Nghiên cứu, áp dụng tiến bộ kỹ thuật xử lý ô nhiễm môi trường và thu hồi các nguyên tố có ích (kẽm oxit, đồng sunfat, …) trong xỉ thải của làng nghề đúc đồng Đại Bái, huyện Gia Bình
Nguyễn Thị Lài, Nguyễn Hồng Quân
Mở đầu:
Làng nghề đúc đồng Đại Bái có từ lâu đời và ngày càng phát triển mạnh mẽ trong xu thế hội nhập. Toàn xã có gần 2000 hộ làm nghề, tổng thu nhập từ nghề truyền thống hơn 500 tỷ đồng/năm, nâng mức thu nhập bình quân 40 triệu đồng/người/năm. Thế nhưng hệ lụy từ nguồn thải của nó cũng tăng theo cấp số nhân, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Theo báo cáo của Đoàn kiểm tra liên ngành huyện Gia Bình về việc chấp hành pháp luật bảo vệ môi trường tại làng nghề Đại Bái cho thấy: Trung bình mỗi ngày làng nghề có khoảng 7 tấn chất thải rắn phát sinh, trong đó mới đưa được khoảng 3 tấn về Khu xử lý chất thải rắn của huyện, 4 tấn còn lại vận chuyển về bãi chôn lấp tập trung của xã rộng khoảng 8.000 m2, chưa được xử lý. Chất thải từ xỉ than, bã nhôm cũng phát sinh khoảng gần 1 tấn/ngày. Đối với nguồn nước thải, nước thải sinh hoạt phát sinh 70m3/ngày, nước thải sản xuất khoảng 40m3/ngày, lượng nước này được đấu nối chung vào hệ thống thoát nước của địa phương, gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng nước.
Nhìn chung, việc áp dụng các biện pháp bảo vệ môi trường tại làng nghề chưa thực sự hiệu quả, chưa được xử lý theo đúng quy định và đầu tư đúng mức. Hệ thống xử lý nước thải tập trung tại Cụm công nghiệp làng nghề không hoạt động, nước thải của các hộ có sử dụng hóa chất như axit, xút… không được thu gom xử lý, đổ trực tiếp ra sông, ao, hồ, mương máng, gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng. Công nghệ sản xuất lạc hậu, máy móc, thiết bị đa phần mua thanh lý từ Trung Quốc hoặc tự chế tạo, chắp vá nên nguy cơ mất an toàn cao, gây tiếng ồn lớn. Hệ thống nhà xưởng xây dựng sơ sài, diện tích chật hẹp, điện, nước lắp đặt tùy tiện, không an toàn, trình độ dân trí chưa cao, nhận thức về bảo vệ môi trường hạn chế... là những tác nhân gây nên tình trạng ô nhiễm môi trường tại đây. Từ thực tế đó, Sở Khoa học và Công nghệ Bắc Ninh đã kết hợp với Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim thực hiện đề tài “Nghiên cứu, áp dụng tiến bộ kỹ thuật xử lý ô nhiễm môi trường và thu hồi các nguyên tố có ích (Kẽm, Đồng Sunfat…) trong xỉ thải của làng nghề đúc đồng Đại Bái huyện Gia Bình” nhằm mục đích đưa ra các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường ở làng nghề.
Mục tiêu của đề tài:
Xây dựng mô hình, quy trình xử lý nước thải và thu hồi các nguyên tố có ích (kẽm oxit, đồng sunfat,...) từ xỉ đúc đồng nhằm góp phần tận thu được tài nguyên khoáng sản, giảm ô nhiễm môi trường của làng nghề đúc đồng Đại Bái, huyện Gia Bình.
II. KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
2.1. Đánh giá thực trạng chất lượng môi trường nước thải và chất thải rắn tại làng nghề đúc đồng Đại Bái
Để đánh giá hiện trạng môi trường nước thải và chất thải rắn tại khu vực làng nghề đúc đồng Đại Bái, Đề tài đã tiến hành lấy 30 mẫu nước thải và 30 mẫu xỉ thải tại các hộ gia đình sản xuất, mẫu được bảo quản và đưa về phòng thí nghiệm để phân tích các chỉ tiêu như sau: (i) Nước thải phân tích: pH; COD; TSS; As; Hg; Pb; Cd; Cr(VI); Cu; Zn; Ni; Mn; Fe; (ii) Xỉ thải phân tích: Zn, Cu, Ni, Pb.
Kết quả phân tích nước thải:
Nước thải của các hộ gia đình mạ kim loại: Lấy mẫu và phân tích 05 hộ gia đình Mạ kim loại cho thấy thông số ô nhiễm thường thấy trong các hộ gia đình mạ kim loại là nồng độ pH thấp; kim loại vượt QCVN 40:2011/BTNMT cột B nhiều lần;
Nước thải của các hộ gia đình đúc nhôm: Lấy mẫu và phân tích 09 hộ gia đình đúc nhôm, cô bia bã nhôm,… cho thấy các thông số ô nhiễm chính là chỉ tiêu COD, các kim loại nặng trong nước vượt như Cu, Zn, Pb, Cd, Cr, Mn, Fe,… đều vượt QCVN 40:2011/BTNMT cột B từ 1,5 đến 10 lần.
Nước thải của các hộ gia đình đúc đồng: Lấy mẫu và phân tích 10 hộ gia đình đúc đồng cho thấy các thông số ô nhiễm chính là chỉ tiêu COD, các kim loại nặng trong nước vượt như Cu, Zn, Pb, Cd, Cr, Mn, Fe,… đều vượt QCVN 40:2011/BTNMT cột B từ 1,2 đến 12 lần.
Nước thải của các hộ gia đình đánh bóng sản phẩm: Lấy mẫu và phân tích 06 hộ gia đình đánh bóng sản phẩm cho thấy thông số ô nhiễm trong các hộ gia đình đánh bóng kim loại là nồng độ pH thấp, Nồng độ COD; kim loại trong nước thải vượt QCVN 40:2011/BTNMT cột B nhiều lần.
Kết quả phân tích xỉ thải:
Xỉ thải của các hộ gia đình làm đúc đồng, sản xuất các tấm đồng từ các nguồn nguyên liệu khác nhau có các thông số vượt QCVN 07:2009/BTNMT nhiều lần đặc biệt là Zn và Pb, đây là các tạp chất thường đi cùng trong quá trình thu gom nguyên liệu để tái chế đúc đồng. Trong xỉ thải vẫn còn 1 lượng lớn các nguyên tố có ích chưa được thu hồi, các chất trong xỉ đồng vượt ngưỡng chất thải nguy hại, do vậy chất thải trên phải được thu gom và xử lý như CTNH, hoặc được sử dụng để tái chế tận thu nguồn kim loại còn lại trong xỉ đồng.
Đối với các hộ gia đình sản xuất nhôm, đúc nhôm, cô bia bã nhôm, thì hàm lượng các chất trong xỉ nhôm có tỷ lệ thấp, đều nằm trong ngưỡng cho phép, lượng nhôm được thu hồi hết từ các vỏ nhôm, các nguyên liệu đúc nhôm có tỷ lệ nhôm cao nên xỉ nhôm còn lại đa số không được tận thu tiếp mà đem đi chôn lấp, san nền hoặc đổ ra khu vực bãi thải của xã.
2.2. Xây dựng mô hình và hoàn thiện quy trình xử lý nước thải của làng nghề đúc đồng Đại Bái, huyện Gia Bình với công suất 8 m3/ngày đêm
Sơ đồ công nghệ:
Các bước xử lý nước thải bao gồm: Nước thải thu gom → Bể điều hòa → Bể phản ứng kết hợp lắng đứng → Bể oxi hóa → Bể lọc cát – than hoạt tính → Thoát nước ra mạng lưới.
Hình 1. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải – công suất: 8 m3/ngày
Mô tả các đơn vị công nghệ:
Bể điều hòa:
Nước thải được hệ thống thu gom dẫn qua thiết bị tách rác trước khi vào bể điều hòa.
Bể điều hòa có tác dụng chứa và điều hòa (ổn định) lưu lượng cũng như nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải, đảm bảo cho nước thải dòng vào trạm xử lý với chất lượng ổn định. Khi bể chứa đầy nước thải đến mức độ nhất định, có thể bắt đầu quá trình xử lý. Trong quá trình bơm nước thải lên các công trình tiếp theo, bể vẫn có thể tiếp nhận nước thải chảy về. pH duy trì trong bể điều hòa ở mức 7-8;
Sau quá trình nghiên cứu, tính toán, bể điều hòa được thiết kế với thông số như sau: bể điều hòa nước thải sử dụng vật liệu bằng bê tông để phù hợp với thiết kế đặt ngầm dưới đất kích thước L(m) × B(m) × Hxd(m)= 1,5 × 1,8 × 1,5; Ống dẫn nước vào, ra được làm bằng vật liệu PVC với kích thước θ = 60mm. Bơm được dùng là loại bơm có lưu lượng 1,25 – 1,5 m3/h, cột áp 7,5- 6,5m.
Bể phản ứng kết hợp lắng:
Nước thải được bơm lên bể phản ứng keo tụ tạo bông kết hợp lắng. Trên đường ống dẫn nước thải vào bể lắp đặt thiết bị injector châm hóa chất. Trong ngăn phản ứng, ống dẫn nước vào được tạo kiểu vòi phun, tạo dòng xoáy để tăng khả năng hòa trộn, tiếp xúc giữa nước thải và hoá chất keo tụ, hình thành nên các bông cặn. Hóa chất sử dụng là PAC hoặc phèn Sắt (FeCl3). Điều kiện để dùng PAC keo tụ là pH = 6,5 - 7,5. Vận tốc nước trong vùng lắng đảm bảo cho hạt cặn được lắng xuống dưới. Bùn cặn lắng về phần côn thu của bể lắng và được thu về bể chứa bùn sau đó bùn được xử lý cùng với xỉ thải.
- Nước thải sau khi qua bể lắng hiệu suất xử lý COD đạt 88,1% ; Hiệu suất xử lý sắt đạt 99,6%.
- Thông số thiết kế của bể lắng như sau: Kích thước: D x H: 0,6m x 1,5 m; Chất liệu: Inox sus 304.
Bể oxi hóa:
Nguyên lý của hệ thống là ứng dụng tính năng ô-xy hóa mạnh của phân tử OH• được tạo ra từ phản ứng của Ozon và H2O2. Phân tử OH• sẽ ô xy hóa các chất hữu cơ và vô cơ khó phân hủy, đưa chúng về các dạng hợp chất thấp phân tử dễ xử lý hơn mà ở quá trình keo tụ lắng vẫn chưa xử lý được hết.
Do quá trình Ôxy hóa bậc cao các chất hữu cơ được oxy hóa, ngoài ra quá trình này còn tiêu diệt các loại vi khuẩn trong đó có vi khuẩn gây bệnh. Quá trình Ôxy hóa bậc cao thực hiện khi nước được dẫn tự chảy từ bể lắng sang với việc thực hiện 2 phản ứng là tạo gốc và phản ứng khử các hợp chất có trong nước thải. Lượng O3 được tính toán chính xác và không có phát tán ra môi trường bên ngoài.
Trong quá trình này đồng thời với quá trình điền nước thải là quá trình bơm định lượng H2O2 và sục Ozon với sự hỗ trợ của máy khuấy tăng quá trình tiếp xúc của hóa chất, nước thải, và tăng hiệu quả phản ứng từ đó tăng hiệu quả xử lý. Sau quá trình này nước thải được dẫn tự chảy sang bể lọc cát. Đáy bể có lắp ống và van xả kiệt, lượng bùn lắng được thu về bể chứa bùn sau đó bùn được xử lý cùng với xỉ thải.
Bể lọc cát – than hoạt tính:
- Đây là khâu làm sạch triệt để nước thải trước khi thải ra môi trường ngoài, đảm bảo các yêu cầu trong QCVN 40:2011/BTNMT cột B. Chức năng của bể: giữ lại các chất lơ lửng (TSS) còn lại sau quá trình lắng, làm trong nước nhờ lớp lọc cát, quá trình lọc tạo điều kiện cho quá trình hấp phụ than hoạt tính diễn ra ổn định (hàm lượng cặn lơ lửng sau bể lọc cát dưới 10 mg/L). Lớp than hoạt tính có tác dụng hấp phụ giữ lại các chất hữu cơ, một số kim loại nặng và mùi còn lại trước khi xả nước thải ra ngoài.
- Bể lọc gồm có 3 lớp: Lớp vật liệu lọc nằm trên là than antraxit còn lớp dưới là cát thạch anh, sau cùng là lớp sỏi đỡ. Tốc độ nước chảy trong bể được điều chỉnh với vận tốc 0,09l/phút. Bể lọc có thông số như sau: Kích thước: D x H: 0,5m x 1,2 m; Chất liệu: Inox sus 304.
- Bể lọc cát và than hoạt tính được cấu tạo hở (không nắp) giúp thuận tiện trong công tác kiểm tra và thay cát lọc. Bể được thiết kế 2 lỗ thăm đường kính D500, phục vụ công tác kiểm tra và thay vật liệu lọc.
Khử trùng:
Sử dụng ozone để khử trùng nước thải.
Nước thải được khử trùng bằng ozone trong quá trình xử lý ở bể phản ứng oxi hóa.
Hình 2. Hình ảnh hệ thống xử lý lắp đặt tại Làng nghề đúc đồng Đại Bái, xã Đại Bái, huyện Gia Bình, tỉnh Bắc Ninh
Sau khi lắp đặt xong hệ thống xử lý nước thải, nhóm nghiên cứu đã tiến hành cho hệ thống xử lý chạy vận hành không tải và có tải trong thời gian từ 22/1/2021 đến 4/2/2021. Khi hệ thống đã vận hành ổn định, nhóm nghiên cứu đã tiến hành cho nước thải vào chạy thử nghiệm để đánh giá hiệu quả của hệ thống xử lý. Kết quả của mẫu nước thải sau hệ thống xử lý như sau:
Từ kết quả đạt được nhận thấy: các chỉ tiêu nước thải sau xử lý đều đạt QCVN 40:2011/BTNMT.
2.3. Xây dựng và hoàn thiện quy trình thu hồi các nguyên tố có ích (kẽm oxit, đồng sunfat,...) từ xỉ đúc đồng góp phần tận thu được tài nguyên khoáng sản, giảm ô nhiễm môi trường của làng nghề đúc đồng Đại Bái, huyện Gia Bình
Từ các kết quả nghiên cứu thu hồi kẽm oxit, đồng sunfat từ xỉ nấu đúc đồng thau thải của làng nghề Đại Bái (Bắc Ninh), nhóm thực hiện đã xây dựng quy trình công nghệ thu hồi kẽm oxit, đồng sunfat từ xỉ thải, quy trình như sau:
Hình 3. Sơ đồ công nghệ thu hồi các nguyên tố có ích trong xỉ đúc đồng
Kết luận
- Đề tài “Nghiên cứu, áp dụng tiến bộ kỹ thuật kỹ thuật xử lý ô nhiễm môi trường và thu hồi các nguyên tố có ích (kẽm oxit, đồng sunfat,…) trong xỉ thải của làng nghề đúc đồng Đại Bái, huyện Gia Bình” đã hoàn thành 100% khối lượng công việc cho các nội dung nghiên cứu.
- Đề tài đã lắp đặt 01 hệ thống xử lý nước thải với công suất 8 m3/ngày đêm đảm bảo xử lý nước thải đạt QCVN 40:2011/BTNMT, cột B tại hộ sản xuất ông Nguyễn Xuân Bảo, thuộc Làng nghề Đại Bái;
- Đề tài đã xây dựng được quy trình thu hồi các nguyên tố có ích (kẽm oxit, đồng sunfat): 5 kg ZnO 95%; 5 kg CuSO4.5H2O ≥ 98%;
- Đề tài đã đăng được 01 bài báo trên tạp chí công nghiệp môi trường số 3 4/2021: Thu hồi kẽm oxit từ xỉ thải của làng nghề Đại Bái, Gia Bình, Bắc Ninh bằng phương pháp thủy luyện.
