Crom (Cr) là một kim loại chuyển tiếp được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhờ các đặc tính mong muốn như độ cứng, khả năng chống ăn mòn và vẻ ngoài sáng bóng. Các ứng dụng phổ biến bao gồm mạ Crom (Cr plating), sản xuất thép không gỉ và các hợp kim đặc biệt, sản xuất hóa chất Crom, thuộc da, sản xuất bột màu và gốm sứ.

Tuy nhiên, trong nhiều quy trình công nghiệp, Crom có thể bay hơi hoặc tạo thành các hạt bụi/aerosol rất mịn, phát tán vào không khí dưới dạng hơi Crom hoặc các hợp chất Crom, đặc biệt là ở trạng thái hóa trị VI (Cr(VI)). Các hợp chất Crom hóa trị VI được biết đến là chất cực độc, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường. Do đó, việc kiểm soát và xử lý hiệu quả hơi Crom và các hợp chất Crom trong khí thải là một yêu cầu bắt buộc và cấp thiết.

Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn toàn diện về vấn đề hơi Crom trong khí thải công nghiệp, bao gồm nguồn gốc phát sinh, các dạng tồn tại, độc tính, các quy định kiểm soát (tham chiếu QCVN 19:2024/BTNMT) và đi sâu vào các công nghệ xử lý hơi Crom và hợp chất Crom hiệu quả nhất hiện nay.

Mục lục bài viết

1. Nguồn gốc Phát sinh và Các Dạng Tồn tại của Crom trong Khí thải

Crom có thể tồn tại ở nhiều trạng thái hóa trị khác nhau, nhưng trong môi trường công nghiệp, hai dạng phổ biến và quan trọng nhất là Crom hóa trị III (Cr(III)) và Crom hóa trị VI (Cr(VI)). Sự khác biệt về trạng thái hóa trị này quyết định đáng kể độc tính và tính chất hóa học của chúng.

Cr(III): Thường tồn tại dưới dạng các oxit (Cr2O3), hydroxide (Cr(OH)3) hoặc các muối không tan trong nước. Cr(III) là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể con người (ở liều lượng rất nhỏ), và các hợp chất Cr(III) nhìn chung ít độc hơn nhiều so với Cr(VI).
Cr(VI): Thường tồn tại dưới dạng các anion oxy hóa mạnh như Cromat (CrO42−) và Dicromat (Cr2O72−). Các hợp chất Cr(VI) thường tan tốt trong nước và có khả năng di chuyển cao trong môi trường. Cr(VI) là dạng độc hại nhất của Crom.

Các nguồn phát sinh hơi Crom và hợp chất Crom trong khí thải công nghiệp bao gồm:

Công nghiệp mạ Crom: Đây là nguồn phát thải hơi Crom (dưới dạng aerosol của axit Cromic – H2CrO4 và các hợp chất Cr(VI) khác) đáng kể nhất. Trong quá trình mạ Crom cứng hoặc mạ trang trí, dòng điện chạy qua bể mạ chứa dung dịch Cromat tạo ra bọt khí ở cực âm và cực dương. Khi các bọt khí này vỡ ra trên bề mặt dung dịch, chúng cuốn theo các hạt mịn của dung dịch mạ (aerosol), chứa nồng độ cao Cr(VI), bay vào không khí. Nhiệt độ bể mạ và mật độ dòng điện càng cao thì lượng aerosol Cr(VI) phát sinh càng lớn.
Sản xuất thép không gỉ và các hợp kim Crom: Các quá trình luyện kim ở nhiệt độ cao liên quan đến Crom có thể tạo ra hơi oxit Crom. Đặc biệt, khi hàn thép không gỉ, Crom trong thép bị oxy hóa và bay hơi, tạo thành các hạt bụi hàn chứa Crom, bao gồm cả Cr(III) và một lượng đáng kể Cr(VI).
Sản xuất hóa chất Crom: Các nhà máy sản xuất Cromat, Dicromat và các hợp chất Crom khác là nguồn tiềm tàng phát thải hơi và bụi chứa Crom.
Công nghiệp thuộc da: Sử dụng muối Crom (thường là Cr(III)) để thuộc da. Một số công đoạn có thể phát sinh bụi chứa Cr(III).
Công nghiệp sản xuất bột màu và gốm sứ: Sử dụng hợp chất Crom làm chất tạo màu, có thể phát sinh bụi chứa Crom trong các công đoạn nghiền, trộn, nung.
Lò đốt chất thải: Nếu chất thải chứa Crom được đốt, Crom có thể chuyển hóa và phát tán vào khí thải dưới dạng hơi hoặc hạt.

Trong khí thải, Crom có thể tồn tại ở các dạng vật lý và hóa học khác nhau:

Hạt rắn (Particulate Chromium): Các hạt bụi chứa Crom, chủ yếu là oxit và muối Crom. Kích thước hạt có thể từ sub-micromet đến vài chục micromet.
Hơi/Aerosol (Vapor/Aerosol Chromium): Các hạt rất mịn lơ lửng trong khí (aerosol) hoặc dạng khí thực sự (hơi). Nổi bật nhất là aerosol của axit Cromic từ quá trình mạ.
Dạng khí (Gaseous Chromium): Ít phổ biến hơn ở nhiệt độ thấp, nhưng một số hợp chất hữu cơ Crom dễ bay hơi có thể tồn tại.

Điều quan trọng cần lưu ý là các hợp chất Cr(III) ở nhiệt độ cao (như trong quá trình hàn hoặc đốt) có thể bị oxy hóa thành Cr(VI), làm tăng nguy cơ độc hại của khí thải.

2. Tác động của Hơi Crom và Hợp chất Crom

Hơi Crom và các hợp chất Crom, đặc biệt là Cr(VI), có tác động tiêu cực nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường.

Tác động đến Sức khỏe con người:

Cr(VI): Là chất gây ung thư được xác nhận bởi nhiều tổ chức y tế quốc tế (IARC xếp vào Nhóm 1). Hít phải các hạt hoặc aerosol chứa Cr(VI) có thể gây ung thư phổi, ung thư xoang mũi và ung thư thanh quản. Tiếp xúc qua da có thể gây viêm da tiếp xúc dị ứng (chàm Crom) và loét da (“lỗ Crom”). Nuốt phải Cr(VI) có thể gây tổn thương đường tiêu hóa, tổn thương gan, thận và hệ thần kinh. Cr(VI) cũng gây kích ứng mạnh cho mắt và đường hô hấp.
Cr(III): Nhìn chung ít độc hơn và ít có khả năng hấp thụ qua da và đường tiêu hóa. Tuy nhiên, hít phải bụi chứa Cr(III) ở nồng độ cao có thể gây kích ứng đường hô hấp. Cr(III) không được phân loại là chất gây ung thư.

Tác động đến Môi trường:

Ô nhiễm không khí: Phát tán hơi và bụi Crom gây ô nhiễm không khí cục bộ và có thể lan rộng, ảnh hưởng đến chất lượng không khí xung quanh khu vực công nghiệp.
Ô nhiễm đất và nước: Crom lắng đọng từ không khí có thể gây ô nhiễm đất và nước bề mặt. Các hợp chất Cr(VI) tan trong nước và di động cao, dễ dàng thấm xuống nguồn nước ngầm, gây khó khăn lớn cho việc xử lý. Cr(VI) độc hại đối với sinh vật dưới nước và thực vật.

3. Các Quy định và Tiêu chuẩn kiểm soát

Để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường, nhiều quốc gia đã ban hành các quy định nghiêm ngặt về nồng độ Crom trong khí thải và môi trường làm việc. Tại Việt Nam, QCVN 19:2024/BTNMT quy định giá trị giới hạn cho phép của Crom (Cr) và hợp chất Cr (tính theo Cr) trong khí thải công nghiệp khi xả thải ra môi trường không khí.

Theo Bảng 2 của QCVN 19:2024/BTNMT, thông số Crom (Cr) và hợp chất Cr (tính theo Cr) có giới hạn cho phép áp dụng cho các “Thiết bị sản xuất và đúc sắt, thép, gang; sản xuất và đúc kim loại màu; sản xuất sản phẩm từ kim loại đúc sẵn” và “Các thiết bị xả thải khác”.

Đối với lò thiêu kết, máy thiêu kết (Sinter) trong sản xuất sắt, thép: ≤1mg/Nm3 (Cột A), ≤2mg/Nm3 (Cột B), ≤2.5mg/Nm3 (Cột C).
Đối với lò cao (BF) trong sản xuất sắt, thép: ≤1mg/Nm3 (Cột A), ≤2mg/Nm3 (Cột B), ≤2.5mg/Nm3 (Cột C).
Đối với lò điện hồ quang (EAF), lò điện cảm ứng, lò chuyển thổi oxy, lò tinh luyện, lò nung chảy trong sản xuất sắt, thép: ≤1mg/Nm3 (Cột A), ≤2mg/Nm3 (Cột B), ≤2.5mg/Nm3 (Cột C).
Đối với các thiết bị xả thải khác (trừ đốt chất thải và đồng xử lý chất thải được tính theo tổng kim loại): ≤0,5mg/Nm3 (Cột A), ≤1mg/Nm3 (Cột B), ≤2mg/Nm3 (Cột C).

Các giá trị này tính theo tổng Crom (bao gồm cả Cr(III) và Cr(VI)). Tuy nhiên, do Cr(VI) độc hại hơn nhiều, nhiều quy định quốc tế còn có giới hạn riêng và nghiêm ngặt hơn cho Cr(VI). Việc tuân thủ QCVN 19:2024/BTNMT đòi hỏi các cơ sở phát sinh khí thải chứa Crom phải có hệ thống xử lý hiệu quả để đưa nồng độ tổng Crom về dưới mức cho phép, đồng thời cần đặc biệt quan tâm đến việc kiểm soát phát thải Cr(VI).

4. Các Công nghệ Xử lý Hơi Crom và Hợp chất Crom

Xử lý hơi Crom và hợp chất Crom trong khí thải đòi hỏi các công nghệ chuyên biệt, đặc biệt hiệu quả với cả dạng hạt mịn và dạng aerosol/hơi, đồng thời có khả năng xử lý dạng độc hại nhất là Cr(VI). Các biện pháp kiểm soát và xử lý có thể bao gồm:

Kiểm soát tại nguồn và Giảm thiểu phát sinh:

- Công nghiệp mạ Crom:
  - Sử dụng chất làm giảm sương (Mist Suppressants): Thêm các chất hoạt động bề mặt vào bể mạ để tạo thành một lớp màng mỏng trên bề mặt dung dịch, giúp giảm sự vỡ bọt khí và lượng aerosol phát sinh.
  - Giảm nhiệt độ bể mạ và mật độ dòng điện: Nếu quy trình cho phép, điều chỉnh các thông số này có thể giảm lượng hơi và aerosol Crom bay lên.
  - Sử dụng công nghệ mạ Crom hóa trị III: Chuyển đổi từ mạ Crom Cr(VI) sang mạ Crom Cr(III) ít độc hại hơn. Tuy nhiên, công nghệ này có thể có những hạn chế về đặc tính lớp mạ đối với một số ứng dụng.
- Công nghiệp hàn: Tối ưu hóa quy trình hàn, sử dụng vật liệu phụ gia có hàm lượng Crom thấp (nếu có thể), và áp dụng hệ thống hút bụi cục bộ hiệu quả (đã đề cập trong bài viết về xử lý bụi hàn).
- Các quy trình nhiệt độ cao: Tối ưu hóa điều kiện vận hành để giảm sự bay hơi của Crom.

Thu gom và Giới hạn Phát tán:

- Hệ thống hút bụi/hút khí cục bộ (LEV): Sử dụng các chụp hút, vòi hút hoặc bàn hút được thiết kế phù hợp để thu gom hiệu quả khí thải và aerosol ngay tại điểm phát sinh (ví dụ: trên bề mặt bể mạ, khu vực hàn).
- Che chắn và bao kín: Bao kín các nguồn phát sinh (bể mạ, khu vực lò nung) và hút khí từ không gian kín đó.

Xử lý Khí thải (Air Treatment Technologies): Sau khi được thu gom, khí thải chứa Crom cần được xử lý để loại bỏ các chất ô nhiễm.

- Hấp thụ bằng dung dịch (Wet Scrubbing): Đây là công nghệ phổ biến và hiệu quả nhất để xử lý hơi Crom và aerosol Cr(VI), cũng như thu giữ các hạt bụi chứa Crom. Khí thải được cho tiếp xúc với dung dịch hấp thụ trong các thiết bị như tháp đệm, tháp đĩa, hoặc venturi scrubber.
  - Dung dịch hấp thụ: Thường sử dụng dung dịch nước có pH kiềm hoặc axit.
    - Hấp thụ axit Cromic: Aerosol axit Cromic tan tốt trong nước. Để tăng hiệu quả thu hồi Cr(VI) và ngăn chặn sự bay hơi của nó, dung dịch hấp thụ thường được giữ ở pH kiềm nhẹ (ví dụ: dùng NaOH). Cr(VI) tồn tại dưới dạng ion hòa tan.
    - Xử lý các khí/hơi khác: Scrubber cũng có thể loại bỏ các khí độc khác có mặt trong khí thải (ví dụ: HCl, HF) bằng dung dịch kiềm.
  - Kết hợp Khử Cr(VI): Để giảm độc tính và tạo điều kiện cho việc xử lý nước thải sau này, Cr(VI) hòa tan trong dung dịch scrubber thường được khử thành Cr(III) ngay trong hoặc sau scrubber. Chất khử phổ biến là Natri Bisulfit (NaHSO3) hoặc Ferrous Sulfate (FeSO4). 2CrO42−+3NaHSO3+5H+→2Cr3++3SO42−+5Na++H2O CrO42−+3Fe2++8H+→Cr3++3Fe3++4H2O
  - Ưu điểm của Wet Scrubbing: Hiệu quả cao với cả dạng aerosol và một phần dạng hạt, có khả năng xử lý đồng thời nhiều chất ô nhiễm (khí, bụi, aerosol), chịu được nhiệt độ và độ ẩm cao.
  - Nhược điểm: Tạo ra dòng thải lỏng chứa Crom cần xử lý (blowdown), chi phí vận hành (năng lượng bơm, hóa chất), nguy cơ ăn mòn thiết bị.
- Thiết bị lọc khô (Dry Filters / Bag Filters / Cartridge Filters): Hiệu quả cao trong việc thu giữ các hạt bụi chứa Crom.
  - Ưu điểm: Hiệu quả cao với dạng hạt rắn, không tạo ra dòng thải lỏng.
  - Nhược điểm: Không hiệu quả với dạng hơi/aerosol (đặc biệt là aerosol axit Cromic từ mạ), vật liệu lọc cần thay thế định kỳ và xử lý như chất thải nguy hại. Thường được sử dụng kết hợp với scrubber hoặc cho các nguồn phát thải chủ yếu là bụi.
- Thiết bị lọc tĩnh điện (ESP): Có khả năng thu giữ các hạt bụi rất mịn, bao gồm cả bụi chứa Crom.
  - Ưu điểm: Hiệu quả cao với dạng hạt, tổn thất áp suất thấp.
  - Nhược điểm: Kém hiệu quả với dạng hơi/aerosol, nhạy cảm với tính chất điện của bụi, cần làm sạch định kỳ, không xử lý được khí độc. Ít phổ biến hơn Wet Scrubber cho xử lý hơi Crom từ mạ.
- Hấp phụ (Adsorption): Sử dụng các vật liệu hấp phụ (như than hoạt tính, vật liệu tổng hợp có tẩm hóa chất) để thu giữ Crom dạng khí hoặc hơi.
  - Ưu điểm: Có thể hiệu quả cho nồng độ rất thấp hoặc các dạng khí cụ thể.
  - Nhược điểm: Kém hiệu quả với dạng hạt và aerosol, vật liệu hấp phụ cần được tái sinh hoặc xử lý sau khi bão hòa, chi phí cao. Ít được sử dụng độc lập cho xử lý hơi Crom quy mô lớn.

Xử lý Nước thải chứa Crom: Dòng thải lỏng từ scrubber (blowdown) chứa Crom hòa tan, chủ yếu là Cr(VI) nếu chưa được khử hoặc hỗn hợp Cr(VI)/Cr(III). Việc xử lý nước thải này là bắt buộc trước khi xả thải. Quy trình xử lý nước thải chứa Crom thường bao gồm:

Khử Cr(VI) về Cr(III): Sử dụng chất khử (như NaHSO3, FeSO4) trong môi trường axit (pH 2-3).
Kết tủa Cr(III): Nâng pH lên mức kiềm (pH 8-9) bằng NaOH hoặc vôi để kết tủa Cr(III) dưới dạng hydroxide Crom (Cr(OH)3) không tan.
Lắng và Lọc: Tách bùn chứa Cr(OH)3 bằng phương pháp lắng và lọc.
Xử lý bùn: Bùn chứa Crom là chất thải nguy hại và cần được xử lý theo quy định (ví dụ: hóa rắn, chôn lấp an toàn).

5. Hệ thống Xử lý Tích hợp

Đối với các nguồn phát thải hơi Crom đáng kể như công nghiệp mạ, hệ thống xử lý tích hợp thường là giải pháp hiệu quả nhất, kết hợp thu gom tại nguồn và xử lý bằng scrubber. Cấu hình điển hình bao gồm:

Hệ thống hút cục bộ: Các chụp hút được lắp đặt xung quanh mép bể mạ để thu gom aerosol.
Hệ thống đường ống và quạt hút: Vận chuyển dòng khí và aerosol đến thiết bị xử lý. Vật liệu đường ống cần chống ăn mòn (nhựa PVC, PP, FRP).
Thiết bị Wet Scrubber: Thường là tháp đệm hoặc tháp phun, sử dụng nước hoặc dung dịch kiềm loãng để hấp thụ hơi và aerosol axit Cromic.
Thiết bị tách giọt (Mist Eliminator): Lắp đặt sau scrubber để loại bỏ các giọt lỏng nhỏ bị cuốn theo dòng khí, ngăn chặn chúng thoát ra ngoài.
Hệ thống tuần hoàn dung dịch hấp thụ: Tuần hoàn dung dịch từ đáy scrubber lên đỉnh tháp.
Hệ thống châm hóa chất: Bổ sung nước và kiềm/axit để duy trì pH và nồng độ chất hấp thụ. Nếu thực hiện khử Cr(VI) trong scrubber, cần châm thêm chất khử và kiểm soát pH.
Hệ thống xử lý nước thải (Blowdown Treatment): Xử lý một phần dung dịch tuần hoàn (blowdown) để loại bỏ Crom và các tạp chất tích tụ, giữ cho hiệu quả hấp thụ của scrubber ổn định.

Đối với các nguồn phát thải bụi chứa Crom (ví dụ: từ hàn, mài), hệ thống hút bụi cục bộ kết hợp với lọc túi vải hoặc cartridge filter thường là phù hợp. Trong trường hợp cả bụi và hơi/aerosol đều phát sinh, việc kết hợp lọc bụi và scrubber có thể được xem xét.

6. Giám sát và Kiểm soát

Giám sát nồng độ Crom trong khí thải và môi trường làm việc là rất quan trọng:

Giám sát khí thải: Đo nồng độ tổng Crom (Cr) trong khí thải sau hệ thống xử lý theo tần suất quy định của QCVN 19:2024/BTNMT. Cần tuân thủ các phương pháp lấy mẫu và phân tích được quy định trong Phụ lục 1 của Quy chuẩn (ví dụ: TCVN 11311:2016, US EPA Method 29, TCVN 7557-1:2005).
Giám sát môi trường làm việc: Đo nồng độ tổng Crom và đặc biệt là Cr(VI) trong không khí khu vực làm việc để đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn về vệ sinh lao động.
Giám sát nước thải: Kiểm tra nồng độ tổng Crom và Cr(VI) trong nước thải sau xử lý trước khi xả ra môi trường.

7. Những Thách thức trong Xử lý Hơi Crom

Độc tính cao của Cr(VI): Yêu cầu hiệu quả xử lý rất cao để đạt được nồng độ phát thải rất thấp.
Xử lý nước thải chứa Crom: Nước thải từ các hệ thống xử lý khí và nước thải công nghiệp chứa Crom là chất thải nguy hại, đòi hỏi quy trình xử lý phức tạp và chi phí cao để loại bỏ Crom đến mức an toàn và quản lý bùn thải chứa Crom.
Ăn mòn thiết bị: Axit Cromic và các hóa chất khác được sử dụng trong quy trình mạ và xử lý khí có tính ăn mòn cao, đòi hỏi vật liệu chế tạo thiết bị phải kháng ăn mòn tốt.
Kiểm soát dạng tồn tại: Hiệu quả xử lý có thể khác nhau đối với Crom dạng hạt, dạng hơi và aerosol. Cần lựa chọn công nghệ phù hợp với dạng tồn tại chủ yếu của Crom trong khí thải cụ thể.
Chi phí: Đầu tư vào hệ thống xử lý hơi Crom hiệu quả (đặc biệt là mạ Crom) và chi phí vận hành (năng lượng, hóa chất, xử lý chất thải nguy hại) là khá cao.

Kết luận

Hơi Crom và các hợp chất Crom, đặc biệt là Cr(VI), là những chất ô nhiễm nguy hiểm, gây ra nhiều tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường. Việc kiểm soát và xử lý khí thải chứa Crom là trách nhiệm pháp lý và đạo đức của các cơ sở công nghiệp phát sinh nguồn thải này. QCVN 19:2024/BTNMT đặt ra các giới hạn cụ thể cho nồng độ tổng Crom trong khí thải, đòi hỏi các doanh nghiệp phải áp dụng các biện pháp kiểm soát hiệu quả.

Một chiến lược xử lý hơi Crom hiệu quả cần bắt đầu từ việc giảm thiểu phát sinh tại nguồn, kết hợp với hệ thống thu gom khí thải hiệu quả cao. Công nghệ wet scrubbing, đặc biệt khi kết hợp với bước khử Cr(VI) về Cr(III), là phương pháp phổ biến và hiệu quả nhất để xử lý hơi Crom và aerosol từ các nguồn như mạ.

Đối với phát thải chủ yếu là bụi, lọc khô là lựa chọn phù hợp. Bên cạnh xử lý khí thải, việc xử lý an toàn nước thải và bùn thải chứa Crom cũng là một phần không thể thiếu của quy trình quản lý Crom tổng thể. Bằng cách áp dụng các công nghệ tiên tiến và tuân thủ nghiêm ngặt các quy định, ngành công nghiệp có thể giảm thiểu đáng kể rủi ro từ hơi Crom, bảo vệ sức khỏe người lao động, cộng đồng và môi trường.

Quý khách hàng đang tìm đơn vị có nhiều kinh nghiệm trong xử lý khí thải nói chung và xử lý hơi crom nói riêng, vui lòng liên hệ với Môi Trường Green Star để được tư vấn nhanh nhất và hoàn toàn miễn phí. Hân hạnh được phục vụ quý khách hàng.