Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng phát triển sạch (CDM)

Luận văn thạc sĩ phân tích hus nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng tiếp cận cơ chế phát triển sạch cdm, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Đỗ Thị Hải Vân
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Hà
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng tiếp cận Cơ chế phát triển sạch (CDM)
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Ngành chế biến tinh bột sắn
• 1.2. Quy trình chế biến tinh bột sắn
• 1.3. Nước thải ngành chế biến tinh bột sắn
• 1.4. Xử lý nước thải ngành chế biến tinh bột sắn bằng phương pháp sinh học
• 1.4.1. Cơ chế của quá trình phân hủy hiếu khí
• 1.4.2. Cơ chế của quá trình phân hủy kỵ khí
• 1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học
• 1.5. Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn
• 1.5.1. Các nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn trên thế giới
• 1.5.2. Các nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam
• 1.6. Cơ chế phát triển sạch (CDM)
• 1.6.1. Giới thiệu chung về CDM
• 1.6.2. Hoạt động CDM ở trên thế giới
• 1.6.3. Các dự án CDM trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trường ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu
• 2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế
• 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm
• 2.2.4. Tính toán lượng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nước thải
• 2.2.5. Tính toán giảm phát thải KNK khi có thu gom và xử lý nước thải theo phương pháp luận do IPCC hướng dẫn
• 2.2.6. Phương pháp phân tích hiệu quả kinh tế khi áp dụng CDM
• 2.2.7. Phương pháp tổng hợp, xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả khảo sát hiện trạng sản xuất tinh bột sắn và nước thải tại làng nghề Dương Liễu, Hà Nội
• 3.1.1. Kết quả khảo sát hiện trạng sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu, Hà Nội
• 3.1.2. Kết quả khảo sát đặc trưng nước thải sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu, Hà Nội
• 3.2. Kết quả xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn có tận thu metan bằng hệ thống UASB thực nghiệm
• 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu quả xử lý
• 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả xử lý
• 3.5. Kết quả khảo sát hiệu suất chuyển hóa khí
• 3.6. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK với các phương án xử lý nước thải lựa chọn
• 3.7. Kết quả tính toán lượng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nước thải
• 3.8. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK khi xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn
• 3.9. Kết quả tính toán hiệu quả kinh tế từ bán chứng chỉ CER và khi thay thế một phần lượng than sử dụng cho quá trình sản xuất tinh bột sắn bằng khí sinh học thu hồi
• 3.10. Đề xuất giải pháp phù hợp để xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn giảm phát thải khí nhà kính
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn

Nước thải từ ngành chế biến tinh bột sắn là một trong những nguồn ô nhiễm lớn, chứa nhiều chất hữu cơ và độc hại. Việc xử lý nước thải này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn có thể tận thu năng lượng từ khí metan. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào các phương pháp xử lý nước thải theo cơ chế phát triển sạch (CDM), nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

1.1. Đặc điểm nước thải chế biến tinh bột sắn

Nước thải từ quá trình chế biến tinh bột sắn có hàm lượng chất hữu cơ cao, với nồng độ COD và BOD vượt xa tiêu chuẩn cho phép. Các chỉ số ô nhiễm này cần được đánh giá để xác định phương pháp xử lý phù hợp.

1.2. Tầm quan trọng của việc xử lý nước thải

Việc xử lý nước thải không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn góp phần vào phát triển bền vững. Nghiên cứu này sẽ chỉ ra các lợi ích kinh tế và môi trường từ việc áp dụng các công nghệ xử lý hiện đại.

II. Vấn đề ô nhiễm từ nước thải chế biến tinh bột sắn

Nước thải chế biến tinh bột sắn chứa nhiều chất độc hại như cyanua, có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn nước và đất. Việc không xử lý triệt để sẽ dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng cho sức khỏe con người và hệ sinh thái.

2.1. Tác động của nước thải đến môi trường

Nước thải chế biến tinh bột sắn có thể gây ra ô nhiễm nguồn nước, làm chết hệ sinh thái thủy sinh và ảnh hưởng đến chất lượng nước sinh hoạt.

2.2. Các thách thức trong xử lý nước thải

Các công nghệ xử lý hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu về hiệu quả và chi phí. Cần có những nghiên cứu sâu hơn để tìm ra giải pháp tối ưu cho việc xử lý nước thải này.

III. Phương pháp xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn hiệu quả

Có nhiều phương pháp xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn, trong đó phương pháp sinh học và công nghệ xanh được đánh giá cao. Những phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường.

3.1. Phương pháp sinh học trong xử lý nước thải

Phương pháp sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Đây là một trong những phương pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

3.2. Công nghệ xanh trong xử lý nước thải

Công nghệ xanh không chỉ giúp xử lý nước thải mà còn tận thu năng lượng từ khí metan, góp phần giảm phát thải khí nhà kính.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu xử lý nước thải

Nghiên cứu này đã được áp dụng tại một số cơ sở chế biến tinh bột sắn, cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc giảm ô nhiễm và tận thu năng lượng. Kết quả này mở ra hướng đi mới cho ngành chế biến tinh bột sắn tại Việt Nam.

4.1. Kết quả thực nghiệm tại cơ sở chế biến

Kết quả thực nghiệm cho thấy việc áp dụng công nghệ xử lý sinh học đã giảm đáng kể nồng độ ô nhiễm trong nước thải, đồng thời thu hồi khí metan hiệu quả.

4.2. Lợi ích kinh tế từ việc xử lý nước thải

Việc xử lý nước thải không chỉ bảo vệ môi trường mà còn mang lại lợi ích kinh tế từ việc bán chứng chỉ giảm phát thải (CER) và tiết kiệm chi phí năng lượng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo cơ chế phát triển sạch (CDM) có tiềm năng lớn trong việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Cần tiếp tục nghiên cứu và áp dụng các công nghệ mới để nâng cao hiệu quả xử lý.

5.1. Tương lai của ngành chế biến tinh bột sắn

Ngành chế biến tinh bột sắn cần hướng tới phát triển bền vững, kết hợp giữa sản xuất và bảo vệ môi trường.

5.2. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần có những nghiên cứu sâu hơn về các công nghệ mới và phương pháp xử lý hiệu quả hơn để đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành chế biến tinh bột sắn tại Việt Nam giữ vai trò xung kích trong phát triển kinh tế nông nghiệp nhưng cũng là nguồn phát sinh chất thải lỏng khổng lồ. Trung bình mỗi tấn sắn củ tươi chế biến phát sinh từ 10 đến 15 m3 nước thải ô nhiễm nặng. Theo thống kê tại 52 nhà máy chế biến quy mô lớn, tổng lượng nước thải xả ra trong mùa cao điểm đạt xấp xỉ 140.000 m3/ngày, mang theo tải lượng chất ô nhiễm cực lớn với khoảng 5.000 tấn COD/ngày, 3.000 tấn BOD5/ngày và hơn 5 tấn độc chất cyanua/ngày. Nguồn thải này có độ chua cao với pH chỉ từ 3,0 đến 4,5, chứa hàm lượng hữu cơ cao gấp 200 lần và BOD5 vượt gần 500 lần quy chuẩn quốc gia, gây hủy hoại nghiêm trọng các thủy vực tiếp nhận.

Xuất phát từ thực trạng ô nhiễm bức thiết, luận văn tập trung giải quyết vấn đề xử lý nước thải tinh bột sắn gắn liền với bài toán thu hồi năng lượng tái tạo và giảm thiểu biến đổi khí hậu. Mục tiêu cụ thể là nghiên cứu ứng dụng công nghệ kỵ khí dòng chảy ngược qua tầng đệm bùn (UASB) để xử lý nước thải đạt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT mức B, đồng thời tận thu tối đa khí metan nhằm chuyển hóa thành năng lượng sạch theo cơ chế phát triển sạch (CDM).

Nghiên cứu được triển khai thực địa tại làng nghề Dương Liễu (huyện Hoài Đức, thành phố Hà Nội) – địa bàn trọng điểm có diện tích tự nhiên 410,57 ha và quy mô dân số 12.801 người, nơi sản xuất tinh bột sắn chiếm hơn 67% tổng sản lượng toàn xã. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi đạt hiệu suất khử COD trên 85%, giảm thiểu hàng nghìn tấn khí nhà kính mỗi năm và mở ra tiềm năng tạo doanh thu bền vững từ việc bán chứng chỉ giảm phát thải carbon (CER).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết phân hủy kỵ khí sinh học 4 giai đoạn nối tiếp: giai đoạn thủy phân chuyển hóa hợp chất cao phân tử thành đường đơn và axit amin; giai đoạn lên men axit hữu cơ tạo ra các axit béo bay hơi; giai đoạn axit axetic hóa nhờ nhóm vi khuẩn axetic; và giai đoạn metan hóa chuyển hóa axetat, H2 và CO2 thành khí metan (CH4). Trong đó, khoảng 70% khí metan được tạo thành từ con đường đêcacboxyl hóa axit axetic và 30% sinh ra từ phản ứng khử CO2.

Cơ sở lý thuyết thứ hai là khung Cơ chế phát triển sạch (CDM) theo Điều 12 của Nghị định thư Kyoto thuộc Công ước khung Liên Hợp Quốc về Biến đổi Khí hậu (UNFCCC). Mô hình tính toán định lượng phát thải dựa trên nguyên tắc xác định đường cơ sở (Baseline Emission - BE), mức phát thải dự án (Project Emission - PE) và lượng giảm phát thải ròng (Emission Reduction - ER). Khái niệm Tiềm năng ấm lên toàn cầu (GWP) được áp dụng với hệ số tương đương 21 lần của khí metan so với CO2, cùng chỉ số tải lượng thể tích hữu cơ và hiệu suất thu hồi khí sinh học trên mỗi đơn vị COD chuyển hóa.

Phương pháp nghiên cứu

Quá trình thu thập dữ liệu hiện trường thực hiện qua 4 đợt lấy mẫu đại diện từ tháng 2 đến tháng 4 năm 2012 tại các cửa xả cống thải hỗn hợp của làng nghề Dương Liễu. Cỡ mẫu phân tích bao gồm 4 đợt khảo sát quy mô với thể tích 20 lít nước thải mỗi đợt, áp dụng phương pháp lấy mẫu chuẩn theo TCVN 5999:1995 (tương đương chuẩn quốc tế ISO 5667-10:1992) nhằm bảo đảm tính đại diện cao trong điều kiện sản xuất biến động theo mùa vụ.

Các chỉ tiêu lý hóa được đo đạc theo các tiêu chuẩn quốc gia có độ tin cậy cao: xác định pH bằng máy đo điện cực theo TCVN 6492:2011, hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) bằng phương pháp lọc qua màng sợi thủy tinh theo TCVN 6625:2000, và nhu cầu oxy hóa học (COD) bằng phương pháp chuẩn độ bicromat hồi lưu kín theo TCVN 6491:1999. Mô hình thực nghiệm UASB thể tích 8 lít (đường kính 14 cm, chiều cao 80 cm) vận hành liên tục với lưu lượng cấp 0,4 đến 0,8 lít/giờ. Việc tính toán giảm phát thải khí nhà kính tuân thủ các phương pháp luận AMS-III.H (phiên bản 16) đối với xử lý nước thải kỵ khí quy mô nhỏ và AMS-I.C (phiên bản 19) về sản xuất năng lượng tái tạo thay thế nhiên liệu hóa thạch do IPCC ban hành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu thực nghiệm và khảo sát thực địa đã ghi nhận 4 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, nước thải thô làng nghề Dương Liễu có tải lượng ô nhiễm cực cao với dải dao động COD đầu vào từ 9.400 mg/L đến 15.600 mg/L, BOD5 đạt ngưỡng 6.000 đến 23.000 mg/L, vượt tiêu chuẩn môi trường hiện hành từ 60 đến hơn 150 lần; nồng độ độc tố cyanua tự do duy trì ở mức 10 đến 40 mg/L.

Thứ hai, hệ thống UASB đạt hiệu suất xử lý COD ấn tượng từ 85,2% đến 92,4% khi vận hành ở dải tải lượng hữu cơ từ 2,0 đến 12,0 kg COD/m3.ngày, tương ứng với thời gian lưu thủy lực (HRT) từ 12 đến 24 giờ. Nước thải sau xử lý kỵ khí giảm mạnh độ đục và tải lượng hữu cơ, tạo tiền đề thuận lợi cho công đoạn xử lý hiếu khí tiếp theo.

Thứ ba, hiệu suất chuyển hóa khí sinh học đạt mức trung bình 0,35 đến 0,40 m3 biogas/kg COD chuyển hóa. Khí sinh học thu hồi có chất lượng cao với tỷ lệ metan chiếm từ 60% đến 70%, đáp ứng hoàn hảo tiêu chuẩn làm nhiên liệu đốt.

Thứ tư, tính toán theo hướng dẫn IPCC cho thấy hệ thống thu gom và xử lý kỵ khí có thu hồi metan giúp giảm phát thải trung bình từ 1,2 đến 1,8 tấn CO2 tương đương (tCO2e) trên mỗi tấn tinh bột thành phẩm so với phương án xả thải phân hủy tự nhiên ngoài môi trường.

Thảo luận kết quả

Khả năng phân hủy hữu cơ vượt trội của mô hình UASB bắt nguồn từ cấu trúc lớp bùn hạt kỵ khí hoạt tính cao và tấm phân tách 3 pha (khí - lỏng - rắn) được thiết kế góc nghiêng trên 35 độ, giúp giữ lại sinh khối vi sinh vật trong bể phản ứng mà không bị rửa trôi dưới vận tốc dòng chảy 0,6 đến 0,9 m/h. Mối quan hệ giữa tải lượng nạp và tốc độ xử lý COD có thể được minh họa trực quan thông qua biểu đồ hồi quy tuyến tính, cho thấy khi tải lượng tăng dần từ 2 đến 10 kg COD/m3.ngày, tốc độ phân hủy hữu cơ tăng tỷ lệ thuận mà không làm suy giảm pH hệ thống (duy trì ổn định ở mức 6,8 đến 7,2).

So sánh với các nghiên cứu xử lý nước thải tinh bột sắn tại Thái Lan và Ấn Độ, công nghệ UASB chứng minh ưu thế vượt trội về mặt bằng xây dựng, tiết kiệm hơn 70% diện tích đất so với hệ thống hồ sinh học kỵ khí hở (anaerobic lagoon). Đồng thời, việc chuyển hóa toàn diện hợp chất hữu cơ thành khí metan giúp triệt tiêu mùi hôi thối phát tán ra không gian xung quanh làng nghề. Các chuỗi dữ liệu thực nghiệm có thể được tổng hợp chi tiết qua bảng so sánh đa thông số đầu vào và đầu ra, khẳng định tính ổn định cao của hệ vi sinh vật ưa ấm tại dải nhiệt độ 25 đến 32 độ C.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện công nghệ và thúc đẩy chuyển giao ứng dụng vào thực tiễn sản xuất, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp mang tính hành động cao:

• Xây dựng cụm công trình xử lý nước thải tập trung ứng dụng công nghệ UASB kết hợp hồ sinh học hiếu khí với công suất thiết kế 2.000 m3/ngày. Mục tiêu xử lý triệt để 100% lượng nước thải làng nghề đạt quy chuẩn xả thải QCVN 40:2011/BTNMT mức B trong lộ trình thực hiện từ năm 2013 đến 2015, do Ủy ban nhân dân huyện Hoài Đức phối hợp cùng Sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Hà Nội làm chủ đầu tư.
• Lắp đặt mạng lưới thu gom và bồn trữ khí sinh học áp suất thấp bọc màng HDPE chuyên dụng. Hướng tới mục tiêu thu hồi tối thiểu 90% lượng metan sinh ra để thay thế 30% đến 40% lượng than đá tiêu thụ trong các lò sấy bột sắn, hoàn thành lắp đặt trong vòng 12 tháng kể từ khi trạm xử lý đi vào vận hành, do các hợp tác xã chế biến nông sản chủ trì thực hiện.
• Đăng ký và hoàn thiện tài liệu thiết kế dự án (PDD) theo cơ chế CDM áp dụng phương pháp luận AMS-III.H và AMS-I.C. Đích đến là được Ban điều hành quốc tế cấp khoảng 5.000 đến 10.000 chứng chỉ CER mỗi năm trong giai đoạn 2014 - 2016, do các doanh nghiệp phát triển dự án phối hợp với Cơ quan thẩm quyền quốc gia về CDM (DNA) thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường thực hiện.
• Ban hành chính sách ưu đãi tài chính và cơ chế giám sát chất lượng nước thải định kỳ. Đảm bảo 100% cơ sở chế biến được tiếp cận nguồn vốn vay lãi suất ưu đãi theo Quyết định 130/2007/QĐ-TTg, thực hiện kiểm tra quan trắc môi trường 3 tháng một lần do Chi cục Bảo vệ Môi trường Hà Nội đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

• Kỹ sư công nghệ môi trường và đơn vị tư vấn thiết kế xử lý nước thải: Tài liệu cung cấp thông số kỹ thuật chi tiết về tính toán tải lượng hữu cơ, tỷ lệ dinh dưỡng COD:N:P ở mức 300-350:7:1 và cấu tạo bộ tách 3 pha trong bể UASB để áp dụng thiết kế cho các nhà máy chế biến nông sản giàu tinh bột.
• Chủ doanh nghiệp, chủ xưởng sản xuất tinh bột sắn và dong riềng: Tiếp cận giải pháp kỹ thuật giúp tái sử dụng nguồn khí sinh học thu hồi để thay thế than đốt, giúp cắt giảm 20% đến 35% chi phí năng lượng nhiệt sấy và phòng ngừa triệt để các rủi ro xử phạt ô nhiễm môi trường.
• Chuyên gia tư vấn thị trường carbon và tài chính khí hậu: Nắm vững phương pháp luận AMS-III.H và AMS-I.C chuẩn IPCC để tính toán phát thải đường cơ sở, thẩm tra hạn ngạch giảm phát thải và xây dựng hồ sơ thương mại hóa tín chỉ carbon cho các dự án xử lý chất thải hữu cơ tại Việt Nam.
• Cơ quan quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học thực chứng để xây dựng quy hoạch xử lý ô nhiễm làng nghề gắn với mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính quốc gia và triển khai hiệu quả các chính sách hỗ trợ phát triển kinh tế xanh.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nước thải chế biến tinh bột sắn lại có nồng độ COD và tính axit rất cao? Nước thải tinh bột sắn chứa lượng lớn dịch bào, tinh bột hòa tan, protein và đường tự do chưa thu hồi hết. Các hợp chất này bị vi sinh vật tự nhiên lên men nhanh chóng ngay trên đường thoát nước, sinh ra các axit hữu cơ mạch ngắn làm pH giảm sâu xuống khoảng 3,0 đến 4,5 và đẩy chỉ số COD lên tới 15.600 mg/L.

Bể phản ứng UASB mang lại ưu thế kỹ thuật nổi bật nào so với hồ kỵ khí hở truyền thống? Bể UASB vận hành theo dòng chảy ngược qua lớp bùn hạt hoạt tính cao, cho phép duy trì nồng độ vi sinh vật dày đặc và chịu được tải lượng hữu cơ lớn lên đến 12 kg COD/m3.ngày. Thiết bị này tiết kiệm hơn 70% diện tích mặt bằng, ngăn ngừa mùi hôi và thu hồi kín 100% lượng khí sinh học sinh ra.

Lượng giảm phát thải khí nhà kính trong luận văn được tính toán dựa trên căn cứ khoa học nào? Lượng giảm phát thải được tính toán dựa trên sự chênh lệch giữa kịch bản đường cơ sở (phân hủy tự nhiên ngoài môi trường sinh khí metan phát tán tự do) và kịch bản dự án (xử lý kỵ khí kín thu hồi metan) theo phương pháp luận AMS-III.H và AMS-I.C do IPCC hướng dẫn, áp dụng hệ số làm nóng toàn cầu của metan gấp 21 lần CO2.

Lợi ích kinh tế trực tiếp khi triển khai mô hình CDM trong xử lý nước thải tinh bột sắn là gì? Cơ sở sản xuất nhận được nguồn lợi nhuận kép từ việc thương mại hóa chứng chỉ giảm phát thải carbon (CER) trên thị trường quốc tế với giá trị hàng nghìn USD mỗi năm, đồng thời tiết kiệm hàng trăm triệu đồng chi phí mua than đốt nhờ tận dụng lượng khí metan thu hồi để cung cấp nhiệt cho lò sấy.

Yếu tố kỹ thuật cốt lõi nào quyết định sự thành bại khi khởi động hệ thống UASB? Điều kiện tiên quyết là quá trình thuần hóa và nuôi cấy bùn hạt kỵ khí ban đầu với tải lượng nạp thấp dưới 2 kg COD/m3.ngày, kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ ở mức 25 đến 32 độ C, điều chỉnh pH nước thải đầu vào đạt từ 6,5 đến 7,2 bằng kiềm và bổ sung cân đối tỷ lệ dinh dưỡng COD:N:P đạt 300-350:7:1.

Kết luận

• Đã xác định toàn diện đặc trưng ô nhiễm cực kỳ đậm đặc của nước thải làng nghề tinh bột sắn Dương Liễu với nồng độ COD lên tới 15.600 mg/L, BOD5 đạt 23.000 mg/L và hàm lượng cyanua độc hại đạt 40 mg/L.
• Vận hành thành công mô hình bể UASB thể tích 8 lít với hiệu suất xử lý COD ổn định từ 85,2% đến 92,4% ở dải tải lượng hữu cơ 2,0 đến 12,0 kg COD/m3.ngày và thời gian lưu thủy lực 12 đến 24 giờ.
• Thu hồi hiệu quả nguồn năng lượng tái tạo với sản lượng khí sinh học đạt 0,35 đến 0,40 m3/kg COD chuyển hóa, trong đó hàm lượng khí metan sạch chiếm tỷ lệ cao từ 60% đến 70%.
• Ứng dụng xuất sắc phương pháp luận AMS-III.H và AMS-I.C của IPCC để lượng hóa mức giảm phát thải đạt từ 1,2 đến 1,8 tCO2e/tấn sản phẩm, mở ra hướng tiếp cận tài chính carbon khả thi cho các làng nghề truyền thống.
• Đề xuất hoàn chỉnh mô hình công nghệ kết hợp cơ chế tài chính CDM giúp giải quyết đồng thời mục tiêu bảo vệ môi trường, tiết kiệm năng lượng và gia tăng hiệu quả kinh tế bền vững.

Định hướng tiếp theo tập trung vào việc hoàn thiện mô hình thử nghiệm pilot công suất 50 m3/ngày tại làng nghề trong giai đoạn 2014 - 2015, tiến tới chuyển giao nhân rộng trên toàn quốc đến năm 2020. Các tổ chức, hiệp hội ngành nghề và doanh nghiệp sản xuất tinh bột sắn hãy chủ động áp dụng ngay giải pháp công nghệ kỵ khí gắn liền với cơ chế tài chính carbon từ luận văn để tiên phong chuyển đổi xanh và nâng cao vị thế cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Nƣớc ta đang trong quá trình công nghiệp hóa với mục tiêu phấn đấu đến năm 2020, về cơ bản Việt Nam sẽ trở thành một nƣớc công nghiệp và tất yếu là sự đô thị hóa ở các thành phố lớn. Theo dự báo, đến năm 2020 tỷ lệ đô thị hóa của nƣớc ta sẽ đạt 45% tƣơng ứng với quy mô dân số là khoảng 46 triệu ngƣời [79]. Tuy nhiên kèm theo đó là vấn đề môi trƣờng ngày càng trở nên bức xúc và cần phải đƣợc giải quyết. Từ thực tế của ngành sản xuất tinh bột sắn là một trong những ngành công nghiệp tiêu thụ nhiều nƣớc và năng lƣợng.

Hàng năm lƣợng nƣớc xả thải ra môi trƣờng của ngành khá lớn (15 m3/tấn sắn tƣơi) [48]; nƣớc thải chứa nhiều các chất hữu cơ, chất độc cyanua có độc tính cao. gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng nếu không có biện pháp xử lý hiệu quả. Với đặc trƣng của nƣớc thải chế biến tinh bột sắn có hàm lƣợng chất hữu cơ cao khi phân hủy có thể tạo thành khí metan, CO2 là những khí có thể gây hiệu ứng nhà kính, nên xu hƣớng trên thế giới ngày nay, không chỉ tập trung vào khía cạnh xử lý nƣớc thải mà còn xem xét, kết hợp việc xử lý nƣớc thải với việc tận thu, giảm phát thải khí nhà kính theo hƣớng tiếp cận cơ chế phát triển sạch – CDM. Ở Việt nam bƣớc đầu đã có một số nghiên cứu khả quan về xử lý nƣớc thải ngành tinh bột sắn theo xu thế trên nhƣng nhìn chung mới là bƣớc đầu và chƣa đạt hiệu quả cao.

Trong khi đó, ngành công nghiệp sản xuất tinh bột sắn ở nƣớc ta lại rất phát triển, đã đóng góp một phần không nhỏ vào tốc độ tăng trƣởng kinh tế. Vì vậy, việc xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn theo xu hƣớng trên là hoàn toàn có triển vọng để mở rộng và áp dụng phổ biến trong tƣơng lai. Tuy nhiên, vẫn cần phải có những nghiên cứu cụ thể hơn và phù hợp với điều kiện hiện nay của nƣớc ta. Đặc biệt là vận dụng các phƣơng pháp luận do Ủy ban Liên Chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) hƣớng dẫn để tính toán giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý nƣớc thải ngành tinh bột sắn.

Đỗ Thị Hải Vân 1 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, trong luận văn này đã tiến hành thực hiện đề tài : “Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng tiếp cận Cơ chế phát triển sạch (CDM)” với mục tiêu: xử lý ô nhiễm môi trƣờng (nƣớc thải chế biến tinh bột sắn) kết hợp thu khí giảm phát thải khí nhà kính nhằm bảo vệ môi trƣờng và tăng hiệu quả kinh tế. Nội dung nghiên cứu của luận văn: - Nghiên cứu hệ thống xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn tại cơ sở sản xuất tinh bột sắn làng nghề Dƣơng Liễu, Hà Nội đảm bảo đạt quy chuẩn xả thải theo QCVN 40/2011 BTNMT, mức B - Tính toán giảm phát thải khí nhà kính khi thu hồi và tận dụng khí metan hình thành từ quá trình phân hủy yếm khí của hệ thống xử lý nƣớc thải - Ƣớc tính hiệu quả kinh tế từ bán chứng chỉ giảm phát thát (CER) và khi thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch (than) bằng khí sinh học thu hồi. Đỗ Thị Hải Vân 2 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ Chƣơng 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Ngành chế biến tinh bột sắn 1.1 Quy trình chế biến tinh bột sắn Quy trình chế biến tinh bột sắn đƣợc thể hiện trong Hình 1.1 Quá trình chế biến tinh bột sắn cần sử dụng một lƣợng lớn nƣớc chủ yếu cho quá trình rửa và lọc. Lƣợng nƣớc thải ra trung bình 15 m3 khi sản xuất 1 tấn sắn tƣơi.

Sau khi lọc bột sắn đƣợc sấy khô bằng không khí nóng để giảm lƣợng nƣớc từ 35 - 40% xuống 11 - 13%. Quá trình này đòi hỏi nhiều năng lƣợng. Thông thƣờng nhu cầu năng lƣợng điện và năng lƣợng nhiệt cho 1 kg sản phẩm là 0,320 – 0,939 MJ và 1,141 - 2,749 MJ tƣơng đƣơng 25% và 75% tổng năng lƣợng [48]. Sắn củ tƣơi Nƣớc Bóc vỏ, rửa sạch Nƣớc thải Nghiền Vỏ sắn Nƣớc Lọc thô Bã thải rắn Lắng lần 1 Lắng lần 2 Nƣớc thải Thu tinh bột Thu bột đen Nhiệt lƣợng Phơi sấy khô Hơi nƣớc Sản phẩm Hình 1.

Quy trình chế biến tinh bột sắn [24, 45] Đỗ Thị Hải Vân 3 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ + Rửa - bóc vỏ: là công đoạn làm sạch nguyên liệu, đồng thời loại bỏ lớp vỏ Quá trình rửa nguyên liệu đƣợc thực hiện nhờ thiết bị rửa hình trống quay hoặc máy rửa có guồng. Máy rửa hình trống quay, gồm một buồng hình trụ mở, đƣợc bọc bằng mắt lƣới thô, quay với tốc độ 10 ÷ 15 vòng/phút. Thiết bị làm việc gián đoạn theo mẻ, nguyên liệu đƣợc cho vào lồng. Khi lồng quay nƣớc đƣợc tƣới vào trong suốt quá trình nhờ bộ phận phân phối nƣớc.

Khi lồng quay các củ sắn chuyển động trong lồng va chạm vào nhau và va chạm vào thành lồng, do đó đất cát cà vỏ đƣợc tách ra [27, 45, 78]. Sau khi bóc vỏ, củ sắn thƣờng đƣợc ngâm trong máng nƣớc để loại bỏ các chất hoà tan trong nguyên liệu nhƣ: độc tố, sắc tố, tanin,… + Nghiền: Sau khi ngâm, sắn đƣợc đƣa vào thiết bị nghiền thành bột nhão, phá vỡ tế bào củ và giải phóng tinh bột. Bột nhão sau nghiền gồm tinh bột, xơ và các chất hoà tan nhƣ đƣờng, chất khoáng, protein, enzym và các vitamin [27, 45, 78]. + Lọc thô: là công đoạn quan trọng, phải sử dụng nhiều nƣớc có thể lọc thủ công hoặc dùng máy lọc.

- Lọc thủ công dùng lƣới lọc, bột nhão đƣợc trộn đều trong nƣớc, đƣợc chà và lọc trên khung lọc, dịch bột lọc chảy qua lƣới lọc vào bể còn bã sắn ở trên đƣợc lọc lần 2 để tận thu tinh bột. - Máy lọc: là một thùng quay trong đó có đặt lƣới lọc, làm việc gián đoạn theo mẻ. Nƣớc và bột nhão đƣợc cấp vào thùng, khi thùng quay bột nhão đƣợc đảo đều trong nƣớc nhờ cánh khuấy, sữa bột chảy xuống dƣới qua khung lƣới lọc trƣớc khi vào bể lắng. Lƣới lọc ngoài thùng quay giữ lại các hạt bột có kích thƣớc lớn, phần bột này sẽ đƣợc đƣa trở lại thiết bị lọc.

còn phần xơ bã đƣợc xả ra ngoài qua cửa xả bã [27, 45, 78]. + Lắng : Tinh bột có đặc điểm dễ lắng và dễ tách, sau 8 ÷ 15h có thể lắng hoàn toàn. Khi bột đã lắng, từ từ tháo nƣớc tránh gây sáo trộn tạp chất (bột đen) trên bề mặt lớp bột. Lớp bột đen sẽ đƣợc loại bỏ để đảm bảo chất lƣợng của bột thành phẩm.

Đỗ Thị Hải Vân 4 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ Để thu đƣợc tinh bột có chất lƣợng cao, tinh bột sắn thô đƣợc tinh chế một lần nữa theo quy tình sau: Bột thô có độ ẩm từ 55 ÷ 60% cho vào bể, bơm nƣớc vào với tỉ lệ bột và nƣớc là 1/6. Dùng máy khuấy cho đồng nhất, để bột lắng lại sau 8 ÷ 15h tháo nƣớc trong và hớt lớp bột đen nổi lên trên. Có thể rửa 3 đến 4 lần để loại bỏ hết tạp chất, sau khi rửa xong dùng tro thấm nƣớc và đem bột ra phơi hoặc sấy khô [27, 45, 78]. Nước thải ngành chế biến tinh bột sắn Lƣợng nƣớc thải sinh ra từ trong quá trình chế biến tinh bột sắn là rất lớn, trung bình 10 -30 m3/tấn sản phẩm [48].

Căn cứ vào qui trình chế biến bột sắn, có thể chia nƣớc thải thành 2 dòng: - Dòng thải 1: là nƣớc thải ra sau khi phun vào guồng rửa sắn củ để loại bỏ các chất bẩn và vỏ ngoài củ sắn. Loại nƣớc thải này có lƣu lƣợng thấp (khoảng 2m3 nƣớc thải /tấn sắn củ), chủ yếu chứa các chất có thể sa lắng nhanh (vỏ sắn, đất, cát…). Do vậy với nƣớc thải loại này có thể cho qua song chắn, để lắng rồi quay vòng nƣớc ở giai đoạn rửa. Phần bị giữ ở song chắn (vỏ sắn) sau khi phơi khô đƣợc làm nhiên liệu chất đốt tại các gia đình sản xuất.

- Dòng thải 2: là nƣớc thải ra trong quá trình lọc sắn, loại nƣớc thải này có lƣu lƣợng lớn (10m3 nƣớc thải/tấn sắn củ), có hàm lƣợng chất hữu cơ cao, hàm lƣợng rắn lơ lửng cao, pH thấp, hàm lƣợng xianua cao, mùi chua, màu trắng đục. Nƣớc thải chế biến tinh bột sắn bao gồm các thành phần hữu cơ nhƣ tinh bột, protein, xenluloza, pectin, đƣờng có trong nguyên liệu củ sắn tƣơi là nguyên nhân gây ô nhiễm cao cho các dòng nƣớc thải của nhà máy sản xuất tinh bột sắn [1, 18]. Nƣớc thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông số đặc trƣng: pH thấp, hàm lƣợng chất hữu cơ và vô cơ cao, thể hiện qua hàm lƣợng chất rắn lơ lửng (SS), các chất dinh dƣỡng chứa N, P, các chỉ số về nhu cầu oxy sinh học (BOD5), nhu cầu oxy hoá học (COD), …với nồng độ rất cao [17, 18]. Nồng độ ô nhiễm của nƣớc thải tinh bột sắn thể hiện cụ thể ở Bảng 1.

Đỗ Thị Hải Vân 5 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn thạc sĩ Bảng 1. Chất lƣợng nƣớc thải từ sản xuất tinh bột sắn [48] QCVN TT Thông số Đơn vị Giá trị 40:2011, mức B 1 pH - 3.0 5,5-9 2 COD mg/l 7000 – 40000 150 3 BOD5 mg/l 6000 – 23000 50 4 TSS mg/l 4000 – 8000 100 5 ∑N mg/l 42 - 262 40 6 ∑P mg/l 11 - 46 6 7 CN- mg/l 10 - 40 0,1 Số liệu ở bảng 1.1, cho thấy khoảng cách dao động về các chỉ tiêu nƣớc thải cao hơn nhiều lần so với QCVN 40 :2011/ BTNMT cột B. Cụ thể, COD cao hơn 200 lần; BOD cao hơn gần 500 lần; tổng nitơ và tổng photpho cao hơn 7 lần…so với QCVN 40:2011/BTNMT. Khi tính riêng cho 52 nhà máy qui mô lớn, ƣớc tính lƣợng nƣớc thải sinh ra hàng ngày khi vào mùa vụ khoảng 140000 m3/ngày với tải lƣợng SS khoảng 1000 tấn/ngày; BOD khoảng 3.000 tấn/ngày; COD khoảng 5000 tấn/ngày; CN - khoảng 5 tấn/ngày [48].