Đánh giá nguồn thải giàu photpho và đề xuất công nghệ xử lý, thu hồi tại làng nghề dương liễu hoài đức hà nội

Đánh giá nguồn thải giàu photpho và đề xuất công nghệ xử lý, thu hồi tại làng nghề Dương Liễu - Hoài Đức - Hà Nội Trần Bá Thạch Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Khoa Hóa học Chuyên n

Đánh giá nguồn thải giàu photpho và đề xuất

công nghệ xử lý, thu hồi tại làng nghề

Dương Liễu - Hoài Đức - Hà Nội

Trần Bá Thạch

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Khoa Hóa học Chuyên ngành: Khoa học môi trường; Mã số: 60 85 02 Người hướng dẫn: PGS.TS: Nguyễn Thị Hà

Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam, quy trình chế biến

tinh bột trên thế giới, hiện trạng môi trường tại làng nghề chế biến tinh bột sắn, tổng quan về công nghệ xử lý nước thải tinh bột sắn trong và ngoài nước và công nghệ thu hồi P trong nước thải Đối tượng nghiên cứu: chất thải (nước thải, CTR - Chất thải rắn) liên quan đến sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu Trình bày các phương pháp nghiên cứu: phương pháp tổng quan thu thập tài liệu, điều tra khảo sát thực địa, phỏng vấn bán chính thức, lấy mẫu, nghiên cứu thực nghiệm, phân tích dòng vật chất Kết quả nghiên cứu và thảo luận: kết quả điều tra hiện trạng chế biến tinh bột sắn và hiện trạng môi trường và vấn đề sức khỏe tại làng nghề Dương Liễu-Hoài

Đức-Hà Nội, kết quả thực nghiệm xử lý nước thải sản xuất theo hướng thu hồi photpho

Keywords: Chất thải; Bảo vệ môi trường; Xử lý chất thải; Làng nghề; Dương Liễu

Content

Photpho là nguyên tố cơ bản của sự sống, có mặt ở tất cả các hoạt động liên quan đến

sự sống và trong rất nhiều ngành nghề sản xuất công nghiệp, nông nghiệp Hợp chất hoá học chứa photpho được gọi là thành phần dinh dưỡng trong phạm trù nước thải và là đối tượng gây ô nhiễm khá nghiêm trọng cho môi trường

Xuất phát từ thực tiễn trên, trong Luận văn này đã thực hiện đề tài “Đánh giá nguồn

thải giàu photpho và đề xuất công nghệ xử lý, thu hồi tại làng nghề Dương Liễu - Hoài Đức - Hà Nội” với mục đích đánh giá tác động môi trường của nguồn nước thải giàu dinh

Hiện trạng môi trường tại làng nghề chế biến tinh bột sắn

Nước thải

Sự phát triển của ngành chế biến tinh bột sắn đã và đang nảy sinh ra những vấn đề bất cập về môi trường, nó tác động không nhỏ đến môi trường sinh thái và sự phát triển bền vững của làng nghề

Nước thải sinh ra từ bãi tập kết nguyên liệu, nước thải do mưa chảy tràn tạo ra, rất đục

do chất rắn lơ lửng cao; nước thải sinh ra từ quá trình rửa, bóc vỏ thì chứa nhiều tạp chất cơ học, hàm lượng hữu cơ thấp; nước thải sinh ra từ quá trình lọc, lắng chứa nhiều tinh bột, xơ mịn, cặn không tan, xyanua, COD, BOD và SS cao Khối lượng nước thải rất lớn vào khoảng 10-30m3/tấn tinh bột

Chất thải rắn

Đặc điểm của chất thải rắn của làng nghề chế biến tinh bột sắn là giàu chất hữu cơ nên

dễ bị phân hủy sinh học, gây mùi khó chịu Do sản xuất phân tán và có quy mô hộ gia đình nên hầu hết lượng chất thải rắn này không được thu gom để xử lý hay tận dụng mà phần lớn được xả thải trực tiếp vào môi trường Tại làng nghề cũng có nhu cầu sử dụng một lượng lớn than nên lượng xỉ thải ra cũng khá lớn

Tại làng nghề, khối lượng bã thải rắn là rất lớn, bã thải có độ ẩm rất cao chiếm tới 50% nguyên liệu, chứa chủ yếu là xơ, khoảng 10%, và 4-5% tinh bột

Với sản lượng 60.000 tấn tinh bột sắn/năm, làng nghề Dương Liễu hàng năm phát sinh tới 105.768 tấn bã thải

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của Luận văn này là chất thải (nước thải, CTR) liên quan đến sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng quan thu thập tài liệu

- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa, phỏng vấn bán chính thức

- Phương pháp lấy mẫu

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp phân tích dòng vật chất

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Kết quả xác định dòng photpho liên quan đến hoạt động sản xuất, sinh hoạt tại làng nghề Dương Liễu

Các hộp thể hiện các lĩnh vực liên quan và các mũi tên đại diện các dòng di chuyển của photpho Do đặc thù loại hình sản xuất làng nghề ở Dương Liễu theo hộ gia đình nên trong phạm vi Luận văn này, đối tượng chính nghiên cứu gồm 2 dòng thải photpho từ sinh hoạt gia đình và từ quá trình sản xuất chế biến tinh bột sắn

Chế biến tinh bột sắn

Bãi chôn lấp

Thị trường

Nguyên liệu: 48.000 kg/năm

Thực phẩm: 3000 kg/năm

Chất thải rắn: 1.408 kg/năm

Chất thải rắn: 1.248 kg/năm

Nước ngầm

Kết quả thực nghiệm xử lý nước thải sản xuất theo hướng thu hồi photpho

Ảnh hưởng của hàm lượng PAC

 Đối với hàm lượng SS trong nước rửa (M1) và nước bột đen (M3)

 Hàm lượng SS

Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý SS của nước rửa và nước bột đen bằng PAC được thể hiện ở sơ đồ sau:

Hình Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của PAC đến hàm lượng SS của nước rửa và nước bột

đen

- Đối với nước rửa (M1): Khi tăng nồng độ PAC lên đến 30 mg/l thì hàm lượng SS

giảm đến tối đa từ 4590 mg/l xuống còn 1050 mg/l tức là đã xử lý được khoảng 77%

- Đối với nước bột đen (M3): Khi nồng độ PAC đạt 40 mg/l thì hiệu suất xử lý SS

đạt tối ưu nhất, giảm từ 985 mg/l xuống còn 675 mg/l, đạt 68% Nhưng khi tiếp tục tăng nồng độ PAC thì hiệu suất xử lý SS giảm Kết quả này phù hợp với lý thuyết về cơ chế quá trình keo tụ

 Hiệu quả xử lý P

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến khả năng xử lý P của nước rửa và nước bột đen được thể hiện ở sơ đồ hình sau:

Hình Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của PAC đến khả năng xử lý P của nước rửa và nước bột

đen

- Đối với nước rửa (M1): Hiệu suất xử lý P khi thay đổi hàm lượng PAC khá cao,

đạt khoảng 51% khi hàm lượng PAC là 30 mg/l và khi tiếp tục tăng nồng độ PAC thì hiệu suất xử lý P của nước rửa tăng không đáng kể, đạt khoảng 60%

4590

1050

3700

4300 4150

1150

4800

985

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 30 40 50 54 62 76 78 102 106 200 206 402

PAC (mg/l)

Nước rửa (M1) Nước bột đen (M3)

51

0

10

20

30

40

50

60

70

PAC (mg/l)

Nước rửa M1 Nước bột đen M3

- Đối với nước bột đen(M3): Khi thay đổi hàm lượng PAC thì hiệu suất xử lý P của

nước bột đen tại pH = 3,8 (tức là pH ban đầu của nước bột đen) không cao, chỉ đạt khoảng 20%

Khảo sát ảnh hưởng của pH (tại nồng độ PAC tối ưu)

 Hàm lượng SS

Sơ đồ kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hàm lượng SS của nước rửa và nước bột đen tại nồng độ PAC tối ưu được thể hiện ở hình sau:

Hình Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của pH đến hàm lượng SS của nước rửa và nước bột đen

- Đối với nước rửa (M1) với PAC (tối ưu) = 30 mg/l: Khi tăng pH của nước rửa lên

đến 6 hàm lượng SS giảm mạnh từ 4574 mg/l xuống còn 2618 mg/l tức là đã xử lý được 43% nhưng khi tiếp tục tăng pH thì hàm lượng SS tăng đến khi pH đạt 7,5 thì hàm lượng

SS bắt đầu giảm

- Đối với nước bột đen (M3) với PAC (tối ưu) = 40 mg/l: Khi tăng pH của nước bột

đen lên đến 6,5 thì hàm lượng SS giảm từ 956 mg/l xuống còn 418mg/l tức là đã xử lý được khoảng 56%

 Hiệu suất xử lý COD

Sơ đồ kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý COD của nước rửa và nước bột đen tại nồng độ PAC tối ưu được thể hiện ở hình sau:

4574 3658

2618

3857

3428

2957

956

679

418 698

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

3,96 5,38 5,76 5,97 6 6,54 7,53 7,61 7,93 8,09 8,53 8,54

pH

(PAC=30mg/l) Nước bột đen M3 (PAC=40mg/l)

12

42,8

48,5 48,2 48 47,5 47,3 48,2

6

10,5

0

10

20

30

40

50

60

Nước rửa M1 (PAC=30mg/l) Nước bột đen M3 (PAC=40mg/l)

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý P của nước rửa và nước bột đen tại nồng độ PAC tối ưu được thể hiện trong hình sau:

Hình Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý P của nước rửa và nước bột

đen

- Đối với nước rửa (M1) với PAC (tối ưu) = 30 mg/l: Qua sơ đồ cho thấy, khi tăng pH

đến 6 thì hiệu suất xử lý P tăng nhanh đạt 68% sau đó tiếp tục tăng pH thì hiệu suất xử lý P giảm dần

- Đối với nước bột đen (M3) với PAC (tối ưu) = 40 mg/l: Qua sơ đồ cho thấy, khi tăng

pH từ 3,8 đến 6,5 thì hiệu suất xử lý P của nước bột đen tăng mạnh đạt đến 74% nhưng khi tiếp tục tăng pH thì hiệu suất xử lý P giảm

Hiệu quả keo tụ tại điều kiện tối ưu

Hiệu quả xử lý nước rửa và nước bột đen bằng phương pháp keo tụ được thể hiện ở

sơ đồ hình sau:

Hình Hiệu quả xử lý nước bột đen và nước rửa bằng phương pháp keo tụ

Như vậy khi keo tụ bằng PAC cho nước thải sản xuất tinh bột sắn đạt hiệu quả cao:

- Đối với nước rửa (M1) tại điều kiện tối ưu với PAC = 30 mg/l và pH = 6 thì hiệu quả xử lý SS, COD và P lần lượt là 40%, 48,6% và 68,7%

- Đối với nước bột đen (M3) tại điều kiện tối ưu với PAC = 40mg/l; pH = 6,5 thì hiệu quả xử lý SS, COD và P lần lượt là 56,3%, 40,5% và 74,2%

Đề xuất giải pháp tận thu P từ bùn thải

Giải pháp tận thu P trong bùn thải thu được sau keo tụ thực hiện trong Luận văn này được thể hiện trong sơ đồ hình:

47

64 58

45

15

58 51

22

0

10

20

30

40

50

60

70

80

pH

Nước rửa M1 (PAC=30mg/l) Nước bột đen M3 (PAC=40mg/l)

40

48,6

68,7 56,3

40,5

74,2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Chỉ tiêu

(pH=6; PAC=30mg/l) Nước bột đen M3 (pH=6,5; PAC=40mg/l)

Hình Sơ đồ giải pháp đề xuất tận thu P từ bùn thải Kết quả tận thu P trong bùn thải với các giá trị pH tối ưu của mỗi tác nhân

Với mỗi một tác nhân tận thu photpho sẽ tạo ra một kết tủa phôtphat khác nhau, mỗi chất sẽ kết tủa nhiều nhất ở một điều kiện tối ưu mà tại đó nồng độ các ion trong dung dịch là lớn nhất, không phản ứng với các ion khác trong dung dịch Do vậy, khi thay đổi

pH về điều kiện tối ưu cho mỗi tác nhân thì hiệu quả xử lý đạt rất cao và được thể hiện trong hình sau:

Hình Hiệu suất tận thu P tại pH tối ưu tương ứng với mỗi tác nhân

Với hỗn hợp Fe2+

/Ca2+ tận thu đến 98,6% photpho của mẫu bùn và 95,3% photpho của mẫu tro Với tác nhân là Ca2+

ở pH = 10,5 – 11 tận thu được 90,6% photpho của mẫu tro và 92,1% photpho của mẫu bùn Với tác nhân là Fe2+ tại pH =8 tận thu được 73,1% photpho của mẫu tro và 77,5% photpho của mẫu bùn Như vậy khi tận thu photpho trong mẫu tro và bùn với các tác nhân sau khi thay đổi pH về giá trị tối ưu đạt hiệu quả rất cao khoảng 70-90%

Chi phí 15000 5800 2,11 0

15.006,61

28.806,61

Hỗn hợp

15.018,5

20.818,5

Tro (1kg)

150.330,96

202.330,96

150.103,59

233.115,07

Hỗn hợp

150.289,72

202.289,72

Bảng so sánh chi phí hóa chất cho một số giải pháp tận thu P từ mẫu tro và bùn tính cho 1 kg sản phẩm tận thu được chỉ ra ở bảng sau:

Bảng 3.5 So sánh chi phí hóa chất của một số giải pháp tận thu P từ mẫu tro và bùn (tính cho 1 kg sản phẩm ở dạng hợp chất muối phốt phát của Ca và Fe)

Điều

kiện pH

Tác

nhân Sản phẩm

Khối lượng tro (kg)

Chi phí hóa chất (đ)

Thể tích bùn (L)

Chi phí hóa chất (đ)

10,5-11 Ca2+ Ca10(PO4)6(OH)2 40,5 94.411 2400 691.359

8-8,5 Hỗn

1-2

Ca2+ Ca3(PO4)2 442,5 664.208 23300 3.496.540

Fe2+ Fe(PO4)2 1004 1.509.323 33600 5.047.093 Hỗn

313,5 471.158 15700 2.357.905

Như bảng so sánh chi phí (hóa chất) kinh tế của mẫu bùn và tro thì ta thấy việc tận thu P từ tro có chi phí thấp hơn hẳn so với tận thu từ bùn, trong đó tác nhân là Ca2+ có chi phí thấp nhất (94.411 đồng/1kg sản phẩm) (2)

Từ (1) và (2) cho thấy chi phí điện năng và hóa chất khi tận thu 1kg sản phẩm (Ca10(PO4)6(OH)2) là khoảng 105.583 đồng/1kg sản phẩm Sản phẩm tận thu từ tác nhân là

Ca2+ được sử dụng làm phân bón trong khi sản phẩm tận thu từ các tác nhân là Fe2+ hay hỗn hợp Fe2+/ Ca2+ là các muối phôtphat sắt đến nay chưa được sử dụng cho mục đích nào

Tuy nhiên khi triển khai ở quy mô công nghiệp thì giá thành của sản phẩm cơ bản chỉ bằng 60% giá thành trong phòng thí nghiệm, tương đương 63.349 đồng/1kg sản phẩm

Đề xuất công nghệ xử lý nước thải giàu P có thu hồi

Qua việc phân tích, đánh giá dòng photpho trong nước thải, kết quả khỏa sát xử lý

và thu hồi P trong nước thải làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu có thể đề xuất sơ

đồ công nghệ xử lý nước thải có thu hồi P như sau:

Hình 3.18 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải và đề xuất giải pháp tận thu P từ bùn thải

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

 Lưu lượng nước thải sản xuất ở làng nghề Dương Liễu trung bình khoảng 1.200

m3/ngày Khối lượng photpho có trong nước thải là khoảng 47.330 kg/năm Tổng khối lượng nước phục vụ sinh hoạt cho toàn xã khoảng 640 – 768 m3

/ngày Khối lượng photpho có trong nước thải sinh hoạt khoảng 5.888 kg/năm

 Hiệu quả xử lý P trong nước thải sau khi keo tụ đạt tới 74% (nước bột đen) và 65% (nước rửa), do vậy phần lớn P trong nước thải sản xuất tinh bột sắn đã được chuyển vào bùn

 Hiệu quả tận thu P trong bùn từ các tác nhân như Ca2+, Fe2+ hay hỗn hợp Fe2+/ Ca2+ là rất cao từ 10 – 40% ở điều kiện pH thấp (1-2) và 73 – 98% ở pH tối ưu cho mỗi tác nhân (pH từ 8 đến 11)

 So sánh chi phí hóa chất và tính thực tiễn của sản phẩm tận thu P thì việc tận thu P từ mẫu tro với tác nhân là Ca2+ có chi phí thấp nhất so với các tác nhân là Fe2+ và hỗn hợp

Fe2+/ Ca2+(khoảng 63.000 đồng/1kg sản phẩm) Sản phẩm sau khi tận thu (Canxi photphat) là nguyên liệu cho ngành công nghiệp P và sản xuất phân bón

Kiến nghị



nghiên cứu và ứng dụng công nghệ xử lý nước thải theo hướng thu hồi photpho vào thực tiễn nhằm góp phần giải quyết bài toán kinh tế - môi trường

References

Tiếng việt

1 Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn cục chế biến nông lâm sản và nghề muối

(2001), Chế biến tinh bột sắn, dong riềng quy mô hộ gia đình, Hà Nội

2 CEETIA ĐH xây dựng, 2007, đề tài KC 08-09.2005, Hà Nội

3 Đỗ Khắc Uẩn, Đặng Kim Chi (2008), Tình trạng khan hiếm Photpho và sự cần thiết của việc tái sử dụng nguồn thải chứa photpho, Hà Nội

4 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

5 Đặng Kim Chi (2005), Tài liệu hướng dẫn áp dụng các giải pháp cải thiện môi trường cho làng nghề chế biến nông sản thực phẩm, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật

6 Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ, Phốtpho, Nhà xuất bản

Khoa học Tự nhiên và công nghệ, Hà Nội

7 Nguyễn Thị Kim Thái (2001), Xử lý nước thải tinh bột sắn băng phương pháp sinh học kỵ khí trong điều kiện khí hậu Việt Nam, Đại học Xây dựng Hà Nội

8 Trường đại học Bách khoa Hà Nội, Trung tâm sản xuất sạch hơn, 2009 Tài liệu hướng dẫn sản xuất sạch hơn ngành sản xuất tinh bột sắn, Hà Nội

Tiếng Anh

9 Brunner & Rechberger (2004), Practical Handbook of Material Flow Analysis, Lewis Publishers

10 C W Randall (2003) Potential societal and economic impacts of wastewater nutrient removal and recycling Wat Sci Technol Vol 48, No 1, 11 - 17

11 Huynh Ngoc Phương Mai (2006), Integrated Treatment of Tapioca Processing Industrial Wastewater Based on Environmental Bio-Technology, Van Lang

University, Viet Nam

12 Institute of Environmental Engineering, RWTH Aachen University, Germany

(2002- 2004), Phosphorus recovery from waste water and sewage sludge

13 J D Lee (28 7 2001), “Biological nutrient removal Tech concept & design”, Workshop on wastewater treatment, Hanoi

14 H Bode, R Klopp (2001), Nutrient removal in the river bank of Ruhr - a German case study, “Wat Sci Technol Vol 44”, No 1, 14 - 24