Bài giảng công nghệ làm sạch và chất thải nông nghiệp

CHƯƠNG 2

Cong
Cô
ng nghệ là
lam
m sạ
sach
ch
và chat
va
chất thai
thải nong
nông nghiệp
TS. Lê Quốc Tuấn
Khoa Môi trường và Tài nguyên
Đ ih
Đạ
học N
Nong
â Lam
L â TP.
TP Ho
H à Chí Mi
Minh
h


Số phận các chất gây ô nhiễm trong
môâi trườ
t ường

™ Chấ
Chatt gâ
gay
yo
ô nhiem
nhiễm MT co
có the
thể đượ
đươcc phâ
phan
n loạ
loai:
loai
i: chấ
chatt
vô cơ
cơ,, hữu cơ
cơ,, sinh vật, khí.
khí.
g ng
gốc thì có thể p
phân thành 3 nhóm:
™ Về nguồ
9 Nhóm có nguồn gốc sinh học, có thể bò phân hủy sinh
học
9 Nhó
Nh ùm từø côâng nghiệ
hi äp hó
h ùa dầ
d àu

9 Nhóm từ các hóa chất nhân tạo

™ So
Số phận củ
cuaa cá
cacc chấ
chatt gâ
gay
yo
ô nhiem
nhiễm mô
moii trương
trường se
sẽ
được chuyển hóa bằng nhiều con đường khác
nhau,, tùy thuộc vào tính chất và điều kiện môi
nhau
t ường màø nóù đi vàøo
trườ


CHẤT Ô NHIỄM
Không bay hơi

Tan trong nước

Bay hơi

Không tan trong nước

Sự bay hơi
Không

Có
Hoạt hóa
Không

Hấáp thu
H
h trong
không khí
CFCs, carbon
tetrachloride

Hấp thu tại chỗ
Có

Không

Cacc dung moi
Cá
môi clo hó
hoa
a
tại bãi chôn lấp

Khôâng đ
Kh
độäc h
hại,

dễ phân hủy
Có
Biến mất


Chất tan trong nước
Kh â
Khong
Tích lũy tại chỗ

Nước?

Có

Có
Khó phân hủy

Hoạt hóa hóa học
Có

Không
Hấp thu
Có

Phức hợp

Không phân
hủy được

Không hấp thu

Không
Có
Phân hủy sinh
học

Không
Tích lũy tại chỗ
Các acid có nhân
thơm và clo, thuốc
trừ sâu

Biến mất

Có

Phân hủy sinh
học
Có

Biến mất
Hóa chất có nguồn
gốc dầu mỏ

Không phân
hủy được
Không

Di chuyển vào trong
đất, nước ngầm
Thuốc trừ sâu,

diệt cỏ


Chất không tan trong nước
Hấp thu bởi tế bào

Inert

Không
Tích lũy trong
chuỗi thức ăn
DDT,, PCBs

Không được hấp thu

Hoạt hóa

Phản ứng

Các điều kiện
thuận lợi

Các điều kiện
thuận lợi
Có

Có

Biến mất

Inert

Không
Tích lũy tại chỗ
Than bù
bun
n

DDT: Dichlorodiphenyltrichloroethane; PCBs: Polychlorobiphenyls


Công nghệ sạch
™ Nhiều ý tưởng ứng dụng CNSH để xử lý
chấ
h át thả
h ûi ởû “cuốái đườ
đ øng ốáng”
g” .
™ Đây không phải là một giải pháp tối ưu vì nhiều
công nghệ chỉỉ chuyểån ô nhiễãm đếán vùng khác.

™ Giải pháp tốt nhất là loại thải hoặc làm
giảm “tại nguồàn”
™ Giảm ô nhiễm tạïi nguồ
g n đượïc g
gọïi là “công
nghệ sạch
h”
”

Công nghệ sạch
™ Công nghệ sạch liên quan đến sự thay đổi quy trình
sản xuất, thay đổi công nghệ và thay đổi nguyên liệu
đ à vao
đau
vao.
ø .
™ Thay đổi quy trình sản xuất bao gồm ngăn cản sự thất
thoá
thoat,
t phương thứ
thưcc sư
sử dụ
dung
ng vật liệu, tang
tăng cườ
cương
ng sự
sư vận
hành
h..
™ Thay đoi
đổi cô
cong
ng nghệ bao gom
gồm thay đoi
đổi quy trình, cà
caii
đặt vận hành và tự động hóa.

y đổi nguyê
g y n liệäu đầu vào có thể làm g
giảm hoặëc
™ Thay
thay thế các chất độc hại bằng chất ít độc hơn, tái chế
vật liệu
™ CNSH có thểå được áp dụng cho cảû 2: thay đổåi công
nghệ và thay đổi vật liệu.


THIẾT KẾ TRUYỀN THỐNG
Năng lượng

Năng lượng

Nguyên
liệu thô
tho

Chế biến

Nguyên
li äu th
liệ
thôâ

Sử dụng
sản phẩ
san
pham

m

Chấát thả
Ch
th ûi
rắn đô thò

Chất thả
Chat
thaii cô
cong
ng nghiệp
THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ SẠCH
Hiệu suất năng lượng
Hiệu quả
nguyên
nguyen
liệu

Chế bien
Che
biến

Hiệu suất năng lượng

Sử dụng
sản phẩ
san
pham
m

Tái sử
Tai
sư dụ
dung
ng

Tái chế
Tai
che
Giảm thải

Thiết kế
cho BCL,
làm phân
bón, đốt


Ví dụ
du ve
về thay đoi
đổi quy trình
Phần có
carbohydrate
cao

Cơ chất

Phần có
li i cao
lignin

Acetate
Ester

Chế biến hóa
sinh
Lignin
dư

Hydrogen hóa

Chế biến nhiệt
hóa
Hơi & Năng lượng

Hydrogen

Ethanol


Ứng dụng công nghệ sạch
™ Thay các phương pháp hóa học bởi vi sinh vật hoặc
enzyme..
enzyme
™ Quản lý sâu hại và vụ mùa bằng cách giảm việc sử
dụng thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ.
™ Kiểm soát sinh học, sử dụng các vật liệu sinh học để
kiểm soát sâu bệnh và dòch bệnh, giảm sử dụng nông
hóa.
hoa.

hoa
™ Sản xuất chất dẻo có thể phân hủy sinh học được bằng
vi sinh vậät
™ Khử lưu huỳnh của than và dầu bằng phương pháp
sinh học
™ Sản xuất nhiên liệu sinh học


Thay đổi quá trình
™ Enzyme
y
đượïc sử dụïng trong
g ngà
g nh thuộäc da
da..
™ Enzyme trong ngành dệt để loại tinh bột và tẩy trắng
g..
™ Enzyme đượ
đươcc sư
sử dụ
dung
ng trong nganh
ngành che
chế biế
bien
n giay
giấy va
và
bột giấy.
™ Cellulase,

Cellulase lipase,
lipase protease đượ
đươcc sư
sử dụ
dung
ng trong nganh
ngành
dệt
y
đượïc sử dụïng trong
g ngà
g nh công nghệ
g ä
™ Nhiều enzyme
thực phẩm (amylase)

Việc sư
sử dụ
dung
ng enzyme là
lam
m giam
giảm nă
nang
ng lượ
lương
ng
cung cấp cho quá trình sản xuất

Quản lý sâu bệnh
™ Việäc sử dụïng nông hóa là nguyê
g y n nhân g
gây nên ô
nhiễm môi trường nghiêm trọng
g..
™ Ứng dụng CNSH có thể giải quyết được vấn đề ô
nhiễãm môi trường bằèng cách
h::
™

Quay vòng mùa vụ để tránh dòch bệnh, kiểm soát cỏ dại và
sâu bệnh
sau

™

Sử dụng các giống có khả năng chống chòu cao

™

Phá
Phatt triể
trien
n cac
các biosensor đe
để phat
phát hiện sau
sâu bệnh kòp thơi
thời

™

Sử dụng chất kiểm soát sinh học


Kiểm soát sinh học
™ Là sử dung
ï g v
vậät liệäu sinh hocï để kiểm soát sâu
bệnh hơn là sử dụng hóa chất.
™ Sư
Sử dụ
dung
g tthiê
en đòc
đòch đe
để kiể
em soá
soatt sau
sâu bệnh
™ Vật liệu sinh học không gây độc và không gây ô
nhiễ
em mô
oi trườ
t ương
™ Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu sinh học cũng
mang đế
đen
n nguy cơ tiem

tiềm nă
nang
ng như cá
cacc loà
loaii ngoạ
ngoaii
lai hoặc biến thể của vật liệu sinh học


Các hợp chất cao phân tử sinh học
™ C
Chất thải rắn sinh hoatï có 27
27%
% là p
plastic đươcï chế
tạo từ hóa dầu và khó phân hủy.
™ Mộ
ột so
số v
vi ssinh vật co
có khả
a nă
ang sa
sản xuấ
uatt raa cá
cacc hơp
ợp
chất cao phân tử có thuộc tính giông plastic, nhưng
dễ bò phân hủy sinh học
™ Sử dụng hợp chất cao phân tử sinh học làm giảm

một lượng đáng kể việc khai thác dầu thô và
kh â gay
khong
â ô nhiem
hi ã moiâi trương
t ườ


Tái Chế
™ La
Là lự
lưaa chọ
chon
n thư
thứ 2 trong việc lam
làm giam
giảm chấ
chatt thả
thai,
thai
i,
nó liên quan đến tái chế vật liệu trong quá trình
sản xuất.
™ Tái chế kim loại và thủy tinh có thể tiết kiệm
đượïc 95
95%
% năng lượïng để tạïo mới kim loạïi và thủy
tinh
™ Hầu hết hệä thống p
phụïc hồi và tái chế tậäp trung

g
vào việc sử dụng kim loại, thủy tinh
tinh,, giấy


Các phươn
ng pháp xử lý
y và loạ
ại thải chất
thải rắn sin
nh hoạ
at, bùn thải và chất thải
lo
ỏng độ
oc

Nước thải
sinh hoạt

Chất thải rắn
(CN&NN)
Chất thải
lỏng độc

Bùn dư

Làm phân

Bãi chôn
lấp

Nước ro
Nươc
rò rỉ

Xử lý hiếu
khí/kỵ khí

Đốt

Tái sử
dụng


Chất thải sinh hoạt
™ Là sản p
phẩm thải ra từ các g
gia đònh,
ò , cơ q
quan bao g
gồm
thủy tinh, kim loại và vật liệu hữu cơ
cơ..
™ Xu hướng xử lý chất thải sinh hoạt thay đổi theo thời
gian
™

Ở Mỹ, năm 1985,
1985, 83%
83% chôn ở BCL, 5% đốt và 12

12%
% tái chế

™

Năm 1993,
1993, 62
62%
% chôn ở BCL, 16%
16% đốt, 4% làm phân và 16
16%
%
tái chế

™ Nhìn chung phan
phần lơn
lớn rá
racc thai
thải đeu
đều đượ
đươcc chon
chôn lap
lấp tạ
taii
Bãi chôn lấp
™ Rac
Rác thai
thải sinh hoạ
hoatt co
có the

thể đượ
đươcc lam
làm giam
giảm bang
bằng cá
cach
ch tai
tái
chế thủy tinh, kim loại và giấy


BÃI CHÔN LẤP
™ Mỗi khi chất thải được sinh ra, có nhiều phương pháp
được sử dụng đểå xử lý và loại thải.
™ Có lẽ phương pháp cổ điển nhất là đem chôn
™ Ban đầu các bãi chôn lấp thường gây nên ô nhiễm
nước ngầm do nước rò rỉ từ rác.
™ Vấn đề chính của bãi chôn lấp vẫn là nước rò rỉ
™ Nhiều phương án được lựa chọn là làm sao hạn chế tối
đa hoặc không cho nước rò rỉ ngấám xuốáng đấát


Một số thiết kế của bãi chôn lấp
Lớp phủ sau cùng
Chất thai
Chat
thải
Vò trí
công tac
Lớp chống

thấm

Lớp phủ
Lơp
phu hang
hàng ngà
ngayy

Chất thải


Lớp phủ
trên cùng

Khí

Đá
Vò trí
chôn rác

Mặt đất
Khí

Lơp
Lớ
p phu
phủ
trên cùng
Đ ù
Đá

Ống đục lổ

Vò trí
chôn rác

Mặt đất

Cách thiết kế bãi chôn lấp hiện đại


Lớp phủ
trên cù
tren
cung
ng

Khí
Khối rác

Đá
Ống đụ
Ong
đ c lo
lổ

Thàn
nh phần khíí theo
phầ
ần trăm thể

ể tích

Phương pháp lấy khí từ bãi chôn lấp.
Các ống thu khí có thể cắm vào sau 1 – 2 năm

Thời gian

Sự thay đổi các loại khí ở bãi chôn lấp sau một vài năm. Thời gian để có
thể thu được khí methane trung bình khoảng 2 năm


LÀM PHÂN BÓN
Vậät liệ
V
li äu phu
h û
(lớp phân già)

Khí

Vật liệu lam
làm
phân

Lớp
đệm

Lớp bê tông

Ong

Ố
ng đụ
đucc Kênh tháo
nước
lổ, cấp khí

Mặt cat
cắt củ
cuaa hệ thố
thong
ng sả
san
n xuấ
xuatt phan
phân tư
từ rac
rác thai
thải hữ
hưu
u
cơ. Hệ thống hoạt động trong điều kiện hiếu khí



LÀM PHÂN BÓN
Vật liệu
phủ
h û khô
kh âng
thấm

Vật liệu
phủ không
thấm

Ong
Á đục lổå,
cấp khí

Ống đục lổ,
cấp khí

Sự phan
Sư
phân bố
bo nhiệt độ trong hệ thố
thong
ng lam
làm phâ
phan.
n Hoat
Hoạt động củ
cuaa
vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ đã tạo nên các vùng nhiệt
độä khác nhau. Việäc cấp khí giú
g p cho các vi sinh vậät phâ
p n
hủy chất hữu cơ phát triển

CHẤT THẢI NÔNG NGHIỆP
™ Có thể chia thành chất thải rắn và chất thải lỏng.
g.
™ 5-10%
10% chấ
h át thả
h ûi rắén đượ
đ c sửû dụ
d ng để
đ å là
l øm phâ
h n bó
b ùn
™ Chất thải lỏng phát sinh từ các chuồng trại chăn nuôi,
mộät lượ
lương lơn
lớ đượ
đươc pha
h loang
l õ và chay
h û tran
t ø be
b à mặët bơi
bởi
nước mưa.
mưa.
™ Chat
Chất thai
thải lỏ
long

ng co
có ham
hàm lượ
lương
ng BOD cao (10
10..000 –
25..000 mg/L
25
mg/L..
™ Một lượ
lương
ng lớ
lơn
n nitrate va
và phosphate trong chấ
chatt thai
thải
lỏng cũng bò chảy tràn bề mặt
ỵ khí và tùy nghi
g đượïc thiết kế và ứng
™ Các hệä thống kỵ
dụng để xử lý chất thải lỏng