Các làng nghề sản xuất cơ khí của xã Thanh Thùy có bề dày truyền thống lâu đời, các sản phẩm trƣớc đây chỉ là các sản phẩm phục vụ nông nghiệp. Tính đến nay, xã Thanh Thùy có 5 thôn đều làm cơ khí với tổng số hộ là 1.223 hộ, tập trung nhiều nhất ở 2 thôn Rùa Hạ và Rùa Thƣợng. Số lao động làm nghề cơ khí là khoảng 3.131 lao động với mức thu nhập bình quân một tháng là 4.931.000 đồng.
Nghề cơ khí của xã đƣợc sản xuất tiêu thụ chủ yếu trong nƣớc (78% vào năm 2012), xuất khẩu nƣớc ngoài chỉ chiếm 22%. Nguồn nguyên liệu chủ yếu là tôn, sắt thép các loại đạt 6425 tấn (năm 2012), nguyên liệu sản xuất bao gồm cả phế thải sắt thép công nghiệp đƣợc thu gom nhiều nơi. Sản phẩm cơ khí đạt 6103 tấn (năm 2012), sản phẩm cơ khí đa dạng tùy vào đơn đặt hàng và nhu cầu của thị trƣờng, ví dụ nhƣ: các linh kiện cho thiết bị điện, thiết bị vệ sinh, phụ kiện xe đạp, xe máy, linh kiện quạt,… Nguồn năng lƣợng chính để sản xuất là điện, than; lƣợng điện tiêu thụ khoảng trên 2 triệu KWh.
Nhiên liệu, hoá chất sử dụng trong làng nghề
- Nguyên vật liệu: Sắt thép phế liệu nhƣ vỏ ô tô, vỏ tàu biển cũ, các phế liệu từ
các vật gia dụng và các phƣơng tiện sản xuất, máy móc cũ đã bị thải loại. Các phế liệu này đƣợc phân thành 3 loại chính sau:
+ Thép phế liệu có kích thƣớc lớn đƣợc đƣa đến bãi tập trung và đƣợc cắt
36
+ Thép phế liệu có kích thƣớc trung bình đƣợc đƣa qua lò nung để tạo điều
kiện thuận lợi cho quá trình cán đƣợc dễ dàng.
+ Thép phế liệu nhỏ đƣợc đƣa vào lò luyện thép.
Ngoài ra, trong hoạt động của làng nghề còn sử dụng một lƣợng lớn sắt thép nguyên liệu là tôn đƣợc nhập khẩu từ Trung Quốc.
- Nhiên liệu: Than (than cục và than cám), than củi, dầu dùng để cung cấp cho các lò
nung. Ƣớc tính trung bình mỗi năm làng nghề sử dụng khoảng 6.000 tấn than.
- Năng lƣợng: Điện năng dùng để cung cấp cho các lò nấu kim loại và cho
sinh hoạt đƣợc cung cấp từ các trạm điện trong xã.
- Hoá chất: Dung dịch mạ kẽm: Kẽm oxit (ZnO), kẽm xianua Zn(CN)2, natri xianua (NaCN), natri sunfua (Na2S), chất hoạt động bề mặt, chất tạo bóng; dung dịch H2SO4, HCl, NaOH…(Bảng 3.1)
Ngoài ra trung bình mỗi ngày làng nghề còn sử dụng một lƣợng nƣớc đáng kể (khoảng 25m3) để làm nguội các sản phẩm sau cán, nƣớc làm mát thiết bị và rửa thiết bị.
Bảng 3.1 Nguyên, nhiên liệu, hoá chất của làng nghề Thanh Thùy TT Nguyên, nhiên liệu,
hoá chất Đơn vị Lƣợng Ghi chú
1 Thép phế liệu tấn/ngày 15- 17 Thu mua
2 Thép nguyên liệu tấn/ngày 17- 20 Nhập từ Trung Quốc
3 Than các loại tấn/ngày 15-16 Quảng Ninh
5 Điện năng KW/ngày 200 – 300
6 Hoá chất các loại kg/ngày 200 – 350 Trung quốc, Nhật 7 - Nƣớc cho sản xuất
- Nƣớc sinh hoạt m
3/ngày 25 – 30 1500 – 2000
Lấy từ giếng khoan, giếng khơi
Sản phẩm và thị trường tiêu thụ sản phẩm.
Sản phẩm của làng nghề bao gồm thép xây dựng, thép dây, thép tấm, đinh gim, bản lề, chốt cửa, cửa hoa, cửa xếp…Riêng các loại sản phẩm nhƣ dây thép, bản lề, ke, chốt, sau khi định hình xong đƣợc đƣa qua bể mạ để mạ chống gỉ và nâng cao chất lƣợng sản phẩm, đáp ứng đƣợc nhu cầu của ngƣời tiêu dùng. Ƣớc tính hàng năm làng nghề sản xuất ra khoảng 6200 tấn sản phẩm. Nhiều sản phẩm của
37
làng nghề không những đƣợc tiêu thụ tại các tỉnh trong cả nƣớc mà còn đƣợc xuất khẩu sang Trung Quốc, Đài Loan… nhƣ: dây thép, thép xây dựng, bản lề.
Các quy trình sản xuất nhƣ sau:
a. Quy trình cắt, đột dập
Nguyên liệu đầu vào thƣờng là các tấm thép, độ dày mỏng của các tấm thép này phụ thuộc vào độ dày mỏng của sản phẩm. Các sản phẩm cơ khí thƣờng đƣợc làm theo đơn đặt hàng, đơn vị có nhu cầu mang sản phẩm mẫu đến hoặc mang khuôn sản phẩm đến cho hộ làm cơ khí xem xét, tùy thuộc vào khối lƣợng sản phẩm mà hai bên định giá giá trị hợp đồng. Trong trƣờng hợp sản phẩm có kích thƣớc mới, mà bên đặt hàng không có khuôn mẫu, hộ làm cơ khí sẽ tự tiến hành làm khuôn, việc làm này mất khoảng 15 – 20 ngày. Tuy nhiên một vài hộ vẫn tự làm thêm các sản phẩm cơ khí phổ biến nhƣ long đen, ốc vít,…. Các thiết bị sử dụng trong đột dập thƣờng là các thiết bị cũ, không có bảng điều khiển điện tử, theo nhƣ đƣợc hỏi (không tính các hộ làm nghề quy mô công ty) thì chỉ có 2 hộ dân trang bị thiết bị đột dập “mắt thần cảm ứng” nhằm tránh tai nạn nghề nghiệp. (Chi cục bảo vệ môi trƣờng Hà Nội, 2012).
b. Quy trình tẩy sơn
Hình 3.1. Qui trình tẩy sơn
- Thùng phi sẽ đƣợc cắt thành tấm dài.
- Bể ngâm sơn thƣờng đƣợc xây dựng bằng bể xi măng kiên cố.
- Rửa sạch lại thùng phi bằng nƣớc thƣờng đƣợc sử dụng bằng một máy bơm công suất lớn.
Từ bảng 3.2 phần nào cho ta thấy lƣợng vật chất đầu vào và đầu ra của một số công đoạn trong sản xuất của làng nghề cơ khí Thanh Thùy. Từ kết quả phiếu điều tra nông hộ cho ta số liệu vật chất đầu vào của các công đoạn sản xuất và cách tính tổng tải lƣợng trung bình/ngày của Đặng kim Chi, ta có kết quả bảng 3.2. Qua
Phế liệu, vỏ thùng phi Ngâm xút để tẩy sơn 3-5 ngày Rửa sạch bằng nƣớc Cán phẳng bằng máy Tôn tấm Cắt theo kích thƣớc đặt hàng
38
đó ta thấy đƣợc lƣợng chất thải ra ảnh hƣởng tới môi trƣờng tại làng nghề.
Bảng 3.2 Kiếm toán vật chất cho các công đoạn chính của quá trình tái chế cơ khí làng nghề Thanh Thùy
(Tính theo tấn sản phẩm/ năm).
Công đoạn
Vật liệu vào Vật liệu ra Dòng thải
Loại Số lƣợng, (tấn) Loại Số lƣợng, (tấn) Rắn Lỏng Khí Gia công sơ bộ Sắt thép phế liệu (kích thƣớc lớn) 6425 Sắt thép kích thƣớc phù hợp 6103 Vụn kim loại và phế phẩm kim loại: 321tấn (chiếm 5%)
Bụi kim loại (chiếm 0,05%) 3,213 Gia công sản phẩm gia dụng (Đột dập, cán ) +Thép dẹt + Thép tấm +Thép cuộn 6000 + Bản lề, ke, chốt… + Đinh + Dây thép các loại 5700 + Kim loại đầu mẩu: 240- 480 tấn (chiếm 4 ÷8% nguyên liệu) + Xỉ than: 390tấn (chiếm 6,5% than) +Nƣớc làm mát: 144m3 (thất thoát 2%) + Nƣớc tẩy rửa 360m3 ( thất thoát 5%) + Khí lò (CO2,SO2,CO, NOX,…) (chiếm 0,02%) 1,2 +Bụi: 9,42 ÷ 11,304tấn (sinh ra do quá trình đốt than). Than 6000 Nƣớc (m3) 7200
Nhìn chung nguyên liệu sản xuất các sản phẩm kim loại chủ yếu mất mát từ quá trình gia công các sản phẩm nhƣ đột dập,.. Lƣợng hao hụt nguyên liệu chiếm từ 2-7% lƣợng nguyên liệu đầu vào. Chất thải sinh ra từ hoạt động sản xuất chủ yếu là xỉ than, vụn kim loại, khí thải từ lò đốt (chiếm từ 4- 8% nguyên liệu đầu vào). Tổng chất thải rắn phát sinh gần 1000 tấn/năm. Dựa theo quy trình sản xuất của ngành nghề này thì nƣớc thải gây ô nhiễm chủ yếu phát sinh từ công đoạn làm mát máy và làm mát sản phẩm (thất thoát 2%)... Nƣớc làm mát ở đây tuy không tham gia hoàn toàn vào trong chu trình sản xuất, nhƣng chỉ với việc tƣới làm mát sản phẩm trong
39
máy cán đã kéo theo một lƣợng lớn các chất cặn bã (thành phần chủ yếu là mạt sắt và dầu bôi trơn máy) xuống hệ thống cống rãnh và hồ chứa. Tổng lƣợng nƣớc thải ra môi trƣờng trong công đoạn đột dập và cán chiếm hơn 500m3 nƣớc/năm. Lƣợng nƣớc này không thông qua hệ thống xử lý mà thải trực tiếp vào cống thải chung của thôn đã ảnh hƣởng lớn tới chất lƣợng môi trƣờng của làng nghề.
c. Quy trình mạ các sản phẩm kim loại
* Công nghệ mạ điện tại làng nghề chủ yếu bao gồm: chuẩn bị bề mặt trƣớc khi mạ, mạ, hoàn thiện sản phẩm sau mạ, pha chế dung dịch và các khâu phụ trợ khác.
- Phôi hình thành nhập về từ các xƣởng chế tạo phôi trƣớc tiên đƣợc xử lý bề mặt nhằm loại bỏ lớp rỉ, tạo bề mặt nhẵn bóng và dễ bám và phủ đều dung dịch mạ. Các bƣớc xử lý bề mặt bao gồm mài bóng, quay bóng, tẩy gỉ, tẩy dầu mỡ và hoạt hóa.
- Mài và đánh bóng: mài và đánh bóng là phƣơng pháp cơ học nhằm loại bỏ hết gỉ oxi, chất bẩn, bavia, khuyết tật và đạt đƣợc độ nhẵn, độ bóng theo yêu cầu cho bề mặt kim loại. Công đoạn này đƣợc thực hiện bằng cách dùng máy mài, máy nửa tự động, máy tự động,… làm quay bánh mài hoặc quay các vòng băng, trên mặt có gắn các hạt mài và tỳ các vật cần gia công vào để mài hoặc đánh bóng.
- Quay bóng: quay để làm sạch bề mặt cho các vật khỏi các vết bẩn, mùn tẩy trong axit, bavia, khuyết tật; quay còn để mài và đánh bóng bề mặt nữa. Quay các vật gia công đồng thời với vật liệu mài hay đánh bóng trong các chuông quay hay thùng quay. Có thể quay khô có hay không có vật liệu mài hoặc quay ƣớt cùng chất lỏng và vật liệu mài. Tại Thanh Thùy, quay bóng thƣờng là quay ƣớt và kết hợp với tẩy gỉ và tẩy dầu mỡ.
- Tẩy gỉ: đối với kim loại đen, bề mặt lớp mạ thƣờng phủ một lớp gỉ gồm các hidroxit sắt. Tẩy hóa học để loại bỏ chúng thƣờng dùng axit loãng hay HCl. Tại các cơ sở mạ khảo sát, công việc tẩy rỉ thƣờng tiến hành theo cách phôi đƣợc cho vào máy quay với dung dịch axit HCl 3:10 trong vòng 30 phút. Đối với nhôm và hợp kim nhôm thì quá trình tẩy rửa đƣợc tiến hành trong dung dịch kiềm NaOH. Chất thải là nƣớc thải chứa kiềm hoặc axit, chứa cặn bẩn kim loại và đất cát, dầu mỡ; khí thải chủ yếu là hơi kiềm hoặc axit, phạm vi ảnh hƣởng là môi trƣờng làm việc.
40
- Tẩy dầu mỡ: có nhiều phƣơng pháp để tẩy dầu mỡ nhƣ tẩy bằng dung dịch dung môi hữu cơ, tẩy dầu mỡ hóa học, tẩy dầu mỡ điện hóa. Tại Thanh Thùy sử dụng phƣơng pháp tẩy dầu mỡ bằng xút NaOH trong 2 đến 3 giờ sau khi tẩy gỉ bằng HCl. Theo cách này, loại dầu mỡ có nguồn gốc động thực vật có thể tác dụng với xút thành xà phòng tan đƣợc trong nƣớc. Ví dụ, stearin có nhiều trong mỡ tác dụng với dung dịch NaOH tạo thành natri stearat (xà phòng) tan trong nƣớc thành dung dịch keo:
Tuy nhiên loại có nguồn gốc khoáng vật không có khả năng xà phòng hóa nên chỉ tẩy đƣợc chúng bằng dung môi hay bằng chất tẩy rửa đặc biệt. Do vậy trong công nghiệp, dung dịch tẩy thƣờng có các thành phần là xút và các chất hoạt động bề mặt đặc biệt. Xút là chất quan trọng nhất để làm sạch kim loại, ngoài tác dụng nói trên nó còn phá hủy nhiều chất hữu cơ, hòa tan kim loại lƣỡng tính và các oxit của chúng.
- Hoạt động bề mặt kim loại và thụ động Crom: hoạt hóa bề mặt kim loại làm mất đi lớp oxit cực kỳ mỏng, mắt không nhìn thấy, sinh ra ngay trong quá trình gia công tại xƣởng mạ: đánh bóng, tẩy dầu mỡ, rửa, vận chuyển… Hoạt hóa làm cho lớp kim loại ngoài cùng cũng đƣợc tẩy nhẹ làm lộ rõ cấu trúc của kim loại nền, giúp cho lớp mạ bám chắc hơn. Các chi tiết đƣợc hoạt hóa ngay trƣớc lúc nhúng vật vào bề mặt bằng dung dịch axit H2SO4 0,5%. Chất thải là nƣớc thải chứa axit các chất hữu cơ.
- Quá trình mạ: mạ điện là quá trình kết tủa kim loại lên bề mặt nền một lớp phủ có những tính chất cơ lý hóa. Trong bể mạ chứa một dung dịch gồm hỗn hợp của nhiều hóa chất khác nhau. Thông thƣờng không thể thiếu đƣợc là muối của kim loại mạ, chất điện ly đƣợc đƣa vào dung dịch để tăng độ dẫn điện, các chất đệm, các phụ gia hữu cơ, chất tạo bóng.
41
Hình 3.2 Sơ đồ quy trình mạ niken và dòng thải
+ Đối với mạ niken:
Phôi đƣợc nhúng vào bể mạ chứa dung dịch mạ là NiSO4 và chất trợ dung là H3BO3, NaCl, NH4Cl; chất mạ bóng BK, đƣợc sử dụng là chất tạo bóng cứng, do đó dung dịch đƣợc bổ sung thêm đƣờng sacarin là chất làm mềm. Thời gian mạ từ 4-5 phút với cƣờng độ dòng điện 5A/dm2
. Sau thời gian đó, sản phẩm đƣợc lấy ra và cho qua chậu thu hồi để thu lại dung dịch còn dính trên bề mặt, đƣợc cho qua các chậu nhúng nƣớc sạch và dung dịch H2SO4 0,5% để làm sạch trƣớc khi cho qua bệ mạ crom. Sản phẩm sau mạ niken sẽ đƣợc mạ qua Cr trong thời gian 2 – 3 giây cùng với cƣờng độ dòng nhƣ trên với mục đích trang trí cũng nhƣ bảo vệ lớp bề mặt vì Cr là chất rất bền với nhiệt độ và có độ cứng cao.
42
Hình 3.3 Sơ đồ quy trình mạ kẽm và dòng thải
+ Đối với mạ kẽm xyanua
Dung dịch mạ là ZnCl2, sử dụng chất trợ dung là NH4Cl và chất mạ bóng AZA-AZB. Sản phẩm sau mạ đƣợc thụ động hóa bề mặt trong dung dịch CrO3, - H2SO4 giúp tăng thẩm mĩ và tạo độ bền cho sản phẩm. Chất thải là nƣớc thải chủ yếu chứa các kim loại nặng nhƣ Ni, Cr, Zn ở dạng hòa tan và cặn, nƣớc thải chứa nhiều axit, các chất hữu cơ và phốt pho. Ngoài ra còn có xyanua hoặc amon tùy thuộc vào kỹ thuật mạ. Nƣớc thải mạ là nguồn thải đáng quan tâm nhất của quy trình mạ sản phẩm kim loại. Khí thải chủ yếu là hơi dung dịch sinh ra từ các bể mạ có thành phần kim loại nặng và các axit.
43
Hoàn thiện sản phẩm: các chi tiết mạ niken sau khi qua lớp mạ bảo vệ crom đƣợc tiếp tục làm sạch qua một lần nƣớc, kiềm và một lần nƣớc nữa trƣớc khi đem sấy. Các chi tiết mạ kẽm nếu muốn sản phẩm màu trắng bạc thì phôi sẽ đƣợc rửa sạch và nhúng kiềm, còn nếu tạo sản phẩm có màu vàng ánh thì sau khi mạ, để ráo 20 phút sau đó rửa bằng nƣớc. Tiếp đó các chi tiết đƣợc tháo gỡ khỏi giá treo thủ công và đƣợc sấy khô bằng phơi nắng hoặc bằng lò sấy thủ công để cho sản phẩm mạ hoàn chỉnh. Chất thải là nƣớc thải, thành phần tƣơng tự nƣớc thải mạ điện nhƣng nồng độ thấp hơn.
Vật chất cho các công đoạn mạ của quá trình tái chế cơ khí làng nghề Thanh Thùy (Tính theo tấn sản phẩm/ năm) đƣợc thể hiện qua bảng 3.3.
Từ kết quả phiếu điều tra nông hộ cho ta số liệu vật chất đầu vào của các công đoạn sản xuất và cách tính tổng tải lƣợng trung bình/ngày của Đặng kim Chi, ta có kết quả bảng 3.3.
Tổng lƣợng chất thải rắn chiếm 0,3% lƣợng nguyên liệu đầu vào, khoảng 12 tấn/năm.
Công nghệ mạ cần rất nhiều nƣớc để rửa trong suốt quá trình mạ nhằm tránh lẫn hóa chất từ bể này theo vật gia công sang bể khác, làm sạch bề mặt nền để tăng độ gắn bám của lớp mạ, loại bỏ hết hóa chất khỏi sản phẩm ở nƣớc cuối cùng để đảm bảo vẻ đẹp và độ bền cho sản phẩm. Thông thƣờng cần đến 2m3 nƣớc cho 1m2
bề mặt gia công. Do đó tổng lƣợng nƣớc tiêu thụ sẽ rất lớn, đồng thời lƣợng nƣớc thải mang nhiều hóa chất độc hại cần xử lý cũng không nhỏ. Quá trình mạ niken hay mạ kẽm có các công đoạn tƣợng tự nhau, chỉ khác nhau về hóa chất sử dụng. Tác giả gộp nguyên liệu đầu vào và đầu ra của 2 quá trình mạ trong bảng 3.3. Tổng lƣợng nƣớc cần tiêu thụ chiếm 9000 m3/năm, lƣợng nƣớc thải chiếm 4500 m3/năm. Tuy lƣợng nƣớc thải lớn, chứa nhiều kim loại nặng và hóa chất độc hại nhƣng các chủ xƣởng sản xuất không quan tâm đến việc phân luồng dòng thải , tất cả đều đƣợc