Nghiên cứu, lựa chọn công nghệ xử lý tái sử dụng nước thải làng nghề chế biến tinh bột tân hòa quốc oai hà tây

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN&MÔI TRƯỜNG ---o--- ĐOÀN VIỆT TIẾN NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ – TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ CHẾ BIẾN TINH BỘT TÂN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN&MÔI TRƯỜNG

-o -

ĐOÀN VIỆT TIẾN

NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ – TÁI SỬ DỤNG

NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ CHẾ BIẾN TINH BỘT

TÂN HÒA – QUỐC OAI – HÀ TÂY

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường

HÀ NỘI - 2008

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN&MÔI TRƯỜNG

-o -

ĐOÀN VIỆT TIẾN

NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ – TÁI SỬ DỤNG

NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ CHẾ BIẾN TINH BỘT

TÂN HÒA – QUỐC OAI – HÀ TÂY

Chuyên ngành Môi trường trong phát triển bền vững

(Chương trình đào tạo thí điểm)

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ THỊ KIM CÚC

3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 5`

CHƯƠNG1 Hiện trạng sản xuất, ô nhiễm môi trường làng nghề và các nghiên

cứu xử lý nước thải từ chế biến tinh bột

6

1.1.1 Tình hình sản xuất tinh bột trên thế giới 6

1.1.2 Tình hình sản xuất tinh bột tại Việt Nam 6

1.1.3 Công nghệ sản xuất, chế biến tinh bột sắn, bột dong 7 1.2 Hiện trạng môi trường làng nghề chế biến tinh bột 10

1.2.2 Chất thải chế biến và rác thải sinh hoạt 10

1.2.5 Tình hình xử lý và quản lý chất thải làng nghề chế biến tinh bột 10 1.3 Các phương pháp và nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột 10

1.3.1 Các phương pháp xử lý nước thải chê biến tinh bột 10

1.3.2 Các nghiên cứu về công nghệ xử lý nước thải chế biến tinh bột 11

2.1 Điều tra tình hình dân sinh – kinh tế, khảo sát hiện trạng sản xuất chế biến

tinh bột và môi trường Tân Hòa

12

2.1.1 Điều kiện tự nhiên, dân sinh, kinh tế - xã hội 12

2.1.2 Tình hình sản xuất 12

2.1.3 Cơ sở hạ tầng tiêu thoát nước thải 12

2.1.4 Điều kiện vệ sinh môi trường thôn Thị Ngoại – xã Tân Hòa 12

2.1.5 Ảnh hưởng của chất thải tới sức khỏe cộng đồng 12

2.1.6 Tái sử dụng nước thải cho nông nghiệp 13 2.2 Nghiên cứu công nghệ DEWATS xử lý – tái sử dụng nước thải chế biến

tinh bột sắn ở Tân Hòa, Quốc Oai

13

2.2.1 Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải chế biến tinh bột 13

2.2.2 Công nghệ xử lý nước thải DEWATS của Đức 13

MỞ ĐẦU

1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là nhằm nghiên cứu - tái sử dụng nước thải làng nghề nhằm làm giảm mức độ ô nhiễm do sản xuất bằng công nghệ thân thiện với môi trường, tận dụng lại lượng nước thải để dùng cho nông nghiệp, góp phần để địa phương có điều kiện phát triển bền vững hơn

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu

- Nước thải chế biến tinh bột sản xuất miến dong

- Mô hình công nghệ xử lý -tái sử dụng nước thải làng nghề vào các mục đích tưới tiêu nông nghiệp

b Phạm vi nghiên cứu

- Nước thải từ sản xuất tinh bột tại làng nghề chế biến miến dong Tân Hòa – Quốc Oai –

Hà Tây (cũ)

3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

a Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan tài liệu về tình hình tổ chức sản xuất, công nghệ xử lý chất thải nông thôn

- Điều tra khảo sát điểm mô hình thử nghiệm công nghệ xử lý được lựa chọn tại xã Tân Hòa - Quốc Oai – Hà Tây

- Lựa chọn công nghệ xử lý – tái sử dụng nước thải phù hợp

b Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan tài liệu

- Phương pháp đánh giá nhanh nông thôn

- Điều tra, khảo sát hiện trường

- Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

4 Kết cấu luận văn

Luận văn bao gồm 3 chương

Chương 1 Hiện trạng sản xuất và ô nhiễm môi trường làng nghề chế biến tinh bột

Chương 2 Kết quả nghiên cứu

Chương 3 Giải pháp tổng hợp quản lý môi trường làng nghề tại Tân Hòa

Kết luận, kiến nghị

CHƯƠNG 1 HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT

VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG LÀNG NGHỀ CHẾ BIẾN TINH BỘT

Tình hình chung

1.1.1 Tình hình sản xuất tinh bột trên thế giới

Tinh bột là sản phẩm công nghiệp có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, lĩnh vực khác nhau

Monosodium Giấy Hồ CN dệt Polywood Cao su Dược Gluuciga

Hình 1.1 Ứng dụng của sản phẩm tinh bột

1.1.2 Tình hình sản xuất tinh bột tại Việt Nam

Các làng nghề chế biến tinh bột ở miền Bắc đặc biệt phát triển mạnh do có nguồn nguyên

liệu phong phú cung cấp từ địa bàn của các tỉnh miền núi và Trung du phía Bắc

Hình thức tổ chức manh mún, không tập trung, quy mô nhỏ lẻ, hộ gia đình là chủ yếu với nguồn nguyên liệu chính là sắn củ và dong củ Thu nhập của lao động làng nghề cao gấp 3

đến 4 lần lao động thuần nông

Bảng 1.1: Sản lượng sắn ở Việt Nam (10 3 tấn)

Loại cây củ 2000 2001 2002 2003

Sắn 3.030 2.880 2.830 1.450

(nguồn số liệu Nhà xuất bản thống kê Hà Nội, 2004)

1.1.3 Công nghệ sản xuất, chế biến tinh bột sắn, bột dong

1.1.3.1 Công nghệ sản xuất, chế biến

Lượng nước thải của các dây chuyền chế biến tinh bột tương đối lớn, lượng nước tiêu thụ khoảng 5 – 10 m3/tấn củ sắn và 8 -10 m3 cho 01 tấn củ dong

Hiện nay trên thế giới có 3 phương pháp sản xuất tinh bột sau:

- Dây chuyền công nghệ hiện đại

- Dây chuyền thủ công

- Dây chuyền thủ công nghiệp

Ở Việt Nam cũng như một số nước đang phát triển trong khu vực, phương pháp thủ công và thủ công nghiệp là phổ biến hơn cả Kết quả điều tra[8] tại 12 tỉnh trong cả nước cho thấy 100% các vùng chế biến tinh bột được sản xuất theo dây chuyền thủ công nghiệp

1.1.3.2 Thành phần sắn củ, dong củ và nhu cầu dùng nước cho chế biến tinh bột

Bảng 1.3: Kết quả phân tích thành phần dong củ

Nguồn tham khảo: Nelson, 1984

Bảng 1.4: Nhu cầu cấp và thải nước trong sản xuất tinh bột

đối với mỗi loại nguyên liệu (m 3 /tấn nguyên liệu) [6]

Stt Loại nguyên liệu Nước cấp Nước thải

Lượng nước thải trung bình (m3/tấn nguyên củ)

Nhu cầu nước cấp (m3/tấn nguyên củ)

Lượng nước thải trung bình (m3/tấn nguyên củ)

Rửa củ 1.3 – 2.0 1.2 – 1.9 4.0 – 5.0 3.8 – 4.75 Lọc thô 4.5 – 5.5 3.8 - 4.0 4.5 – 5.5 3.87 – 4.7 Lọc tinh 3.0 – 6.0 2.5 – 5.0 3.0 – 6.0 2.6 – 5.0

Tổng hợp 8.8 – 13.5 7.5 – 11 12 – 16.5 10.3 – 14.5

(Dương Đức Tiến, Trần Hiếu Nhuệ, Nguyễn Kim Thái, 1991)

Nước thải trong vùng chế biến tinh bột có đặc điểm chung là [8]:

- Chỉ số pH, hàm lượng ôxy hòa tan thấp là những điều kiện bất lợi cho quá trình xử

- Trong nước thải có chứa hàm lượng Cyanua là rất độc cho động thực vật

- Nước thải còn chứa nhiều tinh bột nên trong điều kiện yếm khí sẽ nhanh chóng lên men gây thối rữa, bốc mùi hôi thối gây ô nhiễm môi trường

Tinh bột sau khi phơi khô có độ ẩm 10% - 12%, độ tro 0.2%, pH 6.3 – 6.5, có độ nhớt cao và được sử dụng để sản xuất các loại tinh bột dạng cao cấp dùng cho công nghiệp hoặc các mục đích khác

Chế biến 01 tấn dong củ sẽ thải ra 100kg đất cát, vỏ khô và 300kg bã dong, chế biến 01 tấn của sắn thải ra 50kg đất cất, vỏ khô và 400kg bã sắn

1.1.3.3 Tình hình tổ chức sản xuất

Tại các làng nghề sản xuất tinh bột ở Việt Nam chủ yếu áp dụng công nghệ thủ công để sản xuất, trung bình mỗi ngày 1 hộ có thể sản xuất được 1000 – 1500 kg củ dong, tương đương từ 300 đến 450 kg bột ướt

Kết quả điều tra tình hình sản xuất chế biến tinh bột tại một cụm trọng điểm của huyện Hoài Đức - Hà Tây do Viện Khoa học Thuỷ lợi thực hiện năm 1997, 1998 cho kết quả như sau:

Bảng 1.6: Quy mô sản xuất và chế biến tinh bột tại Hoài Đức - Hà Tây

<Lê Kim Cúc và CCS, 1997-1998>

TT Địa điểm Tổng số hộ chế Tỷ lệ (%) Sản lượng tấn SP/năm

số hộ biến tinh bột Tinh bột SP chế biến TB

1 Dương Liễu 2 034 1.431 70 12.700 895

2 Cát Quế 2 400 965 40 10 000 230

3 Minh Khai 1 060 796 75 5 000 1 050

1.2 Hiện trạng môi trường làng nghề chế biến tinh bột

1.2.1 Nước thải chế biến

Nước thải chế biến tinh bột gồm 2 nguồn chính:

- Nước rửa củ: Là nước thải từ công đoạn rửa, loại bỏ phần rễ, lớp vỏ gỗ và đất cát bám trước khi đưa vào nghiền Theo ước tính, lượng nước thải rửa củ chiếm đến 42% tổng lượng nước thải của quá trình sản xuất

- Nước thải chế biến: Chứa hàm lượng cặn lơ lửng và chất hữu cơ rất cao thải từ công đoạn nghiền, tách bã và lọc tinh Thành phần nước thải chế biến bao gồm: tinh bột, đường, protein, xenlulo, các khoáng chất và độc tố CN-

1.2.2 Chất thải chế biến và rác thải sinh hoạt

Rác thải sinh hoạt được xử lý một cách tự phát, không đảm bảo kỹ thuật với hình thức chủ yếu là đào hố chôn gây mất mỹ quan, mất vệ sinh và gây mùi do quá trình phân hủy của các loại rác hữu cơ

1.2.3 Chất bài tiết của người

Hầu hết các làng nghề chưa xây dựng hệ thống bể phốt để xử lý chất thải bải tiết [8]

1.2.4 Chất thải chăn nuôi

Mô hình sản xuất của các làng nghề chế biến tinh bột thường kết hợp với chăn nuôi để

tận dụng bã thải làm nguồn thức ăn

Chất thải chăn nuôi hầu hết không được xử lý để đảm bảo vệ sinh môi trường mà hầu hết được chất đổng hở, một phần được sử dụng để làm phân bón cho trồng trọt Do quản lý kém nên các loại chất thải chăn nuôi thường bị phát thải vào các nguồn nước, đất,… gây mất cảnh quan, mùi hôi và ảnh hưởng trực tiếp đến vệ sinh do chúng chứa lượng lớn vi khuẩn gây bệnh

1.2.5 Tình hình xử lý và quản lý chất thải làng nghề chế biến tinh bột

Tình hình quản lý và xử lý chất thải nông thôn nói chung, làng nghề nói riêng hiện chưa tốt

do thiếu nguồn nhân lực, kinh phí hạn chế, công nghệ chưa thực sự phù hợp

1.3 Các phương pháp và nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột

1.3.1 Các phương pháp xử lý nước thải chế biến tinh bột

a Phương pháp cơ học

b Phương pháp hóa học

c Phương pháp hóa lý

1.3.2 Các nghiên cứu về công nghệ xử lý nước thải chế biến tinh bột

1.4 Kết luận

i Bên cạnh các nhà máy, xí nghiệp chế biến tinh bột với các quy mô khác nhau thì một khối lượng lớn tinh bột được chế biến ở vùng nông thôn với quy mô nhỏ lẻ, phân tán, hình thức tổ chức sản xuất hộ gia đình là chủ yếu Chính vì vậy, công nghệ chế biến được

áp dụng là thủ công nghiệp, trình độ sản xuất còn hạn chế, thiết bị dùng trong quá trình chế biến còn thô sơ Đây là một đặc điểm rất khác biệt so với loại hình tổ chức sản xuất chế biến quy mô công nghiệp của các nhà máy, xí nghiệp trong nước và lại càng khác xa so với

ở nước ngoài

ii Hình thức tổ chức sản xuất manh mún, đặc biệt ở các vùng nông thôn thì sản xuất

quy mô hộ gia đình và tổ hợp sản xuất là chủ yếu, nên nguồn thải phân tán vì vậy công nghệ xử lý chất thải phù hợp sẽ là loại hình quy mô nhỏ lẻ, tập trung xử lý tại hộ gia đình, đơn giản về vận hành và quả lý, phân tán chất thải để xử lý và tăng trách nhiệm của các

hộ gia đình sản xuất đối với vấn đề bảo vệ môi trường

iii Với trình độ công nghệ sản xuất như ở nước ta, vấn đề quy hoạch khu chế biến tại

hộ gia đình một cách hợp lý, tuần hoàn nước cấp để giảm nguồn phát thải, tái sử dụng chất thải phục vụ nông nghiệp và công tác tuyên truyền nâng cao nhận thức của từng người dân

có thể sẽ là một biện pháp giảm thiểu ô nhiễm hiệu quả cho các vùng chế biến

iv Nguồn gây ô nhiễm chính tại các làng nghề chế biến tinh bột đó là nước thải từ quá trình sản xuất chế biến tinh bột Ngoài ra, chất thải sinh hoạt và chăn nuôi cùng với bã thải

từ quá trình chế biến tinh bột cũng là những vấn đề cần phải đồng bộ giải quyết Cần phải

có mô hình quản lý tổng hợp chất thải các làng nghề này hợp lý và hiệu quả

v Các nghiên cứu trong và ngoài nước về ứng dụng công nghệ xử lý và tái chế nước thải chứa tinh bộ nói riêng, chất hữu cơ nói chung cho những kết quả khả quan và có thể áp dụng được vào tình hình cụ thể ở Việt Nam

CHƯƠNG 2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

2.1.Điều tra tình hình dân sinh – kinh tế, khảo sát hiện trạng sản xuất chế biến tinh bột và môi trường Tân Hòa

2.1.1 Điều kiện tự nhiên, dân sinh, kinh tế - xã hội

Xã Tân Hòa nằm ở phía Đông Nam huyện Quốc Oai, tỉnh Hà Tây (nay là Hà Nội), cách

Hà Nội khoảng 25km về phía Tây Bắc, có diện tích tự nhiên 365.7ha, địa hình thấp dần từ Bắc xuống Nam, có đường quốc lộ 80 đi qua

- Phía Đông tiếp giáp với: Tân Phú thuộc huyện Quốc Oai

- Phía Bắc giáp với Vân Côn - Hoài Đức

- Phía Tây giáp với Cộng Hòa

- Phía Nam giáp với Tiêm Phương, Mụng Châu - Chương Mỹ

Địa hình có dạng sống trâu, dốc từ Tây Bắc sang Đông Nam, nguồn nước ngầm có chất lượng tốt và nằm cánh mặt đất từ 12-15m là nguồn cung cấp nước sinh hoạt chính cho người dân xã Tân Hòa

2.1.2 Tình hình sản xuất

Xã Tân Hòa gồm có 9/10 thôn có nghề chế biến tinh bột Tổng số dân trong toàn xã là

6219 người Mật độ dân số là 1.713 người/km2 Số hộ chế biến tinh bột là 1223 hộ (5815 khẩu) Lao động tham gia chế biến tinh bột là 2469 người Trung bình mỗi ngày 1 hộ có thể sản xuất được 1.000-1.500 kg củ dong, tương đương từ 280-300 kg đến 420-450 kg bột ướt Thôn Thị Ngoại có 994 người (213 hộ), trong đó số hộ làm nghề chế biến tinh bột và sản phẩm từ tinh bột là 99 hộ, chiếm 46.5% Thời gian chế biến trong năm: Chế biến tinh bột

là 120 ngày, chế biến miến dong là 300 ngày, chế biến bún bánh là 300 ngày

2.1.3 Cơ sở hạ tầng tiêu thoát nước thải

Các tuyến đường chính trong xã đều có hệ thống tiêu thoát nước dọc theo tuy nhiên tình hình chung đã xuống cấp trầm trọng và hay xảy ra tình hình tràn nước thải ra khỏi hệ thống

do tắc hoặc vỡ rãnh là điều kiện dễ phát sinh các ổ dịch bệnh và gây ô nhiễm môi trường

2.1.4 Điều kiện vệ sinh môi trường thôn Thị Ngoại – xã Tân Hòa

Nhìn chung điều kiện vệ sinh môi trường ở đây rất kém Các phân tích cho thấy các chỉ

tiêu nước đều vượt TCNV 5945 – 2005 nhiều lần Các chất thải chưa được thu gom để xử

lý hợp vệ sinh

2.1.5 Ảnh hưởng của chất thải tới sức khỏe cộng đồng

Chất thải không được quản lý một cách tổng hợp có những ảnh hưởng tới các hoạt động sản xuất nông nghiệp và đối với sức khỏe của cộng đồng Các loại bệnh như tả, đau mắt,

… dễ xảy ra và lây lan rộng trong thôn

2.1.6 Tái sử dụng nước thải cho nông nghiệp

Nước thải chế có mức độ ô nhiễm cao, không thể sử dụng trực tiếp cho mục đích nông

nghiệp Chỉ có một phần nước thải chăn nuôi được sử dụng để tưới cho cây trồng theo phương pháp truyền thống

2.2 Nghiên cứu công nghệ DEWATS xử lý – tái sử dụng nước thải chế biến tinh bột sắn ở Tân Hòa – Quốc Oai

2.2.1 Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải chế biến tinh bột

Phải dựa trên các cơ sở như điều kiện kinh tế - xã hội, khí hậu, vốn,… từ đó cho thấy mô hình công nghệ xử lý nước thải DEWATS là hợp lý cho xử lý – tái sử dụng nước thải chế biến tinh bột tại Tân Hòa, Quốc Oai, Hà Tây

2.2.2 Công nghệ xử lý nước thải DEWATS của Đức

Công nghệ DEWATS là công nghệ xử lý nước thải phân tán: Hoạt động chủ yếu dựa trên các nguyên tắc xử lý sinh học (kỵ khí và háo khí), đặc biệt phù hợp với điều kiện nhiệt đới,

có hiệu quả xử lý cao đối với nước thải sinh hoạt và cả loại nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ cao

Hệ thống này là một dãy bể phản ứng kỵ khí được bố trí nối tiếp Trong bể, dòng nước thải chuyển động từ dưới lên trên qua từng vách ngăn mỏng, đi qua lớp bùn kỵ khí, tạo điều kiện cho dòng nước thải trộn đều và tiếp xúc tốt với lớp bùn –sinh khối nên hiệu quả

xử lý nước thải cao và ổn định Ngoài ra, công nghệ được xây dựng đơn giản, không có các thiết bị chuyển động và thiết bị cơ khí nên dễ dàng thi công cũng như vận hành, hoạt động

ổn định

2.2.3 Các module của DEWATS