3.1. Hiện trạng công nghệ sản xuất và các nguồn phát sinh dioxin/furan tại các nhà máy thuộc phạm vi nghiên cứu nhà máy thuộc phạm vi nghiên cứu
3.1.1. Các nhà máy luyện kim
Các cơng đoạn chính trong q trình sản xuất tại các nhà máy luyện kim trong phạm vi nghiên cứu được trình bày khái quát trên sơ đồ Hình 7.
Hình 7. Sơ đồ luyện kim loại chung
Trong lĩnh vực luyện kim đen, các nhà máy trong phạm vi nghiên cứu đều sử dụng cơng nghệ luyện bằng lị điện hồ quang EAF. Các cơng đoạn chính của q trình sản xuất bao gồm: nạp nguyên liệu (quặng, thép phế), nấu chảy, tinh luyện, tháo xỉ, tháo thép lỏng, quay lị về vị trí ban đầu. Khi nạp thép phế có thể bổ sung
Quặng hoặc tinh quặng
Xử lý sơ bộ trước
Hỏa luyện thơ (nấu chảy) Thủy luyện
Tinh luyện Hịa tách
Thép lỏng, khuôn thép Khử tạp
Thành phẩm Tách kim loại
gang hỏng hoặc chất trợ dung. Nguyên liệu được nấu chảy nhờ nhiệt của tia lửa điện hồ quang giữa các điện cực với vật liệu kim loại trong lò, nhiệt do các phản ứng hóa học và nhiệt bổ sung bởi các loại nhiên liệu khác như ơ xy, các loại khí đốt thiên nhiên…. Các chất trợ dung (mangan, lưu huỳnh…) được bổ sung vào lò để kết hợp với các tạp chất hoặc những hợp chất không mong muốn tạo thành xỉ.
Nhà máy thép Lưu Xá là một đơn vị thành viên trong dây chuyền sản xuất chính của Cơng ty cổ phần gang thép Thái Nguyên, là đơn vị đầu ngành trong sản xuất gang thép và cũng là một trong những đơn vị đầu tiên được thành lập của ngành công nghiệp nặng Việt Nam. Nhà máy thép Lưu Xá có cơng suất thiết kế ban đầu là 50.000 tấn/năm (1976) sử dụng cơng nghệ lị Martin. Qua nhiều năm cải tiến công nghệ, hiện nay nhà máy đã sử dụng cơng nghệ lị điện hồ quang EAF với công suất là 350.000 tấn/năm. Nguyên liệu chính được sử dụng cho luyện thép là thép phế và quặng sắt theo tỉ lệ 50-50, nhiên liệu chủ yếu là than, dầu và gas. Hàng năm, nhà máy thép Lưu Xá sử dụng 200.000 tấn thép phế, 200.000 tấn quặng sắt, 360 tấn than, 200.000 lít dầu và 30 kg gas cho q trình hoạt động của mình.
Trong quá trình sản xuất, tổng lượng nước thải của nhà máy vào khoảng 20.000 m3/năm với nước thải sinh hoạt và 700.000 m3/năm với nước tuần hoàn trong sản xuất. Chất thải rắn thông thường phát sinh 160.000 tấn/năm. Đối với chất thải rắn công nghiệp thông thường phát sinh từ nguồn thải khoảng 10 tấn/tháng được tái sử dụng hoặc tái chế (thu kim loại hoặc làm nguồn nguyên liệu cho ngành sản xuất xi măng, sản xuât tấm lợp fero). Hiện nay, nhà máy thép Lưu Xá được trang bị hệ thống lọc bụi túi vải, khí thải phát sinh từ lị luyện và khu vực sản xuất được thu gom và tách lọc bụi trong hệ thống này.
Tuy được thành lập và đi vào hoạt động được 14 năm, nhưng Công ty cổ phần hợp kim sắt Trung Việt có quy mơ sản xuất nhỏ so với Nhà máy thép Lưu Xá. Ngun liệu chính cho hoạt động sản xuất của Cơng ty là nguồn thép phế, sản phẩm của quá trình sản xuất là sắt, gang, thép thành phẩm nhưng không đa dạng. Công ty cũng sử dụng cơng nghệ lị điện hồ quang cho quá trình nấu luyện, sử dụng hệ thống lọc bụi túi vải trong xử lý khí thải trước khi ra mơi trường. Mặc dù hệ thống
nhà xưởng và ống khói chưa đảm bảo theo đúng cơng nghệ hiện đại nhưng quy mơ sản xuất của nhà máy cịn nhỏ nên lượng thải ước tính sẽ khơng cao.
So với ngành luyện kim đen thì luyện kim màu là ngành ra đời sau nhưng có vai trị quan trọng trong sản xuất kim loại màu, đặc biệt là một số kim loại quý. Nhà máy kẽm điện phân Thái Nguyên là một đơn vị thành viên của Công ty TNHH MTV Kim loại màu Thái Nguyên, là nhà máy sản xuất kẽm kim loại đầu tiên ở Việt Nam. Được đưa vào sản xuất từ năm 2005 với công nghệ sản xuất thủy luyện, nhà máy kẽm điện phân Thái Nguyên được thiết kế với công suất 10.000 tấn kẽm thỏi/năm. Nguyên liệu đầu vào là nguồn tinh quặng kẽm sunfua chứa 50% Zn và bột oxit kẽm chứa 60% Zn, mỗi loại chiếm 50%. Tinh quặng kẽm sunfua được thiêu sunfat hóa qua lị thiêu lớp sơi, sản phẩm thiêu được chuyển sang cơng đoạn hịa tách và làm sạch. Bột oxit kẽm 60% Zn được thiêu khử clo, flo qua lò nhiều tầng, sản phẩm thiêu khử chuyển sang hòa tách và làm sạch. Dung dịch sau làm sạch của hai loại trên được đưa đến khâu điện phân, sản phẩm là kẽm lá sau đó đúc thành kẽm thỏi 99,99%Zn. Khí lị thiêu lớp sơi được đưa đi sản xuất axit H2SO4 98%. Khí thải sau khi sản xuất axit sẽ được thải ra môi trường.
Nước thải sản xuất (chủ yếu là nước thải công nghệ, nước dư khi rửa kẽm điện phân và nước rò rỉ) được trung hịa bằng vơi, sau đó được đưa về bể xử lý trước khi đưa về tái sử dụng hay thải ra bên ngoài.
Bã sắt sinh ra trong khâu hòa tách cát bụi thiêu lị lớp sơi được rửa sạch, thu gom về bãi thải bã. Bã sinh ra trong q trình hịa tách bột oxit kẽm lò nhiều tầng được xử lý thành tinh quặng chì 18% cung cấp cho Nhà máy luyện chì, bã sinh ra trong quá trình làm sạch đem xử lý thu hồi Cadimi và bã đồng.
Từ năm 2011, Công ty TNHH MTV kim loại màu Thái Nguyên đã đầu tư dự án “Cải tạo nâng cao chất lượng nhà máy kẽm điện phân”. Nội dung chủ yếu là cải tiến cơng nghệ từ thủy luyện tồn phần sang bán thủy luyện, đầu tư thiết bị, nâng cao công suất hoạt động; đầu tư thêm hệ thống lò quay xử lý bã, hệ thống khử SO2 trong khí thải bằng dung dịch NH3 với mục tiêu giải quyết triệt để vấn đề môi trường do ảnh hưởng từ hoạt động của nhà máy. Tuy nhiên, qua một thời gian thực
hiện, dự án hiện nay đã tạm dừng hoạt động. Vì vậy, nhà máy kẽm điện phân Thái Nguyên hiện nay rơi vào tình trạng hoạt động khơng ổn định do công nghệ sản xuất đã lạc hậu; hệ thống xử lý khí thải mặc dù cũng được trang bị hệ thống lọc bụi túi vải, hệ thống giũ bụi khí nén và giàn búa gõ để lọc bụi trước khi luồng khí thải được thải ra mơi trường nhưng vẫn khơng đảm bảo chất lượng khí thải khi ra mơi trường. Ngoài ra, nguồn nước thải từ các hoạt động sản xuất thải ra môi trường không nhiều, xong luôn là vấn đề đáng quan tâm, đặc biệt là vào những khi thời tiết bất lợi như có mưa to, gió lớn, nước thải từ các bể xử lý tràn ra bên ngoài, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động sinh hoạt và sản xuất của các khu vực xung quanh.
Các hoạt động luyện kim nói chung đều sử dụng nhiệt độ cao, cần thiêu đốt các nhiên liệu, nguyên liệu khác nhau để cung cấp nhiệt và sự có mặt của các ion kim loại có vai trị xúc tác cho quá trình hình thành dioxin/furan.
Nguy cơ phát thải dioxin/furan từ hoạt động luyện kim có thể có thừ các nguồn sau:
- Khí thải: Khí thải của lị luyện được đưa qua hệ thống lọc bụi trước khi thải
ra mơi trường. đây có thể là nguồn phát thải lớn do các cơ sở sản xuât sử dụng thép phế liệu hoặc tận dụng nguồn nguyên liệu từ các loại dây cáp, dây điện đã qua sử dụng. Sử dụng nguồn nguyên liệu này có thể mang lại nguy cơ phát thải dioxin/furan cao do trong đó cịn chứa cặn sơn, dầu, nhựa…. Khi nung ở nhiệt độ cao, dioxin/furan có thể được hình thành, theo khí thải chứa bụi, tro đi ra ngồi.
- Nước thải: Nước thải trong quá trình sản xuất (dập bụi, làm nguội xỉ) được
thu gom về bể xử lý. Tại đây, nước thải được đưa về khoảng pH 8-8,5, lắng cặn bụi và hạ nhiệt tự nhiên. Nguồn nước xử lý đạt tiêu chuẩn sẽ quay lại sử dụng tuần hoàn trong sản xuất. Trong thực tế, lượng nước thải ra môi trường của hoạt động này khơng cao và có thể khơng được xem là nguồn phát thải dioxin/furan lớn
.- Chất thải rắn: Nguyên liệu đầu vào của quay trình sản xuất có thể là quặng hoặc phế liệu, chất tạo xỉ (đá vơi) và dịng khơng khí. Các nguồn ngun liệu này được đưa vào từ đỉnh lị trong khi khơng khí được dẫn từ đáy lị đi lên, do đó đã tạo
ra một lượng bụi tương đối lớn trong quá trình sản xuất. tro xỉ từ hoạt động sản xuất này có thể tiếp tục được đưa vào hệ thống thu hồi kim loại hoặc sử dụng làm nguyên liệu cho ngành sản xuất xi măng. Trong quá trình sản xuất, ở nhiệt độ cao dioxin/furan được hình thành có thể bám dính lên tro xỉ, bụi. Vì vậy, đây có thể xem là một nguồn phát thải dioxin/furan. Bụi trong khí thải được giữ lại từ hệ thống lọc bụi của lò cũng là một nguồn phát thải dioxin/furan.
3.1.2. Các nhà máy sản xuất xi măng
Công ty Cổ phần Xi măng La Hiên là một cơng ty có quy mơ lớn, được phát triển trên tiền thân là Nhà máy Xi măng La Hiên được thành lập từ năm 1994. Về công nghệ sản xuất, hiện nay Công ty đang tồn tại hai công nghệ sản xuất là công nghệ sản xuất xi măng lò đứng đã được cải tạo và xi măng lị quay với cơng suất lên đến 1.600.000 tấn/năm. Sản phẩm chính của Cơng ty là xi măng pooclăng hỗn hợp và clinker pooclăng thương phẩm. Công ty sử dụng thiết bị lọc bụi túi vải trước khi khí thải từ hoạt động sản xuất được thải ra môi trường.
Với công nghiệp sản xuất xi măng, nguồn phát thải lớn nhất là khí thải chứa bụi và các chất độc hại khác, trong đó có dioxin/furan. Bụi thốt ra mơi trường xung quanh từ các công đoạn: vận chuyển và chứa kho các loại vật liệu (đá vôi, đất sét, phụ gia); sấy và nung; bụi và khí từ nhiên liệu; nghiền và lưu trữ clinker. Bên cạnh đó, bụi từ các hoạt động cung cấp nguyên liệu như tại các mỏ đá vôi, mỏ cao lanh,…trực tiếp đi vào khơng khí gây ơ nhiễm nghiêm trọng. Do có các mỏ nguyên liệu đá vôi và mỏ sét ở gần (trong khoảng từ 2- 8 km) nên Công ty Cổ phần Xi măng La Hiên có thể tự khai thác phục vụ sản xuất với nguồn trữ lượng dồi dào, phục vụ ổn định cho việc sản xuất sản phẩm với thời hạn khai thác hơn 30 năm.
Công ty Xi măng Quang Sơn hoạt động từ năm 2011 với công suất thiết kế ban đầu là 1,5 triệu tấn/năm, sản phẩm chính là xi măng và clinker. Cơng ty sử dụng cơng nghệ lị quay phương pháp khơ trong sản xuất. Đặc biệt, tại công đoạn nghiền xi măng được trang bị hệ thống máy nghiền kép Horomill của hãng Fcb.Ciment (Cộng hoà Pháp) lần đầu tiên được sử dụng ở Việt Nam. Đây là các thiết bị thế hệ mới, có khả năng đáp ứng được u cầu cơng nghệ, đảm bảo năng suất ổn định, tuổi
thọ cao. Dây chuyền sản xuất chính cũng như các cơng đoạn phụ trợ đều được cơ khí hố, tự động hố mức độ cao, sản xuất ra sản phẩm có chất lượng và năng suất, giảm mức tiêu hao nhiên vật liệu.
Các cơng đoạn chính trong q trình sản xuất tại các nhà máy xi măng trong phạm vi nghiên cứu được trình bày trên sơ đồ Hình 8.
Hình 8. Sơ đồ sản xuất xi măng
Nguyên liệu thô
Hệ thống cân bằng định lượng
Nghiền nguyên liệu
Tháp trao đổi nhiệt
Nung Clinker Hệ thống cân bằng định lượng Nghiền xi măng Xử lý cuối lị Lọc bụi Ống khói Than, dầu… Lọc bụi túi vải
Lọc bụi túi vải Đóng gói và
xuất xưởng
Lọc bụi túi vải Lọc bụi túi vải
Nguyên liệu chính của được sử dụng là đá vôi (khoảng 156 tấn/năm) và đất sét (khoảng 200.000 tấn/năm). Nhiên liệu chính sử dụng để đốt là than (135.000 tấn/năm) và dầu (2 triệu kg/năm). Hệ thống kiểm sốt khí thải của nhà máy là hệ lọc bụi túi vải, hiệu suất xử lý trung bình đạt 95%.
Trong quá trình sản xuất, lượng chất thải của Công ty Xi măng Quang Sơn ra môi trường bao gồm: nước thải công nghiệp (150.000 m3/năm), nước thải sinh hoạt (18.000 m3/năm), nước tuần hoàn (1.650.000 m3/năm). Chất thải rắn thông thường bao gồm đất, đá, bao bì; chất thải nguy hại như giẻ dính dầu, bóng đèn huỳnh quang, các loại sáp và mỡ thải. Nhà máy xử lý nước thải theo phương pháp lắng lọc và tuần hoàn, bụi thải được xử lý bằng hệ thống lọc bụi túi vải và tĩnh điện.
Sản xuất xi măng là một ngành cơng nghiệp có khả năng phát thải dioxin/furan, chủ yếu là do phản ứng đốt cháy nhiên liệu và nhiệt độ cao trong lò nung nguyên liệu, đặc biệt trong những lò nung đồng xử lý chất thải nguy hại. Chất thải của các ngành công nghiệp khác như dầu nhớt, nhựa, cao su, mùn cưa… được xử lý đồng thời được tận dụng để thay thế nguồn nhiên liệu truyền thống (như than đá) nhằm giảm chi phí nhiên liệu trong q trình sản xuất.
Nguy cơ phát thải dioxin/furan từ hoạt động sản xuất xi măng có thể từ các nguồn thải sau:
- Khí thải: Khí thải được đánh giá là nguồn phát thải chính của dioxin/furan
ra mơi trường từ hoạt động sản xuất xi măng. Các nhà máy tuy có cùng cơng nghệ sản xuất lị quay nhưng hàm lượng dioxin/furan trong các mẫu khí thải có thể có sự khác biệt phụ thuộc vào cơng nghệ xử lý khí thải của ừng nhà máy. Đây là khâu có vai trò quan trọng nhất quyết định mức độ phát thải dioxin/furan ra môi trường. Sản xuất xi măng là ngành hoạt động với công suất lớn nên tổng lượng thải dioxin/furan ra mơi trường có thể sẽ rất cao.
- Nước thải: Trong sản xuất xi măng, nước được dùng chủ yếu cho các công
đoạn rửa nguyên liệu đầu vào, chuyển nhiệt, rửa khí thải…. Nước thải là một đối tượng cần chú ý trong suốt quá trình hoạt động sản xuất của nhà máy sản xuất xi măng vì sau khi qua bộ phận xử lý của các nhà máy, nguồn nước này sẽ được sử
dụng tuần hồn trong q trình sản xuất. Tuy nhiên, không phải lúc nào hệ cũng kín, nước thải trong q trình sản xuất cũng có thể được xả ra môi trường. Trong trường hợp công nghệ xử lý khơng tốt thì nguy cơ ơ nhiễm mơi trường từ nguồn nước này rất cao.
- Chất thải rắn: Chất thải rắn có thể được thu thập từ bui, tro do các quá trình
nghiền, trộn các nguyên liệu rắn trong điều kiện nhiệt dộ cao. Bụi trong khí thải sau khi qua buồng lọc (túi vải hoặc tĩnh điện) được giữ lại cũng có thể là nguồn phát thải dioxin/furan ra mơi trường.
3.2. Nồng độ dioxin/furan trong các mẫu khí thải
3.2.1. Trong ngành luyện kim
Nồng độ dioxin/furan trong các mẫu nghiên cứu
Các kết quả phân tích nồng độ dioxin/furan trong các mẫu khí thải thu thập được từ các nhà máy được trình bày trong các Bảng 10, 11 và 12.
Bảng 10. Kết quả phân tích mẫu từ cơ sở TN1
Các đồng loại dioxin/furan Nồng độ TEQ (pg/Nm3) Tỉ lệ đồng loại (%) KT- TN1.1 KT- TN1.2 KT- TN1.3 KT-TN1 (n=3) 2,3,7,8-TCDD 1,92 12,68 1,11 5,237 1,20 1,2,3,7,8-PeCDD 2,82 1,00 3,66 2,493 0,57 1,2,3,4,7,8-HxCDD 1,68 0,99 5,33 2,667 0,61 1,2,3,6,7,8-HxCDD 2,81 # 1,11 8,21 3,673 0,84 1,2,3,7,8,9-HxCDD 1,90 0,81 6,53 3,080 0,71 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 23,5 7,59 65,12 32,070 7,37 OCDD 58,1 16,35 99,98 58,143 13,36 2,3,7,8-TCDF 3,14 5,22 13,73 7,363 1,69 1,2,3,7,8-PeCDF 4,85 2,71 10,53 6,030 1,39 2,3,4,7,8-PeCDF 7,42 3,53 17,1 9,350 2,15 1,2,3,4,7,8-HxCDF 16,55 15,76 35,16 22,490 5,17
1,2,3,6,7,8-HxCDF 17,60 13,45 35,09 22,047 5,07 2,3,4,6,7,8-HxCDF 12,98 14,52 42,57 23,357 5,37 1,2,3,7,8,9-HxCDF 4,20 10,27 13,22 9,230 2,12 1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 150,23 28,5 274,04 150,92 34,68 1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 9,49 2,91 30,23 14,210 3,27 OCDF 67,83 15,19 105,38 62,800 14,43 Tổng PCDD (pg/Nm3) 92,73 39,42 189,94 107,36 Tổng PCDF (pg/Nm3) 294,29 112,06 577,05 327,80 Tổng độ độc TEQPCDD/PCDF 15,067 21,377 29,955 22,133