Luận án Nghiên cứu nâng cao hiệu quả đánh giá sản xuất sạch hơn trong công nghiệp: Điển hình ngành chế biến tinh bột

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM VIỆN MÔI TRƢỜNG VÀ TÀI NGUYÊN TRẦN VĂN THANH NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐÁNH GIÁ SẢN XUẤT SẠCH HƠN TRONG CÔNG NGHIỆP: ĐIỂN HÌNH NGÀNH CHẾ BIẾN TINH BỘT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Tp. Hồ Chí Minh năm 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN TRẦN VĂN THANH NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐÁNH GIÁ SẢN XUẤT SẠCH HƠN TRONG CÔNG NGHIỆP: ĐIỂN HÌNH NGÀNH CHẾ BIẾN TINH BỘT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã số chuyên ngành: 62.85.01.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Tp. Hồ Chí Minh năm 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN TRẦN VĂN THANH NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐÁNH GIÁ SẢN XUẤT SẠCH HƠN TRONG CÔNG NGHIỆP: ĐIỂN HÌNH NGÀNH CHẾ BIẾN TINH BỘT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã số chuyên ngành: 62.85.01.01 PHẢN BIỆN ĐỘC LẬP 1. GS.TS. Huỳnh Trung Hải 2. PGS.TS. Phan Minh Tân Tp. Hồ Chí Minh năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi là Trần Văn Thanh, tác giả luận án này, xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo tài liệu đã được thực hiện trích dẫn đầy đủ và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Trần Văn Thanh ii LỜI CẢM ƠN Trước hết tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy PGS.TS Lê Thanh Hải, cán bộ hướng dẫn 1 đã trực tiếp hướng dẫn, đặc biệt là hướng dẫn, góp ý phương pháp luận SXSH cũng như đã tạo điều kiện thuận lợi trong việc áp dụng các phương pháp này vào các đối tượng nghiên cứu điển hình khác nhau thuộc các đề tài NCKH do Thầy làm chủ nhiệm. Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến GS.TS Hans Schnitzer, giáo sư của Đại học Kỹ thuật Graz, Áo đồng thời là chuyên gia của UNIDO là cán bộ hướng dẫn 2 đã trực tiếp hướng dẫn, góp ý phương pháp luận SXSH ở nước ngoài cũng như hỗ trợ công bố quốc tế. Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô, các chuyên gia đã đóng góp các ý kiến quý báu trong quá trình thực hiện luận án này. Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Sở TN&MT Tỉnh Tây Ninh, Ban lãnh đạo Công ty TNHH Hồng Phát đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình điều tra thu thập số liệu để hoàn thiện luận án này. Đồng thời tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên đại học, học viên cao học đã tham gia trong quá trình thu thập dữ liệu liên quan đến luận án này. Tác xin gửi lời cảm ơn đến Bộ giáo dục và Đào tạo đã cấp học bổng, Đại học Quốc gia Tp.HCM, Ban lãnh đạo Viện Môi trường và Tài nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt trong quá trình thực hiện luận án này. Đồng thời tác giả xin gửi lời cảm ơn đến chương trình ASIA-UNINET đã cấp kinh phí, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả và tập thể hướng dẫn thuận lợi trong thực hiện nghiên cứu này. Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè, đồng nghiệp đã động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện nghiên cứu này. Tác giả Trần Văn Thanh iii TÓM TẮT Triển khai sản xuất sạch hơn (SXSH) mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí vận hành, góp phần đáp ứng yêu cầu pháp luật về bảo vệ môi trường (BVMT), tạo hình ảnh tốt cho doanh nghiệp, giảm nguyên liệu, giảm chất thải và giảm rủi ro, tăng an toàn đối với môi trường và xã hội. Kết quả từ các dự án SXSH cho thấy nhận thức về SXSH có nâng cao tuy nhiên khái niệm SXSH chưa được hiểu hết và hoàn toàn chính xác và một số lợi ích của chương trình SXSH chưa hoàn toàn đạt được do gặp nhiều rào cản. Trong đó rào cản về kỹ thuật đánh giá được minh chứng là một rào cản quan trọng trong thực hiện SXSH. Do đó phương pháp thực hiện SXSH cần phải cải tiến và quá trình đánh giá SXSH phải áp dụng các phương pháp phân tích hệ thống để nâng cao hiệu quả đánh giá. Vì vậy, với mục tiêu phát triển và áp dụng phương pháp đánh giá áp dụng trong quy trình thực hiện SXSH để góp phần khắc phục các rào cản kỹ thuật, luận án này đã đề xuất và phát triển 05 phương pháp dùng trong quy trình đánh giá SXSH: (1) phương pháp đánh giá tiềm năng SXSH từ quản lý nội vi (QLNV), kiểm soát quá trình tốt hơn; (2) phương pháp xây dựng cân bằng vật chất (CBVC) và tiêu tiêu thụ năng lượng; (3) phương pháp xác định đối tượng cải tiến và phương án cần cải tiến; (4) phương pháp tính chỉ số môi trường tích hợp dùng trong SXSH; (5) mô hình tối ưu áp dụng chỉ số môi trường tích hợp để lựa chọn phương án thay thế trong SXSH. Các phương pháp này đã được áp dụng cho nhà máy sản xuất tinh bột mì. Kết quả áp dụng tích hợp đã xây dựng được 01 mô hình thiết lập CBVC và tiêu thụ năng lượng, cách đánh giá và tính toán tiềm năng SXSH từ quản lý quá trình tốt hơn, 01 bộ cơ sở dữ liệu ban đầu về các giải pháp cải tiến và 01 mô hình và thuật toán giải mô hình để xác định phương án giảm thiểu ô nhiễm cho nhà máy tinh bột mì. Nhìn chung các phương pháp đã đề xuất là các phương pháp phân tích hệ thống hiệu quả cho chương trình SXSH. iv ABSTRACT Implementation of cleaner production (CP) programs provides many benefits including operating costs reduction, raw material reduction, waste reduction and risk reduction to humans and the environment, improved health and occupational safety and adaptation to environmental protection regulations. Results obtained from the implemented CP projects indicated that the awareness of CP was improved, however, the CP concept had not been known or fully understood by all industrial and service sectors and some of the CP expectations are not fully met as well because of many barriers. The literature review showed that technical barriers are considered in most articles as a significant barrier. In general, CP methodology must be maintained and CP audits need to use systematic assessment tools to improve effectiveness of CP programs. Thus, this study aims to develop and apply new assessment methods into CP methodology to cope with those challenges in the concerned problem about technical barriers in CP programs.The main findings of this thesis are: (1) development of a Cleaner Production potential assessment method for good housekeeping and better process control in Industrial Production; (2) a method for establishment mass balance and energy consumption; (3) a method for determination innovation objects and alternatives; (4) Development of an integrated environmental assessment method for Cleaner Production Programs and (5) an optimization mathematical model by applying an integrated environmental indicator for selecting alternatives in Cleaner Production programs. These methods are tested and proved in a cassava starch production plant. The results show that these methods work excellently as systematic assessment tools for CP programs. v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... ii TÓM TẮT ......................................................................................................... iii ABSTRACT ......................................................................................................... iv MỤC LỤC .......................................................................................................... v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ xi DANH MỤC BẢNG ..............................................................................................xiii DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... xvi MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. SỰ CẦN THIẾT ................................................................................................ 1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ............................................................................. 4 3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .......................................................................... 4 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................. 5 5. TÍNH MỚI CỦA LUẬN ÁN............................................................................. 6 6. Ý NGHĨA KHOA HỌC .................................................................................... 7 7. Ý NGHĨA THỰC TIỄN .................................................................................... 7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................. 8 1.1 TỔNG QUAN VỀ KHÁI NIỆM SẢN XUẤT SẠCH HƠN .................... 8 1.2 TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH THỰC HIỆN SẢN XUẤT SẠCH HƠN ...................................................................................................................... 9 1.3 HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT CỦA NGÀNH SẢN XUẤT TINH BỘT KHOAI MÌ ........................................................................................................... 13 1.3.1 Hiện trạng phân bố ............................................................................. 13 vi 1.3.2 Công nghệ, quy trình sản xuất tinh bột .............................................. 16 1.4 CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA NGÀNH SẢN XUẤT TINH BỘT KHOAI MÌ ................................................................................................. 20 1.5 HIỆN TRẠNG ÁP DỤNG SẢN XUẤT SẠCH HƠN CỦA NGÀNH TINH BỘT KHOAI MÌ ...................................................................................... 22 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................... 25 2.1 TIẾN TRÌNH NGHIÊN CỨU ................................................................. 25 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỤ THỂ ........................................... 26 2.2.1 Nội dung tổng quan ............................................................................ 26 2.2.2 Nội dung phát triển các phương pháp đánh giá cho các bước của quy trình thực hiện SXSH ........................................................................................ 27 2.2.3 Nội dung áp dụng điển hình ............................................................... 28 2.2.3.1 Quy trình thực hiện ......................................................................... 28 2.2.3.2 Phương pháp đo đạt ......................................................................... 30 CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ SẢN XUẤT SẠCH HƠN ............................................................................... 34 3.1 ĐÁNH GIÁ CÁC RÀO CẢN TRONG SẢN XUẤT SẠCH HƠN VÀ SỰ CẦN THIẾT PHẢI ÁP DỤNG CÁC CÔNG CỤ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRONG ĐÁNH GIÁ SẢN XUẤT SẠCH HƠN ............................... 34 3.2 ĐÁNH GIÁ HẠN CHẾ CÁC CÔNG CỤ, PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ SẢN XUẤT SẠCH HƠN ............................................... 39 3.2.1 Hiện trạng các phương pháp được đề xuất áp dụng trong sản xuất sạch hơn ............................................................................................................ 39 3.2.2 Đánh giá về các hạn chế của các phương pháp, công cụ được áp dụng trong sản xuất sạch hơn hiện nay ...................................................................... 39 3.3 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG SẢN XUẤT SẠCH HƠN TỪ QUẢN LÝ NỘI VI, KIỂM SOÁT TỐT HƠN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ........................................................................................................... 41 vii 3.3.1 Sự cần thiết phải xây dựng phương pháp đánh giá tiềm năng sản xuất sạch hơn từ quản lý nội vi, kiểm soát tốt hơn quá trình sản xuất ..................... 41 3.3.2 Đề xuất phương pháp đánh giá tiềm năng sản xuất sạch hơn từ quản lý nội vi, kiểm soát tốt hơn quá trình sản xuất ...................................................... 45 3.4 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIẾT LẬP CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG ........................................................................ 49 3.4.1 Sự cần thiết xây dựng phương pháp thiết lập cân bằng vật chất và tiêu thụ năng lượng .................................................................................................. 49 3.4.2 Phương pháp và trình tự xây dựng cân bằng vật chất và tiêu thụ năng lượng ............................................................................................................ 51 3.4.3 Áp dụng điển hình trong thiết lập cân bằng vật chất và tiêu thụ năng lượng ............................................................................................................ 52 3.5 ĐỀ XUẤT PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC ĐỐI TƢỢNG CẦN CẢI TIẾN VÀ CÁC PHƢƠNG ÁN THAY THẾ ............................................. 55 3.5.1 Sự cần thiết phát triển phương pháp xác định các đối tượng cần cải tiến và các phương án thay thế ......................................................................... 55 3.5.2 Đề xuất phương pháp xác định xác định BAT và áp dụng trong xác định các đối tượng cần cải tiến và các phương án thay thế .............................. 56 3.5.3 Áp dụng xác định BAT cho ngành sản xuất tinh bột ......................... 57 3.6 ĐỀ XUẤT CHỈ SỐ MÔI TRƢỜNG TÍCH HỢP TRONG ĐÁNH GIÁ SẢN XUẤT SẠCH HƠN VÀ LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THỰC HIỆN ..... 59 3.6.1 Sự cần thiết đề xuất chỉ số môi trường tích hợp trong đánh giá sản xuất sạch hơn .................................................................................................... 59 3.6.2 Đề xuất bộ các loại tác động môi trường và chỉ số môi trường tích hợp trong đánh giá sản xuất sạch hơn ...................................................................... 59 3.7 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THAY THẾ VÀ XÂY DỰNG KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ................................................... 62 3.7.1 Sự cần thiết đề xuất phương pháp lựa chọn phương án thay thế và xây dựng kế hoạch thực hiện tối ưu ......................................................................... 62 viii 3.7.2 Đề xuất mô hình toán tối ưu trong lựa chọn phương án thay thế và thiết lập kế hoạch thực hiện sản xuất sạch hơn ................................................. 66 3.7.2.1 Đặt biến và các ký hiệu ................................................................... 66 3.7.2.2 Phát biểu bài toán ............................................................................ 66 3.7.2.3 Mô hình hóa .................................................................................... 68 CHƯƠNG 4. ÁP DỤNG TÍCH HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÃ ĐỀ XUẤT TRONG ĐÁNH GIÁ SẢN XUẤT SẠCH HƠNCHO TRƯỜNG HỢPĐIỂN HÌNH ........................................................................................................ 72 4.1 ÁP DỤNG TÍCH HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SẢN XUẤT SẠCH HƠN ĐÃ ĐỀ XUẤT CHO NHÀ MÁY HỒNG PHÁT ............ 72 4.1.1 Áp dụng phương pháp thiết lập cân bằng vật chất đã đề xuất cho nhà máy ............................................................................................................ 73 4.1.2 Áp dụng bộ chỉ số môi trường và chỉ số môi trường tích hợp để đánh giá hiện trạng tác động môi trường của nhà máy ............................................. 86 4.1.2.1 Độc tính đối với con người ............................................................. 86 4.1.2.2 Nóng lên toàn cầu ............................................................................ 87 4.1.2.3 Độc tính đối với thủy sinh ............................................................... 88 4.1.2.4 Sự axit hóa ....................................................................................... 88 4.1.2.5 Hiện tượng phú dưỡng hóa .............................................................. 89 4.1.2.6 Khả năng tạo ra ozon quang hóa ..................................................... 90 4.1.2.7 Xác định các chỉ số tác động môi trường của điện năng và tiêu thụ nhiên liệu ........................................................................................................ 90 4.1.2.8 Tính toán các chỉ số môi trường của nhà máy ................................ 92 ix 4.1.2.9 Chuẩn hóa số liệu và tính toán chỉ số môi trường tích hợp ............ 93 4.1.3 Áp dụng biểu đồ kiểm soát đánh giá hiện trạng quản lý nội vi và tiềm năng SXSH từ kiểm soát tốt hơn quá trình sản xuất ......................................... 95 4.1.4 Xác định các đối tượng cần cải tiến và phương án thay thế bằng cách áp dụng BAT ................................................................................................... 102 4.1.5 Áp dụng mô hình toán để xác định các đối tượng và phương án giảm thiểu tác động môi trường cho Nhà máy ........................................................ 108 4.1.5.1 Xác định các thông số đầu vào ...................................................... 108 4.1.5.2 Lập chương trình, giải và đánh giá kết quả ................................... 111 4.2 KIỂM TRA KẾT QUẢ MÔ HÌNH ...................................................... 115 4.2.1 Bài toán ............................................................................................ 115 4.2.2 Mô hình hóa ..................................................................................... 116 4.2.3 Giải và đánh giá kết quả ................................................................... 117 4.3 ĐỀ XUẤT CÁC BƢỚC THỰC HIỆN SẢN XUẤT SẠCH HƠN KHI ÁP DỤNG MÔ HÌNH TỐI ƢU ........................................................................ 118 4.3.1 Đề xuất các bước thực hiện SXSH khi áp dụng mô hình tối ưu ...... 118 4.3.2 Áp dụng các bước thực hiện sản xuất sạch hơn mới cho trường hợp điển hình.......................................................................................................... 119 4.3.2.1 Điều chỉnh cập nhật cơ sở dữ liệu ................................................. 119 4.3.2.2 Phát triển thêm các đối tượng và phương án mới ......................... 120 4.3.2.3 Cập nhật cơ sở dữ liệu ................................................................... 120 4.3.2.4 Chạy mô hình và xác định phương án giảm thiểu cho chương trình sản xuất sạch hơn mới .................................................................................. 121 x 4.4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ÁP DỤNG TÍCH HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÃ ĐỀ XUẤT SO VỚI CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐANG ÁP DỤNG HIỆN NAY .................................................................................................................. 122 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ................................................................................. 125 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .......................................... 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 131 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 143 xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - BAT: Best Availble Technique – Kỹ thuật tốt nhất hiện có - BEP: Best Environmental Practice – Thực tiễn môi trường tốt nhất - BVMT: Bảo Vệ Môi Trường - BTNMT: Bộ Tài Nguyên và Môi Trường - BTB và DHMT: Bắc trung bộ và Duyên hải Miền trung - BREFs: Best Available Techniques Reference Document – Tài liệu tham khảo Kỹ thuật tốt nhất hiện có - CBVC: Cân Bằng Vật Chất - CHP: Conbined Heat and Power – Đồng phát nhiệt điện - CP: Cleaner Production – Sản xuất sạch hơn - CPI: Cleaner Production in Industry Component – Hợp phần sản xuất sạch hơn trong công nghiệp - CTR: Chất Thải Rắn - CTNH: Chất Thải Nguy Hại - DNTN: Doanh Nghiệp Tư Nhân - ĐBSCL: Đồng Bằng Sông Cửu Long - ĐBSH: Đồng Bằng Sông Hồng - ĐNB: Đông Nam Bộ - EDIP: Env