Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ô nhiễm môi trường không khí từ hoạt động sản xuất công nghiệp nặng là một trong những thách thức lớn đối với quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam. Trong các ngành sản xuất vật liệu xây dựng, công nghiệp sản xuất xi măng có nguy cơ phát thải lớn về bụi, khí độc hại (CO, SO₂, NOₓ) và nhiệt dư, tác động trực tiếp đến môi trường vi khí hậu và đời sống của cộng đồng dân cư khu vực lân cận. Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Hà Phương Nam (ngành Khoa học Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên, thực hiện năm 2018 dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Thị Huệ) tập trung nghiên cứu thực tế tại Công ty Cổ phần Xi măng La Hiên VVMI – đơn vị sản xuất xi măng đóng trên địa bàn xã La Hiên, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.

Công ty Cổ phần Xi măng La Hiên VVMI vận hành dây chuyền sản xuất xi măng poóc lăng (PCB 30, PCB 40) và clinker thương phẩm (Cpc 40, Cpc 50, Cpc 60) theo công nghệ lò quay phương pháp khô. Công suất thiết kế tổng thể của 02 dây chuyền sản xuất đạt 1.000.000 tấn/năm, công suất thực tế ghi nhận khoảng 600.000 tấn/năm. Hoạt động này đóng góp quan trọng vào ngân sách và phát triển kinh tế - xã hội của huyện Võ Nhai cũng như tỉnh Thái Nguyên. Tuy nhiên, việc vận hành dây chuyền công suất lớn đặt ra yêu cầu kiểm soát nghiêm ngặt các nguồn thải vào môi trường không khí xung quanh, bao gồm khí thải ống khói, bụi phát sinh từ các công đoạn đập nghiền, vận chuyển nguyên vật liệu và hoạt động của các phương tiện cơ giới.

Theo trình bày trong văn bản, mục tiêu của đề tài bao gồm 3 nội dung đánh số cụ thể:

  1. Đánh giá hiện trạng môi trường không khí tại Công ty Cổ phần Xi măng La Hiên - VVMI xã La Hiên, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.
  2. Tìm ra những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường không khí tại Công ty Cổ phần Xi măng La Hiên - VVMI xã La Hiên, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.
  3. Đề xuất một số biện pháp khắc phục giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khí, đảm bảo sức khỏe cho người dân.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn như sau:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hiện trạng môi trường không khí (bao gồm khí thải công nghiệp từ ống khói, không khí môi trường làm việc và không khí môi trường xung quanh).
  • Phạm vi không gian: Khu vực mặt bằng sản xuất và khu vực dân cư lân cận của Công ty Cổ phần Xi măng La Hiên VVMI, nằm dọc theo Quốc lộ 1B thuộc địa bàn xã La Hiên, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên (tọa độ địa lý khoảng 21°41'B và 105°53' - 105°54'Đ, cách trung tâm thành phố Thái Nguyên khoảng 20 km).
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ tháng 01 đến tháng 05 năm 2018; nguồn dữ liệu quan trắc phục vụ đánh giá là chuỗi số liệu giám sát định kỳ 3 đợt trong năm 2017 và đối chứng với 3 đợt trong năm 2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hệ thống khái niệm lý luận môi trường, các căn cứ pháp lý của Nhà nước Việt Nam về kiểm soát khí thải công nghiệp xi măng, kết hợp cùng các phương pháp đo đạc thực nghiệm tại hiện trường và phân tích chuẩn trong phòng thí nghiệm.

Về cơ sở lý luận và pháp lý, tác giả căn cứ vào:

  • Các khái niệm nền tảng về môi trường, ô nhiễm môi trường, tiêu chuẩn môi trường và quy chuẩn kỹ thuật môi trường theo quy định tại Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam số 55/2014/QH13 (được Quốc hội khóa XIII thông qua ngày 23/6/2014, có hiệu lực từ ngày 01/01/2015).
  • Khung kỹ thuật quản lý và giám sát: Thông tư số 28/2011/TT-BTNMT quy định quy trình kỹ thuật quan trắc môi trường không khí xung quanh và tiếng ồn; Thông tư số 21/2012/TT-BTNMT quy định về việc đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng trong quan trắc môi trường; Nghị định số 80/2006/NĐ-CP và Nghị định số 21/2008/NĐ-CP của Chính phủ; Thông tư 26/2011/TT-BTNMT hướng dẫn về ĐTM và cam kết bảo vệ môi trường; Quyết định số 108/QĐ-UBND ngày 12/01/2007 của UBND tỉnh Thái Nguyên phê duyệt Báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) dự án đầu tư mở rộng nâng công suất Nhà máy xi măng La Hiên.
  • Quy chuẩn so sánh: QCVN 23:2009/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp sản xuất xi măng). Nồng độ tối đa cho phép ($C_{max}$) được tính toán theo công thức: $$C_{max} = C \times K_p \times K_v$$ Trong đó, giá trị $C$ áp dụng theo Cột B2 (áp dụng cho tất cả các cơ sở sản xuất xi măng từ ngày 01/01/2015); hệ số lưu lượng nguồn thải/công suất $K_p = 1,0$ (tương ứng với công suất thiết kế từ 0,6 đến 1,5 triệu tấn/năm); hệ số vùng $K_v = 1,4$ (tương ứng với cơ sở nằm tại khu vực loại 5: nông thôn, miền núi).

Về phương pháp nghiên cứu thực tế, tác giả kết hợp ba nhóm phương pháp chính:

  1. Phương pháp kế thừa và thu thập tài liệu thứ cấp: Thu thập các báo cáo, tài liệu thống kê về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của huyện Võ Nhai và xã La Hiên; báo cáo giám sát môi trường định kỳ của Công ty CP Xi măng La Hiên giai đoạn 2016 - 2017; các tài liệu kỹ thuật về công nghệ sản xuất xi măng lò quay khô.
  2. Phương pháp đo tại hiện trường: Sử dụng các thiết bị đo đạc trực tiếp các thông số vi khí hậu và nguồn thải theo các tiêu chuẩn kỹ thuật quy định:
    • Nhiệt độ khí thải: Phương pháp nội bộ PPNB 12 (dải đo 0 ÷ 1200 °C).
    • Lưu lượng khí thải: EPA Method 2.
    • Tiếng ồn: TCVN 7878-2:2010 (dải đo 30 ÷ 140 dBA).
    • Vi khí hậu (nhiệt độ 0 ÷ 50 °C, độ ẩm 10 ÷ 90% RH, tốc độ gió 0,4 ÷ 30 m/s): QCVN 46:2012/BTNMT.
    • Độ rung: TCVN 6963:2001 (dải đo 30 ÷ 120 dB).
  3. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: Áp dụng quy chuẩn EPA, SMEWW và tiêu chuẩn quốc gia TCVN:
    • Khí thải công nghiệp: $NO_x$ theo EPA Method 7 (giới hạn phát hiện 5 $mg/Nm^3$); $SO_2$ theo EPA Method 6 (giới hạn phát hiện 3,4 $mg/Nm^3$); $CO$ theo TCVN 7242:2003 (giới hạn phát hiện 20 $mg/Nm^3$); Bụi tổng theo EPA Method 5 (giới hạn phát hiện 50 $mg/Nm^3$).
    • Không khí xung quanh: $NO_2$ theo TCVN 6137:1996 (giới hạn 5 $\mu g/m^3$); $SO_2$ theo TCVN 5971:1995 (giới hạn 3,2 $\mu g/m^3$); $CO$ theo PPNB03 (giới hạn 1,2 $mg/m^3$); $CO_2$ theo PPNB04 (giới hạn 1,2 $mg/m^3$); Tổng bụi lơ lửng (TSP) theo TCVN 5067:1995 (giới hạn 0,05 $mg/m^3$).

Mạng lưới điểm quan trắc được thiết lập gồm 12 vị trí:

  • 02 điểm quan trắc khí thải ống khói: OK1 (Ống khói lò nung clinker, tọa độ 21°41'960''B - 105°54'933''Đ, cao 90m, sau hệ thống lọc bụi tĩnh điện, trước quạt hút); OK2 (Ống khói khu vực nghiền xi măng, tọa độ 21°41'960''B - 105°54'925''Đ, cao 40m, có hệ thống lọc bụi tĩnh điện).
  • 05 điểm quan trắc không khí khu vực làm việc: K1 (Khu vực nghiền liệu sống 1-2); K2 (Khu đập nghiền đá phân xưởng cấp liệu); K3 (Khu đóng bao + kho xi măng); K4 (Khu vực nghiền 110 tấn); K5 (Khu văn phòng).
  • 05 điểm quan trắc không khí môi trường xung quanh: K6 (Tuyến đường cạnh hàng rào công ty); K7 (Khu dân cư xóm Cây Bòng); K8 (Khu nhà 3 tầng công nhân, trạm y tế); K9 (Khu nhà dân phía Đông Nam); K10 (Phía Bắc, Đông Bắc công ty).

Nội dung chính theo từng chương

Bố cục của khóa luận tốt nghiệp được cấu trúc thành 5 phần chính theo quy chuẩn trình bày khóa luận tốt nghiệp đại học của Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ áp lực ô nhiễm môi trường do quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa tại Việt Nam, đặc biệt là ngành sản xuất xi măng. Giới thiệu tổng quan về Công ty Cổ phần Xi măng La Hiên VVMI với công suất thiết kế trên 1.000.000 tấn/năm và chỉ ra sự cần thiết phải đánh giá hiện trạng môi trường không khí tại khu vực nhà máy. Nội dung phần này xác định rõ 3 mục tiêu nghiên cứu cụ thể, ý nghĩa khoa học (rèn luyện kỹ năng tổng hợp, phân tích số liệu, bổ sung tài liệu học tập) và ý nghĩa thực tiễn (làm căn cứ khoa học cho công tác quản trị môi trường của doanh nghiệp và quản lý nhà nước tại địa phương).

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Phần tổng quan hệ thống hóa các vấn đề lý luận và thực tiễn liên quan đến ô nhiễm môi trường không khí:

  • Cơ sở khoa học: Trình bày định nghĩa môi trường, ô nhiễm môi trường, ô nhiễm không khí theo Luật BVMT 2014; phân loại các nguồn thải tự nhiên (núi lửa, cháy rừng, bão bụi, phân hủy xác sinh vật) và nhân tạo (quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch trong công nghiệp, rò rỉ dây chuyền, giao thông vận tải, sinh hoạt); phân tích vai trò của không khí và các yếu tố tác động (nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, bụi, các oxit nitơ, lưu huỳnh, cacbon).
  • Cơ sở pháp lý: Trích dẫn đầy đủ hệ thống luật, nghị định, thông tư kỹ thuật và các quy chuẩn, tiêu chuẩn chất lượng không khí của Việt Nam (TCVN 5067:1995, TCVN 5971:1995, TCVN 6137:2009, TCVN 7242:2003, QCVN 46:2012, QCVN 23:2009/BTNMT).
  • Cơ sở thực tiễn: Tóm tắt thực trạng ô nhiễm không khí trên thế giới (sự ấm lên toàn cầu với mức tăng nhiệt độ 0,6 - 0,7 °C trong 100 năm qua; ô nhiễm đại dương; suy thoái tầng ôzôn; quá trình hoang mạc hóa tại châu Phi và Trung Á) và tại Việt Nam (dẫn liệu từ Báo cáo Môi trường Quốc gia năm 2013 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về áp lực ô nhiễm bụi, khí thải tại các đô thị loại I, II và xung quanh các khu công nghiệp, làng nghề sử dụng nhiên liệu than).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Tác giả xác định đối tượng nghiên cứu là hiện trạng môi trường không khí xung quanh và nội bộ công ty; phạm vi địa bàn tại xã La Hiên, huyện Võ Nhai, thời gian thực hiện từ tháng 01 đến tháng 05 năm 2018. Chương này cụ thể hóa 4 nội dung nghiên cứu chính và thuyết minh chi tiết phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp, phương pháp đo đạc tại hiện trường, phương pháp phân tích phòng thí nghiệm, dải đo, giới hạn phát hiện và danh mục tọa độ địa lý của 12 điểm quan trắc (02 điểm ống khói OK1, OK2; 05 điểm khu vực làm việc K1-K5; 05 điểm khu vực xung quanh K6-K10).

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Đây là chương nội dung thực nghiệm trọng tâm của khóa luận, bao gồm các hợp phần phân tích sau:

  • Đặc điểm địa bàn: Khái quát điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội xã La Hiên và huyện Võ Nhai (diện tích tự nhiên huyện Võ Nhai 845,1 $km^2$, xã La Hiên 39,19 $km^2$ gồm 15 xóm; nhiệt độ trung bình năm 22,9 °C, lượng mưa trung bình 1.941,5 mm; địa hình đồi núi đá vôi xen kẽ thung lũng dọc Quốc lộ 1B).
  • Quy trình công nghệ và cân bằng nguyên nhiên liệu: Thuyết minh quy trình sản xuất xi măng lò quay khô với tháp trao đổi nhiệt 1 nhánh 5 tầng cyclone sấy và buồng phân hủy sơ bộ $CO_2$. Trình bày bảng kế hoạch tiêu hao nguyên nhiên liệu hàng năm của nhà máy:
STT Tên nguyên liệu, phụ gia, nhiên liệu Đơn vị tính Lượng tiêu dùng Mục đích / Công đoạn sử dụng
1 Đá vôi tấn/năm 830.592 Sản xuất clinker
2 Đất sét tấn/năm 164.664 Sản xuất clinker
3 Quặng sắt tấn/năm 13.887 Sản xuất clinker
4 Thạch cao tấn/năm 26.400 Sản xuất xi măng
5 Xỉ lò cao tấn/năm 41.917 Sản xuất xi măng
6 Đá đen tấn/năm 5.473 Sản xuất xi măng
7 Đất cao silic tấn/năm 56.872 Sản xuất xi măng
8 Vỏ bao cái/năm 14.000 Sản xuất xi măng
9 Than cám 3B Khánh Hòa tấn/năm 104.153 Nhiên liệu nung clinker
10 Dầu mỡ bôi trơn kg/năm 15.866 Bôi trơn, vận chuyển
11 Dầu Diezen (DO) lít/năm 1.000 Nhóm đốt lò khởi động
12 Điện năng kWh 43.000 Sản xuất và sinh hoạt
  • Thực trạng các biện pháp xử lý chất thải: Nhà máy trang bị hệ thống xử lý khí thải gồm 25 bộ thiết bị lọc bụi (trong đó có 23 bộ lọc bụi túi vải hoàn nguyên bằng xung khí nén và 02 bộ lọc bụi tĩnh điện). Khí nóng từ lò nung và nghiền liệu được hạ nhiệt qua tháp điều hòa trước khi vào thiết bị lọc bụi; ống khói lò nung clinker cao 90m, ống khói nghiền than cao 30m, ống khói nghiền xi măng cao 40m. Bụi xilô và các điểm trung chuyển được hút bằng lọc bụi túi; nước làm mát tuần hoàn qua bể lắng; nước thải sinh hoạt xử lý qua bể tự hoại kết hợp hóa chất Chloramin B.
  • Đánh giá kết quả quan trắc khí thải ống khói: Tác giả tổng hợp, so sánh nồng độ $CO$, $NO_2$, $SO_2$ và bụi tổng qua 3 đợt quan trắc định kỳ trong năm 2017 với năm 2016 tại 2 vị trí OK1 và OK2. Toàn bộ thông số đo đạc đều nằm dưới ngưỡng quy chuẩn cho phép $C_{max}$ của QCVN 23:2009/BTNMT.
  • Đề xuất giải pháp: Trình bày các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm không khí (phun nước, che bạt, tăng mật độ cây xanh, định hướng xây dựng hồ sinh thái, trang bị bảo hộ chống ồn và bụi), giải pháp đổi mới công nghệ (thay thế triệt để lò đứng bằng lò quay, tự động hóa dây chuyền). Trong văn bản, tác giả có đưa thêm tiểu mục về "giải pháp nâng cao hiệu quả bán hàng" (chiến lược tổng thể, kỹ năng hoạch định, kỹ năng quản lý địa bàn).

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tóm lược tình trạng hệ thống xử lý khí thải của nhà máy (vận hành 25 bộ lọc bụi hiệu quả); khẳng định các chỉ tiêu quan trắc khí thải tại 2 ống khói đạt quy chuẩn QCVN 23:2009/BTNMT; điều kiện vi khí hậu và chất lượng không khí khu vực làm việc cũng như khu vực dân cư xung quanh nằm trong ngưỡng an toàn; kiến nghị các cơ quan chức năng tiếp tục phối hợp, hướng dẫn nhà máy duy trì tốt công tác bảo vệ môi trường.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận cung cấp chuỗi số liệu định lượng quan trắc chất lượng khí thải công nghiệp thực tế tại hai nguồn phát thải lớn nhất của Công ty Cổ phần Xi măng La Hiên VVMI qua 3 đợt giám sát năm 2017 so sánh với năm 2016.

Dưới đây là bảng tổng hợp các kết quả phân tích nồng độ khí thải tại ống khói số 1 (OK1 – Lò nung clinker) và ống khói số 2 (OK2 – Khu vực nghiền xi măng) đối chiếu với giới hạn quy chuẩn QCVN 23:2009/BTNMT (Cột B2, với $K_p = 1,0$ và $K_v = 1,4$ thì $C_{max}$ quy định: $CO \le 700\ mg/Nm^3$, $NO_2 \le 1400\ mg/Nm^3$, $SO_2 \le 700\ mg/Nm^3$, Bụi tổng $\le 140\ mg/Nm^3$):

Đợt quan trắc Vị trí Năm CO ($mg/Nm^3$) $NO_2$ ($mg/Nm^3$) $SO_2$ ($mg/Nm^3$) Bụi tổng ($mg/Nm^3$)
Đợt 1 OK1 2017 365 689 56,2 117,9
OK1 2016 221 263 136,0 67,0
OK2 2017 131 509 47,9 89,3
OK2 2016 195 215 206,0 52,0
Đợt 2 OK1 2017 341 691 61,2 120,4
OK1 2016 120 639 89,4 134,7
OK2 2017 317 536 17,3 79,5
OK2 2016 136 571 107,0 133,7
Đợt 3 OK1 2017 241 623 56,2 91,0
OK1 2016 238 543 89,7 95,6
OK2 2017 278 645 89,0 121,0
OK2 2016 318 411 74,8 83,2
Quy chuẩn QCVN 23:2009 $C_{max}$ 700 1400 700 140

Phân tích số liệu cho thấy:

  • Nồng độ bụi tổng dao động từ 79,5 đến 121,0 $mg/Nm^3$ trong năm 2017 và từ 52,0 đến 134,7 $mg/Nm^3$ trong năm 2016, tất cả đều thấp hơn ngưỡng giới hạn $C_{max}$ (140 $mg/Nm^3$). Mức phát thải bụi cao nhất ghi nhận tại OK1 đợt 2 năm 2016 ($134,7\ mg/Nm^3$) và đợt 2 năm 2017 ($120,4\ mg/Nm^3$).
  • Nồng độ $NO_2$ tại hai ống khói dao động từ 411 đến 691 $mg/Nm^3$, thấp hơn nhiều so với ngưỡng tối đa $C_{max}$ (1400 $mg/Nm^3$).
  • Nồng độ $SO_2$ dao động trong khoảng 17,3 đến 206,0 $mg/Nm^3$, thấp hơn mức cho phép $C_{max}$ (700 $mg/Nm^3$).
  • Nồng độ $CO$ dao động từ 120 đến 365 $mg/Nm^3$, nằm trong giới hạn quy định $C_{max}$ (700 $mg/Nm^3$).

Các giải pháp và kiến nghị chính do tác giả tổng hợp và đề xuất:

  • Giải pháp kỹ thuật vận hành: Tiếp tục duy trì hiệu quả làm việc của 25 bộ thiết bị lọc bụi (23 bộ lọc túi vải hoàn nguyên bằng xung khí nén và 02 bộ lọc bụi tĩnh điện); kiểm tra định kỳ tháp điều hòa hạ nhiệt trước khi khí thải đi vào lọc bụi điện.
  • Giảm thiểu phát tán bụi mặt đất: Định kỳ tưới nước nền đường nội bộ; che phủ bạt kín trên các phương tiện chuyên chở đá vôi, đất sét, than cám; hạn chế vận chuyển trong khung giờ cao điểm; vệ sinh công nghiệp khuôn viên hàng ngày.
  • Giảm thiểu tác động tiếng ồn và nhiệt: Bảo dưỡng định kỳ máy nghiền bi, máy cán ép, máy nén khí; trang bị đầy đủ bảo hộ lao động cho công nhân (mũ, găng tay, khẩu trang, nút tai chống ồn); tận dụng nhiệt khí thải từ máy làm nguội clinker để sấy than và hồi lưu về buồng phân hủy sơ bộ.
  • Cải thiện môi trường vi sinh thái: Tăng cường trồng và chăm sóc cây xanh, thảm cỏ trong khuôn viên để hấp thụ bụi, tiếng ồn; đề xuất định hướng xây dựng khu hồ sinh thái trong mặt bằng công ty.

Về mặt đóng góp, khóa luận phản ánh bức tranh thực tế về công tác quản trị môi trường của một nhà máy xi măng lò quay khô tại khu vực miền núi Thái Nguyên, kiểm chứng hiệu quả vận hành thực tế của các công trình xử lý khí thải theo QCVN 23:2009/BTNMT, đồng thời cung cấp nguồn tư liệu học thuật cơ sở cho sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường khi tìm hiểu về giám sát khí thải công nghiệp xi măng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận bộc lộ một số hạn chế g