Giới thiệu dự án
Bối cảnh và thực trạng ngành
Ngành công nghiệp luyện kim và cán kéo thép đóng vai trò then chốt trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Tuy nhiên, các tổ hợp luyện kim quy mô lớn cũng là nguồn phát sinh chất thải công nghiệp đáng kể nếu không được kiểm soát chặt chẽ. Theo thống kê kỹ thuật, quá trình sản xuất 1 tấn thép thành phẩm có thể phát sinh từ 0,5 đến 1,0 tấn xỉ thải, $10.000\text{ m}^3$ khí thải, $100\text{ kg}$ bụi và hàng chục mét khối nước thải chứa hàm lượng cao chất rắn lơ lửng (TSS), dầu mỡ khoáng, kim loại nặng cùng nhiệt độ dư thừa.
Tại tỉnh Thái Nguyên – cái nôi của ngành luyện kim Việt Nam, lưu vực sông Cầu và các phụ lưu tiếp nhận như suối Cam Giá phải chịu tải lượng xả thải lên tới 1,3 triệu $\text{m}^3/\text{năm}$ từ các tổ hợp công nghiệp lân cận. Nhiều thời điểm vào mùa kiệt, lưu lượng nước thải chiếm tới 15% tổng lưu lượng dòng chảy sông Cầu, đặt ra bài toán cấp bách về an toàn môi trường nước.
+----------------------------------------------+
| Nhu cầu nước sản xuất: 5.333 m3/ngày-đêm |
+----------------------+-----------------------+
|
+----------------------------+----------------------------+
| |
v v
+-------------------------------+ +-------------------------------+
| HỆ THỐNG NƯỚC ĐỤC TUẦN HOÀN | | HỆ THỐNG NƯỚC TRONG TUẦN HOÀN|
| (Làm nguội máy cán, phôi) | | (Làm mát lò nung, động cơ) |
| - Nhiễm TSS, vảy cán, dầu mỡ | | - Nhiễm nhiệt độ cao |
+---------------+---------------+ +---------------+---------------+
| |
v v
+-------------------------------+ +-------------------------------+
| Bể lắng vảy cán + Gạt dầu mỡ | | Bể tuần hoàn 1.000 m3 |
| + Tháp giải nhiệt | | + Bộ trao đổi nhiệt |
+---------------+---------------+ +---------------+---------------+
| |
+----------------------------+----------------------------+
|
v
+--------------------------------------+
| Nước thải xả tràn định kỳ |
| Giám sát theo QCVN 52:2013/BTNMT |
| Điểm tiếp nhận: Suối Cam Giá -> Sông Cầu |
+--------------------------------------+
Vấn đề nghiên cứu cụ thể
Nhà máy Cán thép Thái Nguyên (thuộc Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên - TISCO) vận hành dây chuyền cán nóng tự động hóa chuyển giao từ tập đoàn Danieli (Italia) với công suất thiết kế $300.000\text{ tấn/năm}$, tốc độ cán $110\text{ m/s}$, tiêu thụ lưu lượng nước làm mát tuần hoàn lên tới $5.333\text{ m}^3/\text{ngày}$. Quá trình này tạo ra hai dòng thải: nước đục trực tiếp (nhiễm cặn vảy cán FeO/$\text{Fe}_2\text{O}_3$, dầu bôi trơn máy cán) và nước trong gián tiếp (tải nhiệt lò nung). Nếu hệ thống tuần hoàn gặp sự cố hoặc xả tràn không kiểm soát, các thông số TSS, COD, dầu khoáng, Fe, Mn, Pb, Cd sẽ vượt ngưỡng tiếp nhận của suối Cam Giá, trực tiếp đe dọa nguồn nước cấp hạ lưu.
Mục tiêu dự án
- Khảo sát toàn diện công nghệ cán nóng Danieli và định vị chính xác các điểm xả thải, điểm giao cắt dòng nước tuần hoàn tại phân xưởng.
- Thiết lập mạng lưới quan trắc định kỳ (đợt 2/2016, đợt 3/2016, đợt 1/2017) đánh giá 09 thông số môi trường cốt lõi (pH, $\text{BOD}_5$, COD, TSS, As, Cd, Pb, Mn, Coliform) bằng phương pháp chuẩn quốc tế SMEWW và TCVN.
- Đối chuẩn chi tiết hiện trạng chất lượng nước thải trước và sau hệ thống xử lý tuần hoàn với QCVN 52:2013/BTNMT (Cột B - Nước thải công nghiệp sản xuất thép).
- Đề xuất quy trình tối ưu hóa lắng tách vảy cán, vớt dầu và quản trị rủi ro xả tràn nước thải công nghiệp.
Phương pháp tiếp cận và kết quả kỳ vọng
- Phương pháp tiếp cận: Kết hợp kiểm toán cân bằng vật chất - năng lượng quy trình cán thép với phương pháp lấy mẫu hiện trường bằng thiết bị chuyên dụng ống Ruttner, bảo quản hóa lý chuẩn và phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).
- Kết quả kỳ vọng: Đạt tỷ lệ tuần hoàn nước tái sử dụng $\ge 95%$, nồng độ TSS sau xử lý giảm $\ge 80%$, kiểm soát triệt để hàm lượng dầu khoáng $\le 5\text{ mg/l}$ và nồng độ kim loại nặng dưới ngưỡng giới hạn cho phép của Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia.
Phạm vi và giới hạn nghiên cứu
- Không gian: Phân xưởng cán thép, trạm xử lý nước tuần hoàn cấp nước trong ($1.000\text{ m}^3$), bể lắng cấp nước đục và cống thoát chung ra suối Cam Giá (tổ 21, phường Cam Giá, TP. Thái Nguyên).
- Thời gian: Chuỗi số liệu phân tích chuyên sâu các đợt quan trắc giai đoạn 2016 – 2017.
Phân tích và thiết kế giải pháp
Phân tích hiện trạng
So sánh các mô hình quản lý nước làm mát cán thép
| Giải pháp công nghệ |
Ưu điểm |
Nhược điểm |
Đánh giá tính khả thi tại TISCO |
| Xả thải một chiều (Once-through system) |
Chi phí đầu tư ban đầu thấp, vận hành đơn giản không cần cụm xử lý hồi lưu. |
Tiêu tốn lưu lượng nước khổng lồ ($>15\text{ m}^3/\text{tấn thép}$), gây ô nhiễm nhiệt và xả trực tiếp tải lượng kim loại nặng ra sông Cầu. |
Loại bỏ: Vi phạm nghiêm trọng Luật Bảo vệ Môi trường 2014 và tiêu hao tài nguyên nước. |
| Lắng trọng lực đơn thuần |
Chi phí đầu tư trung bình, thu hồi được vảy cán hạt lớn thô ($>100\ \mu\text{m}$). |
Không thể xử lý hạt mịn keo tụ, dầu mỡ bôi trơn vẫn trôi nổi, không hạ được nhiệt độ nước hồi lưu. |
Không đạt: Gây tắc nghẽn vòi phun áp lực làm mát trục cán, dầu dính vào bề mặt thép. |
| Tuần hoàn kép khép kín kết hợp phân ly (Danieli Closed-Loop) |
Tái sử dụng $\ge 95%$ lượng nước, tách triệt để vảy cán mịn và dầu mỡ tự do, giảm thiểu tối đa tải lượng xả thải định kỳ. |
Cần diện tích bể lắng lớn, chi phí bảo dưỡng cụm tháp làm mát và gạt dầu định kỳ. |
Được chọn (Áp dụng): Phù hợp dây chuyền cán tốc độ cao $110\text{ m/s}$. |
Phân tích yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW
+-----------------------------------------------------------------------+
| MÔ HÌNH YÊU CẦU MoSCoW |
+-----------------------------------------------------------------------+
| [M] MUST HAVE: |
| - Tách riêng hệ thống tuần hoàn nước trong (làm mát gián tiếp) |
| và nước đục (làm mát trực tiếp). |
| - Thu hồi vảy cán sắt tại hố thu mương xả đáy giá cán. |
| - Nước thải định kỳ đạt QCVN 52:2013/BTNMT (Cột B). |
+-----------------------------------------------------------------------+
| [S] SHOULD HAVE: |
| - Hệ thống gạt dầu nổi tự động bề mặt bể lắng nước đục. |
| - Cân bằng nhiệt độ nước tuần hoàn làm nguội $\le 35^\circ\text{C}$ |
| thông qua tháp giải nhiệt đối lưu. |
+-----------------------------------------------------------------------+
| [C] COULD HAVE: |
| - Cảm biến online đo tự động pH, độ đục TSS trước van xả tràn. |
| - Tuyển từ thu hồi oxit sắt siêu mịn từ bùn cặn bể lắng. |
+-----------------------------------------------------------------------+
| [W] WON'T HAVE (Giai đoạn này): |
| - Hệ thống lọc màng thẩm thấu ngược (RO) khử khoáng triệt để |
| (chưa cần thiết đối với nước giải nhiệt cán nóng). |
+-----------------------------------------------------------------------+
Thiết kế hệ thống
Kiến trúc hệ sinh thái công nghệ xử lý nước thải
+-------------------------------------+
| PHÔI THÉP (120x120; 150x150 mm) |
+------------------+------------------+
|
v
+--------------------------------------------------------------------------------+
| LÒ NUNG LIÊN TỤC (Dầu FO: 6.400 tấn/năm; Nhiệt độ nung phôi: 1.150 - 1.250°C) |
+---------------------------------------+----------------------------------------+
|
[Nước trong gián tiếp] v [Nước đục trực tiếp]
+------------------------+ DÂY CHUYỀN CÁN DANIELI +-----------------------+
| Làm mát vỏ lò, gối đỡ, | - 14 Giá cán thô & tinh | Bắn phá vảy cán trục, |
| bệ trượt, hộp giảm tốc | - 10 Giá Block siêu tốc | làm nguội thanh thép |
+-----------+------------+ - Tốc độ: 110 m/s +-----------+-----------+
| - Công suất: 50 tấn/h |
v v
+------------------------+ +-----------------------+
| Bể nước trong 1.000 m3 | | Bể lắng vảy cán thô |
+-----------+------------+ +-----------+-----------+
| |
v v
+------------------------+ +-----------------------+
| Bơm trao đổi nhiệt | | Cụm tách dầu váng mặt |
+-----------+------------+ +-----------+-----------+
| |
v v
+------------------------+ +-----------------------+
| Hồi lưu cấp lại lò | | Tháp làm mát giải nhiệt|
+------------------------+ +-----------+-----------+
|
v
+-----------------------+
| Trạm bơm tuần hoàn |
+-----------+-----------+
|
(Tái sử dụng 95%) <---------------------+
|
(Xả đáy 5% cân bằng muối khoáng)
v
+-----------------------+
| Cống ngầm kiểm soát |
| xả thải -> S. Cam Giá |
+-----------------------+
Thông số thiết bị và vật liệu vận hành
system_specifications:
rolling_mill:
manufacturer: "Danieli S.p.A (Italia)"
continuous_roughing_intermediate_stands: 14
block_finishing_stands: 10
nominal_capacity: "50 tấn/giờ (300.000 tấn/năm)"
linear_velocity: "110 m/s"
heat_treatment_units: "QTB (Quenching and Self-Tempering for Rebars), QTR"
input_materials_balance:
steel_billets: "200.000 - 211.600 tấn/năm (Phôi 120x120, 150x150 mm)"
fuel_oil_FO: "6.400 tấn/năm"
lubrication_oil: "37 tấn/năm"
industrial_grease: "5.700 kg/năm"
industrial_gas: "8.640 kg/năm"
industrial_water_consumption: "5.333 m3/ngày-đêm"
water_treatment_circuits:
clean_water_tank_capacity: "1.000 m3"
scale_pit_retention_time: "45 phút (vận tốc lắng ngang v <= 0.03 m/s)"
oil_skimmer_type: "Đĩa gạt dầu cơ học liên tục kết hợp vách ngăn trọng lực"
Phương pháp nghiên cứu và giám sát (Methodology)
Quy trình nghiên cứu áp dụng nghiêm ngặt theo các tiêu chuẩn phân tích ngành nước môi trường (Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater - SMEWW) và Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN):
# Mô phỏng thuật toán kiểm tra tuân thủ quy chuẩn xả thải QCVN 52:2013/BTNMT
from dataclasses import dataclass
@dataclass
class WastewaterSample:
pH: float
bod5: float # mg/L
cod: float # mg/L
tss: float # mg/L
arsenic: float # mg/L
cadmium: float # mg/L
lead: float # mg/L
manganese: float# mg/L
coliform: int # MPN/100mL
def verify_qcvn52_column_b(sample: WastewaterSample) -> dict:
"""
Đánh giá độ tuân thủ của mẫu nước thải theo QCVN 52:2013/BTNMT (Cột B)
"""
thresholds = {
'pH_min': 5.5, 'pH_max': 9.0,
'bod5': 50.0,
'cod': 150.0,
'tss': 100.0,
'arsenic': 0.1,
'cadmium': 0.1,
'lead': 0.5,
'manganese': 1.0,
'coliform': 5000
}
compliance = {
'pH': thresholds['pH_min'] <= sample.pH <= thresholds['pH_max'],
'BOD5': sample.bod5 <= thresholds['bod5'],
'COD': sample.cod <= thresholds['cod'],
'TSS': sample.tss <= thresholds['tss'],
'As': sample.arsenic <= thresholds['arsenic'],
'Cd': sample.cadmium <= thresholds['cadmium'],
'Pb': sample.lead <= thresholds['lead'],
'Mn': sample.manganese <= thresholds['manganese'],
'Coliform': sample.coliform <= thresholds['coliform']
}
is_fully_compliant = all(compliance.values())
return {
'is_compliant': is_fully_compliant,
'details': compliance
}
- Quy trình thu mẫu: Sử dụng ống lấy mẫu chuyên dụng Ruttner (thể tích 2,0 lít, nắp cơ cấu lò xo tự động đóng bằng dây thả đối trọng) tại độ sâu tiêu chuẩn $0,25\text{ m}$ dưới bề mặt nước hố thu.
- Bảo quản mẫu:
- Mẫu đo pH xác định trực tiếp tại hiện trường bằng máy đo điện cực thuỷ tinh cầm tay (chuẩn hóa đệm pH 4,01; 7,00; 9,21).
- Mẫu COD được axit hóa bằng $\text{H}_2\text{SO}_4$ đậm đặc về ngưỡng $\text{pH} < 2$, lưu trữ ở nhiệt độ $4^\circ\text{C}$.
- Mẫu $\text{BOD}_5$, TSS và kim loại bảo quản lạnh chuyên dụng ở dải nhiệt độ $2 - 5^\circ\text{C}$, phân tích trong vòng 24 - 48 giờ.
Implementation và kết quả
Quy trình phân tích và công chuẩn kỹ thuật
Các phương pháp phân tích phòng thí nghiệm được chuẩn hóa đồng bộ theo danh mục dưới đây:
| TT |
Thông số phân tích |
Phương pháp kiểm nghiệm |
Thiết bị phân tích chính |
| 1 |
$\text{pH}$ |
TCVN 6492:1999 |
Máy đo pH điện cực chọn lọc Metrohm |
| 2 |
$\text{BOD}_5$ |
SMEWW 5210 B |
Tủ ủ BOD chuyên dụng ở $20^\circ\text{C}$ $\pm 1^\circ\text{C}$ trong 5 ngày |
| 3 |
$\text{COD}$ |
SMEWW 5220 D |
Cụm phá mẫu nhiệt kín + Máy đo quang phổ so màu |
| 4 |
$\text{TSS}$ |
SMEWW 2540 D |
Giấy lọc sợi thủy tinh Whatman GF/C, sấy $105^\circ\text{C}$ |
| 5 |
Asen (As) |
SMEWW 3113 |
Quang phổ hấp thụ nguyên tử lò Graphite (GF-AAS) |
| 6 |
Cadimi (Cd) |
SMEWW 3113 |
GF-AAS độ nhạy cao |
| 7 |
Chì (Pb) |
SMEWW 3113 |
GF-AAS tích hợp hiệu chỉnh nền Zeeman |
| 8 |
Mangan (Mn) |
SMEWW 3111 B |
Quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) |
| 9 |
Coliform |
SMEWW 9222 |
Phương pháp màng lọc nuôi cấy trên môi trường M-Endo |
Kết quả đo đạc và thực nghiệm quan trắc
Dữ liệu quan trắc thu thập qua 3 đợt đại diện tại bể thu gom nước thải sau hệ thống lắng tuần hoàn của nhà máy:
| Thông số |
Đơn vị |
Đợt 2 (Năm 2016) |
Đợt 3 (Năm 2016) |
Đợt 1 (Năm 2017) |
QCVN 52:2013/BTNMT (Cột B) |
Đánh giá |
| $\text{pH}$ |
- |
7,32 |
7,45 |
7,28 |
5,5 – 9,0 |
Đạt |
| $\text{BOD}_5$ |
$\text{mg/l}$ |
14,2 |
16,8 |
15,1 |
50 |
Đạt |
| $\text{COD}$ |
$\text{mg/l}$ |
38,5 |
42,0 |
39,6 |
150 |
Đạt |
| $\text{TSS}$ |
$\text{mg/l}$ |
45,0 |
52,4 |
48,2 |
100 |
Đạt |
| $\text{As}$ |
$\text{mg/l}$ |
0,012 |
0,015 |
0,011 |
0,1 |
Đạt |
| $\text{Cd}$ |
$\text{mg/l}$ |
0,003 |
0,004 |
0,002 |
0,1 |
Đạt |
| $\text{Pb}$ |
$\text{mg/l}$ |
0,042 |
0,048 |
0,039 |
0,5 |
Đạt |
| $\text{Mn}$ |
$\text{mg/l}$ |
0,210 |
0,245 |
0,205 |
1,0 |
Đạt |
| $\text{Coliform}$ |
$\text{MPN/100ml}$ |
1.100 |
1.400 |
950 |
5.000 |
Đạt |
BIỂU ĐỒ SO SÁNH TẢI LƯỢNG CÁC CHỈ TIÊU CHÍNH VỚI QUY CHUẨN (QCVN 52:2013/BTNMT - CỘT B)
[% Ngưỡng giới hạn tối đa cho phép]
TSS (52,4 / 100 mg/l) : [========================== ] 52,4%
COD (42,0 / 150 mg/l) : [============== ] 28,0%
BOD5 (16,8 / 50 mg/l) : [================= ] 33,6%
Mn (0,245 / 1,0 mg/l) : [============ ] 24,5%
Pb (0,048 / 0,5 mg/l) : [===== ] 9,6%
Coliform (1400/5000 MPN): [============== ] 28,0%
Đánh giá kết quả đạt được
- Hiệu quả xử lý nước đục: Hệ thống bể lắng sơ cấp kết hợp bẫy dầu giữ lại $100%$ lượng vảy cán thô có kích thước hạt $>50\ \mu\text{m}$. Hàm lượng TSS trong nước thải sau xử lý dao động từ $45,0 - 52,4\text{ mg/l}$, thấp hơn nhiều so với ngưỡng tối đa $100\text{ mg/l}$ quy định trong QCVN 52:2013/BTNMT (Cột B).
- Kiểm soát thông số vi lượng và kim loại nặng: Toàn bộ các chỉ tiêu độc hại như As ($0,011 - 0,015\text{ mg/l}$), Cd ($0,002 - 0,004\text{ mg/l}$), Pb ($0,039 - 0,048\text{ mg/l}$) đều nằm sâu dưới ngưỡng quy chuẩn từ 10 đến 25 lần, chứng minh quá trình cán thép gia nhiệt gián tiếp bằng dầu FO không làm phát tán kim loại nặng nguy hại vào dòng nước giải nhiệt.
Đổi mới và đóng góp
Cải tiến kỹ thuật nổi bật
- Tuần hoàn phân tầng nhiệt và cặn (Dual Recirculation Loop): Tách bạch hoàn toàn dòng nước trong (áp suất làm mát vỏ lò) và dòng nước đục (tiếp xúc trực tiếp phôi thép). Việc tách dòng này giúp giảm $65%$ chi phí năng lượng xử lý so với việc gom chung toàn bộ $5.333\text{ m}^3/\text{ngày}$ vào một trạm xử lý tập trung.
- Hệ thống xử lý nhiệt QTB/QTR kết hợp phun sương tiết kiệm: Ứng dụng dây chuyền công nghệ tôi và tự ram (Quenching & Self-Tempering) giúp thanh cốt thép tăng cường độ chịu lực, đồng thời tối ưu hóa béc phun làm mát áp lực cao, giảm lượng nước tiêu hao trên mỗi tấn sản phẩm từ $3,2\text{ m}^3$ xuống $1,8\text{ m}^3$.
- Cơ chế thu hồi tài nguyên vảy cán: Thu hồi lượng vảy oxit sắt ($\text{Fe}_3\text{O}_4$ và $\text{Fe}_2\text{O}_3$ độ tinh khiết cao $>68%\text{ Fe}$) từ đáy bể lắng, trực tiếp tái cấp làm nguyên liệu trợ dung cho xưởng thiêu kết của Khu liên hợp Gang thép, hiện thực hóa mô hình kinh tế tuần hoàn chất thải rắn.
Đóng góp thực tiễn cho ngành thép
- Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu quan trắc thực nghiệm đa kỳ chuẩn hóa cho nhà máy cán thép công suất $300.000\text{ tấn/năm}$, tạo tiền đề kỹ thuật cho việc xây dựng định mức xả thải cho các dự án luyện kim tại miền Bắc.
Ứng dụng thực tế và triển khai
Tình huống vận hành công nghiệp
[Bể lắng sơ cấp mương cán]
| (Trọng lực lắng vảy cán kích thước hạt lớn)
v
[Hố thu gom trạm bơm]
| (Bơm chìm chống mài mòn)
v
[Bể lắng ngang thứ cấp + Cần gạt bọt váng dầu]
| (Tách dầu tự do, kéo bùn đáy)
v
[Cụm tháp giải nhiệt quạt đối lưu cưỡng bức]
| (Hạ nhiệt độ nước từ 55°C xuống <= 32°C)
v
[Bể nước sạch tái cấp dây chuyền cán]
Đánh giá hiệu quả kinh tế và hoàn vốn (ROI)
- Tiết kiệm nước sạch: Lượng nước tuần hoàn tái sử dụng đạt $\sim 5.066\text{ m}^3/\text{ngày}$ ($95%$). Với chi phí nước công nghiệp thô ước tính $6.000\text{ VNĐ/m}^3$, hệ thống giúp tiết kiệm:
$$\text{Chi phí tiết kiệm} = 5.066\text{ m}^3/\text{ngày} \times 300\text{ ngày} \times 6.000\text{ VNĐ/m}^3 \approx 9,12\text{ tỷ VNĐ/năm}$$
- Thu hồi vảy cán sắt: Thu gom khoảng $1.500\text{ tấn vảy cán/năm}$, tái sử dụng cho lò thiêu kết hoặc bán thương phẩm với giá $\approx 1.200.000\text{ VNĐ/tấn}$, mang lại giá trị gia tăng $1,8\text{ tỷ VNĐ/năm}$.
- Thời gian hoàn vốn (ROI): Cụm công trình bể lắng và trạm tuần hoàn có thời gian hoàn vốn đầu tư ước tính dưới 2,5 năm vận hành.
Hạn chế và hướng phát triển
Các hạn chế kỹ thuật còn tồn tại
- Hiện tượng gia tăng độ dẫn điện (EC) và Tổng chất rắn hòa tan (TDS): Do chu trình tuần hoàn bốc hơi nước liên tục tại tháp giải nhiệt, hàm lượng ion hòa tan ($\text{Cl}^-$, $\text{SO}_4^{2-}$, $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Mg}^{2+}$) tăng dần theo thời gian, tiềm ẩn nguy cơ đóng cặn đường ống và vòi phun máy cán nếu không xả đáy bổ sung nước ngọt định kỳ.
- Thu gom nước mưa bề mặt: Hệ thống cống thoát nước mưa chảy tràn qua bãi chứa phôi và khu vực dầu mỡ cơ khí chưa có bẫy gạn dầu chuyên dụng độc lập, dẫn đến nguy cơ rửa trôi tạp chất vào suối Cam Giá khi xảy ra mưa lớn diện rộng.
Hướng phát triển và nâng cấp hệ thống
- Tích hợp thêm cụm lắng xoáy lốc thủy lực (Hydrocyclone) tại đầu mương nước đục nhằm phân loại tự động vảy cán siêu mịn.
- Lắp đặt trạm quan trắc tự động liên tục truyền dữ liệu trực tiếp 24/7 về Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên với 4 thông số: Lưu lượng, pH, TSS, Nhiệt độ.
Đối tượng hưởng lợi
Sinh viên và Học viên ngành Kỹ thuật Môi trường
- Tiếp cận hồ sơ công nghệ thực tế của tổ hợp sản xuất thép quy mô lớn, nắm vững quy trình khảo sát, lấy mẫu hiện trường bằng ống Ruttner và thực nghiệm phân tích AAS/SMEWW.
Kỹ sư Vận hành và Cán bộ Quản lý Nhà máy
- Nắm rõ thông số vận hành của hệ thống tuần hoàn cấp nước đục/trong công suất $5.333\text{ m}^3/\text{ngày}$, quy chuẩn đối chiếu QCVN 52:2013/BTNMT để kiểm soát sự cố rò rỉ dầu hoặc tắc nghẽn vảy cán.
Doanh nghiệp Sản xuất Thép và Luyện kim
- Áp dụng mô hình tính toán cân bằng nước và thu hồi vảy oxit sắt giúp giảm thiểu chi phí xử lý nước sạch và tăng hiệu quả tài chính bền vững.
Nhà nghiên cứu Quản lý Lưu vực sông
- Cung cấp số liệu xả thải thực nghiệm để phục vụ bài toán mô hình hóa chất lượng nước lưu vực sông Cầu đoạn chảy qua đô thị Gang thép Thái Nguyên.
Câu hỏi thường gặp
1. Nước thải sản xuất cán thép khác gì so với nước thải luyện gang, luyện thép lò cao?
Nước thải cán thép (cán nóng) chủ yếu phát sinh từ quá trình làm mát cơ khí, mang đặc tính vật lý là chính: chứa nhiều hạt vảy cán oxit sắt vô cơ ($>90%$ thành phần cặn), dầu mỡ bôi trơn rò rỉ từ gối trục cán và nhiệt độ cao. Ngược lại, nước thải luyện thép lò cao, xưởng cốc hóa chứa nhiều chất độc hóa học phức tạp hơn như Phenol, Xyanua, Amoni ($\text{NH}_4^+$), hydrocacbon thơm đa vòng và kim loại nặng bay hơi.
2. Vì sao nhà máy phải phân tách thành hai hệ thống nước trong và nước đục riêng biệt?
Hệ thống nước trong dùng để giải nhiệt gián tiếp vỏ lò nung, két làm mát động cơ và hộp giảm tốc, nước không tiếp xúc trực tiếp với kim loại nên hoàn toàn không dính vảy cán hay dầu mỡ, chỉ bị tăng nhiệt độ. Dòng này chỉ cần qua bể $1.000\text{ m}^3$ và tháp giải nhiệt là tái sử dụng được ngay. Trong khi đó, nước đục phun trực tiếp vào phôi thép nên nhiễm nặng vảy oxit và mỡ bôi trơn, đòi hỏi quy trình lắng tách cơ học phức tạp. Việc tách dòng giúp giảm dung tích bể lắng cần xây dựng và hạ chi phí điện năng bơm xử lý.
3. Tần suất nạo vét bùn lắng vảy cán được xác định như thế nào?
Dựa trên tải trọng sản xuất (50 tấn thép/giờ), lượng vảy cán phát sinh trung bình khoảng $0,5 - 0,7%$ khối lượng phôi nung. Hố thu vảy cán sơ cấp được trục vớt bằng gầu ngoạm định kỳ 1 - 2 ngày/lần. Bể lắng ngang thứ cấp được xả bùn đáy bằng bơm bùn chuyên dụng với tần suất 1 lần/tuần để tránh hiện tượng dòng chảy cuốn trôi ngược hạt cặn mịn khi bùn tích tụ quá mức.
4. Nước xả tràn của nhà máy được giám sát theo quy chuẩn nào?
Nước thải sau quá trình sản xuất của Nhà máy Cán thép Thái Nguyên bắt buộc phải tuân thủ nghiêm ngặt QCVN 52:2013/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp sản xuất thép. Căn cứ vào vị trí điểm tiếp nhận là suối Cam Giá (nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt trực tiếp), các giá trị nồng độ ô nhiễm được đối chiếu theo giới hạn tối đa cho phép tại Cột B của quy chuẩn này.
5. Chi phí đầu tư hệ thống tuần hoàn nước đóng góp thế nào vào giá thành một tấn thép?
Hệ thống tuần hoàn khép kín Danieli chiếm khoảng $4 - 6%$ tổng mức đầu tư xây lắp ban đầu của xưởng cán. Tuy nhiên, nhờ tái sử dụng $95%$ lượng nước và thu hồi vảy sắt bán lại cho khâu luyện thép, chi phí vận hành xử lý nước thực tế chỉ chiếm khoảng $12.000 - 15.000\text{ VNĐ}$ trên mỗi tấn thép thành phẩm cán nóng, mang lại lợi ích kinh tế vượt trội so với việc nộp phí bảo vệ môi trường đối với nước thải xả thẳng.
Kết luận
Khóa luận đã khảo sát và đánh giá toàn diện hiện trạng nước thải sản xuất tại Nhà máy Cán thép Thái Nguyên – Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên. Kết quả phân tích thực nghiệm qua các đợt quan trắc cho thấy: nhờ vận hành hiệu quả dây chuyền công nghệ tuần hoàn nước Danieli với việc phân tách độc lập hai mạch nước trong và nước đục, toàn bộ 09 thông số môi trường đặc trưng ($\text{pH}$, $\text{BOD}_5$, $\text{COD}$, $\text{TSS}$, $\text{As}$, $\text{Cd}$, $\text{Pb}$, $\text{Mn}$, $\text{Coliform}$) đều đạt tiêu chuẩn tiếp nhận của QCVN 52:2013/BTNMT (Cột B).
Hệ sinh thái tuần hoàn nước không chỉ bảo vệ an toàn sinh thái cho lưu vực suối Cam Giá và sông Cầu mà còn là minh chứng điển hình cho mô hình sản xuất thép bền vững, tiết kiệm tài nguyên nước và tối ưu hóa chi phí sản xuất công nghiệp nặng trong kỷ nguyên mới.
