đánh giá tác động tới môi trường dự án xây dựng khu công nghiệp Phố Nối B

trình bày đánh giá tác động tới môi trường dự án xây dựng khu công nghiệp Phố Nối B

Mở đầu

Hiện nay, tại Việt Nam, môi trường làng nghề đang bị ô nhiễm nghiêm trọng Trong đó nước thải từ các làng nghề được chú ý hơn cả Hầu hết nước thải của làng nghề đều chưa được xử lý đã xả thẳng ra môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng tới môi trường đất, nước, không khí, đã ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống của con người và các sinh vật sống xung quanh Đặc biệt đối với làng nghề chế biến nông sản thực phẩm, nước sử dụng trong hầu hết các quá trình chế biến nên thải ra môi trường lượng nước lớn Theo số liệu khảo sát cho thấy hàm lượng trung bình các chất ô nhiễm cơ bản trong nước thải rất cao: COD từ 976-3868mg/l, vượt từ 9,7 - 87 lần; BOD từ 642 - 2003mg/l, vượt TCCP 12,8 – 140 lần; các hợp chất Nitơ từ 20,9-1002mg/l, vượt TCCP 16,7 lần, pH thấp [4] Như vậy giá trị COD, BOD, SS và tổng nitơ đều cao chứng tỏ nitơ có nhiều trong nước thải chế biến nông sản vì nitơ tồn tại trong nước ở dạng nitơ hữu cơ và vô cơ Các hợp chất nitơ có trong nước thải là thành phần quan trọng gây hiện tượng phú dưỡng ở các ao, hồ, sông ngòi, ảnh hưởng đến nước mặt và nước ngầm Bởi vì các hợp chất nitơ có trong nước là chất dinh dưỡng để sinh vật xây dựng tế bào, nguồn thức ăn cho các loài tảo hoặc thực vật thuỷ sinh khác Vì vậy để hạn chế tình trạng ô nhiễm tại các làng nghề chế biến nông sản nhất là các hợp chất nitơ thì phương pháp sinh học áp dụng để xử lý loại nước này là hợp lý hơn so với các phương pháp khác Xuất phát từ những lý do trên, với mục đích nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp xử lý sinh học để xử lý các hợp chất nitơ trong nước thải chế biến tinh bột sắn Vì vậy chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu loại bỏ các hợp chất Nitơ trong nước thải chế biến tinh bột sắn bằng phương pháp sinh học ở làng nghề Dương Liễu - Hoài Đức - Hà Nội“

Hy vọng sẽ giải quyết được tình trạng ô nhiễm môi trường tại địa phương

đặc biệt là ô nhiễm các hợp chất nitơ, đóng góp cho sự phát triển bền vững nông thôn nói chung và các làng nghề nói riêng trong công cuộc CNH- HĐH đất nước

CHƯơNG 1 Tổng quan tμi liệu 1.1 Làng nghề Dương Liễu

1.1.1 Điều kiện tự nhiên

* Vị trí địa lý khu vực

Làng nghề Dương Liễu nằm trên dải đê sông Đáy cách thành phố Hà Nội

25 km về phía Tây Bắc, thuộc địa phận huyện Hoài Đức Ranh giới cụ thể của xã như sau:

- Phía Đông giáp xã Đức Thượng

- Phía Tây giáp sông Đáy

- Phía Nam giáp với xã Cát Quế

- Phía Bắc giáp xã Minh Khai

* Lao động và việc làm

Tính đến hết tháng 6 năm 2006 toàn xã có 25 công ty TNHH và công ty cổ

phần trong đó có 18 công ty tham gia vào quá trình sản xuất và chế biến nông

sản, hơn 300 hộ gia đình sản xuất với quy mô vừa và nhỏ [1] Giải quyết công

ăn việc làm cho nhân dân và thu hút đáng kể lao động từ các địa phương khác tới

tham gia Toàn xã hiện có khoảng 6.500 lao động, trong đó 3.000 lao động là nữ,

riêng lao động bên ngoài đến làm thuê khoảng 300 - 500 lao động Bình quân

1.1.3 Hoạt động sản xuất và chế biến tinh bột sắn

1.1.3.1 Tình hình chế biến tinh bột sắn trong nước

Sắn là một loại cây có củ quan trọng được trồng rộng rãi ở nhiều vùng

nhiệt đới trên thế giới, ở nước ta cây sắn đóng vai trò quan trọng trong đời sống

kinh tế xã hội và là loại lương thực đứng thứ 2 sau gạo Cây sắn được trồng ở

nhiều nơi và trên nhiều loại đất khác nhau nhưng phổ biến ở vùng trung du, miền

núi, thường tập trung chủ yếu ở 3 vùng: miền nam tập trung ở Tây Ninh, Bình

Phước, Đồng Nai và Bình Thuận; miền Trung tập trung ở Đắc Lắc, Gia Lai,

Quảng Ngãi, Quảng Nam; miền Bắc tập trung ở Hà tây, Phú Thọ Tính đến năm

2006 sản lượng sắn củ cả nước 7.714.000 tấn với tổng diện tích đất trồng sắn ở

nước ta là 474.800 ha [14] Cây sắn có khả năng chịu hạn tốt, cách thức trồng

đơn giản, thích hợp với nhiều loại khí hậu và có năng suất cao hơn các loại cây

trồng khác và đạt ổn định trên nhiều loại đất Bột sắn được sử dụng với nhiều

mục đích khác nhau, hiện nay bột sắn không chỉ dùng làm nguồn lương thực

truyền thống mà còn được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp như:

ngành dệt, thực phẩm, thức ăn gia súc, dược phẩm ở các nước công nghiệp phát triển, bột sắn được dùng để chế biến thành các loại thức ăn khô cho người rất tiện ích Thành phần hoá học của củ sắn được thể hiện trong bảng sau:

có sự phát triển nhanh chóng Từ cây lương thực “chống đói” cây sắn Việt Nam

đã có khối lượng xuất khẩu cao trên thế giới [12], và trở thành cây “xoá đói giảm nghèo” của bà con nông dân Năm 2006, cả nước đã có tới 52 nhà máy chế biến tinh bột sắn quy mô lớn, với tổng công suất chế biến công nghiệp là 3.500 tấn tinh bột sắn/ ngày tương đương 14.000 tấn củ, chưa tính đến các cơ sở tư nhân quy mô nhỏ và các làng nghề truyền thống [40] Các nhà máy hiện có nay cũng chỉ đủ năng lực để chế biến khoảng 40% sản lượng sắn củ hiện tại Theo dự kiến, diện tích trồng sắn trên cả nước sẽ còn tăng lên đáng kể trong những năm tới Với tình hình như vậy ngành chế biến tinh bột sắn sẽ còn phát triển mạnh và số nhà máy sẽ còn tăng trong tương lai Dựa trên đặc điểm và nhu cầu tiêu thụ tinh bột sắn tại địa phương, làng nghề Dương Liễu đã chế biến tinh bột sắn theo quy mô hộ gia đình để phục vụ một số ngành khác có nhu cầu tại địa phương và các vùng phụ cận

1.1.3.2 Quy trình sản xuất và chế biến tinh bột sắn (CBTBS) [3]

1 Rửa, cạo vỏ

Sắn nguyên liệu được đưa qua công đoạn rửa cạo vỏ bằng máy li tâm Mục đích của khâu rửa cạo vỏ là loại bỏ tạp chất bám bẩn vào nguyên liệu và loại bỏ 1 phần độc tố có trong sắn (HCN) Lượng nước dùng trong khâu cạo vỏ khoảng 2- 3 m3/tấn củ sắn

2 Xay nghiền

Quá trình này không dùng nước, sau khi được rửa cạo vỏ nguyên liệu củ

được đưa vào nghiền đến độ mịn thích hợp để phá vỡ cấu trúc của hạt tinh bột

Đối với sắn nguyên liệu trước khi đem nghiền cần phải ngâm trong nước 15 - 20 phút để tách bớt độc tố (chứa CN-) có trong củ sắn Sau đó đưa qua công đoạn lọc tách bã

Lắng lần 1: Tách bột đen (có lẫn các tạp chất khác nhau) và bột tươi riêng

ra Nước thải có chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, do sự phân huỷ của vi sinh vật nên nước có mùi chua

Lắng lần 2: tinh bột thu được qua lắng lần 2 là bột loại 2 Thời gian lắng của tinh bột sắn từ 10 - 12 giờ Sau khi tách bột đen, tinh bột thô được rửa sạch lần 2, dùng máy khuấy cánh quạt đánh tơi và hoà tan bột trong nước, để lắng, gạn nước để tách riêng bột làm khô bằng tro xỉ sạch Sản phẩm bột thu được dưới dạng bột ẩm 50%

Nước thải (2) Nước cấp

Hình 1 Quy trình sản xuất tinh bột sắn 1.1.3.3 Hiện trạng môi trường trong sản xuất tinh bột sắn

Môi trường nước

Lượng nước thải sinh ra trong quá trình chế biến tinh bột là rất lớn, trung bình 10 -20 m3/tấn sản phẩm, nước sử dụng trong toàn bộ quá trình sản xuất không được tuần hoàn, tái sử dụng, tất cả các loại nước thải đều thải thẳng ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng, lượng nước xả thải tương đương với lượng nước sử dụng cho sản xuất Những dòng nước thải này chảy ra các con kênh, mương, sông, gần đó làm cho các khu vực này trở nên ô nhiễm nghiêm trọng

Nước 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 chiếm một lượng nhỏ

khoảng 2m3 nước thải/ tấn sắn củ, chủ yếu chứa các chất có thể sa lắng nhanh (vỏ sắn, đất cát )

Nước thải loại (2): Là nước thải ra trong quá trình lọc sắn, chiếm một lượng lớn khoảng 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

Hai loại nước thải trên thường xả thải trực tiếp ra hệ thống thoát nước

chung, gây ô nhiễm nghiêm trọng tới thuỷ vực Tính axit của nước thải có thể huỷ diệt các sinh vật dưới nước và môi trường sống của chúng, ngăn cản quá trình tự làm sạch của thuỷ vực Chất rắn lơ lửng có trong nước thải sau khi đi vào

thuỷ vực, có thể lắng ở đáy thuỷ vực và huỷ hoại vùng sinh sản của các loài cá

sinh sống trong đó Các chất hữu cơ phân huỷ đã làm giảm hàm lượng oxy hoà

tan trong thuỷ vực, gây mùi hôi thối và hậu quả là thuỷ vực ở đó không thể phù

hợp cho bất kỳ mục đích sử dụng nào

Bảng 3 Thành phần ô nhiễm đặc trưng của nước thải tinh bột sắn [3]

Môi trường không khí

Do đặc thù của làng nghề chế biến tinh bột sắn là tất cả các công đoạn chế

biến và vận hành đều là quá trình ”ướt” Do vậy các vấn đề môi trường chủ yếu

liên quan đến môi trường nước Ô nhiễm không khí chủ yếu là mùi hôi do sự phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ dạng rắn và trong nước thải sinh ra: H2S,

NH3 [4] Chúng tạo ra các mùi chua, nồng bốc ra từ nước thải, bã thải ở các hộ

sản xuất, từ cống rãnh lộ thiên trong làng Ngoài ra do hoạt động vận chuyển nguyên nhiên liệu nên cũng gây ra ô nhiễm bụi tại làng nghề

Ô nhiễm chất thải rắn

Chất thải rắn từ sản xuất tinh bột bao gồm vỏ và bã, có lẫn cả tạp cát sạn Bã sắn chứa chủ yếu là xơ (xenlulo) và một luợng tinh bột Vỏ lụa của sắn chứa chủ yếu là pectin, tinh bột và sơ Trung bình 1 tấn sắn là 0,4 tấn bã; 0,05 tấn vỏ

và đất cát Hiện nay bã thải sắn được tận thu làm thức ăn cho các và nuôi lợn Một phần bị trôi theo nước thải xuống cống rãnh gây tắc nghẽn, khi phân huỷ gây mùi hôi thối Nguồn thải này góp phần chính làm ô nhiễm môi trường đất và trực tiếp gây ô nhiễm môi trường không khí cũng như ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt, nước ngầm

1.2 Hợp chất nitơ trong tự nhiên và các vấn đề môi trường

1.2.1 Chu trình nitơ và các phản ứng chuyển hoá sinh hoá - hoá học

1.2.1.1 Chu trình nitơ

Nitơ là nguyên tố chiếm gần 80% thể tích khí quyển Nitơ tham gia vào thành phần cấu trúc của protein cho nên đóng vai trò quan trọng như một yếu tố giới hạn đối với nhiều quá trình sinh hoá diễn ra trong cơ thể, đặc biệt trong thời

Cố định đạm trước hết đòi hỏi sự hoạt hoá phân tử nitơ để tách nó ra thành

2 nguyên tử ( N22N) trong cố định nitơ sinh học thì đòi hỏi năng lượng với giá trị 160 Cal/mol Khi kết hợp nitơ tự do với hyđro thành amoniac (NNH3) phản ứng giải phóng 13 Cal/mol, năng lượng đưa vào quá trình cố định đạm là 147 Cal/mol Loại trừ đối với quá trình quang hợp, tất cả các sinh vật cố định nitơ

đều cần năng lượng

Quá trình amon hoá hay khoáng hoá

Sau khi kết hợp chất nitơ vô cơ (NO3-) thành dạng hữu cơ (thường là nhóm amin- NH2) thông qua sự tổng hợp protein và axit nucleic thì phần lớn chúng lại quay về quá trình như các chất thải của quá trình trao đổi chất (urê, axit uric ) hoặc chất sống (protoplasma) trong cơ thể chết Rất nhiều vi khuẩn dị dưỡng, actinomyces và nấm trong đất, trong nước lại sử dụng các chất hữu cơ giàu đạm, cuối cùng giải phóng ra môi trường các dạng vô cơ (NO2-, NO3– và NH3)

Quá trình nitrat hoá

Quá trình biến đổi của NH3, nitrit thành NO2-, NO3 -, được gọi là quá trình nitrat hoá Quá trình nitrat hoá phụ thuộc vào pH của môi trường, trải qua 2 bước:

- Biến đổi amoniac thành nitrit (NH4+ NO2-)

- Biến đổi nitrit thành nitrat (NO2- NO3 )

Những đại diện của Nitrosomonas có thể biến đổi amoniac thành nitrit một chất độc thậm chí với hàm lượng nhỏ Những sinh vật khác như Nitrobacter lại dinh dưỡng bằng nitrit, tiếp tục biến đổi nó thành nitrat

có thể trở lại nguồn dự trữ ở khí quyển Dù ở dạng oxit nào hay nitơ phân tử có

được tạo thành hay không đều tuỳ thuộc vào pH của môi trường Sự tăng tiến của nitơ oxit ( NO) xuất hiện ở pH < 7 Nếu ở pH >7,3 thì dinitơ oxyt (N2O) có xu hướng bị tái hấp thụ và tiếp theo bị khử trong quá trình phản ứng nitrat trở thành nitơ phân tử

1.2.1.2 Các phản ứng chuyển hoá sinh hoá - hoá học

* Các phản ứng trong thuỷ quyển và sinh quyển:

Nitrobacter

Khử nitrat

RCHO + N2 + H2O

R2 – NH R2N

1.2.2 Ô nhiễm các hợp chất nitơ

Nitơ tồn tại ở các dạng chủ yếu sau: Nitơ hữu cơ (N-HC), nitơ amoni (N-

NH4+/N-NH3), nitơ nitrit (N-NO2), nitơ nitrat (N-NO3-) và N2 tự do Nitơ là nguyên tố chính xây dựng tế bào tổng hợp protein nên số liệu về chỉ tiêu nitơ là rất cần thiết để xác định khả năng có thể xử lý một loại nước thải nào đó có thể

xử lý bằng phương pháp sinh học được hay không [9] Chỉ tiêu hàm lượng nitơ trong nước được xem như là chất chỉ thị tình trạng ô nhiễm của nước vì amoni (hay NH3) là sản phẩm phân huỷ các chất chứa protein, trong điều kiện hiếu khí xảy theo sơ đồ sau:

R2N - NO (đialkylnitrosamin)

R2N - NO2 (đialkylnitramiđ)

NOx +O, O2

-Hình 3 Quá trình phân giải Protein trong điều kiện hiếu khí

2) và nitrat (NO3-) là những chất có tính độc hại đối với con người Nitrit là chất rất độc vì nó có thể chuyển hoá thành các nitrosamin, những chất này có khả năng gây ung thư cho con người [12] Nitơ tồn tại trong hệ thuỷ sinh

ở nhiều dạng hợp chất vô cơ và hữu cơ, các dạng nitơ vô cơ cơ bản tồn tại với tỉ

lệ khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện của môi trường nước Nitrat là muối nitơ vô cơ trong môi trường nước được sục khí đầy đủ và liên tục, nitrit tồn tại trong điều kiện đặc biệt, còn amoniac (NH3) và ion NH4+ tồn tại trong điều kiện kị khí Amoniac hoà tan trong nước tạo thành dạng hyđrôxit amoni (NH4OH) và sẽ phân

ly thành ion NH4+ và OH- Quá trình oxi hoá có thể chuyển tất cả các dạng nitơ vô cơ thành ion nitrat, còn quá trình khử sẽ chuyển hoá chúng thành dạng ion amoni Nitơ không những chỉ có thể gây ra các vấn đề phú dưỡng mà khi chỉ tiêu

N - NO3- trong nước cấp sinh hoạt vượt quá 45 mg/l gây ra mối đe doạ nghiêm trọng đối với sức khỏe con người

Trong đường ruột trẻ nhỏ thường tìm thấy loại vi khuẩn có thể chuyển hoá nitrat thành nitrit Nitrit có ái lực với hồng cầu trong máu mạnh hơn oxy, khi nó thay thế oxy sẽ tạo thành methermoglobin, hợp chất này không thể nhận oxy và gây ra bệnh xanh xao ở trẻ nhỏ (methermoglobinemia), thậm chí có thể gây tử vong Tại Transylvania ở Rumani từ 1990 -1994 trung bình cứ 100.000 trẻ em sơ sinh thì có tới 24 đến 363 ca nhiễm độc Sự nguy hiểm của NO3- đã đặt người

Mỹ quy định trong Đạo luật về An toàn Nguồn nước Sinh hoạt của Mỹ Safe Drinking Water Act) hàm lượng nitơ-nitrat tối đa là 10 mg/l

(SDWA-Bằng chứng dịch tễ học về độ độc của nitrit và nitrat là chưa đầy đủ, tuy nhiên có thể khẳng định rằng nó độc với trẻ em vì nguy cơ gây bệnh mất sắc tố máu methaemoglobinaemia, nhất là trẻ dưới 3 tháng tuổi [9] Tổ chức sức khoẻ thế giới đề nghị mức 50 mg/l cho tổng nitrit và nitrat, trong đó nitrit không được lớn hơn 3mg/l Các tiêu chuẩn về nước cấp ở Việt Nam cũng như thế giới đều 1,5 mg/l [11], riêng tiêu chuẩn Châu Âu có yêu cầu rất nghiêm ngặt là 0,5 mg/l

Bên cạnh đó amoni là nguồn dinh dưỡng cho các sinh vật nước, tảo sinh trưởng và phát triển Sự phát triển này làm ô nhiễm nước thứ cấp trong quá trình lưu trữ, đồng thời sinh ra các chất độc nitrit và nitrat

1.2.3.1 Phương pháp clo hóa tới điểm đột biến [5]

Điểm đột biến là điểm mà ở đó xảy ra sự chuyển đổi giữa sự biến mất và xuất hiện trở lại của clo dư Phương pháp Clo hoá đến điểm đột biến là phương pháp clo hoá với nồng độ cao hơn nồng độ tương ứng với điểm đột biến trên

đường cong hấp phụ Clo trong nước Clo gần như là hoá chất duy nhất có khả năng ôxy hoá amoni/amoniac ở nhiệt độ phòng thành N2 Khi hòa tan Clo trong nước, tùy theo pH của nước mà Clo có thể nằm ở dạng HClO hay ClO- do có

phản ứng theo phương trình:

Cl2 + H2O = HCl + HClO ( pH <7) = H+ + ClO- (pH > 8) (1.1) Khi trong nước có NH4+ sẽ xảy ra các phản ứng sau:

HClO + NH3 = H2O + NH2Cl (Monocloramin) (1.2) HClO + NH2Cl = H2O + NHCl2 (Dicloramin) (1.3)

HClO + NHCl2 = H2O + NCl3 (Tricloramin) (1.4)

Nếu có clo dư sẽ xảy ra phản ứng phân huỷ các cloramin

Hình 4 Đường cong clo hoá tới điểm đột biến đối với nước có amoni [5]

Theo lý thuyết để xử lý NH4+ phải dùng tỷ lệ Cl : N = 7,6 : 1 song trên thực tế phải dùng tỷ lệ 8 : 1 hoặc hơn để oxy hóa hết NH3 Do xảy ra các phản ứng đã nêu, quá trình clo hoá thực tế diễn ra theo một đường cong có dạng đặc biệt, có "điểm đột biến" như hình 2 Những nghiên cứu trước đây cho thấy, tốc

độ phản ứng của clo với chất hữu cơ bằng nửa so với phản ứng với amoni Khi amoni phản ứng gần hết, clo sẽ phản ứng với các chất hữu cơ có trong nước để hình thành nhiều chất cơ clo có mùi đặc trưng khó chịu, trong đó, khoảng 15% là các hợp chất nhóm Trihalometan - THM và axit axetic halogen (HAA) hoá đều

là các chất có khả năng gây ung thư và bị hạn chế nồng độ nghiêm ngặt

1.2.3.2 Phương pháp thổi khí ở pH cao

Amoni ở trong nước tồn tại dưới dạng cân bằng:

NH4+ <=> NH3(khí hoà tan) + H+ với pKa = 9,5 (1.6)

Như vậy, ở pH gần 7 chỉ có một lượng rất nhỏ lệ [NH3] so với [NH4+] Nếu

ta nâng pH tới 9,5 tỷ lệ [NH3]/[NH4+] = 1, và càng tăng pH cân bằng càng chuyển về phía tạo thành NH3 Khi đó nếu áp dụng các kỹ thuật sục hoặc thổi khí thì NH3 sẽ bay hơi theo định luật Henry, làm chuyển cân bằng về phía phải:

NH 4 + + OH - ↔ NH 3↑ + H 2 O (1.7)

Trong thực tế pH phải nâng lên xấp xỉ 11, lượng khí cần để đuổi NH3 ở mức 1600 m3 không khí/1m3 nước và quá trình rất phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Phương pháp này áp dụng được cho nước thải, tuy nhiên khó có thể xử lý triệt để N-amoni và cũng không có khả năng xử lý nitơ trong các hợp chất hữu cơ

Ngoài ra, một số phương pháp hoá học khác theo lý thuyết cũng có thể xử

lý được N-amoni trong nước như: phương pháp trao đổi ion, phương pháp ozon hoá với xúc tác Bromua [11] Tuy nhiên, chi phí xử lý của các phương pháp này quá cao, cũng như hiệu quả xử lý phụ thuộc nhiều vào thành phần của nước nên không phù hợp trong xử lý nước thải

1.2.3.3 Phương pháp sinh học [5]

Hiện nay phương pháp sinh học thường được sử dụng cho hầu hết các hệ

xử lý nước thải nói chung Những tính năng ưu việt mà phương pháp này mang lại: hiệu suất xử lý đạt rất cao có thể là 90 - 99%, ít sử dụng hoá chất, chi phí năng lượng cho một đơn vị thể tích xử lý thấp so với các phương pháp khác nên

có tính kinh tế rất cao Tính quan trọng của phương pháp sinh học xuất phát từ những tính năng của nó như xử lý dễ dàng các sản phẩm trong nước, không gây

ô nhiễm thứ cấp đồng thời cho ra sản phẩm nước với một chất lượng bảo đảm sạch về mặt hóa chất độc hại và ổn định về hoạt tính sinh học, hạn chế cả về mùi,

vị và tính ăn mòn [5, 8, 11] Trong phương pháp này, amoni sẽ bị chuyển hoá thành nitrat rồi N2 nhờ hoạt tính của vi sinh vật trong tự nhiên Trong quá trình

xử lý vi sinh vật sẽ được tạo các điều kiện về dinh dưỡng cũng như các yếu tố khác để có thể đạt được hoạt tính cao nhất ở phương pháp sinh học có thể thực

hiện bao gồm hai quá trình nối tiếp là nitrat hoá và khử nitrat hoá như sau:

Quá trình nitrat hoá

Quá trình chuyển hóa về mặt hóa học được viết như sau:

NH4+ + 1,5O2  NO2- + 2H+ + H2O (1.13)

NO2- + 0,5O2  NO3- (1.14) Phương trình tổng: NH4+ + 2O2  NO3- + 2H+ + H2O (1.15)

Như vậy, 1 mol NH4+ tiêu thụ 2 mol O2 hay 1 g N-NH4+ tiêu thụ 4,57 g O2,

1 mol NH4+ tạo thành 1 mol NO3-, 1 mol NH4+ tạo thành 2 mol H+ Lượng H+ tạo

ra phản ứng với độ kiềm HCO3-, như vậy 1g N-NH4+ tiêu thụ 7,14 g độ kiềm (quy về CaCO3) Các phương trình (1.15 và 1.16) không tính đến quá trình sinh tổng hợp Nếu tính cả các quá trình tổng hợp sinh khối (vi khuẩn), theo Gujer và Jenkins [8] ta có: 1,02 NH4+ + 1,89 O2 + 2,02 HCO3-

 0,02C5H7O2N + 1,00NO3- + 1,92H2CO3 + 1,06H2O (1.16)

Như vậy, 1 gam N-NH4+ tiêu thụ 4,3 g O2, 1 gam N-NH4+ tiêu thụ 7,2 g độ kiềm (quy về CaCO3)

Quá trình khử nitrat hoá

Quá trình khử nitrat sử dụng ôxy từ nitrat nên gọi là anoxic (thiếu khí)

Các vi khuẩn ở đây là dị dưỡng nghĩa là cần nguồn cacbon hữu cơ để tạo nên sinh khối mới

Quá trình khử nitrat hoá là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp sau:

NO3-  NO2-  NO (k)  N2O (k)  N2 (k)

Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất - chất cho điện tử, chúng có thể là chất hữu cơ (phổ biến nhất là methanol), H2 và S Khi có mặt đồng thời NO3- và các chất cho điện tử, chất cho điện tử bị oxy hoá, đồng thời NO3- nhận điện và bị khử về N2

Các nhà khoa học đã phân lập được ít nhất 14 loại vi khuẩn tham gia vào

quá trình khử nitrat Chúng là Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas,

Paracocus, Spirilum và Thiobacilus, v.v Phần lớn các vi khuẩn loại này là dị

dưỡng nghĩa là chúng dùng cacbon hữu cơ mà chúng sẽ ôxy hoá để tổng hợp tế bào mới [9,10]

Chỉ có Thiobacilus là sử dụng nguồn điện tử từ S nguyên tố để tạo năng

lượng và nguồn cacbon vô cơ (từ CO2 và HCO3-) để tổng hợp tế bào mới

Nếu sử dụng nguồn cacbon là methanol hoặc methan thì vi khuẩn

Methylotrophic sẽ chuyển hoá các cơ chất tan tốt như xitrat và isoxitrat để vi

khuẩn hấp thụ và sử dụng như nguồn điện tử e-

Các phương trình tỉ lượng của quá trình khử nitrat hoá phụ thuộc vào bản chất nguồn cacbon sử dụng như sau:

N 2 N 2 O

red

NO red

Ghi chú: C10 H19O3N - công thức trung bình của nước thải sinh hoạt

Nhóm OH- sẽ phản ứng với CO2 tạo độ kiềm bicacbonat:

Cứ 1 mg/l NO3- bị khử thì sinh ra 3,57 mg/l độ kiềm Nếu trong hệ có NH3thì lượng kiềm sinh ra sẽ ít hơn

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hoá

Hình 6 ảnh hưởng của pH tới vi khuẩn nitrat hoá [7]

- ảnh hưởng của pH và nhiệt độ tới quá trình nitrat hoá

Thực nghiệm cho thấy khoảng pH tối ưu khá rộng và dao động xung quanh giá trị pH = 8 (6 - 10) [11] Khi thí nghiệm xác định pH tối ưu cần lưu ý khả năng thích nghi của vi khuẩn, vậy các phép đo phải được thực hiện ngay khi đưa vào môi trường pH mới Để hiểu rõ hơn nghiên cứu của Grady và Lim [12]sẽ chứng minh cho chúng ta thấy ở hình 6 Nghiên cứu này đã chứng minh cho thấy

vi khuẩn nitrat hoá rất nhạy cảm với pH, đối với Nitrosomonas có dải pH tối thích từ 7,0 đến 8,0 Và đối với Nitrobacter là từ 7,5 đến 8,0 Nhưng bên cạnh

đó nghiên cứu của Skadsen và cộng sự (1996) lại cho thấy một số loài có thể thích hợp ở mức pH > 9 [10] Tuy nhiên, Odell và cộng sự (1996) lại cho rằng còn rất nhiều những yếu tố khác làm ảnh hưởng tới sự tồn tại và phát triển của vi khuẩn nitrat và nghiên cứu của ông lại chỉ ra rằng pH thích hợp cho vi khuẩn này

là từ 6,6 đến 9,7 [11]

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả quá trình nitrat hoá bằng vi sinh Thực nghiệm cho thấy nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng 15 - 27oC [12], nhưng có tác giả lại cho biết vùng nhiệt độ có thể nghiên cứu được lại nằm trong khoảng rất rộng từ 4-50OC [12] Nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm giảm hoạt tính của

vi sinh, gây ức chế hoạt động và có khi gây chết vi sinh vật Tuy nhiên, do điều kiện về quy mô xử lý cho nên trong quá trình vận hành không thể điều chỉnh nhiệt độ của nước đầu vào, thực tế nguồn nước tại phòng thí nghiệm khá ổn định

và nằm trong giới hạn thuận lợi cho hoạt động của toàn bộ hệ thống

- ảnh hưởng của các chất độc tới sự phát triển của vi khuẩn nitrat hoá

So với các vi khuẩn dị dưỡng, các vi khuẩn tự dưỡng nitrat hoá nhạy cảm với nhiều kim loại nặng và hóa chất Số liệu về độc tính của một số chất cho ở Phụ lục 5

- ảnh hưởng của nồng độ NH4+ tới sự phát triển của vi khuẩn nitrat- Nitrobacter

Turk và Mavinic, D.S (1986) đã chỉ ra rằng các quá trình ôxi hoá nitrit bị

ức chế khi nồng độ NH3 đạt 0,1 - 1mg/l và ở nồng độ NH3 từ 5 -20 mg/l, quá trình oxi hóa NH4+ cũng bị ức chế Tuy nhiên, Ford et al (1980) lại cho số liệu

về nồng độ gây ức chế quá trình ôxi hóa nitrit cao hơn nhiều (10 - 150 mg NH3 /l)

Sự có mặt của NO2- và pH thấp sinh ra HNO2 không phân li, đây là tác nhân gây ức chế quá trình ôxy hoá nitrit

Alleman (1985) [11] cho thấy khi nồng độ nitrit cao tới 27 mg/l thì

Nitrobacter bị ức chế mạnh hơn Nitrosomonas Alleman cũng cho rằng nhiệt độ

thấp, ôxy hoà tan (DO) thiếu và CO2 cao, sự có mặt của NH3 tự do và dư lượng

bùn làm giảm tốc độ phát triển của Nitrobacter và kéo theo sự giảm oxi hóa

nitrit Ngoài ra, sốc amoni và sự khử nitrat có thể gây ra sự tích luỹ chất độc

NO2- Đó là do Nitrosomonas ít nhạy cảm hơn đối với sốc NH3 và nhanh thích

nghi hơn Nitrobacter dẫn tới sự tích luỹ nitrit trong hệ

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat hoá

Điều kiện phát triển vi khuẩn khử nitrat hóa: pH 7 - 8; nhiệt độ từ 5 - 25 oC [9], cơ chất là chất tan, càng dễ được vi sinh hấp thụ càng tốt Mặc dù methanol

là cơ chất phổ biến nhất, nhưng nó chưa phải là chất tốt nhất về mặt nhiệt động học Monteith (1980) đã ghi nhận là trong số 30 loại nước thải công nghiệp có

22 loại (thải bia và rượu) dùng trong khử nitrat hóa tốt hơn methanol [12] Vi

khuẩn khử nitrat hóa có sức chịu độc hơn vi khuẩn tự dưỡng Tuy nhiên, vẫn cần lưu ý các trường hợp sau:

DO ức chế men khử nitrit (mạnh hơn so với tác động lên men khử nitrat) Nếu có DO, nitrit sẽ tích luỹ Nếu DO = 5% mức bão hoà, tốc độ tạo khí NOxgiảm, nếu đạt 13% thì men khử nitrit không hoạt động, nếu hơn 13 % thì men khử nitrat cũng bị ức chế

1 Bản thân nitrit cũng là chất độc Nếu N-NO2- ≥ 14 mg/l ở pH =7 thì quá

trình chuyển hóa chất hữu cơ bởi Pseudomonas Aeruginosa sẽ chậm lại, ở nồng

độ 350 mg/l quá trình bị ức chế hoàn toàn (kể cả quá trình oxic dùng chất nhận

ô nhiễm môi trường nói chung bởi những tính năng ưu việt mà phương pháp này mang lại

Một số quy trình cơ bản ứng dụng xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học

(b)

(c)

Hình 7 Một số quy trình công nghệ xử lý nitơ trong nước thải

Công nghệ xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học đã nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế từ những năm 1960 Mặc dù, có rất nhiều quy trình công nghệ xử lý nitơ bằng phương pháp sinh học khác nhau, nhưng chúng đều giống nhau ở nguyên lý là thực hiện các quá trình nitrat hoá và khử nitrat hoá Tuy nhiên lại khác nhau ở cách sắp xếp trình tự các quá trình trong hệ thống xử lý và nguồn cacbon sử dụng Các kỹ thuật áp dụng ở đây có thể là các

Bể thiếu khí

Bể hiếu khí

Bể lắng

khí

Bể yếm khí

Bể hiếu khí

Bể lắng Nước đ∙ xử lý

Bùn hồi lưu

Nước hồi lưu

Bùn thải

(Nitrat hoá) (Khử nitrat hoá)

Bể thiếu khí

Bể hiếu khí

Tái sục khí

Bổ sung cơ chất

Bể lắng

Bùn thải Bùn hồi lưu

(a)

quá trình sinh trưởng lơ lửng, sinh trưởng bám dính hay sinh trưởng lơ lửng - kết hợp bám dính

Quy trình (a) hình 7 cho hiệu suất xử lý nitơ cao (70 - 90%) vì toàn bộ nitrat sinh ra trong bể hiếu khí sẽ được đưa qua quá trình khử nitrat Trong quy trình này, quá trình tái sục khí tiếp theo quá trình khử nitrat là cần thiết nhằm xử

lý thành phần hữu cơ dư sau khử nitrat [6] Quy trình công nghệ này có nhược

điểm là phức tạp, cần phải bổ sung cơ chất hữu cơ cho quá trình khử nitrat

Quy trình (b) là quy trình có thể tận dụng ngay nguồn chất hữu cơ sẵn có trong nước thải mà không cần bổ sung thêm từ bên ngoài Quy trình này đơn giản, chi phí đầu tư thấp nhưng nhược điểm là hiệu suất khử nitrat phụ thuộc vào

tỷ lệ dòng hồi lưu nước sau bể nitrat hoá Hiệu suất xử lý nitơ đạt 60 - 70%, tỷ lệ hồi lưu so với dòng vào là từ 1- 4 lần [18]

Quy trình (c) là quy trình được ứng dụng để xử lý đồng thời N, P trong nước thải Hiệu suất xử lý tương tự như quy trình (b)

CHương 2 Đối tượng vμ phương pháp

nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu ở đây là nước thải chế biến tinh bột sắn ở làng nghề

Dương Liễu - Hoài Đức - Hà Nội và phương pháp sinh học để loại bỏ các hợp chất nitơ

Lý do chọn đối tượng nghiên cứu vì:

- Nước thải là thành phần ô nhiễm chính của làng nghề

- Phương pháp sinh học vận hành đơn giản, hiệu quả kinh tế cao, không tốn hoá chất, không gây độc hại

- Làng nghề chế biến tinh bột chủ yếu là từ sắn Loại hình chế biến này

đại diện cho mô hình làng nghề chế biến nông sản ở nông thôn gây ô nhiễm môi trường nông thôn

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp thu thập số liệu

Thu thập các thông tin, tài liệu từ các phương tiện thông tin, các loại sách tham khảo, các số liệu thống kê của các nhóm nghiên cứu trước hoặc ở địa phương và các cơ quan ban ngành.gồm:

- Sơ đồ, bản đồ vị trí nghiên cứu

- Các tài liệu có liên quan đến kinh tế - xã hội, tài nguyên môi trường của

địa phương

- Các chủ trương, chính sách có liên quan tới làng nghề

2.2.2 Phương pháp điều tra quan sát thực địa, phỏng vấn bán chính thức

Điều tra thực địa để lấy được thông tin một cách chính xác về những vấn

đề cần quan tâm, bổ sung thêm được những vấn đề mới

Việc phỏng vấn bán chính thức giúp chúng ta có thông tin một cách xác thực và có tính khách quan Công việc này được tiến hành ngay tại hiện trường

và các câu hỏi đặt ra tuỳ thuộc vào thông tin mà ta cần lấy

2.2.3 Phương pháp tổng hợp

Kết hợp tất cả các số liệu thứ cấp sau khi đã được thu thập, phân tích mối quan hệ giữa các vấn đề Từ đó đưa ra những vấn đề đáng quan tâm nhất của làng nghề hiện nay

được lấy vào buổi sáng trong khoảng thời gian từ 7 - 8 giờ, đây là thời điểm bắt

đầu ngày sản xuất mới Nước sau khi nghiền để lắng sau 10 – 12 giờ được thải

bỏ ta có thể phân tích được các chỉ tiêu, COD, BOD, pH, colifom…Vào thời

điểm này, cũng là lúc bắt đầu ngày`sản xuất mới ta có thể lấy được nước khi các chất có trong đó chưa phân huỷ Mẫu lấy gồm: nước cấp, nước bể lắng 1, nước

bể lắng 2, nước thải Mẫu sau khi lấy đầy chai được đậy kín nút Do địa điểm cách xa phòng thí nghiệm nên mẫu được vận chuyển ngay về để phân tích ngay một số chỉ tiêu và sau đó được bảo quản trong tủ lạnh [17]

2.2.6 Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

2.2.6.1 Địa điểm

Quá trình thực nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm khoa Kỹ

Thuật Môi Trường, trường cao đẳng Tài Nguyên và Môi Trường, Hà Nội

2.2.6.2 Mô hình thí nghiệm và các điều kiện thực nghiệm

Thiết bị sục

Hình 8 Mô hình xử lý hiếu khí

Mô hình xử lý hiếu khí gồm:

- Bể chiều dài 60 cm; rộng 20 cm; cao 30 cm, thể tích khoảng 10 lít

Mẫu nước đem thí nghiệm được sục liên tục trong 30 ngày ở điều kiện nhiệt độ phòng thí nghiệm 25 – 350C, có bổ sung thêm bùn thải trong quá trình thí nghiệm Bùn hoạt tính có gốc từ bùn cống nước thải chung của làng Dương Liễu được nuôi cấy và đưa vào hệ thống có hàm lượng 1200 mg/l, pH 6- 8

Mô hình thí nghiệm yếm khí:

- Một cột chiều cao 1,2 m, thể tích khoảng 12 lít trong có khuấy trộn với tốc độ 120 vòng/phút

Duy trì nhiệt độ phòng thí nghiệm, mẫu nước trước khi đưa vào hệ thống

được bổ sung thêm kiềm để duy trì pH 7- 8 Khí sinh ra trong quá trình sẽ cho sục vào thiết bị nằm ngoài hệ thí nghiệm

Hình 9 Mô hình xử lý yếm khí có cánh khuấy

* Công việc hằng ngày: Vào một thời điểm cố định trong ngày lấy mẫu

đem phân tích các chỉ tiêu, trong quá trình xử lý theo dõi nhiệt độ, pH

* Các chỉ tiêu được phân tích: COD, N- amoni, T - N, T - P, TDS dựa

theo TCVN Trong đó pH được đo trên máy đo pH Mettletoledo chỉ tiêu độ dẫn, TDS được đo trên máy Sension 156 của hãng Hach Một số chỉ tiêu khác được xác định bằng phương pháp đo quang với máy quang phổ Spectrophotometer DR

4000 hãng Hach, amoni, tổng nitơ Kjeldahn (TKN) được xác định theo phương pháp đo quang

Phân tích COD:

COD được xác định theo phương pháp bicromat TCVN 6491:1999

Phân tích amoni (N-NH 4 + ):

Xác định bằng phương pháp Phenat, đo quang tại bước sóng 630 nm trên

thiết bị UV-Vis spectrophotometer 2450 (Shimadzu- Nhật bản)