Ngành khai thác than, từ lâu đã đóng vai trò then chốt trong đảm bảo an ninh năng lượng và phát triển kinh tế của nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam. Tuy nhiên, hoạt động khai thác than luôn đi kèm với những thách thức lớn về môi trường, đặc biệt là ô nhiễm bụi và khí thải. Để đối phó với những thách thức này và hướng tới mục tiêu phát triển mỏ xanh, bền vững, việc ứng dụng các công nghệ lọc bụi và xử lý khí thải tiên tiến là một yêu cầu cấp thiết và không thể thiếu.
Bài viết này sẽ đi sâu vào các công nghệ lọc bụi và xử lý khí thải đang được hoặc cần được ứng dụng trong ngành khai thác than, từ khâu khai thác đến chế biến và vận chuyển.
I. Các nguồn phát sinh bụi và khí thải trong khai thác than:
Trước khi đi vào công nghệ, cần hiểu rõ các nguồn phát sinh chính:
- Trong khai thác (lộ thiên và hầm lò):
- Khai thác và bóc đất đá: Khoan, nổ mìn, xúc, vận chuyển đất đá và than tạo ra lượng bụi lớn.
- Quá trình vận chuyển: Xe tải, băng tải chuyên chở than và đất đá gây phát tán bụi.
- Thông gió hầm lò: Khí thải từ hầm lò chứa bụi than, khí độc (CH4, CO, CO2, SO2, NOx…) phát sinh từ quá trình khai thác, cháy than.
- Trong chế biến và sàng tuyển:
- Nghiền, sàng, tuyển than: Các quá trình này tạo ra bụi than mịn và siêu mịn.
- Sấy than: Nếu than được sấy, khí thải chứa bụi than và hơi nước.
- Bãi thải và kho than:
- Bãi thải đất đá: Gió thổi gây phát tán bụi từ các bãi thải.
- Kho than: Gió thổi, hoạt động bốc dỡ gây phát tán bụi.
- Các phương tiện và thiết bị: Khí thải từ động cơ diesel của xe tải, máy xúc, máy ủi, máy phát điện.
II. Ứng dụng công nghệ lọc bụi trong khai thác than:
Việc kiểm soát bụi là ưu tiên hàng đầu trong ngành than. Các công nghệ lọc bụi được áp dụng tùy theo quy mô và tính chất nguồn thải:
- Hệ thống lọc bụi túi vải (Baghouse/Fabric Filter):
- Nguyên lý: Khí thải chứa bụi được dẫn qua các túi vải có cấu trúc xốp. Bụi bị giữ lại trên bề mặt vải, khí sạch thoát ra ngoài. Túi vải được làm sạch định kỳ bằng hệ thống giũ bụi (thường là giũ bụi bằng khí nén – pulse jet).
- Ứng dụng:
- Nhà máy sàng tuyển, chế biến than: Lọc bụi từ các điểm nghiền, sàng, băng tải chuyển tiếp, nhà máy tuyển than.
- Hút bụi cục bộ: Hút bụi tại các vị trí phát sinh bụi mạnh như cửa lò, miệng phễu cấp liệu.
- Xử lý khí thải sau lò hơi (nếu có): Đối với các nhà máy nhiệt điện sử dụng than, lọc bụi túi vải là một trong những công nghệ hiệu quả để thu giữ tro bay.
- Ưu điểm: Hiệu suất lọc cao (trên 99%), có khả năng thu giữ bụi mịn và siêu mịn, dễ dàng thay thế túi lọc.
- Thách thức: Chi phí đầu tư và vận hành (thay túi lọc, tiêu thụ khí nén), yêu cầu bảo trì định kỳ.
- Hệ thống lọc bụi Cyclone:
- Nguyên lý: Sử dụng lực ly tâm để tách các hạt bụi có kích thước lớn và trung bình ra khỏi dòng khí. Khí thải đi vào buồng cyclone theo phương tiếp tuyến, tạo ra dòng xoáy. Các hạt bụi nặng hơn sẽ văng vào thành và rơi xuống phễu thu.
- Ứng dụng:
- Tiền xử lý: Thường được sử dụng làm thiết bị lọc sơ bộ trước khi đưa khí vào các hệ thống lọc hiệu quả hơn như lọc bụi túi vải hoặc lọc tĩnh điện, giúp giảm tải cho thiết bị chính.
- Xử lý bụi thô: Tại các điểm phát sinh bụi hạt lớn như khu vực bốc dỡ, băng tải.
- Ưu điểm: Chi phí thấp, vận hành đơn giản, ít bảo trì, hiệu quả với bụi hạt lớn.
- Thách thức: Hiệu suất thấp với bụi mịn và siêu mịn.
- Hệ thống lọc bụi tĩnh điện (Electrostatic Precipitator – ESP):
- Nguyên lý: Khí thải chứa bụi đi qua một trường điện từ mạnh. Các hạt bụi bị nhiễm điện và bị giữ lại trên các bản cực trái dấu. Bụi được rũ xuống phễu thu bằng cơ chế rung hoặc đập.
- Ứng dụng:
- Nhà máy nhiệt điện than: Là công nghệ phổ biến nhất để xử lý tro bay từ khí thải lò hơi do có khả năng xử lý lưu lượng khí lớn và hiệu suất cao với bụi mịn.
- Các lò nung, lò luyện kim có phát thải bụi lớn.
- Ưu điểm: Hiệu suất lọc rất cao (trên 99.9%), chi phí vận hành thấp (tiêu thụ năng lượng), xử lý lưu lượng khí lớn.
- Thách thức: Chi phí đầu tư ban đầu rất cao, không hiệu quả với bụi có điện trở suất cao, cần diện tích lớn.
- Hệ thống phun sương/tưới Ẩm (Wet Scrubber/Dust Suppression):
- Nguyên lý: Phun nước hoặc dung dịch hóa chất tạo ra các hạt sương mịn hoặc lớp nước trên bề mặt bụi. Nước sẽ bao bọc và làm nặng hạt bụi, khiến chúng lắng xuống hoặc được thu gom dễ dàng hơn.
- Ứng dụng:
- Kiểm soát bụi tại nguồn hở: Tại các điểm bốc dỡ than, trên các tuyến đường vận chuyển, bãi thải đất đá, kho than lộ thiên.
- Kiểm soát bụi trong khai thác lộ thiên: Phun sương trên các máy xúc, xe tải, tại các khu vực nổ mìn.
- Ưu điểm: Chi phí thấp, dễ triển khai, hiệu quả với bụi phát tán trong không gian rộng.
- Thách thức: Có thể gây ẩm ướt than, hiệu quả thấp với bụi siêu mịn, cần quản lý nước thải.
III. Ứng dụng công nghệ xử lý khí thải (Ngoài Bụi) trong khai thác than:
Ngoài bụi, ngành than còn phát sinh các loại khí độc hại cần được xử lý:
- Xử lý khí độc trong hầm lò (CH4, CO, CO2):
- Hệ thống thông gió: Bắt buộc phải có hệ thống thông gió hầm lò hiệu quả để pha loãng và đẩy các khí độc ra ngoài, duy trì nồng độ an toàn cho người lao động.
- Hệ thống giám sát khí: Lắp đặt các cảm biến liên tục đo nồng độ khí CH4, CO, CO2 và các khí khác, đưa ra cảnh báo sớm.
- Hệ thống thoát khí Methane (nếu có): Thu gom và tận dụng khí Methane (CH4) làm nhiên liệu phát điện, giảm phát thải khí nhà kính và tạo ra giá trị kinh tế.
- Xử lý khí SOx (Lưu Huỳnh Oxit) và NOx (Nitơ Oxit):
- Nguồn phát sinh: Chủ yếu từ quá trình đốt than trong các nhà máy nhiệt điện, hoặc từ hoạt động đốt cháy khác.
- Công nghệ khử SOx (FGD – Flue Gas Desulfurization):
- Hấp thụ ướt: Phổ biến nhất là sử dụng huyền phù đá vôi (CaCO3) hoặc vôi tôi (Ca(OH)2) để hấp thụ SO2 từ khí thải, tạo ra thạch cao có thể tái sử dụng.
- Hấp thụ khô/bán khô: Phun chất hấp thụ dạng bột vào dòng khí thải.
- Công nghệ khử NOx (SCR – Selective Catalytic Reduction hoặc SNCR – Selective Non-Catalytic Reduction):
- SCR: Tiêm chất khử (amoniac hoặc urê) vào dòng khí thải nóng trước khi đi qua chất xúc tác. NOx sẽ phản ứng với chất khử và chuyển hóa thành N2 và H2O.
- SNCR: Tiêm chất khử vào vùng nhiệt độ cao của lò hơi mà không cần chất xúc tác.
- Ứng dụng: Bắt buộc đối với các nhà máy nhiệt điện than để tuân thủ quy chuẩn về khí thải.
- Xử lý khí thải từ động cơ Diesel:
- Bộ lọc hạt diesel (DPF – Diesel Particulate Filter): Giúp loại bỏ bụi muội than từ khí thải động cơ.
- Hệ thống giảm xúc tác chọn lọc (SCR) hoặc bộ chuyển đổi xúc tác: Giảm phát thải NOx từ động cơ diesel.
- Ứng dụng: Trên các xe tải, máy xúc, máy ủi hoạt động trong khu vực khai thác.
IV. Tích hợp và tự động hóa:
Để tối ưu hóa hiệu quả và giảm chi phí, các hệ thống lọc bụi và xử lý khí thải ngày càng được tích hợp và tự động hóa:
- Hệ thống giám sát và điều khiển tập trung (SCADA/DCS): Cho phép giám sát liên tục các thông số môi trường, hiệu suất hoạt động của hệ thống xử lý, và điều khiển từ xa.
- Cảm biến thông minh và IoT: Thu thập dữ liệu theo thời gian thực về nồng độ bụi, khí độc, áp suất, nhiệt độ, giúp tối ưu hóa vận hành và bảo trì dự đoán.
- Phân tích dữ liệu lớn và AI: Để dự đoán các sự cố, tối ưu hóa quy trình xử lý và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng.
Việc ứng dụng các công nghệ lọc bụi và xử lý khí thải tiên tiến là yếu tố sống còn để ngành khai thác than Việt Nam phát triển bền vững trong tương lai. Điều này không chỉ giúp đảm bảo tuân thủ các quy định môi trường ngày càng chặt chẽ, bảo vệ sức khỏe người lao động và cộng đồng, mà còn nâng cao hình ảnh và năng lực cạnh tranh của ngành. Đầu tư vào công nghệ môi trường chính là đầu tư vào tương lai của ngành than, hướng đến một “mỏ xanh”, hiệu quả và an toàn.
