Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột sắn của một số làng nghề thuộc huyện hoài đức, hà nội
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.7 MB, 79 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Nguyễn Thị Tường Chi
NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÀ CÔNG NGHỆ LÊN MEN
MÊTAN NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN CỦA MỘT SỐ
LÀNG NGHỀ THUỘC HUYỆN HOÀI ĐỨC, HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – Năm 2013
1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Nguyễn Thị Tường Chi
NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÀ CÔNG NGHỆ LÊN MEN
MÊTAN NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN CỦA MỘT SỐ
LÀNG NGHỀ THUỘC HUYỆN HOÀI ĐỨC, HÀ NỘI
Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
Mã số: 60440301
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGÔ KIM CHI
Hà Nội – Năm 2013
2
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Ngô Kim Chi – phòng Khai thác
chế biến Tài nguyên thiên nhiên– Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên đã luôn
quan tâm giúp đỡ và hướng dẫn tôi tận tình, chu đáo trong suốt quá trình làm luận
văn tốt nghiệp.
Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Môi
trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, đã trang bị cho tôi những
kiến thức khoa học quý báu trong suốt khóa học để tôi thêm vững tin trong quá
trình thực hiện khóa luận và công tác sau này.
Tôi xin cảm ơn Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên, cùng tập thể cán bộ
nghiên cứu của phòng Khai thác chế biến Tài nguyên thiên nhiên đã tạo điều kiện
cho tôi làm việc trong thời gian thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin cảm ơn công ty cổ phần thực phẩm Minh Dương, chính quyền
địa phương và người dân cụm làng nghề Minh Khai, Dương Liễu, Cát Quế – huyện
Hoài Đức, Hà Nội đã nhiệt tình cộng tác và giúp đỡ tôi trong quá trình xây dựng và
thực hiện nghiên cứu tại địa phương.
Cuối cùng, tôi xin tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bè bạn đã quan tâm, ủng hộ
tôi trong suốt quá trình học và thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Hà Nội, tháng 12 năm 2013
Học viên
Nguyễn Thị Tường Chi
3
MỤC LỤC
4
Danh mục bảng
mục đồ thị
5
Danh mục hình vẽ
Danh mục từ viết tắt
AF
Lọc sinh học kị khí
BOD
Nhu cầu oxy sinh hóa
CBNSTP
Chế biến nông sản thực phẩm
COD
Nhu cầu oxy hóa học
CSTR
Hệ khuấy trộn liên tục
EGSB
Bể phân hủy kị khí dạng bùn hạt tăng
cường
QCVN
6
Quy chuẩn Việt Nam
7
SS
Chất rắn lơ lửng trong nước
TCCP
Tiêu chuẩn cho phép
UBND
Ủy ban nhân dân
VSV
Vi sinh vật
VFA
Axit béo dễ bay hơi
Đề tài: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan xử lý nước thải chế biến tinh
bột sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
MỞ ĐẦU
Làng nghề ở nước ta đã ra đời từ rất lâu và cho đến nay làng nghề ngày càng
phát triển góp phần đáng kể vào phát triển kinh tế xã hội của đất nước. Sự phát triển
của làng nghề đã góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế nông nghiệp nông thôn, giải
quyết công ăn việc làm lúc nông nhàn, tăng thu nhập, nâng cao đời sống vật chất
cho người dân địa phương. Theo “Báo cáo thực hiện chính sách, pháp luật về môi
trường tại các khu kinh tế, làng nghề” của Sở Công thương, tại Hà Nội các làng
nghề đã giải quyết việc làm cho gần 630.000 lao động bao gồm cả lao động địa
phương và lao động du nhập. Tính đến nay, Hà Nội có 1.350 làng nghề và làng có
nghề, trong đó 281 làng nghề đã được UBND thành phố công nhận theo tiêu chí
mới. Năm 2012, giá trị sản xuất của làng nghề đạt khoảng 10.582 tỷ đồng, chiếm
8,3% tổng giá trị sản xuất công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp của thành phố.
Ba xã Minh Khai, Dương Liễu, Cát Quế thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội là ba
làng nghề nằm trong trọng điểm chế biến nông sản thực phẩm của Hà Nội. Trong
những năm vừa qua, quy mô và sản lượng sản xuất của các làng nghề không ngừng
tăng, tạo ra khối lượng sản phẩm và lượng doanh thu lớn tạo công ăn việc làm cho
hàng nghìn lao động địa phương, không những tạo công ăn việc làm cho lao động địa
phương mà còn cho lao động từ các tỉnh như Phú Thọ, Vĩnh Phúc…; đời sống nhân
dân không ngừng được cải thiện, bộ mặt nông thôn ngày một đổi mới. Ở xã Minh
Khai, số hộ giàu, hộ khá có thu nhập hàng trăm triệu đồng 1 năm chiếm đến 50%, hộ
nghèo (theo tiêu chí mới) còn 46 hộ chiếm 4,71% tổng số hộ, không có hộ đói.
Tuy nhiên, do đặc trưng loại hình sản xuất chính là chế biến tinh bột sắn,
miến, bún, với hàng trăm nghìn tấn chất thải rắn và đặc biệt là hàng triệu mét khối
nước thải lớn, ba làng nghề đang là “thủ phạm” chính cho vấn đề ô nhiễm môi
trường của huyện Hoài Đức, gây nên các bức xúc không chỉ đối các dân cư trong
vùng mà cả trong toàn huyện Hoài Đức.
Ngành sản xuất tinh bột sắn là một trong những ngành công nghiệp tiêu thụ
nhiều nước và năng lượng. Vì vậy, hàng năm lượng nước xả thải ra môi trường của
ngành này khá lớn, nước thải chứa nhiều các chất hữu cơ như tinh bột, protein,
8
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Đề tài: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan xử lý nước thải chế biến tinh
bột sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
xenluloza, pectin, đường,...gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không có
biện pháp xử lý hiệu quả. Tuy nhiên trong thành phần nước thải tổng hợp có chứa
hàm lượng lớn các chất dinh dưỡng N, P và các chất hữu cơ có thể được tận dụng
và thu hồi thông qua quá trình xử lý bằng chuyển hóa sinh học nguồn thải hữu cơ và
tận dụng sinh khối thải chuyển thành khí nhiên liệu biogas cung cấp năng lượng cho
nhu cầu tiêu thụ năng lượng của các hộ gia đình, nước thải sau xử lý các mức có thể
tận thu như nguồn dưỡng chất để bón ruộng, hoặc xử lý các mức tiếp theo đạt tiêu
chuẩn xả thải QCVN40-2011 khi xả trực tiếp vào nguồn nước tiếp nhận. Khí sinh
học thu được góp phần giảm thiểu ô nhiễm nước, hạn chế khai thác nhiên liệu
không tái tạo, và giảm phát thải các khí, chủ động trong việc ứng phó với biến đổi
khí hậu trong xu thế chung của thế giới hiện nay.
Ở Việt nam bước đầu đã có một số nghiên cứu khả quan về xử lý nước thải
ngành tinh bột sắn theo xu thế trên nhưng nhìn chung mới là bước đầu và chưa đạt
hiệu quả cao.
Vì vậy, học viên đã chọn đề tài : “Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công
nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột sắn của một số làng nghề thuộc
huyện Hoài Đức, Hà Nội” với nội dung gồm:
- Đánh giá mức độ ô nhiễm nước thải làng nghề Minh Khai, Dương Liễu,
Cát Quế.
- Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến quá trình sinh khí trong bể
mêtan, bước đầu tính toán kiểm tra các thông số thiết kế, vận hành.
- Bước đầu đề xuất mô hình ứng dụng công nghệ mêtan vào xử lí nước thải
làng nghề.
9
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
1
1.1
Chương 1 – TỔNG QUAN
Khái quát về làng nghề và hiện trạng môi trường làng nghề
1.1.1 Khái niệm làng nghề
Từ xa xưa, người nông dân Việt Nam đã biết sử dụng thời gian nông nhàn để
sản xuất những sản phẩm thủ công, phi nông nghiệp phục vụ cho nhu cầu đời sống
như: các công cụ lao động nông nghiệp, giấy, lụa, vải, thực phẩm qua chế biến…
Các nghề này được lưu truyền và mở rộng qua nhiều thế hệ, dẫn đến nhiều hộ dân
có thể cùng sản xuất một loại sản phẩm. Bên cạnh những người chuyên làm nghề,
đa phần lao động vừa sản xuất nông nghiệp, vừa làm nghề, hoặc làm thuê (nghề
phụ). Nhưng do nhu cầu trao đổi hàng hóa, các nghề mang tính chất chuyên môn
sâu hơn, được cải tiến kỹ thuật hơn và thường được giới hạn trong quy mô nhỏ
(làng), dần dần tách hẳn nông nghiệp để chuyển hẳn sang nghề thủ công. Như vậy,
làng nghề đã xuất hiện.
Có thể hiểu làng nghề “là làng nông thôn Việt Nam có ngành nghề tiểu thủ
công nghiệp, phi nông nghiệp chiếm ưu thế về số lao động và thu nhập so với nghề
nông”[6].
1.1.2 Phân loại làng nghề
Làng nghề với những hoạt động và phát triển đã có những tác động tích
cực và tiêu cực đến nền kinh tế, đời sống xã hội và môi trường với những nét đặc
thù rất đa dạng. Vấn đề phát triển và môi trường của các làng nghề hiện nay đang có
nhiều bất cập và đang được chú ý nghiên cứu. Muốn có được những kết quả nghiên
cứu xác thực, đúng đắn và có thể quản lý tốt các làng nghề thì cần có sự nhìn nhận
theo nhiều khía cạnh, nhiều góc độ khác nhau đối với làng nghề. Bởi vậy, hệ thống
phân loại các làng nghề dựa trên các số liệu thông tin điều tra, khảo sát là cơ sở
khoa học cho nghiên cứu, quản lý hoạt động sản xuất cũng như việc quản lý, bảo vệ
môi trường làng nghề. Cách phân loại làng nghề phổ biến nhất là phân theo
loại hình sản xuất, loại hình sản phẩm. Theo cách này có thể phân thành 6
nhóm ngành sản xuất gồm:
+ Ươm tơ, dệt vải và may đồ da.
10
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
+ Chế biến lương thực thực phẩm, dược liệu.
+ Tái chế phế liệu (giấy, nhựa, kim loại…).
+ Thủ công mỹ nghệ, thêu ren.
+ Vật liệu xây dựng, khai thác và chế tác đá.
+ Nghề khác (mộc gia dụng, cơ khí nhỏ, đóng thuyền, quạt giấy, đan vó, lưới..).
Ngoài ra còn có thể phân loại theo quy mô sản xuất (lớn, nhỏ, trung bình);
phân loại theo nguồn thải và mức độ ô nhiễm; theo lịch sử phát triển; theo mức độ
sử dụng nguyên liệu, theo thị trường tiêu thụ sản phẩm hoặc theo tiềm năng tồn tại
và phát triển…
1.1.3 Hiện trạng môi trường làng nghề
Vấn đề môi trường mà các làng nghề đang phải đối mặt không chỉ giới hạn ở
trong phạm vi các làng nghề mà còn ảnh hưởng đến người dân ở vùng lân cận. Theo
Báo cáo môi trường quốc gia năm 2008 với chủ đề "Môi trường làng nghề Việt
Nam", hiện nay “hầu hết các làng nghề ở Việt Nam đều bị ô nhiễm môi trường (trừ
các làng nghề không sản xuất hoặc dùng các nguyên liệu không gây ô nhiễm như
thêu, may...). Chất lượng môi trường tại hầu hết các làng nghề đều không đạt tiêu
chuẩn khiến người lao động phải tiếp xúc với các nguy cơ gây hại cho sức khỏe,
trong đó 95% là từ bụi; 85,9% từ nhiệt và 59,6% từ hóa chất. Kết quả khảo sát 52
làng nghề cho thấy, 46% làng nghề có môi trường bị ô nhiễm nặng ở cả 3 dạng;
27% ô nhiễm vừa và 27% ô nhiễm nhẹ”[5].
Tình trạng ô nhiễm môi trường ở các làng nghề xảy ra ở mấy loại phổ biến sau đây:
- Ô nhiễm nước: ở Việt Nam, các làng nghề chưa có hệ thống xử lý nước
thải công nghiệp, nước thải được đổ trực tiếp ra hệ thống kênh rạch chung hoặc ra
sông. Nguyên nhân gây ô nhiễm nước chủ yếu là quá trình xử lý công nghiệp như:
chế biến lương thực thực phẩm, mây tre, dệt, in, nung nấu kim loại, tẩy giấy và
nhuộm… Thường thì nước thải ra bị nhiễm màu nặng và gây ra hiện tượng đổi màu
đối với dòng sông nhận nước thải, có mùi rất khó chịu. Hơn nữa là sự vượt quá
TCCP đối với các hàm lượng BOD, COD, SS, và coliform, các kim loại nặng… ở
11
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
cả nước mặt và nước ngầm, làm chết các sinh vật thủy sinh và chứa các mầm bệnh
nguy hại cho con người.
- Ô nhiễm không khí gây bụi, ồn và nóng do sử dụng than và củi chủ yếu
trong sản xuất vật liệu xây dựng và sản xuất gốm sứ.
- Ô nhiễm chất thải rắn do tái chế nguyên liệu (giấy, nhựa, kim loại…) hoặc
do bã thải của các loại thực phẩm (sắn, dong), các loại rác thải thông thường: nhựa,
túi nilon, giấy, hộp, vỏ lon, kim loại và các loại rác thải khác thường được đổ ra bất
kỳ dòng nước hoặc khu đất trống nào. Làm cho nước ngầm và đất bị ô nhiễm các
chất hóa học độc hại, ảnh hưởng tới sức khỏe của con người.
Trong Báo Nhân dân ngày 23/6/2005, GS.TS. Đặng Kim Chi đã cảnh báo
"100% mẫu nước thải ở các làng nghề được khảo sát có thông số vượt tiêu chuẩn
cho phép. Môi trường không khí bị ô nhiễm có tính cục bộ tại nơi trực tiếp sản xuất,
nhất là ô nhiễm bụi vượt tiêu chuẩn cho phép (TCCP) và ô nhiễm do sử dụng nhiên
liệu than củi. Tỉ lệ người dân làng nghề mắc bệnh cao hơn các làng thuần nông,
thường gặp ở các bệnh về đường hô hấp, đau mắt, bệnh đường ruột, bệnh ngoài da.
Nhiều dòng sông chảy qua các làng nghề hiện nay đang bị ô nhiễm nặng; nhiều
ruộng lúa, cây trồng bị giảm năng suất do ô nhiễm không khí từ làng nghề".
Hà Nội là một trong những thành phố có nhiều làng nghề nhất cả nước. Sau khi
mở rộng (2008), Hà Nội có tổng cộng 1.275 làng nghề, trong đó có 226 làng nghề được
UBND thành phố công nhận theo các tiêu chí làng nghề, với nhiều loại hình sản xuất
khác nhau, từ chế biến lương thực, thực phẩm; chăn nuôi, giết mổ; dệt nhuộm, ươm tơ,
thuộc da đến sản xuất vật liệu xây dựng, khai thác đá; tái chế phế liệu; thủ công mỹ
nghệ... Trong số này, làng nghề thủ công mỹ nghệ chiếm 53% với 135 làng nghề, tiếp
đó là làng nghề dệt nhuộm đồ da chiếm 23% với 59 làng nghề, làng nghề chế biến
lương thực, thực phẩm chiếm 16,9% với 43 làng nghề...Hiện nay, phần lớn lượng nước
thải từ các làng nghề này được xả thẳng ra sông Nhuệ, sông Đáy mà chưa qua xử lí
khiến các con sông này đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Chưa kể đến một lượng rác thải,
bã thải lớn từ các làng nghề không thể thu gom và xử lý kịp, nhiều làng nghề rác thải đổ
bừa bãi ven đường đi và các khu đất trống [2].
12
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
Tình trạng ô nhiễm môi trường như trên đã ảnh hưởng ngày càng nghiêm
trọng đến sức khỏe của cộng đồng, nhất là những người tham gia sản xuất, sinh
sống tại các làng nghề và các vùng lân cận.
Báo cáo môi trường Quốc gia năm 2008 cho thấy, tại nhiều làng nghề, tỉ lệ
người mắc bệnh (đặc biệt là nhóm người trong độ tuổi lao động) đang có xu hướng
gia tăng. Tuổi thọ trung bình của người dân tại các làng nghề ngày càng giảm, thấp
hơn 10 năm so với làng không làm nghề. Ở các làng tái chế kim loại, tỉ lệ người
mắc bệnh ung thư, thần kinh rất phổ biến, nguyên nhân gây bệnh chủ yếu là do sự
phát thải khí độc, nhiệt cao và bụi kim loại từ các cơ sở sản xuất.
Tại các làng sản xuất kim loại, tỉ lệ người mắc các bệnh liên quan đến thần
kinh, hô hấp, ngoài da, điếc và ung thư chiếm tới 60% dân số. Tại các làng nghề chế
biến nông sản thực phẩm, bệnh phụ khoa chiếm chủ yếu (13 – 38%), bệnh về đường
tiêu hóa (8 – 30%), bệnh viêm da (4,5 - 23%), bệnh đường hô hấp (6 - 18%), bệnh
đau mắt (9 – 15%). Tỉ lệ mắc bệnh nghề nghiệp ở làng nghề Dương Liễu 70%, làng
bún Phú Đô là 50% [19].
Một trong những nguyên nhân của tình trạng ô nhiễm kể trên là do các cơ sở
sản xuất kinh doanh ở các làng nghề còn manh mún, nhỏ lẻ, phân tán, phát triển tự
phát, không đủ vốn và không có công nghệ xử lý chất thải. Bên cạnh đó, ý thức của
chính người dân làm nghề cũng chưa tự giác trong việc thu gom, xử lý chất thải.
Nếu không có các giải pháp ngăn chặn kịp thời thì tổn thất đối với toàn xã hội se
ngày càng lớn, vượt xa giá trị kinh tế mà các làng nghề đem lại như hiện nay.
1.2
Vai trò của làng nghề đối với kinh tế nông thôn
Với hơn 2000 làng nghề trong cả nước, gồm 11 nhóm ngành nghề, sử dụng
hơn 10 triệu lao động, đóng góp hơn 40 ngàn tỷ đồng cho thu nhập quốc gia… các
làng nghề truyền thống đã và đang đóng một vai trò quan trọng đối với sự phát triển
kinh tế xã hội Việt Nam, đặc biệt là khu vực kinh tế nông thôn:
- Sản xuất tiểu thủ công nghiệp tận dụng nguồn nguyên liệu phong phú với
giá thành rẻ. Các nghề truyền thống chủ yếu sử dụng các nguyên liệu sẵn có trong
nước, vốn là các tài nguyên thiên nhiên điển hình của miền nhiệt đới: tre nứa, gỗ, tơ
13
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
tằm, các sản phẩm của nông nghiệp nhiệt đới (lúa gạo, hoa quả, ngô, khoai, sắn…),
các loại vật liệu xây dựng…
- Mặt khác, sản phẩm từ các làng nghề không chỉ đáp ứng các thị trường
trong nước với các mức độ nhu cầu khác nhau mà còn xuất khẩu sang các thị trường
nước bạn với nhiều mặt hàng phong phú, có giá trị cao. Trong đó, điển hình nhất là
các mặt hàng thủ công mỹ nghệ (hiện nay, mặt hàng này xuất khẩu đạt giá trị gần 1
tỷ USD/năm). Giá trị hàng hóa từ các làng nghề hàng năm đóng góp cho nền kinh
tế quốc dân từ 40 – 50 ngàn tỷ đồng. Góp phần chuyển dịch cơ cấu kinh tế, đẩy
nhanh quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa nông thôn.
- Đặc biệt, phát triển các nghề truyền thống đang góp phần giải quyết công
ăn việc làm cho hơn 11 triệu lao động chuyên và hàng ngàn lao động nông nhàn ở
nông thôn, góp phần nâng cao thu nhập cho người dân.
- Hơn nữa, nhiều làng nghề hiện nay có xu hướng phát triển theo hướng
phục vụ các dịch vụ du lịch. Đây là hướng đi mới nhưng phù hợp với thời đại
hiện nay và mang lại hiệu quả kinh tế cao, đồng thời có thể giảm thiểu tình trạng
ô nhiễm môi trường, nâng đời sống vật chất và tinh thần cho người dân, phục vụ
mục tiêu phát triển bền vững.
1.3
Làng nghề chế biến tinh bột sắn
Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới, sau
Indonesia và Thái Lan. Cả nước có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn ở qui mô
lớn, công suất 50 - 200 tấn tinh bột sắn/ ngày và trên 4.000 cơ sở chế biến thủ công.
Tổng công suất của các nhà máy chế biến sắn quy mô công nghiệp đã và đang xây
dựng có khả năng chế biến được 40% sản lượng sắn cả nước.
Quá trình chế biến tinh bột sắn cần sử dụng một lượng lớn nước chủ yếu
cho quá trình rửa và lọc. Lượng nước thải ra trung bình 15 m 3 khi sản xuất 1 tấn sắn
tươi. Sau khi lọc bột sắn được sấy khô bằng không khí nóng để giảm lượng nước từ
35 - 40% xuống 11 - 13%. Quá trình này đòi hỏi nhiều năng lượng. Thông thường
nhu cầu năng lượng điện và năng lượng nhiệt cho 1 kg sản phẩm là 0,320 – 0,939
MJ và 1,141 - 2,749 MJ tương đương 25% và 75% tổng năng lượng [7].
14
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
Hình 1.1. Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột sắn
+ Rửa - bóc vỏ: là công đoạn làm sạch nguyên liệu, đồng thời loại bỏ lớp vỏ
Quá trình rửa nguyên liệu được thực hiện nhờ thiết bị rửa hình trống quay
hoặc máy rửa có guồng. Máy rửa hình trống quay, gồm một buồng hình trụ mở,
được bọc bằng mắt lưới thô, quay với tốc độ 10 ÷ 15 vòng/phút. Thiết bị làm việc
gián đoạn theo mẻ, nguyên liệu được cho vào lồng. Khi lồng quay nước được tưới
vào trong suốt quá trình nhờ bộ phận phân phối nước. Khi lồng quay các củ sắn
chuyển động trong lồng va chạm vào nhau và va chạm vào thành lồng, do đó đất cát
và vỏ được tách ra [1,5,16].
Sau khi bóc vỏ, củ sắn thường được ngâm trong máng nước để loại bỏ các
chất hoà tan trong nguyên liệu như: độc tố, sắc tố, tanin,…
15
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
+ Nghiền: Sau khi ngâm, sắn được đưa vào thiết bị nghiền thành bột nhão,
phá vỡ tế bào củ và giải phóng tinh bột. Bột nhão sau nghiền gồm tinh bột, xơ và
các chất hoà tan như đường, chất khoáng, protein, enzym và các vitamin [1,5,16].
+ Lọc thô: là công đoạn quan trọng, phải sử dụng nhiều nước có thể lọc thủ
công hoặc dùng máy lọc.
- Lọc thủ công dùng lưới lọc, bột nhão được trộn đều trong nước, được chà
và lọc trên khung lọc, dịch bột lọc chảy qua lưới lọc vào bể còn bã sắn ở trên được
lọc lần 2 để tận thu tinh bột.
- Máy lọc: là một thùng quay trong đó có đặt lưới lọc, làm việc gián đoạn
theo mẻ. Nước và bột nhão được cấp vào thùng, khi thùng quay bột nhão được đảo
đều trong nước nhờ cánh khuấy, sữa bột chảy xuống dưới qua khung lưới lọc trước
khi vào bể lắng. Lưới lọc ngoài thùng quay giữ lại các hạt bột có kích thước lớn,
phần bột này se được đưa trở lại thiết bị lọc còn phần xơ bã được xả ra ngoài qua
cửa xả bã [1,5,16].
+ Lắng : Tinh bột có đặc điểm dễ lắng và dễ tách, sau 8 ÷ 15h có thể
lắng hoàn toàn. Khi bột đã lắng, từ từ tháo nước tránh gây xáo trộn tạp chất
(bột đen) trên bề mặt lớp bột. Lớp bột đen se được loại bỏ để đảm bảo chất
lượng của bột thành phẩm.
Để thu được tinh bột có chất lượng cao, tinh bột sắn thô được tinh chế một
lần nữa theo quy trình sau: Bột thô có độ ẩm từ 55 ÷ 60% cho vào bể, bơm nước
vào với tỉ lệ bột và nước là 1/6. Dùng máy khuấy cho đồng nhất, để bột lắng lại sau
8 ÷ 15h tháo nước trong và hớt lớp bột đen nổi lên trên. Có thể rửa 3 đến 4 lần để
loại bỏ hết tạp chất, sau khi rửa xong dùng tro thấm nước và đem bột ra phơi hoặc
sấy khô [1,5,16].
Nước thải ngành chế biến tinh bột sắn
Lượng nước thải sinh ra từ trong quá trình chế biến tinh bột sắn là rất lớn,
trung bình 10 -13 m3/tấn sản phẩm.
Căn cứ vào quy trình chế biến bột sắn, có thể chia nước thải thành 2 dòng:
- Dòng thải 1: là nước thải ra sau khi phun vào guồng rửa sắn củ để loại bỏ
16
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
các chất bẩn và vỏ ngoài củ sắn. Loại nước thải này có lưu lượng thấp (khoảng 2 –
2,5m3 nước thải /tấn sắn củ), chủ yếu chứa các chất có thể sa lắng nhanh (vỏ sắn,
đất, cát…). Do vậy với nước thải loại này có thể cho qua song chắn, để lắng rồi
quay vòng nước ở giai đoạn rửa. Phần bị giữ ở song chắn (vỏ sắn) sau khi phơi khô
được làm nhiên liệu chất đốt tại các gia đình sản xuất.
- Dòng thải 2: là nước thải ra trong quá trình lọc sắn, loại nước thải này có
lưu lượng lớn (4,5 - 5m 3 nước thải/tấn sắn củ), có hàm lượng chất hữu cơ cao, hàm
lượng rắn lơ lửng cao, pH thấp, hàm lượng xianua cao, mùi chua, màu trắng đục.
Nước thải chế biến tinh bột sắn bao gồm các thành phần hữu cơ như tinh bột,
protein, xenluloza, pectin, đường có trong nguyên liệu củ sắn tươi là nguyên nhân
gây ô nhiễm cao cho các dòng nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột sắn
[1,16,44].
Nước thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông số đặc
trưng: pH thấp, hàm lượng chất hữu cơ và vô cơ cao, thể hiện qua hàm lượng chất
rắn lơ lửng (SS), các chất dinh dưỡng chứa N, P, các chỉ số về nhu cầu oxy sinh học
(BOD5), nhu cầu oxy hoá học (COD), …với nồng độ rất cao [1, 5,12,15]. Nồng độ ô
nhiễm của nước thải tinh bột sắn thể hiện cụ thể ở Bảng 1.1
Bảng 1.1. Chất lượng nước thải từ sản xuất tinh bột sắn
TT
Thông số
QCVN 40:2011,
Đơn vị
Giá trị
-
3,5 -5,0
5,5-9
mức B
1
pH
2
COD
mg/l
7000 – 40000
150
3
BOD5
mg/l
6000 – 23000
50
4
TSS
mg/l
4000 – 8000
100
5
∑N
mg/l
42 - 262
40
6
∑P
mg/l
11 - 46
6
7
CNmg/l
10 - 40
0,1
Số liệu ở cho thấy khoảng cách dao động về các chỉ tiêu nước thải cao hơn
nhiều lần so với QCVN 40 :2011/ BTNMT cột B. Cụ thể, COD cao hơn 200 lần;
17
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
BOD cao hơn gần 500 lần; tổng nitơ và tổng photpho cao hơn 7 lần…so với QCVN
40:2011/BTNMT.
Khi tính riêng cho 52 nhà máy qui mô lớn, ước tính lượng nước thải sinh ra
hàng ngày khi vào mùa vụ khoảng 140000 m 3/ngày với tải lượng SS khoảng 1000
tấn/ngày; BOD khoảng 3.000 tấn/ngày; COD khoảng 5000 tấn/ngày; CN - khoảng 5
tấn/ngày [5].
Nếu lấy nước thải sinh hoạt làm cơ sở để so sánh mức độ ô nhiễm của nước
thải chế biến tinh bột sắn thì tải lượng ô nhiễm hữu cơ của ngành chế biến tinh bột
sắn sinh ra cũng gấp ít nhất 4 lần tải lượng hữu cơ của tổng lượng nước thải sinh
hoạt trên toàn quốc. Với lượng nước thải sinh hoạt sinh ra hàng ngày trên cả nước là
khoảng 2.010.000 m3/ngày, chiếm 64% trong tổng lượng các loại nước thải [1,6,15].
Các chất ô nhiễm trong nước thải tinh bột sắn gây ra nhiều tác động tiêu cực:
● BOD liên quan tới việc xác định mức độ ô nhiễm của nước cấp, nước thải
công nghiệp và nước thải sinh hoạt. Khi xảy ra hiện tượng phân hủy yếm khí với
hàm lượng BOD quá cao se gây thối nguồn nước và làm chết hệ thủy sinh, gây ô
nhiễm không khí xung quanh và phát tán trên phạm vi rộng theo chiều gió.
● COD cho biết mức độ ô nhiễm các chất hữu cơ và vô cơ chứa trong nước
thải công nghiệp.
● Chất rắn lơ lửng (SS) cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực tới tài
nguyên thủy sinh đồng thời gây mất cảm quan, bồi lắng lòng hồ, sông, suối…
● Axit HCN là độc tố có trong vỏ sắn. Khi chưa được đào lên, trong củ sắn
không có HCN tự do mà ở dạng glucozit gọi là phazeolutanin có công thức hóa học
là C10H17NO6. Sau khi sắn được đào lên, dưới tác dụng của enzym xianoaza hoặc
trong môi trường axit thì phazeolutamin phân hủy tạo thành glucoza, axeton và axit
xianuahydric. Axit này gây độc toàn thân cho người. Xianua ở dạng lỏng trong
dung dịch là chất linh hoạt. Khi vào cơ thể, nó kết hợp với enzym xitochorom làm
men này ức chế khẳ năng cấp oxy cho hồng cầu. Do đó, các cơ quan của cơ thể bị
thiếu oxy. Nồng độ HCN thấp có thể gây chóng mặt, miệng đắng, buồn nôn. Nồng
18
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
độ HCN cao gây cảm giác bồng bềnh, khó thở, hoa mắt, da hồng, co giật, mê man,
bất tỉnh, đồng tử giãn, đau nhói vùng tim, tim ngừng đập và tử vong.
Do đó,nếu nước thải không được xử lý triệt để, không đạt tiêu chuẩn môi
trường thì se gây ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn nước, đất và không khí.
1.4
Công nghệ xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ cao
Đối với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao như nước thải chế biến tinh
bột sắn, việc áp dụng phương pháp xử lý sinh học là rất phù hợp. Bản chất của
phương pháp này là phân hủy các chất hữu cơ nhờ vào hoạt động của các vi sinh
vật. Nghĩa là các vi sinh vật se sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng để
làm chất dinh dưỡng xây dựng tế bào và tạo năng lượng, qua đó làm giảm hàm
lượng các chất ô nhiễm trong nước thải.
1.4.1 Cơ chế của quá trình phân hủy hiếu khí
+ Cơ chế: Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung
cấp oxy liên tục [13,22]. Quá trình phân hủy hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn biểu thị
bằng các phản ứng:
Oxy hóa các chất hữu cơ:
CxHyOz + O2 → CO2 + H2O + ∆H
Tổng hợp tế bào mới:
CxH1yOz + CO2 + NH3 → CO2 + H2O + C5H7NO2 - ∆H
Phân hủy nội bào:
C5H7NO2 + 5 O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 (+/-) ∆H
Trong 3 phản ứng ∆H là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào.
+ Công trình xử lý hiếu khí thông dụng: Hồ hiếu khí
Hồ hiếu khí oxy hoá các chất hợp chất nhờ VSV hiếu khí và tảo (Hình 1.2).
Có 2 loại: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo.
- Hồ làm thoáng tự nhiên: cấp oxy chủ yếu do khuyếch tán không khí qua
mặt nước và quang hợp của các thực vật. Diện tích hồ lớn, chiều sâu của hồ từ 30 –
50 cm. Tải trọng BOD từ 250 – 300 kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước từ 3 – 12 ngày.
19
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
- Hồ làm thoáng nhân tạo: cấp oxy bằng khí nén và máy khuấy. Tuy nhiên,
hồ hoạt động như hồ tùy nghi. Chiều sâu từ 2 – 4,5 m, tải trọng BOD
400kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước từ 1 – 3 ngày.
Hình 1.2 Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi sinh vật trong hồ hiếu khí
1.4.2 Cơ chế của quá trình phân hủy kỵ khí
+ Cơ chế: Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ là một quá trình
phức tạp gồm nhiêu giai đoạn có thể tóm tắt trong Hình 1.3 [23].
20
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
Hình 1.3 Quy trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ
Cơ chế phân hủy kỵ khí có thể biểu diễn theo phương trình tổng quát sau đây [22]:
Tuy nhiên, trong thực tế quá trình phân hủy kỵ khí thường xảy ra theo 4
giai đoạn
Giai đoạn 1: Giai đoạn thuỷ phân[22,43]
21
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
Dưới tác dụng của các enzym hydrolaza do vi sinh vật tiết ra, các hợp chất
hữu cơ phức tạp có phân tử lượng lớn như protein, gluxit, lipit…được phân giải
thành các chất hữu cơ đơn giản có phân tử lượng nhỏ như đường, peptit, glyxerin,
axít amin, axít béo…
Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men axít hữu cơ [22,43]
Các sản phẩm thuỷ phân se được các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hoá, các
sản phẩm thuỷ phân se được phân giải yếm khí tiếo tục tạo thành axít hữu cơ phân
tử lượng nhỏ như axít propionic, axít butyric, axít axetic,… các rượu, andehyt,
axeton và cả một số axít amin. Trong giai đoạn này BOD 5 và COD giảm không
đáng kể nhưng pH của môi trường có thể giảm mạnh.
Sự lên men axit lactic:
Sự lên men êtanol:
Giai đoạn 3: Lên men tạo axit axetic
Các sản phẩm lên men phân tử lượng lớn như axit béo, axit lactic se được
từng bước chuyển hoá thành axit axetic:
22
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
Giai đoạn 4: Giai đoạn mêtan hoá [22]
Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình xử lý yếm khí, nhất
là khi xử lý yếm khí thu biogas. Hiệu quả xử lý se cao khi các sản phẩm trung gian
được khí hoá hoàn toàn. Dưới tác dụng của các vi khuẩn lên men mêtan, các axit
hữu cơ bị decacboxyl hoá tạo khí mêtan. Trong xử lý yếm khí, khí mêtan được tạo
thành theo hai cơ chế chủ yếu là khử CO2 và decacboxyl hoá.
- Decacboxyl hoá:
Khoảng 70% CH4 được tạo thành do decacboxyl hoá axit hữu cơ và các chất
trung tính.
- Khử CO2
Khoảng 30% CH4 được tạo thành do khử CO2.
+ Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí thông dụng:
Thiết bị phân hủy kị khí khuấy trộn liên tục
Thiết bị phân hủy kị khí khuấy trộn liên tục là hệ thống xử lý kỵ khí cơ bản
với thời gian lưu thủy lực (HRT) và thời gian lưu bùn (SRT) trong khoảng 15-40
23
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
ngày để cung cấp đủ thời gian lưu cho cả quá trình vận hành và sự ổn định của hệ
thống.
Thiết bị khuấy trộn hoàn toàn không hồi lưu bùn phù hợp hơn đối với chất thải có
nồng độ chất rắn cao [54]. Một nhược điểm của hệ thống này là một tải lượng thể
tích cao chỉ thu được với dòng chất thải khá đặc với chỉ số nhu cầu oxy hóa học có
thể phân hủy sinh học (COD) khoảng 8000 đến 50000 mg/L. Trong khi đó, nhiều
dòng chất thải lại loãng hơn nhiều [49]. Như vậy, tải lượng COD trên mỗi đơn vị
thể tích có thể rất thấp với thời gian lưu của hệ thống loại bỏ mất lợi thế chi phí của
công nghệ xử lý kỵ khí. Tải lượng hữu cơ đặc trưng (OLR) cho thiết bị phân hủy kỵ
khí khuấy trộn hoàn toàn là từ 1-5 kg COD/m3.ngày [54]
Bể UASB (Upward – flow Anaerobic Sludge Blanket)
Một trong những phát triển nổi bật của công nghệ xử lý kỵ khí là bể UASB
được phát minh bởi Lettinga và các đồng nghiệp vào năm 1980 [35]. Ứng dụng đầu
tiên là xử lý nước thải sinh hoạt, sau đó được mở rộng cho xử lý nước thải công
nghiệp [48].
Bể UASB có thể xây dựng bằng bêtông cốt thép, thường xây dựng hình chữ
nhật. Để dễ tách khí ra khỏi nước thải người ta lắp thêm tấm chắn khí có độ nghiêng
≥ 350 so với phương ngang. Tải lượng COD thiết kế thường trong khoảng 4 – 15
kg/m3.ngày. Nước thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dưỡng được dẫn vào đáy bể
và nước thải đi lên với vận tốc 0,6 – 0,9 m/h qua lớp bùn kỵ khí. Tại đây xảy ra quá
trình phân hủy sinh học kỵ khí [35].
Khí sinh học được tạo thành se kéo theo các hạt bùn nổi lên, va vào thành
thiết bị tách 3 pha khí-lỏng-rắn(bùn) dạng hình nón lật ngược khiến cho các bọt khí
được giải phóng thoát lên; các hạt bùn lại rơi trở lại lớp đệm bùn.
24
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
Luận văn: Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột
sắn của một số làng nghề thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội
Hình 1.4. Bể UASB
Bể CIGAR (Covered In-Ground Anaerobic Reactor) [35]
Bể CIGAR thực chất là một hồ kỵ khí có thu hồi khí sinh học. Hồ được bao
phủ toàn bộ bề mặt và lót đáy bằng bạt HPDE
Lớp bạt HPDE bao phủ bề mặt tạo ra điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt đồng
thời ngăn không cho khí sinh học phát tán ra môi trường. Lớp lót đáy HPDE có thể
được lắp đặt nếu cần, tùy vào mực nước ngầm của khu xử lý. Tuy nhiên, nên lót đáy
để có thể chống rò rỉ nước thải, gây ô nhiễm đất và nước ngầm.
Trước khi vào bể CIGAR , nước thải được chảy vào bể lắng nhằm giảm bớt
lượng chất rắn lơ lửng, cặn đảm bảo quá trình phân hủy kỵ khí trong bể CIGAR đạt
hiệu quả cao nhất. Thời gian lưu nước thải trong bể khoảng 30 ngày.
Toàn bộ lượng khí sinh học (mêtan chiếm 55 – 70% ) hình thành được thu
hồi nhờ hệ thống ống dẫn khí lắp đặt bên trong bể CIGAR
25
Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT
