Chất thải của một nhà máy luyện gang thép

Ngành công nghiệp luyện gang thép, thuộc nhóm ngành công nghiệp nặng, không những đòi hỏi nhiều thiết bị máy móc kỹ thuật, nguồn lao động, mà còn gây rất nhiều tổn hại đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Ở các quốc gia đang phát triển, ví dụ Việt Nam, nhóm ngành này đóng vai trò then chốt trong sự phát triển kinh tế. Tuy nhiên, hệ lụy mang lại từ ngành công nghiệp luyện gang thép là sự gia tăng áp lực về ô nhiễm môi trường và sức khỏe con người. Các vấn đề ô nhiễm từ ngành công nghiệp luyện gang thép có thể kể đến như ô nhiễm tiếng ồn, ô nhiễm đất, ô nhiễm không khí và ô nhiễm nước.

Luyện gang và thép là quá trình điều chế gang và thép từ các quặng trong tự nhiên hoặc các nguyên liệu tái chế, tùy thuộc vào nguyên liệu ban đầu mà có thể trải qua nhiều khâu khác nhau. Các khâu sản xuất trong quá trình luyện gang thép phát sinh ra một lượng lớn chất thải.

Những con số biết nói

Trong bài viết này, thành phần các chất ô nhiễm được phân tích và đánh giá từ các nhà máy luyện gang thép điển hình trước năm 1999 trên thế giới qua bốn tổ chức là Ngân hàng thế giới (The World Bank Group), Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (UNEP), Tổ chức phát triển Công nghiệp Liên hợp quốc (UNIDO), và Tổ chức Y tế thế giới (WHO)[1].

Khí và bụi thải.

Công nghiệp luyện gang thép thải ra một lượng lớn khí thải. Hơi và sản phẩm phụ từ quá trình luyện cốc, nung kết và làm sạch kim loại gây ô nhiễm nặng môi trường không khí. Cụ thể các loại khí sinh ra từ quá trình này là oxit lưu huỳnh (SOx), oxit nitơ (NOx), và oxit các bon (CO, CO2) và các hạt lơ lửng. Với 1 tấn thép được sản xuất thì lượng phát thải trung bình như sau[1]:

    1,5kg SOx;

    1,2kg NOx;

    15 đến 30kg hạt lơ lửng cho công nghệ lò thổi basic oxygene.

    20 kg bụi trong quá trình nung kết

    15 kg bụi trong quá trình cán thép

Tại Ấn Độ, qua số liệu thu thập từ 5 nhà máy luyện gang thép năm 2009-2010, người ta tính toán trung bình để luyện 1 tấn thép thành phẩm thì phát thải 1,4 đến 4,2 tấn CO2. Dự báo đến năm 2030, ngành công nghiệp luyện gang thép của Ấn Độ sẽ phát thải khoảng 800 triệu tấn CO2 [2].

Một trường hợp điển hình khác có thể kể đến là tập đoàn luyện thép AK, là một trong những tập đoàn lớn có 8 nhà máy luyện thép ở nhiều tiểu bang khác nhau trên nước Mỹ. Năm 2009, tập đoàn AK đứng thứ 14 trong danh sách gây ô nhiễm không khí vì phát thải ra 136 tấn khí thải [3].

Hình 1: Khói và bụi phát sinh từ nhà máy luyện thép, Ấn Độ [2]

Nhiều công ty không muốn xử lý khí và bụi thải, vốn là một quy trình tốn phức tạp và tốn kém, vì vậy những loại khí này sẽ được thải trực tiếp ra môi trường. Tại Ấn Độ, những khí thải, bụi thải này được kết luận là nguyên nhân gây ra các triệu chứng về nhãn khoa, bệnh về đường hô hấp của học sinh tại một số trường học gần khu vực thải của các nhà máy luyện gang thép [2].

Chất thải rắn

Chất thải rắn phát sinh từ quá trình luyện gang thép  bao gồm xỉ than và bụi có lẫn kim loại nặng.

Theo số liệu của bốn tổ chức WB/UNEP/UNIDO/WHO, sản xuất một tấn thép thành phẩm sẽ sản sinh ra khoảng từ 300-500kg chất thải rắn. Tại Ấn Độ, số liệu trung bình từ bốn nhà máy luyện gang thép thải ra khoảng 500kg/1 tấn thép. Giai đoạn từ năm 2010-2011, họ đã thải ra từ 35 đến 40 triệu tấn chất thải rắn ra môi trường đất để sản xuất 70 triệu tấn thép. Đây là cái giá phải trả cho sự phát triển kinh tế của Ấn Độ [2].

Những chất thải rắn bao gồm các oxit kim loại, silica và kim loại nặng. Một số công ty trên thế giới tái sử dụng khoảng 65% chất thải rắn này phục vụ cho các ngành vật liệu xây dựng hoặc bông khoáng [1].

Hình 2: Chất thải rắn từ nhà máy luyện thép được người dân thu gom và tái chế thành nhiên liệu đốt [2]

Nước thải

Trong các nhà máy luyện gang thép bằng phương pháp truyền thống (sử dụng oxy trong lò đốt), nước làm lạnh thường bị nhiễm kim loại nặng và chất bôi trơn nên không được tái sử dụng, và được thải bỏ ra bên ngoài cùng với nước thải từ các nguồn khác nhau [1], [4].

Trung bình sản xuất một tấn sản phẩm sẽ thải ra khoảng 80m3 nước thải [1]. Nước thải này nhiệt độ rất cao vì có hòa trộn nước làm mát. Thành phần của nước thải từ ngành luyện gang thép rất khó xử lý, vì bao gồm nhiều hoá chất độc hại như phenol, xyanua, ammonia, dầu, kim loại nặng, và một số chất hữu cơ khác [1], [5].

Nồng độ của một số chất thải phát sinh trong quá trình sản xuất thép, theo tính toán của WB/UNEP/UNIDO/WHO từ các nhà máy luyện gang thép trước năm 1999 [1].

    Tổng chất rắn lơ lửng  4000-7000mg/l;

    Xyanua 15mg/l;

    COD (nhu cầu oxy hóa học) 500mg/l;

    Kẽm 35mg/l;

    Chì 8mg/l;

    Cadimi 0,4 mg/l

    Crom 5 mg/l

Thử hình dung nếu nồng độ chất thải như trên, và lưu lương thải mỗi ngày của các nhà máy luyện gang thép lên đến hàng chục nghìn mét khối nước thải, nghĩa là sẽ phát sinh ra hàng tấn chất thải trong nước. Câu hỏi đặt ra là liệu chúng có được xử lý triệt để khi đòi hỏi công nghệ xử lý phức tạp và chi phí xử lý sẽ tiêu tốn một lượng lớn ngân sách của nhà máy? Nếu không, hiểm họa môi trường là điều khó tránh khỏi.

Quay trở lại với một trường hợp điển hình là tập đoàn luyện thép AK, năm 2010, tập đoàn luyện thép AK bị xếp hạng 1 trong danh sách các công ty gây ô nhiễm ở Mỹ, vì đã thải ra sông khoảng 13.517 tấn hóa chất, trong đó khoảng 11.022 tấn chất thải hóa chất xuống dòng sông Ohio, và 2.495 tấn hóa chất thải xuống dòng sông Muskingum [6],[7].

Vì vậy nếu nước thải không được xử lý một cách hiệu quả và đúng tiêu chuẩn quy đinh, mỗi ngày sẽ có hàng tấn chất thải sẽ thải ra môi trường nước, và hậu quả sẽ huỷ hoại không chỉ môi trường nước mặt, nước ngầm tại khu vực mà còn các vùng lân cận tuỳ thuộc vào quy mô sản xuất của nhà máy.

Hình 3: Nước thải tại cống xả thải của một nhà máy luyện  gang thép ở Ấn Độ [2].

Tác hại của chất ô nhiễm trong nước thải đến sức khỏe cộng động và môi trường

Xyanua: cụ thể là các dung dịch CaCN2 (Calcium cyanamide), Ca(CN)2 (Calcium cyanide) và NaCN (sodium cyanide), được sử dụng trong công nghiệp luyện gang thép, dùng để tách các tạp chất, và tăng độ bền của bề mặt kim loại [8]. Xyanua theo nước thải ra trong môi trường nước thường tồn tại dạng muối có gốc (CN-), là chất hoạt động mạnh và độc tố cao với sinh vật.

Đối với sinh vật biển, cá và động vật không xương sống rất nhạy cảm với xyanua. Nồng độ xyanua trong nước từ 5 đến 7,2 μg/l có thể làm giảm khả năng bơi và ức chế quá trình sinh sản của một số loài cá. Nồng độ từ 20 đến 76 μg/l có thể gây chết một số loài sinh vật biển và cá. Nếu nồng độ tăng đến 200 μg/l sẽ gây độc cực mạnh và có thể giết hầu hết tất cả các loại cá [9].

Ở người, nhiễm độc xyanua thông qua việc hít thở không khí, nước uống có nhiễm xyanua hoặc thông qua chuỗi thức ăn (hải sản có nhiễm xyanua). Cơ chế gây độc của xyanua là ức chế sự hấp thụ oxy của tế bào, vì vậy xyanua gây tổn hại nhiều nhất đến tim và não vì hai cơ quan này sử dụng nhiều oxy. Các triệu chứng biểu hiện khi nhiễm độc xyanua trong vài phút đầu như nhứt đầu, choáng váng, ói mửa, khó thở, tim đập nhanh, cơ thể yếu dần.  Nếu nhiễm độc với nồng độ lớn thì có thể rối loạn nhịp tim, thân nhiệt giảm, môi và mặt tím tái, hôn mê sâu…dẫn đến tử vong [10].

TSS (thể huyền phù: tổng chất rắn lơ lửng): là những chất rắn có kích thước lớn hơn 2μm, không tan trong nước, và kém khả năng lắng. TSS là nguyên nhân gây độ đục cho nước. Nồng độ TSS càng cao thì gây ra các hiện tượng như giảm khả năng khuếch tán ánh sáng, tăng nhiệt độ của nước, và giảm lượng oxy hòa tan ở tầng dưới. Việc này dẫn đến quá trình phân hủy kỵ khí của các chất hữu cơ, làm giảm oxy hòa tan và sinh ra các hợp chất khí như CH4, H2S, …gây ngộ độc cho sinh vật biển [11].

COD (nhu cầu oxy hóa hoc) là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hữu cơ hòa tan và lơ lửng trong nước. COD thường được sử dụng để ước lượng gián tiếp nồng độ các chất hữu cơ trong nước. Có thể hiểu một cách tương đối rằng: khi hàm lượng các chất hữu cơ tăng cao, chúng sẽ khử hết oxy trong nước. Vì vậy, COD trong nước cao sẽ gây thiếu oxy trong nước cho sinh vật biển và có thể dẫn đến ngộ độc [11].

Ô nhiễm kim loại nặng, độc giả có thể theo dõi bài viết: “Chuyện bé như hạt gạo hay thảm họa quốc gia: Nguy cơ ngộ độc kim loại nặng ven biển miền Trung và những tác hại lâu dài”, trên trang web của tạp chí Vietnam Journal of Science (VJS)  [12].

Việc phân tích thành phần nước thải luyện gang thép chỉ mang tính chất tương đối dựa vào một số nhà máy điển hình trên thế giới. Thành phần nước thải của một nhà máy cụ thể có thể thay đổi. Để đánh giá chính xác một nhà máy phát thải ô nhiễm như thế nào đối với môi trường xung quanh, chúng ta cần tìm hiểu rõ quy trình sản xuất cụ thể, công nghệ sản xuất mới hay cũ, sử dụng lò nung bằng oxy hay hồ quang điện, lượng hóa chất được nhập vào nhà máy, các phương pháp xử lý môi trường nhà máy hiện có, quy trình theo dõi báo cáo giám sát môi trường định kỳ. Quan trọng nhất là kết quả phân tích môi trường dựa vào chương trình thanh tra đột xuất. Những cơ quan thanh tra môi trường này đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hệ sinh thái và sức khỏe người dân. Tại Mỹ, một số tiểu bang quy định việc thiết kế miệng ống nước xả thải từ nhà máy ra môi trường ngoài làm sao cho cơ quan quản lý dễ dàng lấy mẫu nhất [13]. Nếu nhà máy vi phạm phải có biện pháp chế tài mạnh để tạo sức ép cho các nhà máy quản lý tốt nguồn ô nhiễm, ví dụ năm 2004, tập đoàn AK đã bị kiện và buộc phải chi 1,2 triệu USD bao gồm 300 nghìn USD tiền nộp phạt và 900 nghìn USD tiền xây dựng hệ thống giảm khói thải [14].

Phát triển kinh tế dĩ nhiên đi kèm với sự giảm sút chất lượng môi trường, vì hầu hết tất cả các ngành công nghiệp đều phát thải ít hay nhiều tùy đặc thù của ngành, và tùy năng lực kiểm soát ô nhiễm của nhà máy. Không vì việc phát thải mà chúng ta cấm hoạt động của nhà máy, vì như thế là đi ngược với sự phát triển của thế giới. Nhiều quốc gia phát triển đã trải qua thời kỳ tập trung phát triển công nghiệp nặng và cũng đã gánh nhiều hậu quả của việc ô nhiễm môi trường, sức khỏe con người. Vì vậy, Việt Nam cũng không thể tránh khỏi giai đoạn này, tuy nhiên từ bài học của các nước phát triển trên thế giới, chúng ta có thể làm tốt hơn ở khâu bảo vệ môi trường từ việc xử lý tại nguồn và kiểm soát chặt chẽ các nguồn phát thải từ giai đoạn đầu của quá trình sản xuất… Đây chính là mục tiêu của sự tăng trưởng kinh tế bền vững.

Tác giả: Hảo Võ (NCS Đại học Arizona, Hoa Kỳ)

Phản biện: Đặng Đức Huy (TS, Đại học University, Ontario, Canada), Hùng Phan (NCS Đại Học  UC Santa Barbara, California)

Tài liệu tham khảo:

[1] Handbook: http://www-wds.worldbank.org/servlet/WDSContentServer/WDSP/IB/1999/06/03/000094946_99040905052283/Rendered/PDF/multi0page.pdf

[2]  http://www.downtoearth.org.in/coverage/stained-steel-38359

[3] http://www.liquisearch.com/ak_steel_holding/environmental_record

[4] http://desalitech.com/case-studies/

[5]  http://www.kadinst.hku.hk/sdconf10/Papers_PDF/p537.pdf

[6] http://www.bizjournals.com/cincinnati/news/2012/04/11/report-ak-steel-among-top-waterway.html

[7] http://www.motherjones.com/blue-marble/2012/03/top-10-polluted-rivers-waterways

[8] https://www3.epa.gov/ttnchie1/le/cyanide.pdf

[9] http://www.cyanidecode.org/cyanide-facts/environmental-health-effects#sthash.RaVbO3kZ.dpuf

[10] http://www.fondriest.com/environmental-measurements/parameters/water-quality/turbidity-total-suspended-solids-water-clarity/

[11] http://www.stormwaterx.com/Resources/IndustrialPollutants/COD.aspx#_ednref3

[12] http://www.vjsonline.org/news/chuyện-bé-như-hạt-gạo-hay-thảm-họa-quốc-gia-nguy-cơ-ngộ-độc-kim-loại-nặng-ven-biển-miền-trung

[13] http://10statesstandards.com/wastewaterstandards.html#55

[14]https://yosemite.epa.gov/opa/admpress.nsf/90829d899627a1d98525735900400c2b/64e88eb10f903452852570d60070feea!opendocument

Cập nhật: 05/05/2016

http://www.vjsonline.org/news/ch%E1%BA%A5t-th%E1%BA%A3i-c%E1%BB%A7a-m%E1%BB%99t-nh%C3%A0-m%C3%A1y-luy%E1%BB%87n-gang-th%C3%A9p