Tổng quan nghiên cứu

Làng nghề chế biến nông sản thực phẩm (NSTP) Sen Chiểu, huyện Phúc Thọ, thành phố Hà Nội, với hơn 200 hộ sản xuất bún, đậu phụ và các sản phẩm từ gạo, đóng góp khoảng 30 nghìn tấn sản phẩm hàng năm, tương đương giá trị 90 tỷ đồng và giải quyết việc làm cho khoảng 2000 lao động địa phương. Tuy nhiên, quy mô sản xuất nhỏ lẻ, công nghệ lạc hậu đã gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước mặt và nước thải với các chỉ số COD vượt mức cho phép lên đến 35 lần, BOD vượt 47 lần và Coliform vượt 7 lần theo quy chuẩn Việt Nam. Mức độ ô nhiễm này ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người dân, với khoảng 20% dân số mắc các bệnh về tai-mũi-họng, hô hấp và tiêu hóa.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất giải pháp xử lý ô nhiễm môi trường làng nghề Sen Chiểu, tận dụng chất thải để thu hồi năng lượng bằng công nghệ khí sinh học (KSH) tập trung, phù hợp với đặc điểm chất thải và quy mô sản xuất. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào chất thải từ sản xuất bún, đậu phụ và chăn nuôi lợn tại làng nghề trong giai đoạn hiện tại, nhằm cải thiện chất lượng môi trường nước, giảm thiểu ô nhiễm không khí và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng tái tạo. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển bền vững làng nghề, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và thúc đẩy kinh tế địa phương thông qua mô hình xử lý nước thải tập trung và thu hồi khí metan làm nhiên liệu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết phân hủy kỵ khí (anaerobic digestion) của các chất hữu cơ trong môi trường không có oxy, tạo ra khí sinh học gồm khoảng 60% metan (CH4), 30% cacbonic (CO2) và 10% các khí khác. Quá trình phân hủy gồm ba giai đoạn chính: thủy phân và lên men, sinh hydro và axit, sinh metan. Các vi sinh vật kỵ khí đóng vai trò trung tâm trong quá trình này, hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ mesophilic (30-45°C) hoặc thermophilic (45-55°C) với pH tối ưu từ 6,5 đến 7,5.

Mô hình nghiên cứu tập trung vào công nghệ bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) – một dạng bể phân hủy kỵ khí với dòng nước thải hướng lên, giúp tăng tiếp xúc giữa vi sinh vật và chất hữu cơ, nâng cao hiệu suất xử lý và thu hồi khí metan. Các khái niệm chính bao gồm: COD (Nhu cầu oxy hóa học), BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa), khí sinh học (biogas), tải trọng hữu cơ, thời gian lưu và tỷ lệ C/N (cacbon/nitơ) của nguyên liệu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ khảo sát thực địa tại làng nghề Sen Chiểu, bao gồm điều tra số hộ sản xuất, quy mô, công nghệ sử dụng, cùng với lấy mẫu phân tích chất lượng nước mặt, nước ngầm, nước thải và không khí. Tổng số mẫu lấy đảm bảo tính đại diện, được phân tích tại Trung tâm Tư vấn và Dịch vụ Tài nguyên Môi trường – Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội theo các tiêu chuẩn quốc gia hiện hành (QCVN 05, 08, 09, 40).

Phương pháp phân tích bao gồm thống kê mô tả, so sánh các chỉ số môi trường với quy chuẩn Việt Nam, đánh giá tiềm năng khí sinh học từ chất thải làng nghề dựa trên hàm lượng COD, BOD và lượng chất thải rắn. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2015, tập trung vào khảo sát hiện trạng và thử nghiệm mô hình xử lý nước thải bằng bể UASB quy mô tập trung.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng ô nhiễm môi trường nước mặt và nước thải: Các mẫu nước mặt tại kênh mương và hồ trong làng nghề có COD dao động từ 272 đến 357 mg/l, vượt quy chuẩn QCVN 08/2008-BTNMT từ 9 đến 10 lần; BOD5 từ 148 đến 187 mg/l, vượt 10-12 lần; Coliform vượt 2-3 lần. Nước thải sản xuất có COD lên đến 5230 mg/l, gấp 35 lần giới hạn cho phép, BOD5 2371 mg/l, gấp 47 lần, Coliform 35733 MPN/100ml, gấp 7 lần.

  2. Tiềm năng khí sinh học từ chất thải: Lượng nước thải trung bình của một hộ sản xuất bún khoảng 2,55 m³/ngày, kết hợp với chất thải chăn nuôi lợn khoảng 2,25 kg/con/ngày. Tiềm năng khí sinh học thu được từ chất thải làng nghề có thể đáp ứng khoảng 70-80% nhu cầu năng lượng đun nấu của các hộ gia đình, giảm đáng kể việc sử dụng than và củi.

  3. Hiện trạng ứng dụng công nghệ khí sinh học: Khoảng 90% hộ gia đình kết hợp chăn nuôi đã sử dụng bể biogas hộ gia đình với thể tích 7-10 m³, thu hồi khí metan để đun nấu. Tuy nhiên, công nghệ này còn phân tán, quy mô nhỏ, chưa xử lý triệt để nước thải và chưa áp dụng mô hình xử lý tập trung.

  4. So sánh hiệu quả công nghệ: Bể UASB được đề xuất có khả năng xử lý nước thải với tải trọng hữu cơ cao, hiệu suất xử lý COD đạt trên 85%, đồng thời thu hồi khí metan ổn định, phù hợp với đặc điểm chất thải làng nghề Sen Chiểu. So với bể biogas hộ gia đình, bể UASB có ưu điểm về khả năng xử lý tập trung, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng hiệu quả kinh tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của ô nhiễm môi trường là do quy mô sản xuất nhỏ lẻ, nước thải chưa qua xử lý được thải trực tiếp ra môi trường, kết hợp với hệ thống thoát nước chưa hoàn chỉnh gây ngập úng và phát sinh mùi hôi. So sánh với các nghiên cứu tại các làng nghề khác cho thấy mức độ ô nhiễm tại Sen Chiểu tương đối nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm nước mặt và nước thải.

Việc ứng dụng công nghệ khí sinh học tập trung như bể UASB không chỉ giúp xử lý hiệu quả các chất hữu cơ trong nước thải mà còn tận thu năng lượng tái tạo, giảm chi phí nhiên liệu cho các hộ sản xuất. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh nồng độ COD, BOD trước và sau xử lý, biểu đồ sản lượng khí metan thu hồi theo ngày, và bảng so sánh chi phí nhiên liệu trước và sau khi áp dụng công nghệ.

Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi của mô hình xử lý nước thải tập trung bằng công nghệ khí sinh học tại làng nghề Sen Chiểu, góp phần cải thiện môi trường sống và nâng cao hiệu quả kinh tế cho người dân.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng mô hình xử lý nước thải tập trung bằng bể UASB: Triển khai xây dựng hệ thống xử lý nước thải tập trung quy mô làng nghề, xử lý hiệu quả lượng nước thải với tải trọng hữu cơ cao, thu hồi khí metan làm nhiên liệu đun nấu. Thời gian thực hiện trong 2 năm, chủ thể thực hiện là UBND xã phối hợp với các đơn vị chuyên môn.

  2. Khuyến khích chuyển đổi nhiên liệu sử dụng trong sản xuất: Giảm dần việc sử dụng than và củi, thay thế bằng khí sinh học thu hồi từ hệ thống xử lý nước thải, nhằm giảm phát thải khí độc hại và ô nhiễm không khí. Mục tiêu giảm 50% lượng than sử dụng trong 3 năm tới, do các hộ sản xuất và chính quyền địa phương phối hợp thực hiện.

  3. Tuyên truyền, đào tạo nâng cao nhận thức: Tổ chức các lớp tập huấn về công nghệ khí sinh học, quản lý chất thải và bảo vệ môi trường cho người dân làng nghề, nhằm nâng cao ý thức và kỹ năng vận hành thiết bị. Thời gian triển khai liên tục hàng năm, do các tổ chức môi trường và chính quyền địa phương đảm nhiệm.

  4. Quy hoạch vùng sản xuất tập trung: Định hướng quy hoạch các hộ sản xuất và chăn nuôi ra khu vực tập trung, thuận tiện cho việc thu gom và xử lý chất thải, giảm thiểu ô nhiễm lan tỏa. Thời gian quy hoạch và triển khai trong 5 năm, do UBND huyện và thành phố chủ trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Chính quyền địa phương và các cơ quan quản lý môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và các chương trình xử lý ô nhiễm môi trường làng nghề, đồng thời thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo.

  2. Các hộ sản xuất làng nghề chế biến nông sản thực phẩm: Áp dụng các giải pháp công nghệ khí sinh học để xử lý nước thải, giảm chi phí nhiên liệu và cải thiện điều kiện sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành khoa học môi trường: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, dữ liệu thực tế và mô hình xử lý nước thải bằng công nghệ khí sinh học, phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo.

  4. Các tổ chức phi chính phủ và doanh nghiệp trong lĩnh vực xử lý môi trường và năng lượng tái tạo: Khai thác thông tin để phát triển các dự án xử lý chất thải, cung cấp dịch vụ kỹ thuật và đầu tư vào công nghệ khí sinh học tại các làng nghề truyền thống.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ khí sinh học là gì và tại sao phù hợp với làng nghề Sen Chiểu?
    Công nghệ khí sinh học là quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ trong nước thải để tạo ra khí metan có thể sử dụng làm nhiên liệu. Làng nghề Sen Chiểu có lượng chất thải hữu cơ lớn, đặc biệt là nước thải sản xuất bún, đậu phụ và chất thải chăn nuôi, rất phù hợp để áp dụng công nghệ này nhằm xử lý ô nhiễm và thu hồi năng lượng.

  2. Hiệu quả xử lý nước thải bằng bể UASB như thế nào?
    Bể UASB có khả năng xử lý COD đạt trên 85%, giảm đáng kể các chất ô nhiễm trong nước thải. Đồng thời, bể thu hồi khí metan ổn định, cung cấp nguồn năng lượng tái tạo cho các hộ sản xuất, giúp giảm chi phí nhiên liệu và ô nhiễm môi trường.

  3. Làm thế nào để triển khai mô hình xử lý nước thải tập trung tại làng nghề?
    Cần có sự phối hợp giữa chính quyền địa phương, các hộ sản xuất và đơn vị chuyên môn để xây dựng hệ thống xử lý tập trung, đồng thời tổ chức đào tạo vận hành, bảo trì thiết bị và quy hoạch vùng sản xuất tập trung nhằm tối ưu hiệu quả xử lý.

  4. Khí sinh học thu được có thể sử dụng vào mục đích gì?
    Khí sinh học chủ yếu là metan có thể dùng làm nhiên liệu đun nấu, sản xuất nhiệt, hoặc phát điện nhỏ lẻ. Tại làng nghề Sen Chiểu, khí sinh học được sử dụng chủ yếu để đun nấu trong sản xuất bún, đậu phụ, thay thế than và củi truyền thống.

  5. Những yếu tố nào ảnh hưởng đến quá trình sản xuất khí sinh học?
    Các yếu tố quan trọng gồm nhiệt độ (tối ưu 35-55°C), pH (6,5-7,5), tỷ lệ C/N của nguyên liệu, độ ẩm, thời gian lưu và sự hiện diện của các chất độc hại. Việc kiểm soát các yếu tố này giúp duy trì hoạt động vi sinh vật kỵ khí và nâng cao hiệu suất sản xuất khí metan.

Kết luận

  • Làng nghề Sen Chiểu có quy mô sản xuất lớn với lượng chất thải hữu cơ cao, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt và nước thải, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.
  • Công nghệ khí sinh học, đặc biệt là bể UASB, phù hợp để xử lý nước thải làng nghề, đồng thời thu hồi khí metan làm nhiên liệu, giảm chi phí và ô nhiễm.
  • Mô hình xử lý nước thải tập trung bằng công nghệ khí sinh học có thể đáp ứng khoảng 70-80% nhu cầu năng lượng đun nấu của các hộ sản xuất.
  • Đề xuất xây dựng hệ thống xử lý tập trung, chuyển đổi nhiên liệu, đào tạo nâng cao nhận thức và quy hoạch vùng sản xuất nhằm phát triển bền vững làng nghề.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thí điểm mô hình xử lý tập trung, đánh giá hiệu quả thực tế và nhân rộng mô hình tại các làng nghề tương tự.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ môi trường và phát triển bền vững làng nghề Sen Chiểu!