Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam đang diễn ra mạnh mẽ, kéo theo sự gia tăng nhanh chóng của lượng chất thải công nghiệp và chất thải nguy hại (CTNH). Theo số liệu báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường được dẫn trong đồ án, mỗi năm cả nước phát sinh hơn 23 triệu tấn rác thải sinh hoạt, hơn 7 triệu tấn chất thải rắn công nghiệp, hơn 630.000 tấn CTNH và tiêu thụ hơn 100.000 tấn hóa chất bảo vệ thực vật. Toàn quốc có 283 khu công nghiệp (phát sinh trên 550.000 m³/ngày đêm nước thải) và 615 cụm công nghiệp, nhưng chỉ khoảng hơn 5% có hệ thống xử lý nước thải tập trung. Khối lượng chất thải rắn nguy hại (CTRNH) phát sinh trên phạm vi toàn quốc ước tính từ 600.000 đến 800.000 tấn/năm. Tính đến tháng 10/2017, cả nước có 108 cơ sở xử lý CTRNH được Bộ Tài nguyên và Môi trường cấp phép, với tỷ lệ thu gom, xử lý đúng quy định đạt tối thiểu 75%.

Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu là địa phương tập trung phát triển công nghiệp, xây dựng, thương mại và dịch vụ. Sự hình thành của hàng loạt khu công nghiệp tại địa phương đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc kiểm soát và xử lý an toàn nguồn chất thải nguy hại phát sinh, ngăn chặn nguy cơ ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí. Trên cơ sở đó, đồ án tốt nghiệp tập trung nghiên cứu hoạt động thực tế tại Công ty TNHH Môi trường Quý Tiến — đơn vị vận hành nhà máy xử lý chất thải tại Khu xử lý chất thải tập trung Tóc Tiên, thị xã Phú Mỹ, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài gồm:

  1. Đánh giá hiệu quả và thực trạng quản lý, xử lý chất thải rắn nguy hại tại Nhà máy xử lý chất thải Quý Tiến.
  2. Khảo sát, phân tích quy trình công nghệ của các dây chuyền xử lý và tái chế chất thải đang vận hành trong nhà máy.
  3. Nhận diện các khó khăn, vướng mắc và tồn đọng trong quá trình quản lý, vận hành thực tế.
  4. Đề xuất các nhóm giải pháp kỹ thuật, quản lý và bảo trì nhằm nâng cao hiệu suất xử lý chất thải nguy hại cho doanh nghiệp.

Đối tượng nghiên cứu là các hệ thống công nghệ xử lý, tái chế và hiện trạng quản lý chất thải rắn nguy hại tại Công ty TNHH Môi trường Quý Tiến. Phạm vi nghiên cứu về không gian là khuôn viên nhà máy xử lý chất thải có diện tích 15 ha tại Khu xử lý chất thải tập trung Tóc Tiên (xã Tóc Tiên, thị xã Phú Mỹ, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu); phạm vi thời gian tập trung vào số liệu hoạt động, vận hành và giám sát môi trường năm 2018–2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng khung lý thuyết dựa trên các định nghĩa quốc tế và hệ thống văn bản quy phạm pháp luật của Việt Nam về kiểm soát chất thải nguy hại:

  • Khái niệm và định nghĩa: Công ước Basel về kiểm soát vận chuyển xuyên biên giới chất thải nguy hại và việc tiêu hủy chúng; Chỉ thị Hội đồng 91/689/EEC của Liên minh Châu Âu; định nghĩa của Cơ quan Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ (US EPA, 2010); Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam năm 2015.
  • Hệ thống phân loại: Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6706:2009 về phân loại chất thải nguy hại theo các mã tính chất: Dễ cháy (H3), Ăn mòn (H8 - pH ≤ 2 hoặc ăn mòn thép > 6,35 mm/năm ở 55°C), Dễ nổ (H1), Dễ bị oxy hóa (OH), Độc tính cấp/mãn tính (Đ, H10, H11), Độc sinh thái (H12) và Lây nhiễm (LN).
  • Văn bản pháp lý quản lý: Nghị định số 59/2007/NĐ-CP về quản lý chất thải rắn; Thông tư số 12/2006/TT-BTNMT và Thông tư số 12/2011/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định về quản lý chất thải nguy hại.
  • Kinh nghiệm quốc tế: Đồ án tổng hợp mô hình quản lý chất thải 3R và hệ thống phân loại tại nguồn của Nhật Bản (Luật Xúc tiến sử dụng tài nguyên tái chế 1992, Luật Xúc tiến thu gom, phân loại, tái chế bao bì 1997); chiến lược 3R và bãi chứa tro đốt Pulau Semakau của Singapore; mô hình hợp tác công - tư hợp đồng BOOT trong quản lý CTR tại Ấn Độ.

Phương pháp nghiên cứu được triển khai bao gồm:

  • Phương pháp thu thập và tổng quan tài liệu: Kế thừa các báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia, số liệu thống kê phát thải của Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Công Thương, cùng các hồ sơ pháp lý, giấy phép hành nghề quản lý CTNH số 1-2-3-4-5-6-7-8.VX của Công ty Quý Tiến.
  • Phương pháp khảo sát hiện trường và phỏng vấn: Trực tiếp ghi nhận quy trình vận hành tại các phân xưởng; phỏng vấn cán bộ kỹ thuật, công nhân vận hành và lấy ý kiến của người dân sinh sống quanh khu vực nhà máy.
  • Phương pháp thống kê, phân tích và so sánh: Tổng hợp số liệu định lượng về khối lượng chất thải tiếp nhận, phân loại, công suất thiết kế so với công suất thực tế; đối chiếu kết quả đo đạc các chỉ tiêu khí thải lò đốt, nước thải, tro xỉ và tiếng ồn với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành.

Nội dung chính theo từng chương

Lời nói đầu và Tổng quan về chất thải nguy hại

Phần này trình bày tính cấp thiết của công tác quản lý chất thải nguy hại trong bối cảnh công nghiệp hóa. Tác giả phân tích các nguồn phát sinh CTRNH chính tại Việt Nam (khu công nghiệp, khai thác khoáng sản, nhiệt điện, chế biến đồ uống, y tế). Đồ án dẫn chứng năng lực xử lý CTNH của khối doanh nghiệp tư nhân với các công nghệ phổ biến: lò đốt tĩnh hai cấp (34 cơ sở), hóa rắn bê tông (31 cơ sở), tái chế dầu thải (23 cơ sở), xử lý bóng đèn (23 cơ sở), tái chế ắc quy chì (18 cơ sở), súc rửa thùng phuy (15 cơ sở). Đồng thời, chương này giới thiệu tổng quan về Công ty TNHH Môi trường Quý Tiến (được cấp phép năm 2014, chính thức hoạt động tại Khu Tóc Tiên từ 03/01/2018 với tổng vốn đầu tư 100 tỷ đồng, đạt các chứng chỉ ISO 14001:2015, ISO 9001:2015, OHSAS 18001).

Chương 1: Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nội dung chương xác định cụ thể các mục tiêu nghiên cứu, xây dựng sơ đồ phương pháp luận tiếp cận từ khâu khảo sát thực địa, thu thập số liệu vận hành của từng dây chuyền xử lý, đến việc đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường xung quanh và môi trường nội vi nhà máy.

Chương 2: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này đi sâu mô tả chi tiết quy trình công nghệ của 8 phân hệ xử lý chất thải tại Công ty Quý Tiến:

  • Thu gom, vận chuyển và lưu kho: Sử dụng xe bồn 12 m³ cho chất thải lỏng và các dòng xe tải chuyên dụng tải trọng 0,5 tấn, 1 tấn, 2 tấn, 5 tấn (thùng kín, khung sườn inox, trang bị dụng cụ ứng cứu sự cố). Kho chứa chia thành các khu vực riêng biệt cho CTRNH dạng rắn, dạng lỏng/bùn và kho lưu chứa thùng phuy.
  • Tái chế nhựa (công suất 2 tấn/ngày): Nhựa không thể tái sinh (UF, PF, melamin, polyeste không no) được đưa sang lò đốt. Nhựa có thể tái sinh (PC, PP, PE, PET, nilon) qua công đoạn ngâm rửa bằng nước, băm nghiền, gia nhiệt nóng chảy ở 170°C, kéo sợi, làm lạnh và tạo hạt nhựa thương phẩm.
  • Tái chế dầu nhớt thải (công suất 4 tấn/ngày): Nhớt vàng nâu (tương đối sạch) được gia nhiệt tách nước ở 90–150°C trong 2–6 giờ; sau đó chưng cất ở 250–330°C kết hợp hóa chất hấp phụ để kết tủa kim loại nặng (chì, kẽm), làm nguội qua hệ thống sinh hàn ngưng tụ và lọc tinh qua giấy lọc dầu chuyên dụng. Tỷ lệ thu hồi sản phẩm đạt 70% dầu nhớt tái sinh, 20% cặn dầu (đưa sang làm nhiên liệu lò đốt) và 10% nước thải ngưng tụ.
  • Súc rửa và phục hồi bao bì, thùng phuy (công suất 10 tấn/ngày, ≥ 800 phuy/ngày): Phân loại theo hóa chất dính bám để chọn dung môi tẩy rửa: dùng dung dịch H₂SO₄ 10% cho thùng chứa chất tẩy rửa/dệt nhuộm/toluen; dùng Aceton cho thùng dính thuốc BVTV/hóa chất hữu cơ/dầu mỡ/sơn; dùng nước cho phuy chứa axit < 20%/thực phẩm. Thùng phuy xấu được cắt nghiền bán phế liệu; thùng phuy tốt được thổi tròn áp lực, cán mép, súc dầu/chà sét bằng 5–10 kg bi sắt kết hợp chuyển động bánh răng hành tinh (10–15 phút), hút chân không làm khô, chà bóng mặt ngoài và sơn phủ hoàn thiện.
  • Xử lý và thu hồi linh kiện điện tử (công suất 4 tấn/ngày): Tháo dỡ, phân loại kim loại và nhựa để tái chế; bản mạch điện tử không thể thu hồi được đem thiêu đốt; màn hình, thủy tinh cách nhiệt, bông cách nhiệt và mực in được nghiền nhỏ rồi chuyển sang đóng kén hóa rắn.
  • Hệ thống lò đốt rác công nghiệp nguy hại FBE (2 lò FSI-500, công suất mỗi lò 500 kg/h): Cấp liệu tự động định kỳ 15 phút/mẻ. Buồng đốt sơ cấp duy trì nhiệt độ 700–900°C bằng 2 mỏ đốt gas B1 để nhiệt phân rác thành thể khí và đốt cháy kiệt cốc carbon (lượng tro xỉ đáy lò chỉ chiếm 3–5%). Buồng đốt thứ cấp duy trì 1.300°C bằng mỏ đốt dầu DO B2 với thời gian lưu khí > 2 giây để bẻ gãy hoàn toàn dioxin/furan. Khí thải tiếp tục qua buồng đốt bổ sung, thiết bị lọc bụi kép (tách bụi > 10 µm), thiết bị giải nhiệt bằng không khí đối lưu, xiclon nước (tách bụi < 5 mm), tháp hấp thụ kiềm (dung dịch NaOH, Na₂CO₃ hoặc Ca(OH)₂) để trung hòa SO₂, HCl, HF, qua thiết bị hấp phụ POT than hoạt tính (diện tích bề mặt 800–2.500 m²/g) và thoát ra ống khói cao trên 15 m.
  • Hệ thống ổn định hóa rắn (công suất 2 tấn/ngày): Tiếp nhận tro xỉ lò đốt (sau khi tách từ thu hồi kim loại), cặn bùn và chất thải trơ; phối trộn với xi măng, cát, nước và phụ gia đóng rắn, sau đó đưa vào máy ép thủy lực định hình khối bê tông hóa rắn an toàn.
  • Hệ thống xử lý nước thải đa nhiệm: Nước thải đầu vào được phân tách tại 5 bể tiếp nhận riêng biệt (nhiễm dầu, nhiễm axit có cặn, nhiễm bazơ có cặn, nhiễm kim loại, bùn lỏng/chất lơ lửng cao). Dây chuyền hóa lý tách riêng hai nhánh axit và bazơ với cụm bể khuấy trộn keo tụ (1A/2A, 1B/2B), bể tạo bông kết hợp polymer và bể lắng sơ bộ (1A, 1B). Nước sau lắng được trung hòa pH tại Bể trộn 3, điều hòa chất lượng rồi đưa vào cụm xử lý sinh học gồm: 2 bậc lọc sinh học kỵ khí nối tiếp (kết hợp lớp bùn hoạt tính dòng chảy ngược phía dưới và lớp đệm giá thể vi sinh phía trên, hiệu suất khử COD/BOD đạt 80% mỗi bậc), bể anoxic khử nitơ (vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrobacter chuyển hóa NH₃ → NO₃⁻ → NO₂⁻ → N₂↑) và photphorit hóa (vi khuẩn Acinetobacter), tiếp tục qua bể lọc sinh học hiếu khí và bể lắng hoàn thiện.

Chương 3: Giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý CTNH

Tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và tổ chức quản lý:

  1. Bảo trì cơ sở vật chất: Ban hành lịch bảo dưỡng định kỳ nghiêm ngặt cho phương tiện vận chuyển (xe bồn, xe tải) và các cụm thiết bị công nghệ (lò đốt, tháp hấp thụ, bơm định lượng hóa chất, máy ép thủy lực).
  2. Vận hành hệ thống: Chuẩn hóa quy trình kiểm soát tỷ lệ hóa chất hấp phụ trong tinh chế dầu nhớt, kiểm soát lưu lượng dung dịch kiềm tuần hoàn trong tháp xử lý khí thải và tối ưu hóa thời gian lưu nước trong cụm kỵ khí của HTXLNT.
  3. Đào tạo nhân sự và an toàn lao động: Tổ chức tập huấn định kỳ về ứng cứu sự cố hóa chất, cháy nổ, an toàn vận hành lò đốt và trang bị đầy đủ phương tiện bảo hộ lao động cho công nhân phân loại.
  4. Kỹ thuật công nghệ: Cải tiến tự động hóa kiểm soát nhiệt độ buồng đốt thứ cấp và áp suất âm buồng sơ cấp qua hệ thống cảm biến cặp nhiệt điện Cromen - Alumen kết nối tủ điện PLC.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã tổng hợp toàn diện các thông số kỹ thuật và năng lực xử lý thực tế của Công ty TNHH Môi trường Quý Tiến thông qua bảng dữ liệu chi tiết:

Phân hệ / Công nghệ xử lý Công suất thiết kế Đối tượng chất thải xử lý Sản phẩm / Đầu ra sau xử lý
Lò đốt nguy hại FBE (FSI-500) 2 lò × 500 kg/h CTNH dễ cháy, giẻ lau dính dầu, bùn thải nguy hại, bao bì nhiễm dầu, cặn chưng cất nhớt Tro xỉ (3–5% khối lượng, chuyển hóa rắn), khí thải sạch qua ống khói > 15 m
Tái chế dầu nhớt thải 4 tấn/ngày Dầu nhớt thải phát sinh từ máy móc, phương tiện giao thông Dầu công nghiệp thành phẩm (70%), cặn dầu làm nhiên liệu đốt (20%), nước thải ngưng tụ (10%)
Súc rửa & phục hồi thùng phuy 10 tấn/ngày (≥ 800 phuy/ngày) Vỏ thùng phuy sắt, phuy nhựa dính hóa chất, sơn, keo, dung môi, axit, bazơ Thùng phuy hoàn thiện đạt chuẩn tái sử dụng; vỏ phuy hỏng cắt nghiền làm phế liệu
Tái chế nhựa phế liệu 2 tấn/ngày Nhựa dính thành phần nguy hại có khả năng tái sinh (PE, PP, PET, PC, nilon) Hạt nhựa tái sinh thương phẩm; phần nhựa không tái sinh đưa sang lò đốt FBE
Xử lý linh kiện điện tử 4 tấn/ngày Bản mạch điện tử, máy tính, máy in, điện thoại, thiết bị viễn thông thải bỏ Kim loại và nhựa thu hồi tái chế; tro xỉ bản mạch cháy; khối hóa rắn bóng đèn/thủy tinh
Ổn định hóa rắn chất thải 2 tấn/ngày Tro xỉ lò đốt, cặn lắng hệ thống xử lý nước thải, bùn kim loại, bột huỳnh quang Khối bê tông đóng rắn cô lập chất ô nhiễm, đem chôn lấp an toàn
Hệ thống xử lý nước thải đa nhiệm Xử lý đa dòng thải Nước rỉ rác, nước rửa xe, nước súc rửa phuy, nước thải nhiễm axit/bazơ/dầu/kim loại Nước sau xử lý đạt quy chuẩn xả thải; bùn vô cơ và hữu cơ chuyển hóa rắn

Các giải pháp do tác giả đề xuất bám sát thực tế hoạt động của nhà máy, tập trung vào việc ngăn ngừa sự cố rò rỉ dung môi trong khâu súc rửa thùng phuy, tối ưu hóa quá trình phân loại CTNH tại nguồn trước khi đưa vào lò đốt, và xây dựng lịch bảo trì ngăn ngừa hư hỏng đột xuất cho các bơm hóa chất trong trạm xử lý nước thải.

Về mặt đóng góp học thuật và thực tiễn, đồ án cung cấp tài liệu mô tả chi tiết, có hệ thống về sơ đồ công nghệ, nguyên lý vận hành cơ học - hóa lý - sinh học của một nhà máy xử lý chất thải nguy hại tích hợp quy mô công nghiệp tại khu vực kinh tế trọng điểm phía Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Các số liệu quan trắc môi trường (khí thải, nước thải, tro xỉ) và khối lượng chất thải xử lý trong đồ án chủ yếu dựa trên báo cáo định kỳ năm 2018 do công ty cung cấp tại thời điểm vừa đi vào vận hành chính thức (từ tháng 01/2018), chưa có chuỗi số liệu theo dõi liên tục qua nhiều năm hoạt động ổn định. Đồ án chưa thực hiện đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA) hoặc hạch toán chi phí - hiệu quả kinh tế (CBA) chi tiết cho từng dòng công nghệ tái chế.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn phụ gia và xi măng trong quy trình ổn định hóa rắn tro xỉ đáy lò FBE nhằm giảm chi phí vật liệu; nghiên cứu giải pháp thu hồi nhiệt thừa từ buồng đốt thứ cấp lò FBE để phục vụ công đoạn sấy cặn dầu và gia nhiệt chưng cất nhớt thải, qua đó nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng nội bộ của nhà máy.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên ngành Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường, Công nghệ Hóa học: Tham khảo chi tiết về sơ đồ nguyên lý và quy trình công nghệ xử lý CTNH thực tế, đặc biệt là cấu tạo lò đốt rác nguy hại 2 buồng FBE kèm hệ thống xử lý khí đa cấp (lọc bụi kép, xiclon nước, tháp hấp thụ kiềm, POT carbon hoạt tính) và công nghệ xử lý nước thải đa nhiệm kỵ khí 2 bậc kết hợp anoxic.
  • Cán bộ quản lý kỹ thuật tại các doanh nghiệp xử lý chất thải: Vận dụng quy trình tiếp nhận, mã hóa, phân loại và bố trí kho lưu chứa CTNH đúng quy chuẩn; tham khảo các biểu mẫu giám sát, lịch trình bảo dưỡng định kỳ cho hệ thống xử lý và phương tiện chuyên dụng.

Câu hỏi thường gặp

1. Nhiệt độ và thời gian lưu cháy trong các buồng của lò đốt rác nguy hại FBE được thiết kế như thế nào?
Buồng sơ cấp được duy trì ở nhiệt độ 700–900°C bằng mỏ đốt gas B1 để thực hiện quá trình nhiệt phân rác và đốt cháy kiệt cốc carbon rắn. Buồng thứ cấp được duy trì ở nhiệt độ 1.300°C bằng mỏ đốt dầu DO B2 với thời gian lưu khí trên 2 giây, bảo đảm bẻ gãy mạch vòng và thiêu hủy hoàn toàn các hợp chất độc hại như Dioxin và Furan.

2. Quy trình tái chế dầu nhớt thải tại Công ty Quý Tiến tạo ra những sản phẩm nào với tỷ lệ ra sao?
Dầu nhớt thải tương đối sạch sau khi gia nhiệt tách nước (90–150°C), chưng cất (250–330°C), ngưng tụ sinh hàn và lọc qua giấy lọc chuyên dụng sẽ cho tỷ lệ thành phẩm: 70% dầu nhớt công nghiệp tái sinh (màu đỏ vàng, ánh xanh trong suốt), 20% cặn dầu và tạp chất (dùng làm nhiên liệu đốt cho lò FBE) và 10% nước thải ngưng tụ (đưa về hệ thống xử lý nước thải).

3. Công đoạn súc rửa và phục hồi thùng phuy sử dụng các loại hóa chất tẩy rửa nào cho từng loại chất bám dính?
Hệ thống sử dụng dung dịch H₂SO₄ 10% để làm sạch phuy dính chất tẩy rửa, hóa chất thuộc da, dệt nhuộm và Toluen; sử dụng dung dịch Aceton để súc rửa phuy chứa thuốc bảo vệ thực vật, hóa chất hữu cơ, dầu mỡ nhờn, sơn và mực in; sử dụng nước sạch đối với các thùng chứa axit nồng độ < 20%, hóa mỹ phẩm và thực phẩm.

4. Cơ chế hoạt động của cụm xử lý sinh học kỵ khí 2 bậc trong hệ thống xử lý nước thải đa nhiệm là gì?
Cụm xử lý gồm 2 bể lọc sinh học kỵ khí nối tiếp, kết hợp giữa tầng bùn hoạt tính kỵ khí dòng chảy ngược ở phía dưới và tầng đệm giá thể sinh học tạo màng ở phía trên. Quá trình phân hủy kỵ khí trải qua 4 giai đoạn (thủy phân, acid hóa, axetic hóa, metan hóa), mỗi bậc có khả năng xử lý COD/BOD lên đến 80%, giúp nước thải sau 2 bậc giảm COD xuống dưới 1.000 mg/L trước khi chuyển sang công đoạn xử lý hiếu khí và khử nitơ.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Trần Quốc Thắng đã hoàn thành mục tiêu khảo sát, tổng hợp và đánh giá chi tiết bức tranh công nghệ xử lý chất thải rắn nguy hại tại Công ty TNHH Môi trường Quý Tiến. Công trình phản ánh rõ nét nguyên lý cấu tạo, thông số vận hành của các phân hệ tái chế nhựa, tái chế dầu nhớt, súc rửa thùng phuy, lò đốt nguy hại FBE và trạm xử lý nước thải đa nhiệm. Các đề xuất kỹ thuật và giải pháp quản lý được xây dựng sát với thực trạng, mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho công tác đào tạo chuyên ngành môi trường và hoạt động vận hành tại các cơ sở xử lý chất thải công nghiệp.