5 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI ĐƯỢC ỨNG DỤNG PHỔ BIẾN
Công nghệ xử lý chất thải nguy hại là nền tảng giúp các khu công nghiệp, nhà máy hóa chất và cơ sở y tế kiểm soát ô nhiễm, giảm thiểu rủi ro môi trường và đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế. Bài viết phân tích 5 nhóm công nghệ quan trọng cùng phạm vi ứng dụng thực tiễn trong sản xuất.
1. GIỚI THIỆU
Trong bối cảnh sản xuất hiện đại, khối lượng chất thải nguy hại (CTNH) phát sinh ngày càng lớn. Theo thống kê, trung bình mỗi tấn thép sản xuất tạo ra 80–120 kg CTNH; ngành y tế thải ra 0,5–1,2 kg CTNH/giường bệnh/ngày; còn ngành hóa dầu có tỷ lệ phát thải tới 3–5% nguyên liệu đầu vào.
Các loại CTNH bao gồm dung môi halogen, bùn thải có hàm lượng kim loại nặng >1000 mg/kg, chất thải lây nhiễm, và bã lọc chứa hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POPs). Nếu không áp dụng công nghệ xử lý chất thải nguy hại phù hợp, nồng độ kim loại nặng (Cr, Pb, Hg) trong đất có thể vượt ngưỡng QCVN 07:2009 từ 2–10 lần, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước ngầm.
Với mục tiêu đáp ứng chuẩn mực quốc tế như Basel Convention, EU Waste Framework Directive và US EPA RCRA, các nhà máy bắt buộc triển khai công nghệ đốt, xử lý hóa lý hoặc chôn lấp an toàn. Mỗi phương pháp có ưu – nhược điểm, chi phí vận hành và phạm vi áp dụng riêng, tùy thuộc tính chất dòng thải và chỉ số phát thải đầu ra.
Trong các phần tiếp theo, bài viết sẽ phân tích 5 nhóm công nghệ xử lý chất thải nguy hại phổ biến nhất, bao gồm cả các thông số vận hành chi tiết, ví dụ ứng dụng thực tế tại nhiều khu vực, và lý do tại sao ETEK trở thành đối tác uy tín cho các dự án trong và ngoài nước.
2. CÔNG NGHỆ ĐỐT TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI
Công nghệ đốt là một trong những công nghệ xử lý chất thải nguy hại được áp dụng rộng rãi nhất hiện nay. Phương pháp này sử dụng lò đốt chuyên dụng, vận hành ở nhiệt độ cao 850–1.200°C để oxy hóa triệt để các hợp chất hữu cơ khó phân hủy như PCB, dioxin, furan và dung môi clo hóa. Hiệu suất phá hủy và loại bỏ (Destruction and Removal Efficiency – DRE) đạt tới 99,99%, đáp ứng tiêu chuẩn US EPA và QCVN 30:2012/BTNMT.
Các lò đốt CTNH thường thiết kế dạng quay (rotary kiln), tầng sôi (fluidized bed) hoặc nhiều cấp (multiple hearth). Lò quay xử lý hiệu quả bùn thải, chất rắn có kích thước không đồng nhất; lò tầng sôi phù hợp chất thải có độ ẩm cao, giúp quá trình trao đổi nhiệt đồng đều. Với khí thải sau đốt, hệ thống xử lý gồm buồng đốt thứ cấp 1.100–1.200°C, tháp giải nhiệt, tháp hấp thụ NaOH và lọc túi vải, đảm bảo nồng độ HCl < 100 mg/Nm³, NOx < 400 mg/Nm³, bụi tổng < 30 mg/Nm³.
Ưu điểm nổi bật của công nghệ đốt là giảm thể tích chất thải tới 90% và khối lượng tới 70%. Tro xỉ còn lại có thể ổn định hóa và đưa đi chôn lấp an toàn. Tuy nhiên, nhược điểm là chi phí vận hành cao, tiêu hao nhiên liệu 10–15% khối lượng chất thải, đồng thời phát sinh khí thải thứ cấp nếu không kiểm soát chặt chẽ. Nhiệt trị yêu cầu tối thiểu của chất thải thường từ 2.500–3.000 kcal/kg để duy trì quá trình cháy ổn định mà không cần bổ sung nhiều nhiên liệu phụ trợ.
Trong thực tế, nhiều nhà máy ở các khu công nghiệp đã áp dụng công nghệ đốt để xử lý chất thải nguy hại. Ví dụ, một dự án tại khu vực Đông Nam Á sử dụng lò quay công suất 20 tấn/ngày, nhờ bổ sung hệ thống kiểm soát NOx bằng công nghệ SNCR, nồng độ NOx giảm từ 700 xuống còn 350 mg/Nm³, đáp ứng chuẩn EU Directive 2010/75/EU. Tại Trung Đông, lò đốt tầng sôi đã giúp xử lý bùn thải dầu với hiệu suất DRE 99,999%, tro sau xử lý đạt TCLP < 5 mg/L, đủ tiêu chuẩn chôn lấp.
Một yếu tố quan trọng trong vận hành công nghệ đốt là kiểm soát sự hình thành dioxin và furan. Theo WHO, ngưỡng phát thải cho phép là < 0,1 ng TEQ/Nm³. Để đạt chỉ tiêu này, hệ thống buộc phải duy trì nhiệt độ buồng đốt thứ cấp trên 1.100°C với thời gian lưu khí ít nhất 2 giây, đồng thời làm nguội nhanh khí thải xuống dưới 200°C trong vòng 2 giây để tránh tái hình thành dioxin. Hệ thống lọc than hoạt tính bổ sung giúp giảm dioxin xuống dưới 0,05 ng TEQ/Nm³.
Về chi phí, công nghệ đốt có suất đầu tư dao động 2.000–4.500 USD/tấn công suất/năm, tùy loại lò và hệ thống xử lý khí thải. Chi phí vận hành khoảng 300–500 USD/tấn chất thải. Dù cao hơn so với xử lý hóa lý hay chôn lấp an toàn, phương pháp này vẫn được ưu tiên đối với CTNH có khả năng sinh độc tính cao, khó phân hủy, không thể xử lý bằng phương pháp khác.
Như vậy, công nghệ đốt đóng vai trò then chốt trong nhóm công nghệ xử lý chất thải nguy hại hiện đại. Đây là giải pháp bắt buộc cho các dòng thải hữu cơ khó xử lý, đảm bảo vừa đáp ứng yêu cầu pháp lý quốc tế, vừa giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm thứ cấp. Trong phần tiếp theo, bài viết sẽ phân tích chi tiết về xử lý hóa lý – một phương pháp đặc biệt hiệu quả đối với chất thải vô cơ, dung dịch và bùn lỏng.
3. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ HÓA LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI
Xử lý hóa lý là một trong những công nghệ xử lý chất thải nguy hại áp dụng phổ biến với dòng thải lỏng, bùn và chất rắn chứa kim loại nặng. Công nghệ này sử dụng các phản ứng hóa học và quá trình vật lý để trung hòa, kết tủa, oxy hóa, hấp phụ hoặc ổn định chất ô nhiễm. Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào pH, thế oxy hóa khử (ORP), liều lượng hóa chất và điều kiện vận hành.
Các bước chính trong xử lý hóa lý thường bao gồm:
– Trung hòa: dùng H₂SO₄, NaOH hoặc vôi Ca(OH)₂ để điều chỉnh pH về 6,5–9,0.
– Kết tủa – keo tụ: bổ sung PAC, FeCl₃ hoặc polyme anion để tạo bông cặn lắng kim loại nặng như Pb²⁺, Cd²⁺, Cr⁶⁺.
– Oxy hóa – khử: sử dụng NaOCl, H₂O₂ hoặc KMnO₄ để chuyển Cr⁶⁺ thành Cr³⁺ ít độc hơn, hoặc phân hủy xyanua xuống < 0,2 mg/L.
– Hấp phụ: than hoạt tính, zeolit hoặc bentonite loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan khó phân hủy.
– Ổn định – rắn hóa: trộn bùn thải với xi măng, pozzolan để giảm tính di động kim loại, đạt chỉ số TCLP < 5 mg/L.
Ưu điểm của xử lý hóa lý là chi phí vận hành thấp, khoảng 60–120 USD/m³ nước thải, và khả năng xử lý đa dạng các chất ô nhiễm. Nhược điểm là phát sinh bùn thải thứ cấp, trung bình 50–80 kg bùn khô/m³ nước thải xử lý, cần đưa đi chôn lấp an toàn. Ngoài ra, hiệu quả xử lý các hợp chất hữu cơ bền vững như dioxin, PCB không cao, do đó thường phải kết hợp với công nghệ đốt hoặc sinh học nâng cao.
Một ví dụ điển hình là dự án xử lý nước thải mạ điện ở Đông Nam Á, với lưu lượng 1.000 m³/ngày, chứa Cr⁶⁺ 25 mg/L và Ni²⁺ 30 mg/L. Sau khi áp dụng xử lý hóa lý bằng NaHS và vôi, hiệu suất loại bỏ Cr⁶⁺ đạt 99,5%, Ni²⁺ đạt 98,7%, nồng độ đầu ra < 0,2 mg/L, đáp ứng QCVN 40:2011/BTNMT. Tại Trung Đông, công nghệ oxy hóa nâng cao (AOPs) kết hợp H₂O₂/UV đã xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp, giảm COD từ 3.000 xuống còn 150 mg/L, tỷ lệ loại bỏ 95%.
Trong vận hành, các thông số kỹ thuật cần giám sát chặt chẽ gồm: pH 6,5–9,0, ORP 250–400 mV cho oxy hóa, tốc độ khuấy 200–300 vòng/phút ở giai đoạn keo tụ và 40–60 vòng/phút ở giai đoạn tạo bông. Thời gian lắng tối thiểu 30–45 phút, nồng độ SS sau lắng < 50 mg/L. Với bùn thải phát sinh, độ ẩm sau ép bùn thường 70–80%, cần bổ sung vôi để đạt độ khô ≥ 50% trước khi vận chuyển đi chôn lấp an toàn.
Chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý hóa lý dao động 400–800 USD/m³/ngày công suất, tùy mức độ tự động hóa và loại chất thải. Thời gian thu hồi vốn trung bình 3–5 năm, ngắn hơn so với công nghệ đốt. Do đó, phương pháp này thường được các ngành xi mạ, dệt nhuộm, hóa chất vô cơ, sản xuất pin – ắc quy ưu tiên lựa chọn.
Một thách thức lớn là kiểm soát lượng hóa chất sử dụng. Nếu liều lượng không chính xác, sẽ gây dư thừa NaOH hoặc PAC, làm tăng TDS và độ kiềm nước thải sau xử lý. Vì vậy, nhiều nhà máy đã áp dụng hệ thống định lượng hóa chất tự động kết nối PLC và SCADA, độ chính xác ±1%, giúp giảm 15–20% chi phí hóa chất so với vận hành thủ công.
Như vậy, xử lý hóa lý đóng vai trò quan trọng trong nhóm công nghệ xử lý chất thải nguy hại, đặc biệt với các dòng thải vô cơ, bùn thải chứa kim loại nặng và dung dịch độc hại. Phương pháp này vừa đảm bảo hiệu quả kỹ thuật, vừa có tính kinh tế, tạo nền tảng cho bước xử lý tiếp theo bằng chôn lấp an toàn hoặc các công nghệ tiên tiến hơn.
4. CÔNG NGHỆ CHÔN LẤP AN TOÀN CHẤT THẢI NGUY HẠI
Chôn lấp an toàn là mắt xích quan trọng trong hệ thống công nghệ xử lý chất thải nguy hại, đặc biệt đối với tro xỉ sau công nghệ đốt, bùn thải sau xử lý hóa lý, hoặc các loại CTNH khó xử lý bằng phương pháp khác. Đây là giải pháp cuối cùng nhằm cô lập chất thải ra khỏi môi trường trong thời gian dài, đảm bảo không gây rò rỉ độc hại vào đất, nước ngầm và không khí.
Một bãi chôn lấp an toàn phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt. Đáy bãi thường được lót nhiều lớp: đất sét nén dày ≥ 1 m, độ thấm < 1×10⁻⁷ cm/s; màng HDPE dày ≥ 2 mm; lớp thoát nước bằng cát hoặc sỏi dày 0,3–0,5 m; ống thu nước rỉ rác HDPE φ160 mm; và hệ thống quan trắc mực nước ngầm. Tỷ lệ rò rỉ cho phép theo US EPA Subtitle C < 0,001 cm³/m²/ngày.
Trong quá trình vận hành, chất thải trước khi chôn lấp an toàn thường phải ổn định hóa để giảm khả năng phát tán. Ví dụ, tro xỉ từ lò đốt chứa Pb 2.000 mg/kg, Cd 200 mg/kg, sau khi trộn xi măng 20% và vôi 10% sẽ giảm nồng độ kim loại rò rỉ trong TCLP xuống < 5 mg/L, đạt chuẩn QCVN 07:2009. Bùn thải xi mạ sau xử lý hóa lý được bổ sung pozzolan và tro bay để giảm tính hòa tan Cr và Ni.
Ưu điểm của chôn lấp an toàn là chi phí thấp hơn so với công nghệ đốt hay xử lý nâng cao. Suất đầu tư dao động 250–600 USD/tấn công suất/năm, chi phí vận hành 40–80 USD/tấn CTNH. Tuy nhiên, nhược điểm lớn là chiếm nhiều diện tích đất, khó mở rộng tại các đô thị, và nguy cơ phát tán khí thải (CH₄, H₂S) nếu không có hệ thống thu gom khí.
Ví dụ thực tế: Tại một khu công nghiệp ở Đông Nam Á, bãi chôn lấp an toàn diện tích 12 ha được thiết kế 3 ô chứa, tổng công suất 500.000 tấn. Sau 10 năm vận hành, hệ thống quan trắc cho thấy nồng độ Pb trong nước ngầm quanh khu vực luôn < 0,01 mg/L, thấp hơn QCVN 09:2008/BTNMT. Tại Trung Đông, một dự án chôn lấp khép kín kết hợp thu hồi khí metan đã sản xuất 3 MW điện, giảm phát thải 20.000 tấn CO₂/năm theo cơ chế CDM.
Công tác giám sát bãi chôn lấp an toàn cần được thực hiện liên tục. Các thông số chính bao gồm: lưu lượng nước rỉ rác (≤ 0,5 m³/tấn CTNH), pH 6,5–8,5, COD < 500 mg/L, nồng độ VOCs < 0,05 mg/L. Định kỳ 6 tháng phải khoan giếng quan trắc nước ngầm, phân tích As, Pb, Cd, Hg. Khi ô chôn lấp đầy, cần phủ đất sét dày ≥ 0,5 m, phủ màng HDPE và trồng cỏ để chống xói mòn.
Một yếu tố quan trọng khác là quản lý khí thải. Quá trình phân hủy yếm khí tạo ra CH₄ 40–60% thể tích, CO₂ 35–50%, H₂S 50–500 ppm. Hệ thống thu khí HDPE φ200 mm, bố trí 25–30 m/ống, kết nối flare đốt hoặc máy phát điện. Hiệu suất thu hồi khí đạt 70–85%, vừa giảm hiệu ứng nhà kính, vừa tận dụng năng lượng.
Dù còn hạn chế, chôn lấp an toàn vẫn là thành phần không thể thiếu trong chuỗi công nghệ xử lý chất thải nguy hại. Đây là giải pháp tối ưu cho chất thải trơ, khó tái chế hoặc đã được ổn định hóa. Bằng việc kết hợp chặt chẽ với công nghệ đốt và xử lý hóa lý, giải pháp này giúp khép kín vòng xử lý, hạn chế tối đa nguy cơ rò rỉ chất độc ra môi trường.
5. CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỔ TRỢ VÀ LÝ DO NÊN CHỌN ETEK
Ngoài công nghệ đốt, xử lý hóa lý và chôn lấp an toàn, hệ thống công nghệ xử lý chất thải nguy hại hiện đại còn ứng dụng nhiều giải pháp bổ trợ. Các công nghệ này không thay thế hoàn toàn, nhưng đóng vai trò tối ưu hóa hiệu suất, giảm chi phí và tăng khả năng tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế.
5.1 Công nghệ sinh học hiếu khí và kỵ khí
Đối với CTNH có thành phần hữu cơ phân hủy sinh học (dầu mỡ, bùn thải thực phẩm, dung dịch chứa hợp chất hữu cơ dễ phân hủy), công nghệ sinh học được áp dụng để giảm tải trước khi đốt hoặc ổn định hóa.
– Quá trình hiếu khí: duy trì DO 2–4 mg/L, thời gian lưu bùn (SRT) 10–15 ngày, hiệu quả loại bỏ BOD đạt 85–95%.
– Quá trình kỵ khí UASB: tải trọng hữu cơ 5–10 kg COD/m³.ngày, sinh khí CH₄ 0,25–0,35 m³/kg COD, hiệu suất giảm COD 70–85%.
Ví dụ, một nhà máy chế biến thủy sản ở Đông Nam Á đã áp dụng UASB để xử lý 500 m³/ngày nước thải giàu dầu mỡ, giảm COD từ 5.000 mg/L xuống 800 mg/L trước khi đưa sang xử lý hóa lý. Nhờ đó, chi phí hóa chất giảm 30%.
5.2 Công nghệ oxy hóa nâng cao (AOPs)
AOPs sử dụng các gốc hydroxyl (•OH) có thế oxy hóa 2,8 V, mạnh hơn O₃ và Cl₂. Các hệ thống phổ biến: O₃/UV, H₂O₂/UV, Fenton (Fe²⁺/H₂O₂), hay plasma lạnh.
– Fenton: pH tối ưu 2,5–3,0, tỷ lệ H₂O₂/Fe²⁺ = 4–6, hiệu suất phân hủy phenol, anilin đạt 95%.
– O₃/UV: liều 20–40 mg/L O₃ kết hợp tia UV 254 nm, loại bỏ màu và COD > 90%.
– Plasma: nhiệt độ vùng plasma 3.000–5.000 K, phá hủy hoàn toàn hợp chất POPs, dioxin.
Tại Trung Đông, công nghệ plasma được dùng xử lý 2 tấn/ngày bùn thải chứa PCB, đạt hiệu quả phá hủy 99,999%, tro xỉ sau xử lý TCLP < 1 mg/L.
5.3 Công nghệ hấp phụ và màng lọc
Đối với nước thải chứa VOCs, dung môi hữu cơ hoặc kim loại nặng ở nồng độ thấp (< 10 mg/L), công nghệ hấp phụ than hoạt tính hoặc zeolit kết hợp màng NF/RO được sử dụng.
– Than hoạt tính: diện tích bề mặt 800–1.200 m²/g, dung lượng hấp phụ phenol 200 mg/g.
– NF: áp suất 4–10 bar, loại bỏ 95% COD và 90% kim loại nặng.
– RO: áp suất 15–20 bar, TDS đầu ra < 50 mg/L, nước sau xử lý có thể tái sử dụng.
Ví dụ, tại Nam Á, hệ thống NF công suất 1.000 m³/ngày đã loại bỏ As từ 0,2 mg/L xuống < 0,01 mg/L, đáp ứng WHO guideline.
5.4 Công nghệ ổn định – rắn hóa nâng cao
Ngoài phương pháp xi măng – vôi truyền thống, các chất kết dính đặc biệt như geopolymers, silicat hoặc polymer hữu cơ được dùng để giảm tính hòa tan kim loại nặng.
– Geopolymer: sử dụng tro bay + NaOH, mô đun đàn hồi đạt 3–4 GPa, độ rò rỉ Pb < 0,5 mg/L.
– Silicat hóa: phun Na₂SiO₃ vào bùn thải, tạo gel silica không tan, giảm độ thấm xuống 1×10⁻⁹ cm/s.
Công nghệ này thích hợp với CTNH y tế chứa Hg, As, giúp giảm nguy cơ phát tán lâu dài.
5.5 Lý do nên chọn ETEK
ETEK là đơn vị tiên phong trong triển khai công nghệ xử lý chất thải nguy hại tại Việt Nam, đồng thời có năng lực cung cấp giải pháp cho các dự án quốc tế.
– Kinh nghiệm: hơn 15 năm triển khai trên 200 dự án công nghiệp, từ nhà máy hóa chất, xi mạ, dược phẩm đến khu xử lý tập trung.
– Công nghệ: cung cấp trọn gói công nghệ đốt, xử lý hóa lý, chôn lấp an toàn, kết hợp các công nghệ bổ trợ (AOPs, plasma, sinh học).
– Thiết bị hiện đại: hệ thống quan trắc online (pH, ORP, TOC, VOC) kết nối SCADA, độ chính xác ±0,5%.
– Năng lực quốc tế: đã triển khai thành công tại các khu vực Đông Nam Á, Nam Á, Trung Đông. Các dự án đạt hiệu suất xử lý > 98%, thời gian vận hành ổn định trên 8.000 giờ/năm.
5.6 Cam kết của ETEK
ETEK cam kết cung cấp giải pháp công nghệ xử lý chất thải nguy hại toàn diện, từ thiết kế – xây dựng – vận hành – đào tạo. Các dự án đều tuân thủ ISO 14001, ISO 45001 và tiêu chuẩn an toàn quốc tế (US EPA, EU Directive). Với đội ngũ kỹ sư tự động hóa, hóa môi trường, ETEK không chỉ giải quyết yêu cầu trong nước mà còn hỗ trợ trực tiếp tại các dự án ở nước ngoài.
6. KẾT LUẬN
Có thể khẳng định, 5 nhóm công nghệ xử lý chất thải nguy hại – gồm công nghệ đốt, xử lý hóa lý, chôn lấp an toàn, cùng các công nghệ bổ trợ sinh học, oxy hóa nâng cao và hấp phụ – đã tạo nên nền tảng xử lý toàn diện. Mỗi công nghệ có phạm vi ứng dụng, chi phí và hiệu suất riêng, nhưng khi kết hợp sẽ đảm bảo giảm thiểu rủi ro môi trường, đáp ứng chuẩn quốc tế và mang lại lợi ích kinh tế.
Lựa chọn ETEK đồng nghĩa với việc chọn đối tác chiến lược, có năng lực triển khai giải pháp đồng bộ, an toàn, bền vững và sẵn sàng phục vụ cả các dự án ở ngoài lãnh thổ Việt Nam.
BÀI VIẾT LIÊN QUAN: