đánh giá nguồn thải giàu photpho và đề xuất công nghệ xử lý, thu hồi tại làng nghề dương liễu - hoài đức - hà nội

1 ĐA ̣ I HO ̣ C QUÔ ́ C GIA HA ̀ NÔ ̣ I TRƢƠ ̀ NG ĐA ̣ I HO ̣ C KHOA HO ̣ C TƢ ̣ NHIÊN Trần Bá Thạch ĐÁNH GIÁ NGUỒN THẢI GIÀU PHOTPHO VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, THU HỒI TẠI LÀNG NGHỀ DƢƠNG LIỄU – HOÀI ĐỨC – HÀ NỘI LUÂ ̣ N VĂN THA ̣ C SI ̃ KHOA HO ̣ C H Ni - 2012 2 ĐA ̣ I HO ̣ C QUÔ ́ C GIA HA ̀ NÔ ̣ I TRƢƠ ̀ NG ĐA ̣ I HO ̣ C KHOA HO ̣ C TƢ ̣ NHIÊN Trần Bá Thạch ĐÁNH GIÁ NGUỒN THẢI GIÀU PHOTPHO VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, THU HỒI TẠI LÀNG NGHỀ DƢƠNG LIỄU – HOÀI ĐỨC – HÀ NỘI Chuyên ngnh: Khoa học môi trƣờng M s: 60 85 02 LUÂ ̣ N VĂN THA ̣ C SI ̃ KHOA HO ̣ C NGƢƠ ̀ I HƢƠ ́ NG DÂ ̃ N KHOA HO ̣ C PGS.TS: NGUYỄN THỊ HÀ H Ni - 2012 MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 1 DANH MỤC BẢNG 2 DANH MỤC HÌNH 3 MỞ ĐẦU 4 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 6 1.1. Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam 6 1.1.1. Quy mô sản xuất tinh bột sắn 10 1.1.2. Các công đoạn chủ yếu trong quá trình chế biến 12 1.2. Quy trình chế biến tinh bột trên thế giới 13 1.3. Hiện trạng môi trƣờng tại làng nghề chế biến tinh bột sắn 14 1.3.1. Nước thải 14 1.3.2. Chất thải rắn 18 1.4. Tổng quan về công nghệ xử lý nƣớc thải tinh bột sắn trong và ngoài nƣớc và công nghệ thu hồi P trong nƣớc thải. 19 1.4.1. Các nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn trên thế giới 19 1.4.2. Các nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn trong nước 20 1.4.4. Công nghệ xử lý nước thải có thu hồi P trong nước thải 24 CHƢƠNG II: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 29 2.2. Phạm vi nghiên cứu 29 2.2.1. Điều kiện tự nhiên làng nghề xã Dương Liễu 29 2.2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội làng nghề xã Dương Liễu 31 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 31 2.3.1. Phương pháp tổng quan thu thập tài liệu 31 2.3.2. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa, phỏng vấn bán chính thức 32 2.3.3. Phương pháp lấy mẫu 32 2.3.4. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 32 2.3.5. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 32 2.3.6. Phương pháp phân tích dòng vật chất 33 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34 3.1. Kết quả điều tra hiện trạng chế biến tinh bột sắn tại làng nghề Dƣơng Liễu- Hoài Đức-Hà Nội 34 3.2. Kết quả điều tra hiện trạng môi trƣờng và vấn đề sức khỏe tại Dƣơng Liễu 35 3.3. Kết quả xác định dòng photpho liên quan đến hoạt động sản xuất, sinh hoạt tại làng nghề Dƣơng Liễu 37 3.4. Kết quả thực nghiệm xử lý nƣớc thải sản xuất theo hƣớng thu hồi photpho 42 3.4.1. Kết quả khảo sát đặc trưng nước thải làng nghề chế biến tinh bộ sắn 42 3.4.2. Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ 43 3.4.3. Kết quả khảo sát hiệu quả tận thu P 48 3.4.4. Kết quả tính toán chi phí tận thu P từ bùn thải 52 3.5. Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc thải giàu P có thu hồi 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 61 Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp 1 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CN Công nghiệp CNXL Công nghệ xử lý CTR Chất thải rắn NT Nước thải PAC Poly nhôm clorua [Al 2 (OH) n Cl 6-n ] m QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TN&MT Tài nguyên và Môi trường SH Sinh hoạt UBND Ủy ban nhân dân MFA Material flow analysis – Phân tích dòng vật chất UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp 2 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hoá học trong sắn củ 9 Bảng 1.2. Thành phần hóa học của lá sắn tươi 9 Bảng 1.3. Nhu cầu nguyên liệu và tải lượng xỉ của một số làng nghề 18 Bảng 1.4. Khối lượng bã thải từ sản xuất tinh bột tại làng nghề Dương Liễu 18 Bảng 1.5. Tiêu chuẩn thải chung đối với nước thải sinh hoạt của Đan Mạch 25 Bảng 1.6. Một số quy trình tận thu P từ nước thải và bùn thải 27 Bảng 3.1. Đặc trưng nước thải làng nghề sản xuất tinh bột sắn Dương Liễu 42 Bảng 3.2. Phản ứng kết tủa phôtphat trong quá trình tận thu photpho 50 Bảng 3.3. Khối lượng sản phẩm kết tủa trong tận thu P 52 Bảng 3.4. Bảng tính toán sơ bộ chi phí hóa chất tận thu P từ bùn thải 53 Bảng 3.5. So sánh chi phí hóa chất của một số giải pháp tận thu P từ mẫu tro và bùn (tính cho 1 kg sản phẩm ở dạng hợp chất muối phốt phát của Ca và Fe) 54 Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp 3 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Bản đồ phân bố vùng trồng sắn trên cả nước 7 Hình 1.2. Sơ đồ tính kinh tế sản phẩm từ sắn củ 8 Hình 1.3. Biểu đồ tăng trưởng diện tích, năng suất và sản lượng 10 tinh bột sắn ở Việt Nam 10 Hình1.4. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại Thái Lan 13 Hình 1.5. Quy trình chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp tại trung Quốc 14 Hình 1.6. Tải lượng thải của quá trình chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp 17 Hình 1.7. Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long 21 Hình 1.8. Quy trình công nghệ xử lý nước thải tinh bột mỳ ở Tân Châu 22 Hình 1.9. Quy trình công nghệ xử lý nước thải tinh bột mỳ ở nhà máy Hoàng Minh 23 Hình 2.1. Sơ đồ vị trí xã Dương Liễu – Hoài Đức – Hà Nội 30 Hình 3.1. Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại Dương Liễu các năm 1960-1970 34 Hình 3.2. Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại Dương Liễu hiện tại 35 Hình 3.3. Tỷ lệ mắc bệnh thường gặp tại xã Dương Liễu 36 Hình 3.4. Sơ đồ dòng di chuyển của photpho từ hộ gia đình và quá trình sản xuất tinh bột sắn tại Dương Liễu 39 Hình 3.5. Sơ đồ định tính và định lượng dòng photpho đối với hộ gia đình 40 Hình 3.6. Sơ đồ định tính và định lượng dòng photpho của quá trình sản xuất tinh bột sắn làng nghề Dương Liễu 40 Hình 3.7. Sơ đồ định tính và định lượng dòng photpho của hộ gia đình và quá trình sản xuất tinh bột sắn làng nghề Dương Liễu 41 Hình 3.8. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của PAC đến hàm lượng SS của nước rửa và nước bột đen 44 Hình 3.9. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của PAC đến khả năng xử lý P của nước rửa và nước bột đen 45 Hình 3.10. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của pH đến hàm lượng SS của nước rửa và nước bột đen 45 Hình 3.11. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý COD của nước rửa và nước bột đen 46 Hình 3.12. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý P của nước rửa và nước bột đen 47 Hình 3.13. Hiệu quả xử lý nước bột đen và nước rửa bằng phương pháp keo tụ 47 Hình 3.14. Sơ đồ cân bằng P trong các dòng ( tính cho 1 ngày) 49 Hình 3.15. Sơ đồ giải pháp đề xuất tận thu P từ bùn thải 50 Hình 3.16. Hiệu suất tận thu P tại pH=1-2 51 Hình 3.17. Hiệu suất tận thu P tại pH tối ưu tương ứng với mỗi tác nhân 51 Hình 3.18. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải và đề xuất giải pháp tận thu P từ bùn thải 55 Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp 4 MỞ ĐẦU Photpho là nguyên tố cơ bản của sự sống, có mặt ở tất cả các hoạt động liên quan đến sự sống và trong rất nhiều ngành nghề sản xuất công nghiệp, nông nghiệp. Hợp chất hoá học chứa photpho được gọi là thành phần dinh dưỡng trong phạm trù nước thải và là đối tượng gây ô nhiễm khá nghiêm trọng cho môi trường. Khi thải 1 kg photpho dưới dạng hợp chất hoá học vào môi trường nước sẽ tạo ra khoảng 138 kg COD dưới dạng tảo chết [6]. Trong nguồn nước tiếp nhận các dòng thải giàu chất dinh dưỡng (P) thường xảy ra hiện tượng phú dưỡng. Nhận thấy mức độ nguy hại của thành phần dinh dưỡng trong nước thải, vào thập kỷ 90, một loạt các nước công nghiệp đề ra chiến lược và qui định kiểm soát các thành phần trên. Không chỉ các nhà nghiên cứu khoa học đã đưa ra cảnh báo về nguy cơ ô nhiễm do các chất dinh dưỡng cùng với tác hại của nó mà ngay các cơ quan lập pháp, hành pháp cũng tích cực tham gia vào các công việc trên để nhằm duy trì một môi trường sống ổn định, bền vững. Trên cơ sở định hướng “tái sử dụng và thu hồi chất dinh dưỡng” từ chất thải, các nhà khoa học đã và đang tập trung vào nghiên cứu vấn đề xác định dòng thải và tìm giải pháp thu hồi các phần có giá trị. Tại Amsterdam, tháng 10/2002, hội nghị chuyên đề “Từ tách loại đến thu hồi chất dinh dưỡng” đã được tổ chức để thảo luận về một số kết quả ban đầu theo hướng nghiên cứu này. Thu hồi, tái sử dụng các chất dinh dưỡng vừa đáp ứng được mục tiêu bảo vệ nguồn nước, tiết kiệm năng lượng, hoá chất vừa thu nhận và tiết kiệm được nguồn tài nguyên, phù hợp với phương pháp luận “Công nghệ Xanh” (Green Engineering). Thu hồi các chất dinh dưỡng có thể thực hiện trên nhiều đối tượng từ chất thải rắn (phân, phế liệu nông nghiệp, sinh khối, tảo, bèo ) hoặc từ chất thải lỏng mà chủ yếu là nước thải. Xuất phát từ thực tiễn trên, trong Luận văn này đã thực hiện đề tài “Đánh giá nguồn thải giàu photpho và đề xuất công nghệ xử lý, thu hồi tại làng nghề Dương Liễu - Hoài Đức - Hà Nội” với mục đích đánh giá tác động môi trường của nguồn nước thải giàu dinh dưỡng từ các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, sinh Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp 5 hoạt, y tế trên địa bàn làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu sử dụng phương pháp phân tích dòng vật chất dựa vào mức độ tiêu thụ tài nguyên. Trên cơ sở đó, tập trung đánh giá chi tiết dòng thải giàu dinh dưỡng (chứa P) của làng nghề Dương Liễu và đề xuất công nghệ xử lý có thu hồi P. Các nội dung chính của Luận văn: 1. Nghiên cứu dòng di chuyển của photpho bao gồm định tính và định lượng dòng photpho trong nước thải làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu. 2. Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất làng nghề Dương Liễu . 3. Đề xuất giải pháp thu hồi photpho từ bùn thải. Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp 6 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam Sắn (hay còn gọi là khoai mì) là cây lương thực ưa ẩm, bắt nguồn từ lưu vực sông Amazon (Nam Mỹ). Sắn là loại cây lương thực quan trọng được trồng rộng rãi ở nhiều vùng nhiệt đới trên thế giới. Là loại cây lương thực đứng thứ 16 trên thế giới và là một trong 15 cây trồng chiếm diện tích lớn nhất trong sản xuất nông nghiệp. Hiện nay sắn được trồng trên 100 nước ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người trên toàn thế giới. Cây sắn được du nhập vào Việt Nam vào khoảng thế kỉ 18. Việt nam đứng thứ 10 về sản lượng sắn (7,71 triệu tấn/năm). Ở nước ta, cây sắn đóng vai trò quan trọng trong đời sống kinh tế xã hội và là loại cây lương thực đứng sau gạo. Sắn được trồng ở nhiều nơi trên cả nước, ở hầu hết các tỉnh của tám vùng sinh thái, nó phù hợp với nhiều loại đất khác nhau nhưng phổ biến là các vùng trung du miền núi. Diện tích sắn trồng nhiều nhất là ở Đông Nam Bộ và Tây Nguyên. Năm 2006, sản lượng sắn của cả nước là 7.714.000 tấn với tổng diện tích trồng là 474.800 ha [1] Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp 7 Hình 1.1. Bản đồ phân bố vùng trồng sắn trên cả nước Cây sắn là một loại cây có khả năng chống chịu tốt, trồng đơn giản và phù hợp với nhiều loại khí hậu khác nhau, cho năng suất cao hơn các cây khác và ổn định trên nhiều loại đất. Sắn có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức ăn gia súc và lương thực thực phẩm. [...]... của đề tài này, phạm vi nghiên cứu là tại làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu – Hoài Đức – Hà Nội Dương Liễu là một trong những làng nghề chế biến tinh bột sắn lớn ở khu vực phía Bắc và đồng thời đây cũng là làng nghề ô nhiễm nhất khu vực Hà Nội 2.2.1 Điều kiện tự nhiên làng nghề xã Dương Liễu Hoài Đức là một vùng ở phía Tây Hà Nội bên dòng sông Đáy Xã Dương Liễu nằm ở phía Tây Bắc huyện Hoài Đức. .. tấn tinh bột sắn/năm, làng nghề Dương Liễu hàng năm phát sinh tới 105.768 tấn bã thải 18 Luận văn tốt nghiệp Trần Bá Thạch 1.4 Tổng quan về công nghệ xử lý nƣớc thải tinh bột sắn trong và ngoài nƣớc và công nghệ thu hồi P trong nƣớc thải 1.4.1 Các nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn trên thế giới Vấn đề ô nhiễm của nước thải ngành chế biến nông sản thực phẩm nói chung và ngành chế biến tinh... bùn thải lớn gây tốn chi phí xử lý bùn Một trong những ví dụ về cải tiến và phối hợp các đơn vị công nghệ khác nhau được thực hiện ở Mỹ (Virginia) là thu hồi photpho từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Sinh khối thải từ quá trình xử lý hiếu khí được phân huỷ yếm khí, khi đó photpho trong sinh khối và amoniac được thải ra vào nước với nồng độ cao (73% trong sinh khối) Amoniac và photphat được thu hồi. .. 8000C, thu hồi được nhiên liệu, thu hồi thì có thể dùng ở Na3PO4 và zeolit nhiệt độ thấp hơn Thu hồi P từ nƣớc thải Điện phân Nhúng điện cực sắt vào sâu Công nghệ đơn FePO4 trong nước thải và cho dòng giản, dễ thực hiện điện 1 chiều đi qua, sau đó có thể áp dụng tại Fe2+ tách ra khỏi điện cực từng hộ gia đình và bị oxi hóa thành Fe3+ và hay ở những qui photphat kết tủa Hấp thụ mô nhỏ Nước thải được đưa vào... sau lắng được đưa ra nhà máy nén bùn và sân phơi bùn Ưu điểm: Hệ thống vận hành đơn giản, không tốn nhiều diện tích Nhược điểm: - Không xử lý triệt để lượng CN- trong nước thải - Nếu muốn đạt tiêu chuẩn loại A (QCVN: 24/2009) hệ thống phải xử lý với tải lượng lớn dẫn đến khó kiểm soát 1.4.4 Công nghệ xử lý nước thải có thu hồi P trong nước thải Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải hiện nay một phần... thống xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột sắn khoai mỳ Hoàng Minh được chỉ ra ở hình sau Hình 1.9 Quy trình công nghệ xử lý nước thải tinh bột mỳ ở nhà máy Hoàng Minh 23 Luận văn tốt nghiệp Trần Bá Thạch Nước thải sau khi được trung hòa để nâng nồng độ pH sẽ được dẫn đến bể điều hòa lưu lượng và nồng độ đồng thời xử lý một phần chất thải Sau đó, nước thải sẽ được xử lý kỵ khí bằng UASB và hiếu... và 10 - 15% dùng cho ăn tươi và các nhu cầu khác 1.1.2 Các công đoạn chủ yếu trong quá trình chế biến  Thu mua nguyên liệu: Sắn từ các tỉnh miền núi phía Bắc như Sơn La, Lai Châu, Phú Thọ, được chuyển đến bằng các xe tải Vào vụ sản xuất chính có hàng trăm xe chở hàng mỗi ngày từ các nơi tới và được họp thành chợ Sau đó sắn được thu mua và chuyển về tại mỗi hộ sản xuất  Rửa và cạo vỏ: Trước đây, công. .. Latinh và 60% ở các nước châu Á Tinh bột sắn được các nước trên thế giới sản xuất để tiêu thụ và xuất khẩu Quy trình công nghệ chế biến tinh bột sắn tại Thái Lan và Trung Quốc ở qui mô công nghiệp (hình 1.4 và hình 1.5) gồm nhiều công đoạn được thực hiện bằng các công nghệ và thiết bị hiện đại do đó tăng năng suất thu hồi tinh bột, định mức tiêu hao nguyên nhiên liệu thấp đồng thời giảm thời gian sản xuất. .. photphat sẽ cạn kiệt [3] Như vậy, việc thu hồi và tái sử dụng chất dinh dưỡng vừa đáp ứng được mục tiêu bảo vệ môi trường, tiết kiệm năng lượng và hóa chất đồng thời cũng góp phần tiết kiệm tài nguyên 26 Luận văn tốt nghiệp Trần Bá Thạch Bảng 1.6 Một số quy trình tận thu P từ nƣớc thải và bùn thải Công nghệ Đặc điểm Quy trình Dạng P thu hồi Thu hồi P từ bùn thải Xử lý hóa lý, thủy Bùn ly tâm ở 1500C, thêm... Đường An Cư 760 1.500 300 Nguồn: [2] Bảng 1.4 Khối lƣợng bã thải từ sản xuất tinh bột tại làng nghề Dƣơng Liễu Chỉ tiêu Sắn Dong giềng 1.Định mức thải (tấn chất thải rắn/tấn nguyên liệu) 2.Khối lượng bã (tấn/năm) 0,45 0,6 84.240 21.528 Nguồn: [2] Tại làng nghề, khối lượng bã thải rắn là rất lớn, bã thải có độ ẩm rất cao chiếm tới 50% nguyên liệu, chứa chủ yếu là xơ, khoảng 10%, và 4-5 % tinh bột Với sản . ĐÁNH GIÁ NGUỒN THẢI GIÀU PHOTPHO VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, THU HỒI TẠI LÀNG NGHỀ DƢƠNG LIỄU – HOÀI ĐỨC – HÀ NỘI LUÂ ̣ N VĂN THA ̣ C SI ̃ KHOA HO ̣ C H Ni - 2012. TƢ ̣ NHIÊN Trần Bá Thạch ĐÁNH GIÁ NGUỒN THẢI GIÀU PHOTPHO VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, THU HỒI TẠI LÀNG NGHỀ DƢƠNG LIỄU – HOÀI ĐỨC – HÀ NỘI Chuyên ngnh: Khoa học môi trƣờng. chất thải lỏng mà chủ yếu là nước thải. Xuất phát từ thực tiễn trên, trong Luận văn này đã thực hiện đề tài Đánh giá nguồn thải giàu photpho và đề xuất công nghệ xử lý, thu hồi tại làng nghề