Một số vấn đề môi trường đặc thù trong ngành luyện kim và đề xuất biện pháp giảm thiểu

ThS. Nguyễn Thị Lài
Trung tâm Môi trường Công nghiệp
 
1. Mở đầu
Luyện kim là ngành công nghiệp quan trọng, tạo ra nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác, nằm trong chủ trương chế biến sâu khoáng sản của Chính phủ. Theo quyết định số 880/QĐ-TTg ngày 09 tháng 6 năm 2014 của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt quy hoạch tổng thể phát triển công nghiệp Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030; ngành cơ khí- luyện kim là ngành công nghiệp cơ bản, trọng điểm cần được quan tâm phát triển. Trong đó, ngành luyện kim với mục tiêu phát triển theo hướng sử dụng công nghệ hiện đại, thân thiện với môi trường.Tuy nhiên, thực trạng cho thấy, ngành luyện kim nước ta còn áp dụng các công nghệ lạc hậu tiềm ần nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cao. Ngành công nghiệp luyện kim cũng là ngành tiêu thụ năng lượng lớn và thải ra một lượng lớn các chất gây ô nhiễm môi trường. Các chất ô nhiễm có nguồn gốc từ nguồn nguyên liệu, nhiên liệu đưa vào sản xuất, thải ra ngoài môi trường với một lượng lớn bụi và khí thải độc hại gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà trực tiếp là những công nhân làm việc trong nhà máy. Khối lượng và thành phần các chất ô nhiễm phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ sử dụng, quy trình vận hành sản xuất cũng như công tác quản lý môi trường áp dụng tại doanh nghiệp.  
2. Một số vấn đề môi trường đặc thù trong ngành luyện kim
Các vấn đề môi trường đặc thù trong ngành luyện kim, theo từng công đoạn sản xuất chính có thể bao gồm một phần hoặc nhiều yếu tố như sau:
  1. Công đoạn chuẩn bị, xử lý nguyên liệu như vận chuyển, bốc dỡ, phối trộn, nghiền, sàng lọc và khử bỏ các tạp chất (trong quặng sắt), khoáng chất không cần thiết (trong than): Bụi và tiếng ồn; nước mưa chảy tràn qua các khu vực bãi tập kết, xử lý nguyên liệu; kim loại nặng (khi khử bỏ tạp chất trong quặng sắt);
  2. Quá trình thiêu kết, tạo viên: có bụi, khí SO2, NOx, CO, VOC,…..tiếng ồn rung; nước thải từ quá trình làm sạch hệ thống xử lý khí bụi bằng phương pháp ướt (nếu có); nước làm mát có nhiệt độ cao; nước thải từ hệ thống xử lý khí thải ướt (nếu có); chất thải/sản phẩm phụ: bùn thải (nếu áp dụng hệ thống xử lý khí thải ướt), bụi; nhiệt dư;
  3. Quá trình luyện cốc (đối với nhà máy luyện thép), có thể phát sinh: bụi, H2S, SO2, NH3, CO, Hg, PAH, VOC, BTX …; ngoài ra gồm phát thải bụi/khí khác: do rò rỉ từ các nắp đậy, tới các cửa lò, cửa ngang, ống tăng áp, các lỗ nạp liệu than vào và ra khỏi buồng lò; từ quá trình nghiền, sàng cốc, vận chuyển và xử lý, lưu kho cốc; tiếng ồn, rung do hoạt động vận chuyển, cấp liệu, do hoạt động của thiết bị nghiền sàng…..; nước thải từ quá trình làm sạch hệ thống xử lý khí bụi bằng phương pháp ướt (nếu có); nước làm mát có nhiệt độ cao; nước thải từ quá trình dập cốc bằng phương pháp ướt (nếu có) có chứa các thành phần nguy hại như phenol, xianua….; chất thải rắn: bao gồm gạch chịu lửa sau khi dùng; bùn gom từ các thùng chứa….; bùn thải này chứa nhiều các thành phần nguy hại như benzen, hắc ín; nhiệt dư.
  4. Vận hành lò cao, lò thổi ô-xy,  (trong luyện thép): Bụi, VOC, SO2, NOx, H2S, CO, bụi phóng xạ, tiếng ồn….; nước làm mát có nhiệt độ cao; nước thải từ thiết bị lọc/xử lý khí của lò cao bằng phương pháp ướt (nếu có); chất thải rắn/sản phẩm phụ: Bụi, bùn thải từ quá trình làm sạch khí bằng phương pháp ướt, xỉ thải, vật liệu chịu lửa được thải bỏ; nhiệt dư.
  5. Vận hành lò điện hồ quang (luyện thép), luyện hợp kim bằng lò điện hồ quang bán kín (luyện ferromangan, silicomangan): gồm khí thải từ ống khói: Bụi, SO2, NOx, CO, kim loại nặng, VOC, Dioxin/Furan, PAH, bụi PM, ), bụi hơi kim loại (Pb, Cd, Hg, As, Cu...)….; chất thải rắn như xỉ thải, bụi và vật liệu chịu lửa; nước thải: nước làm mát, nước thải khác;
  6. Cán thép (cán nóng): đúc từ lò nung phôi với các thành phần như CO, CO2, SO2, NOx, bụi hạt, …, tiếng ồn, rung; nước thải từ quá trình phun vào để tróc vảy bề mặt tấm thép, với thành phần bao gồm chất rắn lơ lửng và dầu mỡ…
  7. Quá trình luyện sten đồng: Bụi, khí SOx, NOx, hơi kim loại, VOCs, PAH ….Trong đó thành phần SO2 là chính: tiếng ồn, rung; nước thải từ hệ thống xử lý khí thải; nước thải từ hệ thống làm mát…; chất thải rắn: bùn thải từ hệ thống xử lý khí, xỉ thải chứa khoảng 3% đồng (được thu hồi lại); Chất thải rắn: vẩy thép hoặc các đoạn thép cắt, gạch chịu lửa (thải ra từ lò nung phôi), bùn xử lý, dầu mỡ và các chất khác.
  8. Quá trình luyện đồng thô (Lò chuyển) và Hỏa tinh luyện đồng (Lò phản xạ); Hỏa tinh luyện thiếc (thiếc sạch):  bụi, khí SOx, NOx, hơi kim loại và hợp chất, hơi axit, VOCs, PAH, PCDD/F; tiếng ồn, rung; bước thải từ hệ thống xử lý khí thải; nước thải từ hệ thống làm mát…chất thải rắn: bùn thải từ hệ thống xử lý khí, xỉ thải còn chứa Cu đưa về luyện lại trong lò luyện sten; : bùn thải từ hệ thống xử lý khí, xỉ thải chứa khoảng 3% đồng (được thu hồi lại.
  9. Điện phân (đồng, thiếc, chì, kẽm ): Khí thải, hơi axit; tiếng ồn, rung; nước thải: dung dịch điện phân mang tính axit, dung dịch xử lý bùn dương cực…; chất thải rắn: bùn dương cực có chứa các kim loại quý hiếm như Au, Ag (được mang đi thu hồi Au, Ag);
Các lò luyện kim hoạt động trong điều kiện tiêu thụ điện năng lớn và môi trường nhiệt độ cao do đó luôn tiềm ẩn nguy cơ gây sự cố, gây mất an toàn lao động trong quá trình sản xuất. Các sự cố có thể xảy ra như cháy, chập cháy hệ thống điện, rò rỉ khí than, sự cố bục lò luyện kim hoặc thủng thùng nước gang, nước thép, nổ dẫn đến văng kim loại nóng chảy ra xung quanh. Điển hình cho sự cố môi trường này là sự cố dùng axit để nước súc rửa đường ống xả thải trực tiếp ra biển cùng với nước thải sản xuất của Nhà máy liên hợp gang thép Formosa Hà Tĩnh thuộc Công ty TNHH gang thép Hưng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh. Hậu quả của sự cố này là vào tháng 4 năm 2016 xảy ra hiện tượng rất nhiều cá biển chết hàng loạt rồi trôi dạt vào bờ tại vùng biển Vũng Áng (Hà Tĩnh). Hiện tượng này sau đó lan ra vùng biển Quảng Bình, Quảng Trị, Huế. Có nơi mỗi ngày, ngư dân dọc bờ biển vớt được hàng tấn cá chết. Qua phân tích, cả nước biển lẫn nước đầm Lăng Cô (Huế) đều bị ô nhiễm, nồng độ PO4 (chỉ tiêu phú dưỡng) ở tầng đáy gấp đôi chỉ số cho phép, làm tăng độ pH trong nước, nhiều khả năng đây là nguyên nhân làm cá chết hàng loạt. Ngoài ra tảo biển phát triển mạnh, cộng với khí độc ở đáy lồng khiến cá thiếu oxy. Cũng trong thời gian này, một thợ lặn đã tử vong sau khi lặn xuống vùng nước bị ô nhiễm tại khu vực Vũng Áng (Hà Tĩnh).
3. Đề xuất một số biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường đặc thù trong ngành luyện kim
Các tác động môi trường từ hoạt động luyện kim xuất phát từ hoạt động phát thải các chất thải vào môi trường. Vì vậy, để ngăn ngừa, giảm thiểu các nguồn ô nhiễm phát sinh cần thực hiện các hoạt động khống chế và giảm thiểu các chất ô nhiễm phát sinh. Việc khống chế và giảm thiểu ô nhiễm do chất thải của dự án luyện kim phải được tiến hành bằng cách kết hợp 3 giải pháp sau đây:
  • Giải pháp ngăn ngừa ô nhiễm và sự cố,
  • Giải pháp xử lý chất thải,
  • Giải pháp quan trắc (monitoring) môi trường.
3.1. Giải pháp ngăn ngừa ô nhiễm
  • Giảm thiểu tác động từ quy hoạch nhà xưởng hợp lý:
Lựa chọn hướng nhà hợp lý để sử dụng một cách tốt nhất các điều kiện thông gió tự nhiên, góp phần cải thiện môi trường lao động bên trong nhà xưởng.       
Bố trí hợp lý các công đoạn sản xuất, các khu phụ trợ, kho bãi, khu hành chính và có dải cây xanh ngăn cách. Tỷ lệ cây xanh trên tổng diện tích đất sử dụng của nhà máy tối thiểu phải đạt 15%. Các hệ thống thải khí, ống khói cần bố trí ở các khu vực thuận lợi cho việc giám sát và xử lý.
Khu vực bố trí trạm điện, khu xử lý nước thải tập trung, xử lý rác thải cần được đặt ở phía cuối hướng gió chủ đạo của khu vực.
  • Áp dụng công nghệ tiên tiến, công nghệ sản xuất sạch, ít chất thải:
Nghiêm túc thực hiện chế độ vận hành thiết bị công nghệ, định lượng chính xác nguyên vật liệu, nhiên liệu để quá trình diễn ra ở mức độ ổn định cao, giảm bớt lượng chất thải, ổn định thành phần và tính chất của chất thải, tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý và xử lý chất thải.
  • Giảm tải lượng chất ô nhiễm từ nguồn:
Đối với công nghệ sản xuất có sử dụng nhiên liệu đốt, tải lượng các chất ô nhiễm trong khí thải qua ống khói (lò cao) có thể sẽ giảm đi nhiều nếu sử dụng các loại nhiên liệu đốt (than, dầu) có hàm lượng các chất gây ô nhiễm nhỏ nhất.
3.2. Giải pháp xử lý chất thải
(1) Xử lý khí thải
Bụi: bụi phát sinh trong quá trình thiêu kết, thiêu quặng (khử sunfua), luyện hoàn nguyên, tinh luyện các kim loại vẫn còn chứa các thành phần kim loại; vì vậy bụi được thu hồi bằng các hệ thống lọc bụi để quay vòng làm hồi liệu cho quá trình sản xuất.
SO2: Khí có chứa chủ yếu là thành phần SO2 sinh ra do quá trình khử sunfua trong quặng sunfua như các quá trình thiêu kết quặng sunfua chì; quá trình luyện sten đồng và luyện đồng thô (lò chuyển); quá trình thiêu quặng kẽm sunfua. Khí SO2  được thu hồi để sản xuất axit sunfuric và đã được áp dụng hiệu quả tại Chi nhánh Luyện đồng Lào Cai, nhà máy kẽm điện phân Thái Nguyên.
Khí có chứa SO2 sinh ra trong quá trình luyện kim qua thu bụi tĩnh điện lọc bụi dẫn qua đường ống sang bộ phận làm sạch, sấy khô hấp thụ, chuyển hoá để sản xuất axít.
Nhiệt dư: thu hồi nhiệt dư được áp dụng tại Chi nhánh luyện đồng Lào Cai – Vimico. Nồi hơi nhiệt thừa (bộ trao đổi nhiệt) được cấu tạo gồm các ống sinh hơi lắp trên đường ống khói ra của lò luyện Sten đồng, các ống sinh hơi này được chia làm 2 phần với tên gọi là bộ trao đổi nhiệt bức xạ và bộ trao đổi nhiệt đối lưu.
Các Hệ thống xử lý bụi, khí thải đã sử dụng bao gồm:
  • Bụi cơ học sinh ra từ hệ thống cấp liệu, được thu bằng các chụp hút trên băng tải và hệ thống đường ống.
  • Bụi hóa học có trong khói khí ở các lò luyện kim được dẫn theo đường ống và thu lại bằng thiết bị thu bụi tĩnh điện/ thiết bị lọc bụi ống tay áo/ thiết bị lọc bụi xyclon- lọc bụi tay áo.
  • Khí thải từ ống khói lò luyện được xử lý bằng tháp hấp thụ khí thải (dung dịch sữa vôi)/ dẫn dòng khí thải đi qua bể chứa dung dịch sữa vôi/ làm loãng khí qua hệ thống ống khói dẫn khí lên cao và thải ra ngoài môi trường.
  • Khí có chứa SO2 sinh ra trong quá trình luyện kim qua thu bụi tĩnh điện lọc bụi dẫn qua đường ống sang bộ phận làm sạch, sấy khô hấp thụ, chuyển hoá để sản xuất axít.
(2) Xử lý nước thải
Xử lý nước thải đảm bảo tiêu chuẩn cho phép trước khi thải ra môi trường:
+ Phương pháp cơ học: nhằm tách các chất rắn không hòa tan ra khỏi nước thải.
+ Phương pháp hóa học: phương pháp trung hòa, phương pháp oxi hóa khử nhằm biến đổi các thành phần có hại (axit, hợp chất xianua, các kim loại nặng…) thành các thành phần ít độc hại hoặc không độc hại và tách chúng ra khỏi nước thải.
- Nước thải sinh hoạt: chứa nhiều chất hữu cơ được thu gom, xử lý bằng hệ thống bể tự thoại, bể xử lý sinh học đạt tiêu chuẩn trước khi thoát ra ngoài môi trường.
- Nước thải nhà máy cốc hóa: Nước thải trong quá trình dập cốc có chứa nhiều hóa chất độc hại như phenol, amoniac, dầu và các tạp chất khác. Vì vậy hệ thống xử lý nước thải trong dập cốc là một hệ thống các công trình được tổ chức, bố trí hợp lý nhằm tách các chất ra khỏi nước thải:
+ Xử lý phenol: phương pháp cơ học + phương pháp sinh học.
- Nước thải từ quá trình thủy luyện, điện phân: Quá trình thủy luyện và điện phân hiện được sử dụng trong chế biến các kim loại bao gồm: chì, kẽm và thiếc, đồng. Các dung dịch sử dụng trong điện phân là các dung dịch mang tính axit, vì vậy các dung dịch này cần được thu hồi, xử lý và sử dụng tuần hoàn cho quá trình sản xuất.
  •  Thủy luyện: kẽm kim loại được sản xuất bằng công nghệ thủy luyện (hòa tách, điện phân). Dung dịch hòa tách hòa tan các kim loại nặng được đưa vào điện phân. Trong quá trình điện phân, nồng độ của các chất trong dung dịch điện phân thay đổi và bị nhiễm bẩn do quá trình tạo chất rắn cũng như sự hòa tan các chất vào trong dung dịch. Để đảm bảo hiệu suất trong quá trình điện phân; dung dịch này được định kỳ tháo ra và thay thế bằng dung dịch mới. Trong thủy luyện kẽm sử dụng dung dịch hòa tách là axit sunfuric
  •  Điện phân: chì và thiếc thô sản phẩm của quá trình hoàn nguyên thiếc được dưa vào tinh luyện trong bể điện phân thu được chì và thiếc sạch. Trong điện phân thiếc sử dụng dung dịch SnSO4 - H2SO4; trong điện phân chì sử dụng dung dịch điện phân có thành phần H2SiF6, HF hoặc HSO3NH2; tại nhà máy luyện chì Bắc Kạn đang sử dụng dung dịch điện phân H2SiF6… Đây là các dung dịch có tác động nguy hại tới sức khỏe của con người và sinh vật nên cần xử lý nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực tới môi trường, đồng thời không gây lãng phí tài nguyên.
(3) Xử lý chất thải rắn
Các loại chất thải rắn trong luyện kim đang được xử lý bằng các phương pháp sau:
- Chất thải rắn sinh hoạt thu gom riêng và ký hợp đồng với đơn vị có chức năng thu gom, xử lý theo quy định.
- Xỉ từ quá trình luyện kim được sử dụng làm phụ gia cho nhà máy xi măng.
- Gạch chịu lửa, phế thải thu gom để san lấp mặt bằng hoặc bán cho các cơ sở tái chế.
- Vảy sắt từ máy đúc, cán thu hồi và đưa trở lại làm nguyên liệu thiêu kết.
- Bụi thu được từ hệ thống lọc bụi thu hồi và đưa trở lại làm nguyên liệu thiêu kết.
- Chất thải rắn nguy hại (giẻ lau dính dầu mỡ, bóng đèn huỳnh quang thải, bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải….) thu gom riêng theo quy định và ký hợp đồng với đơn vị chức năng xử lý.
- Bùn thải: với thành phần kim loại hữu ích (nếu có) quay vòng làm hồi liệu cho dây chuyền công nghệ nhằm tận thu các thành phần kim loại hữu ích. Nếu không tận thu, bùn thải sẽ được thu gom và xử lý giống chất thải nguy hại.
- Bã thải: Bã thải sinh ra dưới dạng sản phẩm trung gian của quá trình tinh luyện chì thô có chứa thành phần hữu ích bao gồm Au, Ag, As, Bi, Cu, Sb, Sn, Zn… Bã thải của quá trình hòa tách kẽm có chứa các thành phần hữu ích bao gồm (Ni, Co, Cu và Cd)… Bùn dương cực của quá trình điện phân tinh luyện đồng có chứa kim loại quý hiếm (Au, Ag). Các thành phần hữu ích này cần được thu hồi trong bã thải để tránh phát thải các chất độc hại vào môi trường.
3.3. Quan trắc (monitoring) môi trường
Mục tiêu của chương trình quan trắc chất lượng môi trường là thu thập một cách liên tục các thông tin về sự biến đổi chất lượng môi trường, để kịp thời phát hiện những tác động xấu đến môi trường của dự án và đề xuất các biện pháp ngăn ngừa và giảm thiểu ô nhiễm. Mặt khác quan trắc chất lượng môi trường của khu vực còn nhằm bảo đảm cho các hệ thống xử lý ô nhiễm, hệ thống xử lý nước thải, hệ thống xử lý khí thải và các hệ thống khác trong khu vực hoạt động của nhà máy luyện kim có hiệu quả, bảo đảm chất lượng nước và khí thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn xả vào nguồn nước và vào môi trường không khí theo quy định.
Nội dung của chương trình quan trắc chất lượng môi trường bao gồm :
  • Quan trắc chất lượng môi trường không khí, tiếng ồn trong giai đoạn xây dựng và vận hành của dự án.
  • Quan trắc chất lượng môi trường nước trong giai đoạn xây dựng cơ bản và giai đoạn vận hành của dự án.
  • Quan trắc chất lượng môi trường đất trước và sau khi nhà máy đi vào hoạt động.
  • Kiểm tra sức khoẻ định kỳ cho cán bộ và công nhân viên làm việc trong các nhà máy.
 4. Kết luận
Trong ngành công nghiệp luyện kim nói chung, quá trình sản xuất phải qua nhiều công đoạn và sử dụng nhiều loại nguyên, nhiên nhiên liệu, hóa chất… với khối lượng lớn và mỗi công đoạn sản xuất đều phát sinh các chất thải (rắn, khí, bụi, nhiệt dư và nước thải) có khối lượng lớn, là nguồn thải có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường.   
Nghiên cứu xác định chính xác các nguồn phát sinh chất thải trong công nghiệp luyện kim nói chung và luyện từng loại khoáng sản nói riêng, đặc điểm của từng dạng chất thải sẽ giúp cho việc đề xuất, đưa ra các giải pháp công nghệ xử lý phù hợp cho từng đối tượng nhà máy luyện kim, qua đó, giảm thiểu tối đa nguy cơ gây ô nhiễm môi trường của ngành công nghiệp luyện kim là đóng góp của nhiệm vụ KHCN cho sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp luyện kim và bảo vệ môi trường của Việt Nam.

Đối tác
MO MIEN NAM
Vimluki
cie
Bộ Công thương
Doi tac 5