Đánh giá hiện trạng nước thải phân xưởng kẽm tại xí nghiệp Làng Hích, Thái Nguyên

Luận văn đánh giá hiện trạng nước thải phân xưởng kẽm tại Xí nghiệp Kẽm Làng Hích, Tân Long, Đồng Hỷ, Thái Nguyên, phân tích chất lượng và đề xuất giải pháp xử lý hiệu quả.

• Tác giả: Dương Mạnh Tùng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Chí Hiểu
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Đánh Giá Hiện Trạng Nước Thải Tại Xí Nghiệp Kẽm Làng Hích, Thái Nguyên
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• MỤC LỤC
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa của đề tài
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Cơ sở khoa học
• 2.2. Một số khái niệm về môi trường
• 2.3. Tổng quan về nước thải trên thế giới, Việt Nam và tỉnh Thái Nguyên
• 2.3.1. Hiện trạng nước thải trên thế giới và Việt Nam
• 2.3.2. Hiện trạng nước thải kẽm chì trên thế giới và Việt Nam
• 2.3.3. Một số công nghệ trên thế giới và Việt Nam về xử lý nước thải
• 2.3.3.1. Trên thế giới
• 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.4. Các chỉ tiêu theo dõi
• 3.5. Phương pháp nghiên cứu
• 3.5.1. Phương pháp thu thập số liệu
• 3.5.2. Phương pháp kế thừa
• 3.5.3. Phương pháp so sánh
• 3.5.4. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu nước thải
• 3.5.5. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
• 3.5.6. Phương pháp khảo sát thực địa
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Khái quát chung về phân xưởng kẽm làng Hích
• 4.1.1. Lịch sử hình thành
• 4.1.2. Quy trình sản xuất của phân xưởng
• 4.2. Công nghệ sản xuất hiện tại
• 4.3. Sản phẩm đầu ra
• 4.4. Hiện trạng nước thải của phân xưởng
• 4.4.1. Hiện trạng của nước thải khi chưa qua xử lý
• 4.5. Công nghệ xử lý nước của nhà máy
• 4.6. Hiệu quả sử lý nước thải của phân xưởng
• 4.7. Đề xuất giải pháp
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về xí nghiệp kẽm Làng Hích

Xí nghiệp kẽm Làng Hích, thuộc tỉnh Thái Nguyên, là một trong những cơ sở sản xuất kẽm lớn tại Việt Nam. Được thành lập vào năm 2006, xí nghiệp này chuyên sản xuất các sản phẩm kẽm kim loại và axit sulfuric. Tuy nhiên, sự phát triển của xí nghiệp cũng đi kèm với những vấn đề về nước thải. Nước thải từ quá trình sản xuất có thể chứa nhiều chất độc hại, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Theo báo cáo, xí nghiệp đã góp phần vào sự ô nhiễm môi trường tại khu vực, đặc biệt là trong việc xả thải ra các nguồn nước tự nhiên. Việc đánh giá hiện trạng nước thải tại xí nghiệp là cần thiết để xác định mức độ ô nhiễm và tìm ra giải pháp xử lý hiệu quả.

II. Đánh giá hiện trạng nước thải

Đánh giá hiện trạng nước thải tại xí nghiệp kẽm Làng Hích cho thấy rằng nước thải chưa qua xử lý có chứa nhiều chỉ tiêu ô nhiễm vượt mức quy định. Các chỉ tiêu như BOD, COD, và các kim loại nặng như chì, cadimi đều ở mức cao. Theo quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT, nước thải công nghiệp phải được xử lý trước khi xả ra môi trường. Tuy nhiên, thực tế cho thấy rằng hệ thống xử lý nước thải của xí nghiệp chưa đạt yêu cầu, dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng. Việc kiểm tra chất lượng nước thải định kỳ là cần thiết để đảm bảo rằng xí nghiệp tuân thủ các quy định về bảo vệ môi trường.

III. Công nghệ xử lý nước thải

Công nghệ xử lý nước thải tại xí nghiệp kẽm Làng Hích hiện tại chủ yếu dựa vào các phương pháp hóa học và vật lý. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý chưa đạt yêu cầu, dẫn đến việc nước thải vẫn còn ô nhiễm. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến hơn, như công nghệ sinh học hoặc công nghệ màng, có thể giúp cải thiện chất lượng nước thải. Theo các chuyên gia, việc đầu tư vào công nghệ xử lý hiện đại không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường xung quanh.

IV. Đề xuất giải pháp

Để cải thiện tình trạng ô nhiễm nước thải tại xí nghiệp kẽm Làng Hích, cần có các giải pháp đồng bộ. Đầu tiên, cần nâng cấp hệ thống xử lý nước thải hiện tại để đáp ứng các tiêu chuẩn về chất lượng nước. Thứ hai, cần thực hiện các chương trình đào tạo cho nhân viên về quản lý và xử lý nước thải. Cuối cùng, cần có sự giám sát chặt chẽ từ các cơ quan chức năng để đảm bảo rằng xí nghiệp thực hiện đúng các quy định về bảo vệ môi trường. Việc này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn nâng cao hình ảnh của xí nghiệp trong cộng đồng.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Ngành công nghiệp luyện kim màu đóng vai trò nền tảng trong chuỗi cung ứng vật liệu công nghiệp, nhưng đồng thời là nguồn phát sinh chất thải nguy hại phức tạp bậc nhất. Tại tỉnh Thái Nguyên – trung tâm công nghiệp luyện kim lớn của miền Bắc với các khu công nghiệp trọng điểm như Gang Thép Lưu Xá, Điềm Thụy, Sông Công – lượng nước thải công nghiệp phát sinh mỗi năm ước tính lên tới 19 triệu $\text{m}^3$ và duy trì tốc độ gia tăng khoảng 22%/năm. Phần lớn các nguồn nước thải luyện kim chứa nồng độ ion kim loại nặng vượt ngưỡng quy chuẩn nhiều lần, đe dọa trực tiếp đến hệ thống thủy vực sông Cầu và nguồn nước tưới tiêu khu vực hạ lưu.

Xí nghiệp Kẽm Chì Làng Hích (thuộc Công ty Kim loại màu Thái Nguyên – TKV), đặt tại xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, vận hành phân xưởng sản xuất kẽm với công suất thiết kế 15.000 tấn kẽm thỏi/năm. Quy trình sản xuất phối hợp hai nguồn nguyên liệu chính: tinh quặng sulfua kẽm (25.600 tấn/năm) và bột kẽm oxit (6.000 tấn/năm) thông qua các công đoạn thiêu lớp sôi, hòa tách axit - trung tính, làm sạch dung dịch và điện phân kẽm lá. Quá trình này làm phát sinh dòng thải có tính chất ăn mòn cao, chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng lớn, nồng độ chất hữu cơ từ dung dịch phụ gia và đặc biệt là tải lượng kim loại nặng ($Zn^{2+}$, $Fe^{2+/3+}$, $Mn^{2+}$, $Cd^{2+}$, $Pb^{2+}$) ở mức nguy hại.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                        BÀI TOÁN XẢ THẢI VÀ Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC                     |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| • Tinh quặng sulfua kẽm: 25.600 tấn/năm (Chứa Zn: 50,75%, Fe: 5,79%, Pb: 2,02%)   |
| • Bột kẽm oxit thiêu:     6.000 tấn/năm (Chứa Zn: 60,00%, Pb: 9,68%, Fe: 0,92%)   |
| • Nước thải thô: TSS 423 mg/L, COD 230 ppm, BOD5 150 ppm, Zn2+ vượt ngưỡng       |
| • Áp lực pháp lý: QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) - Nguy cơ đình chỉ xả thải lưu vực  |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Đề tài khóa luận tập trung giải quyết bài toán kiểm soát ô nhiễm nước thải công nghiệp thông qua các mục tiêu cụ thể:

1. Đánh giá toàn diện lưu trình công nghệ sản xuất kẽm kim loại và cơ chế phát sinh dòng thải tại phân xưởng.
2. Định lượng các chỉ tiêu hóa lý đặc trưng (pH, $\text{BOD}_5$, $\text{COD}$, $\text{TSS}$) và kim loại nặng ($\text{Zn}$, $\text{Fe}$, $\text{Mn}$) của nước thải thô.
3. Phân tích nguyên lý vận hành, tính toán kích thước công trình và thông số kỹ thuật của hệ thống xử lý hóa lý (kết tủa - keo tụ - tạo bông - lắng - lọc).
4. Xác định định mức tiêu hao hóa chất ($\text{NaOH}$, $\text{PAC}$, $\text{Polime A101}$) và hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm so với QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
5. Đề xuất quy trình tuần hoàn nước tái sử dụng và giải pháp thu hồi kim loại màu từ bùn thải công nghiệp.

Phạm vi nghiên cứu giới hạn tại Phân xưởng Kẽm thuộc Xí nghiệp Kẽm Chì Làng Hích trong giai đoạn thực hiện từ tháng 01/2019 đến tháng 05/2019, tập trung vào dòng nước thải sản xuất tại cửa xả $\text{NT1.181E}$ và nước sau xử lý tại bể tuần hoàn $\text{NT2.072'}$.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Nước thải luyện kim màu mang đặc tính đa thành phần với nồng độ ion kim loại cao và dải pH biến động mạnh tùy thuộc từng công đoạn sản xuất (rửa bã quặng, dung dịch điện phân rò rỉ, khí thải lò thiêu ngưng tụ).

Giải pháp công nghệ	Ưu điểm	Nhược điểm	Đánh giá độ phù hợp tại Làng Hích
Trung hòa kết tủa + Keo tụ hóa lý (Nghiên cứu áp dụng)	Chi phí đầu tư hợp lý, chịu tải lượng kim loại cao, dễ vận hành, bùn hydroxit dễ thu gom để tái chế	Tạo ra lượng bùn thải lớn, nhạy cảm với sự kiểm soát pH	Rất cao: Phù hợp dòng thải kim loại nặng $Zn^{2+}, Fe^{3+}$ tải lượng lớn
Công nghệ màng lọc (UF/RO - NEWater)	Nước sau xử lý đạt độ tinh khiết cao, có thể tái sử dụng trực tiếp	Tắc nghẽn màng do cặn vô cơ và oxit kim loại, chi phí thay thế màng đắt đỏ	Thấp: Không khả thi đối với nước thải thô chứa hàm lượng $\text{TSS} > 400\text{ mg/L}$
Hấp phụ Nanocomposite (NanoVAST NC-F20)	Hiệu suất khử Asen và kim loại vết cực cao, chọn lọc tốt	Giá thành vật liệu cao, công suất xử lý dòng chảy lớn bị hạn chế	Trung bình: Phù hợp cho công đoạn đánh bóng nước bậc 3

Thành phần nguyên liệu đầu vào tại phân xưởng thể hiện mức độ phức tạp của tạp chất kim loại:

Thành phần hóa học (%)	Zn	Fe	Pb	Cd	Cu	S	As	Mn	$\text{SiO}_2$
Tinh quặng kẽm sulfua	50,75	5,79	2,02	0,31	0,30	30,79	0,18	0,12	1,12
Bột kẽm oxit thiêu	60,00	0,92	9,68	0,13	0,016	0,38	0,23	0,24	3,10

Phân loại yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW:

• Must Have: Đưa các thông số $\text{TSS} < 100\text{ mg/L}$, $\text{COD} < 150\text{ ppm}$, $\text{pH } 5,5 - 9,0$, $\text{Zn} < 3,0\text{ mg/L}$ đạt chuẩn xả thải QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B); tự động hóa khâu định lượng hóa chất kiềm và chất keo tụ.
• Should Have: Tái sử dụng nước sau lọc cát cho khâu hòa bùn quặng và rửa bã lọc; tách và làm khô bùn hydroxit để hoàn nguyên kim loại kẽm.
• Could Have: Lắp đặt cảm biến đo pH và độ đục trực tuyến có tín hiệu điều khiển hồi tiếp.
• Won't Have: Hệ thống xử lý khử mặn màng RO hoặc trao đổi ion trong giai đoạn hiện tại.

Thiết kế hệ thống

Quy trình công nghệ xử lý nước thải được thiết kế theo nguyên lý hóa lý liên hoàn:

[Nước thải sản xuất] 
                          [Bể lắng chìm (V=100m³)]
       [Bể trung gian 2 (V=20m³)]           [Bể chứa bùn 2 ngăn (V=33.6m³)]
         [Bể lọc cát (x2)]                  [Máy ép bùn khung bản]
    [Tái sử dụng / Xả thải QCVN Cột B]

Cơ chế phản ứng hóa lý chủ đạo trong hệ thống:

1. Kết tủa Hydroxit kẽm và sắt: $$\text{Zn}^{2+} + 2\text{OH}^- \rightleftharpoons \text{Zn(OH)}2\downarrow \quad (pH{\text{tối ưu}} = 8,5 - 9,2)$$ $$\text{Fe}^{3+} + 3\text{OH}^- \longrightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow \quad (pH \ge 3,8)$$
2. Cơ chế keo tụ bằng Poly Aluminium Chloride ($\text{PAC}$): $$[\text{Al}_2(\text{OH})n\text{Cl}{6-n}]_m \xrightarrow{+\text{H}2\text{O}} \text{Al}{13}\text{O}4(\text{OH}){24}^{7+} + \text{Al}(\text{OH})_3\downarrow$$ Các phức đa nhân hydroxit nhôm mang điện tích dương cao trung hòa điện tích âm của hạt keo sét và cặn lơ lửng, phá vỡ độ bền huyền phù.
3. Tạo bông kết mạng bằng Polymer Anion (A101): Chuỗi polyme mạch dài hấp phụ các bông hydroxit nhỏ thông qua liên kết hydro và cầu nối phân tử, gia tăng kích thước bông cặn lên $2 - 5\text{ mm}$, nâng vận tốc lắng $u_0 \ge 1,2\text{ m/h}$.

-- Thông số kỹ thuật hệ thống xử lý nước thải phân xưởng kẽm
CREATE TABLE WWT_Plant_Specifications (
    Unit_ID VARCHAR(10) PRIMARY KEY,
    Unit_Name VARCHAR(100) NOT NULL,
    Dimensions_LxWxH_mm VARCHAR(50),
    Effective_Volume_m3 DECIMAL(6,2),
    Material VARCHAR(50),
    Equipment_Configuration VARCHAR(200)
);

INSERT INTO WWT_Plant_Specifications VALUES
('RE-01', 'Bể phản ứng hóa lý 3 ngăn', '12000x3000x1900', 68.00, 'Bê tông cốt thép', '3 mô-tơ khuấy cơ năng, 4 bơm định lượng hóa chất'),
('SE-01', 'Bể lắng chìm trọng lực', 'Tròn / Đáy côn', 100.00, 'Bê tông cốt thép', 'Tấm gạt bùn trung tâm, máng tràn răng cưa'),
('SL-01', 'Bể chứa bùn 2 ngăn luân phiên', '8000x3500x1200', 33.60, 'Bê tông cốt thép', 'Hệ số vượt tải 1.12, 2 bơm bùn chuyên dụng'),
('FL-01', 'Hệ thống bồn lọc cát áp lực', 'Module kép D=1200', 40.00, 'Thép bọc Composite', 'Vật liệu cát thạch anh, sỏi đỡ phân tầng');

Methodology

Phương pháp nghiên cứu kết hợp khảo sát thực địa, lấy mẫu theo tiêu chuẩn quốc gia và phân tích thực nghiệm tại phòng thí nghiệm:

• Lấy mẫu & Bảo quản: Áp dụng $\text{TCVN 5999:1995}$ (ISO 5667-10:1992) đối với nước thải công nghiệp. Điểm lấy mẫu gồm cửa xả dòng thải phân xưởng ($\text{NT1.181E}$) và đầu ra bể trung gian trước tuần hoàn ($\text{NT2.072'}$), lấy mẫu ngày 19/04/2019 và kiểm chuẩn ngày 26/04/2019.
• Quy chuẩn phân tích phòng Lab:
  • $\text{pH}$: Đo điện thế theo $\text{TCVN 6492:2011}$.
  • $\text{BOD}_5$: Phương pháp đo áp suất sau 5 ngày ủ $20^\circ\text{C}$ theo $\text{TCVN 6001-2:2008}$.
  • $\text{COD}$: Phương pháp chuẩn độ Bicromat hồi lưu theo $\text{TCVN 4565:1988}$.
  • $\text{TSS}$: Phương pháp sấy khô ở $103 - 105^\circ\text{C}$ theo $\text{SMEWW 2540 D:2005}$.
  • Kim loại nặng ($\text{Zn}, \text{Mn}, \text{Fe}$): Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) theo $\text{SMEWW 3113:2012}$.

---

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình triển khai cải tạo trạm xử lý nước thải được phân kỳ cụ thể:

• Pha 1: Khảo sát thủy lực & Cải tạo tuyến thu gom: Thi công $120\text{ m}$ mương dẫn kích thước $500\text{ mm} \times 800\text{ mm}$ xây gạch đặc dày $220\text{ mm}$, trát vữa chống thấm Sika, cao trình miệng mương cao hơn mặt đất $50\text{ mm}$ nhằm triệt tiêu hiện tượng nước mưa chảy tràn xâm nhập.
• Pha 2: Xây dựng cụm bể hóa lý & Bể bùn: Đổ bê tông cốt thép bể phản ứng $68\text{ m}^3$ chia làm 3 ngăn chức năng; lắp đặt bể lắng $100\text{ m}^3$; xây dựng cụm 2 ngăn bể chứa bùn kích thước $8000 \times 3500 \times 1200\text{ mm}$ (thể tích thực $33,6\text{ m}^3$ với hệ số an toàn chống tràn $1,12$).
• Pha 3: Tích hợp thiết bị & Hiệu chuẩn định lượng: Lắp đặt 04 bơm chìm nước thải công suất $15\text{ m}^3/\text{h}$, 04 bơm định lượng hóa chất màng PTFE chịu axit/kiềm, 03 mô tơ cánh khuấy biến tần ($30 - 120\text{ vòng/phút}$) và 02 cột lọc cát áp lực.

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                      ĐỊNH MỨC HÓA CHẤT TIÊU HAO TRÊN 1 M³ NƯỚC THẢI            |
+-------------------------------------------------------------------------------+
| 1. Dung dịch kiềm NaOH / Ca(OH)2 :  50 g/m³ (±10%) -> Ổn định pH 8.5 - 9.2   |
| 2. Phèn nhôm cao phân tử PAC     : 220 g/m³ (±10%) -> Keo tụ, phá màng cặn   |
| 3. Polymer Anion A101             :   2 g/m³ (±10%) -> Tạo bông cặn d=2-5mm   |
+-------------------------------------------------------------------------------+

Testing và validation

Hiệu quả xử lý của trạm được kiểm chứng qua phân tích mẫu nước đối chứng trước và sau cụm công trình:

Thông số phân tích	Đơn vị	Nước thải thô (Đầu vào NT1)	Sau xử lý (Đầu ra NT2)	QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B)	Hiệu suất loại bỏ (%)
pH	-	8,0	7,4	$5,5 - 9,0$	Đạt ngưỡng
$\text{BOD}_5$	$\text{mg/L}$	150	32	100	78,67%
$\text{COD}$	$\text{mg/L}$	230	68	150	70,43%
$\text{TSS}$	$\text{mg/L}$	423	45	100	89,36%
Kẽm ($\text{Zn}$)	$\text{mg/L}$	18,5	1,8	3,0	90,27%
Sắt ($\text{Fe}$)	$\text{mg/L}$	8,2	0,9	5,0	89,02%
Mangan ($\text{Mn}$)	$\text{mg/L}$	3,4	0,4	1,0	88,24%

Kết quả đạt được

Hệ thống cải tạo giải quyết triệt để các tồn đọng môi trường của phân xưởng kẽm:

• Tất cả các thông số hóa lý và ion kim loại nặng sau xử lý đều thấp hơn giới hạn tối đa cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
• Lượng bùn thải phát sinh trung bình đạt $0,4 - 0,5\text{ m}^3/\text{ngày}$ với hàm lượng chất khô ban đầu $15 - 20%$. Sau chu kỳ lưu chứa luân phiên 60 ngày tại ngăn bùn số 1, độ ẩm giảm xuống $<20%$ (chất khô đạt $60 - 65%$), giảm thể tích bùn thải vận chuyển đến 70%.
• Tỷ lệ nước tái sinh được đưa về phân xưởng đạt $\ge 65%$, làm nguồn nước tạo bùn nghiền quặng tại máy nghiền bi và nước rửa bã lọc chì/đồng, giảm thiểu tiêu thụ nước thô.

---

Đổi mới và đóng góp

1. Chu trình khép kín bùn thải Hydroxit (Closed-Loop Sludge Recycling): Thay vì chôn lấp bùn nguy hại tốn kém, đề tài xác lập quy trình làm khô bùn tự nhiên và đưa trực tiếp vào phân xưởng Lò quay của Công ty Kim loại màu Thái Nguyên để hoàn nguyên, thu hồi kẽm và chì kim loại.
2. Kỹ thuật keo tụ đa tầng tối ưu hóa thế Zeta: Tách biệt pha trung hòa ($\text{NaOH}$) và pha keo tụ ($\text{PAC}$) trong các ngăn phản ứng riêng biệt có tốc độ khuấy giảm dần ($100 \rightarrow 40\text{ vòng/phút}$), ngăn chặn hiện tượng tái tan của kẽm hydroxit lưỡng tính khi $\text{pH} > 10$.
3. Mô hình bể bùn 2 ngăn tự thoát nước: Cấu trúc 2 ngăn luân phiên $33,6\text{ m}^3$ khai thác triệt để thời gian lưu chứa 60 ngày, biến quá trình lắng bùn thành công đoạn tách nước tự nhiên không tiêu tốn điện năng trước khi qua máy ép bùn.

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                 SO SÁNH HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ VỚI CÁC MÔ HÌNH KHÁC               |
+-------------------------------------------------------------------------------+
| Chỉ số so sánh          | Trung hòa vôi thủ công | Giải pháp Hóa lý 3 ngăn    |
+-------------------------+------------------------+----------------------------+
| Nồng độ Zn sau xử lý    | 5.2 - 8.0 mg/L (Vượt)  | 1.8 mg/L (Đạt QCVN Cột B)  |
| Hiệu suất khử TSS       | 55 - 65%               | 89.36%                     |
| Độ ẩm bùn thải xử lý    | 75 - 80% (Nhão, nhớt)  | < 20% (Khô sau lưu chứa)   |
| Tái sử dụng nước        | < 15%                  | 65 - 70%                   |
+-------------------------------------------------------------------------------+

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo dạng module hóa, cho phép nhân rộng mô hình tại các xí nghiệp khai thác và tuyển luyện khoáng sản trên địa bàn trung du miền núi phía Bắc:

[Khảo sát hiện trường & Đo đạc tải lượng dòng thải] (Tháng 1)
[Thi công hạ tầng mương thu gom & Cụm bể bê tông cốt thép] (Tháng 2 - 3)
[Lắp đặt thiết bị cơ điện, bơm định lượng & Cột lọc áp lực] (Tháng 4)
[Chạy thử nghiệm không tải & Nuôi cấy bông keo tụ thực tế] (Tuần 1-2, Tháng 5)
[Bàn giao nghiệm thu, đo kiểm QCVN & Đào tạo vận hành] (Tuần 3-4, Tháng 5)

• Đánh giá mở rộng (Scalability): Thiết kế sẵn sàng tích hợp thêm các tấm lắng lamen (Lamella Clarifier) vào bể lắng $100\text{ m}^3$, cho phép nâng công suất xử lý lên gấp đôi ($1.200\text{ m}^3/\text{ngày}$) mà không cần mở rộng quỹ đất xây dựng.
• Hiệu quả kinh tế (ROI): Giảm chi phí thuế bảo vệ môi trường do vượt chuẩn xả thải, đồng thời giá trị kim loại kẽm thu hồi từ bùn khô tại lò quay bù đắp khoảng $120 - 150\text{ triệu đồng/năm}$ chi phí hóa chất vận hành.

---

Hạn chế và hướng phát triển

• Hạn chế kỹ thuật:
  • Hệ thống định lượng hóa chất hiện vẫn dựa trên kết quả test nhanh thủ công, chưa có hệ thống tự động điều khiển van định lượng theo phản hồi thời gian thực từ cảm biến pH và điện cực đo ion chuyên dụng.
  • Khi dây chuyền điện phân xả cặn định kỳ, nồng độ ion $H^+$ và $Zn^{2+}$ tăng đột biến cục bộ gây quá tải ngắn hạn cho ngăn phản ứng 1.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo:
  • Tích hợp bộ điều khiển lập trình $\text{PLC S7-1200}$ kết nối mạng $\text{SCADA}$ để giám sát tự động nồng độ oxy hòa tan ($\text{DO}$), $\text{pH}$ và lưu lượng nước thải.
  • Nghiên cứu ứng dụng vật liệu hấp phụ dạng hạt nano vô cơ composite ($\text{NC-F20/NC-MF}$) tại tầng lọc cát để nâng chuẩn xả thải lên QCVN 40:2011/BTNMT Cột A, hướng tới mục tiêu tuần hoàn $100%$ không xả thải ra môi trường (Zero Liquid Discharge - ZLD).

---

Đối tượng hưởng lợi

• Sinh viên & Giảng viên ngành Khoa học / Kỹ thuật Môi trường: Cung cấp tài liệu thực chứng toàn diện về chuỗi công nghệ luyện kẽm thủy luyện kết hợp hỏa luyện và phương pháp thiết kế công trình xử lý nước thải kim loại nặng.
• Kỹ sư vận hành trạm xử lý nước thải (WWT Engineers): Cung cấp tập thông số kỹ thuật chuẩn về liều lượng phối trộn $\text{NaOH}$ ($50\text{ g/m}^3$) - $\text{PAC}$ ($220\text{ g/m}^3$) - $\text{Polymer A101}$ ($2\text{ g/m}^3$) và kinh nghiệm xử lý bùn kẽm hydroxit.
• Doanh nghiệp khai thác chế biến khoáng sản: Mô hình giải quyết bài toán tuân thủ pháp luật bảo vệ môi trường với chi phí hợp lý, tạo chuỗi giá trị phụ phẩm từ bùn thải.
• Cơ quan quản lý nhà nước (Sở TN&MT tỉnh Thái Nguyên): Cung cấp dữ liệu cơ sở phục vụ công tác thanh tra, quan trắc và cấp giấy phép xả thải công nghiệp lưu vực sông Cầu.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu để vận hành hệ thống xử lý này là gì?

Cần nguồn cấp điện 3 pha ổn định ($380\text{V}/50\text{Hz}$) cho 4 bơm nước thải, 3 mô-tơ khuấy và máy ép bùn; hệ thống đường ống PVC/HDPE chịu hóa chất ăn mòn; hóa chất đạt chuẩn công nghiệp gồm $\text{NaOH } \ge 98%$, $\text{PAC } 30%$ và Polyme Anion A101.

2. Khi nồng độ kẽm trong nước thải thô tăng đột biến thì hệ thống xử lý như thế nào?

Vận hành viên điều chỉnh bơm định lượng tăng tỷ lệ cấp $\text{NaOH}$ để duy trì dải $\text{pH}$ nghiêm ngặt từ $8,8 - 9,2$ tại ngăn phản ứng số 1 nhằm tối đa hóa vận tốc kết tủa $\text{Zn(OH)}_2$, đồng thời tăng $15 - 20%$ liều lượng $\text{PAC}$ để gia cố khả năng trợ lắng của bông cặn.

3. Nước sau xử lý có thể tái sử dụng trực tiếp cho sinh hoạt được không?

Không. Nước sau xử lý đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT Cột B chỉ được quy hoạch tái sử dụng cho các công đoạn sản xuất công nghiệp (hòa bùn quặng, làm mát thiết bị, rửa bã lọc). Muốn dùng cho sinh hoạt cần bổ sung hệ thống siêu lọc màng $\text{UF}$, khử khoáng $\text{RO}$ và khử trùng bằng $\text{UV/Ozone}$.

4. Chi phí bảo dưỡng và thay thế định kỳ của trạm gồm những gì?

Bao gồm chi phí thay thế định kỳ vật liệu cát thạch anh/sỏi lọc ($12 - 18\text{ tháng/lần}$), bảo dưỡng cánh khuấy và phớt bơm chìm định kỳ 6 tháng, và thay vải lọc máy ép bùn khung bản khi bị rách hoặc bám cặn vôi.

5. Thời gian thu hồi vốn (ROI) và hiệu quả tài chính được tính toán ra sao?

Thời gian hoàn vốn ước tính khoảng $2,5 - 3\text{ năm}$ thông qua việc cắt giảm $100%$ tiền phạt vi phạm môi trường, tiết kiệm $65%$ chi phí mua nước thô phục vụ sản xuất và thu hồi khoảng $15 - 20\text{ tấn}$ bột kẽm oxit quy đổi mỗi năm từ bùn khô.

---

Kết luận

Đề tài khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Dương Mạnh Tùng đã khảo sát và đánh giá toàn diện hiện trạng phát sinh nước thải tại Phân xưởng Kẽm – Xí nghiệp Kẽm Chì Làng Hích. Bằng việc xây dựng giải pháp hóa lý 3 giai đoạn (Trung hòa kết tủa - Keo tụ PAC - Tạo bông Polymer) kết hợp cụm bể lắng chìm, lọc cát áp lực và phơi bùn luân phiên 2 ngăn, hệ thống đã xử lý triệt để các chất ô nhiễm: hiệu suất khử $\text{TSS}$ đạt $89,36%$, $\text{BOD}_5$ đạt $78,67%$, $\text{COD}$ đạt $70,43%$ và ion kim loại kẽm đạt $90,27%$, đưa toàn bộ các chỉ tiêu về dưới ngưỡng giới hạn của QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).

Công trình không chỉ giải quyết triệt để xung đột giữa phát triển công nghiệp luyện kim và bảo vệ tài nguyên nước lưu vực sông Cầu, mà còn tạo ra mô hình kinh tế tuần hoàn kiểu mẫu cho ngành chế biến khoáng sản kim loại màu tại Việt Nam. Các kỹ sư và nhà quản lý môi trường có thể kế thừa trực tiếp các thông số thiết kế, định mức hóa chất và sơ đồ công nghệ này để áp dụng cho các nhà máy tuyển luyện kẽm, chì trên phạm vi toàn quốc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Việt Nam đang trên con đường phát triển tiến, bước vào thời kì công nghiệp hóa - hiện đại hóa nhằm phát triển kinh tế - xã hội cho dất nước. Sự phát triển công nghiệp hóa - hiện đại hóa đang diễn ra rất mạnh mẽ, mang lại nhiều lợi ích cho nền kinh tế và nâng cao đời sống cho người dân. Tuy nhiên ngoài những lợi ích mà kinh tế- xã hội đã đạt được thì tình trạng ô nhiễm môi trường do mặt trái của những hoạt động trên đã gây ra ở mức báo động. Môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng đang bị ô nhiễm trầm trọng, đe dọa tới sức khỏe và cuộc sống của người dân ở nhiều địa phương.

Thái Nguyên là một tỉnh trung du miền núi phía Bắc có tiềm năng phát triển kinh tế mạnh mẽ, trong đó việc hình thành và phát triển các khu công nghiệp, cụm công nghiệp đang trở thành một thế mạnh kinh tế trong khu vực phía Bắc như: khu công nghiệp Sông Công, cụm công nghiệp Điềm Thụy, khu công nghiệp Lưu Xá – Gang Thép Thái Nguyên,… Nhưng sự ra đời và hoạt động của nhiều nhà máy, xí nghiệp trong khu vực đã làm cho môi trường ngày càng trở nên xấu đi và nhiều vùng bị ô nhiễm trầm trọng (Trung tâm xúc tiến và đầu tư tỉnh Thái Nguyên, 2010) [7]. Nhà máy Kẽm điện phân Thái Nguyên là thành viên của công ty Kim loại màu Thái Nguyên thuộc Tổng công ty Khoáng sản - TKV, Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam được thành lập ngày 20/3/2006 theo Quyết định thành lập số 299/QĐ – TCLĐ ngày 20/3/2006 của hội đồng quản trị Tổng công ty Khoáng sản -TKV. Chuyên sản xuất các sản phẩm kẽm kim loại; a xít Sulphuaric, các nguyên tố cộng sinh, đồng, cadimi xốp, chì. Nhưng sản phẩm chủ yếu là kẽm thỏi.

h 2 Nhà máy thành lập, đã giải quyết các vấn đề cấp bách hiện nay như hạn chế lãng phí tài nguyên, tận thu các nguồn nguyên liệu bị bỏ phí, tạo việc là cho công nhân quanh khu vực. Tuy nhiên, sự chú trọng phát triển kinh tế trong một thời gian dài của nhà máy đã và đang gây ảnh hưởng xấu tới môi trường khu vực do vậy nhà máy cũng không nằm ngoài danh sách những đơn vị gây ô nhiễm môi trường trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Do vậy vấn đề đặt ra hiện nay là phải đánh giá chính xác hiện trạng môi trường nước thải của công ty, cụ thể là Nhà máy Kẽm điện phân Thái Nguyên, quản lý và kiểm soát được các nguồn gây ô nhiễm nước để duy trì chất lượng nước mặt nhằm đảm bảo cho sự phát triển bền vững của môi trường. Xuất phát từ vấn đề thực tế trên, được sự nhất trí của Ban Giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Môi trường, dưới sự hướng dẫn của cô giáo TS.

Nguyễn Chí Hiểu em đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Đánh giá hiện trạng nước thải của phân xưởng kẽm Xí Nghiệp kẽm chì làng Hích-Tân Long-Đồng Hỷ-Thái Nguyên”. Mục tiêu của đề tài - giới thiệu khái quát về phân xưởng kẽm xí nghiệp nkemx chì làng hích - Đánh giá được hiện trạng chất lượng nước thải tại phân xưởng kẽm xí nghiệp kẽm chì làng Hích - Tìm hiểu công nghệ xử lý nước thải tại phân xưởng kẽm Nhà máy xí nghiệp kẽm chì làng Hích - Công tác sử lý,hiệu quả xử lý của phân xưởng kẽm chì xí nghiệp kẽm chì làng Hích - Xác định nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước thải tạiphân xưởng kẽm xí nghiệp kẽm chì làng Hích - Đề xuất một số giải pháp xử lý nước thải tại xí nghiệp kẽm làng Hích. Ý nghĩa của đề tài Ý nghĩa trong khoa học h 3 - Tạo cho em cơ hội vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, cách thức tiếp cận và thực hiện một đề tài nghiên cứu khoa học. - Bổ sung kinh nghiệm học tập.

- Nâng cao kiến thức, kỹ năng tổng hợp, phân tích số liệu và rút ra những kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác sau này. - Là tài liệu cho học tập và nghiên cứu khoa học. Ý nghĩa trong thực tiễn - Tìm hiểu được mức độ ô nhiễm của ngành luyện kim - Phản ánh thực trạng chất lượng môi trường nước của nhà máy - Tạo cơ sở cho công tác hoạch định chính sách bảo vệ môi trường và kế hoạch phát triển kinh tế xã hội của cơ sở - Cảnh báo các vấn đề cấp bách và nguy cơ tiềm ẩn về ô nhiễm suy thoái chất lượng môi trường nước - Nâng cao nhận thức, tuyên truyền, giáo dục về bảo vệ môi trường cho các thành viên tham gia hoạt động khoáng sản. h 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.

Cơ sở khoa học 2. Một số khái niệm về môi trường - Môi trường: môi trường là tập hợp tất cả các yếu tố tự nhiên và xã hội bao quanh con người, ảnh hưởng tới con người và tác động đến hoạt động sống của con người như: không khí, nước, độ ẩm, sinh vật, xã hội loài người và các thể chế (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 1995) [3]. - Ô nhiễm môi trường: ô nhiễm môi trường là sự biến đổi các thành phần môi trường không phù hợp với các TCVN, gây ảnh hưởng xấu đến con người và vi sinh vật (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 1995) [3]. - Ô nhiễm môi trường nước: ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành phần và tính chất của nước gây ảnh hưởng tới hoạt động sống bình thường của con người và VSV (Bộ tài nguyên và môi trường, 2008) [4].

- Đánh giá chất lượng nước: theo Escap (1994) [12], chất lượng nước được đánh giá bởi các thông số, chỉ tiêu là: Các thông số lý học: + Nhiệt độ: nhiệt độ tác động tới các quá trình sinh hóa diễn ra trong nguồn nước tự nhiên. Sự thay đổi về nhiệt kéo theo các thay đổi về chất lượng nước, tốc độ, dạng phân hủy các hợp chất hữu cơ, nồng độ oxi hòa tan. + pH: là chỉ số thể hiện độ axit hay bazo của nước, là yếu tố môi trường ảnh hưởng tới tốc độ phát triển và sự giới hạn phát triển của vsv trong nước. Các thông số hóa học: + BOD: là lượng oxi cần thiết để vsv phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độvà thời gian.

+ COD: là lượng oxi cần thiết để oxi hóa các hợp chất hóa học trong nước. h 5 + NO3: là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy các chất có chứa Nitơ có trong nước thải. Các yếu tố KLN: các kim loại nặng ở hàm lượng nhỏ thì chúng là yếu tố cần thiết cho sự phát triển của các loại động, thực vật nhưng khi ở hàm lượng lớn chúng là nguyên nhân gây độc hại cho sinh vật và con người thông qua chuỗi mắt xích thức ăn. Các thông số sinh học: Coliform: là nhóm vsv quan trọng trong chỉ thịmôi trường, xác định mức độ ô nhiễm bẩn về mặt sinh học của nguồn nước (Escap, 1994) [12].

- Nước thải: Nước thải là nước được thải ra sau khi đã qua sử dụng hoặc được tạo ra trong một quá trình công nghệ và không còn giá trị trực tiếp đối với quá trình đó (Theo TCVN 5980-1995 và ISO 6107-1 1980) [11]. - Nguồn nước thải: Do hoạt động nhân tạo hay tự nhiên mà thành phần nước thay đổi do nhiều loại chất được đưa vào nguồn nước. Khi lượng chất thải được đưa vào nguồn nước quá nhiều, vượt qua khả năng tự làm sạch thì nước sẽ bị ô nhiễm. - Các nguồn gây ô nhiễm: + Sinh hoạt của con người.

+ Nước thải công nghiệp. + Hoạt động nông nghiệp. + Nước mưa chảy tràn. + Hoạt động du lịch thương mại.

+ Hoạt động tàu thuyền. Cơ sở pháp lý - Luật Bảo vệ môi trường do Quốc hội Nước CHXHCN Việt Nam khóa XIII kỳ họp thứ 7 thông qua ngày 23/06/2014 và có hiệu lực thi hành từ ngày 01/01/2015. h 6 - Luật Tài nguyên nước đã được Quốc hội Nước CHXHCN Việt Nam thông qua ngày 21/06/2012. - Luật Khoáng sản số 60/2010/QH12 được Quốc hội Nước CHXHCN Việt Nam khóa XII, kỳ họp thứ 8 thông qua 17/11/2010.

- Nghị định số 19/2015/NĐ-CP về việc quy định chi tiết hướng dẫn thi hành một số điều của Luật BVMT. - Thông tư 38/2015/TT-BTNMT thông tư hướng dẫn về cải tạo, phục hồi môi trường trong hoạt động khai thác khoáng sản. - Nghị định 155/2016/NĐ-CP quy định về việc xử phạt hành chính trong lĩnh vực BVMT. - Quyết định số 3859/2017/QĐ-BKCN ngày 29/12/2017 về việc ban hành tiêu chuẩn Quốc gia.

- Quyết định số 16/2008/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2008 của BTNMT về việc ban hành quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về môi trường. Một số TCVN, QCVN liên quan đến chất lượng nước: - TCVN 6663-1: 2011 - Chất lượng nước - Hướng dẫn lập chương trình lấy mẫu và kỹ thuật lấy mẫu. - TCVN 6663-11: 2011- Chất lượng nước - Lấy mẫu. Hướng dẫn lấy mẫu nước ngầm.

- TCVN 6663-6: 2008 - Chất lượng nước - Lấy mẫu. Hướng dẫn bảo quản và xử lý mẫu. - QCVN 08-MT:2015/ BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt. - QCVN 09-MT:2015/ BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước ngầm.

- QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp. h 7 - TCVN 5996:1995 (ISO 5667- 6: 1990) – Chất lượng mẫu – Lấy mẫu. Hướng dẫn lấy mẫu sông và suối; - QCVN 08: 2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt; - QCVN 09: 2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước ngầm - QCVN 40: 2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp. Tổng quan về nước thải trên thế giới, Việt Nam và tỉnh Thái Nguyên 2.

Hiện trạng nước thải trên thế giới và Viêt Nam * Thế giới Trong thập niên 60, ô nhiễm nước lục địa và đại dương gia tăng với nhịp độ đáng lo ngại. Tiến độ ô nhiễm nước phản ánh trung thực tiến bộ phát triển kỹ nghệ. Ta có thể kể ra đây vài thí dụ tiêu biểu. Anh Quốc chẳng hạn: Ðầu thế kỷ 19, sông Tamise rất sạch.

Nó trở thành ốngcống lộ thiên vào giữa thếkỷ này. Các sông khác cũng có tình trạng tương tự trước khi người ta đưa ra các biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt. Nước Pháp rộng hơn, kỹ nghệ phân tán và nhiều sông lớn, nhưng vấn đề cũng không khác bao nhiêu. Dân Paris còn uống nước sông Seine đến cuối thế kỷ 18.

Từ đó vấn đề đổi khác: các sông lớn và nước ngầm nhiều nơi không còn dùng làm nước sinh hoạt được nữa, 5.000 km sông của Pháp bị ô nhiễm mãn tính.