luận văn thạc sĩ nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột sắn của một số làng nghề thuộc huyện hoài đức hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Tƣờng Chi NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÀ CÔNG NGHỆ LÊN MEN MÊTAN NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN CỦA MỘT SỐ LÀNG NGHỀ THUỘC HUYỆN HOÀI ĐỨC, HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013 z ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Tƣờng Chi NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÀ CÔNG NGHỆ LÊN MEN MÊTAN NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN CỦA MỘT SỐ LÀNG NGHỀ THUỘC HUYỆN HOÀI ĐỨC, HÀ NỘI Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGÔ KIM CHI Hà Nội – Năm 2013 z LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Ngơ Kim Chi – phịng Khai thác chế biến Tài nguyên thiên nhiên– Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên quan tâm giúp đỡ hướng dẫn tơi tận tình, chu đáo suốt q trình làm luận văn tốt nghiệp Đồng thời tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, trang bị cho kiến thức khoa học q báu suốt khóa học để tơi thêm vững tin q trình thực khóa luận cơng tác sau Tơi xin cảm ơn Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên, tập thể cán nghiên cứu phòng Khai thác chế biến Tài nguyên thiên nhiên tạo điều kiện cho làm việc thời gian thực đề tài Tôi xin cảm ơn công ty cổ phần thực phẩm Minh Dương, quyền địa phương người dân cụm làng nghề Minh Khai, Dương Liễu, Cát Quế – huyện Hoài Đức, Hà Nội nhiệt tình cộng tác giúp đỡ tơi q trình xây dựng thực nghiên cứu địa phương Cuối cùng, xin tỏ lịng biết ơn tới gia đình, bè bạn quan tâm, ủng hộ tơi suốt q trình học thực đề tài nghiên cứu Hà Nội, tháng 12 năm 2013 Học viên Nguyễn Thị Tường Chi z MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chƣơng – TỔNG QUAN 1.1 Khái quát làng nghề trạng môi trƣờng làng nghề 1.1.1 Khái niệm làng nghề 1.1.2 Phân loại làng nghề 1.1.3 Hiện trạng môi trƣờng làng nghề 1.2 Vai trò làng nghề kinh tế nông thôn 1.3 Làng nghề chế biến tinh bột sắn 1.4 Công nghệ xử lý nƣớc thải ô nhiễm hữu cao 12 1.4.1 Cơ chế q trình phân hủy hiếu khí 12 1.4.2 Cơ chế q trình phân hủy kỵ khí 13 1.4.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình phân hủy sinh học 19 1.5 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lên men mêtan nƣớc thải tinh bột sắn giới Việt Nam: 23 1.5.1 Các nghiên cứu ứng dụng công nghệ lên men mêtan nƣớc thải tinh bột sắn giới: 23 1.5.2 Các nghiên cứu ứng dụng công nghệ lên men mêtan nƣớc thải tinh bột sắn Việt Nam: 28 Chƣơng - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu 30 2.1.1 Vị trí địa lý: 30 2.1.2 Địa hình, khí hậu: 31 2.1.3 Điều kiện kinh tế-xã hội: 32 2.1.4 Hiện trạng sản xuất 34 z 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 35 2.2.1 Phƣơng pháp thu thập tài liệu 35 2.2.2 Phƣơng pháp điều tra khảo sát thực tế 35 2.2.3 Phƣơng pháp thực nghiệm 36 2.2.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu 36 Chƣơng – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Kết khảo sát trạng nƣớc thải quản lý nƣớc thải làng nghề Minh Khai, Dƣơng Liễu, Cát Quế- Hoài Đức- Hà Nội 37 3.1.1 Kết khảo sát trạng nƣớc thải 37 3.1.2 Tình hình quản lý nƣớc thải khu vực làng nghề 39 3.2 Kết theo dõi mơ hình ứng dụng cơng nghệ mêtan để xử lý nƣớc thải tinh bột sắn 41 3.2.1 Mơ hình cơng nghệ xử lý nƣớc thải tinh bột sắn Cát Quế 41 3.2.2 Nghiên cứu lựa chọn chế độ khởi động thiết bị lên men 42 3.2.3 Nghiên cứu chế độ vận hành thiết bị lên men 45 3.2.4 Kết xử lý sau trình thực nghiệm 50 3.3 Đề xuất giải pháp phù hợp để áp dụng công nghệ lên men mêtan xử lý nƣớc thải hộ sản xuất làng nghề 52 Kết luận kiến nghị 55 Kết luận 55 Kiến nghị 56 Tài liệu tham khảo 57 Phụ lục 63 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noi Danh mục bảng Bảng 1.1 Chất lƣợng nƣớc thải từ sản xuất tinh bột sắn 10 Bảng 1.2 Nồng độ chất dinh dƣỡng cần thiết 20 Bảng 1.3 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lên men mêtan với số loại nƣớc thải chế biến thực phẩm 26 Bảng 1.4 So sánh hiệu xử lý nƣớc thải hệ thống thiết bị kị khí đƣợc vận hành Thái Lan 28 Bảng 3.1 Kết phân tích nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn làng nghề Minh Khai, Dƣơng Liễu, Cát Quế, Hà Nội 37 Bảng 3.2 Thông số trình làm thực nghiệm 45 Bảng 3.3 Thể tích khí biogas sinh hàng ngày hiệu suất sinh khí mêtan qua giai đoạn thí nghiệm 49 Bảng 3.4 Kết xử lý sau trình thực nghiệm 51 Danh mục đồ thị Đồ thị 3.1 Ảnh hƣởng pH lƣợng biogas sinh với mầm bùn kị khí nhà máy bia 43 Đồ thị 3.2 Mối liên hệ pH hàm lƣợng biogas với mầm phân bò sữa 44 Đồ thị 3.3 Mối liên hệ độ kiềm VFA 44 Đồ thị 3.4 Mối liên hệ pH VFA 46 Đồ thị 3.5 Mối liên hệ độ kiềm tổng VFA 47 Đồ thị 3.6 Hiệu suất xử lý COD sau hệ kị khí 48 Đồ thị 3.7 Thể tích biogas sinh với nồng độ % CH4 50 Đồ thị 3.8 Thể tích khí sinh hàng ngày 50 luan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noi z luan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noi Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột sắn Hình 1.2 Mối quan hệ cộng sinh tảo vi sinh vật hồ hiếu khí 13 Hình 1.3 Quy trình phân hủy kỵ khí hợp chất hữu 14 Hình 1.4 Bể UASB 18 Hình 1.5 Bể CIGAR 19 Hình 1.6 Các ngành cơng nghiệp sử dụng cơng nghệ kị khí xử lý nƣớc thải thiết bị đƣợc sử dụng 24 Hình 2.1 Sơ đồ vị trí xã Minh Khai, Dƣơng Liễu, Cát Quế, huyện Hoài Đức, Hà Nội 30 Hình 3.1 Tồn cảnh hệ thống xử lý nƣớc thải làng nghề qui mô vừa nhỏ đặt Cát Quế 41 luan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noi z luan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noi Danh mục từ viết tắt AF Lọc sinh học kị khí BOD Nhu cầu oxy sinh hóa CBNSTP Chế biến nơng sản thực phẩm COD Nhu cầu oxy hóa học CSTR Hệ khuấy trộn liên tục EGSB Bể phân hủy kị khí dạng bùn hạt tăng cƣờng QCVN Quy chuẩn Việt Nam SS Chất rắn lơ lửng nƣớc TCCP Tiêu chuẩn cho phép UBND Ủy ban nhân dân VSV Vi sinh vật VFA Axit béo dễ bay luan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noi z luan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noi Đề tài: Nghiên cứu trạng ô nhiễm công nghệ lên men mêtan xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội MỞ ĐẦU Làng nghề nƣớc ta đời từ lâu làng nghề ngày phát triển góp phần đáng kể vào phát triển kinh tế xã hội đất nƣớc Sự phát triển làng nghề góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế nông nghiệp nông thôn, giải công ăn việc làm lúc nông nhàn, tăng thu nhập, nâng cao đời sống vật chất cho ngƣời dân địa phƣơng Theo “Báo cáo thực sách, pháp luật môi trƣờng khu kinh tế, làng nghề” Sở Công thƣơng, Hà Nội làng nghề giải việc làm cho gần 630.000 lao động bao gồm lao động địa phƣơng lao động du nhập Tính đến nay, Hà Nội có 1.350 làng nghề làng có nghề, 281 làng nghề đƣợc UBND thành phố cơng nhận theo tiêu chí Năm 2012, giá trị sản xuất làng nghề đạt khoảng 10.582 tỷ đồng, chiếm 8,3% tổng giá trị sản xuất công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp thành phố Ba xã Minh Khai, Dƣơng Liễu, Cát Quế thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội ba làng nghề nằm trọng điểm chế biến nông sản thực phẩm Hà Nội Trong năm vừa qua, quy mô sản lƣợng sản xuất làng nghề không ngừng tăng, tạo khối lƣợng sản phẩm lƣợng doanh thu lớn tạo cơng ăn việc làm cho hàng nghìn lao động địa phƣơng, tạo công ăn việc làm cho lao động địa phƣơng mà cho lao động từ tỉnh nhƣ Phú Thọ, Vĩnh Phúc…; đời sống nhân dân không ngừng đƣợc cải thiện, mặt nông thôn ngày đổi Ở xã Minh Khai, số hộ giàu, hộ có thu nhập hàng trăm triệu đồng năm chiếm đến 50%, hộ nghèo (theo tiêu chí mới) cịn 46 hộ chiếm 4,71% tổng số hộ, khơng có hộ đói Tuy nhiên, đặc trƣng loại hình sản xuất chế biến tinh bột sắn, miến, bún, với hàng trăm nghìn chất thải rắn đặc biệt hàng triệu mét khối nƣớc thải lớn, ba làng nghề “thủ phạm” cho vấn đề nhiễm mơi trƣờng huyện Hồi Đức, gây nên xúc không đối dân cƣ vùng mà toàn huyện Hoài Đức Ngành sản xuất tinh bột sắn ngành công nghiệp tiêu thụ nhiều nƣớc lƣợng Vì vậy, hàng năm lƣợng nƣớc xả thải môi trƣờng ngành lớn, nƣớc thải chứa nhiều chất hữu nhƣ tinh bột, protein, Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT luan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noi z luan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noi Đề tài: Nghiên cứu trạng ô nhiễm công nghệ lên men mêtan xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn số làng nghề thuộc huyện Hồi Đức, Hà Nội xenluloza, pectin, đƣờng, gây nhiễm mơi trƣờng nghiêm trọng khơng có biện pháp xử lý hiệu Tuy nhiên thành phần nƣớc thải tổng hợp có chứa hàm lƣợng lớn chất dinh dƣỡng N, P chất hữu đƣợc tận dụng thu hồi thơng qua q trình xử lý chuyển hóa sinh học nguồn thải hữu tận dụng sinh khối thải chuyển thành khí nhiên liệu biogas cung cấp lƣợng cho nhu cầu tiêu thụ lƣợng hộ gia đình, nƣớc thải sau xử lý mức tận thu nhƣ nguồn dƣỡng chất để bón ruộng, xử lý mức đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN40-2011 xả trực tiếp vào nguồn nƣớc tiếp nhận Khí sinh học thu đƣợc góp phần giảm thiểu nhiễm nƣớc, hạn chế khai thác nhiên liệu không tái tạo, giảm phát thải khí, chủ động việc ứng phó với biến đổi khí hậu xu chung giới Ở Việt nam bƣớc đầu có số nghiên cứu khả quan xử lý nƣớc thải ngành tinh bột sắn theo xu nhƣng nhìn chung bƣớc đầu chƣa đạt hiệu cao Vì vậy, học viên chọn đề tài : “Nghiên cứu trạng ô nhiễm công nghệ lên men mêtan nƣớc thải chế biến tinh bột sắn số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội” với nội dung gồm: - Đánh giá mức độ ô nhiễm nƣớc thải làng nghề Minh Khai, Dƣơng Liễu, Cát Quế - Nghiên cứu số thơng số ảnh hƣởng đến q trình sinh khí bể mêtan, bƣớc đầu tính tốn kiểm tra thơng số thiết kế, vận hành - Bƣớc đầu đề xuất mơ hình ứng dụng cơng nghệ mêtan vào xử lí nƣớc thải làng nghề Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT luan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noiluan.van.thac.si.nghien.cuu.hien.trang.o.nhiem.va.cong.nghe.len.men.metan.nuoc.thai.che.bien.tinh.bot.san.cua.mot.so.lang.nghe.thuoc.huyen.hoai.duc.ha.noi z