Tổng quan nghiên cứu

Ngành dệt may tại Việt Nam đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế với kim ngạch xuất khẩu đạt khoảng 29,81 tỷ USD năm 2020, chiếm 13% tổng kim ngạch xuất khẩu cả nước. Nhà máy may Gia Bình, tỉnh Bắc Ninh, với quy mô hơn 700 lao động, là một trong những đơn vị tiêu biểu trong ngành, góp phần giải quyết việc làm và thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội địa phương. Tuy nhiên, hoạt động sản xuất tại đây phát sinh lượng lớn nước thải sinh hoạt giàu Nitơ, chứa nhiều chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ như BOD5, COD, TSS, Nitơ tổng (T-N), Phốt pho tổng (T-P), vượt quy chuẩn cho phép từ 5 đến 10 lần, gây nguy cơ ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải tại nhà máy, tính toán chỉ số chất lượng nước, đồng thời đề xuất và ứng dụng công nghệ xử lý sinh học hoàn toàn AAO nhằm xử lý triệt để nước thải sinh hoạt giàu Nitơ. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát và thử nghiệm công nghệ tại nhà máy trong khoảng thời gian từ tháng 04/2021 đến tháng 05/2022. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và nâng cao hiệu quả quản lý chất thải trong ngành dệt may, đồng thời góp phần phát triển bền vững ngành công nghiệp này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình xử lý nước thải sinh học, trong đó nổi bật là:

  • Công nghệ AAO (Anaerobic - Anoxic - Oxic): Kết hợp ba giai đoạn xử lý sinh học gồm kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí để loại bỏ đồng thời các chất hữu cơ, Nitơ và Phốt pho trong nước thải. Quá trình này tận dụng vi sinh vật đặc thù trong từng môi trường để phân hủy chất ô nhiễm hiệu quả.

  • Quá trình phân hủy kỵ khí: Bao gồm bốn giai đoạn thủy phân, axit hóa, acet hóa và mêtan hóa, chuyển hóa các hợp chất hữu cơ phức tạp thành khí sinh học (CH4, CO2) và bùn, giảm tải trọng hữu cơ cho các giai đoạn xử lý tiếp theo.

  • Quá trình khử Nitrat trong môi trường thiếu khí (denitrification): Vi sinh vật thiếu khí sử dụng Nitrat làm chất nhận electron, chuyển hóa Nitrat thành khí Nitơ, giúp giảm hàm lượng Nitơ tổng trong nước thải.

Các khái niệm chính bao gồm: BOD5, COD, TSS, Nitơ tổng, Phốt pho tổng, Coliforms, và các chỉ tiêu môi trường theo quy chuẩn Việt Nam QCVN 14:2015/BTNMT.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ nhà máy may Gia Bình, bao gồm 16 mẫu nước thải được lấy tại vị trí đầu vào và sau xử lý trong khoảng thời gian từ tháng 04/2021 đến tháng 03/2022. Các thông số phân tích gồm pH, BOD5, COD, TSS, tổng Nitơ, tổng Phốt pho, dầu mỡ, chất hoạt động bề mặt, Cadimi, Crom (VI), và Coliforms.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia và quốc tế như TCVN 6663, SMEWW, TCVN 6001, TCVN 6625 để phân tích mẫu tại phòng thí nghiệm. Đo đạc pH và nhiệt độ tại hiện trường bằng thiết bị đo nhanh.

  • Phương pháp chọn mẫu: Lấy mẫu định kỳ tại các vị trí quan trọng nhằm phản ánh chính xác chất lượng nước thải trong các điều kiện vận hành khác nhau.

  • Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm Excel để tổng hợp, xử lý và biểu diễn dữ liệu dưới dạng bảng, biểu đồ so sánh với quy chuẩn môi trường hiện hành.

  • Timeline nghiên cứu: Từ tháng 04/2021 đến tháng 12/2021 tiến hành khảo sát, lấy mẫu và phân tích; từ tháng 01/2022 đến tháng 05/2022 thử nghiệm và đánh giá hiệu quả công nghệ AAO tại thực tế nhà máy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng nước thải đầu vào vượt quy chuẩn: Các chỉ tiêu BOD5 dao động từ 176 đến 212 mg/l, COD từ 315 đến 338 mg/l, TSS từ 115 đến 156 mg/l, đều vượt mức giới hạn cho phép (BOD5: 30 mg/l, COD: 75 mg/l, TSS: 50 mg/l). Tổng Nitơ và Phốt pho tổng lần lượt đạt 102-114 mg/l và 40-48 mg/l, vượt 5-10 lần so với quy chuẩn (20 mg/l và 4 mg/l).

  2. Hiệu quả xử lý công nghệ AAO: Sau xử lý, các chỉ tiêu ô nhiễm giảm đáng kể, BOD5 và COD giảm trên 70%, TSS giảm khoảng 60%, tổng Nitơ và Phốt pho tổng giảm trên 65%, Coliforms giảm hơn 90%. Kết quả này cho thấy công nghệ AAO đáp ứng tốt yêu cầu xử lý nước thải sinh hoạt giàu Nitơ tại nhà máy.

  3. Ổn định vận hành: Công nghệ AAO vận hành ổn định trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa tại Bắc Ninh, với thời gian lưu nước và bùn được thiết kế phù hợp, đảm bảo hiệu suất xử lý cao trong suốt thời gian thử nghiệm.

  4. Tiết kiệm chi phí và diện tích: So với các công nghệ xử lý khác, AAO có chi phí đầu tư và vận hành thấp, đồng thời tiết kiệm diện tích xây dựng, phù hợp với quy mô vừa và nhỏ của nhà máy may Gia Bình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân hiệu quả xử lý cao của công nghệ AAO là do sự kết hợp đồng thời các quá trình sinh học kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí, giúp loại bỏ triệt để các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ, đặc biệt là Nitơ và Phốt pho. So sánh với các nghiên cứu trong ngành xử lý nước thải sinh hoạt, kết quả này tương đồng với các báo cáo cho thấy AAO là công nghệ ưu việt trong xử lý nước thải giàu Nitơ.

Biểu đồ tải lượng BOD5, COD, TSS, T-N, T-P trước và sau xử lý thể hiện sự giảm mạnh, minh chứng cho hiệu quả xử lý. Việc giảm Coliforms cũng góp phần nâng cao chất lượng nước thải đầu ra, đảm bảo an toàn môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Kết quả nghiên cứu không chỉ có ý nghĩa khoa học trong việc ứng dụng công nghệ sinh học hoàn toàn AAO mà còn mang tính thực tiễn cao, giúp nhà máy may Gia Bình và các cơ sở tương tự giảm thiểu ô nhiễm, tuân thủ quy chuẩn môi trường, đồng thời góp phần phát triển bền vững ngành dệt may.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi công nghệ AAO: Khuyến khích các nhà máy may và cơ sở sản xuất có nước thải sinh hoạt giàu Nitơ áp dụng công nghệ AAO nhằm nâng cao hiệu quả xử lý, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Thời gian thực hiện trong vòng 12-18 tháng, chủ thể là các doanh nghiệp và cơ quan quản lý môi trường.

  2. Tăng cường giám sát và quản lý chất lượng nước thải: Thiết lập hệ thống quan trắc định kỳ, sử dụng các chỉ tiêu BOD5, COD, T-N, T-P và Coliforms để đánh giá hiệu quả xử lý và tuân thủ quy chuẩn. Thực hiện hàng quý, do nhà máy phối hợp với cơ quan chức năng thực hiện.

  3. Đào tạo và nâng cao năng lực vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành, bảo trì hệ thống xử lý AAO cho cán bộ kỹ thuật nhà máy nhằm đảm bảo vận hành ổn định và hiệu quả lâu dài. Thời gian đào tạo 3-6 tháng, do các chuyên gia môi trường và đơn vị tư vấn thực hiện.

  4. Nghiên cứu phát triển công nghệ xử lý tích hợp: Khuyến khích nghiên cứu kết hợp công nghệ AAO với các phương pháp xử lý tiên tiến khác như xử lý hóa lý, tái sử dụng nước thải sau xử lý để nâng cao hiệu quả và giá trị kinh tế. Thời gian nghiên cứu 2-3 năm, do các viện nghiên cứu và trường đại học chủ trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp ngành dệt may: Đặc biệt các nhà máy có quy mô vừa và nhỏ, cần giải pháp xử lý nước thải sinh hoạt giàu Nitơ hiệu quả, tiết kiệm chi phí và diện tích xây dựng.

  2. Cơ quan quản lý môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy chuẩn và hướng dẫn kỹ thuật trong quản lý chất lượng nước thải ngành công nghiệp dệt may.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành môi trường: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, ứng dụng công nghệ AAO và các kết quả phân tích chi tiết để phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

  4. Đơn vị tư vấn và thiết kế hệ thống xử lý nước thải: Áp dụng các kết quả tính toán, thiết kế dây chuyền công nghệ và quy trình vận hành để tư vấn, thiết kế các công trình xử lý nước thải tương tự.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ AAO là gì và ưu điểm nổi bật?
    Công nghệ AAO là quá trình xử lý sinh học kết hợp ba giai đoạn kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí nhằm loại bỏ đồng thời các chất hữu cơ, Nitơ và Phốt pho trong nước thải. Ưu điểm là hiệu quả xử lý cao, chi phí vận hành thấp và tiết kiệm diện tích xây dựng.

  2. Nước thải sinh hoạt giàu Nitơ có đặc điểm gì?
    Nước thải sinh hoạt giàu Nitơ chứa hàm lượng Nitơ tổng cao, thường vượt quy chuẩn từ 5 đến 10 lần, cùng với các chỉ tiêu hữu cơ như BOD5, COD và TSS cũng ở mức cao, gây nguy cơ ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng nếu không được xử lý đúng cách.

  3. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải?
    Hiệu quả xử lý được đánh giá qua việc so sánh các chỉ tiêu ô nhiễm như BOD5, COD, TSS, Nitơ tổng, Phốt pho tổng và Coliforms trước và sau xử lý, đồng thời so sánh với quy chuẩn môi trường hiện hành. Giảm tải trọng ô nhiễm càng lớn chứng tỏ hiệu quả xử lý càng cao.

  4. Phạm vi áp dụng công nghệ AAO phù hợp với loại hình nào?
    AAO phù hợp với các nhà máy vừa và nhỏ có nước thải sinh hoạt giàu Nitơ, đặc biệt trong ngành dệt may và các ngành công nghiệp có đặc điểm nước thải tương tự, cần xử lý đồng thời các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng.

  5. Những yếu tố nào ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của công nghệ AAO?
    Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào điều kiện vận hành như thời gian lưu nước, nhiệt độ, pH, nồng độ oxy hòa tan, tỷ lệ tuần hoàn bùn và chất lượng nước thải đầu vào. Việc duy trì các điều kiện này ổn định giúp công nghệ hoạt động hiệu quả và bền vững.

Kết luận

  • Nước thải sinh hoạt tại nhà máy may Gia Bình chứa hàm lượng ô nhiễm hữu cơ và Nitơ vượt quy chuẩn từ 5 đến 10 lần, gây nguy cơ ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
  • Công nghệ xử lý sinh học hoàn toàn AAO được nghiên cứu và ứng dụng thành công, giảm tải trọng ô nhiễm BOD5, COD, TSS, Nitơ tổng và Phốt pho tổng trên 65%, đáp ứng yêu cầu xả thải theo quy chuẩn Việt Nam.
  • Hệ thống vận hành ổn định trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa, tiết kiệm chi phí và diện tích xây dựng, phù hợp với quy mô nhà máy vừa và nhỏ.
  • Đề xuất triển khai rộng rãi công nghệ AAO, tăng cường giám sát, đào tạo vận hành và nghiên cứu phát triển công nghệ tích hợp nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải ngành dệt may.
  • Nghiên cứu mở ra hướng đi bền vững cho quản lý môi trường trong ngành công nghiệp dệt may, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và phát triển kinh tế xã hội địa phương.

Hành động tiếp theo: Các doanh nghiệp và cơ quan quản lý cần phối hợp triển khai áp dụng công nghệ AAO, đồng thời đẩy mạnh nghiên cứu và đào tạo để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt giàu Nitơ trong ngành dệt may và các ngành công nghiệp liên quan.