Bảng 4.11. Dung lượng hấp phụ cực đại của các vật liệu hấp phụ đối với dung dịch Xanh methylen VL 1A 1B 2A 3A 3B 4
Các VL 2A, VL 3A, VL 3B lần lượt có dung lượng hấp phụ cực đại là 62,5 mg/g; 62,11 mg/g; 56,818 mg/g. Các giá trị này cao hơn gấp hơn 2 lần so với VL thơ 1A và 2A, có khả năng hấp phụ tốt, tốt gần bằng than hoạt tính (VL 4) – là thương phẩm đã được bán trên thị trường.
4.2.3. Đánh giá khả năng hấp phụ của các vật liệu với mẫu nước chứa chất hữu cơ trong phịng thí nghiệm
Các chất hữu cơ trong phịng thí nghiệm dùng để thử nghiệm vật liệu là axit axetic và xanh methylen. Hai chất này có cấu tạo và tính chất hồn tồn trái ngược nhau. Nếu sử dụng chúng để đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu thì đảm bảo tính khách quan, tồn diện của nghiên cứu. Axit axetic là một axit hữu cơ, có tên gọi khác là etanoic, cơng thức phân tử là CH3COOH, là một hợp chất phân cực. Các hợp chất hữu cơ cao phân tử như tinh bột, đường, xenlulozo khi bị thủy phân trong môi trường nước sẽ tạo ra các sản phẩm hữu cơ đơn giản hơn, trong đó có axit axetic, axit lactic ...
Nếu như việc sử dụng axit axetic làm chất bị hấp phụ là do chúng rẻ tiền, dễ kiếm, là một trong những sản phẩm của quá trình thủy phân của chất hữu cơ trong nước thải tại làng nghề Dương Liễu thì việc sử dụng xanh methylen làm chất bị hấp phụ thứ hai lại có một nguyên nhân khác. Xanh methylen khi pha thành dung dịch có màu xanh đậm đặc trưng, khi tiến hành hấp phụ ta có thể đánh giá khả năng hấp phụ thơng qua việc quan sát sự thay đổi màu dung dịch. Mặt khác, xanh methylen là một hợp chất khơng phân cực, có cấu trúc phân tử dạng dị vịng, có khối lượng phân tử lớn, công thức cấu tạo là C16H18N3SCl. Nếu VL chế tạo có khả năng hấp phụ tốt với cả axit axetic và xanh methylen thì sẽ có khả năng xử lý được nhiều loại nước thải ô nhiễm chất hữu cơ khác nhau.
Sau khi khảo sát trong phịng thí nghiệm đối với cả 2 dung dịch trên, ta rút ra một số nhận xét như sau:
Sản phẩm thô là VL 1A và 1B có dung lượng hấp phụ thấp nhất, VL 2A có dung lượng hấp phụ cực đại đối với axit axetic là cao nhất; đối với xanh methylen cao thứ hai sau than hoạt tính. Các VL 2B, 3A, 3B có dung lượng hấp phụ cực đại gần như tương đương nhau và thấp hợn VL 2A.
VL 4 có khả năng hấp phụ xanh methylen cao hơn so với các VL khác, nguyên nhân có thể do thành phần hóa học của VL 4 chủ yếu là Cacbon (trên 95%), còn các VL khác, đa dạng về thành phần hóa học hơn. Xanh methylen là một hợp chất không phân cực, chúng dễ dàng bị hấp phụ bởi các vật liệu có tính chất tương tự.
Như vậy, các VL biến tính đều có khả năng hấp phụ tốt các chất hữu cơ trong phịng thí nghiệm. Vì vậy, nghiên cứu sẽ tiếp tục tiến hành với các VL biến tính để đánh giá khả năng hấp phụ chất hữu cơ trong mẫu nước thải thực tế tại làng nghề xã Dương Liễu.
4.3. THỬ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ CBNS XÃ DƯƠNG LIỄU BẰNG VẬT LIỆU CHẾ TẠO
4.3.1. Tìm hiểu về hiện trạng sản xuất chế biến nông sản tại xã Dương Liễu
Xã Dương Liễu nằm ở Phía Tây Bắc huyện Hoài Đức, cách Trung tâm Hà Nội khoảng 25 km về phía Đơng Bắc, giao thơng chủ yếu là tuyến đê tả ngạn sông Đáy, thông với quốc lộ 32. Với vị trí là cửa ngõ thủ đơ, đặc biệt từ khi Hà Tây sáp nhập về Hà Nội, làng nghề CBNS Dương Liễu có rất nhiều lợi thế về thị trường tiêu thụ sản phẩm cũng như thu hút chính sách đầu tư của Nhà nước về vốn và công nghệ trong thời gian tới.
Tổng dân số của xã là 12.801 người với 3.043 hộ, phân bố ở 14 cụm dân cư, gọi là xóm, trong đó có 4 xóm vùng bãi và 10 xóm vùng đồng. Hầu hết các hộ trong xã đều làm nghề chiếm khoảng 85%.
Về mặt quy mơ làng nghề, hiện nay xã có khoảng hơn 40% số hộ chuyên nghề chế biến nơng sản, dải trên khắp xóm của tồn xã. Trong đó, tổng các hộ hoạt động cơng nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và dịch vụ liên quan đến CBNS chiếm hơn 70%. Các hộ gia đình làm bột thơ chủ yếu tập trung tại các xóm 3, 7A, 7B, 9, 10, 12A … Quy mô sản xuất của các hộ khá lớn, có nhiều hộ sản xuất khoảng 3 – 4 tấn nguyên liệu/ngày. Đối với sản phẩm bột tinh, các hộ gia đình sản xuất tập trung chủ yếu ở các xóm 6, 7A, 7B, 8. Cịn miến dong chiếm phần lớn ở xóm 3, 2, 11 hiện nay đang mở rộng ra nhiều xóm với quy mơ khoảng 5 tạ/ngày/hộ. Các nghề khác như sơ chế đỗ xanh, làm mạch nha, bánh kẹo… cũng rải rác ở các xóm.
Trong 14 xóm ở làng nghề thì có một số xóm có mật độ sản xuất CBNSTP khá lớn như: 5, 3, 8, 10, 2, 1… (từ 50 – 70 % số hộ tham gia CBNSTP), đặc biệt
ở xóm 4 và 9 có từ 80 – 90 % số hộ sản xuất CBNSTP. 12B là xóm có tỷ lệ các hộ sản xuất nông nghiệp lớn nhất, nhưng hiện nay cũng đã có nhiều hộ chuyển sang CBNSTP, chủ yếu là sản xuất bột sắn thô. Dưới đây là bảng số liệu thể hiện các mặt hàng sản xuất tại xã Dương Liễu.
Bảng 4.12. Thống kê các sản phẩm chủ yếu năm 2015
STT Sản phẩm 1 Tinh bột sắn 2 Tinh bột dong 3 Bánh kẹo các loại 4 Đỗ xanh bóc tách 5 Vừng lạc sơ chế 6 Miến dong 7 Bún, phở khô 8 Mạch nha
Do điều kiện đất đai chật hẹp, chưa có quy hoạch sản xuất hợp lý nên hiện nay làng nghề đang thiếu cơ sở vật chất cho sản xuất. Nơi sản xuất chính phần lớn chung với nơi ở, sinh hoạt.
4.3.2. Hiện trạng môi trường nước tại làng nghề Dương Liễu
4.3.2.1. Hiện trạng cấp nước
Theo báo cáo về tình hìn sản xuất kinh doanh và mơi trường xã Dương Liễu năm 2015, nhu cầu sử dụng nước hiện nay tại làng nghề là rất lớn. Trung bình mỗi năm tồn bộ nhu cầu sử dụng nước của toàn xã 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 Dương Liễu vẫn chưa có nguồn nước sạch cho sinh hoạt và sản xuất. Nhu cầu sử dụng nước hàng ngày cho toàn bộ các hoạt động chủ yếu từ các nguồn: Nước mưa, nước giếng khoan, nước từ các hồ chứa của xã, nước giếng khơi. Theo các nghiên cứu và khảo sát gần đây cho thấy nguồn nước tại Dương Liễu đã và đang bị ô nhiễm khá nghiêm trọng kể cả nước mặt lẫn nước ngầm. Có nhiều giếng khơi lâu năm trong làng giờ đây đã không thể sử dụng được nữa, thậm chí cịn bốc mùi khó chịu.
Việc xử lý nguồn nước tại Dương Liễu chủ yếu là qua các bể lọc thơ, chỉ có khoảng 30 đến 40 % nhu cầu nước sinh hoạt là qua các máy lọc nước, 100% nước cho sản xuất được lấy từ các giếng khoan qua bể lọc và nước lọc từ các hồ chứa của xã.
4.3.2.2. Hiện trạng thoát nước
Nhu cầu sử dụng nước lớn và kèm theo đó là một lượng nước thải cũng khơng nhỏ của làng nghề đã gây nhiều khó khăn cho việc tiêu thốt nguồn nước thải hàng năm của Dương Liễu. Theo thống kê năm 2015 tại xã Dương Liễu, lượng nước thải phát sinh được trình bày trong bảng sau:
Bảng 4.13. Lượng nước thải của làng nghề Dương Liễu năm 2015
Hoạt động Sản xuất Tinh bột sắn Tinh bột dong Miến, bún khô Mạch nha Đỗ xanh sơ chế Chăn ni Sinh hoạt Tổng Chú thích: (-) khơng phát sinh
Bảng 4.13 cho biết, hoạt động sản xuất chế biến tinh bột sắn và tinh bột dong riềng tại xã đã chiếm đến gần 80% lượng nước thải phát sinh trong toàn xã. Các hoạt động sản xuất nghề khác có phát sinh nhưng khơng đáng kể.
Dương Liễu hiện đã có hệ thống cống rãnh tiêu thoát nhưng dùng chung cho cả nước thải sản xuất và sinh hoạt, chăn nuôi.
4.3.2.3. Thực trạng xử lý nước thải
Dương Liễu là làng nghề CBNSTP, với các hoạt động có lượng nước thải lớn nhất là sản xuất tinh bột dong, tinh bột sắn, miến, chăn ni. Trung bình mỗi ngày đêm tồn xã thải ra khoảng hơn 6.000 m3 nước, được tập trung đổ về 2 cống Xiphong, chảy ngầm qua kênh Đan Hoài vào xưởng xử lý chất thải, nước thải của công ty Mặt trời xanh đảm nhận. Tại đây, bã rong được thu gom được thu gom lượng bã dong, nước sau khi xử lý chảy theo cửa ra đổ vào kênh T2 đầu làng. Bốn
xóm vùng bãi nước thải đổ vào kênh T5. Tuy nhiên, tại công ty Mặt trời xanh, hệ thống xử lý nước thải mới chỉ xử lý sơ bộ, và thường xuyên không hoạt động, không đáp ứng được so với lượng nước thải của toàn xã.
Với nhu cầu nước và lượng nước thải lớn như Dương Liễu, thêm vào đó là đặc trưng của các làng nghề hiện nay: sản xuất chủ yếu mang tính tự phát, nhỏ lẻ, vốn ít… nên việc đầu tư các cơng nghệ cho mơi trường cịn gặp nhiều khó khăn. Mặt khác, xã chưa có hệ thống thốt nước thải sinh hoạt và sản xuất riêng biệt nên gây khó khăn cho q trình xử lý.
4.3.2.4. Tính chất của nước thải
Đặc trưng của nước thải loại hình sản xuất, chế biến nơng sản chủ yếu là các chất hữu cơ như tinh bột, xenlulozo, đất cát … Các chất hữu cơ này tồn tại một thời gian trong nước sẽ bị thủy phân một phần để tạo thành các chất hữu cơ có mạch ngắn và đơn giản hơn như đường, axit hữu cơ,… Tuy nhiên, do đặc trưng tại làng nghề Dương Liễu chưa có hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và sản xuất riêng biệt, nên ngoài những hợp chất kể trên, trong nước thải còn chứa các chất hoạt động bề mặt, phân, nước tiểu của gia súc, các vi khuẩn gây bệnh… Bảng số liệu 4.14 thể hiện thông số về đánh giá hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải tại một số khu vực và công đoạn sản xuất chế biến tinh bột tại làng nghề xã Dương Liễu.
Bảng 4.14. Đặc trưng nước thải làng nghề xã Dương Liễu
Chỉ tiêu
pH COD (mg/l) BOD5 (mg/l)
Nguồn: Kết quả phân tích (2016) Chú thích:
- M1: Nước thải từ cơng đoạn rửa - M2: Nước thải từ công đoạn ngâm - M3: Nước thải tách bột đen
- M4: Nước thải từ cống thốt gần cầu mương thơn 10 - M5: Nước thải từ cống thốt nước chung thơn 7A và 7B - M6: Mẫu hỗn hợp của M1, M2, M3
Kết quả phân tích cho thấy, nước thải tại đây có tính axit yếu, pH <7,0 do sự thủy phân của các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy, tạo thành các axit hữu cơ mạch ngắn hơn. Cá biệt mẫu M3 có pH khá thấp khoảng 4,8. Mẫu này có pH
thấp là do trong q trình sản xuất, tại cơng đoạn ngâm tách bột đen, người sản xuất có sử dụng thêm axit sunfuric để làm trắng bột. Hai mẫu M5 và M6 là những mẫu được lấy từ cống thốt chung của khu vực nên ngồi nước thải sản xuất, các cống thốt nước này cịn chứa nước thải sinh hoạt và chăn nuôi. Các mẫu nước từ M1 đến M6, hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải rất cao, cao nhất là mẫu M3 COD lên tới 17.240 mg/l.
4.3.3. Thử nghiệm xử lý nước thải làng nghề xã Dương Liễu
Do giới hạn phạm vi nghiên cứu nên đề tài chỉ quan tâm đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong nước thải thông qua việc xác định hàm lượng COD trước và sau khi hấp phụ mà không xét đến các chỉ tiêu khác.
Nghiên cứu lựa chọn thử nghiệm với mẫu M6 là mẫu hỗn hợp của M1, M2, M3 được lấy trực tiếp tại các công đoạn sản xuất. Mẫu sau khi được trộn đều có COD 10.460 mg/l, sẽ được xử lý sơ bộ bằng phương pháp lắng để loại bớt đất cát và một số các chất hữu cơ khơng tan có cấp hạt lớn trong vịng 2 giờ. Nước thải sau khí lắng có COD 9.826 mg/l. Trước khi thử nghiệm, mẫu sau đó được pha lỗng 2 lần, 5 lần, 10 lần, 20 lần để được dãy nồng độ khác nhau là 4.980 mg/l, 1.860 mg/l, 985 mg/l, 540 mg/l nhằm đánh giá khả năng hấp phụ của VL ở các nồng độ khác nhau. Kết quả thu được như sau:
Bảng 4.15. Kết quả thử nghiệm khả năng hấp phụ của các vật liệu biến tính với nước thải làng nghề xã Dương Liễu
COD trước hấp phụ (mg/l) 4.980 1.860 985 540
Sau 150 phút thí nghiệm với mẫu COD 4.980 mg/l mẫu VL 2A hấp phụ được 1.179 mg/l; mẫu VL 3A xử lý được 1.000,9 mg/l, mẫu 3B 98,36 mg/l. Kết quả này thể hiện tiềm năng rất lớn trong việc sử dụng VLHP để xử lý chất hữu cơ trong nước thải. Ở các nồng độ thấp hơn, khả năng hấp phụ của các VL có giảm đơi chút nhưng vẫn thể hiện khả năng hấp phụ vượt trội. Sau khi xác định được COD đầu vào và COD đầu ra, ta có thể tính tốn được dung lượng hấp phụ của các VL. Bảng 4.16 thể hiện dung lượng hấp phụ của các VL ở hàm lượng COD khác nhau và thời gian hấp phụ khác nhau.
Bảng 4.16. Dung lượng hấp phụ của các vật liệu trong khoảng thời gian từ 30 đến 150 phút COD trước hấp phụ (mg/l) 4980 1860 985 540
Nguồn: Kết quả phân tích (2016)
Kết quả thử nghiệm cho thấy, các VL đều có khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trong nước thải làng nghề Dương Liễu. Dung lượng hấp phụ của các VL tỉ lệ thuận với hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải đến khi đạt giá trị cực đại rồi có xu hướng giảm dần.
Tại thí nghiệm của mẫu nước thải có hàm lượng COD 4.980 mg/l, dung lượng hấp phụ của các VL đều đạt giá trị cao nhất. Sau 150 phút, VL 2A có dung lượng q đạt 117,97 mg/g VL, VL3A đạt 100,09 mg/g VL, VL 3B đạt 98,36 mg/g VL. Mẫu nước có COD đầu vào 985 mg/l, sau 120 phút, hàm lượng COD sau
COD 540 mg/l, chỉ sau 30 phút hấp phụ COD còn lại trong nước đã đạt dưới ngưỡng cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT, giá trị C, cột B.
Hấp phụ trong nghiên cứu này là hấp phụ vật lý. Tức là các VL và chất hữu cơ khơng tạo thành liên kết hóa học, chúng liên kết với nhau bằng lực liên kết Van Der Walls yếu. Đó là tổng hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: Lực hút tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng. Các chất hữu cơ sẽ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ.
Nghiên cứu này giúp tận dụng được nguồn phế phẩm nông nghiệp sẵn có với chi phí rất rẻ tiền. Khi tiến hành thử nghiệm trong phịng thí nghiệm, việc sử dụng hai loại chất bị hấp phụ là axit axetic và xanh methylen giúp người thực hiện có đánh giá đa chiều về vật liệu nghiên cứu. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng thể hiện một số hạn chế cần khắc phục sau. Kết quả thí nghiệm cho thấy, vật liệu chế tạo hấp phụ kém hơn đối với xanh methylen. Do thời gian nghiên cứu có hạn nên đề tài chỉ chú trọng đến khả năng hấp phụ chất hữu cơ trong nước thải mà chưa quan tâm đến khả năng hấp phụ của từng loại chất hữu cơ hòa tan và chất hữu cơ khơng hịa tan.
Thơng thường, đối với các loại nước thải có thành phần chủ yếu là chất hữu cơ thường được áp dụng công nghệ xử lý bằng biện pháp sinh học. Đây là phương pháp rất phổ biến vì cơng nghệ khơng q phức tạp, dễ vận hành. Tuy nhiên, chúng