“Thực trạng nước thải ở địa phương và giải pháp xử lí”

Bài thi liên môn Vật lí hóa học về thực trạng nước thải ở địa phương và giải pháp xử lí. Bài thi vận dụng kiến thức về dòng điện trong chất điện phân chương trình Vật lí 11 liên môn với môn hóa học. Bài thi mô tả thực trạng nước thải ở địa phương gây tình trạng ô nhiễm môi trường nước, đất và các giải pháp xử lí có vận dụng kiến thức liên môn Vật lí Hóa học

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BÀI DỰ THI VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN

ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN

- Sở Giáo dục và Đào tạo

I. Tên tình huống

“Thực trạng nước thải ở địa phương và giải pháp xử lí”

II. Mục tiêu giải quyết tình huống

Quê tôi là vùng đồng bằng ven biển có hệ thống kênh mương tưới tiêu dày đặc mang lạinhiều nguồn lợi cho đời sống người dân trong huyện nhưng gần đây, cùng với sự pháttriển của công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã mọc lên nhiều khu công nghiệp và các doanhnghiệp Nguồn nước thải từ các nhà máy , khu công nghiệp chưa qua xử lí cùng vớinước thải sinh hoạt đã được thải trực tiếp xuống những con sông, kênh rạch ở gần đógây ô nhiễm và mất cảnh quan môi trường và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe củanhững người dân xung quanh Chính quyền địa phương và cơ quan bảo vệ môi trườngcũng đã có những biện pháp cải tạo môi trường các dòng sông nhưng chưa thực sự đemlại kết quả đáng kể và lâu dài Từ thực tế trên cùng với kiến thức mà chúng tôi đã đượchọc trong trường, chúng em xin đề xuất một số giải pháp “sử lý nước thải ở địa phương“nhằm cải thiện tình hình ô nhiễm môi trường sống của địa phương mình Đồng thời qua

đó cũng góp phần tuyên truyền ý thức bảo vệ môi trường sống của người dân

III. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến giải quyết tình huống

1, Khảo sát thực tế

Tìm hiểu về vấn đề xử lí nước thải ở địa phương, chúng tôi đã đi tìm hiểu thực tếtại một số cơ sở sản xuất chiếu cói, các cơ sở làm bún, và một vài hộ gia đình và một sốcon sông, kênh rạch xung quanh địa bàn huyện Kim Sơn để tìm hiểu

a, Cơ sở sản xuất chiếu cói

Kim Sơn vốn nổi tiếng với làng nghề chiếu cói và chúng tôi vẫn luôn tự hỏingười ta sử lý nước thải như thế nào Vì vậy chúng tôi đã đến một số doanh nghiệp sảnxuất chiếu cói để tìm hiểu

Doanh nghiệp chiếu cói Đổi Mới

Thực tế đa số các doanh nghiệp chiếu cói nhỏ, lẻ trên địa bàn huyện Kim Sơn đều

nhuộm chiếu cói theo phương thức thủ công và nguồn nước thải sau khi nhuộm cũng không được sử lý theo quy trình sử lí nước thải chuẩn Có một số doanh nghiệp nhỏ thì thải trực tiếp ra môi trướng sống xung quanh

Nhuộm cói theo phương thức thủ công

Sản phẩm của doanh nghiệp chiếu cói

Ở một số doanh nghiệp chiếu cói lớn hơn ở Kim Sơn: chúng tôi đã có một cuộcphỏng vấn ngắn với người phụ trách khâu xử lý nước thải, người đó nói rằng, doanhnghiệp của họ vì không có đủ điều kiện kinh tế nên người ta chỉ có thể đổ vôi và sau đónước thải đã được xử lí sẽ chảy theo ống ngầm ra bể chứa

Ngoài nhuộm chiếu cói thì trên địa bàn huyện Kim Sơn còn có các cơ sở in giấytiền cũng sử dụng mực in nhiều măù sắc và đa số là các cơ sở nhỏ lẻ tại địa phương nênhầu hết không có khâu sử lý nước thải mà thải trực tiếp ra môi trường đất hoặc ra sông

Xử lý nước nhuộm bằng vôi

Nước thải sau khi sử lý vẫn còn rất đen màu nước nhuộm

ngòi xung quanh Lượng nước thải này cũng tương đối lớn và ảnh hưởng trực tiếp đếnmôi trường sống ở địa phương

b, Cơ sở làm bún

Tại một số cơ sở sản xuất bún thì nguốn nước thải vô cùng lớn

Nước thải ngâm gạo và nước thải lọc bún

Chúng tôi đã đến hỏi chủ cơ sở sản xuất về việc sử lý nước thải tại cơ sở làm bún nhưng họ đã từ chối trả lời Sau đó chúng tôi có hỏi một số người dân xung quanh để tìm hiểu về cơ sở làm bún này thì đa số người dân cho biết mùi nước thải bún hàng ngày được thải trực tiếp ra sông và mùi hôi thối bốc lên rất nồng nặc.

Nước thải sau khi làm bún

Nước thải làm bún được thải trực tiếp ra kênh

Con sông nơi đường ống rãnh chảy ra

Khi một người trong số chúng tôi trực tiếp xuống lấy nước thải thì mùi bốc lên rấtkhó chịu Đây chỉ là một cơ sở sản xuất nhỏ nhưng nếu tất cả mọi cơ sở sản xuất này đềukhông có ý thức trong việc sử lý nước thải thì hậu quả xảy ra đối với môi trường sẽ lớn

như thế nào?

Học sinh tự xuống lấy mẫu nước thải

c, Sông, ngòi trên địa bàn huyện kim sơn

Gần như tất cả những con kênh nhỏ nằm cắt ngang trên địa bàn của cácxóm, làng của huyện Kim Sơn đều ở trạng thái đáng báo động về độ ô nhiễm nguồnnước Nguồn nước thải của các hộ dân hai bên bờ kênh đều đổ trực tiếp ra dòng chảy Vàvới quan điểm rất bình thường là đổ ra sông rồi nước sẽ đẩy hết rác thải đi … Thì đã từlâu người dân xung quanh coi các con kênh này là nơi xả rác và nước thải Thật tình cờ

là chúng tôi đi thực tế vào đúng ngày nước sông đang cạn Và nếu như không phảichúng tôi đi quay vào ngày hôm nay thì chúng ta sẽ không thể biết được có bao nhiêuthứ kinh khủng đang nằm ở dưới đáy sông này.Nước sông thì đen ngòm và bốc lên mộtmùi rất khó chịu Liệu rằng có bất kỳ một sinh vật nào có thể sống được ở 1 môi trườngnhư thế này không?

Con kênh trên địa bàn xã Lưu Phương – Kim Sơn

Bên cạnh đó, nước thải sinh hoạt, nước nhiễm thuốc trừ sâu, thuốc trừ cỏ từ đồngruộng đã xả tràn ra sông làm nước sông bị ô nhiễm ngày một nghiêm trọng Người dânlại dùng nguồn nước này để trồng cấy, sinh hoạt nên nguy cơ ảnh hưởng trực tiếp tới sứckhỏe cộng đồng

2 Sử dụng kiến thức liên môn để giải quyết tình huống

- Sử dụng kiến thức môn Tin Học: tìm kiếm thông tin trên mạng internet

- Sử dụng kiến thức môn Công Nghệ và Hóa Học: khảo sát tình trạng ô nhiễm của

các dòng sông, nước thải làm bún và nước thải phẩm nhuộm trên địa bàn huyện

- Sử dụng kiến thức môn Sinh Học: tìm hiểu những chất gây độc đối với cơ thể conngười, tìm hiểu sử lý nước thải theo phương pháp vi phân

- Sử dụng kiến thức môn Vật Lý: ứng dụng nguyên lí hoạt động của phương pháp

điện phân để lọc bỏ các kim loại nặng có trong nước thải

- Sử dụng kiến thức môn Địa Lí: phân tích mạng lưới sông ngòi, xem xét nguồn nước

thải đổ về đâu

- Sử dụng kiến thức môn Toán: tính toán số đo, kích thước để xây bể điện phân, bể vi

phân Tính toán mật độ cây trồng để làm trong sạch nguồn nước…

- Sử dụng kiến thức môn Công Dân: tìm hiểu và đưa ra những chính sách bảo vệ môi

trường, thuyết phục các chủ doanh nghiệp có những biện pháp sử lí nước thải trướckhi ra môi trường và đưa ra những biện pháp phòng tránh của người dân xung quanhđó

- Sử dụng kiến thức môn Văn Học: Tuyên truyền và nhắc nhở hại người dân trước

sự độc hại của nguồn nước thải đối sức khỏe và trong sinh hoạt cuả người dân

Rác thải nổi trên sông Ân

IV GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG

1 Huy động Đoàn TNCS các xã tham gia thực hiện dự án

2 Sử lý nước thải phẩm nhuộm bằng phương pháp điện phân

3 Sử lý nước thải làm bún; nước thải chăn nuôi bằng phương pháp lọc sinh học kị khí, xây hệ thống Bioga thu hồi và sử dụng khí ga…

4 Sử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ sinh học Trồng cây thủy sinh để cải tạo nguồn nước sông ngòi và tạo cảnh quan đẹp

5 Giáo dục ý thức bảo vệ môi trường bằng cách tuyên truyền trong nhà trường, tại xóm làng…, treo các biển báo, nhắc nhở dọc theo các dòng sông và trên địa bàn huyện Kim Sơn

V THUYẾT MINH TIẾN TRÌNH GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG

1 Kiến thức chung về nước thải và xử lí nước thải:

a) Định nghĩa

- Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và bị thay đổi

tính chất ban đầu của chúng

- Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất gây ô nhiễm có trong nước, làm sạch nước

và có thể đưa nước đổ vào nguồn hoặc đưa vào tái sử dụng

b, Phân loại nước thải

* Nước thải công nghiệp (hay còn gọi là nước thải sản xuất): là nước thải từ các nhà

máy đang hoạt động hoặc trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu VD: phẩm nhuộm

từ doanh nghiệp sản xuất chiếu cói, nước thải từ cơ sở làm bún

- Trong phẩm thuộm có:

+ Thành phần các hóa chất hòa tan trong nước thải nhuộm rất cao (NaOH….)

+ Thành phần các chất hữu cơ trong nước thải cao : COD, BOD5 cao do trong nướcthải có hồ tinh bột từ công đoạn hồ

+ Nồng độ kim loại cao

- Trong nước thải của bún có BOD5, COD, TKN

Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải từ cơ sở làm bún

* Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại,

khu vực công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác

Nước thải sinh hoạt khu dân cư có nguồn gốc hữu cơ dễ phân hủy, giàu các chất Nito,Photpho với các thông số BOD5, COD, TSS, Tổng Nito, Tổng Phot pho, Coliform khácao

* Nước thấm qua: là lượng nước thấm vào hệ thống ống bằng nhiều cách khác nhau,

qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố ga hay hố xí

* Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem như nước thải tự nhiên chúng được thu gom

theo hệ thống riêng

* Nước thải đô thị: nước thải đô thị là một thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ

thống cống thoát của huyện; đó là hỗn hợp của các loại nước thải trên

c, Tác hại của nước thải chưa qua sử lí đối với môi trường và sức khỏe con người

- Đối với môi trường: có hại cho hệ sinh thái nước và hệ sinh thái trên cạn nói chung.Ảnh hưởng nghiêm trong đến môi trường đất, môi trường nước, và cả môi trườngkhông khí …

- Đối với sức khỏe con người:

+ Hậu quả chung của tình trạng ô nhiễm nước là tỉ lệ người mắc các bệnh cấp vàmạn tính liên quan đến ô nhiễm nước như viêm màng kết, tiêu chảy, ung thư… ngàycàng tăng, thậm chí là có cả một làng đều mắc bệnh suy thận Người dân sinh sốngquanh khu vực ô nhiễm ngày càng mắc nhiều loại bệnh tình nghi là do dùng nước bẩntrong mọi sinh hoạt Ngoài ra ô nhiễm nguồn nước còn gây tổn thất lớn cho các ngànhsản xuất kinh doanh, các hộ nuôi trồng thủy sản

+ Các nghiên cứu khoa học cũng cho thấy, khi sử dụng nước nhiễm asen để ănuống, con người có thể mắc bệnh ung thư trong đó thường gặp là ung thư da

+ Tiếp xúc lâu dài sẽ gây ung thư nghiêm trọng các cơ quan nội tạng Chất tẩytrắng Xenon peroxide, sodium percarbonate gây viêm đường hô hấp, oxalate kết hợpvới calcium tạo ra calcium oxalate gây đau thận, sỏi mật Vi khuẩn, ký sinh trùng cácloại là nguyên nhân gây các bệnh đường tiêu hóa, nhiễm giun, sán Kim loại nặng cácloại: Titan, Sắt, chì, cadimi, asen, thuỷ ngân, kẽm gây đau thần kinh, thận, hệ bài tiết,viêm xương, thiếu máu.

+) Nguồn nước thải ô nhiễm đi theo kênh rạch xâm nhập vào đồng ruộng, vàomạch nước ngầm, nước mưa…và ảnh hưởng trực tiếp đến cây trồng, vật nuôi và conngười

2, Các giải pháp giải quyết tình huống

Giải pháp 1: Huy động Đoàn TNCS các xã tham gia thực hiện dự án

Những năm gần đây vấn đề ô nhiễm môi trường đã ảnh hưởng trực tiếp tới đờisống của nhiều địa phương trên cả nước Việc sử lý nước thải nhằm bảo vệ môi trườngsống là một vấn đề trọng tâm trong chính sách phát triển kinh tế, xây dựng đất nước củaĐảng và nhà nước ta trong những năm qua Nhà nước luôn khuyến kích mọi cá nhân,đoàn thể tham gia hoạt động bảo vệ môi trường Do vậy dự án sử lý nước thải phù hợpvới các chủ trương chính sách của Đảng và nhà nước nên chắc chắn sẽ được chínhquyền địa phương nhất trí ủng hộ Đoàn thanh niên các xóm, xã là lực lượng đông đảotiên phong trong các họat động xã hội, nên nhận trách nhiệm quản lý và tổ chức thựchiện dự án

Giải pháp 2: Sử lý nước thải phẩm nhuộm bằng bể điện phân

- Sơ đồ của bể điện phân:

Sơ đồ bể điện phân

- Nguyên lí hoạt động của bể điện phân: Sử dụng quá trình Oxi hóa của anot và khửcủa catot

+ Anot thường được làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau có tính chất điện

phân như graphit, macnetit (Fe3O4), PbO2…

+ Catot được làm bằng molipden, hợp kim của vonfram với sắt hay niken; từ thanchì, thép không gỉ và các kim loại khác được phủ lớp molipden, vonfram hay hợp chấtcủa chúng

Khử kim loại nặng

Các quá trình khử của catot được ứng dụng để loại các ion kim loại ra khỏi nướcthải với sự tạo thành cặn, nhằm chuyển các cấu tử gây ô nhiễm thành các hợp chất ít độchơn hoặc về dạng dễ tách ra khỏi nước như cặn, khí Quá trình này có thể được sử dụng

để làm sạch nước thải ra khỏi các ion kim loại nặng như Pb2+, Sn2+, Hg2+, Cu2+, As3+ và

Cr6+ Quá trình khử của catot đối với ion kim loại xảy ra như sau: Mn+ + ne → M Ở đây,các kim loại lắng lên catot và được thu hồi

Nước nhuộm sau thời gian điện phân

Nước nhuộm lúc bắt đầu được điện phân Nước nhuộm có nhiều kết tủa và trong dần

Mẫu nước thải đã được sử lí khi cho dòng điện đi qua  Kết quả: nước trong hơn rất nhiều, có kim loại nặng bám vào các điện cực, có bọt bẩn nổi trên bề mặt Nếu thiết kế thêm thiết bị hớt bọt bẩn thì nước đã sạch hơn rất nhiều , giảm rất nhiều ô nhiễm cho môi trường

Từ thí nghiệm thành công này ta có thể thấy được phương pháp điện phân có thể loại bỏđược phần lớn kim loại nặng có hại cho sức khỏe con người ra khỏi nước thải trước khithải ra ngoài môi trường

Tuy nhiên chúng tôi kiến nghị thêm là hệ thống bể điện phân phải đi kèm với nhiềugiai đoạn kết hợp với các phương pháp vật lý khác như chắn bằng lưới lọc các vật liệuthô trôi nổi trong nước thải; khuấy trộn; keo tụ/ bông tụ, tuyển nổi, lắng, lọc để lọc

bỏ hoàn toàn những tạp chất còn dư thừa trong nước thải

Mặt tích cực của phương pháp điện phân trong việc xử lí nước thải là thiết kế lắp đặt đơn giản, sản phẩm thải ra môi trường chủ yếu là khí H 2 sạch, thân thiện với môi trường có thể áp dụng cho các hộ gia đình để tái sử dụng nguồn nước thải và hạn chế đáng kể việc nước thải gây ô nhiễm môi trường

Giải pháp 3: Sử lý nước thải làm bún; nước thải chăn nuôi bằng phương pháp lọc sinh học kị khí, xây hệ thống Bioga thu hồi và sử dụng khí ga…

* quy trình xử lý nước thải sản xuất bún bằng phương pháp sinh học kị khí

Mô hình bể lọc kị khí

- Vật liệu lọc: xỉ than là vật liệu được lựa chọn trong quá trình nghiên cứu

- Mô hình bể lọc kị khí: cấu tạo của bể lọc kị khí là thùng nhựa dung tích V = 50 lítđược đậy kín, bên trong chứa vật liệu lọc, bên dưới có một tấm đỡ vật liệu lọc Nướcthải được đi vào bể lọc kị khí theo đường ống dẫn từ trên bể cao vị xuống Nước thải saukhi được lọc tại bể kị khí được dẫn sang bể đĩa quay sinh học theo đường ống dẫn phíadưới đáy của bể kị khí

Mô hình thiết bị đĩa quay sinh học

- Các đĩa quay sinh học: diện tích bề mặt lớn và độ nhám để vi sinh vật có thể bámdính trong quá trình phân hủy chất hữu cơ

- Trục quay: các đĩa được lắp trên trục quay

- Bể xử lý: làm bằng tôn được sơn chống gỉ, với dung tích 60lít

- Hệ thống động cơ: động cơ được sử dụng trong mô hình là động cơ giảm tốc Hệthống bánh đai truyền động được sử dụng để giảm giảm tốc độ xuống khoảng 3vòng/phút (tỉ lệ khoảng 1:5)

+ Quá trình hiếu khí(là phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ nhờ vi sinh vật):

⦁ Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sửdụng khử chất hữu cơ chứa cacbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phảnứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân huỷ hiếu khí Trong số những quá trìnhnày, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) là quá trình phổ biến nhất

⦁ Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trìnhbùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitratehoá với màng cố định

+ Quá trình kỵ khí (là quá trình phân hủy chất hữu cơ bằng vi sinh vật kỵ khí tạo thành chất không độc hay dễ xử lý với môi trường): Nước thải được phân phối từ dưới

lên, qua lớp bùn kỵ khí , tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinhvật Hệ thống tách pha phía trên bể làm nhiệm vụ tách các pha rắn – lỏng và khí, qua đó