Ô nhiễm môi trường Đề tài: “xi măng” (khí thải) I Mở đầu Xi măng là một trong những ngành công nghiệp được hình thành sớm nhất ở nước ta (cùng với các ngành than, dệt, đường sắt). Ngày 25/12/1889 khởi công xây dựng nhà máy xi măng đầu tiên của ngành Xi măng Việt Nam tại Hải Phòng. Đến nay đã có khoảng 90 Công ty, đơn vị tham gia trực tiếp sản xuất và phục vụ sản xuất xi măng trong cả nước, trong đó: khoảng 33 thành viên thuộc tổng công ty xi măng Việt Nam, 5 công ty liên doanh, và hơn 50 công ty nhỏ và các trạm nghiền khác. Tuy nhiên sản lượng xi măng sản xuất trong những năm qua không đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ trong nước: Năm 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 SL 12,7 14,64 16,8 18,4 20 21,7 23,6 26,9 TT 13,62 16,48 20,5 24,38 26,5 28,2 32,1 35,8 NK 0,2 1,33 3,75 5,98 6,0 6,5 8,5 8,9 Nguồn: VLXD đương đại (Đơn vị: triệu tấn) Trong những năm qua ngành xi măng đóng góp một phần không nhỏ vào tốc độ tăng trưởng kinh tế Việt Nam, trung bình từ 10% - 12% GDP. Vì thế Chính phủ xác định Xi măng là ngành phát triển chiến lược nhằm hỗ trợ phát triển kinh tế II quy trình sản xuất xi măng 1 Quy trình sản xuất xi măng *. Quy trình sản xuất xi măng: Gồm 6 giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: Khai thác mỏ. - Giai đoạn 2: Gia công sơ bộ nguyên liệu. - Giai đoạn 3: Nghiền, sấy phối liệu sống. - Giai đoạn 4: Nung Clinker. - Giai đoạn 5: Nghiền xi măng. - Giai đoạn 6: Đóng gói xi măng. *. Giai đoạn 1: Khai thác mỏ. Xác định nguồn khoáng sản,thăm dò địa hình và đánh giá chất lượng. *. Giai đoạn 2: Gia công sơ bộ nguyên liệu. Đá vôi, đất sét, quặng sắt…được vận chuyển từ mỏ khai thác về nhà máy thường ở dạng viên tảng có kích thước lớn, nên phải được đập nhỏ trước để tiện cho việc nghiền, sấy khô, chuyển tải và tồn trữ. Vật liệu sau khi được đập nhỏ và có độ hạt đồng đều nên giảm được hiện tượng phân li của độ hạt khác nhau trong quá trình vận chuyển và tồn trữ, có lợi cho việc tạo ra thành phần liệu sống và sự phối liệu được chính xác. Nhưng trong sản xuất xi măng độ hạt của vật liệu là hạt vừa, nếu hạt quá nhỏ sẽ làm cho hệ thống đập nhỏ phức tạp thêm *. Máy đập nhỏ: Đập nhỏ là quá trình làm giảm nhỏ độ hạt của vật liệu bằng phương pháp cơ học. Trước đây, đập nhỏ được chia làm 3 giai đoạn là đập thô, đập vừa và đập nhỏ. Hiện nay chỉ áp dụng một giai đoạn đập nhỏ đã đạt được đường kính hạt là 1100mm, có khi còn nhỏ hơn 25mm. Như vậ, hệ thống đập nhỏ đã được đơn giản đi rất nhiều, không những giảm được vốn đầu tư, giảm ô nhiễm mà còn nâng cao hiệu suất lao động. *. Thiết bị đập nhỏ: Có nhiều kiểu thiết bị đập nhỏ như: kiểu hàm, kiểu cối xay, kiểu trục cán, kiểu búa…Tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế và trình độ kỹ thuật của từng nước mà sử dụng thiết bị đập nhỏ phù hợp để mang lại hiệu quả kinh tế cao và dễ vận hành, sửa chữa. Thường thì các nhà máy sử dụng máy đập nhỏ kiểu búa đơn quay để đập nhỏ đá vôi, Mergel, than, Clinker…Ưu điểm của loại máy này năng lực sản xuất lớn, tỉ suất đập nhỏ cao, cấu tạo đơn giản, thân máy nhỏ, độ hạt đồng đều, dễ thay thế linh kiện. Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm là: đầu búa, rãnh răng lược, tấm lót chống bị mài mòn; khi sản xuất tạo nhiều bụi; không thích hợp đập nhỏ các vật liệu bị ẩm ướt hoặc vật liệu dính. *. Giai đoạn 3: Nghiền, sấy phối liệu sống. *. Sấy phối liệu sống: Phối liệu đã được định lượng gồm đá vôi, đất sét sẽ được nạp vào máy nghiền đứng. Tại đây phối liệu được nghiền và sấy khô bằng khí thải từ lò nung. Sau khi sấy thì lượng nước có trong nguyên liệu, chủ yếu là trong đất sét giảm xuống rất nhiều, tạo điều kiện cho các giai đoạn sau như nung Clinker, tồn trữ xi măng. *. Nghiền phối liệu sống: Sử dụng phương pháp nghiền bi để nghiền phối liệu sống, tỉ lệ chiều dài và đường kính của máy nghiền bi là 3:1. • Đặc điểm của máy nghiền bi thép là: 1. Áp dụng rộng rãi trong việc nghiền vật liệu rắn, năng lực sản xuất lớn. 2. Khi độ hạt liệu vào là 20 ÷ 30mm thì độ nhỏ của sản phẩm có thể đạt tới 0,1mm. 3. Có thể tiến hành nghiền, sấy cùng một lúc. 4. Kết cấu đơn giản, dễ kiểm tra, dễ thay thế linh kiện. 5. Vận hành tốt. 6. Phát ra tiếng ồn khá lớn khi vận hành, tiêu hao nhiều năng lượng trong một đơn vị sản xuất. *. Giai đoạn 4: Nung Clinker. Clinker là sản phẩm nung thiêu kết ở 1450oC của đá vôi, đất sét và một số phụ gia điều chỉnh. Nung Clinker xi măng là khâu then chốt trong sản xuất xi măng. Nhiệt độ của vật liệu từ 1300 ÷ 1450 ÷ 1300oC là tiến hành nung Clinker. Khi nhiệt độ của vật liệu đạt mức trên thì các chất sắt nhôm 4 canxi, nhôm 3 canxi, oxit magie và các chất kiềm bắt đầu nóng chảy; oxit canxi, silic 2 canxi hoà vào trong pha lỏng. Trong pha lỏng, oxit canxi, silic 2 canxi xảy ra phản ứng tạo thành silic 3 canxi, đây là quá trình hấp thụ vôi. Khi đạt 1450oC vôi tự do được hấp thụ đầy đủ. Phản ứng: 2CaO.SiO2 + CaO → 3CaO.SiO2 Quá trình giảm nhiệt độ từ 1450→1300oC là quá trình hoàn thiện tinh thể Alite, cho tới 1300oC thì pha lỏng bắt đầu đông kết, phản ứng tạo thành silic 3 canxi cũng kết thúc. Lúc này trong vật liệu còn một số oxit canxi chưa hoá hợp với silic 2 canxi, gọi là oxit canxi tự do. Sau khi nung thành Clinker phải tiến hành làm nguội. Mục đích là để tăng chất lượng Clinker, nâng cao tính dễ nghiền, thu hồi nhiệt dư của Clinker, giảm hao nhiệt, nâng hiệu suất nhiệt của hệ thống nung, giảm nhiệt độ Clinker, thuận tiện cho việc tồn trữ, vận hành và nghiền Clinker. *. Giai đoạn 5: Nghiền xi măng. Sau khi làm nguội, Clinker được chuyển lên xilo Clinker. Từ đây, Clinker được nạp vào máy nghiền xi măng cùng thạch anh và các phụ gia điều chỉnh; hệ thống nghiền sơ bộ có thiết bị lọc bụi hiệu suất cao. Mục đích của việc nghiên xi măng: có 2 mục đích • Xi măng càng mịn thì càng tăng diện tích bề mặt. • Tăng tính năng thuỷ phân hoá rất mạnh, nó bao bọc cát sạn trong bê tông và dính kết lại với nhau. Nhưng thực tế nếu nghiền quá mịn sẽ giảm sản lượng của máy nghiền, tăng tiêu hao điện năng. Đồng thời, kích cỡ hạt càng mịn thì khi tồn trữ dễ mất đi hoạt tính, giảm độ bền vững của bê tông. Vì vậy độ mịn của xi măng được khống chế trong khoảng 88µm, dư trên rây khoảng 5→10%. 3.3.6. Giai đoạn 6: Đóng gói xi măng. Sau khi nghiền, xi măng chưa thể xuất xưởng ngay mà phải qua tồn trữ trung gian. Tồn trữ xi măng có tác dụng như sau: • Khống chế nghiêm ngặt chất lượng xi măng. • Cải thiện chất lượng xi măng. Xi măng xuất xưởng có 2 kiểu: xi măng bao và xi măng rời. Xi măng bao là dùng máy đóng bao đổ xi măng vào túi giấy. Máy đóng bao có 2 loại chính: máy đóng bao quay tròn và máy đóng bao cố định. Việc đóng xi măng rời và vận tải xi măng rời phải sử dụng máy đóng và xe chuyên dụng. . Hình: Quy trình sản xuất xi măng Tuy nhiên, hiện nay xi măng là một trong những ngành công nghiệp có mức độ ô nhiễm cao, công nghiệp xi măng sử dụng một khối lượng lớn nguyên liệu thiên nhiên như đá vôi, đất sét, than, dầu, khí… là những nguồn tài nguyên không tái tạo được, đồng thời thải ra một lượng lớn khí độc CO2, N0x gây ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính III Thông số chính cần kiểm soát, các giá trị thông số - Các tiêu chuẩn áp dụng vào giai đoạn 1, 2, 3, 4, 5, 6 - Đầu vào gồm những gì ? - Đầu ra gồm những gì ? so sánh với tiêu chuẩn Cách áp dụng các tiêu chuẩn đó TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5937 - 1995 CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ XUNG QUANH 1. Phạm vi áp dụng 1.1. Tiêu chuẩn này quy định giá trị giới hạn các thông số cơ bản (bao gồm bụi lơ lửng, CO 2 , NO 2 , SO 2 , O 3 và chì) trong không khí xung quanh. 1.2. Tiêu chuẩn này áp dụng để đánh giá mức chất lượng không khí xung quanh và giám sát tình trạng ô nhiễm không khí. 2. Giá trị giới hạn Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh cho trong bảng 1. Bảng 1 - Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh (mg/m 3 ) TT Thông số Trung bình 1 giờ Trung bình 8 giờ Trung bình 24 giờ 1 CO 40 10 5 2 NO 2 0,4 - 0,1 3 SO 2 0,5 - 0,3 4 Pb - - 0,005 5 O 3 0,2 - 0,06 6 Bụi lơ lửng 0,3 - 0,2 Chú thích: Phương pháp lấy mẫu, phân tích, tính toán xác định các thông số cụ thể được quy định trong các TCVN tương ứng. TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5939 - 1995 CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ TIÊU CHUẨN KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP ĐỐI VỚI BỤI VÀ CÁC CHẤT VÔ CƠ 1. Phạm vi áp dụng 1.1. Tiêu chuẩn này quy định giá trị nồng độ tối đa của các chất vô cơ và bụi trong khí thải công nghiệp (tính bằng mg/cm 3 khí thải) khi thải vào không khí xung quanh. Khí thải công nghiệp nói trong tiêu chuẩn này là khí và khí có chứa bụi do các quá trình sản xuất, kinh doanh, dịch vụ và các hoạt động khác tạo ra. 1.2. Tiêu chuẩn này áp dụng để kiểm soát nồng độ các chất vô cơ và bụi trong thành phần khí thải công nghiệp trước khi thải vào không khí xung quanh. 2. Giá trị giới hạn 2.1. Danh mục và giá trị giới hạn nồng độ của các chất vô cơ và bụi trong khí thải công nghiệp khi xả vào khí quyển phải phù hợp với quy định trong bảng 1. 2.2. Giá trị giới hạn ở cột A áp dụng cho các cơ sở đang hoạt động. 2.3. Đối với khí thải của một số hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ đặc thù, khi thải vào khí quyển phải theo quy định ở các tiêu chuẩn riêng. Bảng 1 - Giới hạn tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp (mg/m 3 ) TT Thông số Giá trị giới hạn A B 1 Bụi khói - nấu kim loại 400 200 - bê tông nhựa 500 200 - xi măng 400 100 - các nguồn khác 600 400 2 Bụi - chứa silic 100 50 - chứa amiăng không không 3 Antimon 40 25 4 Asen 30 10 5 Cadmi 20 1 6 Chì 30 10 7 Đồng 150 20 8 Kẽm 150 30 9 Clo 250 20 10 HCl 500 200 11 Flo, axit HF (các nguồn) 100 10 12 H 2 S 6 2 13 CO 1500 500 14 SO 2 1500 500 15 NOx (các nguồn) 2500 1000 16 NOx (cơ sở sản xuất axit) 4000 1000 17 H 2 SO 4 (các nguồn) 300 35 18 HNO 3 20000 70 19 Amoniac 300 100 Chú thích: Phương pháp lấy mẫu, phân tích, tính toán để xác định giá trị nồng độ các thành phần vô cơ và bụi cụ thể trong khí thải công nghiệp được quy định trong các TCVN tương ứng.