ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------►◙◄-------

Đỗ Thị Hải Vân

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN THEO HƯỚNG
TIẾP CẬN CƠ CHẾ PHÁT TRIỂN SẠCH (CDM)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------►◙◄-------

Đỗ Thị Hải Vân

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN THEO HƯỚNG
TIẾP CẬN CƠ CHẾ PHÁT TRIỂN SẠCH (CDM)

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
Mã số: 608502

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THỊ HÀ


1.2.2. Cơ chế của quá trình phân hủy kỵ khí..........................................................................9
Bể UASB (Upward – flow Anaerobic Sludge Blanket).......................................................12
Hình 1.4. Bể UASB [27]......................................................................................................12
Bể CIGAR (Covered In-Ground Anaerobic Reactor) [38, 56]............................................13
Hình 1.5. Bể CIGAR [38]....................................................................................................13
1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học............................................14
Bảng 1.2. Nồng độ các chất dinh dưỡng cần thiết [14]........................................................15
1.3. Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn.........................................17
1.3.1. Các nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn trên thế giới...........................17
1.3.2. Các nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam............................18
1.4. Cơ chế phát triển sạch (CDM)......................................................................................19
1.4.1. Giới thiệu chung về CDM [3, 4, 8, 55]......................................................................19
1.4.2. Hoat động CDM ở trên thế giới [7, 64, 70]................................................................21
Bảng 1.3. Một số dự án CDM tiêu biểu của các quốc gia [7]..............................................23
Bảng 1.4 . Một số dự án CDM tiêu biểu của Việt Nam [7].................................................29
Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................34
2.1. Đối tượng nghiên cứu....................................................................................................34
2.2. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................................35
2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu.....................................................................................35
2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế..................................................................35
2.2.3. Phương pháp thực nghiệm.........................................................................................36
2.2.4. Tính toán lượng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nước thải (Phương án 1)
..............................................................................................................................................40


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......................................................................................................41
..............................................................................................................................................42
Bảng 2.1. Mô tả phương pháp luận AMS-I.C và AMS.III.H...............................................42
2.2.6. Phương pháp phân tích hiệu quả kinh tế khi áp dụng CDM......................................46

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ......................................................................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................76
PHỤ LỤC.............................................................................................................................84


DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG
Danh mục hình
Hình 1.1. Quy trình chế biến tinh bột sắn [24, 45].................................................................3
Hình 1.2. Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi sinh vật trong hồ hiếu khí [13]...................8
Hình 1.3. Quy trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ [46, 51].......................................9
Hình 1.6. Một số hoạt động phát thải KNK do con người gây ra........................................21
Hình 1.7. Sơ đồ tổ chức thực hiện CDM tại Việt Nam........................................................27
Hình 1.8. Lượng CER của Việt Nam so với thế giới...........................................................32
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí xã Dương Liễu, huyện Hoài Đức, Hà Nội........................................34
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ UASB............................................................37
Hình 2.3. Tính toán lượng giảm phát thải KNK [43]...........................................................42
Hình 3.1. Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu..................................48
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tải lượng COD đến tốc độ xử lý.................................................52
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu quả xử lý..................................................53
Hình 3.4. Hiệu suất chuyển hóa khí.....................................................................................54
Hình 3.5. Mối quan hệ giữa lượng khí tạo thành và lượng COD chuyển hóa.....................54
Hình 3.6. Kết quả xác định đường biên phát thải của hoạt động giải pháp CN KSH..........56
Hình 3.7. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải..........................................................................70

Danh mục bảng
MỞ ĐẦU................................................................................................................................1


Chương 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU...................................................................................3
1.1 Ngành chế biến tinh bột sắn.............................................................................................3



..............................................................................................................................................42
Bảng 2.1. Mô tả phương pháp luận AMS-I.C và AMS.III.H...............................................42
2.2.6. Phương pháp phân tích hiệu quả kinh tế khi áp dụng CDM......................................46
2.2.7. Phương pháp tổng hợp, xử lý số liệu.........................................................................47
3.1. Kết quả khảo sát hiện trạng sản xuất tinh bột sắn và nước thải tại làng nghề Dương
Liễu, Hà Nội.........................................................................................................................48
3.1.1. Kết quả khảo sát hiện trạng sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu, Hà Nội
..............................................................................................................................................48
3.1.2. Kết quả khảo sát đặc trưng nước thải sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu,
Hà Nội..................................................................................................................................49
Bảng 3.1. Tổng sản lượng, nước thải và bã thải từ sản xuất tinh bột sắn............................50
Bảng 3.2. Kết quả phân tích nước thải sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu, Hà
Nội........................................................................................................................................50
3.2. Kết quả xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn có tận thu metan bằng hệ thống UASB
thực nghiệm..........................................................................................................................52
3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu quả xử lý.........................52
3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả xử lý............................52
3.2.3. Kết quả khảo sát hiệu suất chuyển hóa khí................................................................53
3.3. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK với các phương án xử lý nước thải lựa
chọn......................................................................................................................................55
3.3.1. Kết quả tính toán lượng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nước thải
(Phương án 1).......................................................................................................................55
3.3.2. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK khi xử lý nước thải sản xuất tinh bột
sắn........................................................................................................................................56
Bảng 3.3. Kết quả xác định đường biên phát thải giả thuyết...............................................58
Bảng 3.4. Kết quả tính toán lượng phát thải đường cơ sở (BE)...........................................63
Bảng 3.5. Kết quả tính toán lượng phát thải của hoạt động CN KSH (PE).........................66
3.3.3 Kết quả tính toán hiệu quả kinh tế từ bán chứng chỉ CER và khi thay thế một phần

Công nghệ khí sinh học

COD

Nhu cầu oxy hóa học

CPA

Các hoạt động dự án áp dụng Cơ chế phát triển sạch

CT KSH

Công trình Khí sinh học

DNA

Cơ quan thẩm quyền quốc gia

EB

Ban quản lý

ER

Giảm phát thải

€

Euro


Văn kiện thiết kế dự án

PE

Lượng phát thải khi có hoạt động CN KSH

SSC

Phương pháp CDM quy mô nhỏ

tCO2e

tấn cacbon đioxit tương đương

UASB

Thiết bị đệm bùn yếm khí dòng chảy ngược

UBND

Ủy ban nhân dân

UNFCCC

Công ước khung của Liên Hợp Quốc về Biến đổi Khí hậu


Luận văn thạc sĩ

MỞ ĐẦU


Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


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 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.
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
- 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.
.

Đỗ Thị Hải Vân

2

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ



Lắng lần 1

Lắng lần 2

Thu tinh bột

Thu bột đen

Phơi sấy khô

Hơi nước

Nước
thải

Sản phẩm

Hình 1.1. Quy trình chế biến tinh bột sắn [24, 45]

Đỗ Thị Hải Vân

3

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

+ Rửa - bóc vỏ: là công đoạn làm sạch nguyên liệu, đồng thời loại bỏ lớp vỏ


4

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

Để thu được tinh bột có chất lượng cao, tinh bột sắn thô được tinh chế một
lần nữa theo quy tình sau: Bột thô có độ ẩm từ 55 ÷ 60% cho vào bể, bơm nước vào
với tỉ lệ bột và nước là 1/6. Dùng máy khuấy cho đồng nhất, để bột lắng lại sau 8 ÷
15h tháo nước 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 nước và đem bột ra phơi hoặc sấy
khô [27, 45, 78].
1.1.2. Nước thải ngành 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 m3/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.
- Dòng thải 2: là nước thải ra trong quá trình lọc sắn, loại nước thải này có
lưu lượng lớn (10m3 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.
Nước thải chế biến tinh bột sắn bao gồm các thành phần hữu cơ như tinh bột,
protein, xenluloza, pectin, đường có trong nguyên liệu củ sắn tươi là nguyên nhân
gây ô nhiễm cao cho các dòng nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột sắn [1, 18].

pH

-

3.5 -5.0

5,5-9

2

COD

mg/l

7000 – 40000

150

3

BOD5

mg/l

6000 – 23000

50

4


CN-

mg/l

10 - 40

0,1

Số liệu ở bảng 1.1, cho thấy khoảng cách dao động về các chỉ tiêu nước 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, ước tính lượng nước thải sinh ra
hàng ngày khi vào mùa vụ khoảng 140000 m 3/ngày với tải lượng SS khoảng 1000
tấn/ngày; BOD khoảng 3.000 tấn/ngày; COD khoảng 5000 tấn/ngày; CN - khoảng 5
tấn/ngày [48].
Nếu lấy nước thải sinh hoạt làm cơ sở để so sánh mức độ ô nhiễm của nước
thải chế biến tinh bột sắn thì tải lượng ô nhiễm hữu cơ của ngành chế biến tinh bột
sắn sinh ra cũng gấp 4 lần tải lượng hữu cơ của tổng lượng nước thải sinh hoạt trên
toàn quốc. Với lượng nước thải sinh hoạt sinh ra hàng ngày trên cả nước là khoảng
2.010.000 m3/ngày, chiếm 64% trong tổng lượng các loại nước thải [2].
Các chất ô nhiễm trong nước thải tinh bột sắn gây ra nhiều tác động tiêu cực:
● BOD liên quan tới việc xác định mức độ ô nhiễm của nước cấp, nước thải
công nghiệp và nước thải sinh hoạt. Khi xảy ra hiện tượng phân hủy yếm khí với

Đỗ Thị Hải Vân

6

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN

phản ứng:
Oxy hóa các chất hữu cơ:
CxH1yOz + O2 → CO2 + H2O + ∆H

Đỗ Thị Hải Vân

7

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

Tổng hợp tế bào mới:
CxH1yOz + CO2 + NH3 → CO2 + H2O + C5H7NO2 - ∆H
Phân hủy nội bào:
C5H7NO2 + 5 O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 (+/-) ∆H
Trong 3 phản ứng ∆H là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào.
+ Công trình xử lý hiếu khí thông dụng: Hồ hiếu khí
Hồ hiếu khí oxy hoá các chất hợp chất nhờ VSV hiếu khí và tảo (hình 1.2).
Có 2 loại: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo.
- Hồ làm thoáng tự nhiên: cấp oxy chủ yếu do khuyếch tán không khí qua
mặt nước và quang hợp của các thực vật. Diện tích hồ lớn, chiều sâu của hồ từ 30 –
50 cm. Tải trọng BOD từ 250 – 300 kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước từ 3 – 12 ngày.
- Hồ làm thoáng nhân tạo: cấp oxy bằng khí nén và máy khuấy. Tuy nhiên,
hồ hoạt động như hồ tùy nghi. Chiều sâu từ 2 – 4,5 m, tải trọng BOD
400kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước từ 1 – 3 ngày.

Hình 1.2. Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi sinh vật trong hồ hiếu khí [13]


axetic hoá

Các chất khí

Axit axetic

CO2, H2

Decacboxyl hoá

Khử CO2

Giai đoạn
lên men
CH4

NH3, H2S

8H+
CH4

CO2

Hình 1.3. Quy trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ [46, 51]
Cơ chế phân hủy kỵ khí có thể biểu diễn theo phương trình tổng quát sau đây [49]:
y z
CxHyOz + (x - - ) H2O
4 2

Đỗ Thị Hải Vân

Proteaza

Protein

Peptit

Acid amin

Amylaza

Tinh bột

Đường
Lypaza

 Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men acid hữu cơ [15, 28]
Các sản phẩm thuỷ phân sẽ được các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hoá, các
sản phẩm thuỷ phân sẽ được phân giải yếm khí tiếo tục tạo thành acid hữu cơ phân
tử lượng nhỏ như acid propionic, acid butyric, acid axetic,… các rượu, andehyt,
axeton và cả một số aicd amin. Trong giai đoạn này BOD 5 và COD giảm không
đáng kể nhưng pH của môi trường có thể giảm mạnh.


Sự lên men axit lactic:
NADH2

C6H12O6

2CH3COCOOH
axit pyruvic


 Giai đoạn 3: Lên men tạo axit axetic
Các sản phẩm lên men phân tử lượng lớn như axit béo, axit lactic sẽ được
từng bước chuyển hoá thành axit axetic:
2CH3CH2COOH + CH3COOH + CO2 + 2H2O

3CH3CHOHCOOH
axit Lactic

axit Propionic

axit axetic

Các axit có phân tử lượng lớn được cắt từng bước tại nguyên tử Cβ:
RnCH2CH2COOH

Rn-1COOH

+

axit béo mạch ngắn hơn

CH3COOH
axit axetic

 Giai đoạn 4: Giai đoạn metan hoá [68]
Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình xử lý yếm khí, nhất
là khi xử lý yếm khí thu biogas. Hiệu quả xử lý sẽ cao khi các sản phẩm trung gian
được khí hoá hoàn toàn. Dưới tác dụng của các vi khuẩn lên men metan, các axit
hữu cơ bị decacboxyl hoá tạo khí metan. Trong xử lý yếm khí, khí metan được tạo

- Khử CO2
CO2
CO2

+

4H2
4NADH2 4NAD

CH4

+

2H2O

CH4

+

2H2O

Khoảng 30% CH4 được tạo thành do khử CO2 [12].

Đỗ Thị Hải Vân

11

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN



Bể CIGAR thực chất là một hồ kỵ khí có thu hồi khí sinh học. Hồ được bao
phủ toàn bộ bề mặt và lót đáy bằng bạt HPDE
Lớp bạt HPDE bao phủ bề mặt tạo ra điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt đồng
thời ngăn không cho khí sinh học phát tán ra môi trường. Lớp lót đáy HPDE có thể
được lắp đặt nếu cần, tùy vào mực nước ngầm của khu xử lý. Tuy nhiên, nên lót đáy
để có thể chống rò rỉ nước thải, gây ô nhiễm đất và nước ngầm.
Trước khi vào bể CIGAR , nước thải được chảy vào bể lắng nhằm giảm bớt
lượng chất rắn lơ lửng, cặn đảm bảo quá trình phân hủy kỵ khí trong bể CIGAR đạt
hiệu quả cao nhất. Thời gian lưu nước thải trong bể khoảng 30 ngày.
Toàn bộ lượng khí sinh học ( metan chiếm 55 – 70% ) hình thành được thu
hồi nhờ hệ thống ống dẫn khí lắp đặt bên trong bể CIGAR

Hình 1.5. Bể CIGAR [38]

Đỗ Thị Hải Vân

13

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học
 Điều kiện nước thải phải đưa vào xử lý sinh học [13]
Phương pháp xử lý sinh học nước thải có thể dựa trên cơ sở hoạt động
của Vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước. Do vậy, điều kiện
kiên quyết vô cùng quan trọng là nước thải phải là môi trường sống của quần
thể sinh vật và thỏa mãn các điều kiện sau:
+ Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ vi sinh trong