Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp thuộc da Việt Nam đang đối mặt với thách thức lớn về môi trường khi định mức tiêu hao tài nguyên ở mức cao, trung bình tiêu tốn từ 35 đến 40 m3 nước và khoảng 64 kg bột Crom cho mỗi tấn da nguyên liệu, cao hơn từ 25% đến 100% so với định mức 15 đến 20 m3 nước và 50 kg bột Crom tại các quốc gia có công nghệ tiên tiến. Quá trình chế biến da tạo ra tải lượng ô nhiễm đáng kể ở cả ba dạng chất thải lỏng, rắn và khí; trong đó khoảng 25% khối lượng da sống bị loại thải thành phế phẩm hữu cơ và nước thải chứa hàm lượng hóa chất độc hại vượt nhiều lần quy chuẩn cho phép. Phương pháp xử lý kiểm soát ô nhiễm cuối đường ống truyền thống đòi hỏi chi phí vận hành rất lớn nhưng không thể loại trừ triệt để nguy cơ suy thoái môi trường nước và đất.

Mục tiêu nghiên cứu trọng tâm của đề tài là đánh giá toàn diện hiện trạng tiêu thụ tài nguyên, lượng hóa chính xác sự thất thoát dòng vật chất, hóa chất và năng lượng; từ đó đề xuất hệ thống giải pháp sản xuất sạch hơn phù hợp với điều kiện thực tế tại Công ty Cổ phần Thương mại Sản xuất Da Nguyên Hồng. Nghiên cứu được thực hiện tại xưởng sản xuất của công ty ở xã Tân Mỹ, huyện Văn Lãng, tỉnh Lạng Sơn trong thời gian từ tháng 10/2018 đến tháng 9/2019, trên quy mô công suất chế biến 730 tấn da tươi mỗi năm (tương đương 100 tấm da thuộc mỗi ngày hay 182,5 tấn thành phẩm mỗi năm). Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn sâu sắc khi xây dựng thành công 21 giải pháp sản xuất sạch hơn, giúp doanh nghiệp giảm thiểu từ 5% đến 15% lượng nguyên nhiên liệu tiêu hao, cắt giảm đáng kể chi phí xử lý dòng thải và hỗ trợ việc tuân thủ các quy định môi trường hiện hành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng khung lý thuyết Sản xuất sạch hơn của Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (UNEP, 1994), định nghĩa sản xuất sạch hơn là việc áp dụng liên tục chiến lược phòng ngừa môi trường tổng hợp vào các quá trình, sản phẩm và dịch vụ nhằm nâng cao hiệu quả sinh thái và giảm thiểu rủi ro cho con người. Cùng với đó, đề tài vận dụng mô hình đánh giá sản xuất sạch hơn gồm 6 bước và 18 nhiệm vụ thiết yếu theo Sổ tay Hướng dẫn của Ngân hàng Thế giới (World Bank, 2008), bao gồm: khởi động, phân tích công đoạn, đề xuất cơ hội, lựa chọn giải pháp, thực thi và duy trì cải tiến liên tục.

Hệ thống lý thuyết tích hợp 4 khái niệm nền tảng:

  • Cân bằng vật chất: Dựa trên nguyên lý bảo toàn khối lượng với công thức tổng nguyên liệu đầu vào bằng tổng sản phẩm cộng với chất thải phát sinh.
  • Chi phí dòng thải: Bao gồm chi phí bên trong (giá trị nguyên liệu, hóa chất, năng lượng mất đi theo dòng thải) và chi phí bên ngoài (chi phí vận hành hệ thống xử lý và phí bảo vệ môi trường).
  • Công nghệ thuộc da bằng muối Crom: Quá trình biến tính cấu trúc protein collagen của da sống bằng hợp chất Cr(OH)SO4 nồng độ 8% để tăng cường độ bền nhiệt và chống thối rữa.
  • Kiểm soát ô nhiễm cuối đường ống: Phương pháp thu gom và xử lý chất thải sau khi đã phát sinh tại các công đoạn sản xuất.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp nguồn dữ liệu thứ cấp từ báo cáo đánh giá tác động môi trường và hồ sơ kỹ thuật của nhà máy với dữ liệu sơ cấp thu thập qua khảo sát thực nghiệm. Cỡ mẫu nghiên cứu thực địa bao gồm 15 mẫu quan sát và phân tích chuyên sâu:

  • 03 mẫu nước thải: 01 mẫu nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại, 01 mẫu nước thải sản xuất tại bể thu gom tập trung và 01 mẫu nước thải sau xử lý.
  • 03 mẫu nước mặt suối Đồng Đăng: lấy tại điểm xả thải, cách 50m về phía thượng lưu và cách 350m về phía hạ lưu.
  • 01 mẫu khí thải tại ống khói lò hơi đốt dầu Mazut (dầu FO).
  • 02 mẫu không khí ngoài hàng rào nhà máy và 06 mẫu không khí môi trường lao động tại các phân xưởng sản xuất (từ xưởng ướp da, ngâm da, rửa da đến xưởng hấp da và khu văn phòng).

Phương pháp chọn mẫu có chủ đích tại các điểm nút công nghệ phát sinh dòng thải chính được lựa chọn nhằm phản ánh chính xác nhất hiện trạng phân bố chất ô nhiễm. Các chỉ tiêu lý hóa được phân tích theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và Phương pháp chuẩn phân tích nước và nước thải (SMEWW). Phương pháp cân bằng vật chất kết hợp với ma trận trọng số phân tích đa tiêu chí (Kinh tế 40%, Kỹ thuật 30%, Môi trường 30% trên thang điểm 10) được chọn làm công cụ phân tích cốt lõi vì giúp đánh giá khách quan, toàn diện tính khả thi trước khi xếp hạng ưu tiên đầu tư. Tính khả thi kinh tế được thẩm định qua phần mềm Excel bằng các chỉ số tài chính tiêu chuẩn gồm Giá trị hiện tại ròng (NPV), Tỷ suất sinh lời nội tại (IRR) và Thời gian hoàn vốn (PB).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kiểm toán cân bằng vật chất cho thấy tổn thất nguyên liệu thô và hóa chất diễn ra nghiêm trọng tại các công đoạn tiền thuộc và thuộc da. Trong quá trình gia công 1 tấn da muối tươi, có khoảng 25% khối lượng da bị loại thải dưới dạng vụn da cật, diềm mép và mỡ màng. Lượng hóa chất thuộc Crom dạng Cr(OH)SO4 thất thoát theo dòng nước thải chiếm từ 20% đến 30% tổng lượng sử dụng đầu vào, khiến nồng độ Cr tổng trong nước thải trước xử lý dao động từ 1.028,7 đến 1.309 mg/l.

Nhu cầu sử dụng nước tại nhà máy rất lớn, lên tới 35 đến 40 m3 cho mỗi tấn da nguyên liệu, trong đó riêng các công đoạn ngâm vôi, tẩy lông, rửa và tẩy vôi đã tiêu thụ hơn 65% tổng lượng nước cấp. Về phương diện năng lượng, lò hơi đốt dầu FO vận hành với hiệu suất nhiệt chỉ đạt từ 72% đến 75%, tổn thất nhiệt qua khí thải và thất thoát do bề mặt đường ống cấp hơi chưa được bảo ôn chiếm từ 15% đến 20% tổng năng lượng đốt.

Phân tích chất lượng nước thải sản xuất ghi nhận nồng độ ô nhiễm hữu cơ cực kỳ cao: COD đạt mức 8.086 mg/l, BOD5 đạt 4.273 mg/l và tổng chất rắn lơ lửng (SS) đạt 2.287 mg/l. Các giá trị này vượt từ 15 đến hơn 40 lần so với giới hạn quy định tại Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B), gây áp lực rất lớn lên hệ thống xử lý nước thải tập trung của công ty.

Từ việc phân tích 10 nhóm nguyên nhân gây lãng phí dòng thải, nghiên cứu đã xây dựng danh mục 21 cơ hội sản xuất sạch hơn; trong đó có 10 giải pháp quản lý nội vi đơn giản có thể áp dụng tức thì với mức chi phí đầu tư gần như bằng 0 đồng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự thất thoát tài nguyên tại cơ sở thuộc da Nguyên Hồng là do thiết bị thuộc bán tự động chưa tối ưu, việc định lượng hóa chất tẩy lông Na2S và vôi tôi CaO còn dựa nhiều vào kinh nghiệm cảm quan của công nhân, thiếu đồng hồ đo lưu lượng nước tại từng thùng quay và hệ thống bẫy hơi cơ khí bị rò rỉ lâu ngày chưa được sửa chữa.

Khi so sánh với số liệu khảo sát ngành của Bộ Công Thương năm 2016 và các mô hình trình diễn quốc tế (như tại nhà máy thuộc da Germanakos SA ở Hy Lạp đã tiết kiệm 193.000 USD mỗi năm nhờ tuần hoàn nước và hóa chất), tiềm năng tiết kiệm của công ty Nguyên Hồng là rất khả quan nếu kiểm soát tốt các công đoạn ướt.

Dữ liệu kiểm toán dòng thải có thể được mô hình hóa trực quan thông qua biểu đồ dòng Sankey để theo dõi sự dịch chuyển của khối lượng da và hóa chất, kết hợp với các bảng cân bằng vật chất phân tích chi phí tổn thất bên trong và bên ngoài cho từng mẻ sản xuất. Việc chuyển đổi từ phương thức xử lý thụ động cuối đường ống sang ngăn chặn chất thải tại nguồn giúp công ty vừa đảm bảo tuân thủ Nghị định 40/2019/NĐ-CP, vừa cắt giảm chi phí sản xuất và nâng cao năng lực cạnh tranh của sản phẩm da thành phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và giảm thiểu tác động môi trường, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật trọng tâm:

  • Kiểm soát hệ số khí dư và tiến hành bọc bảo ôn toàn bộ hệ thống cấp nước, đường ống hơi của nồi hơi: Nâng hiệu suất cháy của dầu FO thêm 5% đến 8%, giảm tiêu hao từ 6 đến 10 tấn dầu FO mỗi năm; thực hiện trong thời gian 03 tháng bởi Phòng Kỹ thuật - Cơ điện của công ty.
  • Thay thế toàn bộ hệ thống bẫy hơi cơ học cũ sang cụm bẫy hơi dạng tiết lưu hiện đại: Cắt giảm từ 10% đến 15% lượng hơi nước thất thoát vô ích, rút ngắn thời gian hoàn vốn đầu tư xuống dưới 12 tháng; hoàn thành trong 02 tháng dưới sự phụ trách của bộ phận bảo trì lò hơi.
  • Lắp đặt hệ thống thu gom, lắng lọc để tái sử dụng nước rửa và tuần hoàn dịch thuộc muối Crom: Tiết kiệm từ 20% đến 30% lượng nước sạch tiêu thụ, thu hồi khoảng 25% lượng Crom dư thừa đưa trở lại chu trình thuộc; triển khai trong 06 tháng bởi Ban Quản lý sản xuất phối hợp với đơn vị tư vấn công nghệ môi trường.
  • Tận thu triệt để phế phụ phẩm vụn da cật, mỡ và bạc nhạc để mở rộng dây chuyền sản xuất keo Gelatin thương phẩm và ủ phân vi sinh: Giảm 80% khối lượng chất thải rắn hữu cơ phải vận chuyển xử lý, tạo thêm doanh thu phụ từ 150 đến 200 triệu đồng mỗi năm; triển khai trong vòng 06 đến 09 tháng do Phân xưởng Sản xuất Keo Gelatin chủ trì.

Khuyến nghị đối với cơ quan quản lý: Sở Công Thương và Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lạng Sơn cần bố trí nguồn kinh phí hỗ trợ đào tạo kỹ thuật sản xuất sạch hơn, đồng thời tạo cơ chế vay vốn ưu đãi từ Quỹ Bảo vệ môi trường nhằm khuyến khích các cơ sở sản xuất công nghiệp vừa và nhỏ chuyển đổi công nghệ sạch.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Ban giám đốc, quản đốc xưởng và kỹ sư công nghệ tại các doanh nghiệp thuộc da, chế biến phụ phẩm động vật: Sử dụng tài liệu như một cẩm nang hướng dẫn thực hiện kiểm toán vật chất - năng lượng, tối ưu hóa định mức hóa chất và cắt giảm lãng phí tài nguyên trong sản xuất hàng ngày.
  • Cán bộ quản lý môi trường tại các Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Công Thương các tỉnh: Ứng dụng khung phương pháp luận đánh giá dòng thải và bộ tiêu chí sàng lọc ma trận trọng số để phục vụ công tác thanh tra, thẩm định và hướng dẫn triển khai Chiến lược sản xuất sạch hơn theo Quyết định 1419/QĐ-TTg.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Hóa học: Khai thác làm tài liệu tham khảo học thuật giá trị về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp tính toán cân bằng dòng vật chất và mô hình đánh giá hiệu quả kinh tế môi trường thông qua các chỉ số NPV, IRR, PB.
  • Chuyên gia tư vấn và các đơn vị chuyển giao công nghệ xanh: Tham khảo 21 giải pháp kỹ thuật thực tế để xây dựng các gói giải pháp tiết kiệm năng lượng và tuần hoàn tài nguyên cho các ngành công nghiệp chế biến có phát thải cao.

Câu hỏi thường gặp

Sản xuất sạch hơn khác biệt như thế nào so với kiểm soát ô nhiễm cuối đường ống? Sản xuất sạch hơn là phương pháp chủ động phòng ngừa ô nhiễm ngay tại nguồn phát sinh bằng cách tối ưu hóa quy trình và bảo toàn tài nguyên, trong khi kiểm soát cuối đường ống là biện pháp thụ động xử lý chất thải sau khi đã hình thành với chi phí vận hành rất cao.

Các doanh nghiệp thuộc da quy mô vừa và nhỏ có thể áp dụng sản xuất sạch hơn với kinh phí thấp hay không? Doanh nghiệp hoàn toàn có thể áp dụng ngay 10 giải pháp quản lý nội vi với mức chi phí gần như 0 đồng, bao gồm việc sửa chữa rò rỉ đường ống, kiểm soát định lượng hóa chất và nâng cao ý thức thao tác của công nhân để tiết kiệm từ 5% đến 10% chi phí vận hành.

Chất thải nguy hại lớn nhất phát sinh từ quá trình thuộc da tại công ty là gì? Chất thải nguy hại đáng lo ngại nhất là bùn thải và nước thải chứa muối Crom hóa trị 3 (nồng độ Cr tổng lên đến 1.309 mg/l) cùng vụn da đã qua thuộc Crom, đòi hỏi phải được thu gom, phân loại và chuyển giao cho đơn vị có chức năng xử lý nghiêm ngặt theo quy định.

Cơ sở nào để xác định thứ tự ưu tiên thực hiện các giải pháp sản xuất sạch hơn? Thứ tự ưu tiên được xác định thông qua phương pháp ma trận trọng số kết hợp đánh giá 3 tiêu chí: Kinh tế (trọng số 4), Kỹ thuật (trọng số 3) và Môi trường (trọng số 3), trong đó các giải pháp đạt điểm số khả thi cao nhất và thời gian hoàn vốn dưới 1 năm sẽ được triển khai trước.

Việc cải tạo bẫy hơi và bọc bảo ôn đường ống mang lại lợi ích gì cho hệ thống lò hơi? Giải pháp này giúp giảm từ 10% đến 15% lượng hơi thất thoát vô ích, tăng hiệu suất nhiệt của lò hơi thêm 5% đến 8%, tiết kiệm hàng tấn dầu FO mỗi năm và giúp doanh nghiệp nhanh chóng hoàn vốn đầu tư chỉ sau vài tháng vận hành.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích toàn diện hiện trạng tiêu thụ tài nguyên và quy trình công nghệ tại cơ sở thuộc da công suất 730 tấn da tươi mỗi năm.
  • Lượng hóa chính xác tỷ lệ thất thoát 25% khối lượng da thành chất thải rắn, 20% đến 30% muối Crom và 15% đến 20% nhiệt lượng lò hơi.
  • Đề xuất hệ thống 21 giải pháp sản xuất sạch hơn, phân loại rõ ràng thành 10 giải pháp quản lý nội vi và 4 giải pháp kỹ thuật công nghệ trọng điểm.
  • Thẩm định tính khả thi kinh tế chứng minh các phương án thu hồi nhiệt và tuần hoàn hóa chất có thời gian hoàn vốn ngắn dưới 12 tháng.
  • Khẳng định giá trị thực tiễn của chiến lược phòng ngừa ô nhiễm trong việc nâng cao hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường lưu vực suối Đồng Đăng.

Đóng góp khoa học cốt lõi của công trình là cung cấp bộ số liệu kiểm toán vật chất thực nghiệm và quy trình lựa chọn giải pháp sản xuất sạch hơn có tính ứng dụng cao cho ngành da giày. Doanh nghiệp cần khẩn trương hoàn thành 10 giải pháp nội vi trong quý I và tiếp tục đầu tư nâng cấp hệ thống nhiệt, tuần hoàn nước trong vòng 12 tháng tới. Các cơ sở sản xuất công nghiệp hãy chủ động thực hiện đánh giá sản xuất sạch hơn ngay hôm nay để tối ưu chi phí và hướng tới mục tiêu phát triển bền vững.