ThienNhien.Net – Nổi tiếng khắp thế giới với hàng loạt scandal môi trường và vốn là một tập đoàn chỉ mạnh về sản xuất nhựa nhưng Formosa vẫn được đặc biệt ưu tiên triển khai đại dự án mang tính tổng hợp đa ngành (luyện cốc, luyện gang, nấu thép, phát điện, dịch vụ cảng biển) lớn nhất trong lịch sử đầu tư nước ngoài tại Việt Nam. Trong khi các nước trên thế giới cố gắng tìm mọi cách đẩy ra khỏi biên giới của mình các dự án về luyện kim do lo sợ nguy cơ ô nhiễm môi trường thì Việt Nam lại tạo điều kiện hết sức cho Formosa thực hiện đại dự án với nhiều lỗ hổng về mặt cấp phép, giám sát. Điều đáng nói là Formosa đã lựa chọn những công đoạn độc hại nhất trong chuỗi sản phẩm của thép để đưa vào sản xuất tại Hà Tĩnh, bao gồm công đoạn luyện than thành cốc và luyện quặng sắt thành gang.
Núp dưới tên gọi dự án rất “sạch” là “Khu liên hợp gang – thép và cảng Sơn Dương”, Formosa đã nhập khẩu loại than rẻ tiền để luyện cốc và nhập khẩu quặng sắt để luyện gang ở Hà Tĩnh. Chỉ tính riêng năm 2015, theo số liệu Hải quan Việt Nam, Formosa đã nhập gần 220 nghìn tấn than bitum từ Úc, Nga, Canada vào Hà Tĩnh để luyện cốc. Như vậy, riêng năm 2015, tổng lượng chất thải (rắn, lỏng, khí) độc hại từ lò luyện cốc của Formosa đã lên tới trên 50.000 tấn gồm: xỉ than, khói than, bụi than, khí độc, nhựa than, dầu than.
Nguy cơ ô nhiễm chung của các dự án gang – thép
Về tổng thể, công nghệ luyện kim đen (gang – thép) sẽ thải ra môi trường đủ loại chất thải (rắn, lỏng, khí) và làm ô nhiễm tất cả các môi trường sống của con người (đất, nước, không khí). Về nguyên lý, phần lớn chất thải có thể được xử lý và tận dụng. Tuy nhiên, chi phí cho các khâu xử lý này rất tốn kém. Vì vậy, lượng các chất độc hại phải thải ra môi trường sống vẫn rất lớn và liên tục.
Theo thống kê, ngành mỏ – luyện kim thải ra môi trường khoảng 800 loại chất thải khác nhau có chứa đầy đủ các nguyên tố trong Bảng hệ thống tuần hoàn. Đặc biệt, trong bùn thải, nước thải và bụi thoát ra từ luyện kim còn chứa nhiều chất như: BOD, SS (chất rắn lơ lửng – tạo nhũ tương), CO, HF, H2S, NH3, NO2, SO2, Zn, ZnO. Nguy cơ gây ô nhiễm cụ thể cho các môi trường (không khí, nước, đất) của một liên hợp gang – thép có thể được tổng hợp như sau:
Trong một khu liên hợp gang thép, có hai nguồn gây ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng là lò luyện than thành cốc (lò cốc) và lò luyện quặng sắt + cốc thành gang (lò cao). Các khâu tiếp theo (từ gang thành thép và từ thép thành các hợp kim…) có nguy cơ ô nhiễm ít hơn. Phạm vi bài viết sẽ tập trung vào nguy cơ gây ô nhiễm của lò cốc và lò cao.
Nguy cơ ô nhiễm từ lò luyện cốc
Quá trình chế biến than thành cốc được thực hiện trong lò luyện cốc ở điều kiện nhiệt độ 1.000oC và không có ô xy. Kết quả thu được gồm sản phẩm chính là cốc (rắn và rỗ xốp) và các sản phẩm phụ được hình thành từ thành phần chất bốc vốn có trong than thoát ra. Những thành phần chất bốc của than này khi được làm nguội đến 25÷75oC sẽ tạo thành đủ các loại chất thải: rắn (nhựa than đá), lỏng (nước chứa amoniac) và chất thải khí. Mặc dù trong dây truyền công nghệ thường áp dụng các giải pháp kỹ thuật để giảm thiểu ô nhiễm nhưng tổng lượng chất thải của lò luyện cốc thải ra môi trường vẫn rất lớn (bình quân khoảng 5÷6 kg/tấn cốc) và rất độc hại. Cụ thể như sau:
Chất thải rắn của lò cốc: Chủ yếu là nhựa than. Dưới tác dụng của các nhiệt độ khác nhau (xảy ra trong quá trình vận hành của lò cốc), nhựa than sẽ tạo thành các chất thải khác nhau dưới dạng dầu, gồm: dầu nhẹ và các chất khác; dầu trung bình nhẹ có chứa phenol, naptalin anthrasen, phenaren; dầu nặng có chứa naptalin, các chất đồng đẳng của naptalin và các chất khác.
Các chất thải dạng khí của lò cốc: Khói của lò luyện cốc có chứa các thành phần bụi, sunfua dioxide (SO2), carbon dioxide (CO), hydro sunfua (H2S), các oxides nitơ (NOx), cyanides (CN- xyanua), amoniac (NH3), phenol (C6H6O), các nhựa than, benzene, và các chất nhiều vòng thơm của carbon hydro (CnH2n+2 trong đó cực độc là các chất 3, 4 benzpiren). Hàm lượng SO2 trong khói lò luyện cốc bình quân là 2,5÷3 g/m3, và sau khi được khử, hàm lượng còn phát thải ra ngoài bình quân là 0,7÷1 g/m3. Lượng phát thải SO2 bình quân khoảng 1370 g/tấn cốc.
Các chất khí này sau khi được làm sạch (lọc ra khỏi amoniac, dihidro sunfua và các hợp chất xyanua) thường được tái sử dụng cho lò cốc khoảng 13%, còn 87% sẽ được thải ra ngoài. Về nguyên lý, 87% chất khí thải này có thể sử dụng như xăng thô để điều chế ra các chất có ích khác (như carbon hydro, nhựa cumaron). Lượng bụi sau khi lọc vẫn còn bị thải ra ngoài bình quân 0,9 kg/tấn cốc. Ngoài ra, trong khu vực xung quanh lò luyện cốc còn có nhiều nguồn gây ô nhiễm khác như các quá trình nạp liệu vào lò; tháo cốc và dập cháy cốc; nung nóng lò luyện cốc… Lượng bụi phát sinh từ các khâu này bình quân khoảng 0,4kg/tấn cốc.
Đặc điểm của lò luyện cốc là tính đa dạng của các chất được thải ra (có đủ các thành phần rắn, lỏng, khí), và các chất thải này đều chứa các thành phần độc hại (bụi, SO2, CO, H2S, NH3, C6H6O, v.v). Tính độc hại của các chất thải này rất cao. Vì vậy, ở tất cả các phân xưởng/nhà máy luyện cốc đều phải được trang bị hệ thống lọc (bụi, nước, và không khí). Đặc biệt, trong số các chất thải ra môi trường từ quá trình luyện cốc thường xuất hiện các chất thuộc nhóm hydrocarbons có chứa nhiều (từ hai trở lên) vòng thơm (Polynuclear Aromatic Hydrocarbons) như được tổng hợp trong bảng dưới đây.
Bảng kê các chất nhiều vòng thơm của carbon hydro có thể chứa trong chất thải của lò luyện cốc:
Nhiều trong số các chất thống kê trong bảng trên (được gọi chung trong tiếng Latin là các chất thuộc nhóm cancer – chất gây ung thư) sẽ rất dễ xâm nhập vào tất cả các môi trường sống của con người (đất, nước, và không khí). Trong đó, đặc biệt cần quan tâm là các chất như C18H12, C20H12, C32H14. Các chất này vừa có tính gây ung thư, vừa có ảnh hưởng đến hệ thống sinh sản, và ảnh hưởng tới khả năng phát triển thể chất và sinh học của con người. Các chất này cũng có thể xâm nhập vào cơ thể con người thông qua các đường ăn, uống, và hô hấp. Theo quy định của EC (quy chế EC 1881/2006), hàm lượng các chất nhiều vòng thơm này trong thực phẩm nướng, xấy, khô (thịt, cá và đồ biển) không được vượt quá 5*10-9 gam/kg thực phẩm tươi.
Chất thải lỏng từ lò luyện cốc: Thường có khối lượng lớn, chiếm khoảng 38% khối lượng của phối liệu than đưa vào lò, tức khoảng 0,3÷0,35m3/tấn phối liệu khô. Trong đó, 30% là nước hình thành từ phía trên của nhựa than. Loại nước này có chứa các thành phần chất bốc và các chất phenol khó bay hơi với hàm lượng đến 3 g/lít. Hàm lượng này lớn hơn nhiều so với mức cho phép. Vì vậy, nước thải từ lò luyện cốc cần được xử lý sinh – hóa. Đầu tiên, nước thải được cho chảy qua các bộ lọc bằng thạch anh, rồi được đưa sang máy khử amoninac và được đưa qua máy khử phenol. Sau đó, nước được làm mát và đưa qua bộ phận phối trộn để hòa với các loại nước thải khác. Để nước thải ra không còn độc hại, nồng độ phenol trong nước thải ra phải dưới 10-4% (0,0001%). Để đạt chỉ tiêu này, người ta phải sử dụng các phương pháp khử lỏng và khử bằng hơi tuần hoàn rất tốn kém.
Thông thường, sau khi được xử lý, chất thải từ các lò luyện cốc phải được chôn cất ở bãi thải tập trung vì chúng còn chứa các chất độc với hàm lượng lớn, như phenol (<880mg/kg), xyanua (>120mg/kg), rodanit (>10mg/kg). Vì vậy, để phòng ngừa nguy cơ phát tán, gây ô nhiễm ra môi trường xung quanh và để bảo vệ cư dân gần khu vực đổ thải, các lò luyện cốc phải xử lý tối đa chất thải khi vận hành và sau khi xử lý, các chất còn lại không xử lý được phải thực hiện chế độ thống kê rất nghiêm ngặt trước khi đưa đi chôn cất. Việc chôn cất chất thải của lò luyện cốc phải được thực hiện đúng tiêu chuẩn. Theo đó, các chất thải sau khi xử lý cần được đưa vào các thùng kim loại có nắp đậy chặt và kín. Các thùng kim loại này phải được lưu giữ trong một khu vực đặc biệt. Khu vực lưu giữ chất thải của lò luyện cốc này cần được chống thẩm thấu nước ra bên ngoài bằng các lớp cách ly (vải địa công nghệ). Việc vận chuyển chất thải từ khu vực lò luyện cốc ra nơi lưu giữ phải được thực hiện bằng các phương tiện chuyên dùng và theo thời gian biểu nhất định.
Nguy cơ ô nhiễm từ lò cao
Ô nhiễm môi trường không khí
Sản phẩm chính của lò cao là gang và sản phẩm phụ gồm xỉ và khí lò cao. Nguyên liệu đầu vào của lò cao là quặng sắt, cốc, không khí. Khí lò cao khi thoát ra khỏi lò sẽ mang theo bụi lẫn vào phối liệu trong quá trình nghiền (chủ yếu là bụi cốc) và bụi hình thành khi phối liệu được nạp vào lò. Nồng độ bụi lớn nhất hình thành khi đổ gang và thải xỉ ra khỏi lò (bình quân 150÷1500 mg/m3). Trong đó, tại các vị trí làm việc của công nhân, thành phần CO khi gang ra lò đạt mức bình quân 125÷250 mg/m3 và thành phần khí thải SO2 có thể đạt 30 mg/m3.
Tổng lượng bụi thoát ra từ lò cao bình quân khoảng 20÷100kg/tấn gang. Nồng độ chứa bụi trong khí lò cao bình quân 9÷55g/m3. Trong các trường hợp sự cố, nồng độ này có thể lên tới 200g/m3.
Thành phần phát thải khí lò cao tính bình quân cho 1 tấn gang như sau: bụi- 100 kg; CO- 640 kg; O2- 0,08÷0,45kg. Khi lò cao hoạt động bình thường thì mức độ phát thải bụi bình quân chỉ 4 kg/tấn gang nhưng bụi hình thành nhiều nhất trong khâu nạp liệu (250÷700g/m3). Đối với lò cao có dung tích 930÷2700m3, mức độ phát thải bụi bình quân là 0,17÷0,60 tấn/ngày đêm và phát thải các ô xít carbon là 5÷19 tấn/ngày đêm. Đối với các loại lò lớn (1033÷5000m3), khối lượng phát thải được tổng hợp như sau:
Thành phần của bụi (%) thường thay đổi trong giải rộng và thường chứa SiO2, MgO, Al2O3, CaO, S, MnO, Fe2O3, Fe3O4. Thành phần cỡ hạt của bụi bình quân như sau:
Ngoài lò cao, nguồn phát thải bụi lớn khác là khâu xử lý quặng sắt. Chỉ tính trong khâu tiếp nhận/chuyển tải quặng, lượng bụi phát thải vào không khí bình quân là 70 kg/tấn gang. Nồng độ bụi ở khâu này khoảng 17÷1000 mg/m3 (phụ thuộc vào qui trình công nghệ). Trong gian chứa quặng, nồng độ bụi trong không khí đạt 500 mg/m3 và lượng bụi phát sinh bình quân 2,5 kg/tấn gang và sau khi qua hệ thống lọc, lượng bụi phát thải vào không khí bình quân khoảng 90 g/tấn gang. Trong phân xưởng đúc/cán: lượng phát thải bình quân như sau: bụi- 400÷700 g/tấn gang; CO- 0,7÷1,15 kg/tấn gang; SO2- 120÷170 g/tấn gang.
Khí lò cao thường chứa tới 35% thành phần là các chất cháy được. Vì vậy, khí lò cao được tận dụng làm nguồn nhiệt cho các công đoạn khác (cho lò cốc hay cho vòi đốt của bộ sấy không khí của lò cao…). Khi lò cao được vận hành với áp suất lên miệng lò lớn, nồng độ các chất cháy có lẫn trong bụi đạt 50÷60 g/m3 bụi đòi hỏi phải lọc bụi ra khỏi khí lò cao trước khi đưa đi tái sử dụng. Để lọc khí lò cao đến nồng độ bụi rất thấp (dưới 10mg/m3 cho các mục đích tái sử dụng), người ta áp dụng các sơ đồ lọc nhiều tầng tổng hợp.
Ô nhiễm môi trường đất và nước
Tác nhân gây ô nhiễm môi trường đất và nước chủ yếu là xỉ của lò cao. Phụ thuộc vào công nghệ và loại lò, chất thải xỉ được chia thành các dạng như: xỉ lò cao; xỉ lò nấu thép; xỉ lò đúc hợp kim… , trong đó, xỉ lò cao chiếm tỷ lệ lớn nhất (khoảng 0,6÷0,7 tấn xỉ/tấn gang).
Thành phần hóa học của xỉ lò cao chủ yếu gồm 4 loại ô xít: CaO (29÷30%); MgO (0÷18%); Al2O3 (5÷23%) và SiO2 (30÷40%). Ngoài ra, còn chứa các ô xít sắt (0,2÷0,6%), ô xít mangan (0,3÷1%), và lưu huỳnh (0,5÷3,1%). Thành phần hóa học của xỉ lò thép thường chứa các ô xít sắt (<20%) và ô xít mangan (<10%).
Các ô xít chứa trong xỉ lò cao tạo ra các khoáng chất khác nhau (phụ thuộc vào công nghệ áp dụng) như: anortite (CaOAl2O3-2SiO2), diopxit (CaOMgO-2SiO2), gelenit (2CaO-Al2O3SiO2), okermanit (2CaOMgO-2SiO2), mervinit (3CaOMgO-2SiO2), silicat (2CaOSiO2)… Sự phân hủy các khoáng chất này sẽ xảy ra trong các điều kiện khác nhau và do đó, chúng có những tác hại khác nhau đến môi trường xung quanh.
Thành phần độc hại trong xỉ lò cao là các kim loại nặng. Các kim loại nặng được phân thành 3 nhóm (phụ thuộc vào mức độ nguy hại đối với sức khỏe con người), gồm:
Nhóm 1 (cực độc): asen (thạch tín); thủy ngân; chì; kẽm.
Nhóm 2: coban; niken; molipden, crom.
Nhóm 3: vanadi; mangan.
Giới hạn cho phép của các kim loại nặng thải vào môi trường (không khí, nước và đất) như sau:
Kết luận và đề xuất
Tóm lại, hóa than là một lĩnh vực lâu đời trên thế giới nhưng ở Việt Nam còn rất non trẻ và chúng ta chưa có nhiều kinh nghiệm về quản lý. Các chất thải từ khâu luyện than thành cốc và luyện quặng sắt + cốc thành gang rất lớn, đa dạng, rất khó xử lý và cũng rất khó quản lý.
Dự án gang – thép Formosa Hà Tĩnh, về bản chất công nghệ, thuộc loại dự án tiềm ẩn nguy cơ rất lớn về môi trường. Vì vậy, Chính phủ nên xem xét lại quy mô (không nên quá 7,5 tr.tấn/năm) và thời gian tồn tại của dự án Formosa (không nên quá 25-30 năm – là vòng đời kinh tế của các dự án công nghiệp). Bên cạnh đó, Chính phủ cũng nên rà soát lại chủ trương đầu tư vào Dự án sắt Thạch Khê để tránh không lặp lại bài học của Dự án gang thép Thái Nguyên – càng đầu tư, càng lỗ nặng.
Ngoài ra, nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý của Hà Tĩnh là cảng biển nước sâu Sơn Dương cũng đã bị Formosa khống chế và độc quyền khai thác trong khi chi phí cơ hội của cảng biển Sơn Dương rất lớn. Do đó, Chính phủ cũng nên cân nhắc lại vấn đề này bởi việc sử dụng cảng biển Sơn Dương phục vụ mục đích an ninh năng lượng là rất cấp thiết và sẽ mang lại lợi ích trực tiếp cho nền kinh tế Việt Nam.
TS. Nguyễn Thành Sơn, Chuyên gia tư vấn độc lập New Technology Solutions
Tài liệu tham khảo
Fetzer J. C. The Chemistry and Analysis of the Large Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. — New York: Wiley, 2000.
Клар Э. “Полициклические углеводороды”. – Т. 2. – М.: Химия, 1971
Dự án “Cảng trung chuyển cung cấp than” của JICA và Sumitomo
http://www.km.ru/referats/71B019F554DF4949BDC79A3FE616DB08
http://www.dishisvobodno.ru/iron-and-steel-waste.html
http://flavorchemist.livejournal.com/67819.html
http://macromol.kiev.ua/2012/08/koksovye-pechi-i-process-koksovaniya/
http://emchezgia.ru/syrye/2_ustroistvo_koksovyh_pechey.php
http://chem21.info/info/1718847/
http://metallurgicheskiy.academic.ru/
