Xử lý chất thải trong sản xuất xi măng

Mai Văn Định, Mai Trọng Ba - Trung tâm Môi trường Công nghiệp

Mở đầu
Lượng chất thải rắn (CTR) ở Việt Nam tăng từ 12,8 triệu tấn năm 2004, lên 15 triệu tấn năm 2005, 28 triệu tấn năm 2010, 30 triệu tấn năm 2011 và khoảng 33,4 triệu tấn năm 2016. Con số này được dự báo sẽ đạt 54 triệu tấn vào năm 2020. Năm 2016, cả nước thu gom được 33.167 tấn CTR, trong đó tổng lượng CTR thông thường được thu gom xử lý đạt tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia tương ứng đạt khoảng 27.067 tấn (chiếm khoảng 81%). Như vậy, còn lượng lớn CTR chưa được thu gom, xử lý, đã và đang gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Trên thế giới, xử lý rác bằng công nghệ chôn lấp tiềm ẩn rất nhiều rủi ro về an toàn môi trường như rỉ rác ảnh hưởng tới nước ngầm, bốc mùi hôi... do vậy các nước phát triển, số lượng bãi rác chôn lấp chỉ chiếm khoảng 39%. Một trong những công nghệ tối ưu hiện nay để xử lý chất thải rắn là thiêu hủy, tuy nhiên thiêu hủy tại Việt Nam hiện nay chỉ chiếm khoảng 14% và phần lớn chỉ là các lò đốt rác cỡ nhỏ với nhiệt độ thiêu hủy thấp, do đó không xử lý triệt để được các chất độc hại.
Xử lý chất thải trong sản xuất clinker và xi măng
Trong nhiều năm gần đây, nhiều Công ty đã liên tục nghiên cứu, đẩy mạnh, đầu tư đồng bộ các hệ thống xử lý rác để đốt các chủng loại rác thải thông thường, rác thải sinh hoạt, chất thải nguy hại và bùn thải trong lò quay xi măng. Theo thống kê, hiện nay Việt Nam có 83 lò nung clinker xi măng (Miền Bắc 56, Miền Trung 22, Miền Nam 05), tuy nhiên mới chỉ có 02 lò đốt kiểu quay và chỉ có 02 lò nung Xi măng tại Xi măng Insee – Kiên Giang và Xi măng Thành Công III – Hải Dương được cấp phép đồng xử lý chất thải nguy hại. Đây là một con số quá ít so với tổng số lò nung xi măng tại Việt Nam trong việc áp dụng một trong những giải pháp bền vững nhất để xử lý chất thải không thể tái chế. Công ước Basel (2011) định nghĩa đồng xử lý là “việc sử dụng chất thải trong quá trình sản xuất vì mục đích thu hồi năng lượng và/hoặc thu hồi nguyên liệu dẫn đến giảm được nguồn nhiên liệu truyền thống và/hoặc nguyên liệu thô bằng việc thay thế” ngoài ra hội nghị Basel còn định nghĩa thêm đồng xử lý là một quá trình “có thể giúp thu hồi tài nguyên, tái chế, phục hồi, sử dụng lại trực tiếp hoặc thay thế”.
Một số kết quả thử đốt thử nghiệm tại lò nung clinker
Thuốc trừ sâu gốc dung môi mang tên Access với hai thành phần trừ sâu hoạt tính 18,8% Fenobucarb và 2,4% Fipronil được sử dụng làm chất thải đốt. Loại thuốc trừ sau này được hòa tan trong một hỗn hợp dung môi dễ cháy bao gồm 10,7% Cyclohexanone và 65% dung môi thơm nặng Solvesso.

Hình 1. Cấu tạo của Fenobucarb và Fipronil

Tên của Fenoburcab theo tiêu chuẩn của IUPAC là 2-sec-butylphenyl methylcarbamate, tên của Fipronil là (±)-5-amino-1-(2,6-dichloro-α, α, α-trifluoro-p-tolyl)-4-4-trifluoromethylsulfinypyrazole-3-carbonitrile. Fenobucarb có khối lượng phân tử là 207.3 và công thức là C12H17NO2, Fipronil có khối lượng phân tử là 437,2 và công thức phân tử là C12H4C12F6N4OS, nghĩa là phân tử chứa 16,2% clo và 26,06% flo. Fenobucarb và Fipronil lần lượt chứa 6,7% và 12,8% nito. Kết quả thử nghiệm tại Nhà máy xi măng Holcim cho thấy, khi nạp 2.000 lít Access mỗi giờ (là 376 kg Fenobucarb nguyên chất và 48 kg Fipronil nguyên chất) sẽ có 775 mg Fenobucarb và 99 mg Fipronil không được phá hủy trong quá trình đốt trong lò nung xi măng. Kết quả phân tích cho thấy chỉ có thể tìm thấy không quá 21 ng/m3 Fenobucarb và không quá 14 ng/m3 Fipronil, nghĩa là chúng ta đã đạt được DRE ít nhất là 99,999997% đối với Fenobucarb và 99,999986% đối với Fipronil.
Quy trình khát khe nhất được đề nghị trên thế giới hiện nay là yêu cầu được đề nghị trong công ước Stockholm, hay còn gọi là công ước POP quy định rằng “…mức độ phá hủy và biến đổi hoàn toàn POP phải ở mức 99,999%...”. Thuốc trừ sau dùng trong quá trình đốt thử này không phải là POP (chất ô nhiễm hữu cơ bền vững”, do đó mức DRE 99,99% là thỏa đáng và đáp ứng được quy định khắt khe nhất hiện nay. Như vậy, rõ ràng quá trình đốt đã chứng mình lò nung xi măng hoàn toàn phù hợp để xử lý chất thải một cách hoàn toàn và an toàn cho môi trường, và việc thay thế nhiên liệu hóa thạch (than) bằng chất thải công nghiệp một cách có kiểm soát không ảnh hưởng đến phát thải và chất lượng xi măng.
Kết quả lấy mẫu và phân tích dioxins và furans (PCDD/Fs) cho thấy có hàm lượng rất thấp (hàm lượng PCDD/Fs là 0,014 ng/m3 khi đốt thử nghiệm chất thải, tiêu chuẩn cho phép là 1 mg/m3). Không có chất cùng loại có độc tố tương đương quốc tế (I-TEQ) nào được tìm thấy hay định lượng trong lần đốt thử ở điều kiện bình thường hay trong suốt quá trình thử nghiệm.
Đối với hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) và benzen được đo trong suốt quá trình đốt thử nghiệm. Phát thải VOCs và benzene thường do bay hơi hydrocarbon trong nguyên liệu thô khi bị nung nóng trong tháp tiền nung và là bình thường trong suốt quá trình sản xuất xi măng. Kết quả bảng phân tích cho thấy mức độ phát thải rất là thấp, đảm bảo trong ngưỡng phát thải giới hạn hiện nay. Phát thải VOC hay benzene không thay đổi đáng kể khi không sử dụng chất thải làm nguyên liệu, nhiên liệu thay thế và khi có sử dụng.
 
Bảng 1. Hydrogen Chlorine, Hydrogen Fluorides và Amonia
mg/Nm3 Đốt ở điệu kiên thường Thiêu đốt thử nghiệm Giới hạn phát hiện
Hydrogen Chlorine (HCl) 2,1 2,4 50
Hydrogen Fluorides (HF) < 0,21 < 0,23 20
Amonia (NH3) < 1,0 < 0,44 50
 
Hydrogen Chloride, hydrogen Fluorides và Amoni được đo trong tất các các lần đốt thử nghiệm và cho thấy nồng độ thấp hơn giá trị phát thải giới hạn rất nhiều lần. Ngay cả khi thuốc trừ sau được dùng để đốt thử chứa Chlorine và Fluorine, kết quả cho thấy phát thải Hydrogen Chloride và Hydrogen Fluorides không thay đổi đáng kể so với khi không sử dụng chất thải (bảng 1).
Hiệu quả về về môi trường trong phát triển bền vững
Việc thực hiện xử lý rác, chất thải rắn đưa vào trong lò nung của nhà máy xi măng sẽ đem lại nhiều lợi ích về môi trường, cụ thể như sau:
- Giảm phần lớn không gian, chi phí để tồn trữ, xử lý rác thải so với phương pháp chôn lấp. Lượng rác bao gồm: dung môi hữu cơ, dầu thải chứa PCB, sơn, keo dán, vecni, plastic, PVC, lốp xe thải, thuốc trừ sâu có nguồn gốc hữu cơ, bùn xưởng in, axit, chất lỏng kiềm, đất nhiễm bẩn, tro công nghiệp, xỉ, bùn cặn sau xử lý nước thải, rác có nguồn gốc thực vật, gỗ...được phân loại, tập kết tại kho của Nhà máy và đưa vào lò đốt. Cặn bã còn lại của chất thải sau khi thiêu đốt sẽ lại trở thành nguyên liệu của sản xuất xi măng. Đây cũng là một trong các định hướng phát triển của Đảng, Chính phủ và phù hợp với xu hướng phát triển của các nước trên thế giới trong nền kinh tế tuần hoàn chất thải;
- Không mất thêm chi phí cho việc thuê các công ty, đơn vị xử lý chất thải để rồi không tận dụng được nhiệt năng từ rác thải khi đốt bỏ. Hơn nữa, nếu là rác thải nguy hại thì việc xử lý sẽ rất phức tạp, mất nhiều thời gian và tốn khá nhiều kinh phí. Lò nung xi măng hoạt động ở nhiệt độ cao (1400÷1450 0C), có khả năng xử lý được nhiều loại chất thải, trong đó có nhiều loại chất thải nguy hại với khối lượng lớn. Mặt khác, do thành phần xi măng có tính kiềm cao nên có khả năng trung hòa axit clohydric, và các dạng axit dạng khí phát sinh trong quá trình đốt chất thải. Thời gian lưu cháy trong lò khoảng 6÷10 giây. Do vậy lò nung xi măng là một lò đạt hiệu suất phá hủy rất cao cũng như hiệu quả làm sạch khí thải rất lơn, kể cả đối với Dioxin, Furan.
Kết luận
Phương pháp đốt chất thải trong lò nung được đánh giá cao: không để lại tro thải, không chôn lấp, giảm phát thải CO2 và khí thải độc hại. Những ưu điểm này không chỉ mang lại sự yên tâm trong sản xuất mà còn giúp các Nhà máy phát triển một cách bền vững. Việc sử dụng chất thải làm nguyên liệu, nhiên liệu trong sản xuất xi măng giúp giảm bớt sự phụ thuộc của sản xuất công nghiệp vào các nhiên liệu hóa thạch, bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và làm giảm phát thải khí nhà kính. Đồng xử lý chất thải trong lò nung xi măng đang được nhiều tổ chức quốc tế như: Ủy bản Môi trường và Phát triển thế giới (WCED), Công ước Basel, Hiệp hội xi măng châu Âu (CEMBUREAU)...công nhận đây là một trong những giải pháp bền vững nhất để xử lý chất thải không tái chế, thân thiện với môi trường và khuyến khích áp dụng.

Đối tác
MO MIEN NAM
Vimluki
cie
Bộ Công thương
Doi tac 5