(LUẬN văn THẠC sĩ) đánh giá nguồn thải giàu photpho và đề xuất công nghệ xử lý, thu hồi tại làng nghề dương liễu hoài đức hà nội

Quy trình công nghệ chế biến tinh bột sắn tại Thái Lan và Trung Quốc ở qui mô công nghiệp hình 1.4 và hình 1.5 gồm nhiều công đoạn được thực hiện bằng các công nghệ và thiết bị hiện đại

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Trần Bá Thạch

ĐÁNH GIÁ NGUỒN THẢI GIÀU PHOTPHO

VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, THU HỒI TẠI LÀNG NGHỀ DƯƠNG LIỄU – HOÀI ĐỨC – HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Trần Bá Thạch

ĐÁNH GIÁ NGUỒN THẢI GIÀU PHOTPHO

VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, THU HỒI TẠI LÀNG NGHỀ DƯƠNG LIỄU – HOÀI ĐỨC – HÀ NỘI Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS: NGUYỄN THỊ HÀ

Hà Nội - 2012

DANH MỤC BẢNG 2

DANH MỤC HÌNH 3

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 6

1.1 Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam 6

1.1.1 Quy mô sản xuất tinh bột sắn 10

1.1.2 Các công đoạn chủ yếu trong quá trình chế biến 12

1.2 Quy trình chế biến tinh bột trên thế giới 13

1.3 Hiện trạng môi trường tại làng nghề chế biến tinh bột sắn 14

1.3.1 Nước thải 14

1.3.2 Chất thải rắn 18

1.4 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 19

1.4.1 Các nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn trên thế giới 19

1.4.2 Các nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn trong nước 20

1.4.4 Công nghệ xử lý nước thải có thu hồi P trong nước thải 24

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1 Đối tượng nghiên cứu 29

2.2 Phạm vi nghiên cứu 29

2.2.1 Điều kiện tự nhiên làng nghề xã Dương Liễu 29

2.2.2 Điều kiện kinh tế - xã hội làng nghề xã Dương Liễu 31

2.3 Phương pháp nghiên cứu 31

2.3.1 Phương pháp tổng quan thu thập tài liệu 31

2.3.2 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa, phỏng vấn bán chính thức 32

2.3.3 Phương pháp lấy mẫu 32

2.3.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 32

2.3.5 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 32

2.3.6 Phương pháp phân tích dòng vật chất 33

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Kết quả điều tra hiện trạng chế biến tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu-Hoài Đức-Hà Nội 34

3.2 Kết quả điều tra hiện trạng môi trường và vấn đề sức khỏe tại Dương Liễu 35

3.3 Kết quả xác định dòng photpho liên quan đến hoạt động sản xuất, sinh hoạt tại làng nghề Dương Liễu 37

3.4 Kết quả thực nghiệm xử lý nước thải sản xuất theo hướng thu hồi photpho 42

3.4.1 Kết quả khảo sát đặc trưng nước thải làng nghề chế biến tinh bộ sắn 42

3.4.2 Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ 43

3.4.3 Kết quả khảo sát hiệu quả tận thu P 48

3.4.4 Kết quả tính toán chi phí tận thu P từ bùn thải 52

3.5 Đề xuất công nghệ xử lý nước thải giàu P có thu hồi 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC 61

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hoá học trong sắn củ 9

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của lá sắn tươi 9

Bảng 1.3 Nhu cầu nguyên liệu và tải lượng xỉ của một số làng nghề 18

Bảng 1.4 Khối lượng bã thải từ sản xuất tinh bột tại làng nghề Dương Liễu 18

Bảng 1.5 Tiêu chuẩn thải chung đối với nước thải sinh hoạt của Đan Mạch 25

Bảng 1.6 Một số quy trình tận thu P từ nước thải và bùn thải 27

Bảng 3.1 Đặc trưng nước thải làng nghề sản xuất tinh bột sắn Dương Liễu 42

Bảng 3.2 Phản ứng kết tủa phôtphat trong quá trình tận thu photpho 50

Bảng 3.3 Khối lượng sản phẩm kết tủa trong tận thu P 52

Bảng 3.4 Bảng tính toán sơ bộ chi phí hóa chất tận thu P từ bùn thải 53

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) 54

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bản đồ phân bố vùng trồng sắn trên cả nước 7

Hình 1.2 Sơ đồ tính kinh tế sản phẩm từ sắn củ 8

Hình 1.3 Biểu đồ tăng trưởng diện tích, năng suất và sản lượng 10

tinh bột sắn ở Việt Nam 10

Hình1.4 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại Thái Lan 13

Hình 1.5 Quy trình chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp tại trung Quốc 14

Hình 1.6 Tải lượng thải của quá trình chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp 17

Hình 1.7 Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long 21

Hình 1.8 Quy trình công nghệ xử lý nước thải tinh bột mỳ ở Tân Châu 22

Hình 1.9 Quy trình công nghệ xử lý nước thải tinh bột mỳ ở nhà máy Hoàng Minh 23

Hình 2.1 Sơ đồ vị trí xã Dương Liễu – Hoài Đức – Hà Nội 30

Hình 3.1 Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại Dương Liễu các năm 1960-1970 34

Hình 3.2 Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại Dương Liễu hiện tại 35

Hình 3.3 Tỷ lệ mắc bệnh thường gặp tại xã Dương Liễu 36

Hình 3.4 Sơ đồ dòng di chuyển của photpho từ hộ gia đình và quá trình sản xuất tinh bột sắn tại Dương Liễu 39

Hình 3.5 Sơ đồ định tính và định lượng dòng photpho đối với hộ gia đình 40

Hình 3.6 Sơ đồ định tính và định lượng dòng photpho của quá trình sản xuất tinh bột sắn làng nghề Dương Liễu 40

Hình 3.7 Sơ đồ định tính và định lượng dòng photpho của hộ gia đình và quá trình sản xuất tinh bột sắn làng nghề Dương Liễu 41

Hình 3.8 Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của PAC đến hàm lượng SS của nước rửa và nước bột đen 44

Hình 3.9 Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của PAC đến khả năng xử lý P của nước rửa và nước bột đen 45

Hình 3.10 Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của pH đến hàm lượng SS của nước rửa và nước bột đen 45

Hình 3.11 Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý COD của nước rửa và nước bột đen 46

Hình 3.12 Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý P của nước rửa và nước bột đen 47

Hình 3.13 Hiệu quả xử lý nước bột đen và nước rửa bằng phương pháp keo tụ 47

Hình 3.14 Sơ đồ cân bằng P trong các dòng ( tính cho 1 ngày) 49

Hình 3.15 Sơ đồ giải pháp đề xuất tận thu P từ bùn thải 50

Hình 3.16 Hiệu suất tận thu P tại pH=1-2 51

Hình 3.17 Hiệu suất tận thu P tại pH tối ưu tương ứng với mỗi tác nhân 51

Hình 3.18 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải và đề xuất giải pháp tận thu P từ bùn thải 55

MỞ ĐẦU

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 Khi thải 1

kg photpho dưới dạng hợp chất hoá học vào môi trường nước sẽ tạo ra khoảng 138

kg COD dưới dạng tảo chết [6]

Trong nguồn nước tiếp nhận các dòng thải giàu chất dinh dưỡng (P) thường xảy ra hiện tượng phú dưỡng Nhận thấy mức độ nguy hại của thành phần dinh dưỡng trong nước thải, vào thập kỷ 90, một loạt các nước công nghiệp đề ra chiến lược và qui định kiểm soát các thành phần trên Không chỉ các nhà nghiên cứu khoa học đã đưa ra cảnh báo về nguy cơ ô nhiễm do các chất dinh dưỡng cùng với tác hại của nó mà ngay các cơ quan lập pháp, hành pháp cũng tích cực tham gia vào các công việc trên để nhằm duy trì một môi trường sống ổn định, bền vững

Trên cơ sở định hướng “tái sử dụng và thu hồi chất dinh dưỡng” từ chất thải, các nhà khoa học đã và đang tập trung vào nghiên cứu vấn đề xác định dòng thải và tìm giải pháp thu hồi các phần có giá trị Tại Amsterdam, tháng 10/2002, hội nghị chuyên đề “Từ tách loại đến thu hồi chất dinh dưỡng” đã được tổ chức để thảo luận

về một số kết quả ban đầu theo hướng nghiên cứu này

Thu hồi, tái sử dụng các chất dinh dưỡng vừa đáp ứng được mục tiêu bảo vệ nguồn nước, tiết kiệm năng lượng, hoá chất vừa thu nhận và tiết kiệm được nguồn tài nguyên, phù hợp với phương pháp luận “Công nghệ Xanh” (Green Engineering) Thu hồi các chất dinh dưỡng có thể thực hiện trên nhiều đối tượng từ chất thải rắn (phân, phế liệu nông nghiệp, sinh khối, tảo, bèo ) hoặc từ chất thải lỏng mà chủ yếu là nước thải

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

hoạt, y tế trên địa bàn làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu sử dụng phương pháp phân tích dòng vật chất dựa vào mức độ tiêu thụ tài nguyên Trên cơ

sở đó, tập trung đánh giá chi tiết dòng thải giàu dinh dưỡng (chứa P) của làng nghề Dương Liễu và đề xuất công nghệ xử lý có thu hồi P

Các nội dung chính của Luận văn:

1 Nghiên cứu dòng di chuyển của photpho bao gồm định tính và định lượng dòng photpho trong nước thải làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu

2 Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất làng nghề Dương Liễu

3 Đề xuất giải pháp thu hồi photpho từ bùn thải

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam

Sắn (hay còn gọi là khoai mì) là cây lương thực ưa ẩm, bắt nguồn từ lưu vực sông Amazon (Nam Mỹ) Sắn là loại cây lương thực quan trọng được trồng rộng rãi

ở nhiều vùng nhiệt đới trên thế giới Là loại cây lương thực đứng thứ 16 trên thế giới và là một trong 15 cây trồng chiếm diện tích lớn nhất trong sản xuất nông nghiệp Hiện nay sắn được trồng trên 100 nước ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, và

là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người trên toàn thế giới Cây sắn được du nhập vào Việt Nam vào khoảng thế kỉ 18 Việt nam đứng thứ 10 về sản lượng sắn (7,71 triệu tấn/năm) Ở nước ta, cây sắn đóng vai trò quan trọng trong đời sống kinh

tế xã hội và là loại cây lương thực đứng sau gạo Sắn được trồng ở nhiều nơi trên cả nước, ở hầu hết các tỉnh của tám vùng sinh thái, nó phù hợp với nhiều loại đất khác nhau nhưng phổ biến là các vùng trung du miền núi Diện tích sắn trồng nhiều nhất

là ở Đông Nam Bộ và Tây Nguyên Năm 2006, sản lượng sắn của cả nước là 7.714.000 tấn với tổng diện tích trồng là 474.800 ha [1]

Hình 1.1 Bản đồ phân bố vùng trồng sắn trên cả nước

Cây sắn là một loại cây có khả năng chống chịu tốt, trồng đơn giản và phù hợp với nhiều loại khí hậu khác nhau, cho năng suất cao hơn các cây khác và ổn định trên nhiều loại đất Sắn có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức

ăn gia súc và lương thực thực phẩm

Hình 1.2 Sơ đồ tính kinh tế sản phẩm từ sắn củ

Sắn củ dùng để ăn, làm thức ăn gia súc bằng cách chế biến sắn lát khô, bột sắn nghiền, tinh bột sắn, tinh bột sắn biến tính, các sản phẩm từ tinh bột sắn như bột ngọt, cồn, maltodextrin, lysine, acid citric, xiro glucose và đường glucose tinh thể, mạch nha giàu maltose, hồ vải, hồ giấy, phủ giấy, bìa các tông, bánh kẹo, mì ăn liền, bún, miến, mì ống, mì sợi, bột khoai, bánh tráng, hạt trân châu, phụ gia thực phẩm, phụ gia dược phẩm, sản xuất màng phủ sinh học, chất giữ ẩm Thân sắn dùng để làm giống, làm nấm, làm củi đun, nguyên liệu cho công nghiệp xenlulô Lá sắn ngọt

là loại rau xanh giàu đạm rất bổ dưỡng để nuôi cá, nuôi tằm Lá sắn đắng ủ chua hoặc phơi khô để làm bột lá sắn dùng chăn nuôi lợn, gà, trâu, bò, dê …v.v Dưa muối làm từ ngọn và lá non của sắn rất phổ biến tại một số vùng miền trung du Bắc

Bộ Việt Nam (như Phú Thọ, Hà Tây), thường được sử dụng để xào, nấu canh cá, tép…

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của lá sắn tươi

Thành phần hóa học (%)

Gluxit 12,6 Protein 7 Lipit -

HCN cho mỗi 50 kg thể trọng Tuỳ theo giống, vỏ củ, lõi củ, thịt củ, điều kiện đất đai, chế độ canh tác, thời gian thu hoạch mà hàm lượng HCN có khác nhau Khi chưa đào độc tố này nằm dưới dạng glucozite gọi là phaseolutamin (C10H17NO6), dưới tác dụng của enzim hay môi trường axit nó phân hủy thành glucoze aceton và HCN Lớp vỏ cùi của sắn chiếm 5 – 20% trọng lượng củ, gồm các tế bào thành dày, thành tế bào chủ yếu là cellulose, bên trong là các hạt tinh bột, các chất chứa nitrogen và dịch bào, trong dịch bào có chứa tanin, sắc tố, độc tố HCN, enzim,… phần vỏ này có nhiều tinh bột, nếu tách bỏ đi thì sẽ tổn thất một lượng lớn tinh bột, nhưng nếu giữ lại thì dịch bào làm ảnh hưởng tới màu sắc của tinh bột

1.1.1 Quy mô sản xuất tinh bột sắn

Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 thế giới, sau Indonesia

và Thái Lan Năm 2006, sản lượng tinh bột sắn của Việt Nam đạt 7.714.000 tấn Thị trường xuất khẩu chính của Việt nam là Trung Quốc và Đài Loan Cùng với diện tích sắn được mở rộng thì năng suất sắn cũng như sản lượng tinh bột sắn cũng tăng theo

Hình 1.3 Biểu đồ tăng trưởng diện tích, năng suất và sản lượng

tinh bột sắn ở Việt Nam

Ngành công nghiệp chế biến tinh bột sắn tại Việt Nam có thể phân thành 3 qui mô, phụ thuộc về năng suất và kỹ thuật cũng như các trang thiết bị: qui mô nhỏ (qui mô hộ gia đình); qui mô vừa và qui mô lớn

Qui mô nhỏ: đây là qui mô tập trung ở vùng nông nghiệp của 13 tỉnh thành của Việt Nam, số lượng nhân công khoảng 3-7 người, làm việc theo ca, một ca 32-

40 tiếng Một ca tiêu thụ 2-10 tấn sắn tươi để sản xuất ra 500-2600 kg tinh bột, phụ thuộc vào chất lượng sắn và quy trình sản xuất Với qui mô này thường sử dụng công nghệ thủ công, thiết bị tự tạo hoặc do các cơ sở cơ khí địa phương chế tạo, do vậy hiệu suất thu hồi bột không cao Mỗi hộ đều sản xuất vài loại bột mì có chất lượng cao thấp khác nhau tùy vào giá thành của sản phẩm Số cơ sở chế biến tinh bột sắn qui mô nhỏ chiếm khoảng 70-75%

Qui mô vừa: qui mô này được bắt đầu từ năm 1995, cứ 3 tỉnh sản xuất tinh bột chính thì có 4-6 nhà máy sản xuất với qui mô vừa, với số lượng nhân công là 10-50 người, năng suất trong khoảng 15-100 tấn sắn tươi/ngày để chế biến được 5-

20 tấn tinh bột khô và ẩm Với những nhà máy này có thể nâng năng suất lên cao và

có thể cải tiến quy trình công nghệ, máy móc hiện đại hơn được áp dụng trong các công đoạn sản xuất Số cơ sở chế biến tinh bột sắn qui mô vừa chiếm 16-20%

Qui mô lớn: Nhóm này gồm các doanh nghiệp có công suất trên 50 tấn tinh bột/ngày Số cơ sở chế biến sắn qui mô lớn chiếm khoảng 10% tổng số các cơ sở chế biến tinh bột sắn trong cả nước Công nghệ, thiết bị của các cơ sở chế biến thuộc qui mô lớn được nhập khẩu từ Châu Âu, Thái Lan, Trung Quốc Đó là các công nghệ tiên tiến, có hiệu suất thu hồi tinh bột lớn, đạt chất lượng sản phẩm cao hơn, sử dụng ít nước hơn các công nghệ trong nước

Hiện nay công nghệ chế biến sắn được đầu tư và phát triển mạnh mẽ nhất là

ở châu Á, châu Mỹ La Tinh Do nhu cầu của thế giới về tinh bột sắn ngày càng tăng nhanh, nhất là tại các thị trường Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc,… Do vậy để tăng giá trị xuất khẩu của cây sắn ở nước ta, một lượng lớn các nhà máy chế biến tinh bột sắn đã được xây dựng và mở rộng, ngành chế biến tinh bột sắn của nước ta

đã phát triển mạnh mẽ Tính đến năm 2006, nước ta có tới 52 nhà máy chế biến tinh bột sắn qui mô lớn chủ yếu tập trung ở miền Nam với công suất 3.500 tấn bột/ngày

tương đương với 14.000 tấn củ/ngày, tập trung ở Đông Nam Bộ tại xã Phước Thái huyện Long Thành tỉnh Đồng Nai và tại xã Phước Long – Bình Phước với công suất 100-200 tấn bột/ngày, tại Tây Ninh nhà máy Singapor và Thái Lan-Topica có công suất 100 tấn/ngày; còn tại miền Bắc chế biến tinh bột sắn chủ yếu tại các làng nghề có truyền thống lâu đời, chủ yếu phát triển từ các tỉnh đồng bằng và trung du như: Hoà Bình, Hà Tây, Phú Thọ, với qui mô hộ gia đinh điển hình là xã Dương Liễu

Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, khoảng 40 - 45% sản lượng sắn dành cho chế biến qui mô lớn, hay còn gọi là qui mô công nghiệp, 40 - 45% sản lượng sắn dành cho chế biến tinh bột ở qui mô nhỏ và vừa, dùng để sản xuất các sản phẩm sắn khô, chế biến thức ăn chăn nuôi và 10 - 15% dùng cho ăn tươi và các nhu cầu khác

1.1.2 Các công đoạn chủ yếu trong quá trình chế biến

 Thu mua nguyên liệu: Sắn từ các tỉnh miền núi phía Bắc như Sơn La, Lai Châu, Phú Thọ, được chuyển đến bằng các xe tải Vào vụ sản xuất chính có hàng trăm xe chở hàng mỗi ngày từ các nơi tới và được họp thành chợ Sau đó sắn được thu mua và chuyển về tại mỗi hộ sản xuất

 Rửa và cạo vỏ: Trước đây, công đoạn tách vỏ được thực hiện thủ công chủ yếu là người già và trẻ em làm Hiện nay, công đoạn rửa cạo vỏ, cắt khúc, bỏ rễ, lớp

vỏ gỗ và đất được thực hiện bằng máy quay cách guồng Tại các thùng rửa, củ đất cát và phần vỏ gỗ được chà xát bằng lô cuốn có gắn các sợi kim loại trên bề mặt kết hợp với nước rửa được bơm liên tục với mục đích rửa sạch lớp bột bám trên bã Sau công đoạn này củ được tách ra khỏi lớp vỏ gỗ, các tạp chất theo nước thải ra ngoài và đổ thẳng ra kênh, mương

 Xay nghiền và lo ̣c, tách bã: Sau khi để ráo, chúng được đem đi xay nghiền và lọc, tách bã Công đoa ̣n này được thực hiê ̣n b ằng máy liên hoàn Bã được tách ra và bán cho người dân thu mua làm thức ăn gia súc, phần dịch sữa được bơm sang bể lắng

 Lắng: Đối với sắn mùa hè để lắng từ 4-5 giờ, mùa đông để lắng từ 10-12 giờ

 Lắng lần 1: Nhằm tách bột đen (là bột có lẫn tạp chất), nước thải từ quá trình này có chứa nhiều bột nên hàm lượng chất hữu cơ cao, vì vậy nó rất dễ lên men nên gây chua nhanh

 Lắng lần 2: để thu bột loại 2

Các thiết bị được sử dụng trong làng nghề chủ yếu được mua từ hàng thải loại của các công ty lớn, nhập từ Trung Quốc hoặc tự chế, chắp vá, cải tiến từ các thiết bị cũ, Do vậy năng suất vừa không cao mà không đảm bảo vệ sinh

1.2 Quy trình chế biến tinh bột trên thế giới

Tinh bột mì cung cấp 37% calories trong thực phẩm của châu Phi, 11% ở Mỹ Latinh và 60% ở các nước châu Á Tinh bột sắn được các nước trên thế giới sản xuất để tiêu thụ và xuất khẩu

Quy trình công nghệ chế biến tinh bột sắn tại Thái Lan và Trung Quốc ở qui

mô công nghiệp (hình 1.4 và hình 1.5) gồm nhiều công đoạn được thực hiện bằng các công nghệ và thiết bị hiện đại do đó tăng năng suất thu hồi tinh bột, định mức tiêu hao nguyên nhiên liệu thấp đồng thời giảm thời gian sản xuất tránh hiện tượng thay đổi thành phần chất lượng trong sắn củ

Hình1.4 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại Thái Lan

Hình 1.5 Quy trình chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp tại trung Quốc

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

1.3.1 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

Quá trình oxy hóa cacbohydrate dưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí diễn

ra theo sơ đồ sau:

Carbohydrate RCOOH + năng lượng

Nước thải sản xuất tinh bột sắn chứa cyanua là hợp chất có độc tính cao

Do đặc điểm sinh hóa và cấu trúc tế bào, mô cây sắn có khả năng tiết ra axit cyanhydric trong quá trình thủy phân một số glucosid có trong tất cả các bộ phận của cây (thân, lá, củ) Sự thủy phân glucocid thành glucoza và bộ phận aglucol (sau

đó tạo thành axit cyanhydric) dưới ảnh hưởng của enzyme (glucosidase hay linamariase) như sau:

kết hợp với men kytocrom làm men này ức chế khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu, ngăn cản quá trình chuyển hóa các ion vào da, túi mật, thận ảnh hưởng đến quá trình phân

hóa tế bào trong hệ thần kinh, làm các cơ quan của cơ thể bị thiếu oxy, có thể làm ngừng thở và gây tử vong Gluco có thể hòa tan trong nước, vì thế sản phẩm tinh bột sắn hầu như không chứa axit cyanhydric, khi đó các thành phần chứa cyanua nằm trong nước thải

Nước thải sản xuất tinh bột sắn có pH thấp do: nước thải của quá trình chế biến ngũ cốc nói chung cũng như quá trình sản xuất tinh bột sắn nói riêng đều chứa thành phần chính là cacbohydrate Trong môi trường nước, dưới tác dụng của vi sinh vật, các cacbohydrate này bị oxy hóa đồng thời bị thủy phân thành các axit hữu

cơ, từ đó làm pH của nước giảm, pH quá thấp sẽ làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận do các loại vi sinh vật trong nước tự nhiên bị kìm hãm sự phát triển, ngoài ra khi nước thải có tính axit sẽ gây ra tính ăn mòn làm mất cân bằng trao đổi chất tế bào, ức chế sự phát triển của quá trình sống

Nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, khi xả vào nguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxi hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng oxi để phân hủy các chất hữu cơ Nồng độ oxi hòa tan dưới 50% bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng tới

sự phát triển của các động vật thủy sinh như tôm, cá, nó không chỉ gây suy thoái nguồn tài nguyên thủy sản mà còn làm mất khả năng tự làm sạch dẫn đến suy giảm chất lượng nước cấp sinh hoạt và công nghiệp

Trong nước thải của ngành sản xuất chế biến tinh bột sắn có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao vào khoảng 120 – 3000 mg/l làm cho nước đục hoặc có màu, làm mất mĩ quan của nguồn nước, cản trở ánh sáng chiếu xuống các tầng nước sâu, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong, giảm quá trình trao đổi oxi và truyền ánh sáng, dẫn đến tình trạng kỵ khí Đồng thời một phần cặn lắng xuống gây bồi lắng, cản trở lưu thông dòng nước đồng thời đẩy nhanh quá trình phân hủy kỵ khí gây ra mùi hôi thối cho các khu vực xung quanh

Trong nước thải của ngành sản xuất chế biến tinh bột sắn có hàm lượng nitơ, photpho cao gây ra hiện tượng bùng nổ phát triển các loài tảo, khi quá nhiều sẽ gây nên hiện tượng phú dưỡng, khi đến một mức độ giới hạn nào đó tảo chết đi và phân hủy gây nên hiện tượng thiếu oxi Nếu nồng độ oxi giảm xuống đến 0 sẽ gây nên hiện tượng thủy vực chết Ngoài ra, các loại tảo sẽ tạo ra trên mặt nước một lớp

màng khiến những tầng nước bên dưới không có ánh sáng, quá trình quang hợp của thủy thực vật bị ngừng trệ Tất cả các hiện tượng trên gây tác động không nhỏ đến chất lượng nước, hệ thủy sinh, du lịch, cấp nước và đặc biệt là đời sống của người dân

Chỉ tính riêng 52 nhà máy sản xuất chế biến tinh bột sắn có qui mô lớn, lượng nước thải sinh ra vào mùa vụ vào khoảng 140.000m3/ngày với SS khoảng

1000 tấn/ngày, BOD vào khoảng 3000 tấn/ngày, COD khoảng 5000 tấn/ngày, xyanua là 5 tấn/ngày [1]

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Hình 1.6 Tải lượng thải của quá trình chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp

Như vậy trong mùa vụ sản xuất, các làng nghề sản xuất tinh bột sắn sinh ra một lượng nước thải có tải lượng ô nhiễm hữu cơ ít nhất cũng gấp 4 lần tải lượng nước thải sinh hoạt trên cả nước Do đó đây cũng là nguyên nhân của tình trạng ô nhiễm môi trường tại các địa phương có ngành chế biến bột sắn đặc biệt là những địa phương có làng nghề chế biến bột sắn theo qui mô hộ gia đình

Hiện nay trừ những nhà máy chế biến bột sắn sản xuất theo qui mô lớn và có

sự hợp tác của nước ngoài có hệ thống xử lý nước thải thì phần lớn các nhà máy nhỏ lẻ và các làng nghề chế biến bột sắn theo lối thủ công truyền thống có kĩ thuật thô sơ, không có trình độ nên nước thải và rác thải được xả trực tiếp ra kênh, sông… vì vậy đây chính là nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm nặng cho các kênh ,sông này

Bên cạnh đó do nước thải ô nhiễm đã làm ảnh hưởng tới chất lượng nguồn nước ngầm, hiện nay 100% dân số tại làng nghề sử dụng nguồn nước ngầm phục vụ sinh hoạt, điều này gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng nước sinh hoạt của nhân dân

1.3.2 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

Bảng 1.3 Nhu cầu nguyên liệu và tải lượng xỉ của một số làng nghề

Đơn vị: tấn/năm

Bảng 1.4 Khối lượng bã thải từ sản xuất tinh bột tại làng nghề Dương Liễu

1.Định mức thải (tấn chất

1.4 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

1.4.1 Các nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn trên thế giới

Vấn đề ô nhiễm của nước thải ngành chế biến nông sản thực phẩm nói chung

và ngành chế biến tinh bột sắn nói riêng không chỉ là mối quan tâm riêng của Việt Nam nói chung mà cũng là mối quan tâm của nhiều nhà khoa học và quản lý môi trường trên thế giới, đặc biệt là các nước Châu Á Gần đây, ngày càng có nhiều nghiên cứu đề cập tới vấn đề xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn như “Xử lý kỵ khí nước thải chế biến tinh bột sắn bằng thiết bị UASB’’ của Prasanna Lal Amatya tại Thái Lan năm 1996 Các công trình nghiên cứu này chủ yếu tập trung nghiên cứu khả năng xử lý loại nước thải chế biến tinh bột sắn bằng các quá trình yếm khí tải lượng cao như phương pháp UASB, phương pháp UASB lọc sinh học kết hợp; ảnh hưởng của nồng độ xyanua và các điều kiện công nghệ như tải lượng tối đa cho phép; cũng như khả năng thu hồi khí biogas từ các quá trình xử lý

Trong nghiên cứu “Xử lý nước thải chế biến sắn bằng phương pháp sinh học” của Moises A Oliveira và nnk (2001) đã kết hợp hai quá trình hiếu khí và yếm khí Sau hai quá trình này còn kết hợp quá trình keo tụ, tủa bông bằng cách sử dụng muối nhôm và các polyme tự nhiên rồi để lắng để làm giảm SS

Một nghiên cứu khác là “Sự phát triển của nấm cúc Aspergillus oryzae trong

quá trình xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn có nồng độ chất rắn lơ lửng cao” của

Truong Quy Tung và nnk (2004) Nghiên cứu này chỉ ra rằng nấm cúc Aspergillus

oryzae hấp thụ SS trong nước thải chế biến tinh bột sắn chuyển hóa thành chất dinh

dưỡng để phát triển Nghiên cứu khẳng định phát triển nấm cúc với sự có mặt của các chất rắn với nồng độ tập trung chất rắn lơ lửng cao Đồng thời nghiên cứu này cũng khẳng định khả năng phát triển sinh khối nấm cúc để xử lý nước thải cùng với sản xuất nấm nông nghiệp

Trên thế giới còn rất nhiều nghiên cứu về tinh bột sắn như “Sự tạo thành sunfua trong quá trình xử lý nước thải tinh bột sắn yếm khí” của Chongrak Polprasert and Sommai Chatsanguthai (1988) cho thấy hàm lượng hydrosunfua trong thành phần biogas của hệ thống xử lý nước thải áp dụng Nghiên cứu “Nghiên

cứu đặc tính nước thải chế biến tinh bột sắn của S.R.P Avancini và nnk (2007) cho thấy đặc điểm nước thải trong sản xuất chế biến bột sắn để từ đó có biện pháp xử lý nước thải loại này

1.4.2 Các nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn trong nước

Ở Việt Nam, cũng có nhiều nghiên cứu xử lý nước thải tinh bột sắn như nghiên cứu “Hệ thống xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn khép kín ở Việt Nam”

của P.G Hien và nnk (1999), nghiên cứu này sử dụng hệ thống UASB làm giảm

đáng kể COD trong nước thải chế biến tinh bột sắn, sau đó nước đầu ra sẽ được đưa vào hệ thống ao hồ sinh học lưu trong thời gian 10 – 20 ngày để COD giảm xuống

10 mg/l, nước thải ra có thể sử dụng cho nông nghiệp hoặc tái sử dụng trong các nhà máy Nghiên cứu này cũng cho thấy khép kín chu trình nước trong ngành sản xuất tinh bột sắn được xem là một lựa chọn thuyết phục đối với vấn đề giảm thiểu ô nhiễm và tái sử dụng nước thải qua xử lý Trong nghiên cứu về quá trình UASB và hiếu khí kết hợp của Huỳnh Ngọc Phương Mai “Kết hợp xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn bằng công nghệ sinh học” Đó là một trong số những nghiên cứu tại Việt Nam đã được công bố trên thế giới Trong nghiên cứu của Nguyễn Thị Kim Thái “Xử lý nước thải tinh bột sắn băng phương pháp sinh học kỵ khí trong điều kiện khí hậu Việt Nam” [7] hay là một số đề tài nghiên cứu của Viện Công Nghệ Môi Trường thuộc trường đại học Bách khoa cũng có những nghiên cứu về vấn đề nước thải của ngành chế biến tinh bột sắn tại các làng nghề Tuy nhiên việc áp dụng các kết quả nghiên cứu này vẫn cần có nghiên cứu đầy đủ hơn

Một số quy trình xử lý nước thải tinh bột sắn ở Việt Nam: [7]

 Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ Phước Long – Bình Phước

Quy trình hệ thống xử lý nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ Phước Long được chỉ ra ở hình 1.7:

Hình 1.7 Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long

Ưu điểm:

Vận hành đơn giản, chi phí vận hành thấp

Nhược điểm:

- Chiếm diện tích lớn

- Cần phải chống thấm cho các hồ, tốn kinh phí lớn

- Nước thải đầu ra không ổn định, có thể không đạt tiêu chuẩn, dễ phát sinh

ra mùi hôi thối

 Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ Tân Châu – Tây Ninh

Quy trình hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ Tân Châu – Tây Ninh được chỉ ra ở hình sau

Nước thải

Buồng lọc cát

Bể phân hủy tự nhiên 6

Bể đánh bóng 7

Nước thải sau xử lý

Hình 1.8 Quy trình công nghệ xử lý nước thải tinh bột mỳ ở Tân Châu

Quy trình công nghệ xử lý nước thải bao gồm: lắng loại cát, tạp chất sau đó trung hòa nâng pH lên giá trị trung tính Kế tiếp nước thải được xử lý qua hệ thống

hồ sinh học gồm 4 hồ kị khí và 2 bể tùy tiện

Nước thải được thu gom từ các phân xưởng sẽ qua bể lắng chảy vào bể trung hòa Ở bể trung hòa, dung dịch xút sẽ được đưa vào bể nhằm trung hòa các axit có trong nước thải Sau đó, nước thải được đưa vào hệ hồ 2, 3, 4, 5, 6 và 7 để xử lý bằng phương pháp sinh học

Để hiệu quả xử lý được nâng cao, hệ hồ phải được vét nạo thường xuyên cũng như tăng độ sâu của hai hồ đầu tiên nhằm tạo điều kiện tốt cho hoạt động yếm khí của vi khuẩn

Nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra nguồn Nhưng theo kết quả đánh giá thì chất lượng nước thải ra nguồn cao hơn tiêu chuẩn cho phép (BOD là 240 mg/l, COD là 336 mg/l), tuy nhiên nước thải sau xử lý có thể dùng tưới tiêu tốt

Ưu điểm:

Vận hành đơn giản, chi phí thấp

Nhược điểm:

- Đòi hỏi diện tích xây dựng lớn

- Việc chống thấm ở các hồ đầu tiên (các hồ kỵ khí và tùy tiện) là rất quan trọng nhằm tránh hiện tượng thấm nước thải vào đất, ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước ngầm khu vực

 Nhà máy sản xuất tinh bột sắn khoai mỳ Hoàng Minh

Quy trình hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột sắn khoai

mỳ Hoàng Minh được chỉ ra ở hình sau

Hình 1.9 Quy trình công nghệ xử lý nước thải tinh bột mỳ ở nhà máy Hoàng Minh

Nước thải sau khi được trung hòa để nâng nồng độ pH sẽ được dẫn đến bể điều hòa lưu lượng và nồng độ đồng thời xử lý một phần chất thải Sau đó, nước thải sẽ được xử lý kỵ khí bằng UASB và hiếu khí bằng aerotank Bùn sau lắng được đưa ra nhà máy nén bùn và sân phơi bùn

Ưu điểm:

Hệ thống vận hành đơn giản, không tốn nhiều diện tích

Nhược điểm:

- Không xử lý triệt để lượng CN- trong nước thải

- Nếu muốn đạt tiêu chuẩn loại A (QCVN: 24/2009) hệ thống phải xử lý với tải lượng lớn dẫn đến khó kiểm soát

1.4.4 Công nghệ xử lý nước thải có thu hồi P trong nước thải

Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải hiện nay một phần nhỏ được ủ để làm phân compost, hoặc tách nước làm phân bón còn chủ yếu bùn thải được chôn lấp Trong khi đó, bùn thải có chứa nhiều chất có khả năng thu hồi như sợi trong công nghiệp giấy – cacton và chế biến gỗ; Zn, Cu, Cr trong bùn từ các trạm lọc nước xử

lý bề mặt kim loại,…đặc biệt là P trong bùn thải của quá trình xử lý nước thải giàu

P Như vậy, việc chôn lấp bùn thải một mặt gây lãng phí nguồn tài nguyên nhất là nguồn tài nguyên không tái tạo được như P, mặt khác khối lượng bùn thải lớn gây tốn chi phí xử lý bùn

Một trong những ví dụ về cải tiến và phối hợp các đơn vị công nghệ khác nhau được thực hiện ở Mỹ (Virginia) là thu hồi photpho từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Sinh khối thải từ quá trình xử lý hiếu khí được phân huỷ yếm khí, khi đó photpho trong sinh khối và amoniac được thải ra vào nước với nồng độ cao (73% trong sinh khối) Amoniac và photphat được thu hồi dưới dạng chất kết tủa struvite (MgNH4PO4) Sự có mặt của struvite và canxi photphat làm tăng giá trị sử dụng của phân vi sinh Sinh khối qua xử lý như trên được dùng làm phân bón, đóng thành gói 18,2 kg với tên thương phẩm “Nutra Green” với giá thành 1 USD [6]

Tại Đan Mạch chương trình hành động giảm thiểu ô nhiễm chất dinh dưỡng được quốc hội thông qua vào năm 1987 và có hiệu lực thi hành đối với các hệ thống

chung cho nước thải sinh hoạt về BOD, tổng nitơ và tổng photpho Các chỉ tiêu thải liên quan đến qui mô của hệ thống xử lý tính theo số người được phục vụ, hệ thống xây mới và các hệ thống đang tồn tại (bảng 1.5) Trong chương trình hành động có tới 289 hệ thống xử lý nước thải phải hạ thấp nồng độ photpho xuống dưới 1,5 mg/l,

165 hệ xử lý phải giảm nồng độ nitơ xuống dưới 8 mg/l Thời gian dành cho chương trình hành động không dài: 138 hệ xử lý phải hoàn thành ngay trong năm

1993, 25 hệ được phép hoàn thành chậm hơn một năm, 25 hệ khác được phép hoàn thành chậm hơn hai năm, chỉ duy nhất một hệ xử lý (lớn nhất tại Lynetten) được phép kéo dài 4 năm

Bảng 1.5 Tiêu chuẩn thải chung đối với nước thải sinh hoạt của Đan Mạch

Qui mô hệ xử lý (số người được phục vụ)

-

15

Nguồn: [6]

Để thực hiện chiến lược giảm thiểu ô nhiễm do chất dinh dưỡng, chính phủ

Na Uy đã chi 9 triệu NOK cho chương trình nghiên cứu trên Mục đích chính của

dự án nghiên cứu là tìm các biện pháp xử lý dinh dưỡng thích hợp với điều kiện của

Na Uy là có khí hậu lạnh và nước thải bị pha loãng, sao cho có thể giảm 50 - 80% hàm lượng dinh dưỡng trong nước thải sinh hoạt với chi phí xây dựng và vận hành hợp lý

Dự án cấu trúc lại và phục hồi nguồn nước mặt thuộc lưu vực sông Ruhr (CHLB Đức) bằng các giải pháp ngăn ngừa ô nhiễm bởi các chất dinh dưỡng do nước thải sinh hoạt tiêu tốn 2 tỉ Mark Lưu vực trên có diện tích 4488 km2

với dân

số khoảng 2,2 triệu người Vùng nước có hiện tượng phú dưỡng do nguồn nước thải chứa nhiều chất dinh dưỡng, hiệu quả xử lý của các hệ thống chỉ đạt khoảng 25% đối với hợp chất nitơ và 10% đối với photpho Sau nhiều năm thực hiện, cho đến

năm 1999 nồng độ amoniac giảm xuống còn 2,3 mg/l (năm 1972 là 20 mg/l), của photpho là 0,15 mg/l (vào những năm 70 là 0,8 mg/l) [14]

Ở Việt Nam, công nghệ xử lý nươc thải, đặc biệt là xử lý hợp chất dinh dưỡng mới chỉ ở giai đoạn đầu, chủ yếu ở khu vực sản xuất công nghiệp mà chưa chú trọng đến nước thải sinh hoạt

Tuy nhiên trong giai đoạn này các dự án đều hướng tới mục tiêu loại bỏ các chất dinh dưỡng trong nước thải nhằm bảo vệ nguồn nước Thực hiện các mục tiêu này rất tốn kém, không phải nước nào cũng có khả năng đáp ứng đủ kinh phí do khi

xử lý chất dinh dưỡng cần đến năng lượng và hóa chất với chi phí không nhỏ Mặt khác, các chất dinh dưỡng lại là nguồn nguyên liệu quí của con người mà nhiều nơi trên thế giới (như những nước nghèo) còn đang thiếu và một trong số đó như P, S,

K không có khả năng tái tạo và có lượng dự trữ hạn chế Do vậy, hiện nay các nhà khoa học đang khởi động các nghiên cứu hướng vào việc thu hồi và tái sử dụng các chất dinh dưỡng từ phế thải

Quặng photphat là nguồn tài nguyên không phục hồi được Tổng trữ lượng quặng photphat trên thế giới ước tính khoảng 7.355 triệu tấn (tính theo hàm lượng

P2O5) Cho đến nay, tổng sản lượng quặng đã được khai thác là 1.955 triệu tấn P2O5 Như vậy với tốc độ khai thác 64 triệu tấn/năm như hiện nay thì đến năm 2040 lượng quặng photphat sẽ cạn kiệt [3] Như vậy, việc thu hồi và tái sử dụng chất dinh dưỡng vừa đáp ứng được mục tiêu bảo vệ môi trường, tiết kiệm năng lượng và hóa chất đồng thời cũng góp phần tiết kiệm tài nguyên

Bảng 1.6 Một số quy trình tận thu P từ nước thải và bùn thải

thu hồi Thu hồi P từ bùn thải

Xử lý hóa lý, thủy

phân

Bùn ly tâm ở 1500C, thêm

H2SO4 đến pH=1-2, khi đó chất hữu cơ và kim loại nặng lắng xuống Lọc lấy dung dịch, thêm muối sắt II thì FePO4 nổi trên bề mặt và lượng sắt dư được coi như chất keo tụ

Chất hữu cơ trong bùn có thể sử dụng như nguồn cacbon

để khử nitơ Giảm thể tích bùn và chi phí xử lý bùn Chi phí keo tụ và nhiệt

độ thủy phân là cần thiết

FePO4

Phươg pháp hóa học NaHS được thêm vào trước

khi đông tụ bùn tại bể lắng

sơ cấp sử dụng FeCl2, FeS

và H3PO4 Muối canxi được thêm vào để tạo kết tủa thu hồi dạng Ca3(PO4)2.Axit phản ứng FeS thu hồi H2S

Giảm chất hữu cơ, năng lượng, thể tích bể và có thể giảm lượng chất đông tụ Chỉ muối canxi và axit không tái sử dụng được H2S là khí độc

Ca3(PO4)2

Thu hồi P từ bùn đã tách nước

Phân bón Bùn sau khi sấy có thể sử

dụng làm phân bón và chất đốt loại kém

Thu hồi được hầu hết các chất trừ tro bụi Thích hợp cho bùn đã loại nước

có độ ẩm 15-40%

Phân bón

Axit hóa cho than bùn H2SO4 được thêm vào than

bùn, chiết photpho, nhôm

và kim loại nặng ở 900C

Thêm kiềm để tách chiết

Photpho, Al, Fe,

Mn có thể được xử

lý Tăng khả năng hấp thụ bằng axit

Ca3(PO4)2

Công nghệ Quy trình Đặc điểm Dạng P

Na3PO4

Thu hồi P từ nước thải

Điện phân Nhúng điện cực sắt vào sâu

trong nước thải và cho dòng điện 1 chiều đi qua, sau đó

Fe2+ tách ra khỏi điện cực

và bị oxi hóa thành Fe3+ và photphat kết tủa

Công nghệ đơn giản, dễ thực hiện

có thể áp dụng tại từng hộ gia đình hay ở những qui

mô nhỏ

FePO4

Hấp thụ Nước thải được đưa vào

tháp lọc với Zr và nhôm hoạt động để hấp thụ photphat và được tách ra

Chất hấp thụ được tái sử dụng

Tạo bùn Chất hấp thụ có khả năng hấp thụ tốt với photphat,

hypophotphat và polyphotphat Dễ

bị ảnh hưởng bởi

có nhiều chất cùng tồn tại

H3PO4 và

Ca3(PO4)2

Nguồn:[12]

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 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

Đây là một loại nước thải gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do tải lượng chất hữu cơ cao, độ pH thấp, hàm lượng chất rắn lơ lửng và dinh dưỡng cao, khi thải ra môi trường không qua bất kỳ một khâu xử lý nào gây nguy hại trực tiếp cho

hệ động vật thủy sinh, giảm hàm lượng oxi hòa tan, gây mùi hôi thối do phân hủy

kỵ khí

2.2 Phạm vi nghiên cứu

Trong giới hạn của đề tài này, phạm vi nghiên cứu là tại làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu – Hoài Đức – Hà Nội Dương Liễu là một trong những làng nghề chế biến tinh bột sắn lớn ở khu vực phía Bắc và đồng thời đây cũng là làng nghề ô nhiễm nhất khu vực Hà Nội

2.2.1 Điều kiện tự nhiên làng nghề xã Dương Liễu

Hoài Đức là một vùng ở phía Tây Hà Nội bên dòng sông Đáy Xã Dương Liễu nằm ở phía Tây Bắc huyện Hoài Đức cách trung tâm Hà Nội khoảng 20 km (xem hình 2.1) Dương Liễu tiếp giáp các xã:

 Phía Bắc: xã Minh Khai

 Phía Đông: xã Đức Thượng

 Phía Nam: xã Cát Quế

 Phía Tây: sông Đáy

Hình 2.1 Sơ đồ vị trí xã Dương Liễu – Hoài Đức – Hà Nội

Dương Liễu có diện tích 410,54 ha trong đó đất nông nghiệp là 295,25 ha chiếm 72% diện tích đất tự nhiên

Dương Liễu thuộc vùng đồng bằng bắc bộ nên địa hình khá bằng phẳng, độ dốc khoảng 5-70, cao ở phía đông, thấp dần ở phía tây

Khí hậu đặc trưng của miền Bắc Việt Nam là khí hậu nhiệt đới gió mùa, có một mùa đông lạnh

Nhiệt độ trung bình khoảng 230C

Độ ẩm tương đối giao động trong khoảng 80-87%

Tổng số giờ nắng trong năm: 1600-1700 giờ

Lượng mưa trong năm: 1500-1700mm

Tổng lượng nước bốc hơi cao nhất về mùa hè (tháng 5 – 6) Thấp nhất vào cuối mùa đông khoảng tháng 2-3

Hàng năm có khoảng 2-4 cơn bão, 20-30 đợt gió mùa

Nguồn nước cấp cho nông nghiệp chủ yếu bởi sông Hồng thông qua hệ thống kênh Đan - Hoài và sông Đáy Nước cấp cho sinh hoạt và một số hoạt động thủ công nghiệp là nước ngầm người dân tự khai thác

2.2.2 Điều kiện kinh tế - xã hội làng nghề xã Dương Liễu

Dân số toàn xã là 12.801 người với 3.035 hộ (tính đến thời điểm tháng 12/2010), tổng thu nhập của xã là 96,5 tỷ đồng trong đó thu nhập chủ yếu là từ sản xuất tiểu thủ công nghiệp là 50,5 tỷ đồng (chiếm 52,3%), bình quân thu nhập đầu người là khoảng 6 triệu đồng/người.năm

Tỷ lệ tăng dân số 0,946%, mật độ dân số là 2.755 người/km2 Đến năm 2010

có 2600 hộ tham gia sản xuất chiếm khoảng 90% dân số tham gia chế biến nông sản

và các nghề phụ khác liên quan

Xã có tổng lao động 6.825 người trong đó có 3.549 là nữ, phân bố như sau: lao động nông nghiệp 1.300 người, lao động công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp 4.300 người, lao động thương mại, dịch vụ 800 người

Trong những năm trở lại đây (2001-2006) tỷ trọng cơ cấu kinh tế xã Dương Liễu tăng trung bình 8-10% theo hướng tăng trưởng các ngành công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và thương mại dịch vụ Với cơ cấu năm 2005: ngành nông nghiệp đạt 20,3 tỷ đồng chiếm 20,8%; ngành công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp đạt 50,2 tỷ đồng chiếm 52,3%; ngành thương mại và dịch vụ đạt 26 tỷ đồng chiếm 26,9%

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp tổng quan thu thập tài liệu

Thu thập các thông tin, tài liệu từ các phương tiện thông tin, các loại sách tham khảo, các số liệu thống kê của các nhóm nghiên cứu trước hoặc ở địa phương,

ở trong nước, ngoài nước và các cơ quan ban ngành gồm:

- Sơ đồ, bản đồ vị trí nghiên cứu

- Các tài liệu có liên quan đến kinh tế - xã hội, tài nguyên môi trường của địa phương

- Các chủ trương, chính sách có liên quan đến làng nghề

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

Điều tra thực địa để lấy được thông tin một cách chính xác về những vấn đề cần quan tâm, bổ sung thêm được những vấn đề mới

Việc phỏng vấn bán chính thức giúp có được thông tin một cách xác thực và mang tính khách quan Công việc này được tiến hành ngay tại hiện trường và các câu hỏi đặt ra tùy thuộc vào thông tin cần lấy

2.3.3 Phương pháp lấy mẫu

Dụng cụ lấy mẫu sử dụng chai, can nhựa đựng nước Trước khi lấy mẫu tráng, rửa sạch bằng nước sau đó mẫu nước thải từ 2 – 3 lần Mẫu nước được lấy vào buổi sáng trong khoảng thời gian từ 7 – 8 giờ Nước sau khi nghiền để lắng sau

10 – 12 giờ được thải bỏ ta có thể phân tích được các chỉ tiêu, COD, BOD, pH, P tổng, nitơ tổng… Vào thời điểm này, cũng là lúc bắt đầu ngày sản xuất mới ta có thể lấy được nước khi các chất có trong đó chưa phân hủy Mẫu lấy gồm: nước thải

từ công đoạn rửa, nước thải từ công đoạn ngâm, nước bột đen, nước từ rãnh, cống thải Tổng lượng mẫu cho mỗi loại là 25 mẫu Quy trình lấy mẫu và bảo quản mẫu theo đúng TCVN 4556 - 1988, Tiêu chuẩn Việt Nam - nước thải - phương pháp lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu

2.3.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Quá trình thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm khoa Môi Trường, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Nghiên cứu xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ và tận thu P trong bùn thải từ quá trình keo tụ

Hóa chất, dụng cụ:

+ Hóa chất điều chỉnh pH: H2SO4, NaOH

+ Hóa chất xác định BOD5, COD, SS, N tổng, P tổng…

+ Hóa chất bổ sung nguồn N và P: (NH4)2SO4, KH2SO4

+ Các dụng cụ dùng trong phân tích: máy đo pH, máy đo quang, ống nung COD, bếp nung COD, …

2.3.5 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

+ Phân tích BOD: Xác định theo Standard method và được đo oxy trên thiết bị YSI – 5000 của Mỹ

+ Phân tích COD: Xác định theo phương pháp Kalibicromat, phản ứng được thực hiện trên thiết bị phản ứng Thermoreactor TR 320 (Merck, Đức)

+ Phân tích nitơ tổng: Được xác định theo phương pháp so màu (theo Standard Method 1995), so màu trên máy UV – 2450 (Shimazu, Nhật Bản)

+ Phân tích CN theo phương pháp so màu sử dụng hệ thuốc thử của hãng Hanna và

so màu trên máy Hanna – HI 83200 Multiparameter Ion Specific Meter của Hungary

+ Phân tích photpho tổng theo phương pháp đo quang

2.3.6 Phương pháp phân tích dòng vật chất

Phân tích dòng vật chất là định lượng và đánh giá các dòng vật chất (thực phẩm, nước, nước thải ) hay các chất chỉ thị như nitơ, photpho, carbon trong một hệ thống như một nước, một thành phố hay một khu vực nào đó trong một khoảng thời gian xác định Nguyên tắc cơ bản của phương pháp phân tích dòng vật chất là dựa vào định luật bảo toàn khối lượng; dòng vật chất được tính bằng kg/năm hoặc kg/người.năm Phương pháp này cho phép xác định lượng, xác định các tác động tiềm tàng đối với ô nhiễm môi trường làm cơ sở đề xuất các giải pháp mang tính khả thi

Phân tích dòng vật chất bao gồm các bước chủ yếu sau đây [9]:

1 Xác định các vấn đề cơ bản (dòng vật chất liên quan);

2 Phân tích hệ thống dòng photpho của làng nghề Dương Liễu (lựa chọn các vấn đề có liên quan, quy trình, chất chỉ thị, và ranh giới của hệ thống);

3 Định lượng dòng khối lượng của vật chất và các chất chỉ thị;

4 Xác định các điểm yếu trong hệ thống dòng photpho của Làng nghề Dương Liễu;

5 Phát triển, đánh giá các sơ đồ và giải thích các kết quả

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả điều tra hiện trạng chế biến tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu-Hoài Đức-Hà Nội

Làng nghề Dương Liễu - Hoài Đức – Hà Nội là làng nghề chế biến nông sản chủ yếu là tinh bột sắn ngoài ra còn có các sản phẩm phụ khác như làm miến, bún, kẹo,… Làng nghề sản xuất theo lối thủ công, có khoảng 50 năm nay Làng nghề sản xuất chủ yếu theo qui mô nhỏ lẻ hộ gia đình Quá trình sản xuất của làng nghề theo lối thủ công truyền thống Vào những năm 1960-1970 tất cả các công đoạn đều làm bằng tay, năng suất rất thấp 30kg/hộ.ngày Quy trình sản xuất như sau:

Hình 3.1 Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại Dương Liễu các năm 1960-1970

Từ những năm 1970 đến nay, công nghệ sản xuất tinh bột tại làng nghề đã có nhiều cải tiến, áp dụng công nghệ mới như máy quay rửa cánh guồng, máy liên hợp giúp giảm sức lao động đồng thời tăng năng suất lên đến 3000-8000 tấn/hộ.ngày

Hình 3.2 Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại Dương Liễu hiện tại

3.2 Kết quả điều tra hiện trạng môi trường và vấn đề sức khỏe tại Dương Liễu

Chất thải tại Dương Liễu chủ yếu là do chế biến nông sản như sản xuất tinh bột sắn đã và đang là vấn đề bức thiết của toàn xã Vào những tháng niên vụ sản xuất, hệ thống tiêu thoát nước đặc biệt là các kênh chính như kênh Tiêu và kênh Đan Hoài không đáp ứng kịp khiến cho rác thải tràn ngập các kênh, mương; ứ đọng tại các cống rãnh là mầm mống lây lan dịch bệnh; nước thải đen kịt cùng với đó là mùi hôi thối bốc lên từ các cống thải khiến cho môi trường các làng nghề ô nhiễm nghiêm trọng ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của người lao động và người dân trong vùng Theo điều tra, tỷ lệ mắc bệnh tại các làng nghề cao hơn hẳn những vùng thuần nông, tuy thu nhập tăng nhưng tại các làng nghề sức khoẻ của người dân đang giảm một cách đáng kể Theo ông Hồ Trung Nghĩa, Trưởng phòng Tài nguyên và Môi trường huyện: “Tổng lượng chất thải rắn do làng nghề thải ra khoảng 112.200 tấn/năm, chất thải theo nước thải đã gây ứ đọng hệ thống cống rãnh, có nơi chất thải dày 0,2 – 0,3m và kéo dài hàng cây số” Không những vậy, đặc thù của làng nghề là chế biến tinh bột nên lượng nước thải rất lớn khoảng 1.200m3/ngày Nguồn nước mặt có màu đen xám, cao hơn mức độ màu trung bình 2,12 lần; hàm lượng chất ô nhiễm cao: coliform (một nhóm vi khuẩn rất phổ biến) cao hơn vài nghìn lần so với mức trung bình, coliform vào khoảng 1,4.104 MPN/100ml; lượng oxy hòa tan trong nước thấp hơn tiêu chuẩn 2mg/l, lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước cao hơn tiêu chuẩn 18,23 lần, lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy