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

1 Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng tiếp cận cơ chế phát triển sạch (CDM) Đỗ Thị Hải Vân Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Khoa học Môi trường; Mã số: 60 85 02 Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Thị Hà Năm bảo vệ: 2012 Abstract: Nghiên cứu hệ thống xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn tại cơ sở sản xuất tinh bột sắn làng nghề Dương 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 nước thải. Ước 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. Keywords: Khoa học môi trường; Xử lý nước thải; Chế biến tinh bột sắn Content MỞ ĐẦU Với đặc trưng của nước thải chế biến tinh bột sắn có hàm lượng chất hữu cơ cao khi phân hủy có thể tạo thành khí metan, CO 2 là những khí có thể gây hiệu ứng nhà kính, nên xu hướng trên thế giới ngày nay, không chỉ tập trung vào khía cạnh xử lý nước thải mà còn xem xét, kết hợp việc xử lý nước thải với việc tận thu, giảm phát thải khí nhà kính theo hướng tiếp cận cơ chế phát triển sạch – CDM. 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 trường (nước thải chế biến tinh bột sắn) kết hợp thu khí giảm phát thải khí nhà kính nhằm bảo vệ môi trường và tăng hiệu quả kinh tế. 2 Nội dung nghiên cứu của luận văn: - Nghiên cứu hệ thống xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn tại cơ sở sản xuất tinh bột sắn làng nghề Dương 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 nước thải - Phân tích 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. 3 Chƣơng 1 – TỔNG QUAN 1.1 Ngành chế biến tinh bột sắn Hình 1.1. Quy trình chế biến tinh bột sắn Lượng nước thải sinh ra từ trong quá trình chế biến tinh bột sắn là rất lớn, trung bình 10 -30 m 3 /tấn sản phẩm [48]. Căn cứ vào qui trình chế biến bột sắn, có thể chia nước thải thành 2 dòng: - Dòng thải 1: là nước thải ra sau khi phun vào guồng rửa sắn củ để loại bỏ các chất bẩn và vỏ ngoài củ sắn. Loại nước thải này có lưu lượng thấp (khoảng 2m 3 nước thải /tấn sắn củ), chủ yếu chứa các chất có thể sa lắng nhanh (vỏ sắn, đất, cát…). Do vậy với nước thải loại này có thể cho qua song chắn, để lắng rồi quay vòng nước ở giai đoạn rửa. Phần bị giữ ở song chắn (vỏ sắn) sau khi phơi khô được làm nhiên liệu chất đốt tại các gia đình sản xuất. Lọ c thô Lắ ng lầ n 1 Nghiề n Bóc vỏ , rửa sạ ch Thu tinh bộ t Phơi sấ y khô Nướ c Nước Bã thả i rắ n Lắ ng lầ n 2 Thu bộ t đ en Nước thả i Sắ n củ tươi Vỏ sắ n Sản phẩm Nư ớc thả i Nhiệ t lượng Hơi nước 4 - Dòng thải 2: là nước thải ra trong quá trình lọc sắn, loại nước thải này có lưu lượng lớn (10m 3 nước thải/tấn sắn củ), có hàm lượng chất hữu cơ cao, hàm lượng rắn lơ lửng cao, pH thấp, hàm lượng xianua cao, mùi chua, màu trắng đục. 1.2. Xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn bằng phƣơng pháp sinh học 1.2.1. Cơ chế quá trình phân hủy hiếu khí Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình phân hủy hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn biểu thị bằng các phản ứng: + Oxy hóa các chất hữu cơ + Tổng hợp tế bào mới + Phân hủy nội bào 1.2.2. Cơ chế quá trình phân hủy kị khí Gồm 4 giai đoạn chính: giai đoạn thủy phân, giai đoạn lên men axit hữu cơ, giai đoạn axetic hóa, giai đoạn lên men CH 4 1.3. Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn 1.3.1. Các nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn trên thế giới 1.3.2. Các nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam 1.4. Cơ chế phát triển sạch (CDM) Trong 3 cơ chế của KP, CDM là cơ chế đặt biệt liên quan đến các nước đang phát triển. Theo Điều 12 của KP, mục tiêu của CDM là: - Giảm nhẹ biến đổi khí hậu; - Giúp các nước đang phát triển đạt được sự phát triển bền vững và góp phần thực hiện mục tiêu cuối cùng của UNFCCC; - Giúp các nước phát triển thực hiện cam kết về hạn chế và giảm phát thải định lượng KNK theo Điều 3 của KP. Nghiên cứu xử lý và tận dụng các dòng chất thải giàu chất hữu cơ như nước thải chế biến tinh bột sắn để sản xuất khí/năng lượng sinh học không chỉ phù hợp với các hướng ưu tiên, khuyến khích của chính phủ Việt Nam cho các dự án CDM liên quan đến 5 “Đổi mới năng lượng: Khuyến khích khai thác và sử dụng các loại năng lượng từ các nguồn như sinh khối, năng lượng mặt trời và năng lượng gió ” Việc áp dụng CDM trong xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn sẽ tạo cơ hội để các cơ sở sản xuất được hưởng lợi ích kinh tế từ quyền bán khối lượng giảm phát thải khí CO 2 và CH 4 là hai khí gây hiệu ứng nhà kính và tăng cường hiệu quả trong công tác bảo vệ môi trường góp phần phát triển bền vững làng nghề. Chƣơng 2 – ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu Trong phạm vi luận văn này sẽ tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn lấy tại cơ sở sản xuất tinh bột sắn làng nghề Dương Liễu, Hà Nội bằng hệ bùn hoạt tính yếm khí ngược dòng (UASB) qui mô phòng thí nghiệm (thiết bị phản ứng 8 lít). 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pha ́ p thu thâ ̣ p ta ̀ i liê ̣ u Các nguồn tài liệu gồm: tài liệu và thông tin về làng nghề, bài báo khoa học , luâ ̣ n văn 2.2.2. Phương pha ́ p điê ̀ u tra va ̀ kha ̉ o sa ́ t thư ̣ c tê ́ Đi thư ̣ c tế , khảo sát và phỏng vấn một số hộ sản xuất, lấy mẫu nước thải tại cống thải (nước thải hỗn hợp) của các hộ sản xuất tại làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu, Hoài Đức, Hà Nội theo TCVN 5999: 1995 (ISO 5667-10: 1992). Tiến hành lấy mẫu 4 đợt trong khoảng từ tháng 2 đến tháng 4/2012. 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm Phân tích thông số: pH, SS, COD theo các phương pháp tương ứng TCVN 6492:2011, TCVN 6625:2000 và TCVN 6491:1999. 6 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ UASB Hệ thí nghiệm xử lý nước thải bằng UASB qui mô phòng thí nghiệm chế tạo bằng vật liệu polymer trong, có đường kính 14cm, chiều dài cột 80 cm (thể tích phần cột phản ứng khoảng 8 lít). Hệ UASB hoạt động liên tục. Nước thải vào hệ UASB có giá trị COD cao (9400 – 15600 mg/l).Lưu lượng nước vào hệ UASB thay đổi trong khoảng 0,4 – 0,8 l/h cho các đợt thí nghiệm. 2.2.4. Phương pha ́ p tính toán lượng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nước thải 2.2.5. Phương pháp 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 pha ́ p đa ́ nh gia ́ , tô ̉ ng hơ ̣ p, xư ̉ ly ́ sô ́ liê ̣ u Các số liệu sau khi thu thập, phân tích được đánh giá tổng hợp, xử lý và tổng kết để viết luận văn. 7 Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả khảo sát hiện trạng sản xuất tinh bột sắn và nƣớc thải tại làng nghề Dƣơng Liễu, Hà Nội 3.1.1. Kết quả khảo sát hiện trạng sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu, Hà Nội Nguyên liệu sắn củ cho hoạt động của làng nghề chủ yếu được mua từ các vùng khác về, như Hòa Bình, Sơn La, Tuyên Quang, Vĩnh Phúc… Nước dùng cho sản xuất chủ yếu là nước giếng khoan, nước ở các hồ đã qua bể lọc. Công nghệ sản xuất tại đây còn lạc hậu, mức độ cơ giới hóa thấp vẫn phải nhập khẩu tinh bột, chủ yếu là tinh bột sắn từ Trung Quốc. Qui mô sản xuất tại làng nghề không ngừng tăng lên. Tổng sản lượng tăng lên hơn 7% mỗi năm. Riêng sản xuất tinh bột sắn từ 60.000 tấn năm 2010 lên 70.000 tấn năm 2011 [19]. 3.1.2. Kết quả khảo sát đặc trưng nước thải sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu, Hà Nội Quy mô sản xuất tinh bột sắn của làng nghề được tăng lên đồng thời đã tạo ra một khối lượng thải rất lớn, chiếm tới 88% rác thải và 96% tổng lượng nước thải trong sản xuất của toàn xã [20]. Toàn bộ lượng nước thải không qua xử lý, thải trực tiếp ra cống rãnh, kênh mương rồi đổ vào sông Đáy, sông Nhuệ. Đối với các bã thải sau sản xuất, chỉ có khoảng 70% được các hộ sản xuất thu gom để bán. 3.2. Kết quả xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn có tận thu metan bằng hệ thống UASB thực nghiệm 3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu quả xử lý Hình 3.2 cho thấy tải lượng COD có ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu quả xử lý, tải lượng COD dao động trong khoảng 12 – 40 g/l.ngày, khi tải lượng là 16,38 g/l.ngày thì hiệu quả xử lý là cao nhất (94.1%). Khi tải lượng tăng lên đến gần 40 g/l.ngày thì hiệu quả xử chỉ đạt khoảng 73%. 8 10 15 20 25 30 35 40 45 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Các đợt thí nghiệm Tải lượng COD (g/l.ngày) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Hiệu suất xử lý COD (%) Tải lượng COD (g/l.ngày) Hiệu suất xử lý COD (%) Hình 3.2. Ảnh hƣởng của tải lƣợng COD đến tốc độ xử lý 3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả xử lý Hệ UASB hoạt động liên tục, lưu lượng dòng vào được điều chỉnh dần từ 10 lên 12; 16 và 20 l/ngày tương ứng với thời gian lưu là 19,2; 16; 12 và 9.6 (h); pH vào được điều chỉnh ở 6,2 – 7,5 và COD dòng vào từ 14858 – 15580 mg/l. Qua hình 3.3 ta thấy, khi thời gian lưu là 19,2 h thì hiệu xuất xử lý là cao nhất 93,4%, hiệu suất chuyển hóa khí đạt 0,35 l/gCOD. Khi giảm thời gian lưu từ 16 h xuống 12 h thì hiệu suất chuyển hóa khí cũng giảm theo 0,27 l/gCOD CH . Hình 3.3. Ảnh hƣởng của thời gian lƣu tới hiệu quả xử lý 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 19.2 16 12 9.6 Thời gian lƣu (h) Hiệu suất xử lý (%) 15 20 25 30 35 40 45 Tải lƣợng COD (g/l.ngày) Tải lượng COD (g/l.ngày) Hiệu suất xử lý COD (%) 9 3.2.3. Kết quả khảo sát hiệu suất chuyển hóa khí Kết quả ở hình 3.4 cho thấy hiệu suất chuyển hóa khí chủ yếu dao động trong khoảng 0,26 – 0,35 l/gCOD CH và có giá trị trung bình là 0,30 l/g COD CH (nghĩa là 1g COD chuyển hóa sẽ tạo ra 0,30 lít khí). 0.25 0.27 0.29 0.31 0.33 0.35 0.37 1 3 5 7 9 11 13 15 17 Thời gian thí nghiệm Hiệu suất chuyển hóa khí (l/gCODch) Hiệu suất chuyển hóa khí (l/gCODch) Hình 3.4. Hiệu suất chuyển hóa khí y = 0.3026x - 3.3108 R 2 = 0.9551 0 10 20 30 40 50 60 70 0 50 100 150 200 250 Lƣợng COD chuyển hóa (g/ngày) Lƣợng khí sinh ra (l/ngày) Hình 3.5. Mối quan hệ giữa lƣợng khí tạo thành và lƣợng COD chuyển hóa Ở hình 3.5, ta nhận thấy mối quan hệ giữa lượng khí sinh ra và lượng COD chuyển hóa là mối quan hệ tuyến tính theo phương trình y = 0,3026x – 3,3108 (R 2 = 0,9551), lượng khí sinh ra tỉ lệ thuận với lượng COD chuyển hóa. Khi lượng COD chuyển hóa tăng thì thể tích khí sinh ra cũng tăng. 10 3.3. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK với các phƣơng án xử lý nƣớc thải lựa chọn 3.3.1. Kết quả tính toán lượng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nước thải (Phương án 1) Lượng phát thải KNK khi không thu hồi và xử lý nước thải của các cơ sở sản xuất tinh bột sắn tại Dương Liễu là 2210,322 x 21 = 46416,62 (tCO 2e /năm). 3.3.2. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK khi xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn  Kết quả xác định đường biên phát thải của hoạt động giải pháp CN KSH Kịch bản đường biên sẽ được giả thuyết thiết lập và mô tả theo hình 3.6 dưới đây: Hình 3.6. Kết quả xác định đƣờng biên phát thải của hoạt động giải pháp CN KSH [...]... giảm phát thải KNK theo các phương án như sau: - Phương án 1: Khi không có biện pháp thu gom và xử lý nước thải tinh bột sắn tại Dương Liễu thì lượng phát thải CO2 ước tính theo lý thuyết là 46416,762 (tCO2e /năm) - Phương án 2: Khi xử lý nhưng không thu khí metan: Xây dựng được đường cơ sở gồm các nguồn phát thải là hệ thống xử lý nước thải và tiêu thụ nhiệt năng cho sản xuất, tính được lượng phát thải. .. Kết quả tính toán lượng phát thải KNK khi xử lý nước thải theo các phương án lựa chọn Phương án 2: Lượng phát thải khi xử lý nước thải nhưng không thu hồi khí metan (Lượng phát thải đường cơ sở) Theo kết quả xác định đường phát thải cơ sở mô tả tại bảng 3.3 thì công thức (1, 2) tại mục 2.2.5 được viết lại như sau: BE= BExl + BEnhiệt Kết quả tính toán phát thải theo phương án 2 được trình bày... tài KC 04 – 02: Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn thu biogas bằng hệ thống UASB, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Đại học Bách Khoa, Hà Nội 17 Nguyễn Thị Sơn (2007), Hiện trạng sản xuất và môi trường làng nghề sản xuất tinh bột sắn, Hà Nội 18 Nguyễn Xuân Thủy, Nguyễn Minh Thao và các cộng sự (2006), Nghiên cứu công nghệ và thiết bị xử lý chất thải chế biến tinh bột sắn quy mô làng... 3.4 Kết quả tính toán lƣợng phát thải đƣờng cơ sở (BE) Đại lƣợng Mô tả Giá trị BExl = Q x CODNL x ηCOD x MCF x Bo x UF x GWPCH4 24060,89 Nguồn AMS-III.H (tCO2e/năm) Q Lượng nước thải được xử lý tại hệ thống 910000 [20] xử lý nước thải (m3/năm) CODNL Lương COD được xử lý (tấn/m3 ) (9715,7 – 1394) x 10- Dựa theo số liệu thực nghiệm trung bình 6 = 0,0083217 ηCOD Hiệu quả xử lý COD MCF Hệ số hiệu chỉnh... tích khá rộng để bố trí công trình xử lý nước thải tập trung cho tất cả các hộ  Cần đẩy mạnh nghiên cứu và đưa vào ứng dụng thực tế các phương pháp xử lý kỵ khí tải lượng cao như UASB có thu hồi khí sinh học trong xử lý các loại nước thải có mức độ ô nhiễm chất hữu cơ cao nhằm giảm thiểu ô nhiễm, tiết kiệm nhiên liệu và lợi ích kinh tế thu được nhờ bán chứng chỉ phát thải (CER) khi tham gia vào CDM ... xuất và nước thải làng nghề Dương Liễu có thể đưa ra một số kết luận như sau: Môi trường làng nghề ô nhiễm nghiêm trọng do toàn bộ lượng nước thải không được xử lý, thải trực tiếp ra cống rãnh, kênh mương rồi đổ vào sông Đáy, sông Nhuệ Đối với bã thải, chỉ thu gom được khoảng 70% làm phụ phẩm còn lại hầu hết thải ra bãi rác và chất đống ven đường đi, các bãi đất quanh làng  Kết quả xử lý nước thải sản... để xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn giảm phát thải khí nhà kính Cấ p khí, khuấ y trộ n Song chắ n rác Bể đ iề u hòa Bể lắ ng cát Bể axit khử CN- Chấ t trợ lắ ng, khuấ y trộ n Nước thả i Nư ớ c vôi Bể keo tụ , tạ o bông Bể lắ ng 1 Bể UASB Bùn tuầ n hoà n Biogas Bể bùn hoạ t tính Cấ p khí Bể chứa bùn Bể lắ ng 2 Sân phơ i bùn Hồ hiế u khí Môi trường tiế p nhậ n Hình 3.7 Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải. .. sinh học, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Cục Nông Nghiệp, Hà Nội 20 11 Lê Văn Khoa, Vũ Thị Hồng Thủy, Phạm Thanh Khiết (2008), Triển khai hoạt động dự án CDM tại Tp Hồ Chí Minh- tiềm năng và xu hướng, TP.HCM, Việt Nam 12 Trần Hiếu Nhuệ (1999), Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội 13 Lương Đức Phẩm (2002), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học,... chi phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý bằng UASB theo quy mô tập trung cho làng nghề cần phải đầu tư rất lớn Do đó, Nhà nước cần phải có những chính sách thích hợp nhằm khuyến khích, hỗ trợ kinh phí trong bước đầu triển khai công nghệ này  References Tài liệu tiếng Việt 1 Hoàng Kim Anh, Ngô Kế Sương, Nguyễn Xích Liên (2005), Tinh bột sắn và các sản phẩm từ tinh bột sắn, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà... Nguyễn Thiên Di (2008), Giới thiệu các dự án CDM điển hình trên thế giới và trong nước, Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh 8 Hợp tác tổ chức và đối ngoại đa quốc gia Liên minh Châu Âu – Châu Á về tăng cường sự tham gia hiệu quả của Việt Nam, Campuchia và Lào vào Cơ chế phát triển sạch (2005), Nghị định thư Kyoto, Cơ chế phát triển sạch và vận hội mới, Hà Nội 9 Nguyễn Quang Khải (2002), Công nghệ khí sinh học, . 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 trường (nước thải chế. 1 Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng tiếp cận cơ chế phát triển sạch (CDM) Đỗ Thị Hải Vân Trường