3 Chƣơng – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết quả khảo sát hiện trạng nƣớc thải và quản lý nƣớc thải tại làng nghề Minh Khai,
Minh Khai, Dƣơng Liễu, Cát Quế- Hoài Đức- Hà Nội
3.1.1 Kết quả khảo sát hiện trạng nước thải
Các hoạt động sản xuất phi nông nghiệp chủ yếu ở đây bao gồm: Sản xuất tinh bột (sắn, dong); sản xuất mạch nha; sơ chế vừng, lạc, đỗ xanh; làm miến, bún khô, làm bánh kẹo. Hiện nay có thêm một số nghề mới nhƣ thêu ren, làm gạch, tuy nhiên sản lƣợng chƣa nhiều.
Do đặc thù là làng nghề chế biến nông sản thực phẩm nên đặc điểm chung về nguyên liệu đầu là các sản phẩm từ ngành trồng trọt. Bao gồm: sắn củ, dong củ, vừng, lạc, đỗ xanh, khoai, ngô và một số các phụ phẩm khác.
Mặt khác, sản xuất phi nơng nghiệp ở đây vẫn mang tính chất nhỏ lẻ, phân tán. Hình thức tổ chức sản xuất chủ yếu là theo hộ gia đình, cơ sở sản xuất đặt tại khu nhà ở, chƣa có hệ thống phân loại nƣớc thải sản xuất và nƣớc thải sinh hoạt.
Các hoạt động CBNSTP chính bao gồm: việc rửa, bóc, tách vỏ ngun liệu; nghiền, xay các loại củ (dong, sắn, đỗ); ngâm, ủ, lọc bột dong, sắn; phơi sấy sản phẩm; vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm… Bởi vậy, nƣớc thải đặc trƣng có hàm lƣợng hữu cơ cao, thể hiện qua lƣợng BOD, COD trong nƣớc thải lớn hơn hàng chục lần, hàng trăm lần so với TCCP.
Kết quả phân tích đặc tính nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn tại các kênh thải của ba làng từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2012 đƣợc thể hiện trong bảng 3.1 dƣới đây:
Bảng 3.1 Kết quả phân tích nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn của 3 làng nghề Minh Khai, Dƣơng Liễu, Cát Quế, Hà Nội
Mẫu* SS (mg/l) (mg/l) COD (mg/l) (mg/l) pH ∑N(mg/l) (mg/l) ∑P(mg/l) (mg/l) MK1 1220 3362 3,0 111,3 15,4
DL2 3810 3636 5,8 97,8 13,7 DL3 240 9021 2,6 302,1 43,2 DL4 8350 549 2,8 102,3 12,4 CQ1 1140 5070 4,5 250,4 23,1 CQ2 3570 10056 3,2 293,6 45,5 CQ3 1240 8076 3,5 237,3 27,8 QCVN 40:2011/BTNMT (B) 100 150 5,5-9 40 6
*: nƣớc thải hòa lẫn vào kênh chung bao gồm nƣớc thải sản xuất và nƣớc thải sinh hoạt
Từ bảng Bảng 3.1 nhận thấy, nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn tại các làng nghề có pH rất thấp 2,6 – 4,6, chỉ có 2 mẫu có pH trên 5,5. Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng và COD cao gấp hàng chục lần so với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia. 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 lượng nước
thải công nghiệp. Các kết quả thu đƣợc cũng khá phù hợp với kết quả của các nghiên cứu trƣớc đây về đặc tính nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn nhƣ nghiên cứu của Hu nh Ngọc Phƣơng Mai (2006), Nguyễn Thị Sơn và cộng sự (2006)…
Công nghệ khoa học ứng dụng trong sản xuất chủ yếu chỉ dừng lại ở việc nâng cao năng suất, giảm thiểu lao động nhƣng cịn mang tính chắp vá, nhỏ lẻ, theo từng cơng đoạn (nhƣ máy rửa, bóc vỏ ngun liệu; máy khuấy trộn bột; máy cắt,
tráng miến) mà chƣa có sự đầu tƣ đồng bộ. Hơn nữa chủ yếu là các máy móc đƣợc mua lại, đã dùng lâu năm khơng cải tạo. Cả khu vực chƣa có bất cứ sự đầu tƣ máy móc nào nhằm giảm thiểu chất thải, bảo vệ môi trƣờng. Do đó, hiệu suất của nguyên liệu không cao, đồng nghĩa là khối lƣợng thải lớn, lại không đƣợc xử lý trƣớc khi thải vào môi trƣờng nên gây ô nhiễm là điều tất yếu.
Trong các hoạt động sản xuất chế biến của làng nghề thì chế biến tinh bột sắn, dong là tạo ra lƣợng nƣớc thải lớn nhất, đóng góp khoảng 70% tổng lƣợng nƣớc thải phát sinh trong vùng. Với định mức thải trung bình một tấn tinh bột sắn sản phẩm phát sinh 13 m3 nƣớc thải, còn đối với tinh bột dong là 41 m3 nƣớc thải tạo ra sau quá trình sản xuất một tấn tinh bột.
Các loại nước thải chính phát sinh trong khu vực làng nghề:
- Rửa, bóc vỏ, tách bã: chứa một hàm lƣợng lớn cyanua, alkaloid, antoxian,
xenluloza. Đây là nguồn thải lớn, thƣờng dao động trong khoảng 4,5 -5 m3/tấn nguyên liệu, có chứa COD dao động từ 3 – 10g/lít.
- Rửa bột, lắng tách bột: nƣớc thải chứa tinh bột, xenluloza, protein thực vật,
khoảng 2m3/tấn nguyên liệu có COD rất cao, trung bình 40g/l, pH dao động 3,0 -5,5. - Rửa máy móc, thiết bị, vệ sinh nhà xƣởng: có chứa dầu máy, SS, BOD.
- Nước thải sinh hoạt (bao gồm nƣớc thải từ nhà bếp, nhà tắm, nhà vệ sinh)
chứa các chất cặn bã, SS, BOD, COD, các chất dinh dƣỡng (N, P) và vi sinh vật. Nƣớc thải sinh hoạt hầu hết đều đƣợc thải tập trung với nƣớc thải sản xuất.
- Nước mưa chảy tràn qua khu vực sản xuất cuốn theo các chất cặn bã, rác, bụi.
3.1.2 Tình hình quản lý nước thải tại khu vực làng nghề
Do các hoạt động sản xuất chế biến tinh bột tiêu thụ nƣớc rất nhiều do đó nhu cầu sử dụng nƣớc tại làng nghề là rất lớn. Trung bình mỗi năm tồn bộ nhu cầu sử dụng nƣớc của riêng xã Dƣơng Liễu đã lên tới gần 3 triệu m3, trong đó khoảng 70% cung cấp cho các hoạt động sản xuất CBNSTP. Trong khi đó, dù đã sát nhập với Hà Nội song khu vực vẫn chƣa có nguồn nƣớc sạch cho sinh hoạt và sản xuất. Nhu cầu sử dụng nƣớc hàng ngày cho toàn bộ các hoạt động chủ yếu từ các nguồn:
mùi khó chịu.
Sản xuất nghề ở đây chủ yếu theo quy mơ hộ gia đình, nhà vừa để ở, vừa là cơ sở sản xuất chính, một số cơng đoạn khác (nhƣ phơi sấy, tập kết nguyên liệu) lại tận dụng các mặt bằng công cộng nhƣ cánh đồng, đƣờng đi, ven chợ… Đồng thời do thiếu vốn đầu tƣ xây dựng các hệ thống tập trung xử lý chất thải; đầu tƣ cải tiến máy móc nhằm nâng cao năng suất và giảm thiểu chất thải. Hơn nữa, cũng do sản xuất theo quy mơ hộ gia đình nên khó tập trung đƣợc lƣợng thải, nhất là nƣớc thải. Hệ thống kênh mƣơng dẫn nƣớc thải của làng nghề là các cống nƣớc chạy dọc theo các xã lộ, ngay cạnh nhà ở, sau đó đổ vào các con kênh tiêu chính rồi hịa vào sơng Nhuệ và sơng Đáy.
Hệ thống kênh tiêu chính của vùng bao gồm T2, T5, T3A, T3B, T26 là nơi tiếp nhận toàn bộ lƣợng nƣớc thải chƣa qua xử lý của khu vực làng nghề trƣớc khi chảy ra sơng. Mặc dù đƣợc bố trí khá hợp lý về mật độ và vị trí nhƣng khơng đƣợc tu bổ, nạo vét thƣờng xuyên nên nhiều đoạn kênh tiêu nƣớc bị lấp đầy rác, gây ứ tắc trầm trọng. Đặc biệt là vào vụ sản xuất chính (cuối tháng 8 năm trƣớc đến tháng đầu tháng 4 năm sau), lƣợng nƣớc thải lên đến khoảng 6000 - 8000 m3/ngày đêm. Các cống thoát nƣớc quanh khu vực dân cƣ, khu vực sản xuất thì nhỏ, nơng, khơng có nắp đậy, khơng đủ sức chứa nƣớc thải, chảy tràn ra cả đƣờng đi, ứ đọng bốc mùi hơi thối, khó chịu gây ơ nhiễm mơi trƣờng nghiêm trọng.
Đối với các bã thải sau sản xuất, chỉ có khoảng 70% đƣợc các hộ sản xuất thu gom để bán, phần còn lại do chất lƣợng kém, hoặc gặp thời tiết không thuận lợi khơng phơi khơ đƣợc thì ngƣời dân chất đống ven đƣờng đi, bãi rác, bốc mùi chua nồng nặc, mốc đen.
3.2 Kết quả theo dõi mơ hình ứng dụng công nghệ mêtan để xử lý nƣớc thải tinh bột sắn
3.2.1 Mơ hình cơng nghệ xử lý nước thải tinh bột sắn tại Cát Quế
Mơ hình lên men mêtan xử lý nƣớc thải tinh bột sắn đƣợc đặt tại công ty cổ phần thực phẩm Minh Dƣơng, xã Cát Quế, Hoài Đức, Hà Nội. Đây là mơ hình đƣợc hợp tác nghiên cứu giữa phịng Cơng Nghệ Khai Thác Chế Biến Tài Nguyên Thiên Nhiên, Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên và cơng ty Kansai – Nhật Bản.
Hình 3.1. Tồn cảnh hệ thống xử lý nƣớc thải làng nghề qui mô vừa và nhỏ đặt tại Cát Quế
Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải đƣa ra đƣợc dựa theo dự án nghiên cứu xử lý nƣớc thải phù hợp với quy mơ làng nghề vừa và nhỏ của Phịng Công nghệ khai thác chế biến tài nguyên thiên nhiên- Viện Hóa Học các hợp chất thiên nhiên
Quá trình xử lý nƣớc thải đƣợc chia làm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Nƣớc thải đƣợc đƣa vào bể mêtan thể tích 12m3, bể đƣợc khuấy trộn liên tục, nhiệt độ trong bể luôn đƣợc duy trì ở mức 35-37ºC. Tại bể này diễn ra quá trình lên men sinh khí mêtan, khí sinh ra đƣợc qua tháp hấp phụ khí H2S bằng phoi sắt và dẫn tới bể chứa khí để làm nguyên liệu cho phát điện.
- Giai đoạn 2: Xử lý bùn thải. Bùn thải ra khỏi bể mêtan đƣợc tách nƣớc và ép khơ làm phân bón cho nơng nghiệp.
- Giai đoạn 3: Nƣớc thải sau khi ép bùn đƣợc đƣa vào hệ thống xử lý nƣớc thải (hệ này còn đƣợc gọi là Johkasou) để xử lý tiếp. Nƣớc thải sau khi ra khỏi hệ Johkasou đạt tiêu chuẩn xả thải và đƣợc thải ra môi trƣờng.
3.2.2 Nghiên cứu lựa chọn chế độ khởi động thiết bị lên men
Trong quá trình này, mầm vi sinh đƣợc sử dụng là bùn từ bể kị khí của nhà máy bia (gọi tắt là bùn bia); phân bò sữa. Vi sinh vật trong hệ đƣợc ni dƣỡng và thích nghi bằng việc dùng cơ chất là tinh bột sắn thải pha với nƣớc giếng khoan.
Đối với nhân kị khí là bùn bia sau 2 tuần cho vào thì bắt đầu cung cấp cơ chất. Lƣợng khí sinh học bắt đầu sinh khí từ ngày thứ 15 của hệ với 13,25 lít, trong những ngày sau thì lƣợng khí sinh nhanh, đạt 9,7 m3
dần từ 6,53 – 4,85. Những ngày sau thì khí sinh học sinh ra rất ít do vi sinh vật sinh khí mêtan bị chết bởi pH xuống tới 4,85, dẫn đến hệ bị hỏng và phải khởi động lại hệ mới với nhân kị khí mới. (xem tại Đồ thị 3.1)
Đồ thị 3.1. Ảnh hƣởng giữa pH và lƣợng biogas sinh ra với mầm bùn kị khí nhà máy bia
Trong q trình khởi động hệ lần hai, chúng tơi đã phải thay đổi sang mầm kị khí là phân bị sữa. Sau đây là một số kết quả theo dõi quá trình khởi động với mầm kị khí là phân bị sữa: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 pH Th ể t íc h b io gas si n h r a ( lit)
Thời gian (ngày)
Biogas (lit) pH
Đồ thị 3.2. Mối liên hệ giữa pH và hàm lƣợng biogas với mầm là phân bò sữa
Đối với hệ sử dụng phân bò sữa và bổ sung cơ chất sau một tuần, thì lƣợng khí sinh ra nhiều từ ngày thứ 20 với 22,2m3
và tăng tới 59m3 vào ngày thứ 34, với % CH4 đạt 53%. Tuy nhiên pH tại đây vẫn duy trì ở 7,1 trong khoảng tối ƣu 6,8 – 7,6.
Đồ thị 3.3. Mối liên hệ độ kiềm và VFA
Qua Đồ thị 3.3 cho thấy, hàm lƣợng VFA từ ngày bắt đầu cho cơ chất vào dao động từ 220 – 380 mg/l và tới ngày thứ 35 trở đi lƣợng VFA bắt đầu giảm
5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 6.2 0 10000 20000 30000 40000 0 10 20 30 40 pH L ƣợ n g b iogas
Thời gian (ngày)
biogas pH 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 10 20 30 40 50 Độ kiềm (m g CaCO3/l) VF A
Thời gian (ngày) VFA
xuống tới khoảng 209 - 185 mg/l và độ kiềm dao động từ 2500 – 4500 mg/l. Với khoảng dao động này là khoảng thời điểm chứng tỏ hệ khởi động đang diễn biến tốt nhất và có thể bắt đầu quá trình thực nghiệm với nƣớc thải tinh bột sắn thực tại làng nghề.
Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng phân bị làm nhân kị khí cho kết quả tốt, hệ hoạt động ổn định, pH duy trì ở mức tối ƣu, hệ đệm tốt. Tuy nhiên, cần tiếp tục theo dõi kiểm soát chặt chẽ yếu tố pH , VFA và độ kiềm để đảm bảo hệ có tính đệm tốt nhất trong suốt q trình vận hành tiếp theo.
3.2.3 Nghiên cứu chế độ vận hành thiết bị lên men
Sau q trình khởi động với mầm kị khí là phân bò sữa đã cho kết quả tốt, chúng tôi tiếp tục thử nghiệm vận hành hệ với nƣớc thải tinh bột sắn với các tải lƣợng 1,3 – 2,8 kgCOD/m3thiết bị/ngày. Nƣớc thải có hàm lƣợng COD 42,308 g/l đƣợc bơm từ bể chứa vào thiết bị lên men kị khí, lƣu lƣợng nƣớc thải: 0,4 – 0,8m3/ngày.
Bảng 3.2 Thơng số trong q trình làm thực nghiệm
Các thông số Đơn vị Số liệu
Thể tích làm việc m3 12
Q (lƣu lƣợng đầu vào) m3/ ngày 0,4 – 0,8
CODđầu vào g/l 42,308
Tải lƣợng hữu cơ kgCOD/m3thiết bị/ngày 1,3 – 2,8
Nhiệt độ phản ứng ºC 35-37
Trong quá trình làm thực nghiệm, do nƣớc thải đầu vào tinh bột sắn có pH thấp (từ 4,5 – 5,3) do đó mà pH đƣợc nâng lên tới 6,8- 7,0 để đạt điều kiện tối ƣu sinh khí mêtan bằng việc bổ sung thêm NaHCO3. Việc bổ sung NaHCO3 mặc dù hơi đắt nhƣng nó là hóa chất an tồn cho q trình kị khí vì tăng tính đệm cho hệ kị khí. Cịn sử dụng Ca(OH)2 tuy rẻ nhƣng trong q trình phản ứng với khí CO2 sinh ra s tạo kết tủa CaCO3, làm mất cân bằng giữa pha khí CO2 trong hệ, có thể tạo áp
Axit béo dễ bay hơi là yếu tố ảnh hƣởng đến q trình phân hủy kị khí trong bể mêtan. Để q trình phân hủy kị khí diễn ra ổn định thì phải ln kiểm sốt đƣợc hàm lƣợng VFA này. Trong suốt quá trình nghiên cứu hàm lƣợng VFA dao động trong khoảng 220 – 350, trung bình là 307 mg/l cao nhất là tới 380 mg/l của tải lƣợng 1,3 ; 2,1 kg COD/m3/ngày. Với khoảng giá trị này của axit béo dễ bay hơi (VFA), đối với hệ khơng có khả năng đệm tốt thì pH s bị giảm nhanh sau vài ngày. Tuy nhiên độ kiềm tổng của hai tải lƣợng trên dao động chủ yếu trong khoảng từ 7500- 9500 mg CaCO3/l nên đã trung hòa bớt đƣợc lƣợng axit yếu sinh ra trong q trình thủy phân. Do đó pH của tải lƣợng 1,3 và 2,1 kg COD/m3/ngày chỉ luôn dao động xung quanh 7,4 -7,5. Với khoảng pH nhƣ thế này là môi trƣờng thuận lợi cho vi sinh vật sinh mêtan hoạt động, % CH4 của tải lƣợng 2,1 kg COD/m3/ngày đã đạt tới 61,25%. Kết quả phân tích đƣợc thể hiện qua Đồ thị 3.4, Đồ thị 3.5
Đồ thị 3.4. Mối liên hệ giữa pH và VFA
6 6.3 6.6 6.9 7.2 7.5 7.8 0 100 200 300 400 500 600 0 10 20 30 40 50 60 70 pH VF A (m g /l)
Thời gian (ngày) VFA
Đồ thị 3.5. Mối liên hệ giữa độ kiềm tổng và VFA
Khi pH và VFA luôn đạt ổn định nằm trong giới hạn của bể mêtan thì khả năng sinh khí của bể ln đạt tỉ lệ cao. Thể tích khí ln tăng đảm bảo khả năng phân hủy chất hữu cơ trong bể rất tốt, thể hiện ở Đồ thị 3.8
Khi VFA quá cao thì s gây ức chế ngƣợc lại đối với các vi sinh vật kị khí trong bể mêtan. Tại tải lƣợng 2,8 kg COD/m3
/ngày, VFA dao động tăng dần, cao nhất gần 600mg/l, đây là dấu hiệu cho thấy khả năng thủy phân trong hệ khí đạt cao nhất, có khả năng gây mất tính đệm. Và pH tại đây giảm xuống từ 7,5 xuống tới 6,9 và dao động từ 6,9 – 6,7. Do đó lƣợng biogas sinh ra ít dần, trung bình đạt gần 4m3/ngày thể hiện ở Đồ thị 3.8
Từ đây, có thể thấy việc kiểm soát yếu tố pH và VFA là một việc rất quan trọng quyết định tới chất lượng khí biogas và cần kiểm sốt chặt chẽ.