ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tham dự thi KHOA HỌC KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG Năm học 2018 - 2019

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tham dự thi KHOA HỌC KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG Năm học 2018 - 2019 I Thông tin chung: - Tên đề tài : Xử lý nước thải tại hộ gia đình làm bún tại Phú Đô bằng đá nâng pH, than hoạt tính cát - Tên tác giả: Phạm Lương Phương Thảo - Lớp 8A4 Các đồng tác giả gồm: Trần Vũ Minh Quang – Lớp 8A4 - Trường: THCS Phương Liệt, Thanh Xuân, Hà Nội II Nội dung đề tài 1 Lý chọn đề tài Nghề chế biến lương thực làm bún một nghề quan trọng đối với người dân các làng nghề, giúp họ có c̣c sống ấm no mảnh đất quê hương mình Tuy nhiên bên cạnh mặt đóng góp tích cực thì nảy sinh mợt vấn đề khơng phần quan trọng việc bảo vệ môi trường sống quá trình làm bún Ở các làng nghề, các gia đình thường làm bún với quy mô hộ gia đình nhỏ lẻ, không tập trung vì nguồn nước thải ít chú ý đến tận dụng một phần nước ngâm gạo phục vụ cho chăn nuôi Hầu hết các gia đình không xây hệ thống xử lí nước thải mà xả trực tiếp môi trường, gây ô nhiễm môi trường Trong nước thải nghề chế biến bún chứa hàm lượng các chất hữu cao chủ yếu các hợp chất cacbohiđrat, protein, tinh bột … các chất dễ phân hủy có thể làm giảm chất lượng nước có thể gây mợt số bệnh nguy hiểm cho người Vì thế việc tìm quy trình xử lý thích hợp đối với loại nước thải có ý nghĩa to lớn Từ thực tế trên, chúng em chọn đề tài “Xử lý nước thải tại hộ gia đình làm bún Phú Đô bằng đá nâng pH, than hoạt tính và cát” mong góp phần nhỏ để bảo vệ mơi trường nước cho các hộ gia đình làm nghề 2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài - Làm sáng tỏ quy trình làm bún phân tích nguồn nước thải - Thí nghiệm, đưa quy trình đơn giản xử lí nước thải - Áp dụng vào thực tiễn xử lý nước thải tại hộ gia đình làm bún 3 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu trạng sản xuất, phân tích nước thải tại hộ gia đình làm bún, từ xây dựng, hồn thiện hệ thống xử lý nước thải 4 Phạm vi nghiên cứu - Hộ gia đình làm bún tại phường Phú Đô, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội 5 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu công nghệ làm bún, chất thải quá trình chế biến, các phương pháp xử lý nước thải - Phương pháp vấn: vấn chủ hộ gia đình làm bún - Thực nghiệm khoa học: xác định thành phần mẫu nước thải đầu vào đầu thiết bị xử lý nước thiết kế, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến việc xử lý 6 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan công nghệ làm bún - Nghiên cứu trạng nước thải tại hộ gia đình làm bún - Nghiên cứu phương pháp xử lý nước thải, lựa chọn phương pháp hợp lý - Thiết kế hệ thống xử lý nước đơn giản - Xác định tính chất nước thải đầu vào đầu thiết bị để đánh giá hiệu quả xử lý 7 Điểm dự án - Thiết kế thiết bị xử lí nước thải đơn giản, hiệu quả, chi phí thấp, sử dụng các nguyên liệu đơn giản dễ kiếm rẻ tiền NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 7.1 Ơ nhiễm mơi trường nước 7.1.1 Tầm quan trọng nước - Nước nguồn tài nguyên vô quan trọng cho tất cả các sinh vật trái đất Nếu khơng có nước thì chắn khơng có sự sống xuất trái đất, thiếu nước thì cả văn minh không tồn tại - Nhưng vấn đề thiếu nước trở nên bách, sự tái sinh nước không kịp đáp ứng nhu cầu người nhiều nơi thế giới 7.1.2 Tình trạng nhiễm môi trường nước Việt Nam - Hiện Việt Nam, các cấp, các ngành có nhiều cố gắng việc thực chính sách pháp luật bảo vệ môi trường, tình trạng ô nhiễm nước vấn đề đáng lo ngại a) Ơ nhiễm nước sản xuất cơng nghiệp - Gây nhiễm mơi trường nước khơng có công trình thiết bị xử lí chất thải - Mức độ ô nhiễm nước các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập trung lớn Tốc đợ cơng nghiệp hóa thị hóa khá nhanh sự gia tăng dân số gây áp lực ngày nặng nề đối với tài nguyên vùng lãnh thổ - Môi trường nước nhiều đô thị, khu công nghiệp làng nghề ngày bị ô nhiễm nước thải, khí thải chất thải rắn - Việt Nam không nên chú trọng đến phát triển sản lượng sản xuất mà quên vấn đề môi trường b) Khu dân cư, làng nghề - Khảo sát một số làng nghề sắt thép, đúc đồng, nhôm, chì, giấy, dệt nḥm nước ta cho thấy có lượng nước thải hàng ngàn m 3/ ngày không qua xử lí, gây ô nhiễm nguồn nước môi trường khu vực - Mặt khác nhiều sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn các bệnh viện sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải 7.1.3 Ảnh hưởng ô nhiễm môi trường nước - Môi trường nước ô nhiễm gây ảnh hưởng đến sức khỏe người dân, vùng bị ngập lũ - Chi phí để sản xuất nước sinh hoạt phải tăng lên phải thêm hóa chất lọc chu kì sức lọc bể chứa phải gia tăng - Ảnh hưởng đến các hoạt động chăn nuôi trồng trọt, nuôi trồng thủy hải sản 7.2 Một số tiêu đánh giá chất lượng nước thải chủ yếu 7.2.1 Các tiêu vật lí a) Màu sắc Nước sạch khơng màu Nước có màu biểu nước bị nhiễm b) Mùi vị Nước sạch không mùi, không vi Nếu nước có mùi có vị khó chịu triệu chứng nước bị ô nhiễm Mùi vị nước gây nguyên nhân chủ yếu: * Do các sản phẩm phân huỷ các chất hữu nước * Do nước thải có chứa chất khác nhau, màu mùi vị nước đặc trưng cho loại c) Độ đục Nước tự nhiên thường bị vẩn đục hạt keo lơ lửng nước, các hạt keo có thể mùn, vi sinh vật Nước đục làm giảm sự chiếu sáng ánh sáng mặt trời qua nước Độ đục nước xác định bằng phương pháp so độ đục với độ đục thang chuẩn d) Nhiệt độ e) Chất rắn nước Nước có hàm lượng chất rắn cao nước chất lượng Chất rắn nước gồm có loại: chất rắn lơ lửng chất rắn hoà tan, tổng loại chất rắn gọi tổng chất rắn f) Độ dẫn điện Các muối tan nước tồn tại dạng ion nên làm cho nước có khả dẫn điện Độ dẫn điện nước phụ thuộc vào nồng độ, tính linh động hoá trị các ion (ở một nhiệt độ định) Như khả dẫn điện nước phản ánh hàm lượng chất rắn tan nước 7.2.2 Một số tiêu hố học sinh học a) Đợ axít Là hàm lượng các chất có nước tham gia phản ứng với kiềm mạnh Độ axit nước xác định bằng lượng kiềm dùng để trung hoà nước b) Độ kiềm Là hàm lượng các chất có nước phản ứng với các axit mạnh Để xác định độ kiềm nước người ta sử dụng phương pháp chuẩn độ nước bằng dung dịch axit mạnh c) Độ cứng nước Do các ion kim loại kiềm thổ, chủ yếu canxi magie gây nên Nước cứng thường không gọi ô nhiễm vì không gây tác hại tới sức khoẻ người Nhưng nước cứng lại gây nên hàng loạt các hậu quả: nước cứng pha chè khơng ngấm, xà phịng khơng tạo bọt vì xà phòng tạo kết tủa với ion Ca2+, Mg2+ d) Độ pH Độ pH một tiêu xác định chất lượng đối với nước cấp nước thải Chỉ số cho thấy cần thiết phải trung hồ hay khơng tính lượng hoá chất cần thiết quá trình xử lý đông tụ, khử khuẩn Sự thay đổi giá trị pH làm thay đổi các quá trình hoà tan keo tụ, làm tăng, giảm vận tốc các phản ứng hoá sinh xảy nước e) Chỉ tiêu oxi hoà tan DO (disolved oxygen) DO hàm lượng oxi hoà tan nước để trì sự sống cho các sinh vật dưới nước DO có nghĩa phải một điều kiện nhiệt độ định, nhiệt đợ tăng đợ hồ tan giảm Với nguồn nước một nhiệt xác định thì số DO xác định f) Chỉ số BOD (nhu cầu oxi sinh hoá - Biochemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxi sinh hoá hay nhu cầu oxi sinh học thường viết tắt BOD, lượng oxi cần thiết để oxi hoá các chất hữu có nước thải bằng vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn hoại sinh, hiếu khí Quá trình gọi quá trình oxi hoá sinh học Quá trình tóm tắt sau: Chất hữu + O2 Vi sinh vật CO2 + H2O Tế bào mới (tăng sinh khối) Quá trình đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất chất hữu cơ, vào các chủng loại vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước, mợt số chất có đợc tính nước Bình thường 70% nhu cầu oxi sử dụng ngày đầu, 20 % ngày tiếp theo 99 % ngày thứ 20 100 % ngày thứ 21 g) Chỉ số COD (nhu cầu oxi hoá học - Chemical Oxygen Demand) COD lượng oxi cần thiết cho quá trình oxi hoá Hoá học tồn bợ chất hữu có mẫu nước thành CO2 nước h) Tổng cacbon hữu TOC (Total organic carbon) Cacbon bộ khung các hợp chất hữu vì xác định tổng cacbon hữu có thể sở để xác định nồng độ các chất hữu nước i) Tổng nitơ kendan (TN) (Total nitrogen) j) Tổng photpho TP (Total phosphorous) k) Chỉ tiêu vi sinh Trong nước thải đặc biệt nước thải sinh hoạt nhiễm nhiều vi sinh vật có lẫn phân người phân đợng vât Trong có thể có nhiều vi khuẩn gây bệnh, đặc biệt gây bệnh đường tiêu hoá tả, lỵ, thương hàn các vi khuẩn gây ngộ độc thực phẩm * Tuỳ theo quốc gia hay các ngành thì tổ chức bảo vệ mơi trường có các tiêu phù hợp 7.3 Tổng quan công nghệ làm bún 7.3.1 Khái niệm, phân loại, nguyên liệu a) Khái niệm: Bún (Rice Vermicelli) một dạng thực phẩm dạng sợi, chế biến từ nguyên liệu giàu amylose bột gạo tẻ b) Phân loại: Bún chia làm loại chủ yếu bún tươi bún khô: - Bún tươi: sau định hình, làm ng̣i, bún bao gói cẩn thận, chủn phân phối tới nơi thiêu thụ thời gian bảo quản ngắn (không quá 24 giờ) - Bún khô: sau định hình, vắt sợi, bún đem sấy để loại nước nhằm làm giảm hàm lượng ẩm xuống dưới 12% mới đem bao gói c) Ngun liệu làm bún gờm có gạo tẻ và nước 7.3.2 Quy trình làm bún Từ thực tiễn khảo sát vấn chủ hộ gia đình làm bún, chúng tiến hành nghiên cứu quy trình sản xuất bún đơn giản thường thấy Việt Nam, quy trình sản xuất bún tươi Đây quy trình mà hộ gia đình làm Gạo Ngâm Nước Nghiền ướt Làm ráo Nước thải Hồ hoá sơ bộ Nhào Ép đùn Luộc Nước Làm nguội Bún tươi Nước thải Hình 1: Sơ đồ quy trình làm bún 7.3.3 Thành phần tính chất nước thải từ làm bún Hiện nay, nhiều máy móc sử dụng thay thế cho việc làm thủ công trước Trong công nghệ sản xuất bún thì cần sử dụng nước hầu hết các công đoạn Nước thải sản xuất bún nhìn chung có đặc tính giàu BOD5, tổng chất rắn lơ lửng (TSS) lớn đợ chua cao Nước thải từ làm bún có pH nhỏ quá trình ngâm gạo để vi khuẩn lactic lên men sinh axit lactic tạo vị chua đặc trưng cho bún Nước thải sản xuất bún thường có hàm lượng chất hữu hòa tan chất lơ lửng cao Vì vậy, chúng nguồn thức ăn cho vi khuẩn các vi sinh vật, gây nên sự thiếu hụt oxi nghiêm trọng vi khuẩn các vi sinh vật tiêu thụ với tốc độ nhanh Bên cạnh đó, các hợ gia đình làm bún thường nằm gần khu dân cư, chưa có hệ thống xử lí nước thải sản xuất nước thải sản xuất chưa qua xử lí trộn lẫn với nước thải sinh hoạt trước vào hệ thống cống thoát chung Điều gây ô nhiễm môi trường cho các khu vực xung quanh Muốn xác định chính xác thành phần nước thải hộ gia đình, chúng ta phải tiến hành khảo sát thực tế 7.4 Tổng quan phương pháp xử lý nước thải Hiện để xử lí nước thải sinh hoạt hay cơng nghiệp thế giới có nhiều phương pháp khác nhau: phương pháp học, hóa học, hóa lí, sinh học Mỗi phương pháp giúp loại bỏ mợt số thành phần nhiễm có nước thải Việc sử dụng riêng lẻ kết hợp các phương pháp phụ thuộc vào yêu cầu chất lượng nước đầu ra, đặc tính nước thải, chi phí đầu tư, các quy định môi trường địa phương 7.4.1 Xử lý nước thải phương pháp hóa học Trung hòa nước thải chứa axit kiềm cần trung hòa đưa pH khoảng 5,5 – trước thải vào nguồn nhận sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo Bản chất phương pháp trung hịa phản ứng hóa học axit kiềm, muối axit kiềm có nước thải 7.4.2 Xử lý nước thải phương pháp vật lí- Phương pháp hấp phụ Phương pháp dùng để loại bỏ các chất nhiễm hịa tan vào nước mà phương pháp xử lí khác không loại bỏ với hàm lượng nhỏ Sử dụng phương pháp hấp phụ có thể loại bỏ đến 58-95% các chất hữu chất màu các ion vô Khi sử dụng phương pháp này, phải chú ý đến khả hấp phụ vật liệu Vật liệu hấp phụ thường dùng than hoạt tính, zeolit 7.4.3 Xử lý nước thải phương pháp sinh học Phương pháp sinh học ứng dụng để xử lý các chất hữu hịa tan có nước thải một số chất vô dựa sở hoạt động vi sinh vật để phân hủy các chất hữu gây ô nhiễm Vi sinh vật sử dụng chất hữu một số khoáng chất để làm thức ăn Phương pháp xử lý sinh học có thể chia thành loại: phương pháp kị khí hiếu khí 7.4.4 Phương pháp xử lý ổn định nước thải Hiện một hướng xử lí quan tâm tính ổn định, lâu dài, chi phí thấp sử dụng thực vật để làm sạch nước Trong sử dụng các nhu cầu đặc điểm vật lí để loại bỏ các hợp chất gây tác hại đến môi trường Các thường dùng các thủy sinh, rễ trần Cây hấp thụ nitơ photpho cho quá trình tăng trưởng rễ có tác dụng lọc các chất lơ lửng đồng thời nơi lưu giữ các vi khuẩn có ích cho quá trình làm sạch nước thải CHƯƠNG 2: XỬ LÍ NƯỚC THẢI TỪ HỢ GIA ĐÌNH LÀM BÚN TẠI PHÚ ĐÔ BẰNG ĐÁ NÂNG PH, THAN HOẠT TÍNH VÀ CÁT 7.5 Lựa chọn phương pháp xử lý nước thải từ hộ gia đình làm bún Nhằm tìm một phương pháp xử lí nước thải hiệu quả, tiết kiệm, thân thiện với môi trường, công nghệ đơn giản phù hợp với điều kiện kinh tế các hợ gia đình sản xuất, nhóm nghiên cứu thành lập Qua quá trình tìm hiểu, trao đổi, thảo luận các phương pháp xử lý nước thải, nhóm đề xuất phương pháp xử lý nước thải bằng cách lọc xuôi sử dụng các vật liệu sau: Cát: Nguyên liệu sẵn có, có khả loại bỏ chất lơ lửng Đá nâng pH: Là nguyên liệu rẻ tiển, dễ kiếm Đây tác nhân trung hịa có thành phần bản CaCO3 dựa sở CaCO3 loại bỏ H+ (độ axit) mà không cần phải sử dụng các hóa chất đắt tiền Quá trình lọc mà chúng tơi dùng lọc xi Mức độ tăng pH phụ thuộc vào chiều dày lớp đá tốc đợ lọc Có thể sử dụng lâu dài, sau thời gian tháng đến năm thì bổ sung thêm hạt Than hoạt tính: Ở chúng sử dụng loại than hoạt tính từ gáo dừa vật liệu có khả hấp phụ tốt các chất hữu có phân tử khối lớn, ngồi cịn có khả khử mùi từ quá trình làm bún Sử dụng sau -12 tháng mang giải hấp, tái sinh lại than hoạt tính 7.6 Thực nghiệm 7.6.1 Chuẩn bị nguyên liệu Đá nâng pH, than hoạt tính, cát 7.6.2 Thiết bị xử lý nước Nhóm nghiên cứu thiết kế thiết bị xử lý nước mắc nối tiếp sau: - Lưới chắn rác - Bình 1: cát (phía trên), đá nâng pH (phía dưới) - Bình 2: cát (phía trên), than hoạt tính (phía dưới) 7.6.3 Cách tiến hành Chúng chọn nước thải từ hộ gia đình làm bún tại phường Phú Đô, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội làm đối tượng nghiên cứu Nước thải ban đầu kí hiệu Nt1 Sau cho Nt1 vào bình 1, nước gọi Nt2 Cho tiếp Nt2 vào bình 2, nước gọi Nt3 Tốc độ nước vào bình 0,6 lít/giờ Chúng tiến hành làm thí nghiệm lần để khảo sát độ lặp kết quả theo mô hình sau: Hình 2: Mô hình thiết bị xử lý nước thải hộ gia đình làm bún 7.7 Kết thảo luận Chúng tập trung vào số đặc trưng cho nước thải cơng nghiệp pH BOD5 (200C) Chúng lấy các mẫu nước Nt1, Nt2, Nt3 gửi tới Trung tâm y tế dự phịng Hà Nợi để xác định số so sánh với tiêu chất lượng nước thải công nghiệp theo thông tư 47/2011/TT-BTNMT (mức B) 7.7.1 Kết Thí nghiệm lần 1: Bảng 1: Kết quả đo mẫu nước lần Giá Nt1 Nt2 Nt3 trị pH BOD5 4,0 1500 5,7 1492 120 Chuẩn TT47 5,5 - 50 Thí nghiệm lần 2: Bảng 2: Kết quả đo mẫu nước lần Giá trị Nt1 Nt2 Chuẩn Nt3 pH 3,9 BOD5 1482 Thí nghiệm lần 3: TT47 5,9 1400 6,2 80 5,5 - 50 Bảng 3: Kết quả đo mẫu nước lần Giá Nt1 Nt2 Nt3 trị pH BOD5 7.7.2 Thảo luận 4,2 1512 5,8 1508 6,1 83 Chuẩn TT47 5,5 - 50 a) Định tính Nước qua xử lí giảm hẳn các chất keo, lơ lửng nước Qua hệ thống xử lí, nước thải môi trường suốt, không bị đục nước thải ban đầu b) Định lượng (kết quả phân tích mẫu nước) Do mẫu nước phụ thuộc vào quá trình sản xuất, nhóm nghiên cứu lấy mẫu nước thải vào các ngày khác cho các giá trị pH, BOD ban đầu khác Nước thải ban đầu có giá trị pH thấp, BOD cao chứng tỏ nước bị ô nhiễm khá nặng vượt nhiều lần mức cho phép thải vào nguồn nước - Giá trị pH Giá trị pH nước thải đầu vào thấp 3,9 – 4,2 nên nước thải có mơi trường khá axit Do việc xử lí pH cần thiết để thuận lợi cho các quá trình xử lý tiếp theo Nhìn vào bảng số liệu nhận thấy: bình (chứa cát đá nâng pH) có khả nâng pH lên tốt (từ 4,0 lên 5,7; từ 3,9 lên 5,9; từ 4,2 lên 5,8) Như sử dụng cát đá nâng pH hợp lí - Giá trị BOD5 (200C) Giá trị BOD5 nước thải đầu vào cao (đạt khoảng 1482-1512) Nhìn vào bảng số liệu nhận thấy bình chứa đá pH xử lí một phần BOD5 Bình chứa than hoạt tính cát xử lý BOD khá tốt (từ 1492 xuống 120, từ 1400 xuống 80, từ 1508 xuống 83) làm giảm BOD xuống 12 lần Đó nhờ khả hấp phụ tốt than hoạt tính với các chất hữu tan Việc sử dụng than hoạt tính để xử lý BOD5 phù hợp c) Hiệu quả việc sử dụng - Thời gian tốc độ xử lí: Với hệ thống lọc xuôi mô hình thí nghiệm làm tức thể tích bình lít thì lọc 300ml nước thời gian 30ph => tốc độ lọc bằng 0,6lit/h Như nếu bể xử lí có thể tích 1m3 thì xử lí 2,8m3 nước thải ngày Kết luận chung Qua kết quả nhận thấy hệ thống xử lý nước thải mà nhóm đề xuất có hiệu quả đáng kể So sánh với các phương pháp xử lý nước thải thông thường nhận thấy phương pháp mà nhóm đưa hiệu quả mặt xử lí, tiết kiệm thời gian, tính khả thi cao, tối ưu kinh tế kĩ thuật đặc biệt thân thiện với môi trường KẾT LUẬN KHOA HỌC Tính sáng tạo đề tài Vận dụng kiến thức liên mơn Hóa học, Sinh học, Vật lí để giải quyết vấn đề thực tiễn mang tính thời sự cấp bách Sử dụng các ngun liệu sẵn có để xử lý mơi trường tạo một quy trình công nghệ xử lý đơn giản Trong quá trình thí nghiệm, nhóm sử dụng các thiết bị thí nghiệm đơn giản, hiệu quả cao Thành cơng đề tài Nhóm nghiên cứu thiết kế thiết bị xử lý nước thải tại hộ gia đình làm bún đơn giản với việc sử dụng vật liệu tự nhiên, chi phí thấp hiệu quả, kinh tế thân thiện với môi trường