Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển của quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam mang lại nhiều chuyển biến tích cực cho nền kinh tế, song cũng kéo theo áp lực ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là tài nguyên nước. Tỉnh Thái Nguyên là trung tâm kinh tế công nghiệp vùng trung du và miền núi phía Bắc với nhiều khu và cụm công nghiệp tập trung như Khu công nghiệp Sông Công, Cụm công nghiệp Điềm Thụy, Khu công nghiệp Lưu Xá – Gang Thép Thái Nguyên. Hoạt động luyện kim và khai khoáng trên địa bàn đã và đang gây tác động tiêu cực đến chất lượng nước mặt các lưu vực tiếp nhận như sông Cầu, suối Cam Giá và suối Văn Dương.

Trong bối cảnh đó, Nhà máy Kẽm điện phân Thái Nguyên – đơn vị thành viên trực thuộc Công ty Kim loại màu Thái Nguyên (Tổng công ty Khoáng sản - TKV, Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam) được thành lập ngày 20/03/2006 theo Quyết định số 299/QĐ-TCLĐ. Nhà máy đảm nhận vai trò chế biến sâu, hạn chế lãng phí tài nguyên khoáng sản thông qua việc sản xuất kẽm kim loại, axit sunfuric và các kim loại cộng sinh (đồng, chì, cadimi xốp). Phân xưởng kẽm của Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích (xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên) có công suất thiết kế 15.000 tấn kẽm thỏi/năm. Quá trình hỏa luyện kết hợp thủy luyện kẽm làm phát sinh lượng lớn nước thải chứa hàm lượng kim loại nặng và cặn lơ lửng cao, đặt ra yêu cầu cấp thiết phải kiểm soát và đánh giá công tác xử lý nước thải tại cơ sở.

Khóa luận xác định hệ thống mục tiêu nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Giới thiệu khái quát về phân xưởng kẽm thuộc Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích.
  2. Đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải tại phân xưởng kẽm thuộc Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích.
  3. Tìm hiểu công nghệ xử lý nước thải tại phân xưởng kẽm của xí nghiệp.
  4. Đánh giá công tác xử lý và hiệu quả xử lý nước thải của phân xưởng.
  5. Xác định nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước thải tại phân xưởng.
  6. Đề xuất một số giải pháp xử lý nước thải phù hợp cho xí nghiệp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu được xác lập như sau:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hiện trạng nước thải sản xuất và hệ thống, quy trình công nghệ xử lý nước thải tại phân xưởng kẽm thuộc Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích.
  • Phạm vi không gian: Phân xưởng kẽm thuộc Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích, đặt tại xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên.
  • Phạm vi thời gian: Quá trình nghiên cứu và thực tập thu thập số liệu được thực hiện từ ngày 04/01/2019 đến ngày 04/05/2019; công tác lấy mẫu hiện trường tiến hành vào ngày 19/04/2019 và phân tích trong phòng thí nghiệm hoàn tất ngày 26/04/2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng nền tảng lý luận dựa trên hệ thống văn bản quy phạm pháp luật của Nhà nước và các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường:

  • Hệ thống văn bản pháp lý: Luật Bảo vệ môi trường số 55/2014/QH13 (thông qua ngày 23/06/2014, hiệu lực từ 01/01/2015); Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13; Luật Khoáng sản số 60/2010/QH12; Nghị định số 19/2015/NĐ-CP hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường; Nghị định số 155/2016/NĐ-CP về xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực bảo vệ môi trường; Thông tư số 38/2015/TT-BTNMT về cải tạo, phục hồi môi trường trong hoạt động khai thác khoáng sản; Quyết định số 16/2008/QĐ-BTNMT ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường; Quyết định số 3859/2017/QĐ-BKHCN về ban hành tiêu chuẩn quốc gia.
  • Quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật đối chiếu: QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp, Cột B); QCVN 08:2008/BTNMT và QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt); QCVN 09:2008/BTNMT và QCVN 09-MT:2015/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ngầm); TCVN 5980-1995 (tương đương ISO 6107-1:1980) về thuật ngữ nước thải; TCVN 5996:1995 hướng dẫn lấy mẫu nước sông và suối.

Khóa luận kết hợp đồng bộ các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và đánh giá môi trường chuyên ngành:

  • Phương pháp thu thập số liệu và khảo sát thực địa: Thu thập tài liệu lưu trữ kỹ thuật từ Phòng An toàn và Môi trường của Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích và Nhà máy Luyện kim màu Thái Nguyên; khảo sát dây chuyền sản xuất, vị trí xả thải và quy trình vận hành hệ thống xử lý nước.
  • Phương pháp kế thừa và so sánh: Tổng hợp dữ liệu từ các công trình nghiên cứu trước đây về hiện trạng nguồn nước mặt tại Thái Nguyên; đối chiếu các thông số ô nhiễm với giới hạn tối đa cho phép tại Cột B của QCVN 40:2011/BTNMT.
  • Phương pháp lấy mẫu và bảo quản: Thực hiện theo TCVN 5999:1995 (Chất lượng nước - Lấy mẫu - Hướng dẫn lấy mẫu nước thải) và các tiêu chuẩn TCVN 6663-1:2011, TCVN 6663-6:2008. Khóa luận lấy 02 mẫu nước thải đại diện:
    • Mẫu NT1.181E: Lấy tại cửa xả nước thải sản xuất đầu vào của nhà máy.
    • Mẫu NT2.072': Lấy tại bể xử lý cuối cùng trước khi nước thải được tuần hoàn trở lại dây chuyền sản xuất.
  • Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: Tiến hành tại phòng thí nghiệm chuyên môn thuộc Khoa Môi trường – Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên theo các quy chuẩn:
    • Xác định pH: TCVN 6492:2011.
    • Xác định nhu cầu oxy sinh hóa ($BOD_5$): TCVN 6001-2:2008.
    • Xác định nhu cầu oxy hóa học ($COD$): TCVN 4565:1988.
    • Xác định tổng chất rắn lơ lửng ($TSS$): SMEWW 2540 D:2005.
    • Xác định hàm lượng kim loại kẽm ($Zn$), mangan ($Mn$), sắt ($Fe$): Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử SMEWW 3113:2012.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả nêu rõ tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ xung đột giữa nhu cầu phát triển công nghiệp luyện kim màu và nguy cơ suy thoái môi trường nước tại tỉnh Thái Nguyên. Đề tài tập trung làm rõ thực trạng nước thải tại phân xưởng kẽm Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích nhằm cung cấp căn cứ khoa học phục vụ quản lý môi trường nội bộ. Phần này công bố 6 mục tiêu, 2 nhiệm vụ phạm vi đối tượng, đồng thời khẳng định ý nghĩa khoa học trong việc rèn luyện phương pháp luận đánh giá ô nhiễm và ý nghĩa thực tiễn đối với chính sách an toàn môi trường của xí nghiệp.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Tác giả hệ thống hóa các định nghĩa cơ bản về môi trường, ô nhiễm nước và các chỉ tiêu phân tích lý - hóa - sinh học (nhiệt độ, pH, $BOD$, $COD$, $NO_3^-$, kim loại nặng, $Coliform$). Phần tổng quan tài liệu phân tích bức tranh ô nhiễm nước công nghiệp trên phạm vi quốc tế và trong nước:

  • Thực trạng ô nhiễm: Điểm lại các trường hợp ô nhiễm lịch sử trên thế giới (sông Thames ở Anh, sông Seine ở Pháp, sông Rhine ở châu Âu, vùng Ngũ Đại Hồ ở Bắc Mỹ) và áp lực khai thác quặng kẽm chì quy mô lớn tại Ấn Độ (6,15 triệu tấn/năm), Australia (490.000 tấn/năm) và Alaska (13,1 triệu tấn/năm). Tại Việt Nam, tác giả phản ánh tình trạng ô nhiễm tại các lưu vực sông tiếp nhận chất thải công nghiệp (sông Hồng, sông Tô Lịch, sông Thị Vải) và sự cố vỡ bể chứa bùn thải kẽm chì tại Cao Bằng gây tràn hàng trăm nghìn mét khối bùn thải ra sông Gâm.
  • Hiện trạng môi trường nước tại Thái Nguyên: Nêu bật dữ liệu chất lượng nước sông Cầu và các suối tiếp nhận chất thải công nghiệp. Điển hình là suối Cam Giá tiếp nhận nước thải của Khu công nghiệp gang thép Lưu Xá và suối Văn Dương tiếp nhận nước thải của Khu công nghiệp Sông Công, nơi ghi nhận hàm lượng cadimi ($Cd$), chì ($Pb$), phenol, amoni và $Coliform$ vượt quy chuẩn kỹ thuật nhiều lần.
  • Công nghệ xử lý nước thải tham khảo: Giới thiệu công nghệ sản xuất nước tái sử dụng NEWater của Singapore thông qua chuỗi siêu lọc ($UF$), thẩm thấu ngược ($RO$) và khử trùng bằng tia cực tím ($UV$); công nghệ vật liệu hấp phụ NanoVAST (sử dụng vật liệu NC-F20 và NC-MF) xử lý asen và kim loại nặng do Viện Hóa học chế tạo; và trạm xử lý nước thải tập trung công suất 6.000 $m^3$/ngày tại Khu công nghiệp Việt Nam – Singapore (VSIP) ứng dụng tháp lọc sinh học giá thể plastic kết hợp bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank.

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

Nội dung chương trình bày chi tiết kế hoạch thực nghiệm tại Phân xưởng kẽm thuộc Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích (thời gian từ tháng 01 đến tháng 05 năm 2019). Tác giả mô tả chi tiết quy trình lấy 02 mẫu nước thải (NT1.181E và NT2.072') theo TCVN 5999:1995, kỹ thuật cố định mẫu, phương pháp bảo quản lạnh và danh mục 7 phương pháp tiêu chuẩn phân tích các thông số lý hóa ($pH$, $BOD_5$, $COD$, $TSS$) cùng 3 kim loại nặng chủ đạo ($Zn$, $Mn$, $Fe$) trong phòng thí nghiệm.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu

Chương này phản ánh toàn bộ kết quả điều tra công nghệ và dữ liệu đo đạc thực nghiệm tại cơ sở:

  • Lịch sử hình thành và công suất: Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích thành lập năm 1979, cơ cấu hiện tại gồm 4 đơn vị thành viên, 11 phòng chức năng, 2 phân xưởng trực thuộc, 1 công ty liên kết với gần 1.500 lao động. Phân xưởng kẽm tại xã Tân Long có công suất đạt 15.000 tấn kẽm thỏi/năm.
  • Cân đối nguyên liệu và thành phần hóa học: Nguồn nguyên liệu cung cấp cho phân xưởng gồm tinh quặng sulfua kẽm (25.600 tấn/năm, lấy từ Xí nghiệp kẽm chì Chợ Điền 10.000 - 13.000 tấn và thu mua ngoài 4.500 tấn) và bột oxit kẽm (6.000 tấn/năm từ Xí nghiệp Luyện kim màu II và Nhà máy Kẽm điện phân Thái Nguyên).
Thành phần hóa học Tinh quặng kẽm sulfua (%) Bột oxit kẽm (%)
Zn 50,75 60,00
Fe 5,79 0,92
Pb 2,02 9,68
S 30,79 0,38
Cd 0,31 0,13
Cu 0,30 0,016
As 0,18 0,23
Mn 0,12 0,24
Sb 0,025 0,02
Co 0,049 0,02
Ni 0,025 0,001
CaO 2,08 2,80
MgO 1,44 1,83
$SiO_2$ 1,12 3,10
$Al_2O_3$ 0,55 1,00
F 0,022 0,18
Cl 0,003 0,27
$CO_2$ 3,20 16,41
  • Quy trình công nghệ sản xuất: Dây chuyền sản xuất tích hợp các công đoạn:
    • Sấy tinh quặng sulfua kẽm bằng lò sấy thùng quay đến độ ẩm 7 - 8%, nghiền mịn và đưa vào lò thiêu tầng sôi; khí lò chứa 7 - 9% $SO_2$ được thu hồi để sản xuất axit sunfuric thương phẩm ($H_2SO_4 \ge 97%$).
    • Bột kẽm oxit được nung trong lò nhiều tầng ở nhiệt độ 680 - 720°C với thời gian lưu 150 phút để loại bỏ flo và clo.
    • Quá trình hòa tách quặng thiêu diễn ra qua hai giai đoạn (trung tính và axit) bằng dung dịch axit sunfuric và dung dịch điện phân tuần hoàn; dung dịch hòa tách trung tính có hàm lượng kẽm đạt 110 - 130 g/l. Bã hòa tách axit chứa trên 30% $Pb$ được chuyển sang nhà máy luyện chì.
    • Dung dịch kẽm được làm sạch tạp chất hai giai đoạn: giai đoạn 1 gia nhiệt gián tiếp lên 80 - 85°C; giai đoạn 2 hạ nhiệt xuống 50°C qua tháp làm nguội bằng không khí. Bã chứa $Cu$ và $Cd$ được hòa tách bằng axit, trung hòa bằng vôi đến pH 5,2 - 5,4 rồi dùng bột kẽm kết tủa thu hồi cadimi.
    • Điện phân kẽm: Dung dịch mới được phối trộn với dung dịch điện phân thải theo tỷ lệ 1:18. Mỗi bể điện phân trang bị 39 tấm âm cực tiêu chuẩn và 38 tấm dương cực, vận hành chu kỳ 24 giờ để bóc kẽm lá.
    • Nấu đúc kẽm thỏi: Kẽm lá được nấu chảy trong lò điện, gạt bã nổi và đúc thành thỏi kẽm thương phẩm mác Zn.02 (khối lượng 23 ± 1 kg/thỏi, hàm lượng kẽm $Zn \ge 99,95%$, tạp chất chì $Pb \le 0,027%$, sắt $Fe \le 0,010%$, cadimi $Cd \le 0,010%$, đồng $Cu \le 0,002%$, tổng tạp chất $\le 0,050%$; đóng kiện 40 thỏi/kiện với 5 đai thép lá).
  • Hệ thống xử lý nước thải cải tạo: Nước thải sản xuất được thu gom và xử lý bằng phương pháp keo tụ - tạo bông và lắng cơ học:
    • Hóa chất sử dụng và định mức trên 1 $m^3$ nước thải: $NaOH$ hoặc $Ca(OH)_2$ liều lượng 50 g/$m^3$ (±10%) để nâng và điều chỉnh pH; chất keo tụ PAC liều lượng 220 g/$m^3$ (±10%); chất trợ keo tụ Polymer A101.
    • Quy trình dòng chảy: Nước thải từ cống gom qua hố ga vào Bể phản ứng 1 (thiết kế 3 ngăn: ngăn chỉnh pH, ngăn cấp PAC, ngăn cấp Polyme kết hợp cánh khuấy cơ học), tự chảy sang Bể lắng 1 (bể lắng chìm). Nước trong tràn sang Bể chứa trung gian 2, được bơm qua 02 thiết bị lọc cát sang Bể chứa trung gian 3 và chuyển về bể chứa sau xử lý để tái sử dụng một phần cho sản xuất, một phần xả thải.
    • Xử lý bùn: Lượng bùn thải phát sinh ước tính 0,4 - 0,5 $m^3$/ngày với độ khô ban đầu 15 - 20%. Bể chứa bùn được xây dựng bằng bê tông cốt thép gồm 2 ngăn hoạt động luân phiên, kích thước mỗi ngăn dài 8.000 mm x rộng 3.500 mm x cao 1.200 mm. Thể tích hữu dụng tính toán là 30 $m^3$ (15 $m^3$/ngăn x 2 ngăn), thể tích thực tế có tính hệ số an toàn chống trào 1,12 là 33,6 $m^3$. Bùn lưu trữ sau 60 ngày đạt độ khô 60 - 65% (độ ẩm giảm xuống dưới 20%), được ép cơ học qua máy ép bùn và vận chuyển về phân xưởng lò quay của nhà máy để thu hồi kim loại màu.
    • Thông số kỹ thuật các hạng mục công trình cải tạo:
      • Cống thu gom nước thải: Rộng 500 mm, cao 800 mm, xây gạch đặc tường dày 220 mm, trát vữa trong, đậy tấm đan.
      • Hố ga: Kích thước dài x rộng x cao = 1.000 mm x 1.000 mm x 1.000 mm, thành cao hơn mặt đất tối thiểu 50 mm ngăn nước mưa tràn.
      • Bể phản ứng 1: Bê tông cốt thép, thể tích 68 $m^3$ (kích thước 3 m x 12 m x 1,9 m).
      • Bể lắng 1: Bê tông cốt thép, thể tích 100 $m^3$.
      • Bể chứa trung gian 2 và Bể chứa trung gian 3: Bê tông cốt thép, thể tích 20 $m^3$ cho mỗi bể.
      • Danh mục thiết bị: 04 bơm nước thải đặt chìm, 02 bơm bùn, 03 mô tơ khuấy, 04 bơm định lượng, 01 bộ điều khiển pH, 04 bộ pha hóa chất, 01 tủ điều khiển, 01 hệ thống chiếu sáng, 02 bộ thiết bị lọc cát và mạng lưới đường ống công nghệ.
  • Chất lượng nước thải sản xuất đầu vào: Kết quả phân tích mẫu NT1.13-5 (cửa xả nước thải sản xuất chưa qua xử lý) đối với các thông số vật lý và hóa học:
STT Chỉ tiêu phân tích Đơn vị tính Kết quả phân tích (NT1.13-5) QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B)
1 pH - 8,0 5,5 - 9,0
2 $BOD_5$ mg/l (ppm) 150 100
3 $COD$ mg/l (ppm) 230 150
4 $TSS$ mg/l 423 100

Ghi chú số liệu: Giá trị $BOD_5$ vượt 1,5 lần và $COD$ vượt 1,53 lần so với giới hạn Cột B của QCVN 40:2011/BTNMT; hàm lượng cặn lơ lửng $TSS$ đầu vào ở mức 423 mg/l do ảnh hưởng từ khâu hòa tách và tuyển quặng.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tác giả tổng kết lại các nội dung chính về hiện trạng công nghệ sản xuất, đặc tính ô nhiễm dòng thải sản xuất của phân xưởng kẽm và hiệu quả thiết kế cải tạo của trạm xử lý nước thải. Phần kiến nghị tập trung vào việc duy trì kiểm định thiết bị định lượng hóa chất, theo dõi định kỳ quá trình lắng bùn và tuân thủ các quy định xả thải công nghiệp.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các kết quả định lượng cụ thể phản ánh hiện trạng hoạt động và xử lý môi trường tại cơ sở:

  • Đánh giá tải lượng ô nhiễm nước thải đầu vào: Xác định dòng nước thải sản xuất của phân xưởng kẽm trước khi xử lý có tính kiềm nhẹ (pH = 8,0), nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ và cặn lơ lửng cao với $BOD_5$ đạt 150 ppm, $COD$ đạt 230 ppm và $TSS$ đạt 423 mg/l. Nguồn phát sinh ô nhiễm xuất phát trực tiếp từ các khâu hòa tách nguyên liệu, rửa bã quặng và dung dịch rò rỉ từ xưởng điện phân.
  • Chuẩn hóa thông số công nghệ trạm xử lý cải tạo: Khóa luận ghi nhận và tính toán đầy đủ các thông số kỹ thuật thực tế của hệ thống xử lý hóa lý:
    • Liều lượng hóa chất định mức: $NaOH$ (hoặc $Ca(OH)_2$) sử dụng ở mức 50 g/$m^3$ nước thải (dung sai ±10%), phèn nhôm PAC sử dụng ở mức 220 g/$m^3$ nước thải (dung sai ±10%), kết hợp keo tụ bổ trợ bằng Polymer A101.
    • Thể tích công trình: Bể phản ứng 68 $m^3$, Bể lắng 100 $m^3$, hai bể trung gian 20 $m^3$/bể.
    • Quản lý bùn thải kim loại: Hệ số an toàn thể tích bể bùn là 1,12 với kích thước hai ngăn L x W x H = 8.000 x 3.500 x 1.200 mm, tổng dung tích 33,6 $m^3$. Tốc độ sinh bùn 0,4 - 0,5 $m^3$/ngày; bùn lưu 60 ngày đạt độ khô 60 - 65% và độ ẩm dưới 20%, đáp ứng tiêu chuẩn vận chuyển sang lò quay tận thu kim loại màu, không thải bỏ trực tiếp ra bãi rác công cộng.
  • Đóng góp của tác giả:
    • Cung cấp bức tranh toàn diện về thành phần hóa học của hai nguồn nguyên liệu chính yếu (tinh quặng sulfua kẽm Chợ Điền và bột oxit kẽm Luyện kim màu II) với hàm lượng kẽm từ 50,75% đến 60,00%, chỉ rõ các kim loại độc hại đi kèm ($Pb$, $Cd$, $As$, $Cu$, $Fe$).
    • Làm rõ sơ đồ cân bằng dòng vật chất từ khâu thiêu tầng sôi, hòa tách axit - trung tính, làm sạch dung dịch qua hai cấp nhiệt độ (80 - 85°C và 50°C) đến điện phân thu kẽm thỏi 99,95% và axit sunfuric $\ge 97%$.
    • Xác lập cơ sở dữ liệu thực nghiệm về hệ thống xử lý nước thải công nghiệp luyện kẽm tại địa phương, đóng góp dữ liệu cho công tác kiểm soát ô nhiễm tại lưu vực sông Cầu thuộc địa bàn huyện Đồng Hỷ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận tồn tại một số hạn chế gắn liền với phạm vi và điều kiện thực hiện thực tế:

  • Hạn chế:
    • Số lượng mẫu quan trắc thực tế còn ít (02 vị trí lấy mẫu tại đầu vào NT1.181E và đầu ra bể lắng cuối NT2.072') trong đợt lấy mẫu ngày 19/04/2019, chưa phản ánh đầy đủ dao động tải lượng ô nhiễm qua các thời điểm sản xuất khác nhau hoặc theo mùa trong năm.
    • Phạm vi nghiên cứu giới hạn cục bộ tại Phân xưởng kẽm của Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích trong khoảng thời gian thực tập 4 tháng, chưa mở rộng đánh giá mức độ phát tán kim loại nặng vào môi trường đất và trầm tích suối tiếp nhận xung quanh khu vực xã Tân Long.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tăng cường tần suất quan trắc định kỳ đối với toàn bộ các chỉ tiêu kim loại nặng hòa tan ($Zn$, $Cd$, $Pb$, $Cu$, $Mn$, $Fe$) tại các cửa xả sau hệ thống lọc cát và nước mặt sông tiếp nhận.
    • Nghiên cứu tối ưu hóa liều lượng hóa chất keo tụ (PAC và Polyme) theo biến động pH thực tế của nước thải đầu vào nhằm giảm chi phí vận hành và giảm thiểu khối lượng bùn thải phát sinh.
    • Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của giải pháp tuần hoàn 100% nước thải sau xử lý quay lại các công đoạn làm mát và dập bụi của nhà máy.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận mang giá trị tài liệu chuyên khảo ứng dụng trong nghiên cứu và đào tạo:

  • Đối tượng thụ hưởng:
    • Sinh viên đại học và học viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Công nghệ Hóa học, Luyện kim và Chế biến khoáng sản.
    • Cán bộ kỹ thuật, kỹ sư phụ trách công tác an toàn - vệ sinh lao động và quản lý môi trường tại các doanh nghiệp chế biến khoáng sản kim loại màu.
    • Đơn vị tư vấn lập báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và thiết kế hệ thống xử lý nước thải tuyển khoáng.
  • Nội dung tham khảo trọng tâm:
    • Bảng thành phần nguyên tố chi tiết của tinh quặng sulfua kẽm và bột oxit kẽm phục vụ việc tính toán cân bằng vật chất trong luyện kim.
    • Sơ đồ công nghệ các khâu thiêu quặng tầng sôi, lò nhiều tầng khử clo/flo, quy trình hòa tách bã chì và thu hồi cadimi xốp.
    • Hồ sơ thiết kế kích thước xây dựng, danh mục máy móc thiết bị và công thức tính toán thể tích bể chứa bùn lắng hydroxit kim loại nặng trong dây chuyền xử lý nước thải công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Phân xưởng kẽm Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích sử dụng những nguồn nguyên liệu chính nào và công suất sản phẩm đạt bao nhiêu?
Phân xưởng sử dụng hai nguồn nguyên liệu chính gồm: tinh quặng sulfua kẽm với khối lượng 25.600 tấn/năm (cung cấp từ Xí nghiệp kẽm chì Chợ Điền 10.000 - 13.000 tấn và thu mua ngoài 4.500 tấn; hàm lượng $Zn$ đạt 50,75%) và bột kẽm oxit với khối lượng 6.000 tấn/năm (cung cấp từ Xí nghiệp Luyện kim màu II và Nhà máy Kẽm điện phân Thái Nguyên; hàm lượng $Zn$ đạt 60,00%). Công suất chế biến của phân xưởng đạt khoảng 15.000 tấn kẽm thỏi/năm, cùng sản phẩm phụ là axit sunfuric nồng độ $H_2SO_4 \ge 97%$.

2. Tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm kẽm thỏi tại nhà máy được quy định như thế nào?
Kẽm thỏi thương phẩm được sản xuất theo mác kẽm Zn.02 có hàm lượng kẽm $Zn \ge 99,95%$. Giới hạn tạp chất bao gồm: chì $Pb \le 0,027%$, cadimi $Cd \le 0,010%$, sắt $Fe \le 0,010%$, đồng $Cu \le 0,002%$, tạp chất khác $\le 0,001%$ và tổng lượng tạp chất $\le 0,050%$. Mỗi thỏi kẽm có khối lượng tiêu chuẩn là 23 ± 1 kg; quy cách đóng kiện gồm 40 thỏi/kiện trên giá gỗ, chằng 5 đai thép lá và dán tem kích thước 82 x 54 mm.

3. Quy trình công nghệ xử lý nước thải của phân xưởng vận hành bằng các hóa chất nào và định mức tiêu hao là bao nhiêu?
Hệ thống xử lý nước thải áp dụng phương pháp keo tụ tạo bông kết hợp lắng và lọc cát. Các hóa chất sử dụng gồm:

  • $NaOH$ hoặc vôi tôi $Ca(OH)_2$: định mức tiêu hao 50 g/$m^3$ nước thải (±10%) để điều chỉnh pH trong Bể phản ứng 1.
  • Phèn nhôm PAC: định mức tiêu hao 220 g/$m^3$ nước thải (±10%) làm chất keo tụ chính.
  • Chất trợ lắng Polymer A101 để tạo bông cặn kích thước lớn trước khi dẫn sang Bể lắng 1.

4. Kích thước và thông số thiết kế của bể chứa bùn thải trong hệ thống xử lý nước được tính toán ra sao?
Lượng bùn thải phát sinh từ các hydroxit kim loại nặng và bông keo tụ nhôm là 0,4 - 0,5 $m^3$/ngày (chất khô 15 - 20%). Bể chứa bùn bằng bê tông cốt thép gồm 2 ngăn luân phiên, kích thước tổng thể L x W x H = 8.000 mm x 3.500 mm x 1.200 mm. Thể tích hữu dụng thiết kế tối thiểu là 30 $m^3$ (15 $m^3$/ngăn để chứa bùn trong 15 ngày). Thể tích thực tế tính thêm hệ số chống trào 1,12 là 33,6 $m^3$. Khi ngăn thứ hai đầy, ngăn thứ nhất đã lưu bùn đủ 60 ngày, độ khô đạt 60 - 65% (độ ẩm giảm xuống dưới 20%), đủ điều kiện vận chuyển về phân xưởng lò quay để tận thu kim loại màu.

5. Kết quả quan trắc các chỉ tiêu lý hóa của nước thải đầu vào (mẫu NT1.13-5) so với QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) cho thấy điều gì?
Nước thải sản xuất trước xử lý có độ pH bằng 8,0 (nằm trong giới hạn cho phép từ 5,5 đến 9,0). Tuy nhiên, các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơ và chất rắn lơ lửng đều vượt quy chuẩn: nhu cầu oxy sinh hóa $BOD_5$ đạt 150 ppm (vượt giới hạn Cột B là 100 ppm), nhu cầu oxy hóa học $COD$ đạt 230 ppm (vượt giới hạn Cột B là 150 ppm), và hàm lượng chất rắn lơ lửng $TSS$ đạt mức cao 423 mg/l (vượt giới hạn Cột B là 100 mg/l).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Dương Mạnh Tùng đã hệ thống hóa chi tiết chu trình công nghệ thủy luyện kẽm và đánh giá hiện trạng ô nhiễm nước thải sản xuất tại Phân xưởng kẽm Xí nghiệp kẽm chì Làng Hích. Kết quả phân tích phòng thí nghiệm chỉ rõ nước thải đầu vào có hàm lượng chất lơ lửng $TSS$ và các thông số $BOD_5$, $COD$ vượt ngưỡng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B). Việc phân xưởng đầu tư cải tạo hệ thống xử lý hóa lý (bể phản ứng 68 $m^3$, bể lắng 100 $m^3$, thiết bị lọc cát và hệ thống 2 ngăn bể bùn 33,6 $m^3$) kết hợp tuần hoàn bùn về lò quay thu hồi kim loại màu là giải pháp kỹ thuật phù hợp với đặc thù luyện kim khoáng sản. Công trình cung cấp cơ sở dữ liệu thực chứng có giá trị cho công tác quản trị môi trường và kiểm soát nguồn thải công nghiệp trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.