Xử lý nước thải công ty sắt thép: Công nghệ Hiện đại và Thách thức

Xử lý nước thải công ty sắt thép: Công nghệ Hiện đại và Thách thức

Ngành công nghiệp sắt thép là một trong những trụ cột cơ bản của nền kinh tế, cung cấp nguyên vật liệu thiết yếu cho xây dựng, cơ khí chế tạo, đóng tàu và nhiều lĩnh vực khác. Tại Việt Nam, ngành thép đã có những bước phát triển vượt bậc, đáp ứng nhu cầu trong nước và hướng tới xuất khẩu.

Tuy nhiên, quy trình sản xuất sắt thép từ quặng hoặc thép phế liệu lại vô cùng phức tạp, sử dụng lượng lớn năng lượng, tài nguyên và đặc biệt là tiêu thụ lượng nước khổng lồ, đồng thời phát sinh ra các dòng nước thải ngành thép với đặc tính ô nhiễm rất đa dạng và phức tạp.

Nước thải từ các nhà máy sắt thép thường có lưu lượng lớn, nhiệt độ cao, chứa hàm lượng cực cao chất rắn lơ lửng (vảy cán), dầu mỡ (dầu cán, dầu bôi trơn), kim loại nặng (Sắt, Kẽm, Crôm…), và có độ pH biến động mạnh (từ rất axit đến rất kiềm). Nếu không được xử lý nước thải sắt thép một cách triệt để và hiệu quả, chúng sẽ gây ra những tác động nghiêm trọng đến môi trường nước, hệ sinh thái và sức khỏe con người.

Việc đầu tư vào hệ thống xử lý hiện đại, áp dụng các công nghệ phù hợp cho từng dòng thải đặc thù và đảm bảo tuân thủ nghiêm ngặt các quy định pháp luật, đặc biệt là quy chuẩn mới QCVN 40:2025/BTNMT, là yêu cầu bắt buộc và là yếu tố sống còn cho sự phát triển bền vững của ngành thép Việt Nam.

Bài viết này sẽ đi sâu phân tích các nguồn phát sinh, đặc điểm ô nhiễm, công nghệ xử lý tiên tiến và các vấn đề liên quan đến quản lý nước thải trong ngành công nghiệp đặc thù này.

1. Nguồn gốc Phát sinh Nước thải Đa dạng trong Nhà máy Sắt thép

Quy trình sản xuất sắt thép liên hợp hoặc chuyên biệt bao gồm nhiều công đoạn, mỗi công đoạn lại phát sinh các loại nước thải với đặc tính khác nhau:

1. Sản xuất Gang (Lò cao – Blast Furnace):

• Nước làm mát lò: Lưu lượng rất lớn, nhiệt độ cao, thường ít ô nhiễm nếu là hệ thống tuần hoàn kín, nhưng có thể nhiễm bẩn nếu rò rỉ.
• Nước rửa khí lò cao: Chứa hàm lượng rất cao bụi rắn (TSS), các hợp chất Cyanide (CN⁻), Phenol, Amoni (NH₄⁺), kim loại nặng (Fe, Zn…). Đây là dòng thải rất độc hại.

2. Sản xuất Thép (Lò chuyển BOF, Lò điện hồ quang EAF):

• Nước làm mát thiết bị: Tương tự lò cao, lưu lượng lớn, nhiệt độ cao.
• Nước xử lý khí thải: Chứa bụi kim loại (Fe, Zn, Pb…), TSS cao.

3. Đúc liên tục (Continuous Casting):

• Nước làm mát khuôn đúc: Lưu lượng lớn, nhiệt độ cao, có thể nhiễm dầu mỡ từ hệ thống bôi trơn, cặn kim loại.
• Nước làm mát thứ cấp (phun trực tiếp lên sản phẩm): Nhiệt độ cao, chứa vảy cán (scale), dầu mỡ.

4. Cán thép (Nóng và Nguội – Hot/Cold Rolling): Nguồn thải lưu lượng và ô nhiễm dầu mỡ, TSS lớn nhất

• Nước làm mát trục cán: Lưu lượng cực lớn, nhiệt độ cao.
• Nước phun rửa bề mặt thép: Cuốn theo lượng lớn vảy cán (mill scale – oxit sắt) và đặc biệt là dầu cán (rolling oils). Dầu cán thường tạo thành hệ nhũ tương bền vững trong nước, rất khó tách loại. Đây là nguồn chính gây ô nhiễm TSS và Dầu mỡ khoáng (O&G).

5. Tẩy rửa Axit (Acid Pickling): Nguồn thải có tính axit và hàm lượng Sắt hòa tan cực cao

• Sử dụng axit mạnh (thường là H₂SO₄ hoặc HCl) để loại bỏ lớp vảy cán oxit sắt trên bề mặt thép trước khi mạ hoặc cán nguội.
• Nước thải là nước rửa sau tẩy rửa axit, có pH rất thấp (cực kỳ axit), chứa axit dư và nồng độ Sắt hòa tan (Fe²⁺) rất cao, cùng với các kim loại khác có trong thép nền.

6. Mạ / Tráng phủ Kim loại (Coating/Galvanizing):

• Tẩy rửa Kiềm (Alkaline Cleaning): Sử dụng dung dịch kiềm mạnh (như NaOH) để làm sạch dầu mỡ trước khi mạ. Nước thải có pH rất cao, chứa dầu mỡ và hóa chất tẩy rửa. (Như mô tả trong bài viết gốc của bạn về làm sạch tôn).
• Mạ kẽm (Galvanizing), Mạ thiếc, Mạ Crôm…: Nước rửa sau các bể mạ chứa dư lượng ion kim loại tương ứng (Zn²⁺, Sn²⁺, Cr³⁺/Cr⁶⁺…), axit hoặc hóa chất trợ mạ.

7. Sơn / Phủ màu (Painting/Coating Line):

• Nước thải từ buồng sơn màng nước: Chứa cặn sơn, dung môi (nếu dùng sơn gốc dung môi), bột màu (có thể chứa kim loại nặng).

8. Hoạt động Phụ trợ:

• Nước xả đáy (Blowdown) từ lò hơi, tháp giải nhiệt: Có thể chứa muối hòa tan cao, hóa chất chống cáu cặn, ăn mòn.
• Nước thải từ các hệ thống xử lý khí thải khác.
• Nước thải sinh hoạt: Từ hoạt động của công nhân viên.

2. Đặc điểm Thành phần Ô nhiễm Chính của Nước thải Ngành Thép

Nước thải ngành thép có những đặc trưng ô nhiễm cần lưu ý:

Lưu lượng Rất lớn: Tổng lượng nước thải từ một nhà máy thép liên hợp có thể lên đến hàng chục, hàng trăm nghìn m³ mỗi ngày.

Nhiệt độ Cao: Nhiều dòng thải có nhiệt độ cao (40-70°C hoặc hơn), cần được làm mát trước khi xử lý hoặc xả thải.

Chất rắn Lơ lửng (TSS) Cực cao: Chủ yếu là vảy cán (mill scale) có kích thước và tỷ trọng khác nhau, cùng với bụi kim loại, cặn hóa chất. TSS là một trong những thông số ô nhiễm quan trọng nhất cần loại bỏ triệt để.

Dầu mỡ Khoáng (O&G) Cao: Đặc biệt từ công đoạn cán thép (dầu cán). Dầu thường tồn tại ở dạng nhũ tương hóa học hoặc cơ học, rất bền vững và khó tách bằng các phương pháp vật lý thông thường.

pH Biến động Mạnh và Cực đoan: Có cả dòng thải rất axit (pH 1-2 từ tẩy rửa) và dòng thải rất kiềm (pH > 11-12 từ tẩy rửa kiềm).

Kim loại nặng:

• Sắt (Fe): Nồng độ rất cao trong nước thải tẩy rửa axit (dạng Fe²⁺ hòa tan).
• Kẽm (Zn): Từ các dây chuyền mạ kẽm.
• Crôm (Cr), Niken (Ni), Mangan (Mn)…: Từ sản xuất thép hợp kim hoặc các công đoạn mạ/xử lý bề mặt.

COD và BOD:

• COD: Thường ở mức trung bình đến cao, chủ yếu gây ra bởi dầu mỡ khoáng và các phụ gia hữu cơ.
• BOD5: Thường thấp do dầu khoáng và các thành phần chính khó bị phân hủy sinh học. Tỷ lệ BOD5/COD thấp.

Các chất độc hại khác: Có thể chứa Cyanide (CN⁻), Phenol, Amoni (NH₄⁺) từ công đoạn lò cao, cốc hóa (nếu có); Fluoride (F⁻) từ một số quy trình tẩy rửa hoặc trợ dung…

3. Tác động Môi trường và Yêu cầu Pháp lý (QCVN 40:2025/BTNMT)

3.1 Tác động Môi trường:

• Ô nhiễm Nhiệt: Nước thải nhiệt độ cao làm giảm oxy hòa tan, ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh.
• Ô nhiễm Dầu mỡ: Tạo váng dầu ngăn cản trao đổi khí, bao phủ bùn đáy, gây độc cho sinh vật.
• Ô nhiễm Kim loại nặng: Gây độc cấp và mãn tính, tích lũy sinh học trong chuỗi thức ăn.
• Ô nhiễm TSS: Gây đục nước, bồi lắng lòng sông, phá hủy môi trường sống của sinh vật đáy.
• Ô nhiễm Axit/Kiềm: Thay đổi đột ngột pH nguồn nước, gây chết hàng loạt thủy sinh vật, ăn mòn công trình.

3.2 Yêu cầu Pháp lý:

• Bắt buộc phải xử lý nước thải đạt QCVN 40:2025/BTNMT (phiên bản mới nhất).
• Các chỉ tiêu quan trọng cần kiểm soát nghiêm ngặt theo quy chuẩn này đối với ngành thép (Mã ngành C24) bao gồm: Nhiệt độ, pH, TSS, Dầu mỡ khoáng, COD, Tổng Sắt (Fe), Tổng Kẽm (Zn), Tổng Crôm, và các kim loại/hóa chất đặc thù khác có trong Phụ lục 2 của Quy chuẩn nếu chúng phát sinh từ quy trình sản xuất.
• Cần xác định đúng Cột A, B, hoặc C và các hệ số liên quan (nếu có theo quy chuẩn mới) để áp dụng giới hạn xả thải phù hợp.

4. Công nghệ và Quy trình Xử lý Nước thải Ngành Sắt thép Hiện đại

Do tính chất đa dạng và phức tạp của các dòng thải, giải pháp hiệu quả nhất thường bao gồm phân tách các dòng thải đặc thù để xử lý sơ bộ tại nguồn, sau đó gom lại và xử lý tập trung bằng quy trình đa bậc. Quy trình bạn mô tả cho nhà máy tại Bình Dương là một ví dụ điển hình cho cách tiếp cận này.

Xử lý Nước thải Sản xuất 

Bước 1: Phân tách dòng và Xử lý Sơ bộ Tại nguồn:

• Dòng 1 (Nước thải Nhiễm Axit): Từ công đoạn tẩy rửa axit (ARP), rửa tôn… (pH thấp, Fe²⁺ cao). Thu gom riêng về Bể thu gom 1 -> Bể trung hòa sơ bộ 1 (Dùng NaOH hoặc Ca(OH)₂ để nâng pH, kết tủa Fe(OH)₂/Fe(OH)₃).
• Dòng 2 (Nước thải Nhiễm Kiềm): Từ công đoạn tẩy rửa Alkali (pH cao, có thể chứa dầu mỡ). Thu gom riêng về Bể thu gom 2 -> Bể trung hòa sơ bộ 2 (Dùng H₂SO₄ để hạ pH). Có thể cần tách dầu sơ bộ trước trung hòa nếu lượng dầu lớn.
• Dòng 3 (Nước thải Nhiễm Dầu – Chủ yếu từ Cán thép, làm mát): Thu gom riêng -> Bể tách dầu hiệu quả cao (API, CPI) để loại bỏ dầu tự do. Có thể cần thêm bước phá nhũ hóa học nếu dầu ở dạng nhũ tương bền.

Bước 2: Bể Điều hòa Chung:

• Tập trung các dòng thải đã qua xử lý sơ bộ/trung hòa (Dòng 1, 2, 3 sau xử lý riêng) và các dòng thải sản xuất khác ít ô nhiễm hơn (nếu có) vào một Bể điều hòa lớn.
• Mục đích: Ổn định lưu lượng và đồng nhất hóa chất lượng nước thải trước khi vào xử lý hóa lý tập trung.

Bước 3: Xử lý Hóa lý Tập trung:

1. Bể trung hòa chính xác: Tiếp tục điều chỉnh pH về giá trị tối ưu cho quá trình keo tụ tạo bông (thường 7.0-8.5).
2. Bể Keo tụ: Châm hóa chất keo tụ (PAC hoặc phèn sắt) bằng bơm định lượng, khuấy trộn nhanh để gây mất ổn định các hạt cặn lơ lửng (vảy cán mịn, cặn kim loại hydroxide) và các hạt dầu còn sót lại.
3. Bể Tạo bông: Châm Polymer trợ keo tụ, khuấy trộn chậm để liên kết các hạt keo thành bông cặn lớn hơn.

Bể Tách pha (Lắng 1 hoặc Tuyển nổi DAF):

• Bể lắng 1 (Lắng hóa lý): Tách các bông cặn hóa lý nặng bằng trọng lực. Bể lắng Lamella thường được ưu tiên. Bùn hóa lý được bơm về bể chứa bùn.
  • Hoặc Bể Tuyển nổi DAF: Có thể hiệu quả hơn nếu nước thải còn chứa nhiều dầu mỡ hoặc bông cặn nhẹ.

Bước 4: Xử lý Sinh học Hiếu khí (Aerotank – Xem xét vai trò):

• Nước sau lắng 1 được dẫn qua Bể Aerotank.
• Mục đích chính trong trường hợp này có thể là: Xử lý nốt phần nhỏ BOD/COD còn lại (nếu có), Nitrat hóa lượng Amoni có thể đến từ một số công đoạn hoặc từ nước thải sinh hoạt nếu đấu nối chung.
• Cần hệ thống cấp khí và duy trì sinh khối vi sinh vật.

Bước 5: Bể Lắng Sinh học (Lắng 2):

• Tách bùn vi sinh sau bể Aerotank. Nước trong chảy sang bể chứa trung gian/bể lọc.
• Bùn tuần hoàn về Aerotank, bùn dư về bể chứa bùn.

Bước 6: Lọc tinh:

• Bồn lọc áp lực (Cát/Đa vật liệu): Rất cần thiết để loại bỏ triệt để TSS còn sót lại, đảm bảo nước trong và đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2025.

Bước 7: Bể Khử trùng (Tùy chọn):

• Dùng NaOCl 10% hoặc UV để khử trùng nếu có yêu cầu (ví dụ: tái sử dụng nước cho mục đích sinh hoạt, vệ sinh hoặc xả vào nguồn nước yêu cầu cao).

Bước 8: Bể chứa nước sau xử lý: Chứa nước đã đạt chuẩn trước khi xả thải hoặc tái sử dụng.

Quý khách hàng có cần tư vấn xử lý nước thải, các loại thiết bị môi trường vui lòng liên hệ với Môi Trường Green Star để được tư vấn miễn phí. Xin cảm ơn