Khóa luận tốt nghiệp kỹ thuật môi trường nghiên cứu những tác động đến môi trường của nhà máy sản xuất sơn và đề xuất các biện pháp xử lý

Luận văn tốt nghiệp kỹ thuật nghiên cứu tốt nghiệp kỹ thuật môi trường nghiên cứu những tác động đến môi trường của nhà máy sản xuất sơn và, điều tra thực trạng, phân tích số

• Tác giả: Huỳnh Thị Thanh Thương
• Người hướng dẫn: ThS. Đặng Chinh Hải
• Trường học: Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu những tác động đến môi trường của nhà máy sản xuất sơn và đề xuất các biện pháp xử lý
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hải Phòng

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: Tổng quan về Sơn
• 1.1. Khái niệm cơ bản
• 1.2. Lịch sử phát triển
• 1.3. Dự báo nhu cầu sản xuất sơn
• 1.4. Các công nghệ sản xuất Sơn
• 1.5. Sản xuất nhựa Alkyd very long oil
• 1.6. Các máy móc thiết bị chính của dây chuyền sản xuất nhựa Alkyd
• 1.7. Sơ đồ dây chuyền công nghệ
• 2. CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG CỦA NGÀNH SẢN XUẤT SƠN
• 2.1. Hiện trạng môi trường của ngành sản xuất sơn
• 2.2. Hiện trạng môi trường nước
• 2.3. Hiện trạng môi trường không khí
• 2.4. Hiện trạng chất thải rắn và chất thải nguy hại
• 2.5. Tác động của ngành sản xuất sơn đối với môi trường và con người
• 2.5.1. Tác động đến môi trường nước
• 2.5.2. Tác động đến môi trường không khí
• 2.5.3. Chất thải rắn và chất thải nguy hại
• 2.6. Đánh giá những rủi ro về sự cố môi trường do dự án gây ra
• 3. CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM TRONG NGÀNH SẢN XUẤT SƠN
• 3.1. Biện pháp giảm thiểu ô nhiễm nước thải
• 3.1.1. Nước thải sản xuất
• 3.1.2. Nước thải sinh hoạt
• 3.2. Biện pháp giảm thiểu ô nhiễm khí thải
• 3.2.1. Than hoạt tính
• 3.2.2. Chất hoạt động bề mặt
• 3.2.2.1. Đặc tính chung
• 3.2.2.2. Chất hoạt động bề mặt tan trong nước
• 3.3. Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm và an toàn lao động khi sản xuất
• 4. CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• LỜI CẢM ƠN

Tóm tắt

I. Tác động môi trường từ nhà máy sản xuất sơn

Nghiên cứu tập trung vào tác động môi trường của các nhà máy sản xuất sơn, đặc biệt là các vấn đề liên quan đến ô nhiễm môi trường. Các tác động chính bao gồm ô nhiễm nước, không khí và chất thải rắn. Nước thải từ quá trình sản xuất chứa các chất hữu cơ và vô cơ độc hại, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái nước. Khí thải từ nhà máy chứa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), góp phần vào ô nhiễm không khí và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Chất thải rắn và chất thải nguy hại cũng là vấn đề nghiêm trọng, đòi hỏi các biện pháp quản lý chất thải hiệu quả.

1.1. Ô nhiễm nước

Nước thải từ nhà máy sản xuất sơn chứa các chất ô nhiễm như kim loại nặng, chất hữu cơ và các hợp chất độc hại khác. Các chất này có thể gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc xử lý nước thải không đúng cách có thể dẫn đến các vấn đề môi trường nghiêm trọng.

1.2. Ô nhiễm không khí

Khí thải từ quá trình sản xuất sơn chứa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) và các hạt bụi mịn. Các chất này góp phần vào ô nhiễm không khí, gây ra các vấn đề sức khỏe như bệnh hô hấp và ung thư. Nghiên cứu đề xuất việc sử dụng các công nghệ sản xuất sơn tiên tiến để giảm thiểu phát thải khí độc hại.

II. Giải pháp xử lý hiệu quả

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp xử lý hiệu quả để giảm thiểu tác động môi trường từ nhà máy sản xuất sơn. Các giải pháp bao gồm cải tiến công nghệ sản xuất, áp dụng các phương pháp xử lý chất thải tiên tiến và tăng cường quản lý chất thải. Việc sử dụng các nguyên liệu thân thiện với môi trường và tái chế chất thải cũng được khuyến khích để hướng tới sản xuất bền vững.

2.1. Xử lý nước thải

Để giảm thiểu ô nhiễm nước, nghiên cứu đề xuất áp dụng các phương pháp xử lý nước thải như keo tụ, lọc và oxy hóa. Các công nghệ này giúp loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải, đảm bảo nguồn nước đầu ra đạt tiêu chuẩn môi trường.

2.2. Xử lý khí thải

Đối với khí thải, nghiên cứu khuyến nghị sử dụng các hệ thống lọc khí bằng than hoạt tính và các chất hấp phụ khác. Các công nghệ này giúp giảm thiểu lượng VOC và các chất độc hại khác phát thải vào không khí, góp phần bảo vệ môi trường.

III. Sản xuất bền vững và bảo vệ môi trường

Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của sản xuất bền vững trong ngành sơn. Việc sử dụng các nguyên liệu sơn thân thiện với môi trường và tối ưu hóa quy trình sản xuất giúp giảm thiểu tác động sinh thái. Các biện pháp như tái chế chất thải và sử dụng năng lượng tái tạo cũng được khuyến khích để hướng tới mục tiêu phát triển bền vững.

3.1. Nguyên liệu thân thiện với môi trường

Nghiên cứu đề xuất sử dụng các nguyên liệu sơn có nguồn gốc tự nhiên và ít độc hại. Các nguyên liệu này không chỉ giảm thiểu tác động đến môi trường mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm.

3.2. Tái chế và quản lý chất thải

Việc tái chế chất thải và áp dụng các phương pháp quản lý chất thải hiệu quả giúp giảm thiểu lượng chất thải phát sinh từ quá trình sản xuất. Các biện pháp này góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và đô thị hóa nhanh tại Việt Nam đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của nhiều ngành kinh tế, đặc biệt là lĩnh vực xây dựng và sản xuất vật liệu. Theo số liệu được tác giả viện dẫn trong văn bản, riêng năm 2018 cả nước có hơn 38.242 giấy phép xây dựng được cấp, kéo theo nhu cầu xây dựng tăng 80%. Thị trường sơn và chất phủ đạt tổng sản lượng gần 250 triệu lít/năm, trong đó phân khúc sơn trang trí chiếm khoảng 180 triệu lít/năm (tương đương 65% tổng sản lượng và 54% tổng giá trị toàn ngành). Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của các cơ sở sản xuất sơn cũng tạo ra những áp lực môi trường nghiêm trọng. Hoạt động chế tạo nhựa và phối trộn sơn làm phát sinh lượng lớn các dòng thải ô nhiễm có độc tính cao, bao gồm nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng lớn, khí thải chứa hơi dung môi hữu cơ bay hơi (VOCs), bụi hóa học chứa kim loại nặng, cùng nhiều loại chất thải nguy hại dễ cháy nổ. Nhằm giải quyết yêu cầu cấp bách về kiểm soát ô nhiễm công nghiệp, tác giả đã thực hiện đề tài "Nghiên cứu những tác động đến môi trường của nhà máy sản xuất sơn và đề xuất các biện pháp xử lý".

Căn cứ theo bản nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp, nghiên cứu đặt ra 3 nội dung và nhiệm vụ trọng tâm cần giải quyết:

1. Tìm hiểu về công nghệ sản xuất của nhà máy sản xuất sơn.
2. Đánh giá hiện trạng môi trường tại nhà máy sản xuất sơn.
3. Đề xuất biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại nhà máy sản xuất sơn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của khóa luận được xác định cụ thể như sau:

• Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ chế tạo nhựa Alkyd, công nghệ sản xuất sơn lót chống rỉ; các nguồn phát sinh, đặc tính vật lý - hóa học của các dòng chất thải (nước thải sản xuất, nước thải sinh hoạt, khí thải phân xưởng, bụi kim loại, chất thải rắn và chất thải nguy hại) cùng các giải pháp kỹ thuật xử lý môi trường tương ứng.
• Phạm vi không gian: Khảo sát quy trình công nghệ và số liệu quan trắc môi trường thực tế tại Công ty Cổ phần sơn Hải Phòng (thành phố Hải Phòng).
• Phạm vi thời gian: Đề tài được giao thực hiện từ ngày 30 tháng 03 năm 2020 đến ngày 30 tháng 06 năm 2020; chuỗi dữ liệu phân tích hiện trạng môi trường được trích lục từ đợt quan trắc thực tế vào tháng 6 năm 2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường và Công nghệ Hóa học, kết hợp hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia:

• Cơ sở lý thuyết và mô hình công nghệ:
  • Lý thuyết hóa polyme và công nghệ sơn: Phản ứng este hóa đa tụ giữa rượu đa chức và axit hữu cơ (đơn chức hoặc đa chức) để tổng hợp nhựa Alkyd biến tính dầu béo (Alkyd very long oil); cơ chế phân tán màu, nghiền mịn và ổn định hệ huyền phù trong chế tạo sơn chống rỉ gốc dung môi.
  • Lý thuyết xử lý nước thải: Cơ chế keo tụ - tạo bông nhằm trung hòa điện tích bề mặt của các hạt cặn lơ lửng và chất hữu cơ keo; cơ chế phản ứng oxy hóa nâng cao Fenton ($Fe^{2+}/H_2O_2$) tạo gốc tự do hydroxyl ($•OH$) để phân hủy các hợp chất hữu cơ vòng thơm và mạch dài khó phân hủy sinh học; cơ chế phân hủy sinh học hiếu khí - thiếu khí kết hợp (Anoxic - Aerotank) đối với nước thải sinh hoạt.
  • Lý thuyết xử lý khí thải: Hiện tượng hấp phụ khí trên vật liệu xốp carbon (than hoạt tính) thông qua cấu trúc mao quản micro/meso; tương tác bề mặt của các chất hoạt động bề mặt (HĐBM) tan trong nước.
• Hệ thống văn bản quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật:
  • Tiêu chuẩn sản phẩm và kiểm tra chất lượng: QCVN 16/2014/BXD, TCVN 5730:2008, TCVN 2091:2008, TCVN 2092:2013, TCVN 2096:2015, TCVN 2097:1993, TCVN 2098:2007, TCVN 2099:2013, TCVN 2100-2:2007, TCVN 2093:1993; các tiêu chuẩn quốc tế ISO 4630-2:2004, JIS K 5601-1-2:1999, JIS K 5601-2-1:1999, JIS K 5600-2-2:1999, JIS K 5600-2-4:1999.
  • Tiêu chuẩn môi trường: Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt TCVN:2005 (Cột A) và các tiêu chuẩn kiểm soát khí thải, tiếng ồn tương đương.
• Phương pháp nghiên cứu:
  • Phương pháp khảo sát thực tế: Trực tiếp khảo sát dây chuyền máy móc, các thiết bị phản ứng, bồn khuấy trộn và hệ thống thu gom chất thải tại nhà máy sản xuất.
  • Phương pháp thu thập và phân tích tài liệu: Kế thừa và tổng hợp tài liệu chuyên ngành về công nghệ sản xuất chất phủ bề mặt; phân tích bộ dữ liệu quan trắc môi trường thực tế (chỉ tiêu lý hóa của nước thải, khí thải tại xưởng).
  • Phương pháp tính toán tải lượng ô nhiễm: Áp dụng hệ số phát thải của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) để xác định tải lượng và nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt trên quy mô mô hình nhà máy 5.460 lao động.
• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thứ cấp từ các công trình nghiên cứu về sản xuất nhựa Alkyd; số liệu quan trắc môi trường đợt tháng 6/2018 tại Công ty Cổ phần sơn Hải Phòng do tác giả trích xuất.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I. Tổng quan về sơn

Chương này trình bày lịch sử hình thành, quy mô thị trường ngành sơn Việt Nam, quy trình công nghệ sản xuất các dòng sản phẩm đại diện và nhận diện các nguồn thải cơ bản trong nhà máy.

• Lịch sử và thị trường ngành sơn: Lịch sử sản xuất chất phủ tại Việt Nam bắt nguồn từ 400 năm trước với kỹ thuật chế biến sơn ta tự nhiên làm tượng thờ, hoành phi câu đối sơn son thếp vàng. Giai đoạn 1913–1914, người Pháp lập xưởng sơn Testudo tại Hải Phòng; sau đó doanh nhân Nguyễn Sơn Hà sáng lập Công ty sơn Gecko - đơn vị đặt nền móng cho ngành sơn hiện đại trong nước. Đến thời điểm nghiên cứu, cả nước có khoảng 600 doanh nghiệp hoạt động trong ngành sơn, trong đó 70 doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài (FDI) chiếm trên 65% thị phần.

Loại sơn	Đơn vị	Năm 2011	Năm 2015	Năm 2020	Năm 2030
Sơn xây dựng	Tấn	175.000	—	—	—
Sơn chống rỉ	Tấn	23.000	—	—	—
Sơn công nghiệp	Tấn	52.000	—	—	—

• Công nghệ sản xuất nhựa Alkyd very long oil: Nhựa Alkyd béo được tổng hợp từ dầu béo (dầu lanh, dầu đậu nành, dầu hột cao su, dầu trẫu, thầu dầu), axit đa chức (Phtalic Anhydride - P.A, Maleic Anhydride - M.A) và rượu đa chức. Quy trình vận hành nhiệt trải qua 2 pha: sục khí Nitơ, nâng nhiệt lên 180°C (duy trì 1 giờ) rồi nâng tiếp lên 235°C (duy trì 2–3 giờ), kiểm tra độ nhớt và trị số axit trước khi hạ nhiệt xuống dưới 120°C để pha loãng. Dây chuyền sử dụng các thiết bị đồng bộ (bể phản ứng, bể pha loãng, bộ trao đổi nhiệt ABB - Pháp, phễu nạp vít tải, sinh hàn ngang/đứng).

Thành phần nguyên liệu	Độ dài dầu 70–75% (% khối lượng)	Độ dài dầu 76–80% (% khối lượng)
Dầu béo	68,1	70,0
Rượu đa chức	16,0	20,5
Axit đa chức	13,8	7,2
Phụ gia chống oxy hóa	0,1	0,1
Dung môi mạch vòng	2,0	2,2
Tổng cộng	100,0	100,0

Chỉ tiêu cơ sở nhựa Alkyd: Ngoại quan đồng nhất, màu sắc $\le 6$ Gardner (ISO 4630-2:2004), hàm lượng không bay hơi đạt 97–100% (JIS K 5601-1-2:1999), trị số axit $\le 3\text{ mg KOH/g}$ (JIS K 5601-2-1:1999), độ nhớt Gardner đạt mức A–E (JIS K 5600-2-2:1999).

• Công nghệ sản xuất sơn chống rỉ Economy (màu đỏ nâu và màu ghi): Áp dụng quy trình 4 giai đoạn gồm muối và nghiền sơn (độ nhớt 80–100 KU), pha trộn phụ gia/chất làm khô Co/Mn, kiểm tra chất lượng (lọc qua lưới 120 mesh) và đóng thùng lưu kho.

Thành phần công thức	Sơn chống rỉ màu nâu (% khối lượng)	Sơn chống rỉ màu ghi (% khối lượng)
Nhựa Alkyd dài	45,0	37,0
Nhựa biến tính	5,0	5,0
Dung môi	10,0	12,0
Bột màu & Bột độn ($Fe_2O_3$, $CaCO_3$, $ZnO$, $Zn_3(PO_4)_2$, $TiO_2$, Talc, Paste đen)	36,0	39,0
Phụ gia chống lắng / chống tạo màng / làm khô (Co 10%, Mn 10%)	4,0	7,0
Tổng cộng	100,0	100,0

Tiêu chuẩn cơ sở thành phẩm: Độ mịn $\le 30\ \mu\text{m}$, độ nhớt 80–85, thời gian khô $\le 16\text{ giờ}$, tỷ trọng 1,1–1,3, độ bám dính thang điểm 1, độ cứng màng $\ge 0,15$, độ bền uốn 1 mm, độ bền va đập $\ge 50\text{ kG.cm}$, hàm lượng không bay hơi $\ge 50%$.

• Nguồn phát sinh chất thải: Nhận diện 6 nguồn thải chính: vận chuyển nguyên liệu/thành phẩm (tiếng ồn, bụi, $CO$, $CO_2$, $NO_x$, hơi dung môi); vận hành thiết bị máy móc (tiếng ồn, nhiệt, dầu nhớt thải, giẻ lau); quá trình sản xuất (nước rửa thiết bị, hơi hóa chất, bã cặn sơn, than hoạt tính thải); sinh hoạt công nhân (nước thải, rác sinh hoạt); máy phát điện dự phòng (khí thải, độ rung); nước mưa chảy tràn (cuốn theo kim loại nặng, cặn bã bề mặt).

Chương II. Nghiên cứu hiện trạng và đánh giá tác động đến môi trường của ngành sản xuất sơn

Chương II tập trung phân tích nồng độ các chất ô nhiễm trong các môi trường thành phần, đánh giá tác động độc chất học và rủi ro sự cố tại nhà máy.

• Hiện trạng môi trường nước:
  • Nước thải sản xuất: Phát sinh chủ yếu từ khâu vệ sinh thiết bị phản ứng, bồn ủ, máy châm rót. Thông số đặc trưng chưa qua xử lý có mức độ ô nhiễm rất cao: $\text{pH} = 8,5$; $\text{COD} = 5.621\text{ mg/L}$; $\text{BOD}_5 = 588\text{ mg/L}$; $\text{SS} = 2.109\text{ mg/L}$; độ đục $= 4.820\text{ mg/L}$.
  • Nước làm mát: Xả ra từ khâu nghiền ở nhiệt độ xấp xỉ 55°C (cao hơn nhiệt độ nước thông thường 5–15°C), chứa cặn nhôm, cặn gang và dầu mỡ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan (DO).
  • Số liệu quan trắc nước thải tại Công ty CP sơn Hải Phòng (tháng 6/2018):

Thông số	Đơn vị	Điểm NT01	Điểm NT02
pH	—	7,2	7,2
Nhiệt độ	°C	29,0	29,0
COD	mg/L	71	82
$\text{BOD}_5$	mg/L	30	35
TSS	mg/L	29	38
Đồng ($Cu$)	mg/L	0,047	0,030
Kẽm ($Zn$)	mg/L	0,093	0,072
Crom 6+ ($Cr^{6+}$)	mg/L	0,017	0,017
Thủy ngân ($Hg$)	mg/L	0,0007	0,0007
Chì ($Pb$)	mg/L	0,0028	0,0020
Cadimi ($Cd$)	mg/L	0,015	0,008
Asen ($As$)	mg/L	0,005	0,005
Sắt ($Fe$)	mg/L	0,39	0,28
$N\text{-}NH_4^+$	mg/L	1,87	2,11
Tổng Nitơ	mg/L	5,28	5,93
Tổng Photpho	mg/L	1,03	1,29
Coliform	Vi khuẩn/100ml	2.100	2.300

• Tải lượng nước thải sinh hoạt (tính toán lý thuyết mô hình 5.460 người, lưu lượng $524\text{ m}^3\text{/ngày}$): Nồng độ tính toán cho thấy $\text{BOD}_5$ đạt 467–562 mg/L (chuẩn A: 30 mg/L); COD đạt 750–1.063 mg/L (chuẩn A: 50 mg/L); SS đạt 729–1.511 mg/L (chuẩn A: 50 mg/L); Dầu mỡ đạt 104–312,6 mg/L (chuẩn A: 10 mg/L); Tổng Coliform lên tới $10^4\text{–}2.10^7$ vi khuẩn/100ml (chuẩn A: 3.000 vi khuẩn/100ml).

• Hiện trạng môi trường không khí và độc học VOCs:

  • Cơ cấu dung môi hữu cơ bay hơi gồm: dung môi thơm (Toluen, Xylen) chiếm 30%, dung môi mạch thẳng 27%, gốc Xeton (MEK, MIBK) 17%, gốc Alcohol 17%, loại khác (n-butyl axetat) 14%.

Thông số	Đơn vị	Điểm K01	Điểm K02	Điểm K03	Điểm K04
Bụi	$\text{mg/m}^3$	1,650	0,592	0,366	0,122
CO	$\text{mg/m}^3$	4,504	3,517	3,409	3,000
$\text{SO}_2$	$\text{mg/m}^3$	0,224	0,118	0,098	0,066
$\text{NO}_2$	$\text{mg/m}^3$	0,311	0,185	0,119	0,083
Toluen	$\text{mg/m}^3$	128,35	97,45	75,97	0,387
Xylen	$\text{mg/m}^3$	101,27	89,65	74,30	13,07
Tiếng ồn	dBA	76,7	72,0	67,7	63,9

• Tác giả phân tích cụ thể tác hại của VOCs: gây ức chế thần kinh trung ương (giảm trí nhớ, mất thăng bằng), rối loạn tâm lý (trầm cảm, cáu gắt), suy giảm chức năng gan thận, làm suy giảm testosterone và hormone sinh dục nam LH (Luteinizing Hormone), gây dị tật bào thai và tiềm ẩn nguy cơ ung thư.
• Chất thải rắn, chất thải nguy hại và rủi ro sự cố: Phân loại 10 nhóm chất thải nguy hại đặc thù (cặn sơn, bụi sơn bột, dung môi tẩy rửa, than hoạt tính thải, bùn hệ thống xử lý nước thải, bao bì dính hóa chất, giẻ lau nhiễm dầu mỡ). Phân tích nguy cơ cháy nổ từ các dung môi có điểm chớp cháy $< 60^\circ\text{C}$ và sự cố chập điện, sét đánh tại các bồn chứa dung môi.

Chương III. Đề xuất biện pháp giảm thiểu ô nhiễm trong ngành sản xuất sơn

Chương III đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật xử lý nước thải, khí thải và các biện pháp an toàn sản xuất.

• Biện pháp xử lý nước thải sản xuất:
  • Phương pháp keo tụ - tạo bông: Sử dụng phèn nhôm, phèn sắt hoặc PAC để trung hòa điện thế Zeta của các hạt keo tích điện âm (hạt silic, hạt polymer hữu cơ), tạo bông cặn lắng nhanh để loại bỏ COD dạng không tan và chất rắn lơ lửng (SS).
  • Phương pháp oxy hóa nâng cao Fenton: Ứng dụng tác chất Fenton ($Fe^{2+}$ kết hợp $H_2O_2$) tạo ra các gốc tự do $•OH$ có khả năng oxy hóa mạnh, phá vỡ cấu trúc mạch vòng và mạch nhánh của chất tạo màng, dung môi. Hiệu suất xử lý COD của phản ứng Fenton đối với nước thải sơn đạt xấp xỉ 80%.
• Biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt: Thiết kế quy trình xử lý sinh học kết hợp gồm:
  1. Tách dầu mỡ (đối với nước thải nhà bếp) và bể phốt (nước thải toilet).
  2. Bể thu gom và Bể điều hòa (sục khí liên tục chống lắng cặn và ổn định lưu lượng).
  3. Bể thiếu khí (Anoxic): Bố trí giá thể vi sinh nhằm thực hiện quá trình khử nitrat và giảm một phần BOD.
  4. Bể hiếu khí (Aerotank): Cấp khí cưỡng bức để vi sinh vật hiếu khí sử dụng chất hữu cơ phát triển sinh khối; duy trì kiểm soát nồng độ $\text{BOD} \le 5\text{ mg/L}$.
  5. Bể lắng: Tách bùn hoạt tính, thực hiện tuần hoàn bùn về bể sinh học và xả bùn dư sang bể chứa bùn.
  6. Khử trùng bằng hóa chất trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.
• Biện pháp xử lý khí thải:
  • Hấp phụ bằng than hoạt tính: Đề xuất sử dụng than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng từ 800–1.000 $\text{m}^2\text{/g}$, chỉ số iot tiêu chuẩn đạt 500–1.200 mg/g; tận dụng mạng lưới lỗ xốp vi mô (chiếm 95% diện tích bề mặt) để hấp phụ triệt để hơi Toluen, Xylen và dung môi hữu cơ.
  • Sử dụng chất hoạt động bề mặt (HĐBM): Ứng dụng các chất HĐBM tan trong nước nhằm tăng diện tích tiếp xúc pha và hiệu quả bắt giữ hạt bụi sơn, dung môi trong tháp xử lý ướt.
• An toàn lao động và giảm thiểu phát tán: Trang bị bảo hộ chống độc chuyên dụng; định kỳ kiểm tra hệ thống thông gió; thu gom tách riêng nước mưa chảy tràn qua hố lắng cát trước khi tái sử dụng tưới cây hoặc vệ sinh sân bãi; quy hoạch kho lưu chứa chất thải nguy hại đáp ứng yêu cầu phòng chống cháy nổ nghiêm ngặt.

Kết quả và đóng góp

• Kết quả chính:
  • Tổng hợp và hệ thống hóa công thức phối liệu công nghệ sản xuất nhựa Alkyd very long oil (độ dài dầu 70–80%) và sơn lót chống rỉ Economy (màu đỏ nâu và màu ghi) kèm các tiêu chuẩn cơ sở đối chuẩn với TCVN/QCVN.
  • Cung cấp bộ số liệu thực nghiệm chi tiết về tính chất nước thải sơn thô ($\text{pH} = 8,5$, $\text{COD} = 5.621\text{ mg/L}$, $\text{SS} = 2.109\text{ mg/L}$) và số liệu đo đạc thực tế môi trường không khí tại Công ty Cổ phần sơn Hải Phòng (ghi nhận nồng độ Toluen lên tới $128,35\text{ mg/m}^3$, Xylen $101,27\text{ mg/m}^3$).
  • Đánh giá định lượng hiệu quả công nghệ: Phương pháp oxy hóa Fenton đạt hiệu suất khử COD nước thải sơn khoảng 80%; hệ thống Aerotank kiểm soát hàm lượng BOD đầu ra $\le 5\text{ mg/L}$; vật liệu than hoạt tính được lựa chọn đạt diện tích bề mặt $800\text{--}1.000\text{ m}^2\text{/g}$ và chỉ số iot $500\text{--}1.200\text{ mg/g}$.
• Giải pháp đề xuất: Đưa ra phương án công nghệ khả thi kết hợp keo tụ - oxy hóa Fenton cho nước thải sản xuất; quy trình thiếu khí kết hợp hiếu khí (Anoxic - Aerotank) cho nước thải sinh hoạt; hệ thống tháp hấp phụ than hoạt tính chuyên dụng để xử lý hơi dung môi VOCs.
• Đóng góp tự nêu: Đề tài đã liên kết chặt chẽ giữa quy trình công nghệ sản xuất thực tế với công tác kiểm soát môi trường; phân loại và định lượng cụ thể các dòng thải đặc thù của nhà máy sơn, cung cấp cơ sở kỹ thuật thực tế cho việc thiết kế, vận hành hệ thống giảm thiểu ô nhiễm tại các cơ sở sản xuất chất phủ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Số liệu quan trắc môi trường thực tế mới chỉ được thu thập tại một đơn vị duy nhất (Công ty Cổ phần sơn Hải Phòng) trong một đợt quan trắc đơn lẻ (tháng 6/2018); phần tính toán tải lượng nước thải sinh hoạt được thực hiện trên mô hình lý thuyết giả định theo hệ số WHO; tác giả chưa tiến hành thực nghiệm chế tạo mô hình pilot để xác định liều lượng hóa chất tối ưu ($FeSO_4, H_2O_2$, phèn) trên mẫu nước thải thực tế.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu thực nghiệm vận hành hệ thống Fenton liên tục nhằm tối ưu hóa chi phí hóa chất; khảo sát chu kỳ bão hòa và phương pháp hoàn nguyên than hoạt tính hấp phụ hỗn hợp Toluen/Xylen trong điều kiện vận hành công nghiệp.

Giá trị tham khảo

• Đối tượng tham khảo: Tài liệu hữu ích cho sinh viên, học viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Công nghệ Hóa học, Quản lý Môi trường; cán bộ phụ trách an toàn môi trường (HSE) và kỹ sư vận hành hệ thống xử lý chất thải tại các nhà máy sản xuất sơn, mực in, hóa chất công nghiệp.
• Phần nội dung giá trị: Bảng công thức chế tạo nhựa Alkyd và sơn chống rỉ Economy; bảng thông số ô nhiễm nước thải sơn thô; dữ liệu quan trắc thực tế về nồng độ hơi Toluen, Xylen tại xưởng; thuyết minh công nghệ xử lý nước thải bằng Fenton và Anoxic - Aerotank.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận ghi nhận các thông số ô nhiễm đặc trưng nào đối với nước thải sản xuất sơn nguyên chất trước khi xử lý?
Theo bảng số liệu trong Chương II của khóa luận, nước thải sản xuất sơn nguyên chất có các thông số ô nhiễm đặc trưng gồm: pH đạt 8,5; nhu cầu oxy hóa học (COD) là 5.621 mg/L; nhu cầu oxy sinh hóa ($\text{BOD}_5$) là 588 mg/L; tổng chất rắn lơ lửng (SS) là 2.109 mg/L; và độ đục đạt 4.820 mg/L.

2. Nồng độ Toluen và Xylen cao nhất đo được tại phân xưởng sản xuất của Công ty Cổ phần sơn Hải Phòng (tháng 6/2018) là bao nhiêu?
Theo bảng kết quả quan trắc không khí phân xưởng (vị trí K01), nồng độ Toluen cao nhất ghi nhận được là $128,35\text{ mg/m}^3$ và nồng độ Xylen cao nhất là $101,27\text{ mg/m}^3$.

3. Khóa luận đề xuất công thức sản xuất sơn lót chống rỉ Economy màu ghi gồm những thành phần nào?
Công thức (% khối lượng) gồm: Nhựa Alkyd dài (37%), Nhựa biến tính (5%), Dung môi (12%), Bột Zinc oxit (4%), Bột Zinc Photphat (3%), Bột trắng Titan (5%), Bột nhẹ $\text{CaCO}_3\text{L}$ (13%), Bột đá tự nhiên $\text{CaCO}_3\text{H}$ (12%), Bột Talc (2%), Phụ gia chống lắng (3%), Phụ gia chống tạo màng (0,6%), Chất làm khô Co 10% (0,3%), Chất làm khô Mn 10% (0,1%) và Paste đen AD (3%).

4. Hiệu suất xử lý COD của phương pháp oxy hóa bằng phản ứng Fenton đối với nước thải ngành sản xuất sơn đạt mức bao nhiêu?
Trong mục 1.1 của Chương III, văn bản công bố phương pháp oxy hóa sử dụng phản ứng Fenton ($Fe^{2+}/H_2O_2$) cho hiệu quả xử lý COD đối với nước thải ngành sản xuất sơn đạt khoảng 80%.

5. Các thông số kỹ thuật của than hoạt tính được đề xuất để xử lý khí thải hữu cơ trong khóa luận là gì?
Vật liệu than hoạt tính được đề xuất có diện tích bề mặt riêng đạt từ $800\text{--}1.000\text{ m}^2\text{/g}$, chỉ số iot nằm trong khoảng tiêu chuẩn $500\text{--}1.200\text{ mg/g}$, với 95% diện tích bề mặt riêng thuộc về hệ vi mao quản (micro-pores).

Kết luận

Khóa luận của sinh viên Huỳnh Thị Thanh Thương đã làm rõ các vấn đề cốt lõi về công nghệ chế tạo sơn (nhựa Alkyd, sơn chống rỉ Economy) và tác động môi trường đặc thù của ngành sản xuất sơn. Công trình cung cấp bộ dữ liệu thực tế về nồng độ các chất ô nhiễm nguy hại trong nước thải và khí thải (đặc biệt là dung môi Toluen, Xylen), đồng thời đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật có tính khả thi gồm keo tụ - oxy hóa Fenton, xử lý sinh học Anoxic - Aerotank và tháp hấp phụ than hoạt tính. Đây là tài liệu chuyên khảo mang giá trị học thuật và thực tiễn cao cho công tác nghiên cứu, đào tạo và ứng dụng kiểm soát ô nhiễm môi trường trong ngành công nghiệp sản xuất chất phủ bề mặt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I.Tổng quan về Sơn [8] 400 năm trước, Việt Nam đã biết dùng sơn ta từ cây sơn mọc tự nhiên chế biến thành sơn trang trí và bảo vệ cho chất lượng gỗ của các pho tượng thờ, các tấm hoành phi câu đối “sơn son thiếp vàng”, lớp sơn bảo vệ này chất lượng hầu như không thay đổi sau hàng trăm năm sử dụng, sơn ta đến nay vẫn được coi là nguyên liệu chất lượng cao dùng cho ngành tranh sơn mài được ưa chuộng cả trong và ngoài nước. Khái niệm Sơn là hệ huyền phù gồm chất tạo màng, dung môi và phụ gia. Khi phủ lên bề mặt sẽ tạo một lớp màng mỏng, khô dần và bám chắc để bảo vệ bề mặt cần sơn hoặc trang trí. Tùy theo bề mặt cần sơn mà sơn sẽ được điều chỉnh phụ gia hay dung môi cho phù hợp.

Lịch sử phát triển Tại Việt Nam, lịch sử ngành sơn cũng có nhiều dốc mốc đáng nhớ. Như cách đây 400 năm trước, người Việt đã biết cách chế tạo sơn trang trí, bên cạnh đó còn một số loại dầu béo đươc làm từ nhựa thông hoăc dầu lai, dầu bóng …. Cũng được sử dụng để trang trí và bảo vệ cho chiếc nón lá hoặc các đồ vật nội ngoại thất như tiền thân của các loại sơn hiện đại. Lịch sử ngành sơn Việt Nam gắn với Công ty sơn Gecko của doanh nhân Nguyễn Sơn Hà – và được mọi người ví như ông tổ ngành sơn Việt Nam.

Một xưởng sơn dầu của người Pháp xây dựng tại Hải Phòng mang tên Testudo xuất hiện ở giai đoạn năm 1913 – 1914 tại Việt Nam, sau đó vài năm thì Công ty sơn đầu tiên của Việt Nam mang tên Gecko của ông Nguyễn Sơn Hà được thành lập. Có thể coi Nguyễn Sơn Hà chính là người đầu tiên đặt nền Huỳnh Thị Thanh Thương – MT2001 2 Haiphong University Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng móng trong lịch sử ngành sơn Việt Nam. Sau Gecko là một số nhà máy sản xuất sơn khác như sơn Thăng Long tại Hà Nội…. Thị trường sơn tại Việt Nam hiện nay rất đa dạng về sản phẩm, là sự cạnh tranh của nhiều thương hiệu lớn trong nước và nước ngoài như sơn Dulux, sơn Mykolor, sơn Nippon, sơn Jotun… và trong nước thì có sơn Kova hay sơn Lina, sơn Donasa … Tính đến nay, lịch sử ngành sơn Việt Nam có khoảng 600 doanh nghiệp có hoạt động kinh doanh và sản xuất sơn, tổng lượng sơn hàng năm đạt gần 250 triệu lít, sơn trang trí chiếm đa số khoảng 180 triệu lít/năm.

Tổng lượng sơn sản xuất từ năm 2002 đến 2011 Thị trường sơn trong nước các năm gần đây, xu hướng người tiêu dùng chuyển sang dùng sơn pha tại nhà máy sản xuất, không tin tưởng vào sơn pha màu tại đại lý sơn, hay còn gọi là đại lý sơn có máy pha màu. Khi mà nhiều cuộc tranh luận giữa sơn dùng máy pha màu và sơn nhà máy. Qua thực tế, sơn pha màu tại đại lý sơn, có độ bền màu kém hơn, rủi ro hàng giả nhiều hơn, chi phí cao hơn do đầu tư máy móc nhiều. khách hàng đã dần tin dùng các sản phẩm sơn từ nhà máy hơn các sản phẩm sơn pha màu tại đại lý sơn.

Thị phần sơn Việt nam chủ đạo rơi vào tay các hãng sơn uy tín, thương hiệu, chất lượng cao và ổn định như UTU, Kova, Dulux, Jotun, Mykolor. Hơn Huỳnh Thị Thanh Thương – MT2001 3 Haiphong University Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng 60% thị phần sơn Việt nam thuộc về các Công ty sản xuất sơn trên. Còn lại thị trường sơn Việt nam bị sâu xé bởi các Công ty sơn ngoại và nội khác. Trên thị trường sơn và chất phủ nói chung các sản phẩm của doanh nghiệp trong nước chiếm thị trường đáng kể.

Khi thị trường xuất hiện ngày càng nhiều đối thủ, nguồn cung ngày càng lớn, cuộc đua về giá và ưu đãi được nhiều doanh nghiệp chú trọng, đặc biệt là doanh nghiệp mới Trong năm 2018, với hơn 38242 giấy phép xây dựng được cấp, nhu cầu xây dựng đã tăng lên 80%. Tổng lượng sơn tại Việt Nam đạt gần 250 triệu lít/ năm, trong đó sơn trang trí chiếm 180 triệu lít chiếm khoảng 65% và đạt giá trị khoảng 54% toàn ngành. Dự báo nhu cầu sản xuất sơn Loại sơn Đơn vị 2011 2015 2020 2030 Sơn xây dựng Tấn 175.000 Sơn chống rỉ Tấn 23.000 Sơn công nghiệp Tấn 52. Các công nghệ sản xuất Sơn Hiện tại, Việt Nam có 600 doanh nghiệp ngành sơn, trong đó có 70 doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài.

Sơn ngoại tuy số lượng ít nhưng chiếm hơn 65% thị trường Việt Nam, sơn ngoại chiếm 35% nhưng đang có tốc độ tăng trưởng khả quan. + Sơn ngoại: Các hãng nổi tiếng: Jotun, Nippon Panit, PPG, 4 Oranges,. các sản phẩm sơn này hầu như chỉ phục vụ các mục đích như đóng tàu, sơn sân bay, vỏ các loại đồ uống,. nên người tiêu dùng ít biết đến.

Thay vào đó, người tiêu dùng biết nhiều đến 2 dòng sơn Dulux và Maxilitle + Sơn nội : Huỳnh Thị Thanh Thương – MT2001 4 Haiphong University Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng Các hãng nổi tiếng : Kova, Đồng Tâm, Maxxs Việt Nam Hòa Bình, Đại Bàng, alphanam,. So với sơn ngoại, sơn nội dù có chất lượng tốt nhưng không cạnh tranh được với các hãng sơn lớn về quảng cáo. Để giành thị phần, sơn nội phải quảng bá sản phẩm thông qua kênh truyền thông, bên cạnh đó giảm giá cũng là một cách để các hãng sơn cạnh tranh lẫn nhau. Sơ đồ sản xuất sơn Trong tất cả các sản phẩm sơn hiện nay gồm 2 chủng loại chính: sơn gốc dầu và sơn gốc nước.

+Sơn gốc nước chủ yếu sử dụng cho sơn trang trí bề mặt sản phẩm +Sơn gốc dầu chủ yếu sử dụng cho sơn lót sản phẩm Alkyd là thành phần chính trong sơn gốc dầu Huỳnh Thị Thanh Thương – MT2001 5 Haiphong University Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng 2. Sản xuất nhựa Alkyd very long oil [4] Nhựa Alkyd là loại Ester phân tử lượng thấp, được tạo thành khi các rượu ( Alcohol) đa chức phản ứng với các axit đơn chức hoặc đa chức. Tên gọi Alkyd là ghép của 2 chất Alcohol và nhóm chức axit. Trên thực tế, nhựa Alkyd chỉ có ứng dụng trong ngành sơn khi sử dụng một hỗn hợp các chất phản ứng là axit béo đơn chức của dầu béo cùng với axít hữu cơ đa chức và rượu đa chức.

Nhựa Alkyd này được gọi chính xác là Alkyd – biến tính dầu. Nhựa Alkyd béo với độ béo hay dây dầu chiếm 56 – 70% dầu béo. Nhựa Alkyd béo tan trong dung môi mạch thẳng (mineral spirit) và tương hợp với nhiều loại chất tạo màng gốc dầu nhựa được sử dụng rộng rãi làm sơn kiến trúc xây dựng và phối hợp với một số nhựa cao cấp khác làm sơn bảo vệ kết cấu thép, sơn tàu biển, v.v… Nhựa Alkyd béo đi từ đậu nành là thông dụng nhất. Nhựa Alkyd very long oil có một số đặc tính kĩ thuật như sau:  Có tính hóa dẻo  Có độ bền cao, có tính chống oxy hóa vàng cao  Độ biến tính dầu > 70  Lượng axit đa chức < 20 Phản ứng hóa học tạo ra nhựa Alkyd theo phản ứng ester hóa như sau: R – OH + R’COOH R’COO-R + H2O Alcohol Acid Este Bảng 1.

Công thức chế tạo Alkyd very long oil tối ưu % khối lượng STT Thành phần Loại độ dài dầu Loại độ dài dầu 70 – 75% 76 – 80% 1 Dầu béo 68,1 70 2 Rượu đa chức 16 20,5 3 Phụ gia chống oxy hóa 0,1 0,1 4 Axit đa chức 13,8 7,2 5 Dung môi mạch vòng 2 2,2 Tổng 100,0 100,0 Huỳnh Thị Thanh Thương – MT2001 6 Haiphong University Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng  Dầu béo Dầu lanh (LINSEED OIL) Dầu đậu nành (SOYABEAN OIL) Dầu hột cao su (RUBBER SEED OIL) Dầu trẫu (tương đương TUNG OIL) Dầu thầu dầu (chưa khử nước) Các axít béo khác  Axít đa chức: P. Dung môi gốc Xeton 2. Dung môi gốc alcohol 3. Các loại dung môi khác Huỳnh Thị Thanh Thương – MT2001 7 Haiphong University Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng Bảng 1.

Các máy móc thiết bị chính của dây chuyền sản xuất nhựa Alkyd STT Tên thiết bị Số lượng Xuất xứ 1 Bể phản ứng 1 cái ABB - Pháp 2 Bể pha loãng 1 cái ABB - Pháp 3 Thiết bị trao đổi nhiệt 1 cái ABB - Pháp 4 Bộ hạ nhiệt 1 bộ ABB - Pháp 5 Phễu nạp PE + Vít tải 1 cái Việt Nam 6 Phễu nạp PA + Vít tải 1 cái Việt Nam 7 Sinh hàn ngang 1 cái Việt Nam 8 Sinh hàn đứng bể phản ứng 1 cái Việt Nam 9 Bình phân ly 1 bộ Việt Nam 10 Bể thu hồi nước 1 bộ Việt Nam 11 Sinh hàn đứng bể pha loãng 1 cái Việt Nam 12 Máy đóng phuy 1 cái Trung Quốc 13 Bơm tuần hoàn dầu tải nhiệt 2 cái ABB - Pháp 14 Bơm đóng sản phẩm 1 cái ABB - Pháp 15 Bơm nước làm mát 2 cái Indonesia 16 Bộ giải nhiệt nước làm mát Việt Nam 17 Máy hút bụi 1 cái Việt Nam 18 Hệ thống tủ điện và điều hòa 1 bộ ABB - Pháp 19 Phần mềm điều khiển ABB - Pháp Huỳnh Thị Thanh Thương – MT2001 8 Haiphong University Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng Hình ảnh một số trang thiết bị và dây chuyền sản xuất sơn thực hiện sản xuất nhựa Alkyd very long oil Hình 1. Nồi phản ứng Hình 1. Nồi pha loãng Huỳnh Thị Thanh Thương – MT2001 9 Haiphong University Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng Sơ đồ dây chuyền công nghệ Dầu béo Rượu đa chức Axit đa chức Phụ gia Hút chân không và sục Nito vào NỒI Nâng nhiệt lên 180  2C nồi pư trước khi nạp PHẢN và duy trì trong 1 giờ ỨNG Nâng nhiệt lên 235C, duy trì 2-3 giờ Thử Thử độ axit nhớt Hạ nhiệt Kiểm tra chỉ tiêu Sản phẩm Hình 1. Sơ đồ sản xuất nhựa Alkyd long oil Cách tiến hành : 1.

Giai đoạn nạp nguyên liệu - Sục khí Nitơ vào bình phản ứng đã được vệ sinh và đảm bảo yêu cầu. - Nạp các nguyên liệu vào bộ nồi nấu dầu thí nghiệm 1 lít, 2 lít và 3 lít tương ứng với từng định mức.