Các biện pháp kỹ thuật giảm thiểu tác động môi trường trong sản xuất sứ vệ sinh

Mở đầu Sứ vệ sinh là sản phẩm gốm xây dựng thuộc nhóm vật liệu xây dựng, được sử dụng để đảm bảo các chức năng nhất định trong công trình xây dựng, đây là sản phẩm không thể thiếu trong

MỤC LỤC

1 Các biện pháp kỹ thuật giảm thiểu tác động môi trường 3

1.1 Công đoạn gia công chuẩn bị phối liệu 6

1.3 Công đoạn sấy 7

1.4 Công đoạn tráng men 8

1.5 Công đoạn nung 8

2 Các giải pháp quản lý 15

3 Kiểm tra giám sát môi trường 16

4 Vệ sinh an toàn và phòng chống sự cố 16

Mở đầu

Sứ vệ sinh là sản phẩm gốm xây dựng thuộc nhóm vật liệu xây dựng, được sử dụng để đảm bảo các chức năng nhất định trong công trình xây dựng, đây là sản phẩm không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại, giúp nâng cao chất lượng cuộc sống Tuy nhiên sản xuất sứ vệ sinh cũng có những tác động tiêu cực tới môi trường xung quanh Việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường là một vấn đề hết sức quan trọng và cần thiết Giảm thiểu ô nhiễm đầu nguồn không những giảm tải cho các thiết bị xử lý phía sau, nâng cao hiệu quả xử lý của các thiết bị xử lý môi trường còn tiết kiệm nguyên liệu, năng lượng cho cơ sở sản xuất Việc giảm thiểu cần thiết phải thực hiện trong toàn bộ quá trình hoạt động của nhà máy từ khi xây dựng đến khi dự án đi vào hoạt động

Theo điều tra năm 2009 ở nước ta, tổng công suất sản xuất sứ vệ sinh là 10.260.000 sản phẩm, sản lượng là 8.208.000 sản phẩm đạt 80% công suất hiện có Sứ

vệ sinh bao gồm nhiều chủng loại khác nhau như chậu rửa mặt, chân chậu, xí xổm, xí bệt, tiểu treo… Sứ vệ sinh ở nước ta là ngành hàng có mức tăng trưởng cao (năm 2009 tăng ≈ 11% so với năm 2008) và có nhiều lợi thế về chi phí và cạnh tranh

Theo quyết định số 121/2008/QĐ TTg ngày 29/8/2008 của Thủ tướng Chính phủ, đưa ra định hướng về quy mô đầu tư, công nghệ khai thác, chế biến đất sét, cao lanh và fenspat cho sản xuất gốm sứ xây dựng và bảo vệ môi trường; định hướng quy hoạch phát triển sản xuất gạch ốp lát và sứ vệ sinh về đầu tư, công nghệ, chủng loại sản phẩm và xuất khẩu, đặc biệt đưa ra định mức tiêu thụ nhiên liệu và năng lượng đối với các cơ sở mới đầu tư công nghệ

Định mức tiêu thụ nhiên liệu và năng lượng đối với các cơ sở sản xuất sứ vệ sinh:

- Khí hoá lỏng (LPG) ≤ 0,275 kg/kg sứ;

- Dầu diezel ≤ 0,72 kg/kg sứ;

- Điện ≤ 0,55 Kwh/kg sứ

Theo quyết định, công nghệ sản xuất sứ vệ sinh hiện đại phải có khả năng đúc các sản phẩm có kích thước lớn với các tính năng sử dụng hiện đại, giảm tiếng ồn, giảm độ bám đính và tiết kiệm nước khi sử dụng; có khả năng sử dụng lớp phủ nano

để nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm; đồng thời có mức tiêu hao nhiên liệu và năng lượng như trên

Quy trình sản xuất sứ vệ sinh bao gồm các công đoạn: khai thác; gia công và chuẩn bị phối liệu (phối liệu xương và men); tạo hình sản phẩm; sấy tự nhiên và nhân tạo; tráng men; sấy trước nung và nung Nguyên liệu chủ yếu là đất sét, cao lanh, fenspat, thạch anh và các phụ gia khác Công nghệ nung sứ vệ sinh sử dụng lò nung con thoi, lò nung tuynen và lò nung thanh lăn tự động hoá Nhiên liệu sử dụng là nhiên liệu khí, dầu và khí hoá than

Trong sản xuất sứ vệ sinh, công đoạn sấy nung tiêu tốn nhiều năng lượng nhất, bụi và khói thải chủ yếu phát sinh trong công đoạn này Mức độ phát sinh ô nhiễm (bụi, nước thải, chất thải rắn…) tại các công đoạn khác tùy thuộc vào công nghệ sản xuất

1 Các biện pháp kỹ thuật giảm thiểu tác động môi trường

Để giảm thiểu các tác động ô nhiễm cần có các biện pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả bảo vệ môi trường trong sản xuất sứ vệ sinh với từng loại công nghệ, giải quyết đồng bộ trong tất cả các công đoạn nhằm giảm phát thải bụi, khí ô nhiễm, chất thải rắn (phế phẩm, xỷ than…) và bảo toàn tiết kiệm năng lượng Qua đó nâng cao sản lượng và chất lượng sản phẩm Các biện pháp kỹ thuật tiến hành qua 3 bước:

Bước 1: Các biện pháp giảm thiểu không cần đầu tư nhiều trang thiết bị bao gồm:

- Xem xét lại các tiêu chuẩn, hướng dẫn vận hành, tính toán cân bằng nhiệt, định mức tiêu hao nguyên nhiên liệu, năng lượng cho các thiết bị trong dây chuyền sản xuất;

Ví dụ: Thực hiện tính toán cân bằng nhiệt lò nung ít nhất 1 năm 1 lần Cân bằng nhiệt xác định mối quan hệ định lượng giữa lượng nhiệt cung cấp cho các thiết bị nhiệt (nhiệt đầu vào) và lượng nhiệt tiêu tốn (nhiệt đầu ra) Trong mọi trường hợp, tổng lượng nhiệt đầu vào phải bằng tổng lượng nhiệt đầu ra Hiệu suất nhiệt của thiết bị nhiệt phụ thuộc vào sự phân bố nhiệt thu và nhiệt chi Hiệu suất nhiệt bằng “nhiệt hiệu dụng” chia cho “tổng nhiệt thu” Nhiệt hiệu dụng là lượng nhiệt cần thiết để nung sản phẩm Cân bằng nhiệt chỉ rõ các nguồn nhiệt chi và thu được sử dụng như thế nào

Ví dụ: Hiệu suất nhiệt khi nung sản phẩm trong lò tuynen 7,3 % Nghĩa là khi

sử dụng 100 lít nhiên liệu dầu thì chỉ có 7,3 lít dùng để nung sản phẩm, còn lại 92,7 lít

là dầu thải, chứng tỏ đây là lò nung có hiệu suất cực kỳ kém và rất lãng phí

- Lựa chọn nguyên nhiên liệu trong dây chuyền sản xuất;

- Vệ sinh, kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ các thiết bị

Bước 2: Đây là giai đoạn cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng của thiết bị, giảm thiểu nguồn phát thải bằng cải tiến (thiết bị và công nghệ) các quy trình sản xuất hiện có

Bước 3: Thay đổi công nghệ sản xuất Áp dụng công nghệ hiện đại nhằm giảm thiểu tác động môi trường, nhưng tiêu tốn nhiều chi phí ban đầu cho đầu tư thiết bị

Bảng 2: Công nghệ sản xuất sứ vệ sinh kèm nguồn thải

Gia công chế tạo

bài phối liệu và

men

Bụi Nước rửa và lọc CTR (cát, đất sét,

bùn…)

cao đã qua sử dụng…)

đạt, phần hồ thừa (với sứ vệ sinh) Tráng men Bụi, chất hữu cơ Nước thải Sản phẩm không

đạt Sấy mộc Bụi, khí thải từ

nhiên liệu cháy, chất hữu cơ

đạt

thiên nhiên cháy, chất hữu cơ

đạt

Hình 1: Sơ đồ dây chuyền sản xuất sứ vệ sinh kèm nguồn thải

Các nguyên liệu (đất sét, fenpat…) Định lượng

Nghiền bi ướt Sàng rung, khử từ

Bể chứa điều chỉnh hồ

Bể ủ hồ Tạo hình đổ rót Sấy tự nhiên, sửa mộc Sấy nhân tạo Kiểm tra mộc Phun men

Nung

Phân loại Gắn lắp phụ kiện và thử nghiệm

các tính chất

Thùng chứa

Sấy trước nung

Sàng rung khử từ

Thùng khuấy

Nghiền bi

Nguyên liệu chế

tạo men

1

4 5

4 5

4 5

5

4

1 2

1 2

1 2

1 2

4 5

4

5

4 5

4 5

PP

PP

PP

PP

PP

PP

1

3

Nguồn phát thải

1 - Bụi PM 2 - Chất hữu cơ

3 - Khí thải từ nhiên liệu cháy

4 – Nước thải 5 – Chất thải rắn

Chế tạo khuôn

3

4

1.1 Công đoạn gia công chuẩn bị phối liệu

Khâu chuẩn bị và gia công nguyên liệu phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu

và yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm Các khâu trong giai đoạn này bao gồm: nghiền bi ướt, sàng rung và khử từ, bể chứa điều chỉnh hồ và bể ủ hồ, đảm bảo cho mỗi nguyên liệu trong phối liệu có một thành phần khoáng hóa nhất định, độ sạch cần thiết, độ ẩm

và trạng thái vật lý thích hợp cho các công đoạn kỹ thuật tiếp theo

Men được chế tạo ở một phân xưởng riêng với các thành phần nguyên liệu đưa vào làm men được lựa chọn kỹ càng và có độ tinh khiết cao Quy trình chế tạo men: Các nguyên liệu → Định lượng → Máy nghiền bi ướt → Kiểm tra → Thùng khuấy → Sàng rung khử từ → Thùng chứa

Công đoạn gia công chuẩn bị phối liệu và men chủ yếu phát sinh ô nhiễm bụi, nước thải và chất thải rắn

- Lựa chọn nguyên liệu:

+ Lựa chọn vùng nguyên liệu có chất lượng phù hợp để sản xuất sứ vệ sinh Chọn nguyên liệu và phụ gia chứa ít lưu huỳnh Đất sét khai thác trước khi đem gia công tạo hình cần ngâm ủ, đảo trộn trong bãi, kho chứa từ 1 đến 3 tháng;

+ Sứ vệ sinh được tạo hình bằng phương pháp đổ rót và nhiệm vụ của công đoạn gia công phối liệu là phải chế tạo được hồ đổ rót có chất lượng đạt yêu cầu, đặc biệt về độ lưu động và độ sánh của hồ Yêu cầu cơ bản của hồ đổ rót:

Hồ có độ lưu động tốt, độ nhớt nhỏ để vận chuyển dễ dàng trên đường ống và điền đầy vào khuôn

Chứa một lượng nước tốii thiểu có thể

Hồ cần phải bền và ổn định, nghĩa là không có sự keo tụ và lắng của bất kỳ thành phần nguyên liệu nào trong hồ

Tốc độ thoát nước vào khuôn thạch cao lớn nhất có thể, nghĩa là khả năng lọc của lớp đất mộc hình thành cần phải tốt Ngoài ra khả năng thoát khuôn của mộc phải được dễ dàng và mộc có một cường độ nhất định

- Kho chứa nguyên nhiên liệu:

+ Tách riêng kho chứa nguyên liệu với khu vực sản xuất

+ Các bãi chứa nguyên nhiên liệu cần có mái che, đảm bảo đủ nguyên nhiên liệu và chất lượng được ổn định qua các mùa Đặc biệt nguyên liệu, nhiên liệu (than) không bị bào mòn, trôi chảy vào mùa mưa, từ đó giảm lượng bùn thải hình thành dẫn tới giảm phát tán bụi khi bùn khô

Nếu kho nguyên nhiên liệu để hở, cần xây dựng hàng rào nhân tạo hoặc tự nhiên chắn gió (trồng cây xanh với mật độ dày và xây tường chắn)

- Máy nghiền bi:

+ Tính toán thời gian nghiền và lượng nước cấp tối ưu của máy nghiền Sử dụng phụ gia nghiền, tính toán hệ số đổ đầy của máy nghiền để tăng năng suất nghiền

1.2 Công đoạn tạo hình

- Sử dụng phương pháp đổ rót sứ vệ sinh dưới áp lực

- Phần hồ thừa trong quá trình đổ khuôn, sản phẩm không đạt thu gom về kho nguyên liệu

- Sau một thời gian sử dụng, trên bề mặt làm việc của khuôn thạch cao xuất hiện nhiều vết rỗ Nước tạo hình chứa kiềm gây phá hủy khuôn thạch cao Cần thay khuôn thạch cao theo đúng số lần sử dụng theo quy định

- Sử dụng khuôn từ nhựa tổng hợp thay cho khuôn thạch cao Khuôn làm bằng nhựa tổng hợp có độ bền cơ học cao hơn, chịu được nhiệt độ sấy cao hơn khuôn thạch cao

1.3 Công đoạn sấy

Sau khi tách khuôn, sản phẩm tạo hình với độ ẩm 19 – 21% được sấy sơ bộ (sấy

tự nhiên hoặc nhân tạo) đến độ ẩm 15 – 17% và tiến hành gắn ráp chi tiết, sửa mộc Tiếp theo đưa sản phẩm vào lò sấy để sấy khô Quá trình sấy thực hiện trong lò sấy phòng hoặc lò sấy Tuynen Độ ẩm sản phẩm sau khi sấy khô từ 1-2 %

Quá trình sấy trong lò sấy phòng hoặc lò sấy tuynen đều tận dụng nhiệt thừa từ

lò nung chủ yếu phát sinh ra bụi và các chất dễ bay hơi, nếu nhiệt tận dụng không cung cấp đủ nhiệt cho quá trình sấy cần vận hành thêm vòi đốt phụ Khi vận hành thêm vòi đốt phụ sẽ phát sinh thêm ô nhiễm khí sinh ra do đốt cháy nhiên liệu (CO, CO2, SO2,

NO2…)

- Sấy tự nhiên: Mái nhà phơi sản phẩm mộc được lợp bằng các vật liệu trong suốt như kính, nhựa nhằm tận dụng nằng lượng mặt trời xuyên qua, không khí trong nhà phơi có thể đối lưu được nhờ quạt gió Để tận dụng nhiệt tổn thất của lò nung ra môi trường và không gian, một số nhà máy xếp các sản phẩm sứ vệ sinh xung quanh thành lò hoặc ở trên mặt lò nung Để giảm thời gian sấy tự nhiên phụ thuộc vào thời tiết, nên thiết kế xây dựng thêm hầm sấy sơ cấp tận dụng nhiệt của lò nung

- Tính toán cân bằng nhiệt trong lò sấy theo định kỳ

- Lò sấy sử dụng lớp cách nhiệt có trọng lượng nhỏ nhất để cải thiện hiệu quả cách nhiệt

- Khi sấy nhân tạo trong lò sấy tuynen, tối ưu hoá quá trình sấy giúp gạch mộc đạt đến độ ẩm yêu cầu trước khi nung cần:

+ Thay đổi chế độ sấy phù hợp bằng cách ứng dụng phần mềm máy tính tự động điều chỉnh thông số của chất tải nhiệt là nhiệt độ, độ ẩm và vận tốc;

+ Dùng phương thức sấy tuần hoàn trong lò sấy, chất tải nhiệt đã được sử dụng phải có hàm ẩm tương đối cao được lấy một phần quay trở lại lò sấy tại vùng đòi hỏi chế độ nhiệt mềm hơn (giai đoạn sấy đầu tiên)

1.4 Công đoạn tráng men

Trước khi phun men, sản phẩm mộc được kiểm tra vết nứt, làm sạch bụi và phun ẩm Công đoạn này chủ yếu phát sinh ô nhiễm bụi, cần thiết kế các buồng sửa mộc có gắn các chụp hút thu hồi bụi

Tráng men sứ vệ sinh chủ yếu bằng phương pháp phun men Công đoạn tráng men chủ yếu phát sinh ô nhiễm bụi, chất dễ bay hơi, nước thải và sản phẩm không đạt Nước thải trong công đoạn này chứa nhiều nguyên tố kim loại nặng

- Sử dụng buồng phun men có lắp các chụp hút thu hồi bụi và chất dễ bay hơi, thiết kế và lắp đặt các hệ thống thu gom nước thải men theo thực tế;

- Sản phẩm không đạt thu gom đưa về kho chứa nguyên liệu;

- Sử dụng men thông thường không chứa chì và các kim loại độc hại khác Nên tránh sử dụng chất màu chứa Cr và các chất màu có chứa Antimony (Sb), Barium (Ba), Cobalt (Co), Pb, Lithium (Li), Mg và Vanadium (V);

- Sử dụng chất màu ổn định ở nhiệt độ cao và trơ với các hợp chất silicat Nguy

cơ kim loại bay hơi cùng với men có thể giảm hẳn khi tốc độ nung tăng (thực hiện chu trình nung ngắn);

1.5 Công đoạn nung

Sứ vệ sinh được nung trong lò gián đoạn con thoi hoặc lò liên tục tuynen, lò nung thanh lăn đốt bằng nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng (dầu FO) Một số nhà máy sử dụng nhiên liệu khí hoá than, sử dụng than có hàm lượng lưu huỳnh thấp và phải tuân thủ các tiêu chuẩn về khí thải để đảm bảo không làm ô nhiễm môi trường và đảm bảo chất lượng sản phẩm

Lò nung con thoi thường sử dụng ở cơ sở sản xuất quy mô nhỏ, sản xuất nhiều mặt hàng với chế nung khác nhau Lò nung tuynen được sử dụng sản xuất hàng loạt với số lượng lớn Lò nung thanh lăn có thể xem xét dùng để nung sứ vệ sinh khi giảm được số lượng sản phẩm nung Công nghệ nung sứ vệ sinh ở nước ta chủ yếu dùng lò nung tuynen

* Cải thiện cấu tạo của lò nung

Yêu cầu cơ bản để tiết kiệm nhiên liệu là nung với tốc độ cao trong một thời gian ngắn nhất Yêu cầu để tốc độ nung trong lò nhanh thì nhiệt độ tại các vị trí trên hoặc dưới, trái hoặc phải tại mặt cắt tiết diện đứng của xe goong phải đồng đều

- Lựa chọn kích thước lò nung làm giảm tổn thất nhiệt

Ví dụ: Giả sử các sản phẩm nung đều có cùng một đường cong nung (áp dụng với cả lò nung tuynen và lò nung con thoi), nếu công suất bên trong lò như nhau, diện tích bề mặt lò C có dạng hình lập phương bằng một nửa so với diện tích bề mặt lò A thì lượng vật liệu chịu lửa xây lò, số lượng xe goong, diện tích nền lò và nhiệt tổn thất

do xe goong ở lò C cũng giảm đi một nửa so với lò A

Giảm diện tích bề mặt của lò C giảm đi một nửa thì lượng nhiệt bức xạ từ bề mặt lò cũng sẽ giảm 1/2, tiết kiệm được một lượng lớn nhiên liệu Khoảng cách giữa các xe goong trong lò B và C sẽ rất nhỏ và khi thời gian nung và làm nguội như nhau thì tốc độ đẩy xe goong trong lò C bằng 1/4 so với lò A

Hình 2 Tổn thất nhiệt phụ thuộc vào kích thước lò nung tuynen

- Giảm tỷ lệ sử dụng vật liệu chịu lửa trên một đơn vị thể tích lò Sử dụng vật liệu cách nhiệt trong lò và trên xe goong có trọng lượng nhỏ để cải thiện hiệu quả cách nhiệt

- Sử dụng vòi đốt sinh NOx thấp, tốc độ cao, tự động điều chỉnh, đảo trộn không khí trong lò đảm bảo có thể phân phối nhiệt độ đồng đều

- Trong thực tế, lò nung Tuynen không thể kín hoàn toàn nên không khí lạnh vẫn lọt vào lò từ gầm xe goòng, hệ quả là nhiệt độ trong lò không đồng đều theo chiều cao, ở zôn tiền nung các lớp vật liệu phía trên sẽ được đốt nóng nhanh hơn, còn ở zôn

làm nguội thì lớp vật liệu phía dưới sẽ được làm nguội nhanh hơn Muốn giảm nhiệt

độ chênh lệch trong lò cần hoàn thiện các kết cấu lò phù hợp như sau:

+ Cửa thổi không khí lạnh vào lò để làm nguội sản phẩm phải đặt sát vòm lò để

bù trừ được chênh lệch tốc độ khí trong zôn này và làm nguội đồng đều hơn

+ Cửa hút khói lò bắt buộc phải đặt sát mặt xe goòng và phải bố trí nhiều cửa để khí nóng chui xuống phía dưới Như vậy vật liệu sẽ được nung nóng đều hơn theo chiều cao

+ Khe giữa vật liệu chịu lửa lót trên xe goòng với tường lò cũng như giữa goòng và goòng phải là đường zích zắc Như vậy sẽ giảm được không khí lạnh chui lên do trở lực tăng lên Để tăng trở lực người ta còn lót bông gốm hoặc amiăng tại khe

ở vị trí nhất định giữa goòng và goòng để tăng độ kín của khe giữa xe và xe và giảm không khí lạnh lọt vào lò

+ Để đảm bảo kín khí hơn, ngưòi ta phải tạo van cát giữa xe goòng với tường

lò, van cát phải lớn và chắc chắn vì lò phải làm việc liên tục Cửa tiếp cát phải được bố trí trên chiều dài của lò Tuynen

+ Cần tuần hoàn khí để tận dụng nhiệt Đặt quạt hút không khí nóng từ zôn làm nguội hoặc khói lò tại vị trí trước đó một đoạn rồi thổi vào lò qua một khe hẹp từ vòm

lò Khi màng khí thổi vào lò, dòng khí nóng sẽ phải chúi xuống và như vậy vật liệu phía dưới của lò sẽ được nung nóng Tuy nhiên sau đó khí nóng lại hướng lên trên và

để khí phải đi xuống ta lại đặt quạt tuần hoàn nữa Tuỳ theo chiều dài của zôn tiền nung mà có thể đặt đến 3 quạt tuần hoàn khí

+ Để giảm chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao vật liệu xếp trên xe lò thì cần phải giảm chiều cao của lò tính từ mặt goòng đến đỉnh vòm lò Chính vì thế mà chiều cao của lò hiện nay đang có chiều hướng giảm đi, các lò nung gạch ngói xuống còn dưới 1,4 m Trong trường hợp đó việc tuần hoàn khí có thể không cần nữa

+ Tốc độ khí phải bảo đảm đủ lớn 1- 1,5 m/s Khi đó các dòng khí sẽ phân bố đồng đều hơn theo tiết diện ngang của lò, nhiệt độ phân bố đều hơn Nếu tốc độ quá lớn sức hút của quạt phải tăng lên và chân không trong lò cũng tăng dẫn tới tăng không khí lọt vào lò và tăng chênh lệch nhiệt độ trong lò

+ Có thể thiết lập chế độ áp suất dưới gầm xe goòng như trong lò Như vậy không có chênh lệch áp suất và không khí lạnh sẽ không lọt vào lò Khi sử dụng quạt hút và đẩy sẽ phức tạp nhưng gầm xe goòng sẽ được làm mát tốt hơn

+ Bố trí vòi đốt phải để gần sát mặt xe để giảm chênh lệch nhiệt độ trong zôn nung theo chiều cao Nếu tại zôn tiền nung nhiệt độ phân bố không đều thì có thể bố trí vòi đốt phụ sát mặt xe để giảm chênh lệch nhiệt độ của zôn này