Tổng quan nghiên cứu

Cảng biển đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế, đặc biệt tại các khu vực có hoạt động giao thương hàng hóa lớn như Cảng PTSC Thanh Hóa. Với diện tích gần 100.000 m² và khả năng tiếp nhận tàu đến 20.000 DWT, cảng này phục vụ vận chuyển các mặt hàng chủ yếu như than cám và clinker – những loại vật liệu rời có nguy cơ phát sinh bụi cao, ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường không khí và nước. Từ năm 2005 đến 2010, số lượt tàu và lượng hàng hóa qua cảng tăng lần lượt 1,3 và gần 2 lần, cho thấy sự gia tăng áp lực môi trường tại khu vực này. Bụi phát sinh từ quá trình bốc dỡ hàng rời có kích thước hạt nhỏ dưới 0,5 mm, dễ bay xa trên 1 km, gây ảnh hưởng sức khỏe người lao động và làm ô nhiễm môi trường xung quanh. Ngoài ra, nước mưa chảy tràn cuốn theo bụi và các chất ô nhiễm từ bãi chứa, làm suy giảm chất lượng nước thải ra biển.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá chất lượng môi trường không khí và nước mưa chảy tràn tại Cảng PTSC Thanh Hóa, đồng thời thiết kế hệ thống xử lý nước mưa chảy tràn và hệ thống phun sương dập bụi nhằm cải thiện môi trường nước và không khí. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào khu vực cảng trong giai đoạn hoạt động bốc dỡ than và clinker, với các chỉ tiêu phân tích bao gồm bụi, khí SO₂, NO₂ trong không khí và COD, nitrat, sunfat, độ cứng, Al³⁺, Cl⁻, tổng sắt, độ màu, TSS trong nước mưa chảy tràn. Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc bảo vệ sức khỏe người lao động, nâng cao chất lượng môi trường làm việc và tuân thủ tiêu chuẩn ISO 14001 của công ty.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về ô nhiễm môi trường cảng biển, đặc biệt tập trung vào:

  • Lý thuyết phát tán bụi trong khí quyển: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát tán bụi như kích thước hạt bụi, tốc độ gió, nhiệt độ không khí và địa hình khu vực. Bụi có kích thước nhỏ dưới 10 µm có khả năng lơ lửng lâu trong không khí, gây ô nhiễm diện rộng.
  • Mô hình xử lý nước mưa chảy tràn: Áp dụng các phương pháp cơ học và hóa học để loại bỏ cặn lơ lửng, dầu mỡ và các chất ô nhiễm trong nước mưa chảy tràn, bao gồm bể tách dầu mỡ, bể keo tụ, bể tạo bông, bể lắng ngang và bể lọc nhanh trọng lực.
  • Khái niệm về bụi và các phương pháp xử lý bụi: Bao gồm xử lý bụi khô (buồng lắng bụi, xyclon, lọc bụi bằng vải, lọc bụi tĩnh điện) và xử lý bụi ướt (tháp rửa, xyclon ướt, tháp rửa khí venturi, hệ thống phun sương dập bụi). Hệ thống phun sương dập bụi được lựa chọn do hiệu quả cao trong kiểm soát bụi kích thước nhỏ phát tán ngoài trời.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu thực nghiệm từ việc lấy mẫu không khí và nước mưa chảy tràn tại 4 vị trí trọng điểm trong khu vực Cảng PTSC Thanh Hóa, trước và trong quá trình bốc dỡ than cám và clinker. Dữ liệu bổ sung từ báo cáo giám sát môi trường giai đoạn 2014-2016.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng các thiết bị đo chuyên dụng để xác định nồng độ bụi, khí SO₂, NO₂ trong không khí; phân tích các chỉ tiêu COD, nitrat, sunfat, độ cứng, Al³⁺, Cl⁻, tổng sắt, độ màu, TSS trong nước mưa chảy tràn. Phân tích thành phần hóa học của bụi than và clinker bằng phương pháp EDX.
  • Phương pháp tính toán thiết kế: Tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước mưa chảy tràn gồm các bể xử lý theo quy trình công nghệ chuẩn, đồng thời thiết kế hệ thống phun sương dập bụi phù hợp với kích thước hạt bụi phát sinh tại cảng.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện trong giai đoạn 2014-2016, bao gồm khảo sát hiện trạng, lấy mẫu phân tích, thiết kế hệ thống và khái toán kinh tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng không khí tại cảng bị ô nhiễm bụi nghiêm trọng: Nồng độ bụi tại vị trí bến 1 và bến 2 đo được vượt mức tiêu chuẩn cho phép, với giá trị bụi tổng trung bình lên đến khoảng 400-900 mg/m³, đặc biệt trong thời gian bốc dỡ than cám và clinker. Nồng độ khí SO₂ và NO₂ cũng ghi nhận ở mức cao, ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động.
  2. Nước mưa chảy tràn chứa hàm lượng cặn lơ lửng và các chất ô nhiễm vượt ngưỡng: Các chỉ tiêu COD, TSS, tổng sắt và độ cứng trong nước mưa chảy tràn đều vượt mức cho phép, với TSS trung bình khoảng 150-200 mg/l, COD khoảng 50-70 mg/l, cho thấy nước mưa bị ô nhiễm do cuốn trôi bụi và các chất hữu cơ, vô cơ từ bãi chứa hàng.
  3. Thành phần bụi chủ yếu là các nguyên tố Ca, Si, Al, Fe trong clinker và C, S trong than cám: Phân tích EDX cho thấy clinker chứa khoảng 43,8% Ca, 6,15% Si, 3,56% Fe và 2,14% Al theo khối lượng, trong khi than cám chứa 81,96% C và 0,47% S, các thành phần này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng không khí và nước mưa.
  4. Hiệu quả xử lý bụi và nước mưa chảy tràn có thể nâng cao bằng hệ thống phun sương và các bể xử lý: Thiết kế hệ thống phun sương dập bụi với kích thước hạt phun phù hợp (dưới 200 µm) giúp giảm phát tán bụi hiệu quả, đồng thời hệ thống xử lý nước mưa chảy tràn với các bể keo tụ, tạo bông, lắng và lọc nhanh trọng lực đảm bảo loại bỏ trên 85% cặn lơ lửng và các chất ô nhiễm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của ô nhiễm bụi là do quy trình bốc dỡ hàng rời bằng cẩu thả gàu ngoạm từ độ cao 1,5 m, không có biện pháp che chắn hoặc phun ẩm hỗ trợ. Bụi phát tán theo chiều gió, ảnh hưởng đến khu vực làm việc và sinh hoạt của công nhân. So với các cảng biển khác như Hải Phòng và Đà Nẵng, mức bụi tại Cảng PTSC Thanh Hóa tương đương hoặc cao hơn, phản ánh sự cần thiết của biện pháp kiểm soát bụi hiệu quả.

Nước mưa chảy tràn bị ô nhiễm do cuốn theo bụi, cặn và dầu mỡ từ bãi chứa hàng, làm tăng độ đục và hàm lượng chất ô nhiễm. Việc chưa có hệ thống xử lý nước mưa hoàn chỉnh dẫn đến nguy cơ ô nhiễm môi trường biển và mất mỹ quan khu vực cảng. Kết quả phân tích cho thấy các chỉ tiêu ô nhiễm vượt mức cho phép, tương tự các nghiên cứu về ô nhiễm nước mưa chảy tràn tại các cảng biển khác.

Việc áp dụng hệ thống phun sương dập bụi và thiết kế hệ thống xử lý nước mưa chảy tràn theo quy trình công nghệ hiện đại sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm, bảo vệ sức khỏe người lao động và môi trường. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ nồng độ bụi theo vị trí và thời gian, bảng so sánh các chỉ tiêu nước mưa trước và sau xử lý để minh họa hiệu quả hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Lắp đặt hệ thống phun sương dập bụi cố định và di động tại các vị trí bốc dỡ than cám và clinker nhằm giảm phát tán bụi, mục tiêu giảm nồng độ bụi trong không khí xuống dưới 150 mg/m³ trong vòng 6 tháng, do Ban quản lý cảng phối hợp với đơn vị kỹ thuật thực hiện.
  2. Xây dựng và vận hành hệ thống xử lý nước mưa chảy tràn bao gồm bể tách dầu mỡ, bể keo tụ, bể tạo bông, bể lắng ngang và bể lọc nhanh trọng lực để xử lý nước mưa trước khi thải ra môi trường, đảm bảo các chỉ tiêu COD, TSS, tổng sắt đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia trong 12 tháng tới, do phòng kỹ thuật và môi trường công ty triển khai.
  3. Thực hiện nạo vét định kỳ hố thu nước mưa và vệ sinh hệ thống thoát nước nhằm duy trì hiệu quả xử lý và tránh ô nhiễm thứ cấp, với tần suất 6 tháng/lần, do đội bảo trì cảng chịu trách nhiệm.
  4. Tổ chức đào tạo, nâng cao nhận thức cho công nhân và cán bộ về tác hại của bụi và nước mưa ô nhiễm, đồng thời áp dụng các biện pháp vận hành an toàn, hiệu quả hệ thống xử lý nhằm đảm bảo duy trì chất lượng môi trường, thực hiện hàng quý, do phòng nhân sự và môi trường phối hợp thực hiện.
  5. Theo dõi, giám sát chất lượng môi trường không khí và nước mưa chảy tràn định kỳ hàng năm để đánh giá hiệu quả các biện pháp đã triển khai và điều chỉnh kịp thời, do phòng môi trường và các cơ quan chức năng thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý cảng biển và doanh nghiệp vận tải hàng hải: Nghiên cứu cung cấp giải pháp thiết kế hệ thống xử lý bụi và nước mưa chảy tràn, giúp cải thiện môi trường làm việc và tuân thủ quy định pháp luật về môi trường.
  2. Chuyên gia và kỹ sư môi trường trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm không khí và nước: Tham khảo các phương pháp phân tích, thiết kế công trình xử lý phù hợp với đặc thù cảng biển và vật liệu rời như than cám, clinker.
  3. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và hàng hải: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và hướng dẫn kiểm soát ô nhiễm tại các cảng biển.
  4. Sinh viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành kỹ thuật môi trường, công nghệ xử lý nước và khí thải: Tài liệu tham khảo thực tiễn về quy trình lấy mẫu, phân tích, thiết kế hệ thống xử lý ô nhiễm trong môi trường cảng biển.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao bụi phát sinh nhiều tại Cảng PTSC Thanh Hóa?
    Quá trình bốc dỡ than cám và clinker bằng cẩu thả gàu ngoạm từ độ cao 1,5 m không có biện pháp che chắn hoặc phun ẩm, khiến bụi phát tán theo gió, đặc biệt bụi có kích thước nhỏ dưới 0,5 mm dễ bay xa trên 1 km.

  2. Các chỉ tiêu môi trường nào được ưu tiên phân tích trong nghiên cứu?
    Chỉ tiêu không khí gồm bụi tổng, khí SO₂ và NO₂; chỉ tiêu nước mưa chảy tràn gồm COD, nitrat, sunfat, độ cứng, Al³⁺, Cl⁻, tổng sắt, độ màu và TSS, nhằm đánh giá toàn diện mức độ ô nhiễm.

  3. Hệ thống phun sương dập bụi hoạt động như thế nào?
    Hệ thống tạo ra các hạt nước có kích thước nhỏ dưới 200 µm, tương ứng với kích thước hạt bụi, giúp kết dính bụi và làm tăng trọng lượng để bụi rơi xuống mặt đất, giảm phát tán bụi trong không khí.

  4. Tại sao cần xử lý nước mưa chảy tràn tại cảng?
    Nước mưa chảy tràn cuốn theo bụi, cặn, dầu mỡ và các chất ô nhiễm từ bãi chứa hàng, nếu không xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường biển, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và mỹ quan khu vực cảng.

  5. Hiệu quả xử lý bụi và nước mưa sau khi áp dụng hệ thống thiết kế là bao nhiêu?
    Hệ thống phun sương và xử lý nước mưa chảy tràn được thiết kế có thể giảm trên 85% lượng bụi phát tán và các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước mưa xuống dưới mức quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.

Kết luận

  • Cảng PTSC Thanh Hóa chịu áp lực ô nhiễm bụi và nước mưa chảy tràn do hoạt động bốc dỡ than cám và clinker với nồng độ bụi vượt mức 400-900 mg/m³ và nước mưa chứa nhiều cặn lơ lửng, COD, tổng sắt vượt ngưỡng cho phép.
  • Thành phần bụi chủ yếu gồm Ca, Si, Al, Fe trong clinker và C, S trong than cám, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng không khí và nước.
  • Hệ thống phun sương dập bụi và các bể xử lý nước mưa chảy tràn được thiết kế phù hợp với đặc điểm bụi và nước mưa tại cảng, có khả năng giảm ô nhiễm hiệu quả trên 85%.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm kiểm soát ô nhiễm, bảo vệ sức khỏe người lao động và môi trường, đồng thời tuân thủ tiêu chuẩn ISO 14001.
  • Khuyến nghị triển khai lắp đặt hệ thống xử lý trong vòng 12 tháng tới, đồng thời giám sát định kỳ để đảm bảo hiệu quả và điều chỉnh kịp thời.

Luận văn là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà quản lý cảng, chuyên gia môi trường và các cơ quan quản lý trong việc phát triển các giải pháp kiểm soát ô nhiễm tại cảng biển. Để tiếp tục, các đơn vị liên quan nên phối hợp triển khai thực hiện các giải pháp đề xuất và mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các cảng biển khác trong khu vực.