ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tham dự thi KHOA HỌC KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG Năm học 2018 - 2019

Trong khi đó nước thải nghề chế biến bún chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao chủ yếu là các hợp chất cacbohiđrat, protein, tinh bột … là các chất dễ phân hủy nhưng có thể làm g

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tham dự cuộc thi

KHOA HỌC KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG

Năm học 2018 - 2019

I Thông tin chung:

- Tên đề tài : Xử lý nước thải tại hộ gia đình làm bún tại Phú Đô bằng đá nâng pH, than hoạt tính và cát

- Tên tác giả: Phạm Lương Phương Thảo - Lớp 8A4

Các đồng tác giả gồm: Trần Vũ Minh Quang – Lớp 8A4

- Trường: THCS Phương Liệt, Thanh Xuân, Hà Nội

II Nội dung đề tài

1. 1 Lý do chọn đề tài

Nghề chế biến lương thực làm bún là một nghề quan trọng đối với người dân ở các làng nghề, giúp họ có cuộc sống ấm no ngay trên mảnh đất quê hương mình Tuy nhiên bên cạnh mặt đóng góp tích cực đó thì nảy sinh một vấn đề cũng không kém phần quan trọng đó là việc bảo vệ môi trường sống trong quá trình làm bún

Ở các làng nghề, các gia đình thường làm bún với quy mô hộ gia đình nhỏ lẻ, không tập trung vì vậy nguồn nước thải ít được chú ý đến mặc dù cũng

đã tận dụng một phần nước ngâm gạo phục vụ cho chăn nuôi Hầu hết các gia đình không xây hệ thống xử lí nước thải mà xả trực tiếp ra môi trường, gây ô

nhiễm môi trường Trong khi đó nước thải nghề chế biến bún chứa hàm lượng

các chất hữu cơ cao chủ yếu là các hợp chất cacbohiđrat, protein, tinh bột …

là các chất dễ phân hủy nhưng có thể làm giảm chất lượng của nước và có thể gây ra một số bệnh nguy hiểm cho con người Vì thế việc tìm quy trình xử lý thích hợp đối với loại nước thải này có ý nghĩa rất to lớn

Từ thực tế trên, chúng em đã chọn đề tài “Xử lý nước thải tại hộ gia đình làm bún Phú Đô bằng đá nâng pH, than hoạt tính và cát ” mong góp

phần nhỏ để bảo vệ môi trường nước cho các hộ gia đình làm nghề này

2. 2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Làm sáng tỏ quy trình làm bún và phân tích nguồn nước thải

- Thí nghiệm, đưa ra quy trình đơn giản xử lí nước thải

- Áp dụng vào thực tiễn xử lý nước thải tại hộ gia đình làm bún

3. 3 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu hiện trạng sản xuất, phân tích nước thải tại hộ gia đình làm bún, từ đó xây dựng, hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải

4. 4 Phạm vi nghiên cứu

- Hộ gia đình làm bún tại phường Phú Đô, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội

5. 5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu về công nghệ làm bún, chất thải trong quá trình chế biến, các phương pháp xử lý nước thải

- Phương pháp phỏng vấn: phỏng vấn chủ hộ gia đình làm bún

- Thực nghiệm khoa học: xác định thành phần mẫu nước thải đầu vào

và đầu ra của thiết bị xử lý nước đã thiết kế, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến việc xử lý

6. 6 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan công nghệ làm bún

- Nghiên cứu hiện trạng nước thải tại hộ gia đình làm bún

- Nghiên cứu phương pháp xử lý nước thải, lựa chọn phương pháp hợp lý

- Thiết kế hệ thống xử lý nước đơn giản

- Xác định tính chất nước thải đầu vào và đầu ra của thiết bị để đánh giá hiệu quả xử lý

7. 7 Điểm mới của dự án

- Thiết kế thiết bị xử lí nước thải đơn giản, hiệu quả, chi phí thấp, sử dụng các nguyên liệu đơn giản dễ kiếm và rẻ tiền

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

7.1 Ô nhiễm môi trường nước

7.1.1 Tầm quan trọng của nước

- Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng cho tất cả các sinh vật trên trái đất Nếu không có nước thì chắc chắn không có sự sống xuất hiện trên trái đất, thiếu nước thì cả nền văn minh hiện nay cũng không tồn tại được

- Nhưng hiện nay vấn đề thiếu nước ngọt trở nên bức bách, sự tái sinh nước ngọt không kịp đáp ứng nhu cầu của con người ở nhiều nơi trên thế giới

7.1.2 Tình trạng ô nhiễm môi trường nước tại Việt Nam.

- Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng ô nhiễm nước là vấn đề rất đáng lo ngại

a) Ô nhiễm nước do sản xuất công nghiệp

- Gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lí chất thải

- Mức độ ô nhiễm nước ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập trung là rất lớn Tốc độ công nghiệp hóa và đô thị hóa khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên vùng lãnh thổ

- Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn

- Việt Nam không nên chỉ chú trọng đến phát triển sản lượng sản xuất

mà quên đi vấn đề môi trường

b) Khu dân cư, làng nghề

- Khảo sát một số làng nghề sắt thép, đúc đồng, nhôm, chì, giấy, dệt nhuộm ở nước ta cho thấy có lượng nước thải hàng ngàn m3/ ngày không qua xử lí, gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường trong khu vực

- Mặt khác còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn các bệnh viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải

7.1.3 Ảnh hưởng của sự ô nhiễm môi trường nước.

- Môi trường nước ô nhiễm gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân, nhất là những vùng bị ngập lũ

- Chi phí để sản xuất nước sinh hoạt phải tăng lên do phải thêm hóa chất lọc cũng như chu kì sức lọc bể chứa phải gia tăng

- Ảnh hưởng đến các hoạt động chăn nuôi trồng trọt, nuôi trồng thủy hải sản

7.2 Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải chủ yếu.

7.2.1 Các chỉ tiêu vật lí.

a) Màu sắc

Nước sạch không màu Nước có màu là biểu hiện nước bị ô nhiễm

b) Mùi vị

Nước sạch không mùi, không vi Nếu nước có mùi có vị khó chịu là triệu chứng nước bị ô nhiễm Mùi vị trong nước gây ra do 2 nguyên nhân chủ yếu:

* Do các sản phẩm phân huỷ các chất hữu cơ trong nước

* Do nước thải có chứa những chất khác nhau, màu mùi vị của nước đặc trưng cho từng loại

c) Độ đục

Nước tự nhiên thường bị vẩn đục do những hạt keo lơ lửng trong nước, các hạt keo này có thể là mùn, vi sinh vật Nước đục làm giảm sự chiếu sáng của ánh sáng mặt trời qua nước Độ đục của nước được xác định bằng phương pháp so độ đục với độ đục của 1 thang chuẩn

d) Nhiệt độ

e) Chất rắn trong nước

Nước có hàm lượng chất rắn cao là nước kém chất lượng

Chất rắn trong nước gồm có 2 loại: chất rắn lơ lửng và chất rắn hoà tan,

và tổng 2 loại chất rắn trên gọi là tổng chất rắn

f) Độ dẫn điện

Các muối tan trong nước tồn tại ở dạng ion nên làm cho nước có khả năng dẫn điện Độ dẫn điện của nước phụ thuộc vào nồng độ, tính linh động

và hoá trị của các ion (ở một nhiệt độ nhất định) Như vậy khả năng dẫn điện của nước phản ánh hàm lượng chất rắn tan trong nước

7.2.2 Một số chỉ tiêu hoá học và sinh học

a) Độ axít

Là hàm lượng của các chất có trong nước tham gia phản ứng với kiềm mạnh Độ axit của nước được xác định bằng lượng kiềm được dùng để trung hoà nước

b) Độ kiềm

Là hàm lượng của các chất có trong nước phản ứng với các axit mạnh Để xác định độ kiềm của nước người ta cũng sử dụng phương pháp chuẩn độ nước bằng dung dịch axit mạnh

c) Độ cứng của nước.

Do các ion kim loại kiềm thổ, chủ yếu là canxi và magie gây nên Nước cứng thường không được gọi là ô nhiễm vì không gây tác hại tới sức khoẻ con người Nhưng nước cứng lại gây nên hàng loạt các hậu quả: nước cứng pha chè không ngấm, xà phòng không tạo bọt vì xà phòng sẽ tạo kết tủa với ion

Ca2+, Mg2+

d) Độ pH

Độ pH là một trong những chỉ tiêu xác định chất lượng đối với nước cấp và nước thải Chỉ số này cho thấy cần thiết phải trung hoà hay không và tính lượng hoá chất cần thiết trong quá trình xử lý đông tụ, khử khuẩn

Sự thay đổi giá trị pH làm thay đổi các quá trình hoà tan hoặc keo tụ, làm tăng, giảm vận tốc của các phản ứng hoá sinh xảy ra trong nước

e) Chỉ tiêu oxi hoà tan DO (disolved oxygen).

DO là hàm lượng oxi hoà tan trong nước để duy trì sự sống cho các sinh vật dưới nước DO chỉ có nghĩa khi phải trong một điều kiện nhiệt độ nhất định, khi nhiệt độ tăng độ hoà tan giảm Với mỗi nguồn nước ở một nhiệt xác định thì chỉ số DO là xác định

f) Chỉ số BOD (nhu cầu oxi sinh hoá - Biochemical Oxygen Demand)

Nhu cầu oxi sinh hoá hay nhu cầu oxi sinh học thường viết tắt là BOD,

là lượng oxi cần thiết để oxi hoá các chất hữu cơ có trong nước thải bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn hoại sinh, hiếu khí Quá trình này được gọi là quá trình oxi hoá sinh học Quá trình này được tóm tắt như sau:

Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O

Vi sinh vật Tế bào mới (tăng sinh khối)

Quá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ, vào các chủng loại vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước, cũng như một số chất có độc tính ở trong nước Bình thường 70% nhu cầu oxi được sử dụng trong 5 ngày đầu, 20 % trong 5 ngày tiếp theo và 99 % ở ngày thứ 20 và 100 % ở ngày thứ 21

g) Chỉ số COD (nhu cầu oxi hoá học - Chemical Oxygen Demand).

COD là lượng oxi cần thiết cho quá trình oxi hoá Hoá học toàn bộ chất hữu cơ có trong mẫu nước thành CO2 và nước

h) Tổng cacbon hữu cơ TOC (Total organic carbon).

Cacbon là bộ khung của các hợp chất hữu cơ vì vậy xác định được tổng cacbon hữu cơ có thể là cơ sở để xác định nồng độ các chất hữu cơ trong nước

i) Tổng nitơ kendan (TN) (Total nitrogen).

j) Tổng photpho TP (Total phosphorous).

k) Chỉ tiêu vi sinh.

Trong nước thải đặc biệt là nước thải sinh hoạt nhiễm nhiều vi sinh vật

có lẫn trong phân người và phân động vât Trong đó có thể có nhiều vi khuẩn gây bệnh, đặc biệt là gây bệnh đường tiêu hoá như tả, lỵ, thương hàn cũng như các vi khuẩn gây ngộ độc thực phẩm

* Tuỳ theo từng quốc gia hay các ngành thì tổ chức bảo vệ môi trường

sẽ có các chỉ tiêu phù hợp

7.3 Tổng quan về công nghệ làm bún

7.3.1 Khái niệm, phân loại, nguyên liệu

a) Khái niệm: Bún (Rice Vermicelli) là một dạng thực phẩm dạng sợi,

được chế biến từ nguyên liệu giàu amylose là bột gạo tẻ

b) Phân loại: Bún được chia làm 2 loại chủ yếu là bún tươi và bún khô:

- Bún tươi: sau khi được định hình, làm nguội, bún sẽ được bao gói cẩn thận, chuyển đi phân phối tới nơi thiêu thụ ngay do thời gian bảo quản ngắn (không quá 24 giờ)

- Bún khô: sau khi được định hình, vắt sợi, bún sẽ được đem đi sấy để loại nước nhằm làm giảm hàm lượng ẩm xuống dưới 12% rồi mới đem đi bao gói

c) Nguyên liệu làm bún gồm có gạo tẻ và nước.

7.3.2 Quy trình làm bún

Từ thực tiễn khảo sát và phỏng vấn chủ hộ gia đình làm bún, chúng tôi tiến hành nghiên cứu quy trình sản xuất bún đơn giản và thường thấy ở Việt Nam, đó là quy trình sản xuất bún tươi Đây cũng là quy trình mà hộ gia đình đang làm

Gạo Ngâm Nghiền ướt Làm ráo

Hồ hoá sơ bộ

Nhào

Ép đùn Luộc Làm nguội

Bún tươi

Nước

Nước

Nước thải Nước thải

Hình 1: Sơ đồ quy trình làm bún

7.3.3 Thành phần và tính chất nước thải từ làm bún

Hiện nay, nhiều máy móc đã được sử dụng thay thế cho việc làm thủ công như trước đây Trong công nghệ sản xuất bún thì cần sử dụng nước trong hầu hết các công đoạn Nước thải sản xuất bún nhìn chung có đặc tính giàu BOD5, tổng chất rắn lơ lửng (TSS) lớn và độ chua cao

Nước thải từ làm bún có pH nhỏ do quá trình ngâm gạo để vi khuẩn lactic lên men sinh axit lactic tạo vị chua đặc trưng cho bún

Nước thải sản xuất bún thường có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan và chất lơ lửng cao Vì vậy, chúng là nguồn thức ăn cho vi khuẩn và các vi sinh vật, gây nên sự thiếu hụt oxi nghiêm trọng do được vi khuẩn và các vi sinh vật tiêu thụ với tốc độ rất nhanh

Bên cạnh đó, các hộ gia đình làm bún thường nằm gần hoặc trong khu dân cư, chưa có hệ thống xử lí nước thải sản xuất do đó nước thải sản xuất chưa qua xử lí được trộn lẫn với nước thải sinh hoạt trước khi đi vào hệ thống cống thoát chung Điều này gây ô nhiễm môi trường cho các khu vực xung quanh

Muốn xác định chính xác thành phần nước thải của mỗi hộ gia đình, chúng ta phải tiến hành khảo sát thực tế

7.4 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải

Hiện nay để xử lí nước thải sinh hoạt hay công nghiệp trên thế giới có rất nhiều phương pháp khác nhau: phương pháp cơ học, hóa học, hóa lí, sinh học Mỗi phương pháp đều giúp loại bỏ một số thành phần ô nhiễm có trong nước thải Việc sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp các phương pháp trên phụ thuộc vào yêu cầu chất lượng nước đầu ra, đặc tính của nước thải, chi phí đầu tư, các quy định về môi trường của địa phương

7.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học

Trung hòa nước thải chứa axit hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH

về khoảng 5,5 – 9 trước khi thải vào nguồn nhận hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo Bản chất của phương pháp trung hòa là phản ứng hóa học giữa axit và kiềm, hoặc muối axit và kiềm có trong nước thải

7.4.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp vật lí- Phương pháp hấp phụ

Phương pháp này được dùng để loại bỏ các chất ô nhiễm hòa tan vào nước mà phương pháp xử lí khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ Sử dụng phương pháp hấp phụ có thể loại bỏ đến 58-95% các chất hữu cơ và chất màu cũng như các ion vô cơ Khi sử dụng phương pháp này, phải chú ý đến khả năng hấp phụ của vật liệu Vật liệu hấp phụ thường được dùng là than hoạt tính, zeolit

7.4.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan

có trong nước thải cũng như một số chất vô cơ dựa trên cơ sở hoạt động của

vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất để làm thức ăn Phương pháp xử lý sinh học có thể chia thành 2 loại: phương pháp kị khí và hiếu khí

7.4.4 Phương pháp xử lý ổn định nước thải

Hiện nay một hướng xử lí đang được quan tâm bởi tính ổn định, lâu dài, chi phí thấp đó là sử dụng thực vật để làm sạch nước Trong đó sử dụng các nhu cầu và đặc điểm vật lí của cây để loại bỏ các hợp chất gây tác hại đến môi trường Các cây thường được dùng đó là các cây thủy sinh, rễ trần Cây hấp thụ nitơ và photpho cho quá trình tăng trưởng và rễ cây có tác dụng lọc các chất lơ lửng đồng thời là nơi lưu giữ các vi khuẩn có ích cho quá trình làm sạch nước thải

CHƯƠNG 2: XỬ LÍ NƯỚC THẢI TỪ HỘ GIA ĐÌNH LÀM BÚN TẠI PHÚ ĐÔ BẰNG ĐÁ NÂNG PH, THAN HOẠT TÍNH VÀ CÁT

7.5 Lựa chọn phương pháp xử lý nước thải từ hộ gia đình làm bún

Nhằm tìm ra một phương pháp xử lí nước thải hiệu quả, tiết kiệm, thân thiện với môi trường, công nghệ đơn giản và phù hợp với điều kiện kinh tế của các hộ gia đình sản xuất, nhóm nghiên cứu được thành lập

Qua quá trình tìm hiểu, trao đổi, thảo luận về các phương pháp xử lý nước thải, nhóm đề xuất phương pháp xử lý nước thải bằng cách lọc xuôi sử dụng các vật liệu như sau:

Cát: Nguyên liệu rất sẵn có, có khả năng loại bỏ chất lơ lửng

Đá nâng pH: Là nguyên liệu rẻ tiển, dễ kiếm Đây là tác nhân trung hòa

có thành phần cơ bản là CaCO3 dựa trên cơ sở CaCO3 loại bỏ H+ (độ axit) mà không cần phải sử dụng các hóa chất đắt tiền Quá trình lọc mà chúng tôi dùng

đó là lọc xuôi Mức độ tăng pH phụ thuộc vào chiều dày lớp đá và tốc độ lọc

Có thể sử dụng lâu dài, sau thời gian 6 tháng đến 1 năm thì bổ sung thêm hạt

Than hoạt tính: Ở đây chúng tôi sử dụng loại than hoạt tính từ gáo dừa

là vật liệu có khả năng hấp phụ tốt các chất hữu cơ có phân tử khối lớn, ngoài

ra còn có khả năng khử mùi từ quá trình làm bún Sử dụng sau 6 -12 tháng mang ra giải hấp, tái sinh lại than hoạt tính

7.6 Thực nghiệm

7.6.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Đá nâng pH, than hoạt tính, cát.

7.6.2 Thiết bị xử lý nước

Nhóm nghiên cứu đã thiết kế thiết bị xử lý nước mắc nối tiếp như sau:

- Lưới chắn rác trên cùng

- Bình 1: cát (phía trên), đá nâng pH (phía dưới)

- Bình 2: cát (phía trên), than hoạt tính (phía dưới)