Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ VÀ NƯỚC TẠI LÀNG NGHỀ TÁI CHẾ SẮT THÉP CHÂU KHÊ - THÀNH PHỐ TỪ SƠN - TỈNH BẮC NINH
1.2. Cơ sở thực tiễn
1.2.3. Quy trình công nghệ sản xuất và các chất thải độc hại trong việc tái chế sắt thép ở làng nghề Châu Khê, Thành phố Từ Sơn, tỉnh Bắc Ninh
Để có một sản phẩm thép mới từ nguồn nguyên liệu là sắt thép phế liệu không đơn giản. Đó là một quy trình bao gồm nhiều công đoạn liên tiếp nhau.
a. Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu
Nguyên liệu là khâu quan trọng trong sản xuất tái chế sắt thép. Nhìn chung nhu cầu sử dụng nguyên liệu trong làng nghề tái chế sắt thép Châu Khê tương đương với nhu cầu tiêu thụ sản phẩm.
Bảng 1.3. Nhu cầu nguyên nhiên liệu phục vụ sản xuất của làng nghề Châu Khê Nguyên nhiên liệu Đơn vị Lượng tiêu thụ
Sắt thép các loại T/năm 300.000
Than T/năm 350.000
Điện năng Triệu KWh/năm 48-60
Nước làm mát máy 1000 m/năm 4500
Nước mạ kẽm m3/năm 7,2
Dầu (cán máy ) T/năm 250
Kẽm (mạ ) Kg/năm 500
H2SO4 Kg/năm 94.000
NaOH Kg/năm 1.000
Mangan (Mn đúc ) Tấn/năm 4.800
Silic (Si đúc ) Tấn/năm 4.600
Nhôm (Al đúc ) Tấn/năm 4.800
Các loại hóa ch ất khác Ít
HCl, HNO3, NaCN...
(Nguồn: Báo cáo hiện trạng môi trường Bắc Ninh 2021)
Công đoạn thu gom nguyên liệu gồm hai khâu: Thu gom và phân loại nguyên liệu.
- Thu gom nguyên liệu
Nguyên liệu chủ yếu là loại sắt vụn, đồ phế thải từ những sắt thép vụn, đầu mẩu của các công trình xây dựng, đến những tấm sắt nặng hàng trăm tạ, có khi tới hàng tấn, thậm chí có loại rất nguy hiểm cho quá trình như bom đạn… Ngoài ra thì phế liệu có cả những hàng ngoại nhập của Nhật, Anh, Mỹ… được thu mua với giá 7000-8000đ/
kg. Nhìn chung nhu cầu sử dụng nguyên liệu trong ngành tái chế sắt thép luôn tương đương với nhu cầu tiêu thụ sản phẩm.
Trước đây, nguyên liệu được mua chủ yếu ở các vùng lân cận do những người phụ nữ trong làng đảm nhận. Cùng với sự phát triển của làng nghề, việc thu mua phế liệu cũng được mở rộng sang phạm vi của các vùng và tỉnh lị lân cận như Hải Phòng, Thái Nguyên… Hiện nay tại làng nghề Châu Khê có những gia đình không trực tiếp sản xuất mà kinh doanh các loại sắt thép phế liệu này. Họ thu mua phế liệu từ những
đầu mối khắp nơi, sau đó bán lại cho các hộ sản xuất khác và các doanh nghiệp trong làng nghề.
- Phân loại phế liệu
Sau khi được thu mua, phế liệu được tập trung đổ về các xưởng sản xuất. Tại đây, những người công nhân làm theo công nhật phân loại sắt thép, họ sẽ loại bỏ những sắt thép dễ gây cháy nổ như bom đạn, vỏ bình ga… và lựa chọn ra những phế liệu quá khổ rồi dùng máy cắt hơi bằng đất đèn cắt nhỏ ra và cho vào lò nấu. Các phế liệu này sau khi phân loại thủ công được chia thành 3 loại: Thép phế liệu kích thước lớn (chiều ngang > 20 cm chủ yếu là vỏ tàu biển), thép phế liệu có kích thước trung bình (kích thước 3-5 cm, phần này chỉ có một lượng nhỏ phôi Nga), thép phế liệu có kích thước nhỏ (chiều ngang < 3 cm, chủ yếu gồm các đồ gia dụng, các chi tiết máy móc). Đây là một công đoạn phụ nhưng rất quan trọng bởi nếu không phân loại cẩn thận thì có thể xót lại những phế liệu là bom đạn sẽ gây ra những cháy nổ lớn, rất nguy hiểm cho người lao động và cơ sở sản xuất. Đây cũng là công đoạn chuẩn bị cho bước thứ hai được diễn ra dễ dàng, nhanh chóng và đỡ tốn chi phí.
Dựa trên sơ đồ hình 1.1 ta thấy ở tất cả các khâu sản xuất ra đều thải ra các chất gây ô nhiễm, trong đó phải kể đến các chất gây ô nhiễm môi trường không khí như:
bụi, tiếng ồn, SO2, N02… Ngoài ra còn một lượng nước thải kèm theo các hơi nước axit, kiềm. Chính những chất thải này đã ảnh hưởng tới sức khoẻ cộng đồng, tới sản xuất nông nghiệp…
Hình 1.1. Sơ đồ quy trình tái chế sắt thép từ phế liệu của làng nghề Châu Khê kèm theo dòng thải
b) Công đoạn sản xuất
- Công đoạn nấu và tạo phôi thép
Trước đây, khi chưa di rời cụm công nghiệp Châu Khê thì làng nghề sản xuất cả ngày lẫn đêm. Hiện nay khi phần lớn các hộ sản xuất đã di rời ra cụm công nghiệp thì thời điểm của công đoạn nấu sắt là khoảng từ 22h đếm đến 4h sáng hôm sau - thời điểm giá điện rẻ nhất. Mỗi năm nhu cầu tiêu thụ điện của làng nghề khoảng 48-60 triệu kwh/năm. Vì vậy, vào ban ngày không khí sản xuất sẽ không tấp nập như các làng nghề khác. Nhưng vào ban đêm, khi các lò nấu thép hoạt động, bụi khó tưởng như sương mù trong đêm trở nên dày đặc kèm theo mùi. Sau khí phân loại, cắt nhỏ thì phế liệu được bỏ vào lò cùng với một số hoá chất như magan, silic, titian… các hoá chất này sẽ được bỏ vào với những thành phần và tỉ lệ khác nhau tuỳ theo loại sản phẩm mà cơ sở xác định ra lò. Một mẻ nấu được thực hiện trong khoảng 2 tiếng. Trong quá trình nấu, những chất bẩn ở sắt chưa qua xử lý, làm sạch sẽ nổi trên bề mặt và được vớt bỏ. Khi nguyên liệu được tan chảy toàn bộ, sắt ở dạng lỏng được đổ vào 1 thùng có thành dày, sau đó người công nhân đổ thép nóng chảy vào các khuôn bằng bê tông và để cho tới khi nguội lạnh thành các phôi sắt có dạng hình thanh để tiện cho việc cán thành thép sản phẩm và dễ dàng cho việc vận chuyển. Các lò nấu thép của làng nghề chủ yếu là các lò rất cũ, công nghệ lạc hậu và nhập từ Trung Quốc có công suất tiêu thụ điện 250 kWh và đạt nhiệt độ 16000C với số lượng trên 30 lò. Vì vậy tất cả mọi công việc của công đoạn này đều mang tính chất thủ công. Các lò nấu hoạt động theo nguyên lý điện từ, tức chạy bằng điện. Khi các lò đang nấu sắt thép thì nhiệt độ trong lò rất cao, nó đòi hỏi phải có hệ thống làm mát lò trong quá trình hoạt động. Hầu hết hệ thống nước này được bơm từ con sông Ngũ Huyên Khê và từ các giếng khoan cỡ lớn, sau đó lại bơm thải trực tiếp ra sông Ngũ Huyện Khê mang theo rất nhiều kim loại nặng mà không qua một biện pháp xử lý nào. Trung bình mỗi năm làng nghề tiêu thụ 64620 m3/năm nước phục vụ trong quá trình sản xuất. Công đoạn này là một công đoạn tạo ra lượng bụi, khí thải tương đối lớn trong quá trình sản xuất thép.
- Công đoạn cán
Các phôi sắt đưa vào một lò nung thủ công cho đến khi nóng chảy, sau đó thanh phôi thép này được đưa qua máy cán, cán đi, cán lại nhiều lần tạo thành các sản phẩm
theo ý muốn. Vì phôi thép được nung trong các lò thủ công tự xây dựng nên các lò nung này chỉ có nhiệm vụ là tạo nhiệt để nung phôi thép đồng thời thải ra với nồng độ SO2, CO2, CO... tương đối cao.
Đối với công đoạn cán thì các máy cán này cũng cần có hệ thống nước thải làm mát. Nước làm mát máy cũng bơm hút từ ngoài sông hoặc là nước giếng khoan giống như nước làm mát lò nấu, tuy nhiên khi nước thải này còn nhiều chất độc hại hơn so với nước làm mát tại lò nấu. Nước thải do công đoạn này thường nhiễm dầu mỡ của máy cán và vụn thép do quá trình cán tạo ra (mỗi năm làng nghề sử dụng 359 tấn/ năm dầu và sản xuất). Điều đáng nói hơn cả là nước thải này thường chảy lênh láng ra đường hoặc thải ra ngay xưởng mà không có biện pháp xử lý, khắc phục nào.
Trong xưởng sản xuất lò nung và máy cán được sắp đặt gần nhau để cho quá trình cán thép diễn ra một cách dễ dàng nhất. Tuy nhiên đây cũng là công đoạn nguy hiểm nhất đối với người lao động trong quy trình sản xuất thép,
Qua bước gia công này, sản phẩm thép xây dựng và thép dẹt đã đạt yêu cầu về hình dạng và chất lượng, có thể sử dụng. Thép cuộn sau cán được đưa tới các hộ rút thép là dây buộc. Trước khi rút thép, thép cuộn được hàn chập với nhau để tạo độ dài theo yêu cầu. Sản phẩm thép dây buộc có thể đưa tới các hộ sản xuất đinh. Ở đây, thép dây được đưa qua các máy cắt đinh để cắt và tạo mũi nhọn. Để tạo định như trên thị trường, từ các máy cắt được đưa vào các thùng có axit HNO3 và tráng tạo bề mặt sơn và sáng bóng.
Sản phẩm dây dạng cuộn mạ kẽm phần lớn được sử dụng để đan rào chắn B40 hay dây thép gai, phần còn lại được sử dụng làm dây buộc chất lượng cao.
- Quy trình mạ kẽm thép dây buộc gồm các bước:
+ Thép dây buộc được đưa vào lò nung gia công nhiệt.
Hình 1.2. Quy trình gia nhiệt, tẩy rỉ và mạ kẽm điện
+ Sau khi nung thép dây buộc cứng trở nên mềm hơn và được đưa vào hệ thống mạ. Ở đây thép được đưa qua bể chứa acid H2SO4 để tẩy sạch rỉ sắt theo phản ứng:
Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
+ Thép sau tẩy rỉ được đưa qua bể nước cộng xút nguội để rửa axit rồi tiếp tục đưa qua bề mạ, bằng quá trình mạ điện kẽm trong bể mạ phủ lên bề mặt thép yêu cầu.
+ Từ bể mạ, thép được đưa tới các bể nguội và cuối cùng là bể nước nóng (50- 70oC) để cố định kẽm mạ và tạo bề mặt nhẵn cho dây thép.
Theo sơ đồ 1.3 chúng ta có thể thấy, do công nghệ áp dụng còn lạc hậu, các khâu sản xuất thủ công vẫn là chủ yếu nên hầu hết các thiết bị đều thải ra các chất thải trong sản xuất. Chủ yếu là tiếng ồn do các máy cán thép, máy làm đinh, các lò nung tạo ra một lượng bụi, tiếng ồn, khí thải và xỉ than lớn. Bên cạnh đó còn thải ra một lượng nước thải, hơi axit do quá trình làm mát máy, mạ máy…
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ sản xuất tổng hợp kèm theo dòng thải
Tiểu kết chương 1
Để có căn cứ tiến hành các nội dung nghiên cứu ở chương 2 và chương 3 của đề tài, trong đó chương 1 tác giả đã xây dựng được cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài.
Trong đó, đã nêu ra một số khái niệm liên quan đến nội dung nghiên cứu như khái niệm và các tác nhân gây ô nhiễm môi trường và các loại môi trường nước, ô nhiễm môi trường không khí. Khái niệm về làng nghề và những tác động của làng nghề đến tự nhiên, kinh tế- xã hội và sức khoẻ người dân. Tác giả cũng đưa ra một số cơ sở thực tiễn về hiện trạng ô nhiễm môi trường nói chung, ô nhiễm nước và không khí nói riêng tại làng nghề Việt Nam và tỉnh Bắc Ninh. Ngoài ra, tác giả cũng đã phân tích sơ đồ các công đoạn sản xuất cũng như các nguồn thải trong quy trình sản xuất của các làng nghề tái chế sắt thép Châu Khê. Đây là những căn cứ quan trọng giúp cho việc nghiên cứu các nội dung tiếp theo của đề tài được hoàn chỉnh và rõ ràng hơn.
Chương 2
ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ VÀ NƯỚC Ở LÀNG NGHỀ TÁI CHẾ SẮT THÉP CHÂU KHÊ,
THÀNH PHỐ TỪ SƠN, TỈNH BẮC NINH