Tổng quan nghiên cứu

Phát thải khí nhà kính (KNK) là nguyên nhân chính gây biến đổi khí hậu toàn cầu, với lượng phát thải toàn cầu đã tăng từ 198 triệu tấn CO2 năm 1850 lên hơn 32 tỷ tấn CO2 vào năm 2011. Việt Nam đứng thứ 31 thế giới về phát thải KNK, với ước tính phát thải đạt 474,1 triệu tấn CO2 vào năm 2020 và dự kiến lên tới 787,4 triệu tấn CO2 vào năm 2030. Trong đó, lĩnh vực chất thải chiếm khoảng 7,05% tổng lượng phát thải KNK không tính LULUCF, với tiềm năng giảm phát thải lớn nhưng hiện nay công nghệ xử lý còn lạc hậu.

Hoạt động giết mổ gia súc tại Việt Nam phát sinh lượng lớn nước thải và chất thải rắn chứa hàm lượng hữu cơ, nitơ, phốt-pho và vi sinh vật gây bệnh cao, nếu không được xử lý đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và phát thải KNK đáng kể. Hiện có khoảng 851 cơ sở giết mổ tập trung trên toàn quốc, trong khi phần lớn các lò giết mổ nhỏ lẻ không có hệ thống xử lý chất thải hiệu quả.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá tiềm năng giảm phát thải KNK từ các công nghệ xử lý nước thải tại các lò giết mổ gia súc tập trung, đồng thời đề xuất giải pháp công nghệ phù hợp với điều kiện Việt Nam. Nghiên cứu tập trung vào dữ liệu thu thập năm 2014-2015 tại một cơ sở giết mổ ở Hà Nội, với quy mô xử lý nước thải 20 m³/ngày. Ý nghĩa nghiên cứu góp phần hỗ trợ Việt Nam thực hiện cam kết trong Thỏa thuận Paris về biến đổi khí hậu, đồng thời bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu: Khí nhà kính như CO2, CH4, N2O hấp thụ bức xạ sóng dài, gây tăng nhiệt độ toàn cầu. Phát thải từ hoạt động sản xuất và sinh hoạt là nguồn chính.
  • Mô hình xử lý nước thải sinh học kết hợp màng (MBR): Kết hợp xử lý sinh học hiếu khí, thiếu khí, yếm khí với màng lọc khí nâng nhằm loại bỏ chất hữu cơ, dinh dưỡng và vi sinh vật gây ô nhiễm.
  • Khái niệm Đo đạc – Báo cáo – Thẩm định (MRV): Hệ thống đánh giá phát thải KNK theo chuẩn quốc tế, đảm bảo minh bạch và hiệu quả trong giảm phát thải.
  • Tiềm năng giảm phát thải KNK trong lĩnh vực chất thải: Tính toán dựa trên lượng COD trong nước thải và hệ số phát thải CH4 theo hướng dẫn IPCC.

Các khái niệm chính bao gồm: BOD5, COD, TSS, khí sinh học (biogas), phát thải CH4 từ nước thải, và các chỉ tiêu chất lượng nước thải theo Quy chuẩn Việt Nam.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực nghiệm và tính toán phát thải từ một cơ sở giết mổ trâu bò tại xã Tri Thủy, huyện Phú Xuyên, Hà Nội, với công suất giết mổ 30-50 con/ngày và lượng nước thải khoảng 18-22 m³/ngày.

  • Thu thập số liệu: Điều tra, khảo sát thực tế, lấy mẫu nước thải tại các vị trí giữa bể sinh học, bể lắng và màng lọc. Phân tích mẫu theo tiêu chuẩn TCVN.
  • Thiết kế hệ thống xử lý: Hệ thống gồm khối tiền xử lý (cống, song chắn rác, hố ga), bể điều hòa, bể sinh học tích hợp năm chức năng (hiếu khí, thiếu khí, yếm khí), hệ thống màng khí nâng và bể biogas xử lý chất thải rắn.
  • Phương pháp tính toán phát thải KNK: Áp dụng công thức IPCC (1997) tính phát thải CH4 dựa trên lượng COD trong nước thải và hệ số phát thải 0,009375 kg CH4/kg COD. Phát thải từ năng lượng sử dụng được tính dựa trên mức tiêu thụ điện, gas và dầu diesel.
  • Phân tích so sánh: Đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK qua 4 phương án sử dụng năng lượng khác nhau, bao gồm sử dụng điện lưới, điện phát từ dầu diesel, thay thế gas bằng khí sinh học và sử dụng khí sinh học cho phát điện.
  • Timeline nghiên cứu: Dữ liệu thu thập và thực nghiệm từ tháng 2/2014 đến tháng 12/2015, phân tích và tổng hợp kết quả trong năm 2020.

Cỡ mẫu lấy mẫu nước thải đảm bảo đại diện cho các giai đoạn xử lý, phương pháp chọn mẫu dựa trên đặc điểm khuấy trộn trong bể sinh học. Phương pháp phân tích mẫu tuân thủ tiêu chuẩn quốc gia, đảm bảo độ chính xác và tin cậy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng nước thải đầu vào vượt quy chuẩn: Hàm lượng BOD5 từ 928,5 đến 1156 mg/l, COD từ 1886,4 đến 3200 mg/l, TSS từ 270 đến 512 mg/l, đều vượt quy chuẩn Việt Nam từ 2,7 đến 23 lần. Coliform tại một số cơ sở vượt quy chuẩn gấp 92 lần, cho thấy mức độ ô nhiễm nghiêm trọng.

  2. Hiệu quả xử lý của hệ thống MBR: Sau xử lý, nồng độ BOD5 giảm xuống dưới 50 mg/l, COD dưới 150 mg/l, TN dưới 40 mg/l, đạt tiêu chuẩn xả thải. Hệ thống màng khí nâng giúp loại bỏ hiệu quả chất rắn lơ lửng và vi sinh vật, nâng cao chất lượng nước thải đầu ra.

  3. Tiềm năng giảm phát thải KNK từ xử lý nước thải: Phát thải CH4 từ nước thải giảm đáng kể khi áp dụng công nghệ xử lý sinh học kết hợp màng, với lượng khí sinh học thu hồi khoảng 6,8-7,6 m³/ngày từ 300-350 kg phân bò xử lý, tương đương 20-22 lít khí sinh học/kg phân.

  4. Hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm phát thải: So sánh 4 phương án năng lượng cho thấy phương án sử dụng khí sinh học thay thế gas dân dụng và dầu diesel (PA3) giảm đáng kể lượng phát thải CO2 tương đương so với phương án cơ sở. Tổng năng lượng tiêu thụ giảm từ 6214 kWh/tháng xuống còn khoảng 5942 kWh/tháng, đồng thời giảm lượng dầu diesel sử dụng từ 357,5 lít/tháng xuống còn 4,5 lít/tháng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy công nghệ xử lý nước thải sinh học kết hợp màng (MBR) phù hợp với đặc điểm nước thải giết mổ gia súc tại Việt Nam, có khả năng xử lý hiệu quả các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng, đồng thời thu hồi khí sinh học làm nguồn năng lượng tái tạo. Việc thu hồi và sử dụng khí sinh học không chỉ giảm phát thải KNK mà còn giảm chi phí năng lượng vận hành.

So với các nghiên cứu quốc tế và báo cáo của ngành, kết quả phù hợp với xu hướng ứng dụng công nghệ MBR trong xử lý nước thải công nghiệp có hàm lượng hữu cơ cao. Việc áp dụng hệ thống màng khí nâng thay thế cho quá trình lắng và lọc truyền thống giúp tăng hiệu quả xử lý và giảm diện tích công trình.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh nồng độ BOD5, COD trước và sau xử lý, biểu đồ lượng khí sinh học thu hồi theo ngày, và bảng tổng hợp phát thải CO2 tương đương theo các phương án năng lượng. Những biểu đồ này minh họa rõ ràng hiệu quả xử lý và tiềm năng giảm phát thải KNK.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi công nghệ MBR kết hợp màng khí nâng tại các lò giết mổ gia súc tập trung quy mô vừa và nhỏ nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, giảm phát thải KNK và bảo vệ môi trường. Thời gian thực hiện: 3-5 năm. Chủ thể: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp với các địa phương.

  2. Phát triển hệ thống thu hồi và sử dụng khí sinh học từ bể biogas xử lý chất thải rắn để cung cấp năng lượng cho hoạt động giết mổ và xử lý nước thải, giảm chi phí năng lượng và phát thải CO2. Thời gian: 2-4 năm. Chủ thể: Doanh nghiệp giết mổ, các tổ chức hỗ trợ kỹ thuật.

  3. Xây dựng môi trường pháp lý và chính sách hỗ trợ tài chính cho các cơ sở giết mổ đầu tư công nghệ xử lý nước thải hiện đại, bao gồm ưu đãi thuế, hỗ trợ vay vốn và đào tạo nhân lực vận hành. Thời gian: 1-3 năm. Chủ thể: Bộ Tài nguyên và Môi trường, Ngân hàng Chính sách.

  4. Tăng cường kiểm tra, giám sát và nâng cao nhận thức cộng đồng về tác hại của phát thải KNK và ô nhiễm nước thải từ hoạt động giết mổ, thúc đẩy tuân thủ quy chuẩn môi trường. Thời gian: liên tục. Chủ thể: chính quyền địa phương, các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và nông nghiệp: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy chuẩn và kế hoạch hành động giảm phát thải KNK trong lĩnh vực giết mổ gia súc.

  2. Doanh nghiệp và cơ sở giết mổ gia súc: Áp dụng công nghệ xử lý nước thải hiệu quả, nâng cao năng lực quản lý chất thải, giảm chi phí vận hành và tuân thủ quy định môi trường.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành biến đổi khí hậu, môi trường: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, dữ liệu thực nghiệm và mô hình tính toán phát thải KNK trong lĩnh vực xử lý nước thải công nghiệp.

  4. Tổ chức tài chính và nhà đầu tư: Đánh giá tiềm năng đầu tư vào công nghệ xử lý nước thải và năng lượng tái tạo tại các cơ sở giết mổ, góp phần phát triển kinh tế xanh, bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao nước thải từ lò giết mổ lại gây phát thải khí nhà kính?
    Nước thải chứa hàm lượng hữu cơ cao, khi phân hủy yếm khí tạo ra khí mê-tan (CH4), một loại khí nhà kính có tiềm năng gây hiệu ứng nhà kính mạnh gấp nhiều lần CO2. Việc xử lý không hiệu quả làm tăng phát thải này.

  2. Công nghệ MBR kết hợp màng khí nâng có ưu điểm gì?
    Công nghệ này kết hợp xử lý sinh học đa giai đoạn với màng lọc khí nâng giúp loại bỏ hiệu quả chất hữu cơ, dinh dưỡng và vi sinh vật, đồng thời thu hồi khí sinh học làm nguồn năng lượng tái tạo, giảm phát thải KNK và cải thiện chất lượng nước thải đầu ra.

  3. Khí sinh học thu hồi được sử dụng như thế nào?
    Khí sinh học được thu hồi từ bể biogas có thể dùng để đun nấu, đun nước nóng và phát điện phục vụ cho hoạt động giết mổ và xử lý nước thải, giúp giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch và phát thải CO2.

  4. Phương pháp tính toán phát thải KNK dựa trên tiêu chuẩn nào?
    Phương pháp tính toán áp dụng theo hướng dẫn của IPCC (1997), sử dụng lượng COD trong nước thải và hệ số phát thải CH4 đặc thù cho Việt Nam, đảm bảo tính chính xác và phù hợp với điều kiện thực tế.

  5. Làm thế nào để nhân rộng giải pháp này tại các cơ sở giết mổ khác?
    Cần có chính sách hỗ trợ tài chính, đào tạo kỹ thuật, xây dựng môi trường pháp lý và tăng cường kiểm tra giám sát. Đồng thời, nâng cao nhận thức của chủ cơ sở và cộng đồng về lợi ích kinh tế và môi trường khi áp dụng công nghệ hiện đại.

Kết luận

  • Nước thải từ các lò giết mổ gia súc tại Việt Nam có hàm lượng ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vật vượt quy chuẩn nhiều lần, gây nguy cơ phát thải KNK và ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
  • Hệ thống xử lý sinh học kết hợp màng khí nâng (MBR) hiệu quả trong việc giảm BOD5, COD, TN và thu hồi khí sinh học, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải Việt Nam.
  • Việc thu hồi và sử dụng khí sinh học giúp giảm đáng kể phát thải CO2 và chi phí năng lượng vận hành hệ thống xử lý.
  • Các phương án sử dụng năng lượng thay thế khí sinh học và dầu diesel cho phát điện thể hiện tiềm năng giảm phát thải KNK rõ rệt.
  • Đề xuất triển khai công nghệ MBR, phát triển thu hồi khí sinh học, xây dựng chính sách hỗ trợ và tăng cường giám sát để nhân rộng giải pháp, góp phần thực hiện cam kết giảm phát thải KNK của Việt Nam theo Thỏa thuận Paris.

Tiếp theo, cần tiến hành mở rộng nghiên cứu tại nhiều cơ sở giết mổ khác nhau, đồng thời phối hợp với các cơ quan quản lý để xây dựng kế hoạch triển khai công nghệ và chính sách hỗ trợ phù hợp. Mời các nhà quản lý, doanh nghiệp và nhà nghiên cứu cùng tham gia thúc đẩy ứng dụng công nghệ xanh trong ngành giết mổ gia súc nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.