Thách thức lớn của cơ khí Việt Nam và nhu cầu công nghệ xử lý thế hệ mới

Quy trình sản xuất ốc vít và nguồn gốc phát sinh khí nhiễm dầu

Để hiểu vì sao khí thải nhiễm dầu xuất hiện, cần nhìn lại toàn bộ chuỗi công nghệ sản xuất ốc vít. Từ cuộn thép đầu vào, dây chuyền trải qua các công đoạn: Kéo sợi - cắt phôi - tạo đầu - cán ren - nhiệt luyện - xi mạ - đóng gói. Trong đó, giai đoạn tạo ren và nhiệt luyện là hai khâu phát sinh nhiều hơi dầu nhất.

Ở công đoạn cán ren - một trong những khâu quan trọng của dây chuyền sản xuất cơ khí - phôi thép được tạo hình ren bằng phương pháp cán nguội trong môi trường dầu bôi trơn. Các trục cán làm việc với áp lực lớn và tốc độ cao, ma sát sinh nhiệt làm dầu taro, dầu phay hoặc dầu cán ren bay hơi và phân tán thành sương mù dầu trong không khí; hiện tượng này được nhìn thấy rất rõ qua lớp khói mờ bao trùm khu vực sản xuất.

Sương mù dầu, khi kết hợp với bụi kim loại mịn phát sinh trong quá trình gia công, tạo thành hỗn hợp sol khí (aerosol) dầu - kim loại có kích thước hạt rất nhỏ (phân đoạn PM₁₀, PM₂.₅). Không chỉ gây mùi khó chịu và bám dính lên bề mặt thiết bị, tường, sàn nhà xưởng, hỗn hợp này còn chứa các hạt có kích thước hô hấp được, tiềm ẩn nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động nếu không được kiểm soát tốt.

Tại khu vực nhiệt luyện, ốc vít được nung ở nhiệt độ trên 800 °C để tăng độ cứng, sau đó được tôi nguội trong bể dầu nhiệt luyện. Ở nhiệt độ cao, dầu bị đun nóng và bay hơi mạnh, tạo ra khí thải chứa hydrocacbon và hơi dầu.

Nếu không được thu gom và xử lý, hỗn hợp khí - hơi này sẽ phát tán vào môi trường không khí trong nhà xưởng, trở thành tác nhân ô nhiễm không khí trong nhà xưởng, ảnh hưởng đến sức khỏe người vận hành và có thể ngưng tụ, bám dính lên bề mặt kết cấu, thiết bị, làm giảm tuổi thọ của chúng.

Hơi dầu và bụi kim loại tạo lớp khói mờ dày đặc trong nhà xưởng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ người lao động

Theo Sở Nông nghiệp và Môi trường TP Hồ Chí Minh, các cơ sở sản xuất cơ khí, xi mạ - trong đó có nhiều nhà máy gia công và sản xuất ốc vít - thuộc nhóm ngành nghề có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cao, được liệt kê tại Phụ lục II Nghị định số 08/2022/NĐ-CP. Do đó, các doanh nghiệp bắt buộc phải thực hiện đánh giá tác động môi trường, xin cấp giấy phép môi trường và xây dựng kế hoạch ứng phó sự cố tràn đổ chất thải trước khi đi vào hoạt động.

Cơ quan quản lý nhà nước như Sở Nông nghiệp và Môi trường, Ban Quản lý các khu chế xuất - khu công nghiệp thường xuyên tiến hành kiểm tra, giám sát thông qua các chương trình quan trắc nguồn thải, báo cáo công tác bảo vệ môi trường định kỳ của từng cơ sở. Công tác thanh tra, kiểm tra chuyên ngành được tăng cường, giúp kiểm soát tốt hơn các cơ sở xi mạ và cơ khí - nhóm ngành có phát sinh hơi dầu, bụi kim loại và chất thải nguy hại.

Trong thời gian tới, Sở Nông nghiệp và Môi trường TP Hồ Chí Minh cho biết sẽ tiếp tục phối hợp với Ban Quản lý các khu chế xuất, khu công nghiệp và Sở Công Thương để tăng cường kiểm soát việc tuân thủ giấy phép môi trường, đặc biệt đối với các cơ sở trong khu, cụm công nghiệp có nguy cơ phát sinh ô nhiễm cao. Đây là hướng đi cần thiết nhằm siết chặt quản lý khí thải công nghiệp, đồng thời khuyến khích doanh nghiệp đầu tư các công nghệ xử lý khí thải hiện đại, an toàn và thân thiện môi trường.

Theo quan trắc môi trường của một số khu công nghiệp cơ khí, nồng độ hơi dầu trong không khí nhà xưởng có thể vượt mức cho phép 2-5 lần, đặc biệt khi hệ thống hút khí không đạt tiêu chuẩn. Sự tích tụ hơi dầu còn làm tăng nguy cơ cháy nổ, do hỗn hợp dầu - không khí có thể bắt lửa khi tiếp xúc với tia lửa điện từ thiết bị vận hành.

Tác động môi trường của khí nhiễm dầu không chỉ dừng lại ở phạm vi nhà máy. Khi hơi dầu thoát ra ngoài qua hệ thống thông gió, chúng phát tán ra môi trường, góp phần hình thành sương mù quang hóa và bụi mịn PM2.5 - những tác nhân gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng đô thị.

Hạn chế của các công nghệ xử lý khí thải hiện nay

Nhận thức được nguy cơ từ khí thải nhiễm dầu, nhiều doanh nghiệp cơ khí đã đầu tư hệ thống xử lý, chủ yếu dựa trên hai hướng công nghệ phổ biến: đốt plasma, bộ tách hơi dầu, hấp thụ than hoạt tính, ngưng tụ làm lạnh tách hơi dầu, Scrubber ướt.

Công nghệ plasma sử dụng nhiệt độ cực cao của plasma để đốt cháy và phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong khí thải. Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả xử lý cao, thời gian phản ứng nhanh. Tuy nhiên, hạn chế lớn là chi phí đầu tư ban đầu cao, yêu cầu kỹ thuật phức tạp và tiêu tốn điện năng lớn.

Quan trọng hơn, quá trình đốt plasma sinh ra ozon (O₃) - một chất độc hại nếu phát tán ra môi trường. Theo QCVN 05:2013/BTNMT, nồng độ ozon cho phép chỉ 200 µg/m³ trong 1 giờ hoặc 120 µg/m³ trong 8 giờ. Để đảm bảo quy chuẩn, các nhà máy phải lắp thêm hệ thống xử lý ozon sau plasma, khiến chi phí tăng gấp đôi.

Trong khi đó, phương pháp axit hóa sử dụng dung dịch H₂SO₄ hoặc HCl để hấp thụ hơi dầu. Khi khí thải đi qua tháp rửa, axit sẽ giữ lại phần lớn hơi dầu và dung môi hữu cơ. Cách làm này có ưu điểm là giá thành rẻ hơn plasma và dễ vận hành. Tuy nhiên, thiết bị dễ bị ăn mòn, đòi hỏi vật liệu chống axit đắt tiền. Ngoài ra, dung dịch axit sau sử dụng trở thành chất thải nguy hại, cần xử lý riêng, nếu không sẽ gây ô nhiễm thứ cấp cho nguồn nước và đất.

Công nghệ dùng lớp sợi mịn được sử dụng để kết tụ các giọt dầu siêu nhỏ thành giọt lớn, sau đó chảy về hố gom; phía sau còn bố trí demister nhằm ngăn dầu bị cuốn ngược trở lại dòng khí. Giải pháp này cho hiệu suất cao khi xử lý sương dầu, tổn thất áp suất thấp và cho phép thu hồi dầu. Tuy nhiên, hệ thống kém hiệu quả với hơi hydrocarbon “khô”, dễ bám bẩn khi khí chứa bụi hoặc nhựa và cần duy trì thoát dầu liên tục để tránh làm ướt, gây ngập lớp sợi.

Với công nghệ làm lạnh - ngưng tụ, dòng khí được hạ nhiệt xuống dưới điểm sương để dầu hóa lỏng rồi tách bằng bẫy giọt hoặc demister. Phương án này phù hợp khi nồng độ hơi dầu cao và dầu có giá trị thu hồi. Ưu điểm là giảm tải đáng kể cho các bước xử lý tinh (polishing) và cho phép thu hồi, tái sử dụng. Nhược điểm nằm ở chi phí đầu tư - vận hành cho hệ thống làm lạnh, yêu cầu quản lý nước ngưng và kiểm soát ăn mòn; riêng với hydrocarbon nhẹ, cần làm lạnh sâu mới đạt hiệu quả.

Công nghệ hấp phụ bằng than hoạt tính dựa trên lực hấp phụ bề mặt để “bắt” hơi hydrocarbon không phân cực, thường vận hành theo chu trình hấp phụ - tái sinh. Hệ thống có thể đưa nồng độ khí sau xử lý xuống rất thấp, linh hoạt về quy mô và cho phép thu hồi dung môi. Ngược lại, vật liệu hấp phụ kỵ sương dầu, đòi hỏi tách sương trước; quá trình tái sinh tốn năng lượng, cần tối ưu an toàn và nhạy cảm với độ ẩm cũng như nhiệt độ.

Các thiết bị rửa khí (scrubber) sử dụng những giọt chất lỏng va chạm để thu giữ hạt và sương, sau đó tách pha lỏng ở cuối thiết bị. Các cấu hình Venturi cho phép thu giữ hạt mịn rất tốt. Ưu điểm là xử lý đồng thời bụi và sương, đồng thời làm mát hoặc làm ẩm dòng khí. Tuy nhiên, công nghệ này không hiệu quả với hơi hydrocarbon “khô”, phát sinh nước thải lẫn dầu cần xử lý và có thể tạo ra tổn thất áp suất cao.

Dù có nhiều công nghệ xử lý khác nhau, chưa giải pháp nào thực sự phù hợp với các nhà máy sản xuất ốc vít quy mô vừa và nhỏ - nhóm chiếm tỷ lệ lớn tại Việt Nam. Nhu cầu cấp thiết hiện nay là tìm ra một phương pháp xử lý khí thải nhiễm dầu hiệu quả, chi phí hợp lý, an toàn và thân thiện với môi trường

Thực tế, các công nghệ trên đều chưa phải giải pháp toàn diện cho các nhà máy sản xuất ốc vít quy mô vừa và nhỏ - vốn chiếm phần lớn tại Việt Nam. Yêu cầu cấp thiết đặt ra hiện nay là một phương pháp xử lý khí thải nhiễm dầu, bụi kim loại hiệu quả, chi phí hợp lý, an toàn và thân thiện môi trường.

Đây cũng chính là hướng nghiên cứu mà Công ty Cổ phần Công nghệ Ha Lô đang tập trung phát triển. Bằng cách kết hợp các nguyên lý cơ học, thủy động học và tuyển nổi, công ty đã xây dựng nên hệ thống xử lý khí thải 3 cấp, có khả năng loại bỏ hơi dầu và dung môi hữu cơ mà không cần đốt, không sinh ozon, đồng thời tiết kiệm nước nhờ tái tuần hoàn liên tục.

Khí thải nhiễm dầu đang trở thành một trong những vấn đề môi trường đáng lo ngại nhất trong ngành sản xuất cơ khí, đặc biệt ở lĩnh vực ốc vít - nơi sử dụng lượng lớn dầu bôi trơn và dầu tạo ren. Các công nghệ xử lý truyền thống tuy đã có bước tiến nhưng vẫn chưa đáp ứng yêu cầu về an toàn, kinh tế và thân thiện môi trường.

Sự xuất hiện của các giải pháp mới, như mô hình Venturi - Tháp tách khí, lỏng - Bể tuyển nổi mà Ha Lô đang phát triển, hứa hẹn mở ra hướng đi bền vững hơn cho ngành cơ khí Việt Nam.

(Còn nữa)

Hoàng Lân