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 (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 (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 (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 (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 (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 (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 (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 (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 (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 (luận văn thạc sĩ)

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 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 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 công 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 Error! Bookmark not defined 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 công 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 công ăn việc làm cho hàng nghìn lao động địa phƣơng, khơng tạo cơng 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 khơng 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, xenluloza, pectin, đƣờng, gây ô nhiễm môi 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 thông 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 1.1 Chƣơng – TỔNG QUAN Khái quát làng nghề trạng môi trƣờng làng nghề 1.1.1 Khái niệm làng nghề Từ xa xƣa, ngƣời nông dân Việt Nam biết sử dụng thời gian nông nhàn để sản xuất sản phẩm thủ công, phi nông nghiệp phục vụ cho nhu cầu đời sống nhƣ: công cụ lao động nông nghiệp, giấy, lụa, vải, thực phẩm qua chế biến… Các nghề đƣợc lƣu truyền mở rộng qua nhiều hệ, dẫn đến nhiều hộ dân sản xuất loại sản phẩm Bên cạnh ngƣời chuyên làm nghề, đa phần lao động vừa sản xuất nông nghiệp, vừa làm nghề, làm thuê (nghề phụ) Nhƣng nhu cầu trao đổi hàng hóa, nghề mang tính chất chuyên môn sâu hơn, đƣợc cải tiến kỹ thuật thƣờng đƣợc giới hạn quy mô nhỏ (làng), tách hẳn nông nghiệp để chuyển hẳn sang nghề thủ công Nhƣ vậy, làng nghề xuất Có thể hiểu làng nghề “là làng nơng thơn Việt Nam có ngành nghề tiểu thủ cơng nghiệp, phi nơng nghiệp chiếm ƣu số lao động thu nhập so với nghề nông”[6] 1.1.2 Phân loại làng nghề Làng nghề với hoạt động phát triển có tác động tích cực tiêu cực đến kinh tế, đời sống xã hội môi trƣờng với nét đặc thù đa dạng Vấn đề phát triển môi trƣờng làng nghề có nhiều bất cập đƣợc ý nghiên cứu Muốn có đƣợc kết nghiên cứu xác thực, đắn quản lý tốt làng nghề cần có nhìn nhận theo nhiều khía cạnh, nhiều góc độ khác làng nghề Bởi vậy, hệ thống phân loại làng nghề dựa số liệu thông tin điều tra, khảo sát sở khoa học cho nghiên cứu, quản lý hoạt động sản xuất nhƣ việc quản lý, bảo vệ môi trƣờng làng nghề Cách phân loại làng nghề phổ biến phân theo loại hình sản xuất, loại hình sản phẩm Theo cách phân thành nhóm ngành sản xuất gồm: + Ƣơm tơ, dệt vải may đồ da + Chế biến lƣơng thực thực phẩm, dƣợc liệu + Tái chế phế liệu (giấy, nhựa, kim loại…) + Thủ công mỹ nghệ, thêu ren + Vật liệu xây dựng, khai thác chế tác đá + Nghề khác (mộc gia dụng, khí nhỏ, đóng thuyền, quạt giấy, đan vó, lƣới ) Ngồi cịn phân loại theo quy mơ sản xuất (lớn, nhỏ, trung bình); phân loại theo nguồn thải mức độ ô nhiễm; theo lịch sử phát triển; theo mức độ sử dụng nguyên liệu, theo thị trƣờng tiêu thụ sản phẩm theo tiềm tồn phát triển… 1.1.3 Hiện trạng môi trường làng nghề Vấn đề môi trƣờng mà làng nghề phải đối mặt không giới hạn phạm vi làng nghề mà ảnh hƣởng đến ngƣời dân vùng lân cận Theo Báo cáo môi trƣờng quốc gia năm 2008 với chủ đề "Môi trƣờng làng nghề Việt Nam", “hầu hết làng nghề Việt Nam bị ô nhiễm môi trƣờng (trừ làng nghề không sản xuất dùng nguyên liệu không gây ô nhiễm nhƣ thêu, may ) Chất lƣợng môi trƣờng hầu hết làng nghề không đạt tiêu chuẩn khiến ngƣời lao động phải tiếp xúc với nguy gây hại cho sức khỏe, 95% từ bụi; 85,9% từ nhiệt 59,6% từ hóa chất Kết khảo sát 52 làng nghề cho thấy, 46% làng nghề có môi trƣờng bị ô nhiễm nặng dạng; 27% nhiễm vừa 27% nhiễm nhẹ”[5] Tình trạng ô nhiễm môi trƣờng làng nghề xảy loại phổ biến sau đây: - Ô nhiễm nƣớc: Việt Nam, làng nghề chƣa có hệ thống xử lý nƣớc thải công nghiệp, nƣớc thải đƣợc đổ trực tiếp hệ thống kênh rạch chung sông Nguyên nhân gây ô nhiễm nƣớc chủ yếu q trình xử lý cơng nghiệp nhƣ: chế biến lƣơng thực thực phẩm, mây tre, dệt, in, nung nấu kim loại, tẩy giấy nhuộm… Thƣờng nƣớc thải bị nhiễm màu nặng gây tƣợng đổi màu dịng sơng nhận nƣớc thải, có mùi khó chịu Hơn vƣợt TCCP hàm lƣợng BOD, COD, SS, coliform, kim loại nặng… nƣớc mặt nƣớc ngầm, làm chết sinh vật thủy sinh chứa mầm bệnh nguy hại cho ngƣời - Ơ nhiễm khơng khí gây bụi, ồn nóng sử dụng than củi chủ yếu sản xuất vật liệu xây dựng sản xuất gốm sứ - Ô nhiễm chất thải rắn tái chế nguyên liệu (giấy, nhựa, kim loại…) bã thải loại thực phẩm (sắn, dong), loại rác thải thông thƣờng: nhựa, túi nilon, giấy, hộp, vỏ lon, kim loại loại rác thải khác thƣờng đƣợc đổ bất k dòng nƣớc khu đất trống Làm cho nƣớc ngầm đất bị ô nhiễm chất hóa học độc hại, ảnh hƣởng tới sức khỏe ngƣời Trong Báo Nhân dân ngày 23/6/2005, GS.TS Đặng Kim Chi cảnh báo "100% mẫu nƣớc thải làng nghề đƣợc khảo sát có thơng số vƣợt tiêu chuẩn cho phép Mơi trƣờng khơng khí bị nhiễm có tính cục nơi trực tiếp sản xuất, ô nhiễm bụi vƣợt tiêu chuẩn cho phép (TCCP) ô nhiễm sử dụng nhiên liệu than củi Tỉ lệ ngƣời dân làng nghề mắc bệnh cao làng nông, thƣờng gặp bệnh đƣờng hô hấp, đau mắt, bệnh đƣờng ruột, bệnh ngồi da Nhiều dịng sơng chảy qua làng nghề bị ô nhiễm nặng; nhiều ruộng lúa, trồng bị giảm suất ô nhiễm khơng khí từ làng nghề" Hà Nội thành phố có nhiều làng nghề nƣớc Sau mở rộng (2008), Hà Nội có tổng cộng 1.275 làng nghề, có 226 làng nghề đƣợc UBND thành phố cơng nhận theo tiêu chí làng nghề, với nhiều loại hình sản xuất khác nhau, từ chế biến lƣơng thực, thực phẩm; chăn nuôi, giết mổ; dệt nhuộm, ƣơm tơ, thuộc da đến sản xuất vật liệu xây dựng, khai thác đá; tái chế phế liệu; thủ công mỹ nghệ Trong số này, làng nghề thủ công mỹ nghệ chiếm 53% với 135 làng nghề, tiếp làng nghề dệt nhuộm đồ da chiếm 23% với 59 làng nghề, làng nghề chế biến lƣơng thực, thực phẩm chiếm 16,9% với 43 làng nghề Hiện nay, phần lớn lƣợng nƣớc thải từ làng nghề đƣợc xả thẳng sông Nhuệ, sông Đáy mà chƣa qua xử lí khiến sơng bị ô nhiễm nghiêm trọng Chƣa kể đến lƣợng rác thải, bã thải lớn từ làng nghề thu gom xử lý kịp, nhiều làng nghề rác thải đổ bừa bãi ven đƣờng khu đất trống [2] Tình trạng nhiễm môi trƣờng nhƣ ảnh hƣởng ngày nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng, ngƣời tham gia sản xuất, sinh sống làng nghề vùng lân cận Báo cáo môi trƣờng Quốc gia năm 2008 cho thấy, nhiều làng nghề, tỉ lệ ngƣời mắc bệnh (đặc biệt nhóm ngƣời độ tuổi lao động) có xu hƣớng gia tăng Tuổi thọ trung bình ngƣời dân làng nghề ngày giảm, thấp 10 năm so với làng không làm nghề Ở làng tái chế kim loại, tỉ lệ ngƣời mắc bệnh ung thƣ, thần kinh phổ biến, nguyên nhân gây bệnh chủ yếu phát thải khí độc, nhiệt cao bụi kim loại từ sở sản xuất Tại làng sản xuất kim loại, tỉ lệ ngƣời mắc bệnh liên quan đến thần kinh, hơ hấp, ngồi da, điếc ung thƣ chiếm tới 60% dân số Tại làng nghề chế biến nông sản thực phẩm, bệnh phụ khoa chiếm chủ yếu (13 – 38%), bệnh đƣờng tiêu hóa (8 – 30%), bệnh viêm da (4,5 - 23%), bệnh đƣờng hô hấp (6 - 18%), bệnh đau mắt (9 – 15%) Tỉ lệ mắc bệnh nghề nghiệp làng nghề Dƣơng Liễu 70%, làng bún Phú Đô 50% [19] Một nguyên nhân tình trạng nhiễm kể sở sản xuất kinh doanh làng nghề manh mún, nhỏ lẻ, phân tán, phát triển tự phát, khơng đủ vốn khơng có cơng nghệ xử lý chất thải Bên cạnh đó, ý thức ngƣời dân làm nghề chƣa tự giác việc thu gom, xử lý chất thải Nếu khơng có giải pháp ngăn chặn kịp thời tổn thất toàn xã hội s ngày lớn, vƣợt xa giá trị kinh tế mà làng nghề đem lại nhƣ 1.2 Vai trò làng nghề kinh tế nông thôn Với 2000 làng nghề nƣớc, gồm 11 nhóm ngành nghề, sử dụng 10 triệu lao động, đóng góp 40 ngàn tỷ đồng cho thu nhập quốc gia… làng nghề truyền thống đóng vai trị quan trọng phát triển kinh tế xã hội Việt Nam, đặc biệt khu vực kinh tế nông thôn: - Sản xuất tiểu thủ công nghiệp tận dụng nguồn nguyên liệu phong phú với giá thành rẻ Các nghề truyền thống chủ yếu sử dụng nguyên liệu sẵn có nƣớc, vốn tài nguyên thiên nhiên điển hình miền nhiệt đới: tre nứa, gỗ, tơ tằm, sản phẩm nông nghiệp nhiệt đới (lúa gạo, hoa quả, ngô, khoai, sắn…), loại vật liệu xây dựng… - Mặt khác, sản phẩm từ làng nghề không đáp ứng thị trƣờng nƣớc với mức độ nhu cầu khác mà xuất sang thị trƣờng nƣớc bạn với nhiều mặt hàng phong phú, có giá trị cao Trong đó, điển hình mặt hàng thủ cơng mỹ nghệ (hiện nay, mặt hàng xuất đạt giá trị gần tỷ USD/năm) Giá trị hàng hóa từ làng nghề hàng năm đóng góp cho kinh tế quốc dân từ 40 – 50 ngàn tỷ đồng Góp phần chuyển dịch cấu kinh tế, đẩy nhanh q trình cơng nghiệp hóa – đại hóa nông thôn - Đặc biệt, phát triển nghề truyền thống góp phần giải cơng ăn việc làm cho 11 triệu lao động chuyên hàng ngàn lao động nơng nhàn nơng thơn, góp phần nâng cao thu nhập cho ngƣời dân - Hơn nữa, nhiều làng nghề có xu hƣớng phát triển theo hƣớng phục vụ dịch vụ du lịch Đây hƣớng nhƣng phù hợp với thời đại mang lại hiệu kinh tế cao, đồng thời giảm thiểu tình trạng nhiễm mơi trƣờng, nâng đời sống vật chất tinh thần cho ngƣời dân, phục vụ mục tiêu phát triển bền vững 1.3 Làng nghề chế biến tinh bột sắn Việt Nam nƣớc xuất tinh bột sắn đứng thứ giới, sau Indonesia Thái Lan Cả nƣớc có 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn qui mô lớn, công suất 50 - 200 tinh bột sắn/ ngày 4.000 sở chế biến thủ công Tổng công suất nhà máy chế biến sắn quy mô công nghiệp xây dựng có khả chế biến đƣợc 40% sản lƣợng sắn nƣớc Quá trình chế biến tinh bột sắn cần sử dụng lƣợng lớn nƣớc chủ yếu cho trình rửa lọc Lƣợng nƣớc thải trung bình 15 m3 sản xuất sắn tƣơi Sau lọc bột sắn đƣợc sấy khô khơng khí nóng để giảm lƣợng nƣớc từ 35 - 40% xuống 11 - 13% Q trình địi hỏi nhiều lƣợng Thông thƣờng nhu cầu lƣợng điện lƣợng nhiệt cho kg sản phẩm 0,320 – 0,939 MJ 1,141 - 2,749 MJ tƣơng đƣơng 25% 75% tổng lƣợng [7] Bảng 3.3 Thể tích khí biogas sinh hàng ngày hiệu suất sinh khí mêtan qua giai đoạn thí nghiệm Tải lƣợng Thể (kgCOD/ m3 tích %CH4 Hiệu suất Thể tích Hiệu xử biogas thiết (m /ngày) suất lý thiết bị sinh mêtan COD(%) (m3) (m3/kgCOD phânhủy) bị /ngày) Giai đoạn 1,3 14,3 55,78 96,06 12 0,53 Giai đoạn 2,1 16,4 61,25 97,07 12 0,41 Giai đoạn 2,8 40,04 88,23 12 0,054 Kết theo dõi thể tích khí biogas sinh hàng ngày cho thấy vận hành thiết bị lên men mêtan tải lƣợng 2,1 kgCOD/m3/ngày sinh lƣợng khí nhiều nhất, đạt 16,4 m3/ngày, gấp 1,15 lần so với tải lƣợng 1,3 kg COD/m3/ngày, gấp 4,2 lần so với tải lƣợng 2,8 kg COD/m3/ngày Phân tích thành phần khí biogas thu đƣợc, cho kết hàm lƣợng khí mêtan giai đoạn 1, với tải lƣợng 1,3 kgCOD/m3/ngày, 55,78% Khi thiết bị đƣợc vận hành giai đoạn 2, lƣợng khí mêtan sinh chiếm 61,25% thể tích khí biogas, chuyển sang giai đoạn 3, tăng tải lƣợng lên 2,8 kg COD/m3/ngày thể tích khí biogas lẫn hàm lƣợng khí mêtan giảm cịn 40,04% Kết tính tốn hiệu suất sinh khí mêtan cho thấy hai giai đoạn vận hành đầu tiên, hiệu suất sinh khí mêtan nằm khoảng 0,41-0,53 m3/kgCODphân hủy, kết tƣơng tự với nghiên cứu Rugrawee(2007), Nguyễn Thị Sơn cộng (2006) chứng tỏ hệ vận hành tốt Tuy nhiên tăng tải trọng lên giai đoạn 3, 2,8 kg COD/m3/ngày, hiệu suất sinh khí mêtan thấp, đạt 0,054 m3/kgCODphân hủy , vi sinh vật sinh khí mêtan khơng cịn hoạt động hiệu mức tải lƣợng Tải lƣợng 2,1kg COD/m3/ngày COD/m3/ngày Tải lƣợng 2,8 kg COD/m3/ngày 70 800 60 700 600 % CH4 50 500 40 400 30 300 20 200 10 Lƣợng khí sinh (m3) Tải lƣợng 1,3 kg 100 0 10 20 30 40 Thời gian lưu (ngày) 50 60 70 %CH4 Lượng khí sinh Thể tích khí hàng ngày (m3) Đồ thị 3.7 Thể tích biogas sinh với nồng độ % CH4 30 25 20 15 10 0 10 20 30 40 Thời gian (ngày) 50 60 70 Đồ thị 3.8 Thể tích khí sinh hàng ngày 3.2.4 Kết xử lý sau trình thực nghiệm Sau thời gian vận hành thiết bị lên men mêtan nƣớc thải tinh bột sắn qua giai đoạn với tải lƣợng khác thu đƣợc kết nhƣ sau: Bảng 3.4 Kết xử lý sau q trình thực nghiệm Thơng số Thể Đơn vị tích làm m3 Giai đoạn Giai đoạn Giai đoạn 12 12 12 1,3 2,1 2,8 0,4 0,6 0,8 việc kgCOD/m3thiết Tải lƣợng bị/ngày Lƣu lƣợng đầu m3/ngày vào (ra) COD đầu vào g/l 42,308 42,308 42,308 COD đầu g/l 1,67 1,24 4,98 Hiệu suất xử lý % 96,06 97,07 88,23 pH - 7,43 7,52 6,87 Lƣợng biogas M3 /ngày 14,3 16,4 55,78 61,25 40,04 0,41 0,054 %CH4 (tính % theo trung bình) Hiệu suất sinh m3/kgCODphânhủy 0,53 mêtan Kết nghiên cứu cho thấy tải lƣợng 2,1 kgCOD/m3thiết bị/ngày cho kết xử lý nƣớc thải tinh bột sắn tốt nhất, với hiệu suất xử lý lên đến 97,07%, thể tích khí sinh lớn 16,4 m3/ngày, nhiên hiệu suất sinh khí mêtan thấp giai đoạn một, vi sinh vật sinh mêtan thiếu nguồn dinh dƣỡng vi lƣợng nên hoạt động chƣa hiệu 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 Qua trình nghiên cứu thực tế trạng nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn tình hình quản lý nƣớc thải cụm làng nghề chế biến thực phẩm Minh Khai, Dƣơng Liễu, Cát Quế, huyện Hồi Đức, Hà Nội; nhƣ nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ lên men mêtan để xử lý nƣớc thải, đặc biệt xử lý nƣớc thải ngành sản xuất lƣơng thực, thực phẩm Chúng xin đề xuất giải pháp để xử lý nƣớc thải làng nghề chế biến tinh bột sắn nhƣ sau: Thuyết minh công nghệ: - Để hạn chế tƣợng tắc đƣờng ống rác thải có kích thƣớc lớn, đầu đƣờng ống thu gom nƣớc thải có bố trí song chắn rác kim loại Nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn có chứa nhiều cát, mảnh kim loại nhỏ,…trong nguyên liệu, nƣớc thải vệ sinh nhà xƣởng Nƣớc thải nên đƣợc tiếp tục lắng để loại bỏ hạt cát rời phần cát dính lớp vỏ gỗ, tránh ảnh hƣởng tới máy bơm thiết bị xử lý - Sau đó, nƣớc thải đƣợc đƣa khu xử lý nƣớc thải tập trung làng nghề thông qua hệ thống cống thu gom riêng biệt Tại đây, nƣớc thải tiếp tục đƣợc đƣa qua bể điều hòa, dao đồng nồng độ lƣu lƣợng nƣớc thải thời điểm s ảnh hƣởng đến hoạt động vi sinh vật bể lên men mêtan Bể điều hịa có tác dụng làm ổn định nồng độ nƣớc thải, tăng hiệu xử lý nƣớc thải Đây bƣớc quan trọng q trình phân hủy kị khí vi sinh vật kị khí có tốc độ sinh trƣởng chậm so với vi sinh vật hiếu khí, độ nhạy cảm cao hơn, dễ bị ảnh hƣởng điều kiện môi trƣờng phản ứng, đặc biệt nhóm vi sinh vật lên men mêtan - Tiếp theo nƣớc thải trung hòa độ pH dung dịch NaHCO3 để tăng độ pH lên khoảng từ 6,8-7,5 Các thiết bị đo pH đƣợc lắp đặt kết nối với bơm định lƣợng tự động để đảm bảo độ pH ổn định - Sau đƣợc trung hòa ổn định pH, nƣớc thải đƣợc bơm sang bể lên men mêtan Hệ vi sinh vật kị khí bể s phân hủy hợp chất hữu cơ, sử dụng chúng làm chất để sinh trƣởng, phát triển, tạo khí biogas (CH4 CO2) Máy khuấy bể giúp phân tán nƣớc thải, tăng tiếp xúc hệ vi sinh vật với chất; đuổi khí NH3 , thành phần gây ức chế hoạt động vi sinh vật, khỏi bể; đồng thời ngăn ngừa hình thành tập trung axit, sản phẩm giai đoạn lên men axit dƣới đáy bể, gây giảm pH, ảnh hƣởng đến nhóm vi sinh vật lên men mêtan - Khí biogas sinh từ q trình xử lý, đƣợc đƣa qua tháp khử H2S sau thu hồi vào bình chứa khí để chạy máy phát điện, cung cấp điện cho hệ thống xử lý nƣớc thải, hộ dân cƣ vùng hay điện thắp sáng đèn đƣờng - Dịch nƣớc thải từ bể lên men mêtan đƣợc thu gom sử dụng để bón ruộng, cải tạo đất Để mơ hình cơng nghệ xử lý nƣớc thải làng nghề đạt hiệu cao, cần tiến hành song song biện pháp quản lý sách phù hợp với biện pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu lƣợng nƣớc thải trình sản xuất: - Tăng cƣờng công tác tuyên truyền, giáo dục nâng cao ý thức trách nhiệm BVMT sức khoẻ cộng đồng cho chủ sản xuất, ngƣời lao động nhân dân; - Đẩy mạnh phƣơng án tách khu sản xuất khỏi khu dân cƣ, quy hoạch xây dựng hợp lý khu công nghiệp làng nghề có kế hoạch quản lý tốt mơi trƣờng - Đề quy định quản lý, bảo vệ mơi trƣờng an tồn lao động làng nghề; định mức thu lệ phí mơi trƣờng hộ, tổ hợp sản xuất để triển khai trì hoạt động quản lý bảo vệ môi trƣờng xã - Tăng cƣờng công tác kiểm tra, tra môi trƣờng làng nghề; xử phạt thích đáng trƣờng hợp vi phạm quy định môi trƣờng - Hỗ trợ cho ngƣời dân làng nghề vốn, kiến thức nhƣ kỹ thuật để áp dụng biện pháp sản xuất - Triển khai nghiên cứu, áp dụng công nghệ tiến sản xuất để nâng cao chất lƣợng sản phẩm, giảm lƣợng nƣớc thải, áp dụng biện pháp quản lý xử lý chất thải đơn giản, rẻ tiền, để hộ tƣ nhân sử dụng - Nghiên cứu phƣơng pháp tách dòng, tuần hoàn nƣớc sản xuất để giảm lƣợng nƣớc thải xả môi trƣờng Kết luận kiến nghị Kết luận Từ kết nghiên cứu, học viên rút số kết luận nhƣ sau: - Nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn làng nghề có pH thấp 2,6 – 4,6 Giá trị hàm lƣợng chất rắn lơ lửng SS cao gấp 12- 83 lần, hàm lƣợng COD vƣợt từ 20 – 67 lần; tổng nitơ tổng photpho vƣợt lần lƣợt 2,5 – 7,5 lần – 7,6 lần so với QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp - Trong giai đoạn sản xuất, giai đoạn rửa bột, lắng tách bột giai đoạn thải nƣớc thải có hàm lƣợng COD cao, lên đến 40g/l, giai đoạn rửa, bóc, tách bã dao động khoảng từ 3-10 g/l - Lựa chọn phân bò sữa làm mầm kị khí phù hợp với q trình lên men mêtan nƣớc thải tinh bột sắn - Trong giai đoạn nghiên cứu với tải lƣợng 1,3 2,1 kgCOD/m3thiết bị/ngày, hàm lƣợng VFA trung bình 307 mg/l, độ kiềm tổng dao động 75009500 mg CaCO3/l, pH trì 7,4 -7,5 - Tại tải lƣợng 2,8 kgCOD/m3thiết bị/ngày, VFA tăng dần, cao gần 600mg/l, pH giảm xuống tới 6,9 - Khả hoạt động tốt hệ vi sinh kị khí bể tải lƣợng 2,1 kgCOD/m3thiết bị/ngày với lƣợng khí trung bình hàng ngày đạt đƣợc 16,4 m3/ngày, gấp 1,15 lần so với tải lƣợng 1,3 kgCOD/m3thiết bị/ngày, gấp 4,2 lần so với tải lƣợng 2,8 kgCOD/m3thiết bị/ngày - Nồng độ % CH4 trung bình đạt 61,25% , 55,78%; 40,04 % tƣơng ứng với tải lƣợng 2,1; 1,3 2,8 kgCOD/m3thiết bị/ngày - Hiệu suất xử lý COD tải lƣợng lần lƣợt 96,06; 97,07 ; 88,23% tƣơng ứng lần lƣợt với tải lƣợng 1,3 ; 2,1; 2,8 kgCOD/m3thiết bị/ngày Kiến nghị - Cần tiếp tục có nghiên cứu đồng tình hình sản xuất, cơng nghệ, trạng mơi trƣờng làng nghề, quản lý sách để áp dụng cơng nghệ lên men mêtan xử lý nƣớc thải làng nghề tinh bột sắn nhằm giảm thiểu ô nhiễm tiết kiệm lƣợng - Cần có thêm nghiên cứu để kiểm sốt q trình sinh học tốt hơn, tăng chất lƣợng nhƣ thể tích khí biogas sinh ra, nhằm nâng cao hiệu sử dụng, tận dụng tối đa nguồn thải Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt Hồng Kim Anh, Ngơ Kế Sƣơng, Nguyễn Xích Liên (2005), Tinh bột sắn sản phẩm từ tinh bột sắn, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Lý Kim Bảng (1999), Nghiên cứu xử lý rác thải tạo nguồn phân bón thích hợp phục vụ nơng nghiệp, Hội nghị mơi trƣờng tồn quốc năm 1999, Hà Nội Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2004), Dự án tăng cường lực thực chế phát triển Việt Nam Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2005), Báo cáo trạng môi trường Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2008), Báo cáo môi trường quốc gia Đặng Kim Chi (2005), Làng nghề Việt Nam môi trường, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Đặng Kim Chi (2005), Đề tài KC 08-09: Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn cho việc xây dựng sách biện pháp giải vấn đề ô nhiễm môi trường làng nghề Việt Nam, Đại học Bách khoa Hà Nội Dự án Chƣơng trình Khí sinh học cho ngành Chăn ni Việt Nam (2007), Cơng nghệ Khí sinh học, Hà Nội Nguyễn Quang Khải (2002), Công nghệ khí sinh học, NXB Lao động – Xã hội, Hà Nội, tr 20-28 10 Nguyễn Quang Khải, Nguyễn Vũ Thuận (2003), Cơng nghệ khí sinh học, Bộ Nơng nghiệp Phát triển nông thôn, Cục Nông Nghiệp, Hà Nội 11 Trần Hiếu Nhuệ (1999), Thoát nước xử lý nước thải công nghiệp, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội 12 Lƣơng Đức Phẩm (2002), Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học, NXB Giáo Dục, Hà Nội 13 Lê Xuân Phƣơng (2008), Vi sinh vật học môi trường, NXB Xây dựng, Hà Nội 14 Nguyến Thị Sơn (2001), Bài giảng mơn học Hố Sinh Vi Sinh công nghệ môi trường, Viện Khoa Học Công Nghệ Môi Trƣờng, Đại học Bách Khoa, Hà Nội 15 Nguyễn Thị Sơn, Nguyễn Thị Thu Hà (2006), Đề tài KC 04 – 02: Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn thu biogas hệ thống UASB, Viện Khoa học Công nghệ Môi trƣờng, Đại học Bách Khoa, Hà Nội 16 Nguyễn Thị Sơn (2007), Hiện trạng sản xuất môi trường làng nghề sản xuất tinh bột sắn, Hà Nội 17 Nguyễn Xuân Thủy, Nguyễn Minh Thao cộng (2006), Nghiên cứu công nghệ thiết bị xử lý chất thải chế biến tinh bột sắn quy mô làng nghề tập trung, Hà Nội 18 UBND xã Dƣơng Liễu (2011), Báo cáo: Thực nhiệm vụ Kinh tế - Xã hội – ANQP tháng đầu năm 2011 Phương hướng nhiệm vụ Kinh tế - Xã hội – ANQP tháng cuối năm 2011, Hà Nội 19 UBND xã Dƣơng Liễu (2011), Báo cáo: Đặc điểm tình hình chung làng nghề xã Dương Liễu, Hà Nội 20 Unicef, 2007, Tóm tắt điều tra thực trạng vệ sinh mơi trường vệ sinh cá nhân nông thôn Việt Nam Tài liệu tiếng anh 21.Alllison P(1999),”Sugar refinery effluent treatment”, World Water and Environmental Engineering, 22(3), p.28 22.S.R.P Avancini, G.L Faccin, M.A Vieira, A.A Rovaris, R Podesta, R Tramonte, N.M.A de Souza and E.R Amante (2007), “Cassava starch fermentation wastewater: Characterization and preliminary toxicological studies”, Food and Chemical Toxicology, Volume 45,Issue 11, 2273-2278 23.Anna Schnürer and Åsa Jarvis(2010) , Microbiological Handbook for Biogas Plants, Swedish Waste Management U2009:03 ,Swedish Gas Centre Report 207 24.Banks CJ and Borja R (1996), “Evaluation of instability and performance of an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor treating high strength icecream wastewater”, Biotechnology and applied Biochemistry, 23(1), pp.5561 25.Brian K Richards, Robert J Cummings, Thomas E White and William J Jewell(1991), “Methods for kinetic analysis of methane fermentation in high solids biomass digesters”, Biomass and Bioenergy, 1(2), 65-73 26.X Colin, J.-L Farinet, O Rojas, D Alazard(2007), “Anaerobic treatment of cassava starch extraction wastewater using a horizontal flow filter with bamboo as support”, Bioresource Technology, 98(8), 1602–1607 27.Droste R.I (1997), Theory and Practice of Water and Wastewater treatment, John Wiley and Sons, Newyork 28.European Commission (EC) (2007), An Energy Policy for Europe, Belgium 29.Euro Observer Report (2008),The state of renewable energies in Europe, 47-51 30.Fachverband Biogas (2009), Biogas dezentral erzeugen, regionalprofitieren, international gewinnen In Proc Jahrestagungdes Fachverbandes Biogas, Hannover p 18 31.Giovanni Esposito, Luigi Frunzo, Flavia Liotta, Antonio Panico and Francesco Pirozzi(2012), “Bio-Methane Potential Tests To Measure The Biogas Production From The Digestion and Co-Digestion of Complex Organic Substrates”, The Open Environmental Engineering Journal, 5, 1-8 32 P.G Hien, L.T.K Oanh, N.T Viet and G Letitinga (1999), “Closed wastewater system in the tapioca industry in Viet Nam”, Water Science and Technology, Volume 39(5), pp.89-96 33.International Energy Agency (IEA) (2001), Biogas and More!; Systems and Markets Overview of Anaerobic digestion 34.Ince_O “Potential energy production from anaerobic digestion of dairy wastewater”, Journal of Environmental science and health, 33(6), 12191228,1998.) 35.Jewell, W J., Future trend in digester design, in Proc 1st Int Symp on Anaerobic Digestion (D A Stafford, B I Wheatlv and D E Hughes eds) vv 17-21 Applied Science Publishers, London, 1979 36.JFE Techno-Research Corporation (2008), Feasibility Study Report Methane Recovery from Tapioca Wastewater in Lampung, Indonesia 37.Madamwar D, Patel P.C(1999), “Anaerobic upflow fixed-film bioreactor for biomethanation of salty cheese whey”, Applied biochemistry and Biotechnology, 76(3), 193-201.) 38 Hu nh Ngọc Phƣơng Mai (2006), Integrated Treatment of Tapioca Processing Industrial Wastewater Based on Environmental Bio-Technology, Wageningen University, the Netherlands 39.Mshandete AM, Parawira W (2009), “Biogas technology research in selected sub-Saharan African countries-A review”, African Journal of Biotechnology, 8(2), 116-125 40 Mustafa Evren Ersahin, Hale Ozgun, Recep Kaan Dereli and Izzet Ozturk (2011), “Anaerobic Treatment of Industrial Effluents: An Overview of Applications”, Waste Water - Treatment and Reutilization, Prof Fernando Sebastián GarcÃa Einschlag (Ed.), ISBN: 978-953-307-249-4, In Tech 41 Lexmond, M.J and G Zeeman (1995), Potential of controlled anaerobic wastewater treatment in order to reduce the global emissions of the greenhouse gases methane and carbon dioxide, University of Wageningen: Wageningen, The Netherlands 42.Naik SN, Vaibhav V, Goud Prasant KR, Ajay KD (2010), "Production of first and second generation biofuels: A comprehensive review", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(2), 578-597 43.V.Nallathambi Gunasella (1997), “Anaerobic digestion of biomass for methane production: A Review”, Biomass and Bioenergy, Vol 13, Isues 1-2, 83114 44 S.K.Nanda, A.N Jyothi, C Balagopalan (2000), Cassava waste treatment and residue management in Indian, Division of Crop Utilization & Biotechnology Central Tuber Crops Reasearch Institute Trivandrum, Indian 45.L Neves, R Oliveira, M.M Alves(2004), “Influence of inoculum activity on the bio-methanization of a kitchen waste under different waste/inoculum ratios”, Process Biochemistry, 39(12), 2019–2024 46.O Pakarinen, P Kaparaju, J Rintala(2011), “The effect of organic loading rate and retention time on hydrogen production from a methanogenic CSTR”, Bioresource Technology, 102, 8952–8957 47.Osvaldo Kuczman, Maria Hermínia Ferreira Tavares , Simone Damasceno Gomes, Douglas Guedes Batista Torres and Leandro Fleck (2013), “Influence of hydraulic retention time on the anaerobic treatment of cassava starch extraction effluent using a one-phase horizontal reactor”, Journal of Food, Agriculture & Environment, Vol.11(1), 1118-1120 48.Pornpan Panichnumsin, Annop Nopharatana , Birgitte Ahring, Pawinee Chaiprasert(2010), “Production of methane by co-digestion of cassava pulp with various concentrations of pig manure”, Biomass and bioenergy, 34, 1117–1124 49 D.R Ranade, T.Y Yeole, K.K Meher, R.V Gadre, S.H Godbole (1989), “Biogas from solid waste originated during biscuit and chocolate production: A preliminary study”, Biological Wastes, 28(2), 157-161) 50 Rittmann, B E and Biotechnology:Principles McCarty, and P L (2001), Applications, Environmental McGraw-Hill, ISBN: 0072345535, New York, United States of America 51 Rugrawee Yingyuad (2007), Selection of Biogas Production System for Tapioca Starch Wastewater by Using Analytic Hierarchy Process,Shinawatra University.) 52.Schulze, K fermentation, L.(1958), Part “Studies on sludge Sludge digestion digestion at and increased methane solids concentrations”,Sewage and Industrial Wastes, 30(1), 28-33 53 Stafford, D.A (1989) The anaerobic digestion of food processing waste In: Green Shields, R (ed.) Resources and Applications of Biotechnology- The New Wave, 305-322 54 Tchobanoglous, G., Burton, F L and Stensel, H D (2003), Wastewater Engineering Treatment and Reuse, Metcalf and Eddy, Inc., 4th ed, Revised, Mc-Graw-Hill, ISBN: 0-07- 041878-0, New York, USA 55 Walairat Malaihom and Saroch Boonyakitsombut, “Biogas Production from Cassava Fiber and Cassava Starch Wastewater ... phản ứng [22] 1.5 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lên men mêtan nƣớc thải tinh bột sắn giới Việt Nam: 1.5.1 Các nghiên cứu ứng dụng công nghệ lên men mêtan nước thải tinh bột sắn giới: Theo thống... có 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn qui mô lớn, công suất 50 - 200 tinh bột sắn/ ngày 4.000 sở chế biến thủ công Tổng công suất nhà máy chế biến sắn quy mơ cơng nghiệp xây dựng có khả chế biến. .. 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: