Những nguy cơ “chưa lường hết” từ dự án Formosa

TS. Nguyễn Thành Sơn

Chuyên gia tư vấn độc lập

New Technology Solutions

Thưa các quý vị, Tôi xin phép gửi tới các quý vị trong file kèm theo bài viết thứ hai của tôi về Formosa (sau khi đã gửi cho anh Nguyễn Chân – nguyên Bộ trưởng Bộ Mỏ và Than và đã nhận được phản hồi của anh Chân). Với hy vọng có được nhiều ý kiến tư vấn khách quan cho Chính phủ và Bộ Tài nguyên và Môi trường (TNMT), tôi xin bầy tỏ một số ý như sau: 1/ Tôi hy vọng Bộ TNMT không tiếp tục “sờ đít voi” trong bảo vệ môi trường đối với dự án Formosa như vừa qua. 2/ Tôi thấy cách tiệm cận của phía Việt Nam khi xẩy ra sự cố môi trường Formosa như vừa qua hoàn toàn không ổn, bị Formosa đang “cười thầm trong bụng” và sẽ tiếp tục qua mặt. 3/ Cá chết chỉ là hậu quả (phần ngọn của vấn đề). Chúng ta phải truy từ nguồn gốc: từ khâu lập dự án, triển khai dự án, quy trình công nghệ, giải pháp xử lý chất thải v.v. 4/ Từ trước (1963) đến nay, ngành luyện kim đen của Việt Nam quá non trẻ và vô cùng nhỏ bé. Bây giờ phải đương đầu với một dự án lớn như Formosa, nếu không tiệm cận bài bản thì chỉ là “sờ đít voi”. Tôi thấy, cán bộ quản lý và khoa học kỹ thuật (KHKT) của Việt Nam hiện đương chức không còn ai chuyên về lĩnh vực luyện kim có đủ kiến thức để “đương đầu” với sự cố Formosa cả. Anh Trần Hồng Hà cũng chỉ là ngành khai khoáng (sau này là nghiên cứu sinh cùng trường và cùng thầy hướng dẫn với tôi là Giáo sư Viện sỹ A. Putracop). 5/ Trong công nghiệp luyện kim đen, lĩnh vực ô nhiễm độc hại nhất là “lò coke” thuộc lĩnh vực hóa-than. Về lĩnh vực này, cán bộ KHKT của chúng ta được đào tạo còn rất ít. Cả ngành khai khoáng từ thời Bộ Công Thương ngày xưa, chứ không phải Bộ Công Thương ngày nay (trước năm 1960) số cán bộ về hóa-than ít hơn hóa-dầu, chỉ đếm trên đầu ngón tay. Riêng ở Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam (TKV) trước năm 2005, như tôi biết cũng chỉ có một người tốt nghiệp trường Đại học Hóa Mendeleev Moscow đúng chuyên ngành hóa-than, nhưng được TKV giao làm công tác tổ chức-cán bộ ở một viện nghiên cứu. Khi được giao triển khai thử nghiệm công nghệ khí hóa than ngầm (UCG) ở bể than Đồng bằng sông Hồng, tôi tìm thì anh ấy đã về hưu mất rồi. 6/ Trong số cán bộ KHKT tham gia “Chương trình nguyên tử” (bí mật) ngày xưa có nhiều người cũng được đào tạo về hóa công nghiệp, có nhiều kinh nghiệm, nhưng chương trình đã bị giải tán và họ nay cũng U80 cả rồi. Kính, Nguyễn Thanh Sơn

Đặt vấn đề

Về phía cơ quan quản lý: Ủy ban Nhân dân tỉnh Hà Tĩnh đã được Formosa mời đi khảo sát, và đã chứng kiến Formosa chỉ là một tập đoàn mạnh về nhựa, nhưng vẫn ưu tiên để Formosa triển khai đại dự án mang tính tổng hợp đa ngành (luyện coke, luyện gang, nấu thép, phát điện, dịch vụ cảng biển) lớn nhất trong lịch sử đầu tư nước ngoài tại Việt Nam. Đây là việc làm vô trách nhiệm của lãnh đạo tỉnh Hà Tĩnh. Lý do tại sao thì chỉ có những người trong cuộc như Võ Kim Cự mới trả lời được. Gần đây, trên VTV1, ông Võ Kim Cự đã chối tội là: “không lường hết được”. Dư luận có quyền đặt câu hỏi: một cán bộ cao cấp, chắc cũng được bổ nhiệm đúng quy trình, đã được luân chuyển tới nhiều vị trí công tác như ông Cự lại không “lường” được tác hại của việc “rước voi về dầy mả tổ” như vậy? Tại sao một đại biểu Quốc hội như ông Cự lại cố tình không chấp hành luật về đất đai?

Trong ngành khai khoáng và ở Hà Tĩnh, ai cũng biết, trước khi được bổ nhiệm làm lãnh đạo tỉnh, ông Võ Kim Cự đã có “thành tích” nổi bật là làm cho ngành khai thác titan ở Hà Tĩnh trở thành con số 0. Ngoài titan, ở Hà Tĩnh còn lại một nguồn tài nguyên khoáng sản đáng kể khác là mỏ sắt Thạch Khê. Sau khi được bổ nhiệm, chính ông Võ Kim Cự đã “rước” về một dự án gang-thép khổng lồ (“voi”), nhưng quặng sắt lại “chủ yếu được nhập khẩu từ thị trường quốc tế trước hết là Úc, Ấn Độ, Brazin…” về để dùng (tr.20 của Báo cáo đầu tư). Sai lầm này đang chính thức “khai tử” mỏ sắt Thạch Khê vừa mới được triển khai – niềm hy vọng cuối cùng của ngành thép Việt Nam.

Về phía chủ đầu tư: Như mọi người đều biết, từ khi thành lập đến nay, tập đoàn Formosa – công ty “mẹ” của Công ty TNHH Gang Thép Hưng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh (sau đây gọi tắt là Formosa) không phải là doanh nghiệp có năng lực/kinh nghiệm về gang thép. Tại sao Formosa lại bỗng nhiên “nhẩy” vào lĩnh vực gang thép vốn không phải thế mạnh của mình? và lại “nhẩy” vào ngay khi thị trường thép thế giới bắt đầu lao dốc? Nếu nghiêm túc, có trách nhiệm và không lừa đảo, không có doanh nghiệp nào đầu tư như Formosa Hà Tĩnh. Nhưng Formosa đã dám đầu tư, vì tập đoàn này đã lựa chọn ngành nghề đầu tư không bình thường và theo “thế mạnh cạnh tranh cốt lõi” của mình – đó là kinh doanh môi trường bẩn. Trong khi ngành thép thế giới (trong đó có Đài Loan) càng đang bị thu hẹp, những doanh nghiệp thiếu nghiêm túc sẽ càng nghĩ ngay đến việc tiết giảm chi phí về bảo vệ môi trường. Theo hướng này, Formosa đã chọn những công đoạn độc hại nhất trong chuỗi sản phẩm của thép để đưa vào Hà Tĩnh, đó là: luyện than thành coke và luyện quặng sắt thành gang. Một “mũi tên” Hà Tĩnh của Formosa đã trúng cả “ba đích” đó là: giảm thua lỗ, đưa ô nhiễm ra khỏi Đài Loan và duy trì được thị phần thép (trong bối cảnh khủng hoảng thừa của công nghiệp thép hiện nay).

Bản chất của dự án Formosa là dựa vào sự buông lỏng quản lý và sự ấu trĩ của UBND tỉnh Hà Tĩnh (đứng đầu là ông Võ Kim Cự), núp dưới tên gọi dự án rất “sạch” là “Khu liên hợp gang thép và cảng Sơn Dương” để nhập khẩu loại than rẻ tiền để luyện coke và nhập khẩu quặng sắt để luyện gang ở Hà Tĩnh. Đây chỉ là một dự án “lớn” về ô nhiễm, chứ hoàn toàn không phải là một dự án “lớn” về lợi ích mang lại cho Hà Tĩnh, và càng không phải là một dự án đáng được tồn tại lâu dài trên lãnh thổ Việt Nam tới 70 năm.

Công nghệ luyện than thành coke (thuộc lĩnh vực hóa-than) trên thế giới đã và đang để lại những khối lượng chất thải độc hại khổng lồ trên trái đất. Ở Việt Nam, chỉ riêng năm 2015, theo số liệu Hải quan Việt Nam, Formosa đã nhập khẩu gần 220 nghìn tấn than bitum từ Úc, Nga, Canada vào Hà Tĩnh để luyện coke. Như vậy, riêng năm 2015 tổng lượng chất thải (rắn, lỏng, khí) độc hại từ lò luyện coke của Formosa đã lên tới trên 50.000 tấn gồm xỉ than, khói than, bụi than, khí độc, nhựa than, dầu than. Trong đó, sẽ phải thải ra môi trường nhiều chất thải loại cực độc (lẽ ra phải chôn cất vì chưa có công nghệ xử lý).

Nguy cơ gây ô nhiễm của Formosa: Ngành luyện kim đen đã có lịch sử lâu đời hàng trăm năm. Chỉ có những người vô trách nhiệm mới không “lường hết” những nguy hại có thể mang đến cho môi trường sống từ những dự án như Formosa.

Công nghệ hóa than nói chung, và công nghệ luyện than thành coke nói riêng, được coi là rất độc hại về mặt môi trường. Ví dụ: giai đoạn 2008-2010, trong quá trình chuẩn bị triển khai thử nghiệm công nghệ khí hóa dưới lòng đất (ở Khoái Châu, Hưng Yên) khoảng 50.000 tấn than loại subbitum-B (theo chuẩn phân loại của Mỹ và có chất lượng thấp hơn loại than bitum do Formosa nhập khẩu vào Hà Tĩnh), TKV đã được phía đối tác (Công ty Linc Energy của Úc) yêu cầu lập đánh giá tác động môi trường (ĐTM) trong đó phải có giải pháp chôn cất (lưu giữ vĩnh viễn) khoảng 1200-1500 lít nhựa than cực độc – chất thải sau khi xử lý của công nghệ hóa than có chứa các cacbon hydro thơm nhiều vòng. Loại chất thải này luôn đồng hành với các quá trình khí hóa than, coke hóa than, hóa lỏng than hay sản xuất than hoa (dùng nướng thức ăn) từ gỗ. Giải pháp được phía đối tác Linc Energy tạm chấp nhận là chứa vào các thùng phi loại 200 lít để chôn cất và giám sát.

Bài viết “Những bất cập trong triển khai dự án Formosa Hà Tĩnh” đăng ngày 6/5/2016 tại địa chỉ http://boxitvn.blogspot.com/2016/05/nhung-bat-cap-trong-trien-khai-du.html đã lưu ý đến nguồn gốc ô nhiễm từ việc Formosa nhập khẩu than rẻ tiền vào Việt Nam để luyện coke. Sau đây chúng tôi xin giới thiệu cụ thể hơn về những nguy cơ ô nhiễm từ công nghệ luyện than thành coke (lò coke) và luyện quặng sắt thành gang (lò cao) như đang được Formosa áp dụng ở Hà Tĩnh.

Nội dung dưới đây còn góp phần làm rõ các câu hỏi đang được dư luận quan tâm như:

- Tại sao Formosa đã cố tình đưa chất thải ra chôn ở bên ngoài? Đó là những chất thải gì? Mức độ độc hại của chúng như thế nào?;

- Tại sao lại có những thùng phi chứa chất thải được một công ty môi trường đưa về tận miền trung du của Việt Nam để “xử lý”? Liệu công ty này có đổ hết xuống biển những thứ cực độc chứa trong các thùng phi đó hay không?; Và đặc biệt,

- Tại sao Formosa đã rất quyết tâm và gấp rút chuyển những công đoạn độc hại nhất của ngành gang-thép từ Đài Loan sang Vũng Áng?

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 các nguyên tố của Mendeleep. 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), CO₂, 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 được tổng hợp như sau:

Công đoạn	Môi trường bị ô nhiễm: tác nhân gây ô nhiễm chính
Vận chuyển quặng sắt, than, đá vôi	Không khí: bụi.
Nghiền quặng	Không khí: bụi, tiếng ồn
Tạo hạt cho quặng sắt	Không khí: bụi, CO2, SO2, NO2, HF, hydrocacbon; tiếng ồn
Luyện than thành coke	Không khí: bụi, CO2, NH3, SO2, NO2, H2S, hydrocacbon. Nước: SS, BOD, CN, NH3, phenol
Nung đá vôi	Không khí: bụi, NO2, SO2
Nghiền coke	Không khí: bụi coke
Luyện gang	Không khí: bụi, CO2, SO2, NO2, ZnO, hydrocacbon, tiếng ồn. Nước: SS, BOD, NH3, clorua các loại, xyanua các loại, sunfat các loại, cặn các loại.
Làm nguội gang	Không khí: H2S Nước: SS
Nghiền xỉ	Đất: xỉ lò cao
Xử lý sơ bộ gang	Đất: xỉ Không khí: bụi, tiếng ồn
Sản xuất thép	Không khí: bụi, Zn, CO2, SO2, NO2, HF, hydrocacbon. Nước: SS, BOD, clorua các loại. Đất: xỉ lò thép
Nấu chảy thép	Không khí: bụi, ồn. Đất: xỉ lò
Đúc, cán	Không khí: bụi, SO2, NO2, tiếng ồn. Nước: SS, dầu mỡ. Đất: cặn thải.
Nguồn: UNEP 1986

Trong một khu liên hợp gang thép, có hai nguồn gây ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng là lò luyện than thành coke (lò coke) và lò luyện quặng sắt + coke thành gang (lò cao). Các khâu tiếp theo (từ gang thành thép và từ thép thành các hợp kim v.v.) có nguy cơ ô nhiễm ít hơn. Vì vậy, trong khuôn khổ có hạn của bài báo, chúng tôi chỉ xin đề cập dưới đây đến các nguy cơ gây ô nhiễm của lò coke và lò cao.

Nguy cơ ô nhiễm từ lò luyện coke

Quá trình chế biến than thành coke được thực hiện trong lò luyện coke ở điều kiện nhiệt độ 1000^oC và không có ô xy. Kết quả thu được gồm sản phẩm chính là coke (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÷75^oC sẽ tạo thành đủ các loại chất thải: rắn (nhựa than đá), lỏng (nước chứa amoniac) và chất thải khí.

Cân bằng sản phẩm bình quân của lò luyện coke như sau: 1 tấn phối liệu (than) vào lò sẽ cho ra = 750÷800 kg coke sản phẩm + 320÷330 m³ khí thải + 33 kg nhựa than + 80 kg nước từ nhựa than + 11 kg benzene + 3 kg amoniac. Trong đó, khí thải của lò coke có nhiệt năng tương đối cao, bình quân >17 MJ/m³, vì vậy, ở các dự án có công nghệ tiên tiến, khí thải này có thể được sử dụng để phát điện bằng tuabin khí.

Vì vậy, các lò luyện coke được coi là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng nhất và đa dạng nhất. 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 (rắn + lỏng + khí) của lò luyện coke thải ra môi trường vẫn rất lớn (bình quân khoảng 5÷6 kg/tấn coke) và rất độc hại. Cụ thể như sau:

Chất thải rắn của lò coke: Chủ yếu là nhựa than. Dưới tác dụng của các nhiệt độ khác nhau (xẩy ra trong quá trình vận hành của lò coke) nhựa than sẽ tạo thành các chất thải khác nhau dưới dạng dầu, gồm:

- ở nhiệt độ <170^oC: dầu nhẹ có chứa các vòng carbon hydro thơm (benzene-C₆H₆, toluen- C₆H₅CH₃, các axit) và các chất khác;

- ở nhiệt độ 170÷230^oC: dầu trung bình nhẹ có chứa phenol, naptalin anthrasen, phenaren;

- ở nhiệt độ 230÷270^oC: dầu nặng có chứa naptalin, các chất đồng đẳng của naptalin và các chất khác.

Các chất thải dạng khí của lò coke:

Khói của lò luyện coke có chứa các thành phần: bụi, sunfua dioxide (SO₂), carbon dioxide (CO₂), hydro sunfua (H₂S), các oxides nitơ (NO_x), cyanides (CN^- xyanua), amoniac (NH₃), phenol (C₆H₆O), các nhựa than, benzene, và các chất nhiều vòng thơm của carbon hydro (C_nH_2n+2 trong đó cực độc là các chất 3, 4 benzpiren). Hàm lượng SO₂ trong khói lò luyện coke 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 coke.

Trong khí thải từ lò luyện coke đã qua bộ lọc có chứa dung dịch amoniac (với hàm lượng khoảng 0,02÷0,03 g/m³), các chất nhựa than (0,04÷0,06 g/m³), các oxide nitơ – NO_x. Tổng hàm lượng các chất thải này khoảng 0,15÷0,18 g/m³, và lượng thải bình quân của chúng khoảng 200g/tấn coke.

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 coke 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 coke.

Ngoài ra, trong khu vực xung quanh lò luyện coke còn có nhiều nguồn gây ô nhiễm khác như các quá trình nạp liệu vào lò; tháo coke và dập cháy coke; nung nóng lò luyện coke v.v. Lượng bụi phát sinh từ các khâu này bình quân khoảng 0,4kg/tấn coke.

Đặc điểm của lò luyện coke 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, CO₂, 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 coke 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 coke 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 coke:

Hydrocarbons	Vòng thơm	Hydrocarbons	Vòng thơm
Naptalin C10H8		Fenantren C14H10
Antraxen C14H10		Chrizen C18H12
Tetraxen C18H12		Piren C16H10
Pentanxen C22H14		Коronen C24H12
Trifenylen C18H12		Ovalen C32H14
Benzantraxen C18H12		Benzpiren C20H12
Keculen C48H24		Коranulen C20H10

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 có thể xâm nhập vào cơ thể con người thông qua các đường ăn, uống, và hô hấp. Theo qui định của EC (quy chế EC 1881/2006), hàm lượng các chất nhiều vòng thơm này trong thực phẩm nướng, sấy, khô (thịt, cá và đồ biển) không được vượt quá 5*10^-9 gam/kg thực phẩm tươi.

Một ví dụ khác: theo tiêu chuẩn của Liên bang Nga (ГН 2.1.6.695-98 và ГН 2.1.6.1338-03), nồng độ tối đa cho phép của C₂₀H₁₂ chứa trong không khí là 0,1 micro gram/100m³= 10⁻⁹g/m³.

Chất thải lỏng từ lò luyện coke: 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 coke 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, nước gom từ lò luyện coke phải được tái sử dụng (tới 95÷97%) để dập cháy coke, và chỉ còn 3÷5% được thải ra ngoài.

Thông thường, sau khi được xử lý, chất thải từ các lò luyện coke 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 coke 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 coke 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 coke 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 coke 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 (đầu ra) chính của lò cao là gang, sản phẩm phụ thu được gồm xỉ và khí lò cao. Nguyên liệu đầu vào của lò cao là quặng sắt, coke, không khí. Khí lò cao khi thoát ra có nhiệt độ khoảng 300÷350^oC, có nhiệt năng khoảng 3,96MJ/m³ và có khối lượng rất lớn. Bình quân 3400m³ khí lò cao/tấn coke cháy, hay 3880m³/tấn coke ẩm, hay 4000m³/tấn coke khô (tương đương với 2000÷2500m³/tấn gang). Khí lò cao khi thoát ra khỏi lò sẽ mang theo bụi lẫn vào phối liệu trong quá trình nghiền (chủ yếu là bụi coke) 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 CO₂ 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; CO₂ – 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:

Dung tích lò, m3	Công suất lò, tấn/ngày đêm	Khối lượng chất thải, kg/tấn gang
Bụi	CO2	SO2
1033	1720	0,7	1,1	0,165
1513	2520	0,6	0,95	0,15
2000	4350	0,5	0,85	0,13
2700	5500	0,4	0,70	0,115
5000	11500	0,4	0,70	0,11

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:

Cỡ hạt, micron	200	200÷100	100÷60	60÷20	20÷10	10÷1
Khối lượng, %	34.5	12.3	19.0	25	7.5	1.7

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 bunke 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; CO₂ – 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 coke, hay cho vòi đốt của bộ sấy không khí của lò cao v.v.). Khi lò cao được vận hành với áp suất lên miệng lò lớn, nồng độ các chất cháy được lẫn trong bụi đạt 50÷60 g/m³ bụi (khi vận hành với áp suất bình thường, nồng độ này đạt 15÷20g/m³) 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.

Tầng lọc đầu tiên là các bộ khử bụi khô có đường kính 5÷8m. Ở tầng lọc này, nhờ lực trọng trường và lực quán tính (xuất hiện khi luồng khí lò được quay 180 độ), các hạt bụi >50µm sẽ được giữ lại tới 70÷90% và được đưa ra ngoài bằng băng tải vít có thấm nước. Nồng độ bụi còn lại không vượt quá 3÷10 g/m³.

Tầng lọc thứ hai là lọc ướt. Tại đây, các hạt bụi có kích thước >20µm và khí sẽ được lọc đến nồng độ 0,6÷1,6 g/m³. Sau đó, việc lọc tinh tiếp sẽ được thực hiện trong các máy lọc ướt dạng Venture (khí lò cao có tốc độ 1÷2m/s và với lưu lượng nước tiêu hao 3÷6kg/m³ khí). Qua tầng lọc này, nhiệt độ của khí sẽ giảm từ 250÷300^oC xuống còn 40÷50^oC và được ngậm nước hoàn toàn. Hiệu suất lọc ở đây khoảng 60÷70%. Vì vậy, khí lò cao được lọc tiếp và triệt để ở tầng thứ ba cũng trong các máy lọc dạng ướt Venture, nhưng với tốc độ của khí 50÷80 m/s và với lưu lượng tiêu hao nước 0,2 kg/m³.

Việc lọc khí lò cao có chứa dưới 10mg/m³ bụi sẽ được thực hiện trong các máy lọc cấp 1 (lọc tinh) để có thể sử dụng cho phát điện bằng công nghệ tuabin khí không có máy ép. Vì vậy, phụ thuộc vào khả năng tận dụng khí lò cao để phát điện bằng tuabin khí, người ta thường phân thành 2 sơ đồ lọc khí lò cao như sau:

1. Khí lò cao => Lọc bụi khô => lọc vòi => lọc ống => khử nước => lọc van bướm => khử nước => khí sạch cho bộ sấy không khí lò cao.

2. Khí lò cao => lọc bụi khô => lọc vòi => lọc ống => khử nước => lọc ướt => khí sạch cho phát điện bằng tubin khí.

Chi phí cho khâu xử lý (làm sạch) bụi và khí lò cao thường chiếm khoảng 15÷20% tổng chi phí đầu tư của phân xưởng lò cao.

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 (lò Mác-tanh, lò chuyển-lò thổi converter, lò điện); xỉ lò đúc hợp kim; v.v. Trong đó, xỉ lò cao chiếm tỷ lệ lớn nhất (khoảng 0,6÷0,7 tấn xỉ/tấn gang). Trong quá trình luyện thép, lượng xỉ thải ra ít hơn (bằng lò Mác-tanh 0,2÷0,3 tấn/tấn; lò điện 0,04÷0,1 tấn/tấn). Lượng thải xỉ của quá trình đúc hợp kim không đáng kể.

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%).

Thành phần hóa học của xỉ có ảnh hưởng quyết định trước hết đến các qui trình công nghệ (chất lượng) của sản phẩm, và sau đó, ảnh hưởng đến đặc tính độc hại hay khả năng xử lý/tái sử dụng của xỉ. Ví dụ, ở nhiệt độ cao (>1300^oC) thành phần CaO sẽ làm giảm độ chảy (nhớt) của hợp kim, và ngược lại, ở nhiệt độ thấp – lại làm tăng đáng kể độ nhớt.

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) v.v. Sự phân hủy các khoáng chất này sẽ xẩy ra trong các điều kiện khác nhau và do đó, chúng có những tác hại khác nhau đến môi trường xung quanh.

Thành phần của xỉ lò luyện thép thường phức tạp hơn so với xỉ lò cao vì các ô xít sắt, ô xít mangan và lưu huỳnh thường tạo ra các dung dịch của các chất rắn chứa các khoáng chất nằm trong các pha độc lập (các hợp chất của sắt, lưu huỳnh và mangan). Khi được thải ra, trong quá trình làm lạnh từ từ, ngoài việc tạo ra các khoáng chất, xỉ lò còn bị chuyển hóa đa dạng dẫn đến phân rã và tự vón cục thành dạng hạt (hay bột). Quá trình này dẫn đến những thay đổi (chuyển hóa) về thành phần của xỉ. Ví dụ, thành phần silicat là kết quả phân rã/chuyển hóa của P-2CaOSiO₂ thành Y-2CaOSiO₂ ở nhiệt độ 525^oC. Quá trình này làm tăng khối lượng của xỉ thêm 10% và sẽ xẩy ra khi thành phần CaO trong xỉ vượt quá 44÷46%. Trong thực tế, người ta có thể khống chế quá trình này bằng cách làm nguội xỉ đột ngột và bằng cách tạo hạt cho xỉ. Đối với lò luyện gang, khi thành phần FeO lớn hơn 3%, và thành phần lưu huỳnh sulphat lớn hơn 1% thì xỉ cũng bị phân rã/chuyển hóa. Việc đổ thải xỉ ra có thể thực hiện được bằng cách thủy hóa các thành phần CaO và MgO.

Trong tất cả các xỉ thải ra từ quá trình luyện kim, ngoài các sản phẩm của quá trình tinh thể hóa còn có chứa pha thủy tinh với khối lượng nhất định. Khi được thải ra bãi chứa và được làm nguội từ từ, thành phần pha thủy tinh trong xỉ không đáng kể, nhưng trong xỉ đóng hạt của lò cao thành phần này có thể lên tới 98%. Thủy tinh là pha không bền nhiệt, có ảnh hưởng lớn đến độ hoạt hóa của xỉ. Thực tế cho thấy, xỉ chứa pha thủy tinh sẽ tác động với nước mạnh hơn các tinh thể của khoáng vật khác. Trong các dạng xỉ thải ra từ các dự án luyện thép, xỉ lò cao được ứng dụng rộng rãi để sản xuất ra các loại vật liệu xây dựng vì có tỷ trọng lớn, có thành phần gần với thành phần của các hỗn hợp trong sản xuất xi măng và vì khi được làm nguội nhanh, xỉ lò cao sẽ có tính thủy hóa cao.

Về bản chất, xỉ lò cao là sản phẩm được tạo ra trong quá trình phản ứng của carbonat canxi và ma nhê với quặng sắt và với tro của coke. Vì vậy, quặng sắt và coke của các dự án khác nhau sẽ tạo ra các loại xỉ lò cao có thành phần khác nhau. Mặc dù vậy, phương pháp xử lý xỉ lò cao được áp dụng rộng rãi nhất là phương pháp tạo hạt. Bản chất của phương pháp tạo hạt là làm nguội hỗn hợp xỉ đột ngột bằng nước (hay hơi nước, hoặc không khí) để tạo ra các hạt có kích thước <10mm. Có 2 phương pháp tạo hạt: khô và ướt.

Phương pháp “ướt” là làm lạnh xỉ nóng chảy đột ngột trong các bể bê tông cốt thép chứa nước dung tích đến 800m³ và phân rã chúng bằng hơi nước được tạo ra và bằng các chất khí thoát ra từ quá trình nung chảy. Phương pháp này có ưu điểm đơn giản về thiết bị, năng suất cao, ít nặng nhọc. Nhưng các hạt xỉ có độ ẩm cao (10÷30%) dễ bị kết dính, làm tăng chi phí vận chuyển và tăng chi phí làm khô. Phương pháp tạo hạt có hiệu quả nhất là “nửa khô”: kết hợp việc làm nguội xỉ ban đầu bằng nước, sau đó bằng không khí. Khi đó, độ ẩm của xỉ kết hạt giảm xuống chỉ còn 4÷7%.

Ở hầu hết các nước, người ta thường xử lý xỉ lò cao bằng cách tạo hạt để làm nguyên liệu sản xuất các sản phẩm như: xi măng porlan, chất kết dính không có clinker, bê tông xỉ kiềm tính, bông khoáng chất, và các vật liệu phối trộn cho xi măng và bê tông nhựa (atphan).

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) như sau:

Nhóm 1 (cực độc): acsen (thạch ngân); 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:

Kim loại nặng	Không khí, mg/m3	Nước, mg/lít	Đất, mg/kg
Chì	0,003	0,03	6,0
Cadimi	0,003	0,001	2,0
Đồng	0,001	1,0	3,0
Kẽm	0,050	1,0	23,0
Thủy ngân	0,003	0,0005	Không cho phép

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 coke và luyện quặng sắt + coke thành gang rất lớn, đa dạng, rất khó xử lý và đặc biệt, rất khó quản lý.

Kết luận và kiến nghị

Dự án gang-thép Formosa Hà Tĩnh về bản chất công nghệ, thuộc loại những dự án rất “bẩn” về môi trường. Trên thế giới, các nước đang tìm mọi cách đẩy ra khỏi biên giới của mình các dự án về luyện kim vì vấn đề xử lý chất thải rất tốn kém, không hiệu quả về kinh tế. Ở Hà Tĩnh, Formosa đã và đang “ký hợp đồng” với các “doanh nghiệp môi trường” Việt Nam đưa chất thải từ dự án ra “chôn cất” ở bên ngoài là một hành vi không nghiêm túc và vô trách nhiệm.

Sự có mặt của Formosa ở Hà Tĩnh sẽ làm cho dự án sắt Thạch Khê của Việt Nam sẽ sớm phải đóng cửa và làm cho ngành gang-thép của Việt Nam ngày càng khó tồn tại, càng không thể cạnh tranh phát triển được. Mặc dù diện tích chiếm đất rất lớn, sự lan tỏa của dự án rất thấp, lợi ích mang lại của dự án hầu như không có. 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). Đồng thời Chính phủ cũng nên xem xét lại chủ trương đầu tư vào dự án sắt Thạch Khê để tránh không lặp lại bài học chưa thuộc 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. Chi phí cơ hội của cảng biển Sơn Dương rất lớn. Hiện Việt Nam còn đang lúng túng trong việc xây dựng cảng trung chuyển để cung cấp than cho các dự án nhiệt điện từ miền Trung trở vào. Các phương án được đối tác JICA và Sumitomo của Nhật đưa ra về cảng nhập khẩu than đều có tổng mức đầu tư thấp nhất 2,070÷2,389 tỷ USD. Việc sử dụng cảng biển Sơn Dương phục vụ cho mục đích an ninh năng lượng này là rất cấp thiết và sẽ mang lại lợi ích trực tiếp cho nền kinh tế.

N.T.S.

__________

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/

Tác giả gửi BVN.