Các cơ quan chức năng tỉnh Thanh Hóa đang điều tra toàn diện vụ tai nạn lao động đặc biệt nghiêm trọng xảy ra tại trang trại chăn nuôi lợn của Công ty TNHH DABACO Thanh Hóa khiến 5 công nhân tử vong và nhiều người bị thương, đây là vụ việc khiến dư luận bàng hoàng.

Trao đổi với PV Tri thức và Cuộc sống, bác sĩ Nguyễn Huy Hoàng, Hội Thể thao dưới nước và Oxy cao áp Việt Nam cho rằng, thủ phạm không phải là khí metan dễ cháy như nhiều người từng nghĩ, mà là Hydro sulfua (H₂S) – loại khí “trứng thối” quen thuộc trong hầm biogas chăn nuôi.

‘Sát thủ vô hình’ khí “trứng thối” H2S trong hầm biogas

Thưa chuyên gia, Hydro sulfua (H₂S) được cho là loại khí cực độc, ông có thể cho biết về loại khí độc này?

Bác sĩ Nguyễn Huy Hoàng: Hydro sulfua (H₂S) là một khí vô cơ không màu, có mùi trứng thối rất đặc trưng ở nồng độ thấp. Trong tự nhiên, nó hiếm khi tồn tại với lượng lớn mà chủ yếu sinh ra từ quá trình phân hủy chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong điều kiện yếm khí, tức môi trường thiếu oxy hoàn toàn.

H2S có khối lượng riêng nặng hơn không khí khoảng 20%. Điều này có nghĩa là khí không dễ bay lên, mà có xu hướng chìm xuống và tích tụ ở những vị trí trũng, kín và sâu như đáy hầm biogas, bể chứa phân, giếng, cống ngầm hay các hố kỹ thuật. Những khu vực này được gọi là “không gian hạn chế” (confined space), tức nơi không khí tươi khó luân chuyển tự nhiên.

Chính đặc tính “chìm xuống” này khiến H2S trở thành sát thủ vô hình. Bên trên miệng hầm, người đứng có thể hít thở bình thường. Nhưng chỉ cần bước xuống sâu hơn, nạn nhân sẽ lập tức đối mặt với lớp khí độc đặc quánh, nồng độ cao gấp nhiều lần, gần như không được pha loãng.

H2S cũng là khí dễ cháy. Khi trộn với oxy và bắt lửa, nó tạo ra ngọn lửa xanh và sinh ra lưu huỳnh đioxit (SO2), một khí gây kích ứng mạnh đường hô hấp và ăn mòn. Trong môi trường ẩm, H2S có thể bị oxy hóa thành axit sulfuric (H2SO4), phá hủy cốt thép, ăn mòn kim loại và làm giảm tuổi thọ đường ống, động cơ sử dụng khí sinh học.

Hầm biogas “nuôi” khí H2S, chuyên gia có thể lý giải nguyên nhân?

Bác sĩ Nguyễn Huy Hoàng: Hầm biogas – hầm ủ khí sinh học – hiện là giải pháp xử lý chất thải phổ biến tại các trang trại chăn nuôi ở Việt Nam. Về bản chất, đây là một “lò phản ứng sinh học” khép kín. Tại đây, phân, nước tiểu, thức ăn thừa và các chất hữu cơ khác được vi khuẩn phân giải trong điều kiện yếm khí, tạo ra hỗn hợp khí biogas gồm metan (CH4), carbon dioxide (CO2), hơi nước và một lượng nhỏ các khí khác, trong đó có H2S.

Trong quá trình phân hủy, có hai nhóm vi khuẩn chính “tranh giành” nguồn cơ chất. Một nhóm sinh metan (methanogens) để tạo khí CH4. Nhóm còn lại là vi khuẩn khử sunfat (sulfate-reducing bacteria, viết tắt SRB). SRB sử dụng gốc sunfat (SO42-) làm chất nhận electron thay cho oxy trong quá trình “hô hấp”, và tạo ra H2S như sản phẩm phụ.

Nguồn sunfat đến từ nhiều phía: protein và axit amin giàu lưu huỳnh trong phân, nước tiểu; phụ gia thức ăn; nguồn nước ngầm có chứa sunfat. Khi môi trường trong hầm thiếu oxy, SRB hoạt động mạnh, giải phóng H2S liên tục.

Nồng độ H2S sinh ra phụ thuộc nhiều vào loại chất thải và pH môi trường. Trong các thí nghiệm, phân gà – có tính kiềm nhẹ – tạo khí H2S trung bình khoảng gần 200 ppm, trong khi rác thải rau củ – dễ axit hóa – có thể tạo tới hơn 700 ppm. Đáng chú ý, rác rau củ giải phóng đến 80% lượng H2S chỉ trong ngày đầu tiên, do tốc độ axit hóa rất nhanh.

Trong nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là nuôi tôm thâm canh, lớp bùn đáy ao là “kho” chất hữu cơ dư thừa, cộng với tình trạng thiếu oxy cục bộ về đêm. H2S sinh ra ở đáy ao chỉ cần tăng lên 0,01–0,02 ppm đã đủ gây stress cho tôm, làm giảm ăn, chậm lớn, mềm vỏ và dễ nhiễm khuẩn cơ hội. Khi lượng khí đột ngột “xì” lên mặt nước, hiện tượng tôm chết hàng loạt vào sáng sớm không phải chuyện hiếm.

H2S được ví độc như cyanide khiến tế bào “chết ngạt” dù vẫn có oxy, chuyên gia nhìn nhận thế nào?

Bác sĩ Nguyễn Huy Hoàng: Điều khiến H2S nguy hiểm hơn nhiều loại khí khác nằm ở cơ chế gây độc tế bào. Nó không chỉ gây ngạt cơ học như việc thiếu oxy trong không khí. H2S tấn công trực tiếp vào ty thể – “nhà máy năng lượng” của tế bào.

Tại màng trong ty thể, H2S có ái lực rất mạnh với nguyên tử sắt oxy hóa (Fe3+) trong phức hợp enzyme cytochrome c oxidase, còn gọi là phức hợp IV của chuỗi chuyền electron. Đây là enzyme thực hiện bước cuối cùng trong hô hấp tế bào: chuyển electron cho oxy để tạo nước.

Khi H2S gắn và ức chế hoàn toàn cytochrome c oxidase, quá trình phosphoryl hóa oxy hóa bị chặn đứng. Tế bào dù được cung cấp oxy đầy đủ qua máu, vẫn không thể sử dụng để tạo năng lượng ATP (adenosine triphosphate, đồng tiền năng lượng của cơ thể). Nói cách khác, tế bào “chết vì ngạt” ở cấp độ vi mô. Cơ chế này rất giống với chất độc cyanide.

Khi hô hấp hiếu khí bị cắt đột ngột, tế bào buộc phải chuyển sang tạo năng lượng theo con đường kỵ khí (đường phân), vốn kém hiệu quả và sinh nhiều axit lactic. Axit lactic tích tụ gây nhiễm toan chuyển hóa, làm môi trường máu trở nên quá axit. Tim và não – hai cơ quan tiêu thụ năng lượng lớn – bị ảnh hưởng sớm nhất. Người phơi nhiễm nặng có thể ngừng thở, ngừng tim, co giật, hôn mê và tử vong chỉ trong vài nhịp thở.

Ở động vật thủy sinh như tôm, H2S còn ức chế khả năng vận chuyển oxy của hemocyanin (protein mang oxy trong máu tôm) và thúc đẩy hình thành gốc tự do phá hủy màng tế bào. Kết quả là cái chết sinh lý toàn diện, dù môi trường nước có vẻ vẫn “bình thường” với người quan sát.

Ở nồng độ rất thấp, từ 0,01 ppm, con người đã có thể ngửi thấy mùi trứng thối nồng nặc. Đây là “ngưỡng mùi” (odor threshold). Nhiều người tin rằng cứ còn ngửi thấy mùi là còn an toàn. Nhưng với H2S, niềm tin đó rất nguy hiểm.

Khi nồng độ tăng lên khoảng 100 ppm, H2S bắt đầu gây độc trực tiếp lên dây thần kinh khứu giác. Các thụ thể mùi trong mũi bị tê liệt hoặc “mệt mỏi”, hiện tượng này gọi là olfactory paralysis, tức tê liệt khứu giác. Nạn nhân đang ngửi thấy mùi khó chịu có thể đột ngột thấy mùi biến mất, và tưởng rằng khí độc đã tan.

Chính ảo giác này khiến họ yên tâm ở lại trong vùng khí độc hoặc tiếp tục bước sâu hơn xuống hầm. Thực tế, nồng độ H2S lúc đó đang tiến sát ngưỡng gây tổn thương phổi và hệ thần kinh trung ương.

Ở nồng độ rất cao, thường trên 700 ppm, H2S có thể khiến nạn nhân ngã gục chỉ sau một đến hai nhịp thở. Hiện tượng này được giới an toàn lao động gọi là “hội chứng búa tạ ở lò mổ”. Người bước vào vùng khí độc sâu, hít vài hơi, trung tâm hô hấp ở hành não bị đánh gục. Họ mất ý thức và ngã xuống sàn như bị một chiếc búa tạ giáng vào đầu, không kịp phản ứng hay tìm đường thoát.

Bài học đắt giá từ vụ Dabaco Thanh Hóa

Theo chuyên gia, từ vụ 5 công nhân trang trại lợn Dabaco Thanh Hóa tử vong, chúng ta rút ra những bài học gì?

Bác sĩ Nguyễn Huy Hoàng: Trang trại chăn nuôi lợn của một doanh nghiệp lớn tại Thanh Hóa, quy mô hơn 50 ha với hàng trăm nghìn con lợn mỗi năm, là nơi xảy ra vụ tai nạn được coi là nghiêm trọng nhất liên quan đến H2S trong những năm gần đây. Tại đây, lượng chất thải khổng lồ được đưa vào hệ thống hầm biogas và bể chứa yếm khí.

Tai nạn bắt đầu khi một công nhân rơi xuống bể chứa nước phân ngầm, có kích thước chỉ vài mét vuông, nhưng sâu khoảng 2 mét. Miệng bể hẹp, không thông thoáng. Đáy bể là nơi lý tưởng để khí H2S lắng đọng. Nạn nhân đầu tiên nhiều khả năng đã hít phải nồng độ H2S vượt 1.000 ppm, dẫn đến “hội chứng búa tạ”: bất tỉnh tức thì, suy hô hấp tế bào và chìm trong bùn thải.

Những người trên bờ, theo phản xạ, vội vàng nhảy xuống cứu đồng nghiệp. Họ không được trang bị mặt nạ có bình dưỡng khí. Một số người có thể ngửi thấy mùi hôi lúc đầu, nhưng khứu giác nhanh chóng bị tê liệt. Kết quả là những người thứ hai, thứ ba, thứ tư… lần lượt gục xuống như nạn nhân đầu tiên. Chuỗi tai nạn domino chỉ dừng lại khi hai người cuối cùng có thắt dây bảo hộ ngang người và được kéo lên kịp thời.

Hậu quả là 5 người tử vong tại chỗ, 8 người khác được chuyển khẩn cấp tới Bệnh viện Bạch Mai cơ sở Ninh Bình trong tình trạng đau đầu dữ dội, xung huyết kết mạc (đỏ mắt do kích ứng), nhiễm toan lactic và tiêu cơ vân (hủy hoại mô cơ). Nhờ phác đồ hồi sức và thở oxy 100% kịp thời, các nạn nhân này đã dần hồi phục.

Các bác sĩ chống độc khẳng định thủ phạm duy nhất là H2S, bác bỏ quan niệm “khí metan gây ngạt”. Chính quyền địa phương sau đó đã khởi tố điều tra, đồng thời yêu cầu rà soát hơn 500 hệ thống hầm biogas, bể chứa chất thải trên toàn tỉnh.

Từ vụ việc trên một lần nữa cho thấy hầm biogas dù được coi là trái tim kinh tế tuần hoàn, nhưng tiềm ẩn rủi ro?

Bác sĩ Nguyễn Huy Hoàng: Hiện nay, hầm biogas ở Việt Nam có ba dạng chính: hầm phủ bạt HDPE, hầm nhựa composite và hầm xây gạch bê tông truyền thống.

Hầm phủ bạt HDPE phù hợp với trang trại lớn. Ưu điểm là chống thấm tốt, chịu ăn mòn hóa học và có thể thi công với dung tích hàng chục nghìn mét khối, chi phí thấp tính trên mỗi mét khối. Tuy nhiên, lớp bạt linh hoạt dễ bị rách thủng do tác động cơ học hoặc thiên tai. Khi cần nạo vét đáy hầm bên dưới lớp bạt khổng lồ chứa hàng nghìn khối khí yếm khí, việc đưa người xuống sửa chữa là cực kỳ nguy hiểm nếu không có máy móc tự động.

Hầm nhựa composite gia cường sợi thủy tinh thường có dạng khối cầu kín, lắp đặt sẵn, phù hợp hộ gia đình và trang trại vừa. Chúng kín khí, chống ăn mòn rất tốt, tự điều áp và tự đẩy cặn. Nhược điểm là chi phí đầu tư ban đầu cao, cửa nạp nhỏ, khiến việc can thiệp thủ công khó và dễ tích tụ nồng độ H2S cao ngay dưới nắp khi mở.

Hầm xây gạch bê tông truyền thống tận dụng vật liệu tại chỗ, chi phí thấp. Nhưng đây lại là dạng hầm bộc lộ nhiều điểm yếu nguy hiểm. Theo thời gian, các axit béo bay hơi và khí H2S ăn mòn lớp vữa, tạo vết nứt rò rỉ khí ra môi trường sinh hoạt. Hầm dễ đóng mảng váng dày, buộc người dân phải thường xuyên mở nắp để thông tắc, tăng nguy cơ phơi nhiễm khí độc.

Dù ở dạng nào, cấu trúc hệ thống biogas vẫn gồm ba phần: bể nạp, bể phân giải và lưu trữ khí, bể điều áp – xả bùn. Trong đó, bể phân giải là “tâm điểm” tích tụ H2S với nồng độ có thể gây chết người.

Công nghệ kiểm soát H2S một cách hiệu quả là gì thưa chuyên gia?

Bác sĩ Nguyễn Huy Hoàng: Nhận thức được sự nguy hiểm của H2S, các kỹ sư môi trường đã phát triển nhiều giải pháp khử H2S trong khí biogas và nước thải.

Phương pháp đơn giản và phổ biến ở quy mô nhỏ là lọc khô bằng vật liệu chứa sắt, như than hoạt tính tẩm oxit sắt hoặc “bọt biển sắt” trên nền dăm gỗ. Khí biogas đi qua cột lọc, H2S phản ứng với oxit sắt tạo thành sắt sunfua không độc và nước. Vật liệu đã bão hòa có thể được “tái sinh” bằng cách cho không khí đi qua để oxy hóa ngược một phần lượng sunfua.

Ở quy mô lớn, các trang trại hoặc nhà máy thường dùng tháp hấp thụ hóa học. Khí biogas được dẫn từ dưới lên, tiếp xúc với dung dịch kiềm như NaOH, Na2CO3 hoặc K3PO4 phun từ trên xuống. H2S – là axit yếu – bị trung hòa thành muối sunfua hòa tan, tách khỏi khí metan. Một số hệ thống dùng dung dịch chứa clo để oxy hóa H2S thành lưu huỳnh nguyên tố có thể tách ra.

Trong khoảng một thập kỷ trở lại đây, phương pháp sục khí vi lượng (microaeration) được đánh giá là “xanh” hơn. Bằng cách tiêm vào khoảng không chứa khí trong hầm một lượng nhỏ không khí, khoảng 1–5% oxy, người vận hành tạo môi trường vi hiếu khí. Điều này kích thích các vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh như Acidithiobacillus thiooxidans hay Pseudomonas phát triển. Chúng sử dụng oxy để chuyển H2S thành lưu huỳnh nguyên tố hoặc sunfat ít độc hơn.

Các nghiên cứu cho thấy, nếu duy trì oxy dư trong hầm khoảng 0,4% trở lên, nồng độ H2S trong khí biogas có thể giảm từ 3.500 ppm xuống dưới 100 ppm, đủ an toàn cho động cơ phát điện.

Với nước thải sau biogas, một hiểu lầm phổ biến là “hầm biogas xử lý hết”. Thực tế, hệ yếm khí chỉ loại bỏ khoảng 60% chất hữu cơ, đồng thời tạo thêm nitơ dạng amoni, phốt pho và H2S hòa tan. Nước sau biogas thường có màu đen, mùi hôi trứng thối, chứa nhiều vi khuẩn.

Để đạt quy chuẩn QCVN 62-MT:2016/BTNMT về nước thải chăn nuôi, các trang trại bắt buộc phải có hệ xử lý hiếu khí và thiếu khí phía sau. Các cụm bể AAO (anaerobic–anoxic–oxic) hoặc SBR (sequencing batch reactor) dùng máy sục khí tạo dòng xoáy mạnh, vừa “đuổi” H2S bay lên, vừa cung cấp oxy cho vi khuẩn chuyển hóa amoni thành nitrat. Sau đó, vi khuẩn ở bể thiếu khí khử nitrat thành khí nitơ vô hại.

Từ vụ tai nạn ở Thanh Hóa, câu chuyện an toàn lao động tại các “không gian hạn chế” như hầm biogas, bể chứa phân không thể tiếp tục dựa vào kinh nghiệm truyền miệng?

Bác sĩ Nguyễn Huy Hoàng: Trước hết, người lao động tuyệt đối không được dùng mũi để “thăm dò” hầm chứa. Công cụ bắt buộc là máy dò khí đa chỉ tiêu (multi-gas detector), có khả năng đo H2S, oxy, metan và CO. Máy phải được thả xuống đáy hố, giữa hố và gần miệng, để ghi nhận giá trị trong ít nhất 10–15 giây. Chỉ khi H2S dưới 10 ppm, oxy trên 19,5% và không có khí dễ cháy vượt ngưỡng thì mới được xem xét xuống hầm.

Thứ hai, phải tiến hành thông gió cưỡng bức. Quạt công nghiệp hoặc máy thổi khí sạch cần hoạt động liên tục trước và trong thời gian công nhân ở dưới. Mục tiêu là đẩy lớp khí nặng H2S ra khỏi đáy, tránh tích tụ.

Thứ ba, thiết bị bảo hộ bảo vệ đường thở phải đạt chuẩn. Khẩu trang y tế, khẩu trang vải, thậm chí mặt nạ than hoạt tính loại thông thường hầu như vô tác dụng trước H2S. Người xuống hầm cần mang mặt nạ phòng độc kết hợp bình dưỡng khí độc lập (SCBA), tức bộ thiết bị cung cấp khí thở riêng, không dùng không khí xung quanh.

Bên cạnh đó, mỗi người phải mang dây đai an toàn toàn thân, nối với cáp chịu lực gắn vào khung ba chân trên miệng hố. Sợi cáp này cho phép đội cứu hộ trên bờ kéo người gặp nạn lên mà không phải nhảy xuống.

Nguyên tắc vàng trong cứu hộ là “không thâm nhập nếu không có SCBA”. Khi thấy người ngã gục dưới hầm, bản năng lao xuống cứu là điều dễ hiểu nhưng cực kỳ nguy hiểm. Cách đúng là dùng dây đai, ròng rọc, thiết bị kéo. Chỉ những người được đào tạo bài bản, có SCBA và dây an toàn mới được phép xuống.

Từ “hố phân” thành “nhà máy hóa chất” cần phải thay đổi tư duy vận hành?

Bác sĩ Nguyễn Huy Hoàng: Đúng vậy! Trong chiến lược nông nghiệp tuần hoàn, hầm biogas là một mắt xích quan trọng: xử lý chất thải, tạo năng lượng tái tạo, cung cấp phân bón hữu cơ. Nhưng mặt trái của công nghệ yếm khí là việc “nuôi dưỡng” cả một hệ vi khuẩn khử sunfat sinh H2S, biến các không gian kín thành “kho khí độc”.

Những thảm kịch như vụ Dabaco Thanh Hóa là lời cảnh tỉnh đau đớn cho sự chủ quan trong vận hành. Đã đến lúc ngành chăn nuôi và cơ quan quản lý cần nhìn hầm biogas không phải là “hố chứa phân” mà là “lò phản ứng hóa học công nghiệp”, đòi hỏi tiêu chuẩn an toàn khắt khe như bất kỳ nhà máy hóa chất nào. Sự kết hợp giữa công nghệ lọc H2S, hệ xử lý nước thải đạt chuẩn và giao thức an toàn không gian hạn chế bắt buộc là “bộ ba” không thể thiếu.

Xin cảm ơn Bác sĩ Nguyễn Huy Hoàng về cuộc trao đổi trên!

>>> Mời độc giả xem thêm video Báo động gia tăng bệnh tim mạch: