Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế nhưng đồng thời tạo ra sức ép đáng kể lên môi trường tự nhiên, đặc biệt là môi trường không khí tại các khu công nghiệp và cơ sở sản xuất công nghiệp nặng. Ngành luyện kim màu nói chung và sản xuất chì kim loại nói riêng là nhóm ngành phát sinh nhiều chất thải nguy hại, trong đó khí thải chứa hàm lượng lớn bụi quặng, bụi kim loại nặng (chì) và các hợp chất khí độc hại như lưu huỳnh đioxit ($\text{SO}_2$), cacbon monoxit ($\text{CO}$), các oxit nitơ ($\text{NO}_x$). Nếu không được thu gom và xử lý qua hệ thống công nghệ đạt chuẩn, các chất ô nhiễm này sẽ gây suy thoái môi trường không khí khu vực và tác động nghiêm trọng đến sức khỏe con người.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Đào Thị Tùng Lâm (chuyên ngành Khoa học Môi trường, Khoa Môi Trường, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đỗ Thị Lan) tập trung khảo sát, phân tích hiện trạng phát sinh và hệ thống xử lý khí thải tại Nhà máy sản xuất chì thỏi, chì kim loại thuộc Công ty Cổ phần luyện kim màu tỉnh Hà Giang, đặt tại Khu công nghiệp Bình Vàng, tỉnh Hà Giang. Nhà máy có sản phẩm chủ lực là chì thỏi và chì kim loại với nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu than phục vụ thiêu kết lên tới khoảng 7.000 tấn/năm (tương đương 21 tấn/ngày đêm).

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

  1. Mục tiêu tổng quát: Đánh giá hiện trạng môi trường không khí và đề xuất các giải pháp nhằm khắc phục các hạn chế trong công nghệ xử lý bụi, khí thải tại Nhà máy sản xuất chì thỏi, chì kim loại của Công ty Cổ phần luyện kim màu tỉnh Hà Giang.
  2. Mục tiêu cụ thể:
    • Đánh giá thực trạng chất lượng môi trường không khí tại khu vực bên trong nhà máy và khu vực lân cận.
    • Phân tích thực trạng quy trình công nghệ xử lý bụi và khí thải đang vận hành tại cơ sở.
    • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí phát sinh từ hoạt động sản xuất của nhà máy.
  • Đối tượng nghiên cứu: Hiện trạng môi trường không khí, tải lượng các nguồn phát sinh khí thải, bụi và dây chuyền công nghệ xử lý bụi, khí thải tại nhà máy luyện chì.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Không gian: Khu vực khuôn viên Nhà máy sản xuất chì thỏi, chì kim loại và các vùng lân cận thuộc Khu công nghiệp Bình Vàng, tỉnh Hà Giang.
    • Thời gian: Nghiên cứu, thu thập dữ liệu và khảo sát thực địa trong giai đoạn thực hiện khóa luận tốt nghiệp năm 2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và căn cứ pháp lý

Khóa luận xây dựng hệ thống cơ sở lý luận dựa trên các khái niệm pháp lý cốt lõi được quy định tại Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam năm 2014 (Luật số 55/2014/QH13), bao gồm: định nghĩa về môi trường (Khoản 1 Điều 3), ô nhiễm môi trường (Khoản 6 Điều 3), hoạt động bảo vệ môi trường (Khoản 3 Điều 3), tiêu chuẩn môi trường và quy chuẩn kỹ thuật môi trường (Khoản 5 Điều 3). Về mặt khoa học khí quyển, tác giả phân tích cơ chế lan truyền chất ô nhiễm theo mô hình ba khối: Nguồn ô nhiễm $\rightarrow$ Khí quyển $\rightarrow$ Nguồn tiếp nhận. Sự phân tầng khí quyển (đối lưu, bình lưu, tầng giữa, nhiệt quyển) cùng các yếu tố khí tượng (gió, nhiệt độ, độ ẩm, độ ổn định khí quyển) và địa hình được xem xét để làm rõ quá trình phát tán, pha loãng, sa lắng khô/sa lắng ướt của các chất ô nhiễm sơ cấp và thứ cấp.

Hệ thống văn bản quy phạm pháp luật và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia được sử dụng làm chuẩn đối sánh trong khóa luận gồm:

  • Luật Bảo vệ Môi trường số 55/2014/QH13;
  • Nghị định số 18/2015/NĐ-CP và Nghị định số 19/2015/NĐ-CP của Chính phủ;
  • Thông tư số 27/2015/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường;
  • QCVN 05:2013/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng môi trường không khí xung quanh;
  • QCVN 06:2009/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về một số chất độc hại trong không khí xung quanh;
  • QCVN 19:2009/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ;
  • QCVN 20:2009/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với một số chất hữu cơ;
  • QCVN 26:2010/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về tiếng ồn;
  • QCVN 26:2016/BYT và QCVN 22:2016/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về vi khí hậu và chiếu sáng tại nơi làm việc.

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả áp dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phân tích môi trường:

  • Phương pháp điều tra số liệu thứ cấp: Thu thập các hồ sơ báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM), tài liệu thiết kế công nghệ, báo cáo giám sát môi trường định kỳ và số liệu sản xuất thực tế tại Công ty Cổ phần luyện kim màu tỉnh Hà Giang.
  • Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và vận chuyển mẫu: Thiết lập các vị trí quan trắc môi trường không khí xung quanh và tại nguồn thải theo đúng quy trình tiêu chuẩn quốc gia.
  • Phương pháp phân tích và xử lý số liệu: Tính toán tải lượng phát thải, xử lý số liệu quan trắc bằng các công cụ toán thống kê chuyên ngành.
  • Phương pháp tổng hợp, so sánh: Đối chiếu kết quả phân tích nồng độ các chất ô nhiễm trước và sau xử lý với các quy chuẩn QCVN hiện hành để đánh giá hiệu suất xử lý và mức độ tuân thủ quy chuẩn kỹ thuật.

Nội dung chính theo từng phần của khóa luận

Phần I: Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ áp lực ô nhiễm môi trường do các hoạt động luyện kim màu tại Khu công nghiệp Bình Vàng, tỉnh Hà Giang. Đặt ra các mục tiêu tổng quát, mục tiêu cụ thể, ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong việc hệ thống hóa kiến thức chuyên ngành và giải quyết bài toán môi trường tại cơ sở sản xuất.

Phần II: Tổng quan tài liệu nghiên cứu

  • Trình bày hệ thống khái niệm khoa học về môi trường không khí, cơ chế lan truyền ô nhiễm trong tầng đối lưu và nguồn gốc phát sinh bụi, khí thải từ tự nhiên (núi lửa, cháy rừng, bão bụi) và nhân tạo (công nghiệp, giao thông, nông nghiệp, sinh hoạt).
  • Phân tích độc tính và cơ chế tác động của các chất ô nhiễm đặc trưng: $\text{SO}_2$ (gây mưa axit, kích ứng hô hấp, tạo methemoglobin), $\text{NO}_x$ (tổn thương niêm mạc phổi, phế quản), $\text{CO}$ (liên kết với Hemoglobin gây ngạt thở), bụi lơ lửng và bụi chì (ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thần kinh, tủy xương, thận, sự phát triển trí tuệ của trẻ em và hệ sinh thái thực vật).
  • Tổng thuật hiện trạng ô nhiễm không khí trên thế giới, danh sách các điểm nóng ô nhiễm công nghiệp (dẫn tài liệu của Viện Blacksmith và Chữ thập Xanh Thụy Sĩ) và thực trạng ô nhiễm môi trường công nghiệp tại Việt Nam.
  • Tổng quan các công nghệ xử lý bụi và khí thải công nghiệp hiện hành (lắng trọng lực, xyclon, lọc bụi túi vải, lọc bụi tĩnh điện, phương pháp hấp thụ ướt xử lý $\text{SO}_2$).

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

Xác định cụ thể đối tượng nghiên cứu là nguồn khí thải và dây chuyền xử lý khí thải tại Nhà máy sản xuất chì thỏi; thiết lập mạng lưới các điểm đo đạc, quan trắc; quy định quy trình lấy mẫu, bảo quản mẫu và phương pháp tính toán tải lượng ô nhiễm từ quá trình đốt nhiên liệu (than cám Quảng Ninh, than cốc, dầu DO).

Phần IV: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

  • Giới thiệu tổng quan về tổ chức, dây chuyền sản xuất và vị trí địa lý của Công ty Cổ phần luyện kim màu tỉnh Hà Giang.
  • Nhận diện các nguồn phát sinh khí thải: quá trình phối trộn nguyên liệu, công đoạn thiêu kết và lò thổi quạt gió (ước tính nếu không xử lý, lượng chất ô nhiễm phát sinh hàng ngày từ đốt than là 2.709,2 kg/ngày, trong đó bụi chiếm 85%), phản ứng oxy hóa sunfua tạo $\text{SO}_2$ ($\text{PbS} + 1,5\text{O}_2 \rightarrow \text{PbO} + \text{SO}_2$), bụi chứa chì phát sinh từ quá trình tinh luyện dao động từ 40,0 đến 50,0 $\text{mg/m}^3$.
  • Đánh giá phát thải từ máy phát điện dự phòng chạy dầu DO (công suất tiêu thụ 300 lít/h).
  • Phân tích dây chuyền xử lý khí thải thực tế của nhà máy:
    1. Hệ thống hạ nhiệt: Đường ống chạy gấp khúc hình chữ U dài 350 m, đường kính 500 mm, giúp hạ nhiệt độ khí thải từ 300–400°C xuống khoảng 200°C.
    2. Hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP): Dung tích buồng lọc 200 $\text{m}^3$, công suất điện 10–25 kVA, điện áp 50–100 kV, dòng điện 50–500 mA, điều khiển điện tử bằng Thyristor.
    3. Hệ thống lọc bụi túi vải/lọc bụi tay áo: Ống tay áo dệt sợi chuyên dụng đường kính 120–300 mm, chiều cao 2,0–3,5 m.
    4. Tháp khử khí $\text{SO}_2$ và ống khói thải cao 60 m.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật bổ sung: Lắp đặt hệ thống phun sương dập bụi tại bãi chứa nguyên liệu và silô trộn; bao che kín hệ thống băng tải chuyển quặng; định kỳ kiểm tra sức khỏe và trang bị phương tiện bảo vệ cá nhân cho công nhân tiếp xúc trực tiếp với chì.

Phần V: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết kết quả đánh giá hiện trạng phát thải và hiệu quả vận hành của công nghệ xử lý khí thải tại nhà máy; kiến nghị các biện pháp giám sát định kỳ, duy tu bảo dưỡng thiết bị để duy trì hiệu suất làm sạch khí thải ổn định.


Kết quả và đóng góp

Tải lượng và nồng độ ô nhiễm từ các nguồn phụ trợ

Khóa luận đã tính toán chi tiết nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải từ máy phát điện dự phòng chạy dầu DO của nhà máy dựa trên hệ số ô nhiễm tiêu chuẩn và định mức tiêu hao nhiên liệu 300 lít/h, đồng thời so sánh với QCVN 19:2009/BTNMT (Cột B, hệ số vùng $K_v = 1$, hệ số công suất $K_p = 1$):

TT Chất ô nhiễm Hệ số ô nhiễm (g/kg nhiên liệu) Tải lượng ô nhiễm (g/s) Nồng độ phát thải ($\text{mg/m}^3$) QCVN 19:2009/BTNMT (Cột B) ($\text{mg/m}^3$)
1 Bụi tổng 0,28 0,0235 7,34 200
2 $\text{SO}_2$ 20 S 0,560 175,00 500
3 $\text{NO}_x$ 2,84 0,239 74,60 850
4 $\text{CO}$ 0,71 0,060 18,60 1.000
5 VOC 0,035 0,003 0,92 —

Kết quả đối sánh cho thấy nồng độ phát sinh từ khí thải máy phát điện dự phòng nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 19:2009/BTNMT.

Đánh giá chuỗi công nghệ xử lý khí thải chính

Hệ thống xử lý khí thải từ lò thiêu kết và lò thổi quạt gió được thiết kế liên hoàn theo quy trình:

  1. Làm nguội sơ bộ dòng khí: Khí thải nhiệt độ 300–400°C được dẫn qua hệ thống đường ống kim loại uốn khúc hình chữ U dài 350 m (đường kính $\Phi 500$), hạ nhiệt xuống xấp xỉ 200°C nhằm đảm bảo an toàn nhiệt, ngăn chặn nguy cơ cháy nổ trước khi vào thiết bị lọc bụi điện.
  2. Lọc bụi tĩnh điện (ESP): Xử lý bụi mịn mang điện tích âm dưới tác dụng của điện trường cao áp 50–100 kV. Thiết bị có buồng lọc $200\text{ m}^3$, dòng điện 50–500 mA, cơ chế rung rũ tự động theo chu kỳ giúp loại bỏ bụi bám trên các bản cực với hiệu suất thiết kế đạt trên 99%.
  3. Lọc bụi tay áo (Túi vải): Sử dụng các ống tay áo kích thước $\Phi 120 - 300\text{ mm}$, chiều dài 2,0–3,5 m để thu giữ phần bụi còn lại, nâng cao hiệu suất làm sạch hạt bụi có kích thước nhỏ.
  4. Xử lý hóa học và phát tán: Khí sau khi lọc bụi được dẫn qua tháp khử $\text{SO}_2$ (hấp thụ ướt) và xả vào môi trường qua ống khói cao 60 m nhằm tăng cường khả năng khuếch tán vào khí quyển.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đề tài:

    • Dữ liệu thực nghiệm tập trung trong thời gian thực tập tốt nghiệp năm 2019, chưa phản ánh đầy đủ biến động nồng độ khí thải theo các chu kỳ tải trọng sản xuất khác nhau trong năm.
    • Các số liệu về nồng độ bụi chì tại công đoạn tinh luyện quặng được kế thừa từ tài liệu tham chiếu của nhà máy tương đương mà chưa có điều kiện đo đạc liên tục bằng thiết bị quan trắc tự động tại hiện trường.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:

    • Lắp đặt và tích hợp hệ thống quan trắc khí thải tự động, liên tục (CEMS) tại ống khói 60 m để theo dõi liên tục các thông số $\text{SO}_2$, bụi và nhiệt độ khí thải.
    • Nghiên cứu tối ưu hóa thành phần và nồng độ dung dịch kiềm trong tháp hấp thụ $\text{SO}_2$ nhằm nâng cao hiệu suất khử và giảm chi phí hóa chất vận hành.
    • Mở rộng đánh giá mức độ tích lũy kim loại nặng (chì) trong môi trường đất và thảm thực vật xung quanh Khu công nghiệp Bình Vàng sau thời gian dài nhà máy đi vào hoạt động.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng sau:

  • Sinh viên và học viên ngành Môi trường: Cung cấp tài liệu tham khảo thực tế về phương pháp tính toán tải lượng ô nhiễm từ quá trình đốt than, đốt dầu DO và quy trình thiết kế chuỗi công nghệ xử lý khí thải luyện kim màu (kết hợp ống làm mát chữ U, lọc bụi tĩnh điện, lọc túi vải và tháp hấp thụ $\text{SO}_2$).
  • Cán bộ kỹ thuật và quản lý môi trường tại doanh nghiệp: Cung cấp các thông số kỹ thuật cụ thể của hệ thống lọc bụi tĩnh điện (dung tích buồng lọc $200\text{ m}^3$, dải điện áp 50–100 kV, công suất 10–25 kVA) và các biện pháp giảm thiểu bụi phát tán tại khâu phối liệu và vận chuyển băng tải.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận này thực hiện nghiên cứu tại cơ sở sản xuất nào?

Khóa luận nghiên cứu tại Nhà máy sản xuất chì thỏi, chì kim loại thuộc Công ty Cổ phần luyện kim màu tỉnh Hà Giang, hoạt động tại Khu công nghiệp Bình Vàng, tỉnh Hà Giang.

2. Dòng khí thải có nhiệt độ cao từ lò luyện chì được hạ nhiệt bằng cách nào trước khi vào hệ thống lọc bụi tĩnh điện?

Khí thải từ lò thiêu kết và lò quạt gió có nhiệt độ ban đầu khoảng 300–400°C được dẫn qua hệ thống ống gấp khúc hình chữ U với tổng chiều dài khoảng 350 m, đường kính 500 mm để giảm nhiệt độ xuống còn khoảng 200°C trước khi đi vào buồng lọc bụi tĩnh điện nhằm tránh cháy nổ và bảo vệ thiết bị.

3. Thông số kỹ thuật chính của hệ thống lọc bụi tĩnh điện tại nhà máy gồm những gì?

Hệ thống gồm 01 buồng lọc dung tích $200\text{ m}^3$, công suất điện 10–25 kVA, điện áp hoạt động từ 50 kV đến 100 kV, dòng điện từ 50 mA đến 500 mA, điều chỉnh điện áp bằng Thyristor, điều khiển trung tâm vi mạch kỹ thuật số và tích hợp cơ chế tự động rung rũ bụi theo lưu lượng.

4. Tải lượng phát thải khí từ máy phát điện dự phòng chạy dầu DO có đạt quy chuẩn môi trường không?

Theo kết quả tính toán với mức tiêu thụ 300 lít dầu DO/giờ, nồng độ phát thải của Bụi ($7,34\text{ mg/m}^3$), $\text{SO}_2$ ($175\text{ mg/m}^3$), $\text{NO}_x$ ($74,6\text{ mg/m}^3$) và $\text{CO}$ ($18,6\text{ mg/m}^3$) đều thấp hơn nhiều so với ngưỡng giới hạn quy định tại QCVN 19:2009/BTNMT (Cột B: Bụi $200\text{ mg/m}^3$, $\text{SO}_2$ $500\text{ mg/m}^3$, $\text{NO}_x$ $850\text{ mg/m}^3$, $\text{CO}$ $1.000\text{ mg/m}^3$).

5. Khí $\text{SO}_2$ phát sinh trong quá trình chuyển hóa tinh quặng chì theo phản ứng hóa học nào?

Trong quá trình thiêu kết tinh quặng chì chứa hàm lượng chì sunfua ($\text{PbS} > 50%$), phản ứng oxy hóa diễn ra theo phương trình: $$\text{PbS} + 1,5\text{O}_2 \rightarrow \text{PbO} + \text{SO}_2$$ Khí $\text{SO}_2$ sinh ra được thu gom cùng dòng khí thải để đưa qua tháp xử lý khử khí trước khi thoát ra ống khói cao 60 m.


Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Đào Thị Tùng Lâm đã phản ánh bức tranh toàn diện về hiện trạng phát sinh và kiểm soát ô nhiễm không khí tại Nhà máy sản xuất chì thỏi, chì kim loại thuộc Công ty Cổ phần luyện kim màu tỉnh Hà Giang. Công trình làm rõ các nguồn phát thải chủ yếu từ quá trình thiêu kết quặng, đốt than và nhiên liệu phụ trợ, đồng thời phân tích chi tiết thông số kỹ thuật của chuỗi công nghệ xử lý khí thải gồm đường ống làm mát chữ U, hệ thống lọc bụi tĩnh điện buồng $200\text{ m}^3$, thiết bị lọc bụi tay áo và tháp khử $\text{SO}_2$. Các giải pháp bổ sung về phun sương dập bụi, che chắn băng tải và trang bị bảo hộ lao động mang lại ý nghĩa thực tiễn rõ rệt, hỗ trợ cơ sở sản xuất kiểm soát ô nhiễm và tuân thủ các quy chuẩn môi trường hiện hành.