Công nghệ giảm phát sinh ô nhiễm hoạt động theo nguyên lý nào?

Nguyên lý cốt lõi là giảm ô nhiễm ngay trước khi nó đi vào dòng chất thải

Điểm khác biệt quan trọng của công nghệ giảm phát sinh ô nhiễm nằm ở vị trí can thiệp. Nếu công nghệ xử lý cuối đường ống tiếp nhận một dòng khí, nước hoặc chất thải đã hình thành để tách chất ô nhiễm ra, công nghệ giảm phát sinh cố gắng làm cho lượng chất ô nhiễm đó không được tạo ra, hoặc được tạo ra với lượng và mức nguy hại thấp hơn ngay từ đầu. EPA định nghĩa source reduction theo hướng giảm lượng chất ô nhiễm đi vào dòng chất thải hoặc phát tán ra môi trường trước khi tái chế, xử lý hoặc thải bỏ.

Về mặt cơ chế, có thể hình dung chuỗi sản xuất như sau:

Đầu vào → quá trình chuyển hóa → sản phẩm dòng thải

Công nghệ giảm phát sinh tác động vào một hoặc nhiều mắt xích phía trước để làm thay đổi kết quả đầu ra. Khi nguyên liệu ít độc hơn, phản ứng tạo ít phụ phẩm hơn, thiết bị vận hành chính xác hơn hoặc tổn thất được kiểm soát tốt hơn, tải lượng chất ô nhiễm trong dòng thải cũng giảm theo.

Điều này không có nghĩa mọi hệ thống xử lý cuối đường ống đều không cần thiết. Trong thực tế, khi chất ô nhiễm vẫn còn phát sinh và không thể loại bỏ hoàn toàn tại nguồn, công nghệ kiểm soát hoặc xử lý tiếp tục đóng vai trò bổ sung. Điểm cốt lõi của giảm phát sinh là ưu tiên ngăn tạo ô nhiễm trước khi phải xử lý nó.

Thay đổi nguyên liệu để giảm lượng chất ô nhiễm ngay từ đầu

Một nguyên lý trực tiếp là thay đổi thành phần, tính chất hoặc lượng nguyên liệu đầu vào để quá trình tạo ra ít chất ô nhiễm hơn. Biện pháp có thể là thay một chất nguy hại bằng chất ít nguy hại hơn, nâng độ tinh khiết của nguyên liệu, giảm lượng tác chất dư hoặc lựa chọn đầu vào phù hợp hơn với quá trình. EPA xếp material substitution and modification vào nhóm source reduction chính.

Cơ chế ở đây khá trực tiếp: nếu một chất gây ô nhiễm xuất hiện vì chính thành phần của nguyên liệu hoặc tác chất tham gia quá trình, thay đổi đầu vào có thể làm giảm cả lượng chất ô nhiễm lẫn mức độ nguy hại của dòng thải. Chẳng hạn, thay một nguyên liệu chứa thành phần độc hại bằng một lựa chọn ít độc hơn có thể làm thay đổi thành phần chất thải cần xử lý chứ không chỉ giảm khối lượng.

Tuy nhiên, thay nguyên liệu không thể đánh giá chỉ bằng tiêu chí “ít độc hơn”. Cần kiểm tra đồng thời khả năng đáp ứng chất lượng sản phẩm, yêu cầu kỹ thuật, an toàn công nghệ, hiệu suất quá trình và lượng chất thải phát sinh sau thay đổi. Vì vậy, một nguyên liệu được xem là phù hợp khi làm giảm rủi ro môi trường mà không tạo ra một vấn đề mới ở công đoạn khác.

Điều chỉnh quy trình và thiết bị để hạn chế hình thành chất ô nhiễm

Nếu nguyên liệu quyết định một phần thành phần của dòng thải, thì quy trình và thiết bị quyết định cách nguyên liệu biến đổi trong sản xuất. Đây là lý do process and equipment modification là một nhóm cốt lõi của source reduction. EPA mô tả nhóm này bao gồm cải tiến quy trình, thay đổi hoặc nâng cấp thiết bị và áp dụng công nghệ tạo ít chất thải hơn.

Cơ chế có thể đến từ nhiều hướng. Quy trình mới có thể hạn chế phản ứng phụ; thiết bị chính xác hơn có thể giảm sai số định lượng; hệ thống kín có thể hạn chế phát tán; cải tiến công đoạn làm sạch có thể giảm tiêu hao hóa chất; còn tự động hóa và kiểm soát quá trình có thể giữ hệ thống gần điều kiện vận hành tối ưu hơn. Những thay đổi này làm giảm nguyên nhân tạo ra khí thải, nước thải hoặc chất thải rắn thay vì chỉ xử lý hậu quả.

Độ sâu của can thiệp cũng khác nhau. Có trường hợp chỉ cần thay một máy hoặc điều chỉnh một công đoạn; trường hợp khác phải thay đổi cả công nghệ sản xuất. Vì vậy, không thể đồng nhất “công nghệ giảm phát sinh ô nhiễm” với một thiết bị riêng lẻ. Bản chất của công nghệ nằm ở cách thay đổi quá trình để giảm nguồn phát sinh, còn thiết bị chỉ là một phương tiện để đạt mục tiêu đó.

Kiểm soát vận hành để giảm rò rỉ, tổn thất và phát sinh không cần thiết

Không phải mọi kết quả giảm ô nhiễm đều đòi hỏi đầu tư một dây chuyền mới. Một phần đáng kể có thể đến từ cách vận hành, bảo trì và quản lý vật chất trong nhà máy. EPA và các tài liệu về pollution prevention đều xem operating practices, maintenance, training, inventory control, material handling và production scheduling là những thành phần của source reduction.

Nguyên lý là giảm những lượng vật chất đáng lẽ không cần trở thành chất thải hoặc phát tán. Kiểm soát tồn kho giúp tránh nguyên liệu xuống cấp; bảo trì giúp hạn chế rò rỉ; giám sát quá trình giúp phát hiện sai lệch sớm; thao tác chuẩn hóa giúp giảm tràn đổ; còn lập lịch sản xuất hợp lý có thể giảm số lần vệ sinh, chuyển đổi sản phẩm hoặc thay đổi điều kiện vận hành tạo thêm chất thải. EPA hiện cũng phân loại inventory and material management và operating practices and training thành các nhóm hoạt động source reduction riêng.

Điểm đáng chú ý là nhóm biện pháp này thường tác động vào hiệu suất sử dụng tài nguyên. Khi cùng một lượng sản phẩm được tạo ra với ít nguyên liệu, nước hoặc năng lượng thất thoát hơn, lượng chất thải và phát thải phát sinh trên mỗi đơn vị sản phẩm có xu hướng giảm. Đây cũng phù hợp với cách tiếp cận sản xuất sạch hơn của UNIDO, trong đó hiệu quả sử dụng nguyên liệu, nước và năng lượng được gắn với giảm phát thải và chất thải tại nguồn.

Hiệu quả phải được đánh giá bằng lượng phát sinh, không chỉ bằng cảm nhận “ít ô nhiễm hơn”

Một công nghệ chỉ được xem là giảm phát sinh khi có thể chứng minh rằng lượng chất ô nhiễm hoặc mức độ nguy hại thực sự giảm so với trạng thái trước can thiệp. Vì vậy, đánh giá nên dựa trên các chỉ số đo được thay vì các mô tả chung như “thân thiện hơn” hoặc “hiệu quả hơn”.

Các KPI có thể được xây dựng theo đơn vị phù hợp với ngành, chẳng hạn:

·         Khối lượng chất thải trên một đơn vị sản phẩm

·         Khối lượng chất ô nhiễm phát sinh trên một đơn vị sản phẩm

·         Lượng nguyên liệu tiêu hao trên một đơn vị sản phẩm

·         Lượng nước hoặc năng lượng tiêu hao trên một đơn vị sản phẩm

·         Số lần rò rỉ, tràn đổ hoặc phát tán không kiểm soát

·         Tỷ lệ nguyên liệu được sử dụng thực tế so với lượng đưa vào quá trình

Không có một ngưỡng định lượng duy nhất áp dụng cho mọi ngành, vì chất ô nhiễm, công nghệ, quy mô và yêu cầu pháp lý khác nhau. Do đó, đánh giá nên kết hợp đường cơ sở trước cải tiến, chỉ số sau cải tiến và giới hạn hoặc yêu cầu kỹ thuật/pháp lý tương ứng. Trong hệ thống quản lý phát thải công nghiệp của EU, BAT cũng được sử dụng để xác định các kỹ thuật có hiệu quả môi trường và khả năng áp dụng về kinh tế, kỹ thuật, đồng thời các yêu cầu định lượng về hiệu quả sử dụng tài nguyên có thể được đưa vào giấy phép khi phù hợp.

Một bằng chứng khác cho thấy cách tiếp cận này đã được triển khai ở quy mô thực tế là chương trình TRI của EPA phân loại các hoạt động source reduction theo vật liệu, quy trình và thiết bị, quản lý tồn kho và vật liệu, cùng vận hành và đào tạo; riêng năm 2023 có 1.770 cơ sở báo cáo tổng cộng 3.690 hoạt động source reduction mới.

Giảm phát sinh tại nguồn khác với xử lý ô nhiễm ở cuối đường ống

Hai cách tiếp cận có thể cùng xuất hiện trong một cơ sở nhưng chúng giải quyết hai vị trí khác nhau trong chuỗi kiểm soát ô nhiễm.

Giảm phát sinh tại nguồn làm thay đổi nguyên liệu, quy trình, thiết bị hoặc vận hành để giảm lượng ô nhiễm được tạo ra. Ngược lại, xử lý cuối đường ống tiếp nhận dòng ô nhiễm đã hình thành và tìm cách tách, chuyển hóa hoặc giữ lại chất ô nhiễm trước khi thải ra môi trường. EPA nhấn mạnh source reduction về bản chất khác với waste management và pollution control ở công đoạn sau.

Vì vậy, khi đánh giá một giải pháp, câu hỏi quan trọng không chỉ là “thiết bị xử lý được bao nhiêu phần trăm chất ô nhiễm?” mà còn là “có thể ngăn lượng chất ô nhiễm đó phát sinh ngay từ đầu hay không?”. Nếu câu trả lời là có, thay đổi ở nguồn thường tạo ra giá trị rộng hơn vì nó đồng thời tác động đến nhu cầu xử lý, lượng chất thải và hiệu quả sử dụng tài nguyên.

Cách tiếp cận này cũng giải thích vì sao sản xuất sạch hơn thường được xây dựng như một chiến lược phòng ngừa tích hợp cho quy trình và sản phẩm, thay vì chỉ bổ sung một thiết bị xử lý riêng lẻ. UNIDO mô tả cleaner production theo hướng tăng hiệu quả sử dụng nguyên liệu, nước và năng lượng, loại bỏ vật liệu nguy hiểm và giảm phát thải, chất thải tại nguồn.

Công nghệ giảm phát sinh ô nhiễm vì thế không có một nguyên lý duy nhất, mà là một nguyên tắc xuyên suốt: đưa điểm can thiệp về càng gần nguồn tạo ô nhiễm càng tốt. Doanh nghiệp có thể bắt đầu từ nguyên liệu, tiếp tục ở quy trình và thiết bị, rồi kiểm soát vận hành, bảo trì và quản lý vật chất. Hiệu quả cuối cùng phải được chứng minh bằng mức giảm phát sinh hoặc mức giảm nguy hại có thể đo lường, đồng thời đặt trong điều kiện kỹ thuật và yêu cầu pháp lý cụ thể.