3 Chƣơng – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2.4 Kết quả xử lý sau quá trình thực nghiệm
Sau thời gian vận hành thiết bị lên men mêtan nƣớc thải tinh bột sắn qua 3 giai đoạn với 3 tải lƣợng khác nhau chúng tôi thu đƣợc kết quả nhƣ sau:
0 100 200 300 400 500 600 700 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 70 Lƣợ ng k hí sinh ra ( m 3) % C H 4
Thời gian lưu (ngày) %CH4
Lượng khí sinh ra 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 40 50 60 70 T h ể tích khí h àng ng ày ( m3)
Bảng 3.4. Kết quả xử lý sau quá trình thực nghiệm
Thông số Đơn vị Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3
Thể tích làm việc
m3 12 12 12
Tải lƣợng kgCOD/m3thiết bị/ngày
1,3 2,1 2,8
Lƣu lƣợng đầu vào (ra)
m3/ngày 0,4 0,6 0,8
COD đầu vào g/l 42,308 42,308 42,308
COD đầu ra 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 4 %CH4 (tính theo trung bình) % 55,78 61,25 40,04
Hiệu suất sinh mêtan
m3/kgCODphânhủy 0,53 0,41 0,054
Kết quả nghiên cứu cho thấy ở tải lƣợng 2,1 kgCOD/m3thiết bị/ngày cho kết quả xử lý nƣớc thải tinh bột sắn tốt nhất, với hiệu suất xử lý lên đến 97,07%, thể tích khí sinh ra lớn nhất 16,4 m3/ngày, tuy nhiên hiệu suất sinh khí mêtan thấp hơn ở giai đoạn một, có thể do vi sinh vật sinh mêtan thiếu nguồn dinh dƣỡng vi lƣợng nên hoạt động chƣa hiệu quả.
Dƣơng Liễu, Cát Quế, huyện Hoài Đức, Hà Nội; cũng nhƣ nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ lên men mêtan để xử lý nƣớc thải, đặc biệt là xử lý nƣớc thải các ngành sản xuất lƣơng thực, thực phẩm. Chúng tôi 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 hiện tƣợng tắc đƣờng ống do rác thải có kích thƣớc lớn, tại đầu các đƣờng ống thu gom nƣớc thải có bố trí các song chắn rác bằng kim loại. Nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn có chứa nhiều cát, mảnh kim loại nhỏ,…trong nguyên liệu, trong nƣớc thải vệ sinh nhà xƣởng. Nƣớc thải nên đƣợc tiếp tục lắng để loại bỏ những hạt cát rời và một phần cát dính trong lớp vỏ gỗ, tránh ảnh hƣởng tới máy bơm và các thiết bị xử lý.
- Sau đó, nƣớc thải đƣợc đƣa về khu xử lý nƣớc thải tập trung của làng nghề thông qua hệ thống cống thu gom riêng biệt. Tại đây, nƣớc thải tiếp tục đƣợc đƣa qua bể điều hòa, sự dao đồng nồng độ và lƣu lƣợng nƣớc thải ở các thời điểm s ảnh hƣởng đến hoạt động của các vi sinh vật trong bể lên men mêtan. Bể điều hòa có tác dụng làm ổn định nồng độ nƣớc thải, tăng hiệu quả xử lý nƣớc thải. Đây là bƣớc rất
quan trọng đối với quá trình phân hủy kị khí bởi vi sinh vật kị khí có tốc độ sinh trƣởng chậm hơn so với vi sinh vật hiếu khí, độ nhạy cảm cao hơn, và dễ bị ảnh hƣởng bởi các điều kiện môi trƣờng phản ứng, đặc biệt là đối với nhóm vi sinh vật lên men mêtan.
- Tiếp theo nƣớc thải trung hòa độ pH bằng dung dịch NaHCO3 để tăng độ pH lên khoảng từ 6,8-7,5. Các thiết bị đo pH đƣợc lắp đặt và kết nối với các bơm định lƣợng tự động để đảm bảo độ pH ổn định.
- Sau khi đƣợc trung hòa và ổn định pH, nƣớc thải đƣợc bơm sang bể lên men mêtan. Hệ vi sinh vật kị khí trong bể s phân hủy các hợp chất hữu cơ, sử dụng chúng làm cơ chất để sinh trƣởng, phát triển, và tạo ra khí biogas (CH4 và CO2). Máy khuấy trong bể giúp phân tán nƣớc thải, tăng sự tiếp xúc của hệ vi sinh vật với cơ chất; đuổi khí NH3 , thành phần gây ức chế hoạt động của vi sinh vật, ra khỏi bể; đồng thời ngăn ngừa sự hình thành tập trung axit, sản phẩm của giai đoạn lên men axit dƣới đáy bể, gây giảm pH, ảnh hƣởng đến nhóm vi sinh vật lên men mêtan.
- Khí biogas sinh ra từ quá trình xử lý, đƣợc đƣa qua tháp khử H2S rồi sau đó thu hồi vào bình chứa khí để chạy máy phát điện, cung cấp điện năng cho hệ thống xử lý nƣớc thải, các hộ dân cƣ trong vùng hay điện thắp sáng đèn đƣờng.
- Dịch nƣớc thải từ bể lên men mêtan đƣợc thu gom và sử dụng để bón ruộng, cải tạo đất.
Để mô hình công nghệ xử lý nƣớc thải làng nghề đạt hiệu quả cao, cần tiến hành song song các biện pháp quản lý chính sách phù hợp cùng với các biện pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu lƣợng nƣớc thải trong quá trình sản xuất:
- Tăng cƣờng công tác tuyên truyền, giáo dục nâng cao ý thức và trách nhiệm BVMT và sức khoẻ cộng đồng cho các chủ sản xuất, ngƣời lao động và nhân dân;
- Đẩy mạnh phƣơng án tách khu sản xuất ra khỏi khu dân cƣ, quy hoạch xây dựng hợp lý khu công nghiệp làng nghề mới và có kế hoạch quản lý tốt môi trƣờng .
thích đáng đối với các trƣờng hợp vi phạm các quy định về môi trƣờng.
- Hỗ trợ cho ngƣời dân làng nghề về vốn, kiến thức cũng nhƣ kỹ thuật để áp dụng các biện pháp sản xuất sạch hơn.
- Triển khai nghiên cứu, áp dụng các công nghệ tiến bộ trong sản xuất để nâng cao chất lƣợng sản phẩm, giảm lƣợng nƣớc thải, áp dụng biện pháp quản lý và xử lý chất thải đơn giản, rẻ tiền, để các hộ tƣ nhân có thể sử dụng.
- Nghiên cứu phƣơng pháp tách dòng, tuần hoàn nƣớc trong sản xuất để giảm lƣợng nƣớc thải xả ra môi trƣờng.
4 Kết luận và kiến nghị Kết luận Kết luận
Từ kết quả nghiên cứu, học viên rút ra một số kết luận nhƣ sau:
- Nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn tại các làng nghề có pH rất thấp 2,6 – 4,6. Giá trị hàm lƣợng chất rắn lơ lửng SS cao gấp 12- 83 lần, hàm lƣợng COD vƣợt quá từ 20 – 67 lần; tổng nitơ và tổng photpho vƣợt lần lƣợt 2,5 – 7,5 lần và 2 – 7,6 lần so với QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp.
- Trong các giai đoạn sản xuất, giai đoạn rửa bột, lắng tách bột là giai đoạn thải ra nƣớc thải có hàm lƣợng COD cao, lên đến 40g/l, trong khi các giai đoạn rửa, bóc, tách bã chỉ dao động trong khoảng từ 3-10 g/l.
- Lựa chọn phân bò sữa làm mầm kị khí phù hợp với quá trình lên men mêtan nƣớc thải tinh bột sắn.
- Trong giai đoạn nghiên cứu với tải lƣợng 1,3 và 2,1 kgCOD/m3thiết bị/ngày, hàm lƣợng VFA trung bình là 307 mg/l, độ kiềm tổng dao động 7500- 9500 mg CaCO3/l, pH duy trì 7,4 -7,5.
- Tại tải lƣợng 2,8 kgCOD/m3thiết bị/ngày, VFA tăng dần, cao nhất gần 600mg/l, pH giảm xuống tới 6,9.
- Khả năng hoạt động tốt nhất của hệ vi sinh kị khí trong bể đối với 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 và 2,8 kgCOD/m3thiết bị/ngày.
- Hiệu suất xử lý COD của 3 tải lƣợng lần lƣợt là 96,06; 97,07 ; 88,23% tƣơng ứng lần lƣợt với tải lƣợng 1,3 ; 2,1; 2,8 kgCOD/m3thiết bị/ngày.
kiệm năng lƣợng.
- Cần có thêm những nghiên cứu để kiểm soát quá trình sinh học tốt hơn, tăng chất lƣợng cũng nhƣ thể tích khí biogas sinh ra, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng, tận dụng tối đa các nguồn thải.
5 Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt Tài liệu tiếng Việt
1. Hoàng Kim Anh, Ngô Kế Sƣơng, Nguyễn Xích Liên (2005), Tinh bột sắn và các sản phẩm từ tinh bột sắn, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
2. Lý Kim Bảng (1999), Nghiên cứu xử lý rác thải tạo nguồn phân bón thích hợp phục vụ nông nghiệp, Hội nghị môi trƣờng toàn quốc năm 1999, Hà Nội. 3. Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng (2004), Dự án tăng cường năng lực thực hiện cơ
chế phát triển sạch tại Việt Nam.
4. Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng (2005), Báo cáo hiện trạng môi trường. 5. Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng (2008), Báo cáo môi trường quốc gia.
6. Đặng Kim Chi (2005), Làng nghề Việt Nam và môi trường, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
7. Đặng Kim Chi (2005), Đề tài KC 08-09: Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xây dựng các chính sách và biện pháp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường ở các làng nghề Việt Nam, Đại học Bách khoa Hà Nội.
8. Dự án Chƣơng trình Khí sinh học cho ngành Chăn nuôi Việt Nam (2007), Công nghệ Khí sinh học, Hà Nội.
9. 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), Công nghệ khí sinh học, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Cục Nông Nghiệp, Hà Nội.
11.Trần Hiếu Nhuệ (1999), Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội.
12.Lƣơng Đức Phẩm (2002), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, NXB Giáo Dục, 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 bằng hệ thống UASB, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trƣờng, Đại học Bách Khoa, Hà Nội.
16.Nguyễn Thị Sơn (2007), Hiện trạng sản xuất và môi trường làng nghề sản xuất tinh bột sắn, Hà Nội.
17. Nguyễn Xuân Thủy, Nguyễn Minh Thao và các cộng sự (2006), Nghiên cứu công nghệ và thiết bị xử lý chất thải chế biến tinh bột sắn quy mô làng nghề hoặc tập trung, Hà Nội.
18.UBND xã Dƣơng Liễu (2011), Báo cáo: Thực hiện nhiệm vụ Kinh tế - Xã hội – ANQP 6 tháng đầu năm 2011. Phương hướng nhiệm vụ Kinh tế - Xã hội – ANQP 6 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 môi trường và vệ sinh cá nhân ở 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 ice- cream wastewater”, Biotechnology and applied Biochemistry, 23(1), pp.55- 61.
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.
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), 1219- 1228,1998.)
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, 83- 114.
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
A preliminary study”, Biological Wastes, 28(2), 157-161).
50.Rittmann, B. E. and McCarty, P. L. (2001), Environmental Biotechnology:Principles and Applications, 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. L.(1958), “Studies on sludge digestion and methane fermentation, Part 1. Sludge digestion at increased 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
6 Phụ lục
Phụ lục 1: Phiếu điều tra sử dụng nƣớc – nƣớc thải và BVMT tại làng nghề chế biến thực phẩm huyện Hoài Đức – Hà Nội.
I. Thông tin chung
1. Tên hộ :……….
2. Địa chỉ : ……….. Điện thoại : …………..
3. Số thành viên gia đình: ….
4. Số nhân công (không tính gia đình):
5. Loại sản phẩm : ☐Tinh bột sắn (1) - ☐Mì, miến (2) ☐ Mạch nha (3) ☐Kẹo (4) ☐ Chăn lợn, nấu rƣợu (5)
6. Nguyên liệu chính: ☐Tinh bột sắn, ☐Bột gạo, ☐Gạo và loại khác 7. Năng suất: ……. Tấn/ngày,………Tấn/tháng, hoặc …… Tấn/năm
8. Tỉ lệ nguyên liệu chính: ………….tấn/tấn sản phẩm
9. Doanh thu: ……….. VND/năm
Ƣớc tính từ ………..sản lƣợng x giá bán ……. Và……..sản lƣợng x giá bán …….
II. Thông tin sử dụng nƣớc, thải nƣớc Thể tích nƣớc sử dụng: ……….m3/ngày
Loại nƣớc: ☐nƣớc máy ☐nƣớc ngầm ☐nƣớc sông Phí sử dụng nƣớc nếu có………VND/m3
Nguồn xả thải chính: (từ quá trình rửa củ, ngâm bột…) Nƣớc thải xả ra: kênh ao hay khác
Phí vệ sinh môi trƣờng phải trả …………. VND/tháng