Bằng việc bố trí các thí nghiệm vận hành theo mẻ và vận hành liên tục, nhóm nghiên cứu thu được kết quả Tổng N và COD sau xử lý đạt giới hạn cho phép cột A theo QCVN 63:2017/BTNMT khi lượng cây chuối nước (Heliconia psittacorum Sessé) được bố trí với mật độ 20% với thời gian lưu nước 5 ngày.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thực phẩm 19 (2) (2019) 58-66 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH THÁI ĐỂ XỬ LÝ DINH DƯỠNG TỪ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN Võ Đình Long1*, Nguyễn Cơng Cẩn1, Trần Xn Minh2, Kim Thành Tiếng2, Mai Tuấn Anh3 Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Cơng ty TNHH Hồng Phát ³Sở Tài nguyên Môi trường TP Hồ Chí Minh *Email: vodinhlong@iuh.edu.vn Ngày nhận bài: 22/10/2019; Ngày chấp nhận đăng: 12/12/2019 TÓM TẮT Hiện nay, tỉnh Tây Ninh có 74 sở chế biến tinh bột sắn với 30% số sở có quy mơ nhỏ Nước thải sau xử lý từ hệ thống xử lý nước thải sở chế biến tinh bột sắn tỉnh thường vượt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia thông số tổng N Từ năm 1990, việc sử dụng thực vật để xử lý nước thải thu hút nhiều quan tâm, nước thải giàu chất hữu Bằng việc bố trí thí nghiệm vận hành theo mẻ vận hành liên tục, nhóm nghiên cứu thu kết Tổng N COD sau xử lý đạt giới hạn cho phép cột A theo QCVN 63:2017/BTNMT lượng chuối nước (Heliconia psittacorum Sessé) bố trí với mật độ 20% với thời gian lưu nước ngày Từ khóa: Tổng nitơ, chuối nước, nước thải, tinh bột sắn MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp chế biến tinh bột sắn phát triển toàn lãnh thổ Việt Nam Hiện nay, nước có 70 sở chế biến tinh bột sắn có quy mơ lớn 4.000 sở có quy mơ vừa nhỏ [1] Theo nghiên cứu, diện tích trồng củ sắn hàng năm tỉnh Tây Ninh dao động khoảng 40 đến 60 ngàn Bên cạnh đó, nhà máy tỉnh nhập khoảng triệu củ sắn tươi từ Campuchia để chế biến [2] Chính vậy, Tây Ninh xem tỉnh có nhiều nhà máy chế biến tinh bột sắn (chiếm khoảng 50% sản lượng) nước [3] Với lưu lượng phát sinh từ 20-38 m3 nước thải sản phẩm sản xuất có thơng số tổng N vượt chuẩn, ngành tinh bột sắn đối mặt với nhiều thách thức ô nhiễm môi trường từ nước thải [4] Cũng theo số liệu thu thập được, ngành tinh bột sắn nước thải môi trường khoảng 240-300 triệu m3 nước thải năm [4] Hiện nay, hầu hết nhà máy sản xuất tinh bột sắn bị bắt buộc phải xây dựng hệ thống xử lý nước thải, kết vận hành cho thấy thông số tổng N nước thải sau xử lý từ hệ thống xử lý nhà máy thường khơng đạt [4] Việc kiểm sốt thơng số tổng N nước thải sau xử lý gặp nhiều khó khăn, tốn nhiều chi phí Đây tình hình chung nước khó khăn đa số nhà máy tinh bột sắn địa bàn tỉnh Tây Ninh Hiện tại, nhà khoa học phát khoảng 400 loài thực vật sử dụng để xử lý khoảng 30.000 chất ô nhiễm nước thải [5] Với việc ứng dụng này, nhà khoa học dựa vào trình sinh trưởng phát triển loại thực vật để hấp thụ chất ô nhiễm, giải pháp mang tính lâu dài thân thiện với môi trường 58 Ứng dụng công nghệ sinh thái để xử lý dinh dưỡng từ nước thải chế biến tinh bột sắn Qua khảo sát ban đầu, nhóm tác giả nhận thấy chuối nước loài thực vật phân bố phổ biến khu vực ven sông Vàm Cỏ Đơng thuộc tỉnh Tây Ninh Ngồi ra, nghiên cứu tiền thí nghiệm nhóm tác giả với lồi thực vật phổ biến ven sơng Vàm Cỏ Đơng sậy (Phragmites communis), sả (Cymbopogon nardus Rendl), cỏ vetiver (Vetiveria zizanioides L) cho thấy chuối nước phát triển vượt trội so với loại kể môi trường giàu dinh dưỡng nước thải tinh bột sắn Với nghiên cứu này, nhóm tác giả tiến hành thử nghiệm việc xử lý dinh dưỡng nước thải tinh bột sắn dựa vào chuối nước VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 2.1 Vật liệu thí nghiệm Địa điểm nghiên cứu triển khai công ty TNHH Hồng Phát, huyện Châu Thành, tỉnh Tây Ninh Nước thải dùng cho thí nghiệm lấy từ đầu hệ thống xử lý nước thải tinh bột sắn công ty Thực vật chọn để nghiên cứu chuối nước (Heliconia psittacorum Sessé) từ đến tháng tuổi lấy từ vùng đất ngập nước ven sông Vàm Cỏ Đông thuộc tỉnh Tây Ninh Trước thí nghiệm, cắt tỉa để đạt chiều cao tương đồng 2.1.1 Lắp đặt mơ hình thí nghiệm Mơ hình xây dựng thành module, gồm: - Module thí nghiệm nghiên cứu hiệu hấp thụ tổng N việc sử dụng thực vật - Module đối chứng dùng để chứa nước thải (khơng bố trí thực vật) Vật liệu thiết bị sử dụng mơ hình thí nghiệm, gồm có: - Phần phao thiết kế xốp có độ dày cm, kích thước D × R = 835 × 520 cm, xốp đục lỗ để đảm bảo mật độ thảm tiến hành bao lưới để chống vỡ phần phao Hình Thiết kế phần phao - Thùng thí nghiệm lựa chọn thùng xốp có kích thước D × R × C = 1135 × 820 × 775 cm, dày cm - Bơm chìm sử dụng thí nghiệm để phân phối nước thải vào thùng xốp 2.1.2 Thực vật đưa vào thí nghiệm Sau chuẩn bị chuối nước với số lượng 100 cây, tiến hành cắt tỉa để đạt chiều cao khoảng 13-15 cm, tỉa bớt rễ già, rửa sạch, ký hiệu mẫu thực vật tiến hành cân khối lượng trước bố trí vào thí nghiệm 59 Võ Đình Long, Nguyễn Cơng Cẩn, Trần Xuân Minh, Kim Thành Tiếng, Mai Tuấn Anh 2.1.3 Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm thực vòng 60 ngày, vận hành theo mẻ với lượng chuối nước bố trí mật độ 5%, 10%, 20%, 30% mẫu đối chứng (không bố trí chuối nước) Tiến hành lấy mẫu phân tích thơng số tổng N COD với tần suất ngày/lần 60 ngày kết thúc thí nghiệm Khi kết thúc thí nghiệm 1, tiến hành cân khối lượng so sánh với khối lượng ban đầu để xác định thay đổi sinh khối thực vật Thí nghiệm thực theo mẻ, luợng chuối nước bố trí mật độ 20%, thời gian lấy mẫu để phân tích tổng N COD sau lưu nước 3; 5; 10 ngày Thí nghiệm thực vòng 60 ngày, vận hành theo chế độ liên tục, lượng chuối nước bố trí mật độ 20% (được tối ưu thí nghiệm 1) thời gian lưu nước ngày (được tối ưu thí nghiệm 2) Cứ sau ngày chúng tơi tiến hành lấy mẫu phân tích thơng số tổng N COD Hình Sơ đồ thí nghiệm 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp phân tích mẫu Mẫu lặt thống có số lượng chuối nước nhiều hiệu suất xử lý COD tương tự với lượng chuối nước bố trí mật độ 20% 3.3.2 Đánh giá hiệu suất xử lý chất ô nhiễm từ thí nghiệm Thí nghiệm thực theo mẻ, luợng chuối nước bố trí mật độ 20% với thời gian lấy mẫu phân tích để đánh giá hiệu suất xử lý tổng N COD sau lưu nước ngày, ngày, ngày 10 ngày Hình Hiệu suất xử lý Tổng N COD (%) 60 52,5 52,24 45,51 50 40 38,02 30 20 22,58 21,78 14,59 9,62 10 Tổng Nitơ ngày COD 10 ngày Hình Hiệu suất xử lý tổng N COD thí nghiệm 63 Võ Đình Long, Nguyễn Cơng Cẩn, Trần Xn Minh, Kim Thành Tiếng, Mai Tuấn Anh Kết nghiên cứu cho thấy, hiệu suất xử lý tổng N COD với thời gian lưu ngày thời gian lưu ngày cho hiệu suất cao Hiệu suất xử lý tổng N cao gấp 2,3 lần hiệu suất xử lý COD, chứng tỏ chuối nước hiệu hấp thụ chất dinh dưỡng cao thời gian lưu nước lâu hiệu suất xử lý khơng tối ưu mong muốn [11] Kết nghiên cứu từ Hình sở để chọn thời gian lưu nước ngày để tiến hành thí nghiệm 3.3.3 Đánh giá hiệu suất xử lý chất ô nhiễm từ thí nghiệm Thí nghiệm thực với mơ hình thảm nổi, luợng chuối nước bố trí mật độ 20% với thời gian lưu ngày vận hành liên tục Cứ ngày lấy mẫu phân tích thơng số tổng N COD để làm sở cho việc đề xuất công nghệ xử lý nước thải tinh bột sắn gặp vấn đề vượt chuẩn xả thải đầu với tiêu tổng N Kết thí nghiệm thể Hình (%) Hiệu suất xử lý tổng N COD 60 51,98 52,06 52,2 52,19 52,18 52,04 52,19 52,22 52,25 52,22 52,25 52,24 50 40 30 16,57 20 10 20,6 21,67 21,8 22,34 22,18 22,34 22,27 22,32 22,23 22,31 22,32 00 Ngày 10 15 20 25 30 Tổng Nitơ 35 40 45 50 55 60 COD Hình Hiệu suất xử lý tổng N COD thí nghiệm Kết nghiên cứu cho thấy, hiệu suất xử lý tổng N COD bố trí lượng chuối nước mật độ 20% kết hợp với việc vận hành liên tục sau ngày 51,98% 16,57% Theo nghiên cứu Mai Tuấn Anh khả cải tạo nước ao tù huyện Bình Chánh, TP Hồ Chí Minh cho thấy hiệu suất xử lý COD đạt 40,7%, tổng N 77,58% [12] Như vậy, hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm nghiên cứu thấp so với kết nghiên cứu tương tự Tuy nhiên, góc độ nghiên cứu mơ hình cô lập yếu tố ao hồ tự nhiên, hiệu suất loại bỏ kết chấp nhận Trên sở xác lập thời gian lưu nước bố trí diện tích mặt thoáng, tiến hành đánh giá hiệu suất xử lý thơng số nhiễm cịn lại nước thải với kết thể Hình Hiệu suất xử lý tiêu nước thải (mg/L) 100 90 80 60 45 40 21 20 Chỉ tiêu 45 36 27 18 7,12 pH 23,6 3,66 COD Đầu Chất rắn lơ Tổng Nitơ Tổng lửng Photpho QCVN63:2017/BTNMT cột A, kq=0,9; kf= BOD5 Hình Biểu đồ diễn biến nước thải so với quy chuẩn 64 0.015 0.063 Xyanua Ứng dụng công nghệ sinh thái để xử lý dinh dưỡng từ nước thải chế biến tinh bột sắn Kết thí nghiệm cho thấy với thời gian lưu nước ngày, lượng chuối nước bố trí mật độ 20% tất thông số nước thải xử lý đạt chuẩn ngưỡng cho phép so với cột A, QCVN 63:2017/BTNMT Trong đó, thơng số xyanua độc chất gây tổn thương cho não tim mạch, tiếp xúc liều lượng thấp gây hậu khó thở, đau tim, nơn mửa, thay đổi máu, đau đầu, làm rộng tuyến giáp [13], xử lý giảm từ 0,063 xuống 0,015 mg/L Việc kiểm sốt thơng số tổng N hệ thống xử lý gặp nhiều khó khăn, tốn nhiều chi phí, qua hệ thống thảm thực vật chuối nước với việc bố trí mật độ thời gian lưu nước phù hợp tổng N giảm 51,98% Ngồi ra, thơng số khác như: pH, BOD5, COD, TSS, tổng photpho xyanua khảo sát sau thí nghiệm nằm ngưỡng cho phép so với cột A, QCVN 63:2017/BTNMT (kq = 0,9; kf = 1) KẾT LUẬN Việc bố trí mơ hình thí nghiệm cho thấy trọng lượng đưa vào thí nghiệm thay đổi đáng kể sau 60 ngày, chứng tỏ chất hữu nước thải hấp thụ vào sinh khối Khi theo dõi thí nghiệm, nhóm nghiên cứu chọn thời gian lưu nước ngày lượng chuối nước bố trí mật độ 20% cho hiệu suất xử lý tổng N COD tối ưu Ngồi ra, với thí nghiệm này, thông số khác pH, BOD5, COD, TSS, tổng photpho xyanua giảm rõ rệt Trên sở thực nghiệm, nhóm nghiên cứu đề xuất việc sử dụng thảm thực vật chuối nước để hấp thụ chất dinh dưỡng nước thải giải pháp hiệu thân thiện môi trường TÀI LIỆU THAM KHẢO Khắc Vĩnh - Chế biến tinh bột sắn: Mừng kinh tế lo môi trường, baotainguyenmoitruong.vn, Bộ Tài nguyên Môi trường (2017) (truy cập tại: https://baotainguyenmoitruong.vn/che-bien-tinh-bot-san-mung-kinh-te-nhung-lomoi-truong-247810.html) Sở Tài Nguyên Môi Trường tỉnh Tây Ninh - Sổ tay hướng dẫn quản lý chất thải cho ngành sản xuất tinh bột khoai mì địa bàn tỉnh Tây Ninh năm 2017 Thiên Tâm - Ngành sản xuất, chế biến tinh bột mì: Cần nhiều nỗ lực, báo Tây Ninh online (2019) (truy cập tại: https://baotayninh.vn/can-nhieu-no-luc-a109361.html) Bùi Trung - Nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ xử lý chất thải chế biến tinh bột sắn Việt Nam, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam (2008) Kadlec R.H., Wallace S.D - Treatment Wetlands, CRC Press, Florida (2008) (truy cập tại: http://dx.doi.org/10.1201/9781420012514) Bano D.M, Clark J.L., C.E and Fleming J.R - Kjeldahl method for determination of total nitrogen content of milk: Collaborative study, Cornell University, Ithaca, NY [Corporate Author] Federation Internationale de Laiterie, Bruxelles (Belgium) 73 (1990) 849-859 Công ty TNHH Hồng Phát - Báo cáo đánh giá tác động môi trường Công ty TNHH Hồng Phát, Sở Tài Nguyên Môi Trường tỉnh Tây Ninh (2014) Viện Công nghệ Mơi trường - Phịng phân tích độc chất mơi trường - Phiếu kết kiểm nghiệm, Vilas 386 - Vimcerts 079 (2016) QCVN 63:2017/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chế biến tinh bột sắn 65 Võ Đình Long, Nguyễn Cơng Cẩn, Trần Xn Minh, Kim Thành Tiếng, Mai Tuấn Anh 10 Nguyễn Phạm Hà, Đặng Văn Lợi, Nguyễn Thị Thiên Phương, Nguyễn Thị Phương Loan - Nghiên cứu cải tạo nâng cấp hệ thống xử lý nước thải tinh bột sắn theo hướng thân thiện môi trường nhà máy sản xuất tinh bột Tân Châu, Tạp chí Tổng Cục Mơi trường (2013) 11 Đỗ Thị Hải - Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng tiếp cận chế phát triển (CDM), Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (2012) 12 Mai Tuấn Anh - Nghiên cứu ứng dụng thí điểm cơng nghệ phục hồi nước mặt bị ô nhiễm địa bàn Bình Chánh Thành phố Hồ Chí Minh, trình bày Hội thảo quốc tế Môi trường Tài nguyên Thiên nhiên (IC ENR) (2012) 13 Institut national de recherche et de sécurité - Cyanure d'hydrogène et solutions aqueuses, Fiche toxicologique, Paris: INRS (1997) 1-5 ABSTRACT APPLICATION OF ECOLOGICAL TECHNOLOGY FOR TREATMENT OF NUTRIENTS FROM CASSAVA STARCH PROCESSING WASTEWATER Vo Dinh Long1*, Nguyen Cong Can1, Tran Xuan Minh2, Kim Thanh Tieng2, Mai Tuan Anh3 Industrial University of Ho Chi Minh City Hong Phat Co Ltd ³Department of Natural Resources and Environment of Ho Chi Minh City *Email: vodinhlong@iuh.edu.vn Currently, Tay Ninh province has 74 cassava starch processing factories and more than 30 percent of them are small-scale Effluent from the cassava starch processing wastewater treatment systems in this province often exceeds the National Technical Regulation on the Total N parameter Since the 1990s, the use of plants for treatment of wastewater has attracted attentions, especially for organic-rich wastewater By arrangement of batch and continuous experiments, we obtained the results of Total N and COD meet the permissible limit of the National Technical Regulation on effluent discharged from the cassava starch processing factories when the amount of Heliconia psittacorum Sessé was arranged within 20 percent of density and retention time of days Keywords: Total nitrogen, Heliconia psittacorum Sessé, wastewater, cassava starch 66 ... diễn biến nước thải so với quy chuẩn 64 0.015 0.063 Xyanua Ứng dụng công nghệ sinh thái để xử lý dinh dưỡng từ nước thải chế biến tinh bột sắn Kết thí nghiệm cho thấy với thời gian lưu nước ngày,.. .Ứng dụng công nghệ sinh thái để xử lý dinh dưỡng từ nước thải chế biến tinh bột sắn Qua khảo sát ban đầu, nhóm tác giả nhận thấy chuối nước loài thực vật phân bố phổ biến khu vực... loại kể môi trường giàu dinh dưỡng nước thải tinh bột sắn Với nghiên cứu này, nhóm tác giả tiến hành thử nghiệm việc xử lý dinh dưỡng nước thải tinh bột sắn dựa vào chuối nước VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG