lý Một cuộc khảo sát năm 2004 cho thấy 30,1% gia đình giữ máy tính cũ, 22% chuyển cho bạn bè, 17,1% lưu kho, 8,9% tặng từ thiện và 8,6% bán hoặc vứt bỏ Chỉ có 3,6% máy tính được tái chế Các nhà quản lý môi trường cho rằng tỷ lệ tái chế thấp do người tiêu dùng thường chọn cách thải bỏ thiết bị điện tử cùng với rác thải khác vì tính thuận tiện và chi phí thấp.
Thực trạng quản lý và tái chế chất thải điện tử
1.2.1 Thực trạng quản lý và tái chế chất thải điện tử tại một số nước trên thế giới
Tháng 10 /2002 các nước trong khu vực EU đã đạt được thoả thuận về các quy định đối với việc quản lý chất thải từ thiết bị điện, điện tử (WEEE) Quy định của EU về quản lý WEEE được xem như tài liệu tham khảo chính để xây dựng các văn bản pháp lý về chất thải điện tử tại hầu hết các quốc gia trên thế giới
Chương trình này kêu gọi các nhà sản xuất tài trợ cho các hoạt động thu gom, xử lý, thu hồi và chôn lấp an toàn chất thải điện tử, bao gồm cả từ hộ gia đình đến các hoạt động quy mô lớn khác.
Quy định về WEEE của EU yêu cầu các thành viên tuyên bố chấp nhận các hoạt động chính sau:
Khuyến khích các nhà sản xuất thiết kế và chế tạo sản phẩm mới với mục tiêu tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tháo dỡ và tái chế, nhằm tối ưu hóa việc thu hồi tài nguyên.
Để nâng cao hiệu quả phân loại chất thải điện, điện tử, cần tạo điều kiện cho khách hàng trả lại sản phẩm điện tử hết hạn sử dụng mà không phải trả phí Cơ chế thu gom có thể bao gồm việc các nhà phân phối thực hiện chương trình đổi cũ lấy mới cho ti vi, cùng với các hệ thống thu gom riêng biệt hoặc liên kết do các nhà sản xuất quản lý và vận hành.
- Đảm bảo là đến ngày 31 – 12 – 2006, các hệ thống thu gom các chất thải điện tử từ hộ gia đình trong EU đạt được tỉ lệ 4kg /người /năm
Các nhà sản xuất cần thiết lập hệ thống xử lý chất thải điện tử hiệu quả, áp dụng công nghệ tái chế và thu hồi tiên tiến Họ có thể hoạt động độc lập, hợp tác với nhau hoặc thông qua các đối tác thứ ba để thực hiện điều này Đặc biệt, các nhà sản xuất phải tuân thủ các yêu cầu cụ thể liên quan đến việc thu hồi sản phẩm.
Việc loại bỏ thủy ngân, cadmi, crom (VI) và hai loại chất chống cháy chứa hợp chất brom khỏi các thiết bị điện và điện tử là một bước quan trọng nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.
70-90% trọng lượng của thiết bị điện và điện tử cần được tái sử dụng hoặc tái chế, trong đó 70% đối với TV và máy tính phải được tái chế.
- Việc tái chế không bao gồm việc thiêu đốt
Việc thiêu đốt và thu hồi năng lượng cho phép tối đa 30% xỉ thải Tuy nhiên, cần loại bỏ các chất nguy hại như Pb, Hg, Cr (VI), PCBs, chất chống cháy halogen, chất phóng xạ, amiăng và Be khỏi thiết bị thải trước khi thực hiện chôn lấp hoặc thiêu đốt.
Khuyến khích các nhà sản xuất nâng cao hàm lượng chất liệu tái chế trong sản phẩm mới là rất quan trọng Kể từ năm 2004, quy định yêu cầu các thiết bị phải chứa ít nhất 5% nhựa tái chế, nhằm thúc đẩy sự phát triển bền vững và giảm thiểu tác động đến môi trường.
Các nhà sản xuất cần thiết kế thiết bị với nhãn mác dễ dàng cho việc tái chế, bao gồm loại nhựa sử dụng và vị trí của các chất nguy hại.
Các nước thành viên cần thu thập thông tin từ nhà sản xuất về số lượng thiết bị được xuất ra thị trường, bao gồm số đơn vị sản phẩm và khối lượng, cũng như mức độ bào mòn của sản phẩm Tất cả các thông tin này sẽ phải được chuyển đến Ủy ban Châu Âu trong năm tới.
2004 và sau đó cứ 3 năm một lần
Các nhà sản xuất có thể thực hiện xử lý WEEE ở nước ngoài, nhưng không được chuyển từ các nước EU sang các nước ngoài EU có tiêu chuẩn xử lý thấp hơn Họ chỉ có thể chuyển WEEE đến những nơi đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật và môi trường về xử lý và tái chế.
Nhiều quốc gia, bao gồm Việt Nam, vẫn chưa có khung pháp lý rõ ràng cho việc quản lý chất thải điện tử, trong khi các nước phát triển như Thụy Sỹ, Đức, Nhật Bản và Hàn Quốc đã nhận thức được tầm quan trọng của việc này Những quốc gia này đã thiết lập các quy định cụ thể cho chất thải điện tử, và nhiều quốc gia khác đang nỗ lực xây dựng luật để quản lý loại chất thải đặc biệt này.
1.2.1.2 Thực hiện các quy định về quản lý chất thải điện tử ở Nhật Bản
Nhật Bản là một trong những quốc gia hàng đầu thế giới về sản xuất và tiêu thụ thiết bị điện tử, đồng thời cũng tiên phong trong quản lý chất thải điện tử Luật tái chế chất thải điện và điện tử gia dụng (EHAR) được thi hành từ tháng 4 năm 2001, nhằm khuyến khích việc tái chế nguyên vật liệu từ thiết bị điện tử và giảm thiểu diện tích bãi chôn lấp.
Luật tái chế chất thải điện, điện tử gia dụng cụ thể hóa các nguyên tắc
Trách nhiệm mở rộng của các nhà sản xuất yêu cầu họ phải tái chế các sản phẩm của mình khi hết hạn sử dụng Luật này lần đầu tiên áp dụng cho bốn loại sản phẩm cụ thể.
THỰC NGHIỆM
Đánh giá thực trạng ô nhiễm môi trường đất do hoạt động tái chế chất thải điện tử ở Hải Phòng
- Dung dịch hydro peroxit H2O2 đặc
- Thuổng inox có vạch chia độ dài;
- Các túi nhựa sạch có khóa miệng
- Công-tơ hút, bình định mức 50ml, pipet 1, 2, 5, 10ml, bếp điện, tủ hút
2.2.2 Quy trình lấy mẫu và xử lý mẫu
Mẫu nước được thu thập trong các chai nhựa 500ml, sau đó bổ sung 5ml axit HNO3 1:1 Tiếp theo, mẫu nước sẽ được lấy thêm cho đến khi đầy miệng chai.
Sử dụng xẻng inox để lấy khoảng 0,5 kg đất và cho vào túi nhựa, sau đó kéo miệng túi lại Đừng quên ghi lại các thông số cần thiết như ký hiệu, đặc điểm, thời gian và vị trí lấy mẫu.
- Cần làm sạch xẻng sau mỗi lần lấy mẫu bằng giấy lau sạch không chứa kim loại
- Mỗi vị trí lấy mẫu đất tiến hành lấy lần lượt 2 mẫu: trên bề mặt và sâu 30cm để đánh giá mức độ ô nhiễm theo chiều sâu
2.2.2.2 Quy trình xử lý mẫu
- Bảo quản mẫu trong thùng xốp có đá tại nhiệt độ khoảng 4 o C
- Dàn đều mẫu đất trên giấy nilon sạch, càng mỏng càng tốt; để mẫu đất khô tự nhiên trong bóng râm
Sau khi loại bỏ đá sỏi, hãy sử dụng chày và cối bằng sứ để giã mẫu đất cho thật mịn Tiếp theo, rây mẫu đất đã được nghiền qua rây có đường kính mắt lưới phù hợp.
- Chú ý dùng giấy ăn sạch lau kỹ dụng cụ trước và sau khi xử lý từng mẫu đất
Cân 0,2g mẫu đất với độ chính xác 0,0001 và cho vào cốc teflon, sau đó bổ sung 4ml HNO3 đặc và 6 giọt H2O2 Đun hỗn hợp ở nhiệt độ 90 độ C trong khoảng 3 giờ, rồi để nguội.
- Cho thêm 3ml HF đặc đun thêm 1h;
- Cho thêm 1ml HClO 4 1:1 đun thêm 1h đến khói trắng, được cặn rắn, để nguội;
- Lọc rửa cặn rắn không tan vào bình định mức 50ml, bổ sung thêm 0,75ml HNO3 đặc, tiếp tục điền đầy đến vạch bằng nước cất 2 lần
2.2.3 Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử
Phép đo AAS dựa trên nguyên lý hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi khi chiếu bức xạ đơn sắc qua đám hơi của nguyên tố trong môi trường hấp thụ Để thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, cần đảm bảo các quá trình liên quan được thực hiện đúng cách.
Chọn lựa điều kiện và thiết bị phù hợp là rất quan trọng để chuyển đổi mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hoặc dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do Quá trình này được gọi là nguyên tử hoá mẫu, và các thiết bị thực hiện quá trình này được gọi là hệ thống nguyên tử hoá mẫu.
Chiếu chùm tia sáng phát xạ qua đám hơi nguyên tử của nguyên tố cần phân tích, các nguyên tử sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định, tạo ra phổ hấp thụ đặc trưng Cường độ của chùm sáng bị hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố trong môi trường hấp thụ Nguồn cung cấp chùm tia sáng này được gọi là nguồn bức xạ đơn sắc.
AAS 6800 có khả năng nguyên tử hóa mẫu bằng cả phương pháp ngọn lửa và không ngọn lửa (sử dụng lò graphit), cho độ nhạy cao gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần so với phương pháp ngọn lửa Nhờ đó, thiết bị này có thể xác định các nguyên tố vết với nồng độ rất nhỏ.
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị đo
Máy Quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS-6800, do hãng Shimadzu của Nhật Bản sản xuất, được đặt tại tầng 2 tòa nhà Khoa Hóa Học thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Máy chính phần ngọn lửa hoạt động trong khoảng bước sóng từ 190 – 900 nm và sử dụng lò graphit để nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa Thiết bị tự động điều chỉnh khe đo khi thay đổi các nguyên tố đo, đồng thời kiểm soát tất cả các thông số như áp suất và ngọn lửa qua đầu cảm biến Ngoài ra, máy có khả năng thực hiện tới 20 phép đo lặp lại và tự động loại trừ các kết quả sai lệch so với chuẩn % hằng số dao động.
Hình 2.4 Ảnh chụp toàn cảnh thiết bị đo
Trong quá trình đo một nguyên tố, tất cả các thông số vận hành đã được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu của phần mềm điều khiển Người vận hành chỉ cần pha dung dịch chuẩn và chọn chỉ tiêu cần đo từ cookbooks, sau đó chờ thiết bị tự hiệu chỉnh Ví dụ về các thiết lập để đo hàm lượng Cu được trình bày trong bảng 2.1.
Bảng 2.1 Các thông số vận hành thiết bị trong quá trình đo Cu