Tổng quan nghiên cứu

Nền nông nghiệp Việt Nam đang trong giai đoạn chuyển mình mạnh mẽ theo hướng nâng cao năng suất và chất lượng nông sản. Theo số liệu từ Viện Dinh dưỡng Cây trồng Quốc tế (IPNI), phân bón đóng góp khoảng 30% đến 35% tổng sản lượng cây trồng thu hoạch hàng năm. Tuy nhiên, mức độ thâm dụng phân bón trong canh tác nội địa hiện ở mức rất cao, trung bình đạt khoảng 430 kg/ha đất canh tác, cao gấp 3,1 lần so với mức trung bình của thế giới là 138 kg/ha. Tính đến giai đoạn năm 2018, cả nước có 735 cơ sở sản xuất và kinh doanh phân bón được cấp phép với tổng công suất thiết kế lên tới 29,5 triệu tấn/năm, vượt gấp gần 3 lần nhu cầu tiêu thụ thực tế hàng năm khoảng 11 triệu tấn.

Sự bùng nổ về số lượng cơ sở sản xuất phân bón vô cơ và hữu cơ kéo theo những thách thức nghiêm trọng về mặt môi trường, đặc biệt là tình trạng ô nhiễm bụi và khí thải độc hại phát tán vào khí quyển. Tại Cụm công nghiệp Phú Thành II, xã Phú Thành, huyện Lạc Thủy, tỉnh Hòa Bình, Nhà máy sản xuất phân bón tổng hợp của Công ty Cổ phần Vệ sinh Môi trường Đô thị Hà Nội đi vào hoạt động với công suất thiết kế 20.000 tấn/năm. Hoạt động của nhà máy phát sinh lượng lớn bụi từ các công đoạn nghiền, trộn, sàng và mùi hôi nồng nặc từ quá trình ủ men hữu cơ sinh học, gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống dân sinh trong bán kính 500 m.

Đề tài luận văn thạc sĩ tập trung đánh giá hiện trạng ô nhiễm không khí tại nhà máy trong năm 2020, định lượng các chỉ tiêu khí độc như H2S, NH3, SO2, NO2 và bụi TSP. Mục tiêu cốt lõi là đề xuất giải pháp kỹ thuật tích hợp giúp thu hồi 98% lượng bụi phát tán và giảm thiểu trên 90% nồng độ mùi hôi, đảm bảo toàn bộ khí thải đạt chuẩn môi trường Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý luận về bảo vệ môi trường công nghiệp theo Luật Bảo vệ Môi trường năm 2014, kết hợp hai mô hình lý thuyết chính: mô hình phát tán chất ô nhiễm không khí từ nguồn điểm/nguồn diện và lý thuyết xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, hấp phụ và chế phẩm sinh học.

Khung khái niệm trọng tâm bao gồm năm phạm trù cơ bản:

  • Môi trường và ô nhiễm môi trường: Sự biến đổi các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo vượt quy chuẩn kỹ thuật cho phép, gây ảnh hưởng xấu đến sinh vật và con người.
  • Bụi công nghiệp: Tập hợp các hạt vật chất rắn lơ lửng trong không khí phát sinh từ quá trình cơ học như nghiền, trộn quặng Apatit, SA, Kali và than bùn.
  • Khí ô nhiễm mùi: Hỗn hợp khí độc hại hình thành từ phản ứng phân hủy kỵ khí chất hữu cơ, bao gồm Hydro sunfua (H2S), Amoniac (NH3) và Mercaptan.
  • Ngưỡng tác động sinh lý của khí độc: Khí H2S gây cay mắt ở mức 10 đến 20 ppm và làm tê liệt khứu giác khi vượt 150 ppm; khí NH3 gây bỏng rát đường hô hấp ở nồng độ 150 đến 200 ppm và nguy cơ ngạt thở tử vong khi vượt 2.000 ppm.
  • Tiêu chuẩn quy chuẩn kỹ thuật: Hệ thống quy chuẩn bắt buộc áp dụng gồm QCVN 19:2009/BTNMT về khí thải công nghiệp đối với bụi và chất vô cơ, QCVN 05:2013/BTNMT về chất lượng không khí xung quanh, và Quyết định 3733/2002/QĐ-BYT về vệ sinh lao động.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thu thập dữ liệu sơ cấp thông qua việc bố trí 12 điểm lấy mẫu đại diện liên tục tại các phân xưởng sản xuất và khu vực dân cư lân cận nhà máy theo đúng quy định kỹ thuật quan trắc tại Thông tư 24/2017/TT-BTNMT. Cỡ mẫu được phân bổ thành 3 đợt quan trắc độc lập, mỗi đợt kéo dài 24 giờ liên tục để theo dõi biến thiên tải lượng ô nhiễm qua các ca sản xuất.

Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng tại các vị trí phát sinh ô nhiễm cao nhất: cửa nạp liệu máy nghiền, dàn sàng phân loại, khu ủ men hảo khí và cổng tiếp nhận nguyên liệu. Lý do lựa chọn phương pháp đo đạc trực tiếp bằng máy đo khí tự động kết hợp phân tích sắc ký khí trong phòng thí nghiệm đạt chuẩn VILAS là nhằm loại bỏ sai số ngoại cảnh, duy trì sai số phân tích dưới 5%, đồng thời phát hiện chính xác các hợp chất mùi có nồng độ rất thấp từ 0,00001 ppm. Timeline nghiên cứu được thực hiện xuyên suốt trong giai đoạn từ tháng 01/2020 đến tháng 10/2020 tại địa bàn huyện Lạc Thủy, tỉnh Hòa Bình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát thực địa và phân tích mẫu môi trường tại nhà máy ghi nhận 4 phát hiện trọng tâm:

  1. Hoạt động giao thông vận tải phát sinh tải lượng bụi đáng kể: Với tần suất phương tiện ra vào trung bình từ 15 đến 25 lượt xe tải nặng mỗi ngày đêm, nồng độ bụi tổng số (TSP) đo được tại tuyến đường nội bộ và cổng nhà máy đạt 0,38 mg/m3, vượt 1,26 lần so với giới hạn cho phép 0,3 mg/m3 theo QCVN 05:2013/BTNMT.
  2. Công đoạn nghiền, trộn và sàng phân bón NPK khoáng đa lượng phát tán bụi nghiêm trọng: Nồng độ bụi lơ lửng tại khu vực máy nghiền búa và phễu cấp liệu dao động từ 4,5 mg/m3 đến 6,2 mg/m3, cao hơn giới hạn tiếp xúc ca làm việc theo Quyết định 3733/2002/QĐ-BYT từ 1,12 đến 1,55 lần.
  3. Khu vực ủ men sinh khối hữu cơ là nguồn phát tán mùi hôi và khí độc tập trung: Nồng độ khí NH3 đo tại bề mặt đống ủ đạt từ 18,5 mg/m3 đến 24,7 mg/m3; khí H2S đạt từ 1,2 mg/m3 đến 2,8 mg/m3, cao hơn nồng độ nền môi trường xung quanh từ 1,4 đến 2,3 lần.
  4. Mức độ lan tỏa mùi hôi ra khu dân cư: Trong điều kiện gió Đông Nam thổi mạnh, bán kính ảnh hưởng của mùi hôi lan xa từ 300 m đến 500 m. Khảo sát ý kiến cộng đồng cho thấy 85% số hộ dân sống gần Cụm công nghiệp Phú Thành II bày tỏ sự khó chịu vì mùi chua nồng và khí khai vào các khung giờ chiều tối.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm không khí cục bộ là do dây chuyền sản xuất của nhà máy chưa được đầu tư hệ thống chụp hút bụi khép kín. Các công đoạn đập nghiền than bùn và trộn quặng đều thực hiện trong nhà xưởng bán hở. Tại khu ủ phân hữu cơ sinh học, việc đảo trộn sinh khối chưa đảm bảo độ tơi xốp, dẫn đến hiện tượng yếm khí cục bộ bên trong lõi ủ, làm gia tăng tốc độ tạo khí H2S và NH3.

Biến thiên nồng độ chất ô nhiễm có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ cột so sánh nồng độ bụi TSP trước và sau các công đoạn sản xuất, kết hợp bảng thống kê tương quan giữa nhiệt độ đống ủ (duy trì ở mức 55°C đến 65°C) với tốc độ giải phóng khí Amoniac. So sánh với các nghiên cứu tại các nhà máy phân bón hữu cơ vi sinh ở khu vực Bắc Bộ, các chỉ số phát thải tại cơ sở này ở mức tương đương, đòi hỏi phải can thiệp kỹ thuật ngay để tránh nguy cơ vi phạm pháp luật môi trường và bảo vệ sức khỏe cho 65 công nhân trực tiếp vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm, bốn nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý môi trường đồng bộ được đề xuất:

  1. Lắp đặt hệ thống lọc bụi túi vải tay áo kết hợp quạt hút công suất lớn tại khu vực nghiền, trộn và sàng phân NPK: Mục tiêu đạt hiệu suất thu hồi bụi từ 98% đến 99,5%, hạ nồng độ bụi trong khí thải xuống dưới 50 mg/Nm3 theo QCVN 19:2009/BTNMT. Thời gian thực hiện: Hoàn thành trong vòng 3 tháng; Chủ thể chịu trách nhiệm: Ban Quản lý Kỹ thuật Nhà máy.
  2. Ứng dụng chế phẩm sinh học WEVIRO định mức 0,13 phần nghìn phun định kỳ lên luống ủ phân hữu cơ: Cơ chế kích hoạt vi khuẩn Thiobacillus oxy hóa hoàn toàn H2S thành SO4(2-) và kích thích vi khuẩn Clostridium ljungdahlii chuyển hóa khí CH4 thành Methanol, giúp giảm 85% đến 92% mùi hôi thối trong vòng 12 đến 24 giờ sau khi phun. Thời gian thực hiện: Áp dụng liên tục theo từng chu kỳ ủ 15 ngày; Chủ thể: Đội sản xuất Phân hữu cơ sinh học.
  3. Xây dựng tháp hấp thụ rửa khí bằng dung dịch kiềm loãng kết hợp tầng đệm hấp phụ than hoạt tính: Xử lý triệt để 95% lượng khí độc vô cơ và hữu cơ bay hơi trước khi thoát ra môi trường qua ống khói cao 15 m. Thời gian thực hiện: Triển khai trong vòng 6 tháng; Chủ thể: Doanh nghiệp phối hợp với đơn vị tư vấn chuyển giao công nghệ.
  4. Xây dựng dải cây xanh cách ly rộng tối thiểu 10 m bao quanh khuôn viên và bê tông hóa toàn bộ sân bãi: Định kỳ tưới ẩm mặt đường 2 lần/ngày nhằm giảm trên 80% lượng bụi cuốn phát sinh từ 20 lượt xe tải vận chuyển hàng ngày. Thời gian thực hiện: Duy trì định kỳ hàng quý; Chủ thể: Bộ phận Hành chính - Quản trị môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng trọng điểm:

  • Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Cán bộ Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Hòa Bình và Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Lạc Thủy có thể sử dụng dữ liệu để xây dựng tiêu chuẩn thanh tra, giám sát định kỳ tại Cụm công nghiệp Phú Thành II.
  • Chủ doanh nghiệp và kỹ sư vận hành nhà máy phân bón: Giúp các kỹ sư nắm bắt quy trình công nghệ kết hợp lọc bụi túi vải và phun chế phẩm sinh học WEVIRO, giúp tiết kiệm từ 20% đến 30% chi phí xử lý mùi so với các giải pháp thiêu đốt nhiệt truyền thống.
  • Học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Môi trường: Cung cấp khung phương pháp luận hoàn chỉnh về thiết kế mạng lưới quan trắc vi khí hậu công nghiệp và kỹ thuật phân tích 12 chỉ tiêu khí độc học thuật.
  • Đơn vị tư vấn lập Báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM): Nguồn số liệu thứ cấp đáng tin cậy về hệ số phát thải và định mức tiêu hao nguyên liệu cho các dự án sản xuất phân bón công suất từ 10.000 đến 50.000 tấn/năm.

Câu hỏi thường gặp

Nguồn phát sinh ô nhiễm không khí lớn nhất trong nhà máy sản xuất phân bón Phú Thành là gì? Nguồn phát sinh lớn nhất là bụi từ công đoạn nghiền, trộn quặng khoáng với nồng độ bụi lên tới 6,2 mg/m3 và mùi hôi nồng độ cao phát tán từ khu vực ủ phân hữu cơ sinh học với khí NH3 đạt 24,7 mg/m3 và H2S đạt 2,8 mg/m3, vượt quy chuẩn môi trường xung quanh hơn 2 lần.

Chế phẩm sinh học WEVIRO xử lý mùi hôi theo cơ chế sinh hóa nào? Chế phẩm WEVIRO chứa 0,13 phần nghìn chiết xuất thảo mộc alkaloid và vi khuẩn Thiobacillus. Hợp chất kiềm tự nhiên trong chế phẩm trung hòa các khí mang tính axit, đồng thời vi sinh vật có ích oxy hóa H2S thành muối sunfat không mùi và bẻ gãy liên kết hữu cơ bay hơi chỉ trong 12 đến 24 giờ.

Hệ thống lọc bụi túi vải được thiết kế mang lại hiệu suất xử lý bao nhiêu? Hệ thống lọc bụi túi vải tay áo rung giũ khí nén đạt hiệu suất thu hồi bụi từ 98% đến 99,5%. Thiết bị giúp hạ nồng độ bụi phát thải từ mức ban đầu 4,5 mg/m3 xuống dưới 0,2 mg/m3 tại vị trí làm việc, đáp ứng toàn diện QCVN 19:2009/BTNMT và tiêu chuẩn vệ sinh lao động.

Vì sao các nhà máy phân bón cần kiểm soát đồng thời cả bụi vô cơ và mùi hữu cơ? Bụi vô cơ quặng gây bệnh bụi phổi nguy hiểm cho công nhân, trong khi mùi hữu cơ chứa H2S và NH3 phát tán xa tới 500 m gây viêm đường hô hấp, cay mắt cho người dân và dẫn đến nguy cơ khiếu kiện môi trường kéo dài làm đình trệ hoạt động sản xuất của doanh nghiệp.

Chi phí đầu tư các giải pháp xử lý khí thải trong luận văn có phù hợp với doanh nghiệp vừa và nhỏ? Các giải pháp được lựa chọn có tính kinh tế cao. Việc kết hợp lọc bụi túi vải cơ học và chế phẩm sinh học dạng phun sương có chi phí vận hành thấp hơn khoảng 25% so với phương pháp hấp phụ xúc tác nhiệt, hoàn toàn khả thi đối với các nhà máy quy mô 20.000 tấn/năm.

Kết luận

  • Đánh giá toàn diện hiện trạng phát tán bụi và khí thải tại nhà máy sản xuất phân bón tổng hợp công suất 20.000 tấn/năm tại tỉnh Hòa Bình.
  • Xác định chính xác các điểm nóng ô nhiễm với nồng độ bụi nghiền trộn vượt chuẩn 1,55 lần và nồng độ khí NH3, H2S phát tán mùi hôi trong bán kính 500 m.
  • Đề xuất thành công mô hình kỹ thuật kết hợp giữa lọc bụi túi vải hiệu suất 99% và chế phẩm sinh học WEVIRO khử mùi đạt trên 85% trong 24 giờ.
  • Đóng góp luận cứ khoa học thực chứng phục vụ công tác quản lý chất lượng không khí tại Cụm công nghiệp Phú Thành II và lưu vực công nghiệp lân cận.
  • Xây dựng lộ trình triển khai chi tiết với mốc thời gian 3 tháng cho hệ thống lọc bụi và 6 tháng cho tháp xử lý khí thải tích hợp.

Doanh nghiệp và các đơn vị sản xuất phân bón cần khẩn trương áp dụng ngay giải pháp kỹ thuật trong vòng 90 ngày tới để đưa toàn bộ chỉ tiêu khí thải về ngưỡng an toàn theo quy chuẩn quốc gia, góp phần xây dựng nền sản xuất nông nghiệp xanh và bền vững.