Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, sự gia tăng nhanh chóng của các ngành sản xuất công nghiệp nặng kéo theo khối lượng phát sinh chất thải rắn ngày càng lớn, đe dọa trực tiếp đến môi trường sống và hệ sinh thái. Một trong những nguồn phế thải rắn công nghiệp quy mô lớn tại Việt Nam là bã thải thạch cao phosphogypsum (bã gyps) — sản phẩm phụ phát sinh từ công nghệ sản xuất axit photphoric theo phương pháp ướt phục vụ sản xuất phân bón DAP và hóa chất. Trung bình, cứ mỗi tấn axit photphoric ($H_3PO_4$) được sản xuất ra sẽ thải ra đồng thời khoảng 5 tấn bã phosphogypsum. Bã gyps chứa thành phần chủ yếu là canxi sunfat ở dạng hemihydrat ($CaSO_4 \cdot 0,5H_2O$) hoặc dihydrat ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$), có độ ẩm 25–30%, dạng bùn mịn với kích thước hạt dưới 0,075 mm, tính chất axit mạnh ($pH$ từ 1 đến 4), chứa dư lượng $P_2O_5$ (1–2%), $SiO_2$ (10–15%) cùng nhiều axit dư như $H_3PO_4$, $H_2SO_4$, $HF$ và các hợp chất kim loại nặng.

Thực tế tại Việt Nam, tính đến thời điểm nghiên cứu, cả nước tồn đọng khoảng 5,6 triệu tấn bã thải gyps, tập trung ở ba cơ sở lớn: Nhà máy DAP Vinachem Đình Vũ (Hải Phòng), Nhà máy DAP số 2 (Lào Cai) và Công ty Cổ phần Hóa chất và Phân bón Đức Giang (Lào Cai). Riêng nhà máy DAP Đình Vũ có bãi thải rộng 13 ha, cao gần 40 m với lượng tồn tích lũy trên 4 triệu tấn, từng xảy ra sự cố tràn nước hồ điều hòa bã thải axit (ngày 23/06/2013) và sạt lở bãi thải (ngày 04/09/2015). Tại Lào Cai, Nhà máy DAP số 2 cũng gây ra nhiều sự cố ô nhiễm nghiêm trọng, làm chết 50–70% diện tích cây trẩu của các hộ dân lân cận vào năm 2015, vỡ đường ống dẫn nước thải làm chết gần 6 tấn cá tại thôn Tân Lợi vào tháng 03/2016, và bục đường ống bơm hồi lưu nước thải từ bãi gyps vào suối Mã Ngan, suối Trát vào tháng 03/2017.

Trong khi đó, ngành công nghiệp xi măng Việt Nam có nhu cầu tiêu thụ thạch cao rất lớn (khoảng 2 triệu tấn/năm làm chất điều chỉnh thời gian đông kết với hàm lượng 3–5%), song nước ta không có mỏ thạch cao tự nhiên mà phải nhập khẩu hoàn toàn từ nước ngoài. Việc thu gom, trung hòa và tái chế bã thải gyps thành thạch cao nhân tạo đạt chuẩn phụ gia xi măng vừa giải quyết áp lực bãi thải ô nhiễm, vừa cung cấp nguồn nguyên liệu thay thế thạch cao nhập khẩu. Từ bối cảnh thực tiễn trên, tác giả thực hiện khóa luận tốt nghiệp: "Đánh giá hiệu quả xử lý bã thải Gyps thành thạch cao cho xi măng của công ty CP chế biến thạch cao Duy Nhất, Lào Cai".

Mục tiêu của đề tài:

  1. Mục tiêu chung: Đánh giá ảnh hưởng của bã thải gyps đến môi trường và hiệu quả xử lý bã thải Gyps thành thạch cao cho xi măng của Công ty CP chế biến Thạch cao Duy Nhất, từ đó đề xuất một số giải pháp xử lý bã thải gyps.
  2. Mục tiêu cụ thể:
    • Đánh giá được chính xác về hiệu quả xử lý bã thải gyps thành thạch cao phụ gia cho xi măng.
    • Đề xuất những biện pháp tận dụng bã thải gyps.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động xử lý bã thải Gyps thành thạch cao cho xi măng.
  • Phạm vi nghiên cứu: Phân xưởng sản xuất thạch cao của Công ty CP Chế biến Thạch cao Duy Nhất (nằm trong khuôn viên bãi thải của Nhà máy Hóa chất Đức Giang thuộc Khu công nghiệp Tằng Loỏng, huyện Bảo Thắng, tỉnh Lào Cai; trụ sở chính công ty đặt tại phường Pom Hán, thành phố Lào Cai). Khảo sát xã hội học mở rộng tại thị trấn Tằng Loỏng và xã Xuân Giao trong bán kính 1,5–2,0 km.
  • Thời gian tiến hành: Từ ngày 02/01/2017 đến ngày 15/04/2017.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và căn cứ pháp lý

Khóa luận hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về khoáng vật thạch cao tự nhiên ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$, khối lượng riêng 2,31–2,33 g/cm³, hàm lượng $CaSO_4$ chiếm 70–79%, nước kết tinh chiếm 21–30%) và các nguồn thạch cao nhân tạo (FGD từ quá trình khử lưu huỳnh khí thải nhà máy nhiệt điện than, phosphogypsum từ sản xuất axit photphoric, fluorogypsum, titanogypsum). Phản ứng tổng quát điều chế axit photphoric theo phương pháp ướt được xác lập:

$$Ca_3(PO_4)_2 + CaF_2 + 10H_2SO_4 + nH_2O \rightarrow 6H_3PO_4 + 10CaSO_4 \cdot 2H_2O + 2HF$$

Hệ thống căn cứ pháp lý và tiêu chuẩn kỹ thuật được tác giả trích dẫn gồm:

  • Luật Bảo vệ môi trường 2014 số 55/2014/QH13 (thông qua ngày 23/06/2014, hiệu lực từ ngày 01/01/2015).
  • Nghị định số 38/2015/NĐ-CP ngày 24/04/2015 của Chính phủ về quản lý chất thải và phế liệu.
  • Quyết định số 2149/QĐ-TTg ngày 17/12/2009 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chiến lược quốc gia về quản lý tổng hợp chất thải rắn đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2050.
  • Quyết định số 1696/QĐ-TTg ngày 23/09/2014 của Thủ tướng Chính phủ về một số giải pháp thực hiện xử lý tro, xỉ, thạch cao của các nhà máy nhiệt điện, nhà máy hóa chất phân bón để làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng.
  • Thông tư số 13/2007/TT-BXD ngày 31/12/2007 của Bộ Xây dựng hướng dẫn thực hiện Nghị định 59/2007/NĐ-CP về quản lý chất thải rắn.
  • TCVN 9807:2013 – Tiêu chuẩn quốc gia về thạch cao dùng để sản xuất xi măng.
  • QCVN 07:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại.

Phương pháp nghiên cứu

Khóa luận áp dụng kết hợp các phương pháp nghiên cứu môi trường và điều tra xã hội học:

  1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp: Thu thập dữ liệu quy hoạch, báo cáo kinh tế - xã hội và hiện trạng môi trường từ Ban Quản lý Khu kinh tế tỉnh Lào Cai, UBND huyện Bảo Thắng và UBND thị trấn Tằng Loỏng; các báo cáo thanh tra, xử phạt vi phạm môi trường của Tổng cục Môi trường; tài liệu thuyết minh công nghệ của Công ty CP Chế biến Thạch cao Duy Nhất; hồ sơ phân tích kiểm nghiệm từ các cơ quan chuyên môn.
  2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp:
    • Khảo sát thực địa, phỏng vấn trực tiếp cán bộ kỹ thuật, quản đốc phân xưởng và công nhân tại nhà xưởng Công ty Duy Nhất về thông số vận hành máy móc, định mức nguyên vật liệu.
    • Điều tra xã hội học ngẫu nhiên bằng phiếu câu hỏi đối với 50 người dân sinh sống xung quanh nhà máy hóa chất trong bán kính 1,5–2,0 km, phân bố tại thị trấn Tằng Loỏng (20 phiếu) và xã Xuân Giao (30 phiếu gồm các thôn Cù 1, Hợp Xuân 2, Tân Lợi, Thôn 5) nhằm xác định mức độ ảnh hưởng của bã gyps và mức độ chấp nhận sản phẩm thạch cao nhân tạo.
  3. Phương pháp tổng hợp và phân tích số liệu: Dữ liệu điều tra và số liệu thực nghiệm được xử lý bằng phần mềm tin học văn phòng (Word, Excel) để thống kê tỷ lệ phần trăm, lập biểu đồ phân bố và bảng tổng hợp.
  4. Nguồn dữ liệu thực nghiệm: Dữ liệu phân tích thành phần kim loại nguy hại do Trung tâm Kỹ thuật Môi trường & An toàn Hóa chất thực hiện; dữ liệu kiểm nghiệm hàm lượng hoạt chất thạch cao ($SO_3$) do Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Địa chất thực hiện.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của vấn đề xử lý chất thải rắn công nghiệp trong bối cảnh tốc độ đô thị hóa và công nghiệp hóa tăng cao. Nhấn mạnh tình trạng bã thải phosphogypsum từ các nhà máy hóa chất phân bón đang tích tụ với khối lượng hàng triệu tấn, chiếm dụng diện tích đất lớn và đe dọa nguồn nước, không khí. Xác định rõ mục tiêu chung, hai mục tiêu cụ thể, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài trong việc giải quyết bài toán tái chế phụ phẩm công nghiệp thành nguồn nguyên liệu phục vụ sản xuất xi măng.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng kết toàn diện các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế về bã thải gyps. Trên thế giới, tác giả điểm qua nghiên cứu của R. Korcak (Hoa Kỳ) về ứng dụng bã thải photpho cải tạo đất mặn và hạ $pH$; nghiên cứu của Wilson (Hoa Kỳ) về công nghệ sản xuất axit photphoric; kinh nghiệm chế tạo tấm vách ngăn cách âm, chống cháy tại Nga; công nghệ tái chế tấm thạch cao carton chứa 25% phế thải tại Canada; chính sách của Liên minh Châu Âu năm 2002 chuyển bãi thải thạch cao từ bãi loại III sang loại II (không nguy hại) làm tăng chi phí bãi thải từ 10 euro lên 85–150 euro/tấn; cùng vị thế sản xuất thạch cao của Tây Ban Nha và Hoa Kỳ (Hoa Kỳ vận chuyển 425 triệu m² tấm tường thạch cao năm 2010).

Tại Việt Nam, tác giả tổng thuật nhu cầu thạch cao 2 triệu tấn/năm của ngành xi măng; các nghiên cứu của nhóm Lê Văn Quang, Tạ Ngọc Dũng, Trịnh Thị Châm (Đại học Bách khoa Hà Nội) về sử dụng bã gyps thay thế thạch cao tự nhiên; diễn biến 3 cơ sở tái chế bã gyps lúc bấy giờ gồm: Công ty CP Sông Đà Cao Cường (nhà máy Đình Vũ 70.000 tấn/năm, định hướng 600.000 tấn/năm), Nhà máy Thạch cao Duy Nhất (công suất thiết kế 24.000–30.000 tấn/năm) và Công ty CP Phát triển Hóa chất Yên Bái (sử dụng bã gyps từ DAP Đình Vũ cấp cho Xi măng Yên Bình). Đồng thời, nêu rõ đặc tính vật lý (kích thước <0,075 mm, ẩm 25–30%), thành phần hóa học ($CaSO_4$ ~80%, $P_2O_5$ 1–2%, $SiO_2$ 10–15%, $pH$ 1–4) và các sự cố môi trường điển hình tại KCN Đình Vũ và KCN Tằng Loỏng.

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

Nêu chi tiết đối tượng nghiên cứu (quy trình xử lý bã gyps thành thạch cao cho xi măng); phạm vi không gian (xưởng sản xuất Công ty Duy Nhất tại KCN Tằng Loỏng, trụ sở Pom Hán, địa bàn thị trấn Tằng Loỏng và xã Xuân Giao); phạm vi thời gian (thực hiện từ 02/01/2017 đến 15/04/2017). Xác định 4 nội dung nghiên cứu chính và mô tả chi tiết phương pháp thu thập số liệu thứ cấp, phương pháp điều tra xã hội học sơ cấp và phương pháp xử lý thống kê.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu

Nội dung chương 4 tập trung vào 5 vấn đề cốt lõi:

  1. Tổng quan Cụm công nghiệp Tằng Loỏng: Quy hoạch điều chỉnh theo quyết định ngày 10/01/2006 của UBND tỉnh Lào Cai với diện tích 2.000 ha (700 ha đất sản xuất công nghiệp, 1.300 ha đất đô thị, chung cư, tái định cư). Tổng hợp công suất của các cơ sở lớn: Nhà máy tuyển Apatit (vốn 515 tỷ đồng, 590.000 tấn/năm), Xưởng NPK (30.000 tấn/năm), Phốt pho vàng I Đức Giang (2.000 tấn/năm), Phốt pho Việt Nam (6.000 tấn/năm), Phốt pho vàng III Đông Nam Á (8.000 tấn/năm), Đúc bi Tân Long (2.000 tấn/năm), Bao bì kim loại (50.000 tấn/năm), Luyện đồng Lào Cai (công suất sản xuất 99,95% đồng, $H_2SO_4$, vàng, bạc), Supe lân Vật tư nông sản (vốn 174,7 tỷ đồng), Phụ gia thức ăn DCP Phúc Lâm (196 tỷ đồng), Gang thép Việt - Trung (công suất ban đầu 500.000 tấn/năm, điều chỉnh nâng lên), và Nhà máy DAP số 2 Vinachem (330.000 tấn/năm, diện tích 70,8 ha, tổng mức đầu tư 5.000 tỷ đồng).
  2. Hiện trạng ô nhiễm môi trường: KCN Tằng Loỏng có hơn 1.000 hộ dân bị ảnh hưởng trực tiếp, gần 70 hộ phải di dời khẩn cấp. Giai đoạn 2011–2016 ghi nhận hàng loạt sai phạm: năm 2011 bồi thường 2,7 tỷ đồng; năm 2012–2013 đền bù lúa chết trắng 495 triệu đồng và hỗ trợ nước sạch 100 triệu đồng; năm 2014 Tổng cục Môi trường xử phạt 8 đơn vị 1,42 tỷ đồng; năm 2015 nhà máy DAP số 2 đền bù gần 100 triệu đồng cho 24 hộ dân; năm 2016 vỡ ống nước thải làm chết 6 tấn cá và làm thiệt hại 10.347 cây trồng.
  3. Quy trình sản xuất axit photphoric phát sinh bã gyps: Định mức tiêu hao nguyên liệu riêng gồm 1,33 tấn quặng apatit (32% $P_2O_5$) và 1,19 tấn axit sunfuric đậm đặc (98%) để thu được 1 tấn $H_3PO_4$ (42% $P_2O_5$). Dây chuyền trải qua 5 công đoạn: Chuẩn bị bùn quặng (nồng độ ~40%), Phân hủy bằng $H_2SO_4$ (duy trì 85–90°C), Kết tinh làm nguội (55–60°C để chuyển hemihydrat sang dihydrat), Lọc 3 bậc (thu axit sản phẩm, axit tuần hoàn và nước rửa), và Cô đặc axit chân không (nâng nồng độ lên 52% $P_2O_5$, thu hồi khí Flo dưới dạng dung dịch $H_2SiF_6$ 20%). Khí thải có hàm lượng Flo $\le 5$ mg/Nm³, bụi $\le 49$ mg/Nm³.
  4. Dây chuyền công nghệ của Công ty CP Chế biến Thạch cao Duy Nhất: Đội ngũ gồm 25 lao động; năng suất đạt 30.000 tấn sản phẩm/năm. Danh mục máy móc được trang bị đồng bộ phục vụ quy trình xử lý 2 giai đoạn. Giai đoạn 1 xử lý bã thải thành thạch cao phụ gia xi măng: Bã gyps ($pH$ 1–2) được phối trộn tác nhân trung hòa trong bể khuấy đến $pH = 7$, bổ sung thuốc tuyển đưa vào hệ thống bồn tuyển tách; thu được ~90% khối lượng là thạch cao thành phẩm nhập kho và ~10% bùn thải trơ ($pH = 7$) chuyển ra bãi chất thải rắn theo quy định. Giai đoạn 2 xử lý thành thạch cao đóng rắn: Thạch cao thô sau tuyển tiếp tục nâng cao chất lượng, sấy khô, nghiền mịn tạo thành thạch cao hemihydrat ($CaSO_4 \cdot 0,5H_2O$), đóng bao 2 lớp PP/PE khối lượng 50 kg/bao hoặc xuất hàng rời.
  5. Ý kiến người dân và giải pháp mở rộng: Thống kê nhận thức của 50 người dân địa phương; phân tích các giải pháp công nghệ tận dụng bã thải gyps trong sản xuất hóa chất và vật liệu.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các kết quả đạt được về khả năng xử lý bã gyps, tính khả thi của thạch cao nhân tạo và đưa ra các kiến nghị kỹ thuật đối với Nhà máy Hóa chất Đức Giang cùng định hướng mở rộng sản xuất của Công ty Duy Nhất.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng và thông số kỹ thuật

Hệ thống thiết bị máy móc chính phục vụ dây chuyền xử lý bã gyps tại Công ty CP Chế biến Thạch cao Duy Nhất được thống kê chi tiết trong văn bản:

STT Tên thiết bị Số lượng Thông số kỹ thuật
1 Băng tải 2 cái Model B500
2 Bể trung hòa 1 bể Dung tích $1,5\text{ m}^3$
3 Máy lọc ép 1 cái Model 1000; công suất 3,5 kW
4 Máy lọc chân không 1 cái Công suất 1,1 kW
5 Máy tạo hạt kiểu lòng chảo 1 cái Model Jx-3.6; công suất 3 kW
6 Bồn tuyển 4 bồn Dung tích $1\text{ m}^3/\text{cái}$
7 Máy sấy 1 cái Công suất 2,5 kW
8 Thiết bị cấp liệu 1 cái Công suất $2 \times 0,55\text{ kW}$
9 Máy nghiền 1 cái Model QG2300x3000

Kết quả phân tích 8 chỉ tiêu kim loại nặng trong mẫu bã thải thạch cao do Trung tâm Kỹ thuật Môi trường & An toàn Hóa chất thực hiện cho thấy mẫu đạt yêu cầu an toàn theo quy chuẩn chất thải:

STT Chỉ tiêu thử nghiệm Đơn vị Phương pháp thử nghiệm Kết quả phân tích Ngưỡng hàm lượng tuyệt đối QCVN 07:2009/BTNMT
1 Antimon (Sb) ppm EPA 1311 – SMEWW 3500–Sb:2012 0,262 14,3
2 Asen (As) ppm EPA Method 1311 + ISO 15586:2003 0,052 28,6
3 Cadimi (Cd) ppm EPA Method 1311 + ISO 15586:2003 0,069 7,15
4 Chì (Pb) ppm EPA Method 1311 + ISO 15586:2003 16,5 4.290
5 Coban (Co) ppm EPA 1311 – Hach DR 2800 Method 8078 1,3 1.144
6 Niken (Ni) ppm EPA Method 1311 + TCVN 6193:1996 12,59 1.001
7 Thủy ngân (Hg) ppm EPA 1311 – SMEWW 3500:2012 0,02 2,86
8 Crom VI ($Cr^{6+}$) ppm EPA 1311 – Hach DR 2800 Method 10219 < 2 71,5

Chất lượng thạch cao nhân tạo thành phẩm được kiểm nghiệm tại Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Địa chất:

  • Hàm lượng lưu huỳnh trioxit tổng số ($SO_3$) đạt 40,54% (phân tích theo phương pháp tiêu chuẩn QTTC.03 HH/05), đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật đối với phụ gia sản xuất xi măng quy định tại TCVN 9807:2013.
  • Chỉ số $pH$ của bã thải được trung hòa triệt để từ mức axit mạnh ($pH = 1\text{–}2$) đạt về mức trung tính hoàn toàn ($pH = 7$).
  • Năng suất dây chuyền đạt 30.000 tấn sản phẩm/năm. Sản phẩm thạch cao nhân tạo của công ty đã được xuất bán và tiêu thụ thực tế tại 4 nhà máy sản xuất xi măng trong khu vực: Công ty Xi măng Tân Quang, Công ty CP Xi măng Sông Thao, Công ty Xi măng Hữu Nghị và Công ty CP Xi măng Bắc Giang.

Kết quả điều tra xã hội học trên mẫu 50 người dân (54% nam, 46% nữ; 54% công nhân, 26% nông dân, 20% ngành nghề khác):

  • 100% người dân được phỏng vấn khẳng định bã thải gyps lộ thiên gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, chủ yếu là ô nhiễm nguồn nước và không khí.
  • 44% đối tượng (22/50 phiếu, chủ yếu là công nhân nhà máy trong KCN) biết đến sản phẩm thạch cao nhân tạo chế biến từ bã gyps và đều đánh giá chất lượng sản phẩm tốt.
  • 72% đối tượng (36/50 phiếu) tin tưởng thạch cao nhân tạo hoàn toàn có thể thay thế nguồn thạch cao nhập khẩu, đáp ứng nhu cầu sản xuất trong nước.

Giải pháp và kiến nghị đề xuất từ tác giả

Tác giả đề xuất 5 giải pháp công nghệ nhằm đa dạng hóa việc tận dụng bã thải phosphogypsum:

  1. Sản xuất phân bón amoni sunfat $(NH_4)_2SO_4$: Cho phosphogypsum phản ứng với amoniac và cacbon dioxit theo phương trình: $$CaSO_4 \cdot 2H_2O + 2NH_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow CaCO_3 + (NH_4)_2SO_4$$
  2. Sản xuất axit sunfuric và clinker xi măng: Nung hỗn hợp bã gyps khan, than cốc, sa thạch và khoáng oxit sắt/nhôm trong lò quay ở nhiệt độ 1.400°C. Phản ứng khử tạo $SO_2$ nồng độ ~5,5% chuyển qua dây chuyền sản xuất $H_2SO_4$ 96–98%, đồng thời pha rắn tạo clinker xi măng poóc-lăng qua các phản ứng: $$2CaSO_4 + C \rightarrow 2CaO + 2SO_2 + CO_2$$ $$CaSO_4 + 2C \rightarrow CaS + 2CO_2$$ $$3CaSO_4 + CaS \rightarrow 4CaO + 4SO_2$$
  3. Thu hồi lưu huỳnh nguyên tố theo công nghệ Natron (Brazil): Cứ 6 tấn phosphogypsum thu hồi được 1 tấn lưu huỳnh thông qua chuỗi công đoạn: khử $CaSO_4$ bằng than đá thành $CaS$ trong lò quay, thủy phân $CaS$ thành $H_2S$ bằng axit, cacbonat hóa thu $CaCO_3$ và chuyển hóa $H_2S$ thành lưu huỳnh lỏng.
  4. Xử lý đồng bộ theo công nghệ của Viện Khoa học Ukraine (1999): Phối hợp điều chế $(NH_4)_2SO_4$ bằng amoni cacbonat, sau đó hòa tan bã $CaCO_3$ bằng $HNO_3$ để thu hồi nguyên tố hiếm, bã còn lại phối trộn tạo hỗn hợp phân bón nitrat (60% $NH_4NO_3$ + 40% $CaCO_3$).
  5. Sản xuất phân bón amon sunphat quy mô công nghiệp: Tận dụng nguồn phế thải bã gyps và $CO_2$ sẵn có để hạ giá thành phân bón cung cấp đạm (N) và lưu huỳnh (S) cho cây trồng.

Về mặt quản lý, tác giả kiến nghị Nhà máy Hóa chất Đức Giang phải kiểm tra định kỳ hệ thống bãi chứa bã gyps lộ thiên nhằm ngăn chặn sự cố rò rỉ nước chua; kiến nghị Công ty Duy Nhất mở rộng công suất và tiếp tục nghiên cứu chế biến sâu các sản phẩm thạch cao tấm, thạch cao hạt.

Đóng góp của đề tài

Tác giả đã cung cấp bộ dữ liệu thực tế về dây chuyền chế biến bã gyps đang vận hành thương mại tại Lào Cai; chứng minh bằng số liệu phân tích hóa học rằng bã phosphogypsum sau trung hòa tuyển tách loại bỏ được tạp chất axit, không vượt ngưỡng chất thải nguy hại, đạt tiêu chuẩn phụ gia cho công nghiệp xi măng; đồng thời cung cấp số liệu thực tế về khả năng tiêu thụ thương phẩm tại các nhà máy xi măng khu vực miền Bắc.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ tập trung đánh giá dây chuyền của một doanh nghiệp đơn lẻ (Công ty CP Chế biến Thạch cao Duy Nhất) trong khuôn viên bãi thải Đức Giang. Thời gian thực hiện ngắn (hơn 3 tháng, từ tháng 01 đến tháng 04/2017), số lượng mẫu phân tích hóa lý gửi kiểm nghiệm còn ít (01 mẫu phân tích kim loại nặng và 01 mẫu phân tích $SO_3$). Mẫu điều tra xã hội học dừng lại ở quy mô nhỏ (50 phiếu). Các giải pháp mở rộng công nghệ (công nghệ Natron, công nghệ Ukraine, sản xuất $H_2SO_4$ và clinker) mới dừng lại ở mức tổng quan lý thuyết từ tài liệu tham khảo, chưa được kiểm chứng thực nghiệm bằng mô hình pilot trên nguồn bã thải cụ thể tại địa phương.

Hướng nghiên cứu mở rộng cần thực hiện gồm: phân tích kiểm nghiệm chất lượng sản phẩm trên nhiều lô sản xuất liên tục ở các thời điểm khác nhau; quan trắc định kỳ chất lượng nước thải rửa bã và khí thải phát sinh từ công đoạn sấy nghiền của chính xưởng chế biến; và tiến hành thử nghiệm quy mô phòng thí nghiệm các công nghệ thu hồi nguyên tố hiếm hoặc sản xuất muối sunfat từ bã gyps KCN Tằng Loỏng.

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường và Công nghệ Hóa học khi tìm hiểu về phương pháp đánh giá dây chuyền xử lý chất thải rắn công nghiệp và công nghệ tái chế phosphogypsum.
  • Kỹ sư công nghệ và cán bộ quản lý môi trường tại các nhà máy sản xuất phân bón hóa học (DAP, supe lân), nhà máy sản xuất axit photphoric, và các cơ sở sản xuất xi măng cần tài liệu tham khảo về định mức thiết bị, quy trình tuyển nổi trung hòa và chỉ tiêu chất lượng thạch cao nhân tạo theo TCVN 9807:2013.
  • Các nội dung có giá trị sử dụng cao gồm: thông số kỹ thuật danh mục 9 loại máy móc sản xuất (Bảng 4.1), bảng đối chiếu hàm lượng 8 kim loại nặng theo QCVN 07:2009/BTNMT (Bảng 4.2), lưu trình 5 công đoạn phát sinh bã gyps của công nghệ sản xuất axit photphoric trích dẫn từ thực tế nhà máy, và sơ đồ công nghệ xử lý hai giai đoạn (thạch cao phụ gia xi măng và thạch cao đóng rắn).

Câu hỏi thường gặp

1. Tỷ lệ phân tách và thu hồi sản phẩm trong dây chuyền xử lý bã gyps của Công ty Duy Nhất đạt bao nhiêu?
Trong quy trình xử lý giai đoạn 1, sau khi bã gyps được trung hòa về $pH = 7$ và tuyển tách, sản phẩm thạch cao thành phẩm làm phụ gia xi măng thu được chiếm tỷ lệ khoảng 90% lượng bã gyps ban đầu; bùn thải tạp chất tách ra chiếm tỷ lệ dưới 10% có $pH = 7$ và được đưa ra bãi chứa chất thải rắn theo quy định.

2. Hàm lượng lưu huỳnh trioxit ($SO_3$) trong thạch cao nhân tạo sau chế biến đạt bao nhiêu và theo phương pháp thử nào?
Hàm lượng $SO_3$ tổng số phân tích được đạt 40,54%, do Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Địa chất thực hiện theo phương pháp thử QTTC.03 HH/05. Kết quả này đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn kỹ thuật làm phụ gia cho sản xuất xi măng theo TCVN 9807:2013.

3. Mẫu bã thải thạch cao có chứa các thành phần vô cơ vượt ngưỡng chất thải nguy hại không?
Không. Kết quả phân tích tại Trung tâm Kỹ thuật Môi trường & An toàn Hóa chất đối với 8 chỉ tiêu kim loại nguy hại (Antimon: 0,262 ppm; Asen: 0,052 ppm; Cadimi: 0,069 ppm; Chì: 16,5 ppm; Coban: 1,3 ppm; Niken: 12,59 ppm; Thủy ngân: 0,02 ppm; Crom VI: < 2 ppm) đều nằm dưới ngưỡng hàm lượng tuyệt đối quy định tại QCVN 07:2009/BTNMT.

4. Những doanh nghiệp xi măng nào đã tiêu thụ sản phẩm thạch cao nhân tạo của Công ty Duy Nhất?
Sản phẩm thạch cao nhân tạo từ dây chuyền của công ty đã được cung ứng và sử dụng thực tế tại 4 đơn vị sản xuất xi măng: Công ty Xi măng Tân Quang, Công ty CP Xi măng Sông Thao, Công ty Xi măng Hữu Nghị và Công ty CP Xi măng Bắc Giang.

5. Kết quả điều tra cộng đồng dân cư ghi nhận nhận thức của người dân về bã thải gyps và thạch cao nhân tạo ra sao?
Khảo sát 50 người dân cho thấy 100% người được hỏi nhận định bã gyps gây ô nhiễm nguồn nước và không khí; 44% đối tượng (chủ yếu là công nhân nhà máy) biết đến sản phẩm thạch cao nhân tạo và đánh giá chất lượng tốt; 72% ý kiến cho rằng sản phẩm này hoàn toàn có thể thay thế thạch cao tự nhiên nhập khẩu.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Điểm đã phản ánh chi tiết hiện trạng bã thải phosphogypsum phát sinh từ công nghiệp hóa chất tại Khu công nghiệp Tằng Loỏng và đánh giá quy trình công nghệ chế biến bã gyps của Công ty CP Chế biến Thạch cao Duy Nhất. Kết quả nghiên cứu xác nhận dây chuyền trung hòa - tuyển nổi công suất 30.000 tấn/năm chuyển hóa thành công bã thải axit thành thạch cao phụ gia xi măng có độ $pH = 7$, hàm lượng $SO_3$ đạt 40,54% và không vượt ngưỡng chất thải nguy hại theo quy chuẩn quốc gia. Công trình cung cấp minh chứng thực tiễn về tính khả thi của việc thương mại hóa thạch cao nhân tạo cho 4 nhà máy xi măng, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và hạn chế sự phụ thuộc vào thạch cao nhập khẩu.