2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu
Tiến hành thu thập các số liệu, dữ liệu, thông tin có sẵn liên quan đến nội dung của đề tài nghiên cứu.
+ Số liệu về vị trí địa lý, đặc điểm dân cƣ, tình hình phát triển kinh tế - xã hội của làng nghề Dƣơng Liễu
+ Số liệu về quy mô sản xuất, định mức sử dụng năng lƣợng của các hộ sản xuất
+ Thông tin hiện trạng môi trƣờng làng nghề Dƣơng Liễu
+ Tài liệu khác có liên quan: sách, khóa luận, luận văn, báo cáo, bài báo khoa học…
+ Tham khảo thông tin, tài liệu trên internet (kênh thông tin CDM của UNFCCC …)
2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế
Cùng với việc thu thập tài liệu thứ cấp thì điều tra và khảo sát thực địa là một công việc quan trọng để xác định phạm vi nghiên cứu, đối tƣợng nghiên cứu và làm rõ các vấn đề cần nghiên cứu. Phƣơng pháp này đƣợc kết hợp với các phƣơng pháp khác nhằm kiểm tra độ tin cậy, tính chính xác của những thông tin đã thu thập đƣợc
trƣớc đó để có thể đƣa ra nhận định chính xác, cụ thể và phù hợp với những mục tiêu cũng nhƣ kết luận của luận văn.
Hình thức điều tra và khảo sát là phỏng vấn một số ngƣời dân địa phƣơng và một số hộ sản xuất. Các cuộc phỏng vấn mang tính chất là các cuộc gặp gỡ, nói chuyện thân tình, không báo trƣớc. Đồng thời, phát mẫu điều tra khảo sát dƣới hình thức bộ câu hỏi đã soạn sẵn nhằm thu thập các thông tin bao gồm:
- Quy trình sản xuất tinh bột sắn - Sản lƣợng tinh bột sắn hàng năm
- Định mức tiêu thụ điện và than cho quá trình sản xuất
- Điều tra và khảo sát thực địa xác định nguồn thải nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn.
- Lấy mẫu nƣớc thải: Mẫu nƣớc đƣợc lấy tại cống thải (nƣớc thải hỗn hợp) của các hộ sản xuất tại làng nghề chế biến tinh bột sắn Dƣơng Liễu, Hoài Đức, Hà Nội. Phƣơng pháp lấy mẫu 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 phƣơng pháp tƣơng ứng TCVN 6492:2011, TCVN 6625:2000 và TCVN 6491:1999.
Quy trình thí nghiệm
Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học (hệ UASB) có thu metan. Thí nghiệm nghiên cứu tại PTN Khoa Môi trƣờng – ĐH Khoa học Tự nhiên (hình
2.2).
Hệ thí nghiệm xử lý nƣớc thải bằng UASB qui mô phòng thí nghiệm chế tạo bằng vật liệu polymer trong, có đƣờng kính 14cm, chiều dài cột 80 cm (thể tích phần cột phản ứng khoảng 8 lít). Ở trên thân thiết bị đƣợc bố trí các van: tiếp liệu, van lấy mẫu , van chảy tràn ở phía trên. Hệ UASB hoạt động liên tục. Lƣu lƣợng nƣớc vào hệ UASB thay đổi trong khoảng 0,4 – 0,8 l/h cho các đợt thí nghiệm. Nƣớc thải vào hệ UASB có giá trị COD cao (9400 – 15600 mg/l).
Khởi động hệ thống:
Nuôi cấy bùn hoạt tính : Lấy 1 lít nƣớc ở cống thải. Lắng 1 ngày, gạn phần nƣớc trong, còn 200 ml nƣớc cặn. Sau đó, lấy 50 ml dung dịch cặn này cho vào 40 ml nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn pha loãng với nƣớc máy thành 200 ml có bổ sung. Trung hòa bằng dung dịch NaOH 0,1N tăng pH = 6,5 - 7. Chuyển toàn bộ 200 ml dung dịch bùn trên vào bình tam giác dung tích 500 ml. Lắc bình tam giác trên máy tốc độ 200 vòng/phút, nhiệt độ 28 – 300C. Sau 48 giờ, lấy ra để lắng, thu đƣợc cặn bùn chính là bùn hoạt tính. Có thể nuôi chuyển tiếp từ 5 – 10 lần để nhân giống trƣớc khi bổ sung vào bể phản ứng để xử lý.
Nƣớc thải dùng trong thời gian khởi động là nƣớc thải pha với nƣớc máy nên có hàm lƣợng chất dinh dƣỡng thấp nên bổ sung các chất dinh dƣỡng theo tỉ lệ COD : N : P = 300 - 350 : 7 : 1. Lƣu lƣợng dòng vào và tốc độ hồi lƣu đƣợc điều khiển bởi bơm định lƣợng đảm bảo tải lƣợng COD ban đầu ≤ 2kg/m3
.ngày.
Sau quá trình khởi động, tải lƣợng của hệ đƣợc tăng dần khi vi sinh vật đã thích nghi, tăng sinh khối đến mức ổn định để xử lý nƣớc thải.
Nƣớc thải trƣớc khi đƣa vào hệ đƣợc xử lý sơ bộ, để lắng 2 – 3 tiếng, loại bỏ một phần chất rắn lơ lửng và bã thải còn sót lại, lấy dịch trong, thêm kiềm để tăng pH. Nhiệt độ duy trì 25-32o
C bằng bể ổn định nhiệt.
Trong quá trình này, không cần bổ dung N, P do thành phần dinh dƣỡng N, P trong nƣớc thải thực tế đủ cho nhu cầu của vi sinh vật. Tuy nhiên, để tăng tính ổn định của hệ thống, có thể bổ sung trực tiếp chế phẩm vi sinh Bio-System vào hệ theo ngày, cách ngày hoặc theo tuần với liều lƣợng đƣợc tính dựa vào lƣu lƣợng nƣớc thải đầu vào nhƣ sau: A (kg/ngày) = (0,5ppm x Q)/1000.
Hàng ngày, theo dõi pH, thể tích khí sinh ra, xác định nồng độ và hiệu suất xử lý COD.
Các thông số đánh giá hiệu quả xử lý
+ Thời gian lƣu thủy vực: là thời gian nƣớc thải lƣu lại trong thiết bị đƣợc xác định qua biểu thức:
Vb
Q
(ngày) Trong đó: θ: thời gian lƣu thủy lực (ngày). Vb: thể tích bể phản ứng UASB. Q: lƣu lƣợng nƣớc thải (l/ngày). + Hiệu suất chuyển hóa COD:
v r v COD COD H COD × 100 (%)
Trong đó: H: là hiệu suất chuyển hóa COD (%)
CODv : là hàm lƣợng COD dòng vào (mg/l) CODr : là hàm lƣợng COD dòng ra (mg/l)
+ Tải lƣợng COD: tải lƣợng hữu cơ tính theo COD (ORL) là lƣợng COD đƣợc đƣa vào thiết bị tính trên một đơn vị thể tích làm việc trong một đơn vị thời gian. 1000 . CODv ORL (gCOD/l.ngày)
+ Lƣợng COD chuyển hóa: là lƣợng COD đƣợc phân hủy trong 1 ngày. . 1000 CH v r COD COD COD Q m (g/ngày)
+ Hiệu suất sinh khí: là tỷ số giữa thể tích khí sinh học thu đƣợc và tổng lƣợng COD đƣợc chuyển hóa, xác định theo biểu thức sau:
CH biogas biogas COD V Y m (l/g COD CH)
Trong đó: Vbiogas: lƣợng khí biogas thu đƣợc (l/ngày) mCODCH : tổng COD chuyển hóa đƣợc (g/ngày)
+ Tốc độ xử lý COD: là lƣợng COD đƣợc xử lý trong một đơn vị thể tích thiết bị phản ứng trong đơn vị thời gian:
3 ( v r) 24 10 v COD COD r (kg COD/m3.ngày)
2.2.4. Tính toán lượng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nước thải (Phương án 1)
Nếu không thu gom và xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn, trong điều kiện tự nhiên, có mặt các vi khuẩn và tác nhân môi trƣờng (nhiệt độ, ánh sáng…) sẽ xảy ra quá trình tự phân hủy chất hữu cơ. Giả sử toàn bộ lƣợng chất hữu cơ trong nƣớc thải phân hủy và tạo ra KNK là [49].
Sau đây là phƣơng trình tổng quát mô tả quá trình phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ theo APHA [22]:
CnHaOb + ) 2 4 (na b O2 → nCO2 + 2 a H2O (1)
Theo phƣơng trình (1), tỷ lệ COD/ CnHaOb đƣợc xác định theo ptrình (2) sau đây: COD/CnHaOb = b a n b a n 16 12 32 ) 2 4 ( (g COD/g CnHaOb) (2)
Mặt khác, theo Buswell & Neave, khi biết công thức hóa học của một chất hữu cơ xác định và toàn bộ chất hữu cơ đều phân hủy tạo khí sinh học thì tiềm năng tạo khí metan theo lý thuyết đƣợc biểu diễn theo phƣơng trình nhƣ sau [34]:
CnHaOb + ) 2 4 (na b H2O → ) 4 8 2 (na b CH4 + ) 4 8 2 (n a b CO2 (3)
Ở đây, nƣớc chỉ đóng vai trò là môi trƣờng.
Tiềm năng sinh CH4 có thể tính đƣợc từ phƣơng trình Buswell nhƣ sau:
B = b a n b a n 16 12 16 ) 4 8 2 ( (g CH4/g CnHaOb) (4)
Lập tỉ lệ phƣơng trình (2) và phƣơng trình (4), ta cũng đƣợc công thức tính tiềm năng sinh CH4/ COD nhƣ sau: B =
32 16 ) 2 4 ( ) 4 8 2 ( b a n b a n (g CH4/gCOD) (5)
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
Có hai tình huống cần phải tính đến khi tính toán lƣợng giảm phát thải KNK (hình 2.3). Đó là lƣợng phát thải khi chƣa có sự can thiệp của giải pháp CN KSH (đƣờng cơ sở) và lƣợng phát thải sau khi đã có sự tham gia của giải pháp CN KSH. Sự chênh lệch - đƣợc đo đạc bởi biện pháp quan trắc - giữa hai tình huống trên chính là lƣợng giảm phát thải mà giải pháp CN KSH thực hiện đƣợc [63].
Hình 2.3. Tính toán lƣợng giảm phát thải KNK [43]
Để tính toán giảm phát thải khí nhà kính, luận văn sẽ áp dụng phƣơng pháp luận AMS-I.C (phiên bản 19) “Sản xuất nhiệt năng sử dụng hoặc không sử dụng điện” và AMS-III.H (phiên bản 16) “Thu hồi khí mêtan trong xử lý nƣớc” [35, 36, 72, 73] (bảng 2.1).
Bảng 2.1. Mô tả phƣơng pháp luận AMS-I.C và AMS.III.H Phƣơng pháp
luận
Đặc điểm
AMS-I.C
(phiên bản 19)
ER tối đa cho CPA: 45 MW (nhiệt) hoặc 45 MW (nhiệt và điện) 15 MW (điện) Thay thế cho nhiên liệu hóa thạch hoặc điện Lƣợng phát thải giải pháp CN KSH:
- Tiêu thụ điện/ nhiên liệu hóa thạch (CO2) - Nguồn đáng kể khác Phát thải giải pháp CN KSH Giảm phát thải Thời gian Lƣ ợng phát thải KNK Phát thải cơ sở
AMS-III.H
(phiên bản 16)
Bao gồm các biện pháp thu hồi khí metan từ phân hủy chất hữu cơ hữu cơ trong nƣớc thải một trong các trƣờng hợp sau:
- Thay thế hệ thống xử lý bùn và nƣớc thải hiếu khí bằng hệ thống xử lý kỵ khí với hệ thống thu hồi và đốt khí metan.
- Xây dựng hệ thống xử lý bùn với sự thu hồi và đốt khí metan từ một nhà máy xử lý nƣớc thải hiện có mà không xử lý bùn kỵ khí. - Thu hồi và đốt khí metan từ một hệ thống xử lý bùn hiện có. - Thu hồi và đốt khí metan từ một hệ thống xử lý nƣớc thải kỵ khí hiện có nhƣ UASB, hồ, đầm phá, bể tự hoại.
- Xử lý nƣớc thải kỵ khí với sự thu hồi và đốt khí metan có hoặc không có xử lý bùn kỵ khí, một dòng nƣớc thải chƣa qua xử lý. - Giới thiệu về một giai đoạn tuần tự xử lý nƣớc thải với thu hồi và đốt khí metan có hoặc không có xử lý bùn, một hệ thống xử lý nƣớc thải hiện có mà thu hồi khí metan (ví dụ nhƣ giới thiệu xử lý kỵ khí có thu hồi khí metan là một bƣớc xử lý tuần tự cho nƣớc thải hiện nay đang đƣợc xử lý trong một đầm phá kỵ khí mà không thu hồi khí metan).
- Các biện pháp đƣợc giới hạn cho lƣợng giảm phát thải ít hơn hoặc bằng 60 tCO2e/năm.
Phƣơng pháp AMS-III.H đƣợc áp dụng cho quy mô hộ gia đình hoặc các trang trại nhỏ. Ngoài ra, các tiêu chí áp dụng phƣơng pháp AMS-III.H rất linh hoạt vì chỉ cần đảm bảo điều kiện là nƣớc thải đƣợc phân hủy kỵ khí. Khi tính toán giảm phát thải nhờ yếu tố “năng lƣợng tái tạo” đối với các dự án KSH quy mô hộ gia đình/ trang trại nhỏ, phƣơng pháp AMS-I.C phù hợp nhất.
Tính toán lƣợng phát thải KNK khi xử lý nƣớc thải theo các phƣơng 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)
Lƣợng phát thải đƣờng cơ sở là tổng lƣợng phát thải từ xử lý nƣớc thải trong đƣờng cơ sở (tính toán theo AMS.III.H) và lƣợng phát thải từ tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch cho quá trình sản xuất (tính theo AMS.I.C)
BE= BEww + BEnhiệt (1)
Trong đó:
BE : Lƣợng phát thải đƣờng cơ sở (tCO2e/năm)
BEww: Lƣợng phát thải đƣờng cơ sở của hệ thống xử lý nƣớc thải (tCO2e/năm)
BEnhiệt: Lƣợngphát thải đƣờng cơ sở do tiêu thụ nhiệt cho quá trình sản xuất
(tCO2e/năm)
Lượng phát thải đường cơ sở từ việc xử lý nước thải:
BEww = BENL+ BExl + BEbùn,xl + BEthải + BEbùn,ph (2)
Trong đó:
BENL : Lƣợng phát thải từ tiêu thụ điện năng củ a công trình xƣ̉ lý nƣ ớc thải (tCO2 e/năm)
BExl : Lƣợng phát thải từ hệ thống xử lý nƣớc thải (tCO2e/năm) BEbùn,xl : Lƣợng phát thải từ hệ thống xử lý bùn (tCO2e/năm)
BEthải : Lƣợng phát thải khí metan từ sự phân hủy carbon hữu cơ có thể phân hủy trong nƣớc thải qua xử lý khi xả ra biển / sông / hồ (tCO2e/năm)
BEbùn,ph : Lƣợng phát thải khí metan từ phân hủy kỵ khí bùn cuối cùng (tCO2e/năm)
Lượng phát thải đường cơ sở từ việc tiêu thụ nhiệt cho quá trình sản xuất
Trong đƣờng cơ sở, nhiệt năng cần cho quá trình sản xuất là than. Lƣợng than này sẽ đƣợc thay thế một phần bởi biogas trong trƣờng hợp áp dụng giải pháp CN KSH . Vì thế, đƣờng cơ sở cũng bao gồm lƣợng phát thải đƣờng cơ sở về nhiệt
do việc cung cấp nhiên liệu hóa thạch trong quá trình sản xuất tuân theo AMS-I.C. Phát thải đƣờng cơ sở đƣợc ƣớc tính theo phƣơng trình 2 trong đoạn 22 của AMS- I.C đƣợc trình bày theo phƣơng trình sau đây:
BEnhiệt = BEnhiệt,CO2 = ( EGnhiệt: ηnhiệt ) x EFCO2(tCO2e/năm) (3)
Phương án 3: Lượng phát thải khi xử lý có thu hồi khí metan (Lượng phát thải hoạt động giải pháp CN KSH)
PE= PEđiện + PExl+ PEbùn,xl + PEthải+ PEbùn,cuối + PErò rỉ+ PEsinh khối+ PEđốt (4)
Trong đó:
PE: Lƣợng phát thải khi thực hiện giải pháp CN KSH (tCO2e/năm) PEđiện: Lƣợng phát thải do tiêu thụ điện năng hoặc nhiên liệu (tCO2e/năm) PExl: Lƣợng phát thải khí metan từ toàn bộ hệ thống xử lý nƣớc thải có tác động của hoạt động CN KSH mà không đƣợc trang bị thiết bị thu biogas (tCO2e/năm)
PEbùn,xl : Lƣợng phát thải khí metan từ hệ thống xử lý bùn khi có tác động của
hoạt động CN KSH (tCO2e/năm)
PEthải: Lƣợng phát thải khí metan phát thải từ carbon hữu cơ có thể phân hủy trong nƣớc thải đã đƣợc xử lý (tCO2e/năm)
PEbùn,cuối: Lƣợng phát thải khí metan từ phân hủy kỵ khí bùn cuối cùng đƣợc
sinh ra (tCO2e/năm)
PErò rỉ: Lƣợng phát thải khí metan từ khí biogas rò rỉ trong các hệ thống thu
khí (tCO2e/năm)
PEđốt: Lƣợng phát thải khí metan do quá trình đốt cháy không hoàn toàn ở đuốc đốt (tCO2e/năm)
PEsinh khối : Lƣợng phát thải khí metan từ sinh khối đƣợc lƣu trữ trong điều
kiện kỵ khí (tCO2e/năm)
Lƣợng giảm phát thải: ER = BE – PE (tCO2e/năm) (5)
Ngoài ra, các công cụ dƣới đây cũng đƣợc sử dụng [72]:
- “Công cụ xác định lƣợng phát thải dự án khi đốt các khí có chứa metan” (EB 28/phiên bản 01) nhằm xác định:
+ Tỷ trọng của metan (ρCH4 = 0,716)
+ Hiệu suất đốt biogas thừa trong 1h (ηdốt = 0,9)
+ TMthừa = FVthừa x fvCH4 x ρCH4 (kg/năm) (ptr 13)
+ PEđốt = TMthừa x (1-ηđốt ) x GWPCH4 / 1000 (tCO2e/năm) (ptr 15)
- “Công cụ tính lƣợng phát thải theo kịch bản đƣờng cơ sở, dự án và/hoặc lƣợng phát thải rò rỉ từ việc tiêu thụ điện năng” (EB 39/ phiên bản 01) nhằm xác định Hệ số phát thải lƣới điện EFđiện = 1,3 (tCO2e/MWh)
- “Công cụ tính lƣợng phát thải CO2 theo kịch bản dự án hoặc rò rỉ từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch” (EB 41/phiên bản 02) nhằm xác định: Hiệu suất sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong trƣờng hợp không có hoạt động dự án EFCO2 = 94,6
2.2.6. Phương pháp phân tích hiệu quả kinh tế khi áp dụng CDM
Cuối cùng, căn cứ vào kết quả trên, luận văn sẽ vận dụng phƣơng pháp phân tích hiệu quả kinh tế củng cố thêm khả năng áp dụng CDM tại làng nghề Dƣơng Liễu, Hà Nội nhƣ sau:
+ Chi phí:
Lắp đặt, vận hành hệ thống UASB có thu hồi khí metan: Tham khảo [40] Điện năng sử dụng cho hệ thống = Điện năng tiêu thụ EGđiện (kWh) x giá
điện theo qui định của EVN (đồng/kwh) + Lợi ích (Doanh thu):
Bán chứng chỉ CER = Lƣợng giảm phát thải ER (tCO2e) x Giá 1 tCO2e bán ra thị trƣờng (€/tCO2e)
Tiết kiệm đƣợc từ việc nhiên liệu hóa tha ̣ch (than ) = Lƣợng than sử dụng để tạo ra 1 tấn sản phẩm (kg than/tấn tinh bột) x Giá của 1 kg than (đồng/kg)
2.2.7. Phương pháp tổng hợp, xử lý số liệu
Các số liệu sau khi thu thập, phân tích... đƣợc đánh giá tổng hợp, xử lý và