Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn một Nhà máy sản xuất gang, thép điển hình ở Việt Nam với công suất 4 triệu tấn/năm, nằm ven biển để thực hiện nghiên cứu. Nhà máy sử dụng công nghệ sản xuất than cốc với kỹ thuật dập cốc ướt và quy trình công nghệ luyện gang, thép lò cao, lò thổi. Các dữ liệu sản xuất, quản lý nước thải của Nhà máy luyện gang thép được thu thập từ thực tế vận hành, dữ liệu về quy trình công nghệ sản xuất chính, dây chuyền xử lý các loại nước cấp và xử lý các loại nước thải, các dòng nguyên liệu đầu vào, sản phẩm của các công đoạn sản xuất... Nghiên cứu cũng dựa vào các Báo cáo Đánh giá tác động môi trường, Báo cáo hoàn thành công trình BVMT đã được phê duyệt của các nhà máy luyện gang thép ở miền Bắc, miền Trung, miền Nam để đưa vào mô hình tính toán.

Các quy trình công nghệ, lượng của các dòng nguyên liệu đầu vào, sản phẩm đầu ra hàng năm của các công đoạn chính trong quá trình sản xuất gang thép như thiêu kết, lò cao, lò thổi, luyện thép đúc phôi… được xem xét, cùng với các loại chất thải tương ứng phát sinh như chất thải rắn, khí, nước thải.

Bên cạnh việc tính toán công suất, hiệu suất xử lý, lượng chất thải vào và ra của mỗi công đoạn xử lý tại các trạm xử lý nước thải trong Nhà máy, nghiên cứu cũng tiến hành tính toán năng lượng tiêu thụ cho từng công đoạn, dựa trên kết quả khảo sát thực tế, thống kê các thiết bị tiêu thụ điện, công suất và thời gian hoạt động (Singh and Kansal 2012).

Để phục vụ mô phỏng cân bằng vật chất trong cơ sở sản xuất và trong các trạm xử lý nước thải, nghiên cứu đã sử dụng công cụ phân tích hệ thống với phần mềm STAN, cho phép lượng hóa các chất ô nhiễm lựa chọn trong các dòng nước thải. Phần mềm STAN (subSTance flow ANalysis) do nhóm chuyên gia của Viện Nghiên cứu chất lượng, tài nguyên nước và quản lý chất thải, Trường Đại học Kỹ thuật Vienna phối hợp với Công ty phần mềm INKA (Áo) phát triển, nhằm hỗ trợ quá trình mô phỏng, phân tích hệ thống, đặc biệt thích hợp cho bài toán phân tích dòng vật chất (Material Flow Analysis – MFA), tính toán cân bằng vật chất. Phương pháp tiếp cận của nghiên cứu là áp dụng lý thuyết cơ bản về phân tích dòng luân chuyển vật chất, kết hợp với những căn cứ khoa học, thực tiễn để tính toán ra lượng chất thải phát sinh từ dây chuyền sản xuất cũng như lượng hóa các chất ô nhiễm trong dòng nước thải. Từ đó dự báo được phát thải, kiểm soát ô nhiễm và đề xuất phương án giảm thiểu. Các bước thực hiện cụ thể, sau khi thiết lập được mô hình phác thảo các công đoạn sản xuất, công trình xử lý trong dây chuyền sản xuất và dây chuyền xử lý nước thải bao gồm các giá trí đầu vào, nguyên vật liệu, quy trình, dòng vật chất, giới hạn hệ thống… Phần mềm sẽ định lượng dòng vật chất, thuật toán tính toán sử dụng các công cụ thống kê toán học, dựa trên định luật bảo toàn vật chất, lưu lượng được biểu thị bằng khối lượng chất trên đơn vị thời gian. Kết quả sẽ tính toán những thông số còn lại và biểu diễn kết quả bằng sơ đồ Sankey.

Để mô tả mô hình cân bằng năng lượng của hệ thống, với trạm xử lý nước thải, theo các kịch bản xử lý và tái sử dụng nước thải, nghiên cứu đã sử dụng phần mềm SANKEY. SANKEY cho phép thể hiện các dòng vật chất, năng lượng, sự liên hệ giữa chúng bằng các mũi tên, với chiều rộng của mũi tên tỷ lệ thuận với giá trị của lượng vật chất, năng lượng được biểu thị.