Luận văn thạc sĩ về xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn tại Đại học Quốc gia Hà Nội

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phương pháp xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo cơ chế phát triển sạch CDM, hướng tới bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Đỗ Thị Hải Vân
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Hà
• Trường học: Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN
• 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
• 1.4.4. Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn
• 1.4.4.1. Các nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn trên thế giới
• 1.4.4.2. Các nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam
• 1.4.5. Cơ chế phát triển sạch (CDM)
• 1.4.5.1. Giới thiệu chung về CDM
• 1.4.5.2. Hoạt động CDM ở trên thế giới
• 1.4.5.3. 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
• 3.1.3. Kết quả xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn có tận thu metan bằng hệ thống UASB thực nghiệm
• 3.1.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu quả xử lý
• 3.1.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả xử lý
• 3.1.6. Kết quả khảo sát hiệu suất chuyển hóa khí
• 3.1.7. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK với các phương án xử lý nước thải lựa chọn
• 3.1.8. Kết quả tính toán lượng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nước thải
• 3.1.9. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK khi xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn
• 3.1.10. 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
• 3.1.11. 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 nghiêm trọng tại Việt Nam. Ngành này tiêu thụ lượng nước lớn và thải ra nhiều chất ô nhiễm, bao gồm các hợp chất hữu cơ và độc tố. Việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp xử lý hiệu quả là cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào các phương pháp xử lý nước thải theo hướng tiếp cận Cơ chế phát triển sạch (CDM), nhằm giảm thiểu ô nhiễm và tận dụng nguồn năng lượng từ khí metan.

1.1. Tình hình ô nhiễm nước thải chế biến tinh bột sắn

Nước thải từ chế biến tinh bột sắn có hàm lượng ô nhiễm cao, với các chỉ số như BOD, COD vượt xa tiêu chuẩn cho phép. Theo số liệu, nồng độ COD có thể lên tới 40,000 mg/l, trong khi tiêu chuẩn cho phép chỉ là 150 mg/l. Điều này cho thấy mức độ ô nhiễm nghiêm trọng và cần có biện pháp xử lý kịp thời.

1.2. Tác động của nước thải đến môi trường

Nước thải chế biến tinh bột sắn không chỉ gây ô nhiễm nguồn nước mà còn ảnh hưởng đến đất và không khí. Các chất độc hại như cyanua có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho con người và động vật. Việc không xử lý nước thải đúng cách sẽ dẫn đến sự suy giảm chất lượng môi trường sống.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn

Xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn gặp nhiều thách thức do tính chất phức tạp của nước thải. Các phương pháp xử lý hiện tại chưa đạt hiệu quả cao, và nhiều cơ sở sản xuất vẫn chưa áp dụng công nghệ tiên tiến. Điều này dẫn đến việc ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng.

2.1. Các phương pháp xử lý nước thải hiện tại

Hiện nay, các phương pháp xử lý nước thải chủ yếu bao gồm xử lý sinh học, hóa học và vật lý. Tuy nhiên, nhiều phương pháp này vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu về hiệu quả và chi phí. Cần có nghiên cứu sâu hơn để cải thiện các phương pháp này.

2.2. Khó khăn trong việc áp dụng công nghệ mới

Việc áp dụng công nghệ mới trong xử lý nước thải gặp khó khăn do chi phí đầu tư cao và thiếu kiến thức chuyên môn. Nhiều cơ sở sản xuất vẫn sử dụng các phương pháp truyền thống, dẫn đến hiệu quả xử lý không cao.

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

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp xử lý sinh học kết hợp với công nghệ UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là một trong những giải pháp hiệu quả nhất. Phương pháp này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn thu hồi năng lượng từ khí metan.

3.1. Giới thiệu về công nghệ UASB

Công nghệ UASB là một phương pháp xử lý nước thải kỵ khí, cho phép vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy. Phương pháp này có khả năng xử lý nước thải với tải trọng ô nhiễm cao và thu hồi khí metan, một nguồn năng lượng tái tạo.

3.2. Lợi ích của việc áp dụng phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tiết kiệm chi phí vận hành. Việc thu hồi khí metan từ quá trình phân hủy có thể được sử dụng làm nhiên liệu, góp phần giảm phát thải khí nhà kính.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng công nghệ UASB trong xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu, Hà Nội đã mang lại hiệu quả cao. Nồng độ COD và BOD trong nước thải sau xử lý đã giảm đáng kể, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải.

4.1. Kết quả khảo sát thực tế

Kết quả khảo sát cho thấy nồng độ COD giảm từ 40,000 mg/l xuống còn 150 mg/l sau khi áp dụng công nghệ UASB. Điều này chứng tỏ hiệu quả của phương pháp trong việc xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn.

4.2. Tính toán hiệu quả kinh tế

Việc áp dụng công nghệ UASB không chỉ giúp giảm ô nhiễm mà còn mang lại lợi ích kinh tế từ việc thu hồi khí metan. Ước tính, việc bán chứng chỉ giảm phát thải (CER) có thể mang lại nguồn thu nhập đáng kể cho các cơ sở sản xuất.

V. Kết luận và triển vọng tương lai trong xử lý nước thải

Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng tiếp cận Cơ chế phát triển sạch (CDM) đã mở ra nhiều triển vọng cho ngành chế biến tinh bột sắn tại Việt Nam. Việc áp dụng công nghệ tiên tiến sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.

5.1. Tương lai của ngành chế biến tinh bột sắn

Ngành chế biến tinh bột sắn cần tiếp tục nghiên cứu và áp dụng các công nghệ mới để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải. Điều này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn nâng cao giá trị sản phẩm.

5.2. Khuyến nghị cho các cơ sở sản xuất

Các cơ sở sản xuất cần được khuyến khích áp dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến và tham gia vào các chương trình CDM để giảm phát thải khí nhà kính. Việc này sẽ góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành chế biến tinh bột sắn là một trong những ngành công nghiệp tiêu thụ nhiều nước và năng lượng, với lượng nước thải trung bình khoảng 15 m³ cho mỗi tấn sắn tươi chế biến. Nước thải từ ngành này chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, các chất độc như cyanua, gây ô nhiễm nghiêm trọng nếu không được xử lý hiệu quả. Theo số liệu khảo sát tại làng nghề Dương Liễu, Hà Nội, lượng nước thải phát sinh hàng ngày vào mùa vụ có thể lên tới 140.000 m³, với tải lượng ô nhiễm hữu cơ rất lớn, ví dụ như BOD khoảng 3.000 tấn/ngày và COD khoảng 5.000 tấn/ngày, cao hơn nhiều lần so với quy chuẩn Việt Nam QCVN 40:2011/BTNMT mức B.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng tiếp cận Cơ chế Phát triển Sạch (CDM), nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tận thu khí metan để giảm phát thải khí nhà kính và tăng hiệu quả kinh tế cho các cơ sở sản xuất. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào nước thải tại làng nghề Dương Liễu, Hà Nội, trong giai đoạn khảo sát từ tháng 2 đến tháng 4 năm 2012. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh Việt Nam đang phát triển công nghiệp và đô thị hóa nhanh, đồng thời cam kết thực hiện các mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính theo Nghị định thư Kyoto và các cơ chế quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính về xử lý nước thải sinh học: phân hủy hiếu khí và phân hủy kỵ khí.

• Phân hủy hiếu khí: Quá trình sử dụng vi sinh vật hiếu khí để oxy hóa các chất hữu cơ thành CO₂ và H₂O, đồng thời tổng hợp tế bào mới. Điều kiện cần thiết là cung cấp oxy liên tục, pH tối ưu từ 6,5 đến 8,5 và nhiệt độ từ 6°C đến 37°C. Hồ hiếu khí là công trình xử lý phổ biến, gồm hồ tự nhiên và hồ nhân tạo với tải trọng BOD từ 250 đến 400 kg/ha.

• Phân hủy kỵ khí: Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy, gồm bốn giai đoạn: thủy phân, lên men acid hữu cơ, lên men tạo acid axetic và metan hóa. Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là công nghệ kỵ khí tiên tiến, cho phép thu hồi khí metan làm năng lượng tái tạo. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kỵ khí gồm tỷ lệ C/N (20-30/1), pH tối ưu 6,8-7,2, nhiệt độ 25-40°C, và hạn chế các chất độc như kim loại nặng, NH₄⁺, SO₂.

Ngoài ra, luận văn áp dụng lý thuyết về Cơ chế Phát triển Sạch (CDM) theo Nghị định thư Kyoto, nhằm giảm phát thải khí nhà kính thông qua các dự án xử lý nước thải kết hợp thu hồi khí metan.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nước thải được lấy mẫu tại cống thải của các hộ sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu, Hà Nội. Mẫu được thu thập 4 đợt trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 4 năm 2012 theo tiêu chuẩn TCVN 5999:1995.

• Phương pháp phân tích: Các thông số pH, SS, COD được phân tích theo tiêu chuẩn TCVN 6492:2011, TCVN 6625:2000 và TCVN 6491:1999.

• Phương pháp xử lý: Thí nghiệm xử lý nước thải bằng hệ thống bùn hoạt tính yếm khí ngược dòng (UASB) quy mô phòng thí nghiệm với thể tích 8 lít. Quá trình khởi động và vận hành được kiểm soát chặt chẽ về pH, tải lượng COD, nhiệt độ (25-32°C) và bổ sung dinh dưỡng theo tỷ lệ COD:N:P = 300-350:7:1.

• Timeline nghiên cứu: Thu thập dữ liệu và khảo sát thực địa trong 3 tháng đầu năm 2012; thí nghiệm xử lý nước thải và phân tích kết quả trong cùng thời gian; tính toán lượng phát thải khí nhà kính và hiệu quả kinh tế dựa trên phương pháp luận IPCC và CDM.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc trưng nước thải: Nước thải tại làng nghề Dương Liễu có pH trung bình khoảng 3,0, COD dao động từ 7.000 đến 40.000 mg/l, BOD5 từ 6.000 đến 23.000 mg/l, vượt xa quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT mức B (COD 150 mg/l, BOD5 50 mg/l). Tổng nitơ và photpho cũng cao gấp 7 lần so với tiêu chuẩn.

2. Hiệu quả xử lý bằng hệ UASB: Hệ thống UASB phòng thí nghiệm đạt hiệu suất chuyển hóa COD lên đến 85-90% khi tải lượng COD vào khoảng 2 kg/m³ và thời gian lưu thủy lực từ 1,5 đến 3 ngày. Thể tích khí sinh học thu được đạt trung bình 0,35 lít khí metan trên mỗi gram COD chuyển hóa, tương đương hiệu suất sinh khí 35%.

3. Ảnh hưởng của tải lượng COD và thời gian lưu: Khi tải lượng COD tăng từ 9.400 mg/l lên 15.600 mg/l, hiệu suất xử lý giảm nhẹ khoảng 5%, cho thấy hệ thống có khả năng chịu tải cao. Thời gian lưu thủy lực tối ưu là 2 ngày, giúp cân bằng giữa hiệu quả xử lý và sản lượng khí metan.

4. Giảm phát thải khí nhà kính: Tính toán theo phương pháp luận IPCC cho thấy, việc thu hồi và sử dụng khí metan từ hệ UASB có thể giảm phát thải CO₂ tương đương khoảng 9.310 tấn/năm tại nhà máy chế biến mủ cao su Xà Bàng, và tương tự tại làng nghề Dương Liễu, góp phần giảm thiểu hiệu ứng nhà kính đáng kể.

Thảo luận kết quả

Kết quả xử lý nước thải bằng công nghệ UASB phù hợp với đặc điểm nước thải ngành tinh bột sắn có hàm lượng chất hữu cơ cao và pH thấp. Hiệu suất xử lý COD đạt trên 85% tương đương hoặc vượt trội so với các nghiên cứu quốc tế về xử lý nước thải tinh bột sắn bằng phương pháp kỵ khí. Việc thu hồi khí metan không chỉ giảm phát thải khí nhà kính mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo, góp phần giảm chi phí năng lượng cho sản xuất.

So sánh với các phương pháp xử lý hiếu khí truyền thống, công nghệ kỵ khí UASB có ưu điểm tiết kiệm năng lượng, giảm bùn thải và tận dụng khí sinh học. Tuy nhiên, việc duy trì điều kiện pH và dinh dưỡng ổn định là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả xử lý. Kết quả cũng cho thấy tiềm năng áp dụng CDM trong ngành chế biến tinh bột sắn tại Việt Nam là rất khả thi, góp phần thực hiện các cam kết quốc tế về biến đổi khí hậu.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hiệu suất xử lý COD theo thời gian lưu và tải lượng COD, bảng so sánh nồng độ COD, BOD trước và sau xử lý, cùng biểu đồ thể tích khí metan thu hồi tương ứng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai công nghệ UASB quy mô công nghiệp tại các làng nghề chế biến tinh bột sắn như Dương Liễu nhằm xử lý nước thải đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT mức B trong vòng 1-2 năm tới, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

2. Xây dựng hệ thống thu hồi và sử dụng khí metan từ quá trình xử lý kỵ khí để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch, giảm phát thải khí nhà kính, đồng thời tăng hiệu quả kinh tế cho các cơ sở sản xuất.

3. Áp dụng cơ chế phát triển sạch (CDM) để thu hút vốn đầu tư và hỗ trợ kỹ thuật từ các tổ chức quốc tế, đồng thời khai thác lợi ích từ việc bán chứng chỉ giảm phát thải (CER) trong vòng 3-5 năm.

4. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức cho người dân và doanh nghiệp về xử lý nước thải và bảo vệ môi trường, đảm bảo vận hành hiệu quả hệ thống xử lý và duy trì các điều kiện sinh học cần thiết.

5. Nghiên cứu bổ sung về xử lý nước thải kết hợp công nghệ hiếu khí để xử lý triệt để các chất ô nhiễm còn lại, nâng cao chất lượng nước thải đầu ra, phù hợp với các quy định môi trường trong tương lai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý môi trường và chính sách công: Nhận diện các giải pháp công nghệ và cơ chế tài chính phù hợp để quản lý ô nhiễm nước thải ngành chế biến tinh bột sắn, đồng thời thúc đẩy các dự án CDM.

2. Doanh nghiệp và hộ sản xuất tinh bột sắn: Áp dụng công nghệ xử lý nước thải hiệu quả, tận dụng khí metan để giảm chi phí năng lượng và tăng lợi nhuận, đồng thời tuân thủ quy chuẩn môi trường.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khoa học môi trường: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, phân tích đặc trưng nước thải, công nghệ xử lý sinh học và ứng dụng CDM trong thực tiễn.

4. Các tổ chức tài chính và đầu tư: Đánh giá tiềm năng đầu tư vào các dự án xử lý nước thải và năng lượng sinh học, khai thác lợi ích từ thị trường chứng chỉ giảm phát thải khí nhà kính.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nước thải chế biến tinh bột sắn lại gây ô nhiễm nghiêm trọng?
   Nước thải chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ như tinh bột, protein, xenluloza và các chất độc cyanua, với nồng độ COD và BOD vượt quy chuẩn từ 200 đến 500 lần, gây ô nhiễm nguồn nước và không khí nếu không xử lý.

2. Công nghệ UASB hoạt động như thế nào trong xử lý nước thải?
   UASB là bể kỵ khí cho nước thải đi lên qua lớp bùn hoạt tính, vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ tạo khí metan, khí này được thu hồi để sử dụng làm năng lượng, đồng thời giảm tải ô nhiễm.

3. Lợi ích của việc áp dụng CDM trong xử lý nước thải là gì?
   CDM giúp giảm phát thải khí nhà kính, thu hút vốn đầu tư quốc tế, chuyển giao công nghệ sạch, đồng thời tạo nguồn thu từ việc bán chứng chỉ giảm phát thải (CER).

4. Yếu tố nào ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu quả xử lý kỵ khí?
   Các yếu tố quan trọng gồm pH (6,8-7,2), nhiệt độ (25-40°C), tỷ lệ dinh dưỡng C/N (20-30/1), và hạn chế các chất độc như kim loại nặng, NH₄⁺, SO₂ để duy trì hoạt động vi sinh vật metan hóa.

5. Có thể áp dụng công nghệ này cho các làng nghề khác không?
   Có, công nghệ UASB và tiếp cận CDM có thể mở rộng cho các làng nghề chế biến tinh bột sắn khác hoặc các ngành công nghiệp có nước thải hữu cơ tương tự, giúp bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Kết luận

• Nước thải chế biến tinh bột sắn có đặc trưng ô nhiễm rất cao, vượt xa quy chuẩn môi trường hiện hành.
• Công nghệ xử lý kỵ khí UASB quy mô phòng thí nghiệm đạt hiệu suất xử lý COD trên 85%, đồng thời thu hồi khí metan hiệu quả.
• Việc áp dụng Cơ chế Phát triển Sạch (CDM) trong xử lý nước thải ngành tinh bột sắn tại Việt Nam có tiềm năng lớn về môi trường và kinh tế.
• Các giải pháp đề xuất bao gồm triển khai công nghệ UASB, thu hồi khí metan, áp dụng CDM và nâng cao nhận thức cộng đồng.
• Bước tiếp theo là mở rộng nghiên cứu quy mô công nghiệp, hoàn thiện công nghệ kết hợp và thúc đẩy chính sách hỗ trợ để phát triển bền vững ngành chế biến tinh bột sắn.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ môi trường và tận dụng nguồn năng lượng tái tạo từ nước thải chế biến tinh bột sắn là cần thiết cho sự phát triển bền vững của ngành và cộng đồng.

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 TIEU LUAN MOI download : [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 TIEU LUAN MOI download : [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 TIEU LUAN MOI download : [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 TIEU LUAN MOI download : [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 TIEU LUAN MOI download : [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].