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)
Đến nay, vẫn chưa tồn tại một định nghĩa thống nhất và hoàn chỉnh về CTĐT, vì mỗi tổ chức hoặc quốc gia thường có cách hiểu riêng Tuy nhiên, một số quan điểm chung về CTĐT có thể được tổng hợp như sau:
Theo OECD, chất thải điện tử được định nghĩa là tất cả các thiết bị sử dụng năng lượng điện khi không còn khả năng vận hành Điều này bao gồm các thiết bị điện tử bị hỏng, vỡ hoặc không còn được sử dụng.
Chất thải điện tử (CTĐT) được định nghĩa tổng quát là toàn bộ các thiết bị, dụng cụ và máy móc điện, điện tử đã cũ, hỏng hoặc lỗi thời không còn sử dụng, cùng với 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 theo 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), trong đó CTĐT được chia thành 10 nhóm.
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 tử (CTĐT) là loại chất thải rắn phức tạp, chứa hơn 1000 chất khác nhau, bao gồm nhiều kim loại nặng và chất phóng xạ Để phát triển một hệ thống tái chế hiệu quả và thân thiện với môi trường, việc phân loại và nhận dạng các vật liệu có giá trị, chất nguy hại, cũng như các đặc trưng vật lý của luồng CTĐT 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 kim loại quý hiếm như Al, Zn, Cu và Pb, cũng góp phần vào thành phần chất thải này.
Các kim loại quý như Sn, Cr, Au, Ag, Pt và Pd chiếm khoảng 13% tổng trọng lượng của chất thải điện và điện tử Thành phần tỷ lệ phần trăm trọng lượng của các chất này 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 có hơn 1000 chất khác nhau, trong đó phần lớn là các chất độc hại cho môi trường Trung bình, mỗi máy tính chứa khoảng 1,8 kg chất thải nguy hại.
>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 nhiều chất độc hại khác vào môi trường, gây nguy hiểm cho sức khỏe con người và sinh vật Đặc biệt, trong các thành phần này có chứa những 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 tại các khu đô thị Mặc dù đã có nhiều chính sách và chương trình môi trường nhằm giảm thiểu lượng phát sinh và hạn chế bãi chôn lấp mới cũng như thiêu đốt chất thải, nhưng lượng CTĐT vẫn tiếp tục tăng với tốc độ đáng báo động Theo ước tính của UNEP, hàng năm trên toàn cầu phát sinh từ 20-50 triệu tấn chất thải điện tử, trong đó vấn đề nổi bật là thời gian sử dụng ngắn của các thiết bị như máy tính, điện thoại di động và TV Chẳng hạn, số lượng máy tính cá nhân đã tăng gấp 5 lần từ năm 1988 (105 triệu) đến năm 2005 (hơn 500 triệu) Theo Cơ quan Môi trường Australia, năm 2005, hơn 1 tỷ máy tính đã được bán ra, trong khi đó có tới 100 triệu máy tính cũ đã hết hạn sử dụng.
Nghiên cứu môi trường tại Australia chỉ ra rằng khối lượng chất thải điện tử đang gia tăng đáng lo ngại Một khảo sát năm 2005 cho thấy 62% hộ gia đình sở hữu khoảng 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 Hàng năm, có khoảng 2,5 triệu thiết bị bị chôn lấp, và hơn 50% trong số này không được xử lý đúng cách.
20000 tấn)trong số này được đem chôn lấp
Chất thải điện tử Đốt Đổ bỏ, chôn lấp
Các chất độc Ô nhiễm đất, nước, thực phẩm Ô nhiễm không khí
Theo các nghiên cứu gần đây của Hiệp hội quốc tế các nhà Tái chế Chất thải điện tử, 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 190.000 ắc quy axit chì mỗi năm.
Tiến bộ khoa học và công nghệ đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể về số lượng và loại hình chất thải điện tử, vượt xa các dự đoán của các nhà khoa học và quản lý Chẳng hạn, nghiên cứu của Meinhardt năm 2001 tại Australia dự đoán thiết bị điện tử sẽ có thời gian sử dụng trung bình 5 năm, dẫn đến việc mỗi 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, từ 2,1 đến 8,7 triệu hộp mực in và 38.000 km dây cáp bị chôn lấp mỗi năm.
Sự phát triển và thay thế các loại sản phẩm mới, như TV thế hệ mới (plasma, màn hình tinh thể lỏng), đang góp phần làm gia tăng đáng kể lượng chất thải điện tử Chẳng hạn, dự báo rằng hơn 500 triệu TV cũ tại Hoa Kỳ sẽ bị thay thế trong những năm tới.
1.1.2.3 Tốc độ tái chế thấp
Theo các nghiên cứu của chính phủ Mỹ, có khoảng 63 triệu máy tính cá nhân cũ và lỗi thời đang được lưu giữ chờ xử lý Một khảo sát năm 2004 cho thấy 30,1% hộ gia đình giữ máy tính cũ, 22% chuyển cho bạn bè, 17,1% lưu giữ trong kho, 8,9% tặng từ thiện và 8,6% bán hoặc bỏ đi, trong khi chỉ có 3,6% được tái chế Các nhà quản lý môi trường cho rằng tỷ lệ tái chế thấp do người tiêu dùng thường thải bỏ máy tính cùng với rác thải điện tử khác, vì đây là lựa chọn thuận tiện và tiết kiệm nhất.
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 việc thu gom, xử lý, tái chế và chôn lấp an toàn chất thải điện tử, bao gồm cả từ hộ gia đình và các hoạt động 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 mất phí Các cơ chế thu gom có thể bao gồm chương trình đổi cũ lấy mới từ các nhà phân phối ti vi và các hệ thống thu gom riêng biệt hoặc phối hợp được quản lý bởi các nhà sản xuất.
- 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 hành động độc lập, hợp tác với nhau hoặc thông qua đối tác thứ ba Để tuân thủ quy định, các nhà sản xuất phải đảm bảo đạt được các yêu cầu cụ thể về việc thu hồi sản phẩm.
Việc loại bỏ hoàn toàn thủy ngân, Cadmi, Crom (VI) và hai loại chất chống cháy chứa hợp chất brom trong các thiết bị điện và điện tử là một bước quan trọng nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.
Khoảng 70-90% trọng lượng của tất cả các thiết bị điện và điện tử cần được tái sử dụng hoặc tái chế Đặc biệt, đối với TV và máy tính, tỷ lệ tái chế cần đạt ít nhất 70%.
- Việc tái chế không bao gồm việc thiêu đốt
Việc thiêu đốt và thu hồi năng lượng có thể cho phép 10-30% xỉ thải Tuy nhiên, các chất độc hại như chì (Pb), thủy ngân (Hg), crom (VI), PCBs, chất chống cháy halogen, chất phóng xạ, amiăng và beryllium (Be) cần phải được loại bỏ khỏi thiết bị thải trước khi thực hiện chôn lấp, thiêu đốt hoặc thu hồi năng lượng.
Khuyến khích các nhà sản xuất nâng cao hàm lượng chất tái chế trong sản phẩm mới là điều cần thiết Từ năm 2004, quy định yêu cầu ít nhất 5% nhựa tái chế phải có mặt trong các thiết bị.
Các nhà sản xuất cần thiết kế thiết bị với nhãn hiệu rõ ràng để hỗ trợ quy trình tái chế, bao gồm thông tin về 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 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 thông tin này sẽ 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 xử lý WEEE tại các quốc gia khác, 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 địa điểm đáp ứng đủ yêu cầu kỹ thuật và môi trường về xử lý và tái chế.
Hiện nay, một số quốc gia, bao gồm Việt Nam, vẫn chưa có khung luật riêng cho chất thải điện tử, dẫn đến việc xem nhẹ vấn đề này Trong khi đó, các quốc gia phát triển như Thụy Sỹ, Đức, Nhật Bản, Hàn Quốc và nhiều bang ở Mỹ đã nhận thức rõ tầm quan trọng của việc quản lý chất thải điện tử và đã ban hành các quy định cụ thể Nhiều quốc gia khác cũng 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 tiên phong trong quản lý chất thải điện tử Luật tái chế chất thải điện và điện tử gia dụng (EHAR) có hiệu lực 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
Luật "Trách nhiệm mở rộng của các nhà sản xuất" yêu cầu các nhà sản xuất phải chịu trách nhiệm tái chế sản phẩm của họ khi hết hạn sử dụng Bốn sản phẩm đầu tiên được áp dụng quy định này là
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 khi bổ sung 5ml axit HNO3 1:1, và sau đó tiếp tục lấy thêm mẫu cho đến khi đầy miệng chai.
Sử dụng xẻng inox, lấy khoảng 0,5 kg đất cho vào túi nhựa và kéo miệng túi lại Ghi chú 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 nghiền qua rây có đường kính mắt lưới để đạt được độ mịn mong muốn.
- Chú ý dùng giấy ăn sạch lau kỹ dụng cụ trước và sau khi xử lý từng mẫu đất
Để tiến hành phân tích mẫu đất, cân 0,2g mẫu trên cân phân tích với độ chính xác 0,0001 và cho vào cốc teflon Tiếp theo, bổ sung 4ml HNO3 đặc và 6 giọt H2O2, sau đó đun ở nhiệt độ 90°C trong khoảng 3 giờ Cuối cùng, để nguội mẫu sau khi đun.
- 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 trong trạng thái hơi khi chùm tia bức xạ đơn sắc được chiếu qua đám hơi của nguyên tố trong môi trường hấp thụ Để thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, cần có các quá trình nhất định để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của phép đo.
Chọn điều kiện và thiết bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái rắn hoặc dung dịch thành hơi của các nguyên tử tự do là quá trình nguyên tử hoá mẫu 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 giúp xác định nguyên tố cần phân tích Các nguyên tử trong đám hơi hấp thụ tia bức xạ cụ thể, 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 Nguồn phát tia sáng này được gọi là nguồn bức xạ đơn sắc.
AAS 6800 có khả năng nguyên tử hóa mẫu bằng phương pháp ngọn lửa hoặc không ngọn lửa (sử dụng lò graphit), mang lại 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 của hãng Shimadzu, Nhật Bản, 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 phân tích này có các thông số kỹ thuật nổi bật, bao gồm máy chính phần ngọn lửa với bước sóng từ 190 – 900 nm và lò graphit để nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa Thiết bị tự động điều chỉnh khe đo khi thay đổi các nguyên tố và kiểm soát tất cả các thông số như áp suất và ngọn lửa thông qua đầu cảm biến Nó 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 lường một nguyên tố, tất cả các thông số vận hành đều 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 trong cookbooks, sau đó đợi hệ thống tự động hiệu chỉnh thiết bị 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