L ỜI CAM ĐOAN
2.3.1. Áp dụng các giải pháp sản xuất sạch hơn trong công nghiệp mạ nhôm
Sản xuất sạch hơn là phương pháp tiếp cận mới và sáng tạo để giảm mức độ sử dụng tài nguyên trong quá trình sản xuất dựa vào một loạt các kỹ thuật. Các kỹ thuật này có thể được phân thành 3 nhóm như sau:
a. Giảm thiểu tại nguồn [16]
Quản lý tốt nội vi: đây là loại giải pháp SXSH đơn giản nhất. Quản lý tốt nội vi không đòi hỏi phải đầu tư hoặc chỉ đầu tư với thời gian hoàn vốn rất ngắn và có thểtriển khai ngay khi xác định được giải pháp. Ởđây bao gồm các kỹ thuật phòng ngừa các chỗ rò rỉ, chảy tràn thông qua bảo dưỡng phòng ngừa và kiểm tra thiết bị thường xuyên, cũng như kiểm soát việc thực hiện đúng hướng dẫn công việc hiện có. Mặc dù quản lý nội vi là một công tác không phức tạp nhưng đòi hỏi có sự tập trung nghiêm túc của ban lãnh đạo, có sự đào tạo nhân viên và giám sát phù hợp. Nhận thức được về cơ hội ít tốn kém và thậm chí là không cần chi phí thuộc loại này, 5 công ty tham gia vào chương trình SXSH nói trên đã ngay lập tức triển khai các biện pháp quản lý nội vi tốt gồm lắp đặt các thiết bị đo (nước, điện, nhiệt độ, ...) để theo dõi tình hình tiêu thụ; các đường ống hơi nước cách
42 nhiệt, sửa chữa các chỗ rò rỉ và các đường ống cũ, ... Nhóm giải pháp này không cần nhiều đầu tư, nhưng cần có sự quan tâm và ý thức xây dựng cao. Thường thì các khoản tiết kiệm thu được từ nhóm giải pháp này là rất khó định lượng, nhưng lại có đóng góp rất lớn vào kết quả chung.
Bảo dưỡng: Thiếu bảo dưỡng thường xuyên có thể dẫn đến hư hại thiết bị. Thực tế phổ biến là các thiết bị trong dây chuyền sản xuất chỉ được xem xét bảo dưỡng khi chúng không còn hoạt động được. Rò rỉ từ đường ống hay các thùng chứa, bể chứa là hậu quả của việc thiếu bảo dưỡng. Điều này không chỉ gây ra tốn kém do thất thoát nguyên liệu, mà còn thải loại ra môi trường những chất gây ô nhiễm.
Thay đổi quy trình: kỹ thuật này bao gồm:
Thay đổi nguyên liệu đầu vào: Dùng nguyên liệu đầu có chất lượng cao hơn để có được hiệu suất cao hơn. Thường thì có một mối quan hệ trực tiếp giữa chất lượng của nguyên liệu thô và sốlượng cũng như chất lượng sản phẩm đầu ra.Xa hơn nữa là sựtìm kiếm và thay thế các nguyên liệu đang dùng với các nguyên liệu có tính thân thiện với môi trường.
Nhóm giải pháp này đã được phát hiện ra bởi các công ty tham gia sau khi nhận ra rằng rất nhiều nhà cung cấp khuyến cáo sử dụng hóa chất chất lượng cao hoặc nồng độ cao vì lý do an toàn( chỉ số an toàn). Ngoại trừ các chất phủ bề mặt, thì các hóa chất khác không còn sót lại trên sản phẩm, mà bị thải ra trong các bước sản xuất tiếp theo. Việc sử dụng quá nhiều hóa chất sẽ không chỉ làm tổn thất nguyên liệu của nhà máy mà còn làm tốn thêm chi phí loại bỏ và làm sạch. Tuy nhiên, đây là một “thói quen” tại rất nhiều nhà máy và ứng dụng SXSH là một cơ hội để họ nhìn lại những lựa chọn có sẵn trên thị trường và lựa chọn các nguyên liệu khác thay thế hiệu quảhơn và thân thiện hơn với môi trường.
Các kết quả cho thấy hiện nay rất nhiều công ty đang tìm kiếm những nguyên liệu phụ trợ hiệu quả hơn (chống gỉ, các chất dẫn, ...) để có thể giảm cả khối lượng và thời gian chế biến. Sử dụng ít hóa chất hơn cũng đồng nghĩa với việc giảm chi phí xử lý.
Kiểm soát quy trình tốt hơn: là nhằm đảm bảo các điều kiện của quy trình ở trạng thái tối ưu về mặt tiêu thụ tài nguyên, sản xuất và phát thải. Các thông sốquy trình như nhiệt
43 độ, thời gian, áp suất, độ pH, tốc độ chế biến, … cần phải được giám sát cẩn thận và duy trì càng gần trạng thái tối ưu càng tốt. Cùng với việc quản lý nội vi tốt, kiểm soát quy trình tốt hơn đòi hỏi phải cải tiến được công tác giám sát và có sự chú trọng của ban ngành lãnh đạo.
Cải tiến thiết bị: là biện pháp cải tiến các thiết bị hiện có để giảm thiểu lãng phí nguyên liệu. Điều chỉnh thiết bị có thể là điều chỉnh tốc độ động cơ, tối ưu hóa kích cỡ thùng chứa, cách nhiệt các bề mặt nóng và lạnh, hoặc cải tiến thiết kế cho một bộ phận quan trọng trong thiết bị. Trang bị thêm hoặc cải tiến nhỏcho thiết bị trong công ty có thể giúp công ty tìm ra các giải pháp sản xuất hữu hiệu hơn, chủ yếu bằng việc tiêu thụ ít năng lượng hơn. Đôi khi các chi phí thay thế hoặc sửa đổi cải tiến có vẻ như khá cao nhưng thời gian hoàn vốn trên thực tế lại rất ngắn.
Thay đổi công nghệ: là việc lắp đặt thiết bị mới hiện đại có hiệu suất cao hơn, như lò hơi hiệu suất cao hay máy nhuộm phun có tỉ lệnước thấp. Công nghệ chế biến mới yêu cầu đầu tư lớn hơn các giải pháp SXSH khác vì thếcần phải được nghiên cứu cẩn thận. Tuy nhiên việc tiết kiệm và cải tiến chất lượng thường giúp cho doanh nghiệp bù lại khoản đầu tư rất nhanh.
b. Tuần hoàn, tái sử dụng tại chỗ [16]
Thu hồi và tái sửdụng tại chỗ: là việc thu thập “phế thải” và tái sử dụng chúng ngay tại chỗhoặc tại một bộ phận khác trong dây chuyền sản xuất. Một ví dụ đơn giản là tái sử dụng nước rửa từ một công đoạn này sang một công đoạn rửa khác.
Sản xuất các sản phẩm phụ hữu ích: là việc thu thập và xử lý “các dòng thải” để bán cho khách hàng hoặc các công ty khác.
c. Cải tiến sản phẩm [16]
Cải tiến sản phẩm để chúng trở nên ít ô nhiễm hơn cũng là một ý tưởng chủđạo trong SXSH. Như dùng sản phẩm sơn tĩnh điện tại nơi có lắng kim loại.
Thay đổi sản phẩm nghĩa là suy nghĩ lại về sản phẩm và các yêu cầu đối với sản phẩm đó.
44 Cải tiến thiết kế sản phẩm có thể giúp tiết kiệm một lượng nguyên liệu lớn và sử dụng ít các chất hóa học độc hại hơn. Thay đổi cách thức đóng gói cũng có ý nghĩa quan trọng. Quan trọng nhất là phải giảm bớt được lượng bao bì mà vẫn đảm bảo khảnăng bảo vệcho sản phẩm.
2.3.2. Đề xuất lựa chọn công nghệ thu hồiaxit HNO3 tại nhà máy nhôm Kim Sen a. Mục đích, yêu cầu của việc thu hồi axit HNO3
• Mục đích
Giảm ô nhiễm môi trường, đảm bảo tiêu chuẩn xả thải: Sau khi áp dụng phương pháp thu hồi axit HNO3 thì nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải (QCVN), đảm bảo nước thải xả ra không gây ô nhiễm cho khu vực xung quanh, đặc biệt là lưu vực sông, nguồn nước ngầm. Mang lại lợi ích kinh tế: nâng cao hiệu suất sử dụng nguyên liệu và đem lại lợi ích kinh tế trực tiếp cho công ty khi sử dụng sản phẩm thu hồi và tái chế. Không phải nộp tiền phạt môi trường và khắc phục các sự cố hay ảnh hưởng do dòng thải gây ra.
• Yêu cầu:
Yêu cầu về hiệu quả xử lý: Nước thải sau khi xử lý phải đảm bảo chất lượng theo QCVN 40:2011/BTNMT (mức B) sau đó thải vào nhà máy xửlý nước thải tập trung KCN. Yêu cầu về sản phẩm sau thu hồi:
+ Đảm bảo axit HNO3 thu được sau khi thu hồi và tái chế đạt được độ sạch cần thiết, đạt được yêu cầu tái sử dụng.
+ Yêu cầu về môi trường: Phải đảm bảo về vệ sinh lao động cho người làm việc phân xưởng mạ và nhân viên vận hành hệ thống xử lý, nước thải sau khi xử lý phải đảm bảo chất lượng theo QCVN 40:2011/BTNMT (mức B). Chấp hành nghiêm chỉnh mọi quy định của pháp luật Việt Nam về bảo vệ môi trường.
Yêu cầu về kĩ thuật: Việc cải thiện hệ thống xử lý nước thải phải phù hợp với điều kiện sẵn có của doanh nghiệp, bố trí hợp lý, đảm bảo cho nhân viên vận hành dễ dàng.
Yêu cầu về kinh tế: Mức độ chi phí để cải tạo cho hệ thống xử lý nước thải cần phù hợp với tình hình tài chính của công ty.
Diện tích khu xử lý nước thải: Công trình cải tạo phải nằm trong phạm vi khu xử lý nước thải.
45
b. Phân tích, lựa chọn công nghệ
Căn cứ vào kết quả khảo sát và phân tích thành phần chất ô nhiễm trong nước thải của nước thải mạ nhôm, ta thấy chất ô nhiễm chính trong nước thải chủ yếu là axit HNO3. Việc thu hồi axit HNO3 có thể sử dụng nhiều phương pháp trong số các phương pháp đã đề cập ở trên. Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm và giới hạn áp dụng riêng. Trên thực tế, khi tiến hành thiết kế, xây dựng và lắp đặt hệ thống xử lý nước thải mạ nhôm, người ta có thể tiến hành áp dụng một loại phương pháp hoặc áp dụng phối hợp nhiều phương pháp với nhau nhằm đảm bảo nước thải sau khi xửlý đảm bảo yêu cầu đã đưa ra. Hiện tại ở Việt Nam có phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong thu hồi axit HNO3, đó là phương pháp trao đổi ion.
Ưu điểm của phương pháp trao đổi ion + Là phương pháp tiên tiến, hiện đại.
+ Yêu cầu về diện tích xây dựng nhỏ, phù hợp với các cơ sở có mặt bằng nhỏ, không có quỹđất để xây dựng hệ thống xử lý.
+ Dễ bố trí thiết bị
+ Tốc độ xử lý nhanh, thao tác vận hành tương đối đơn giản. + Nước thải sau khi xử lý có thể tái sử dụng từ 90% - 95% + Không có bùn thải.
c. Cơ sở lý thuyết quá trình thu hồi axit bằng phương pháp trao đổi ion
• Cơ sở lý thuyết
Chất trao đổi ion theo định nghĩa thông thường là chất rắn không tan trong nước có gắn các ion âm hoặc dương, trong dung dịch chứa chất điện ly, các ion âm hoặc dương có thể được thay thế bởi các ion tương ứng của dung dịch. Chất trao đổi ion có gắn các ion dương, có khả năng trao đổi với các cation của dung dịch gọi là cationit, các chất gắn ion âm và trao đổi với các anion của dung dịch gọi là anionit.Chất trao đổi ion có cả hai tính năng trên thì gọi là lưỡng tính. Các ion có khả năng trao đổi được gắn vào mạng chất rắn không tan thông qua các nhóm chức (-SO3-, -COO- đối với cationit hoặc -NH3+, -NH2+, - S+ đối với anionit), các nhóm chức này tích điện âm đối với cationit và tích điện dương đối với anionit. Ion có khả năng trao đổi nằm trong mạng chất rắn thường là Na+ hoặc H+ đối với cationit và OH- hoặc Cl- đối với anionit.
46 Một chất trao đổi ion được gọi là mạnh khi độ phân ly của nhóm ion và nhóm chức hoàn toàn không bị chi phối bởi độ pH của môi trường. Ngược lại, khi độ phân ly phụ thuộc vào độ pH của môi trường (độ phân ly của axít yếu tốt khi pH cao, độ phân ly của bazơ yếu tốt khi pH thấp) thì gọi là loại yếu.
Sự trao đổi ion tuân theo quy luật tỉ lượng, tức là quy luật trao đổi 1-1 theo hoá trị. Trường hợp trao đổi không theo quy luật trên mà do các quá trình hấp phụ tạo phức góp phần thì gọi là chất trao đổi tạo phức. Khả năng hút của các ionit được đặc trưng bởi dung lượng thể tích và đại lượng này được xác định bằng số ion tương đương được hút bởi một đơn vị khối lượng hay thể tích ionit. Người ta phân biệt nhiều loại dung lượng khác nhau: dung lượng thể tích toàn phần, dung lượng thể tích tĩnh và dung lượng thể tích động. Dung lượng thể tích toàn phần là lượng các chất được hút cho đến khi bão hòa của một đơn vị thể tích hay khối lượng ionit. Dung lượng thể tích tĩnh là dung lượng thể tích của ionit khi cân bằng ở điều kiện làm việc cho trước. Giá trị của dung lượng thể tích tĩnh nhỏ hơn giá trị dung lượng thể tích toàn phần. Dung lượng thể tích động là dung lượng của ionit cho trước khi đạt đến trạng thái dừng trao đổi của ion trong nước lọc.Đại lượng này thường được dùng trong trường hợp cột trao đổi ion hoạt động liên tục trong dòng chảy. Giá trị của đại lượng này nhỏ hơn dung lượng tĩnh.
• Nguyên lý quá trình trao đổi
Khi tan trong dung dịch, axit HNO3 bị phân ly hoàn toàn thành H+ và NO3-. Dạng ion tồn tại của axit HNO3 trong dung dịch phụ thuộc vào pH. Axit HNO3 tồn tại trong nước dưới dạng các ion âm. Do đó có thể sử dụng hạt trao đổi anionit để xử lý axit HNO3. Phản ứng traođổi:
NO3- + R-OH RNO3 + OH-
Nhựa trao đổi anionit kiềm yếu ưu điểm là có độ bền, độ ổn định cao và dễ tái sinh.Tuy nhiên chúng lại có khoảng pH hoạt động hẹp và độ chọn lọc không cao bằng hạt trao đổi anionit mạnh. Do đó, tùy thuộc vào mục đích sử dụng và điểm của nước thải mà lựa chọn một trong hai loại trên cho phù hợp.
d. Sơ đồ công nghệ cải tạo hệ thống XLNT thu hồi axit HNO3
Nước thải củanhà máy nhôm Kim Sen bao gồm các dòng thải chính là axit HNO3,các kim loại nặng, các ion kim loại, nước thải chứa axit hoặc kiềm và được tách dòng riêng biệt. Đề xuất phương án cải tạo: Với dòng nước thải axit HNO3, bổ sung hệ thống thu hồi
47 axit HNO3 sau bểđiều hòa (bao gồm thiết bị lọc thô, thiết bị trao đổi ion và hệ thống tái sinh). Sau đó, nước thải được chuyển sang bể phản ứng để tiếp tục quá trình xử lý đảm bảo chất lượng nước sau xửlý đạt QCVN 40:2011/BTNMT (mức B).
Sơ đồ dây chuyền công nghệ cải tạo hệ thống xửlý nước thải thu hồi axit HNO3 bằng phương pháp trao đổi ion như sau:
Song chắn rác
Nước thải sau xử lý
Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ cải tạo hệ thống XLNT thu hồi axit HNO3
Dòng NT HNO3 Bểđiều hòa Bể phản ứng Thiết bị lọc thô Thiết bịtrao đổi anionit Bể lọc Đầu tư mới Bể trung hòa Bể lắng Thiết bịtrao đổi cationit Bể chứa dd thu hồi Tái sử dụng cho xưởng mạ
48
Hình 2.3. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải thu hồi axit HNO3
Thuyết minh quy trình
Nước thải chứaaxit HNO3 chảy qua song chắn rác vào bểđiều hòa. Tại bểnày, nước thải được điều hòa về cảlưu lượng và nồng độ, tạo điều kiện cho quá trình xử lý tiếp theo đạt được hiệu quảcao. Quá trình điều hoà cũng tránh được tình trạng quá tải do đó giảm chi phí xây dựng, vận hành và quản lý của hệ thống xử lý. Bể điều hoà được khuấy trộn nhờ hệ thống máy thổi khí.
Tiếp theo nước thải được bơm lên thiết bị lọc thô để loại bỏ các loại cặn lơ lửng. Sau đó, áp lực dư của bơm sẽ tựđẩy nước thải sang thiết bịtrao đổi ion.
Nước thải chảy qua thiết bị trao đổi ion chứa hạt nhựa trao đổi ion và các ion NO3- sẽ được các hạt nhựa giữ lại. Nhựa trao đổi ion trong các cột sẽ dần dần bão hòa các ion NO3-. Nhựa đã bão hòa ion được tái sinh nhờ hệ thống tái sinh hạt nhựa (tái sinh nhựa làm cho chất hấp phụ trên nhựa giải phóng ra, đồng thời làm cho nhưa hồi phục lại năng lực hấp phụ lại).
49 Nhựa đã bão hòa ion được đổ vào thùng chứa. Nhựa từ thùng chứa được hút lên tháp tái sinh. Hệ thống tái sinh được điều khiển tự động. Hóa chất tái sinh cấp vào tháp tái sinh từ thùng chứa NaOH bởi bơm hóa chấtđược trao đổi bằng gốc NO3- hấp phụ trong nhựa. Cuối giai đoạn tái sinh, sử dụng nước sạch từ hệ thống xử lý nước DI để rửa lớp nhựa nhằmlàm sạch chất tái sinh còn lại trên nhựa, đồng thời ổn định trật tự lớp nhựa. Chất lượng nước ra được đo bằng thiết bị đo độ dẫn. Quá trình tái sinh có thể kiểm soát