Sản xuất sạch hơn (SXSH) được định nghĩa là sự ỏp dụng liờn tục chiến lược mụi trường tổng hợp mang tớnh phũng ngừa trong cỏc quy trỡnh, sản phẩm, và dịch vụ nhằm nõng cao hiệu suất và giảm thiểu rủi ro cho con người và mụi trường.
• Với cỏc quy trỡnh sản xuất, SXSH bao gồm việc bảo tồn cỏc nguyờn liệu thụ và năng lượng, loại bỏ cỏc nguyờn liệu thụ độc hại, và giảm lượng và độc tớnh của tất cả cỏc dạng chất thải;
• Với cỏc sản phẩm, SXSH bao gồm việc giảm thiểu cỏc tỏc động tiờu cực trong vũng đời sản phẩm, từ khi khai thỏc nguyờn liệu thụ cho tới khi thải bỏ cuối cựng;
• Với cỏc dịch vụ, SXSH là sự tớch hợp cỏc mối quan tõm về mụi trường trong quỏ trỡnh thiết kế và cung ứng dịch vụ.
Hiện nay ở Việt Nam cú một số doanh nghiệp cơ khớ đó cú nỗ lực thực hiện cỏc biện phỏp sản xuất sạch hơn (như Cụng ty Dụng cụ cắt và đo lường cơ khớ, Cụng ty Quy chế Từ Sơn, Cụng ty cơ khớ Hà nội) và ỏp dụng hệ thống quản lý mụi trường ISO 14001 (Cụng ty Mỏy Nụng nghiệp Miền Nam, Cụng ty Chế tạo Bơm Hải Dương) [21].
Việc ỏp dụng SXSH sẽ giỳp cụng ty giảm chi phớ chất thải (nước thải, bựn thải, …), thu hồi được húa chất sử dụng, cải thiện mụi trường làm việc … Một số biện phỏp về SXSH mà cụng ty cú thể thực hiện tại phõn xưởng mạ như sau [21]:
2.3.1.1. Quản lý tốt nội vi
Đõy là loại giải phỏp SXSH đơn giản nhất. Quản lý tốt nội vi khụng đũi hỏi phải đầu tư hoặc chỉ đầu tư với thời gian hoàn vốn rất ngắn và cú thể triển khai ngay khi xỏc định được giải phỏp. Ở đõy bao gồm cỏc kỹ thuật phũng ngừa cỏc chỗ rũ chảy tràn thụng qua bảo dưỡng phũng ngừa và kiểm tra thiết bị thường xuyờn, cũng như kiểm soỏt việc thực hiện đỳng hướng dẫn cụng việc hiện cú. Mặc dự quản lý nội vi là một cụng tỏc khụng phức tạp nhưng đũi hỏi cú sự tập trung nghiờm tỳc của ban lónh đạo, cú sự đào tạo nhõn viờn và giỏm sỏt phự hợp.
Thường xuyờn bảo trỡ mỏy múc, thiết bị, kiểm tra đường ống, trỏnh hiện tượng rũ rỉ húa chất và cú sổ sỏch ghi mức tiờu thu húa chất. Đồng thời nõng cao nhận thức của cỏn bộ, cụng nhõn viờn cụng ty.
2.3.1.2. Làm sạch và tiền xử lý
Cỏc chi tiết mạ cần phải được làm sạch để loại bỏ vụ số cỏc chất nhiễm bẩn bề mặt trước khi sơn mạ.
Hầu hết cỏc quy trỡnh hoàn tất sản phẩm mạ đều cần cú cỏc cơ chế làm sạch rất triệt để vỡ cỏc chất nhiễm bẩn bề mặt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của thành phẩm. Quy trỡnh làm sạch cũng cú thể được xem là hoạt động tiền xử lý bề mặt vật mạ nhằm mục đớch tạo độ bỏm cao hơn khi mạ phủ trờn bề mặt.
Bớ quyết SXSH cho phõn xưởng mạ:
- Tối đa húa thời gian sử dụng của cỏc hoỏ chất xử lý.
Cỏc cỏch sau đõy ở mức độ nào đú cú thể giỳp trỏnh được một số cụng đoạn làm sạch:
- Cung cấp “đỳng lỳc” để giảm việc sử dụng chất chống gỉ.
- Yờu cầu cỏc nhà cung cấp cung ứng cỏc chi tiết dễ làm sạch hơn.
- Trỏnh tẩy dầu mỡ định kỳ cho toàn bộ cỏc chi tiết, chỉ tẩy cỏc chi tiết khi thực sự cần.
- Trỏnh sử dụng nhiều loại chất làm sạch khỏc nhau bằng cỏch lựa chọn cỏc chất cú dải ứng dụng rộng.
Nhiều hoạt động hoàn tất bề mặt đang chuyển dần sang cỏc phương phỏp làm sạch vật lý như cỏc kỹ thụõt cạo, cọ sạch hoặc phun để hạn chế việc sử dụng cỏc dung dịch làm sạch. Cỏc phương phỏp làm sạch vật lý gồm:
- Sử dụng dẻ để lau sạch dầu thừa. - Thổi hơi.
- Cỏc hệ thống bắn hạt nhựa để búc sơn. - Cỏc hệ thống bắn vi hạt.
- Thiết bị rung phương tiện mài mũn (vớ dụ hạt thuỷ tinh, bi thộp dựng cho đồng; lụa và cỏc miếng carbua cho cỏc chi tiết mạ kền; chổi quay và đỏ bọt cho đồng).
- Gia nhiệt/ đốt/ nhiệt phõn.
2.3.1.3. Kiểm soỏt cỏc thụng số bể
Theo dừi và kiểm soỏt thụng số bể ở mức độ tối ưu sẽ giỳp tối ưu hoỏ hiệu quả, giảm sự lóng phớ vật liệu và năng lượng, và giảm dung dịch dớnh theo vật mạ. Cú thể sử dụng cỏc bộ cảm biến để kiểm soỏt nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, dũng nước và mức độ nhiễm bẩn; và cụng nghệ cảm biến hiện nay đó cú thể kết hợp với mỏy tớnh để đỏnh giỏ cỏc điều kiện. Sự cải tiến cụng nghệ cộng với giỏ thành ngày một hạ đó khiến cỏc bộ cảm biến phõn tớch, cỏc giao diện mỏy tớnh, và cỏc hệ thống kiểm soỏt xử lý ngày càng được quan tõm hơn.
Những phần sau đõy sẽ mụ tả cỏc thụng số chớnh trong việc kiểm soỏt điều kiện của bể:
- Nồng độ húa chất: Nờn duy trỡ cỏc bể với tỷ lệ nồng độ hoỏ chất tối thiểu để đạt được chất lượng sản phẩm cần thiết. Khi nồng độ hoỏ chất giảm thỡ lượng dung dịch dớnh theo vật mạ cũng sẽ giảm theo.
- Nhiệt độ bể: Nhiệt độ của một bể cú thể tỏc động đến hiệu quả của quỏ trỡnh mạ, và lượng dung dịch dớnh theo vật mạ.
- Ngăn thất thoỏt nhiệt và bay hơi. Cỏc cỏch giảm thất thoỏt nhiệt và bay hơi từ cỏc bể chứa:
• Cần cỏch nhiệt cho cỏc bể được nung núng để giảm thiểu thất thoỏt nhiệt. Dựng nắp đậy trong khi cỏc bể khụng hoạt động.
• Thụng thường, búng và cặp nổi được sử dụng để giảm thiểu thất thoỏt nhiệt và hơi nước, và cú thể chỉ cần vài thỏng là hoàn vốn.
• Chất ngăn hơi hoỏ chất cũng cú thể được dựng trong một số ứng dụng để ngăn ngừa thất thoỏt do bay hơi.
- Chống nhiễm bẩn dung dịch mạ:
Sự tớch tụ cỏc chất nhiễm bẩn dần dần làm giảm hiệu quả của cỏc dung dịch mạ, và dẫn tới việc phải thải loại cỏc dung dịch này. Hiện cú một số cụng nghệ hiệu chỉnh đơn giản cú thể kộo dài tuổi thọ của dung dịch ở cỏc bể bằng cỏch loại bỏ cỏc chất nhiễm bẩn.
• Lọc: Hiện cú cỏc hệ thống lọc gắn trong hoặc ngoài cỏc thựng chứa.
• Chiết xuất kim loại từ dung dịch bằng quy trỡnh điện hoỏ: Việc chiết xuất kim loại từ cỏc dung dịch bằng cỏc quy trỡnh điện hoỏ cho phộp loại bỏ cỏc chất bẩn kim loại khụng mong muốn và chỉ cũn lại cỏc kim loại mong muốn trong dung dịch mạ, cú thể thấy rừ nhất ứng dụng của phương phỏp này trong việc loại bỏ đồng khỏi cỏc bể mạ kẽm và nickel. Khi hàm lượng đồng quỏ cao, một thanh kim loại được đặt trong bể và cho một “dũng điện nhỏ” chạy qua. Ở điện ỏp thấp, đồng sẽ bỏm vào bề mặt kim loại, cũn phần lớn cỏc chất phụ gia trong bể khụng ảnh hưởng. Mặc dự một số kim loại mạ (kẽm, nickel…) bị loại bỏ, nhưng khoản tiết kiệm từ việc kộo dài tuổi thọ của bể sẽ bự đắp lại những hao hụt này.
cất hoặc nước khử ion hoỏ thay vỡ nước mỏy để bự cho lượng mất đi của cỏc bể mạ kim loại sẽ làm giảm sự tớch tụ cỏc chất gõy nhiễm bẩn cỏc dung dịch, giảm lượng bựn cặn và giảm lượng dung dịch dớnh theo vật mạ ra ngoài. Nước mỏy chứa cỏc chất gõy nhiễm bẩn như canxi, sắt, magie, mangan, clo, cacbon, và photpho, do đú việc sử dụng nước chưng cất hay nước khử ion hoỏ sẽ loại bỏ sự xõm nhập của cỏc chất gõy nhiễm bẩn này.
• Khuấy trộn cơ học thay cho sục khớ: Biện phỏp sục khớ cú khuynh hướng làm tăng chất nhiễm bẩn như dầu từ mỏy nộn và cacbonic vào cỏc bể và vỡ thế khuấy trộn cơ học cú lẽ thớch hợp hơn. Tuy nhiờn, nếu sử dụng khụng khớ, cần phải đảm bảo khụng khớ đó được lọc để loại bỏ cỏc chất gõy ụ nhiễm.
2.3.1.4. Giảm lượng dung dịch dớnh bỏm theo vật mạ
Dung dịch dớnh theo vật mạ, là lượng dung dịch theo ra từ bể xử lý tới bể rửa, và là nguồn gõy ụ nhiễm nước rửa trong quy trỡnh hoàn tất kim loại. Giảm lượng dung dịch dớnh theo vật mạ cú thể gúp phần:
• Giảm sự nhiễm bẩn và vỡ vậy, làm tăng tuổi thọ của nước rửa; • Kộo dài tuổi thọ cỏc bể xử lý;
• Giảm nhu cầu cấp nước và hoỏ chất mới;
• Giảm chi phớ xử lý loại bỏ cỏc chất ụ nhiễm độc hại hoặc trong phạm vi quản lý của luật phỏp trước khi nước được tỏi sử dụng hoặc thải bỏ.
Thời gian nhấc chi tiết ra khỏi thựng mạ và treo rỏo: Khi nhấc cỏc chi tiết ra khỏi bể càng nhanh thỡ lớp dung dịch bỏm trờn chi tiết càng dày và lượng dung dịch theo ra cựng vật mạ càng lớn hơn. Tương tự như vậy, thời gian treo rỏo càng nhanh thỡ càng cú nhiều dung dịch theo ra cựng vật mạ sang bể rửa. Việc nhấc chi tiết ra khỏi thựng mạ cú ý nghĩa rất lớn, chớnh vỡ thế trong hầu hết cỏc trường hợp người ta dựng cỏc giỏ treo để nhấc vật mạ ra khỏi bể và ấn định thời gian cần thiết treo trờn bể để làm rỏo.
Định hướng sản phẩm và cỏc giỏ treo: Cỏc chi tiết khi được treo lờn giỏ sẽ tự rỏo. Cỏc chi tiết nờn được xếp sao cho chất lỏng cú thể thoỏt nhanh nhất trở lại bể mạ, hạn chế tối đa lượng kộo theo sang bể khỏc. Xếp nghiờng cỏc chi tiết sẽ giỳp trỏnh hiện tượng tạo cỏc tỳi đọng hoỏ chất và khụng nờn xếp cỏc chi tiết này ngay
trờn chi tiết kia. Nếu cú thể được thỡ khi nhấc cỏc chi tiết ra khỏi bể mạ, quay trũn cỏc chi tiết đú để giảm lượng dung dịch bỏm quỏ nhiều trờn bề mặt.
Trả lại dung dịch dớnh theo vật mạ về bể mạ: Trực tiếp trả lại dung dịch dớnh theo vật mạ về cỏc bể mạ là dạng thu hồi kim loại đơn giản nhất. Thựng đầu tiờn sau thựng mạ là ‘thựng hứng dung dịch dớnh theo vật mạ’ hoặc ‘rửa tĩnh’ và thựng này hứng phần lớn lượng dung dịch thừa bỏm theo vật mạ. Lượng dung dịch được hứng lại này sẽ dựng “bổ sung” cho bể mạ để bự lại cho phần thất thoỏt do bay hơi. Giống như vấn đề tớch tụ chất bẩn đó được núi ở phần trước, lượng dung dịch thu hồi được thường nhiều hơn lượng dung dịch cần để bự đắp cho thất thoỏt do bay hơi trong thựng mạ, và vỡ thế cần phải để thựng mạ hoạt động ở nhiệt độ cao hơn để điều tiết tất cả cỏc dung dịch dớnh theo vật mạ. Hoặc cũng cú thể dựng cỏc biện phỏp kớch thớch bay hơi để hạn chế vấn đề này.
2.3.1.5. Cải tiến cụng nghệ rửa
Hệ thống rửa tốt nhất là hệ thống vừa đạt được hiệu suất cao nhất vừa sử dụng ớt nước nhất. Trước nay ngành này vẫn sử dụng nước một cỏch thoải mỏi nhằm đạt được hiệu quả rửa tốt. Tuy nhiờn, cú nhiều cỏch để rửa tốt mà lại sử dụng ớt nước hơn rất nhiều. Bằng cỏch giảm thiểu lượng nước rửa, cú thể tiết kiệm tiền mua nước, và tiết kiệm được chi phớ trong khõu xử lý và thải bỏ.
Cỏc biện phỏp rửa giảm thiểu nước thải:
- Rửa xịt và phun sương: Việc rửa sạch bằng cỏch phun xịt sẽ sử dụng một vũi phun để phun nước rửa lờn vật mạ khi chỳng vừa được mang ra từ bể xử lý. Đõy là cỏch thớch hợp nhất để rửa cỏc tấm phẳng, tuy nhiờn cú thể sử dụng kết hợp với việc rửa ngõm đối với cỏc vật cú hỡnh dạng đặc biệt.
Hỡnh 2.1. Bể sương và phun sương [21]
- Rửa ngược dũng: Rửa ngược dũng cú thể làm giảm nhu cầu nước sạch bằng cỏch chuyển dung dịch bỏm vào vật về lại bể xử lý. Nước sạch được cho vào thựng rửa cuối cựng và chảy tràn trở lại qua cỏc thựng sỳc rửa đang hoạt động cho tới khi tới thựng rửa được đặt ngay sau thựng mạ. Một hệ thống làm sạch ngược dũng nhiều giai đoạn sử dụng ớt hơn tới 90% nước rửa so với một hệ thống làm sạch thụng thường.
Hỡnh 2.2. Rửa ngược dũng [21]
- Rửa nhỳng cú nước chảy tràn liờn tục: Chi tiết rửa được nhỳng vào trong một hay nhiều bể độc lập, cú nước chảy tràn liờn tục. Phương phỏp rửa này thớch hợp cho chi tiết rửa cú nhiều khe, rónh, lỗ sõu, ... Thời gian rửa thủ cụng khụng ớt hơn 6 giõy, rửa tự động khụng ớt hơn 20 giõy.
Hỡnh 2.3. Rửa nhỳng cú chảy tràn liờn tục [21]
- Rửa sục khớ: Dựng khụng khớ nộn sục vào bể rửa chảy tràn để rửa sản phẩm với mục đớch khử dầu.
Hỡnh 2.4. Rửa sục khớ [21]
Kiểm soỏt dũng nước: Cỏch dễ nhất và đơn giản nhất để kiểm soỏt dũng nước là khoỏ nước chảy đến cỏc bể rửa khi khụng sử dụng chỳng. Tuy nhiờn, việc này cú thể hơi phức tạp, vỡ thế tốt nhất là trang bị một hệ thống khụng dựa trờn hoạt động của con người.
2.3.1.6. Cỏc kỹ thuật tỏi sử dụng nước rửa và thu hồi kim loại
Nước thải được xử lý cú thể được tỏi sử dụng cho cỏc quỏ trỡnh phụ trợ như rửa, làm sạch, bể tẩy gỉ hay vệ sinh sàn xưởng. Đến 90% lượng nước sử dụng trong mạ điện đều sử dụng cho cỏc hoạt động rửa, vỡ thế lợi ớch từ việc tỏi sử dụng nguồn tài nguyờn này là rất rừ ràng.
Cỏc phương phỏp thu hồi như đó trỡnh bày ở chương 1 đú là: - Phương phỏp bay hơi
- Phương phỏp trao đổi ion - Phương phỏp điện phõn
- Phương phỏp thẩm thấu ngược - Phương phỏp lọc nano
2.3.1.7. Thay thế/thu hồi nguyờn liệu
Sử dụng hiệu quả hoỏ chất cần dựng để trỏnh lóng phớ hoỏ chất phõn xưởng đó bố trớ cỏc bể trong dõy chuyền mạ sỏt nhau, và khi cỏc gỏ đưa ra khỏi bể mạ phải dừng lại từ 5 - 10s để cho hoỏ chất khụng bỏm theo sản phẩm mạ, đồng thời phải cho sản phẩm mạ qua bể rửa thu hồi trước khi qua cỏc bể rửa khỏc.
Hầu hết cỏc quy trỡnh mạ đều cú cụng đoạn thụ động hoỏ bằng Cr(VI), Cr(III). Cr(VI) tồn tại trong cỏc bể mạ và tạo thành axit cromic (H2CrO4), là hợp chất gõy ung thư. Do đú cần thay thế hoỏ chất sử dụng Cr(VI) bằng Cr(III) sẽ mang lại một số thuận lợi sau:
• Giảm sự độc hại đối với sức khỏe khi tiếp xỳc với Cr(VI). • Ít lắng cặn trong cỏc bể mạ.
• Giảm bước chuyển húa Cr(VI) sang Cr(III) trong quỏ trỡnh xử lý nước thải. • Giảm lượng dung dịch dớnh theo ra vỡ dung dịch ớt dớnh hơn so với Cr(VI) và nồng độ dung dịch thấp hơn.
• Cr(III) sử dụng cựng những thiết bị với Cr(VI) nờn rất dễ thay thế.
Thu hồi húa chất trong dung dịch mạ bằng phương phỏp cụ đặc. Sử dụng phương phỏp rửa ngược dũng để cụ đặc lại cỏc chất thoỏt do sự lụi cuốn của chất điện phõn trong bể rửa đầu tiờn. Phương phỏp rửa ngược dũng được xem như là một giai đoạn đầu của chớnh sỏch làm sạch cỏc khối nước dựng rồi.
2.3.1.8. Một số biện phỏp quản lý bổ sung
- Xỏc định và kiểm soỏt hiệu quả của trạm XLNT, bảo đảm chất lượng nước thải trước khi thải ra hệ thống XLNT tập trung.
- Cỏc kết quả giỏm sỏt tại trạm XLNT tại cụng ty được so sỏnh với QCVN 40:2011/BTNMT. Để đỏnh giỏ hiệu quả của cỏc cụng trỡnh xử lý, nếu thấy cú sự cố bất thường kịp thời phõn tớch, xỏc định nguyờn nhõn và cú biện phỏp giải quyết.
- Lập kế hoạch kiểm soỏt ụ nhiễm mụi trường đảm bảo theo chất lượng theo yờu cầu của nhà nước. Kế hoạch cập nhật 3 thỏng/lần trong quỏ trỡnh thực hiện.
- Hàng năm, cụng ty phối hợp với cỏc cơ quan chức năng tiến hành đo đạc, tổ