Luận văn thạc sĩ hus 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 kỹ thuật nghiên cứu hus nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột sắn của, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Nguyễn Thị Tường Chi
• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Kim Chi
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường
• 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
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái quát về làng nghề và hiện trạng môi trƣờng làng nghề
• 1.1.1. Khái niệm làng nghề
• 1.1.2. Phân loại làng nghề
• 1.1.3. Hiện trạng môi trƣờng làng nghề
• 1.2. Vai trò của làng nghề đối với kinh tế nông thôn
• 1.3. Làng nghề chế biến tinh bột sắn
• 1.4. Công nghệ xử lý nƣớc thải ô nhiễm hữu cơ cao
• 1.4.1. Cơ chế của quá trình phân hủy hiếu khí
• 1.4.2. Cơ chế của quá trình phân hủy kỵ khí
• 1.4.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phân hủy sinh học
• 1.5. Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ lên men mêtan nƣớc thải tinh bột sắn trên thế giới và Việt Nam
• 1.5.1. Các nghiên cứu và ứng dụng công nghệ lên men mêtan nƣớc thải tinh bột sắn trên thế giới
• 1.5.2. Các nghiên cứu và ứng dụng công nghệ lên men mêtan nƣớc thải tinh bột sắn ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
• 2.1.1. Vị trí địa lý
• 2.1.2. Địa hình, khí hậu
• 2.1.3. Điều kiện kinh tế-xã hội
• 2.1.4. Hiện trạng sản xuất
• 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phƣơng pháp thu thập tài liệu
• 2.2.2. Phƣơng pháp điều tra và khảo sát thực tế
• 2.2.3. Phƣơng pháp thực nghiệm
• 2.2.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả khảo sát hiện trạng nƣớc thải và quản lý nƣớc thải tại làng nghề Minh Khai, Dƣơng Liễu, Cát Quế- Hoài Đức- Hà Nội
• 3.1.1. Kết quả khảo sát hiện trạng nƣớc thải
• 3.1.2. Tình hình quản lý nƣớc thải tại khu vực làng nghề
• 3.2. Kết quả theo dõi mô hình ứng dụng công nghệ mêtan để xử lý nƣớc thải tinh bột sắn
• 3.2.1. Mô hình công nghệ xử lý nƣớc thải tinh bột sắn tại Cát Quế
• 3.2.2. Nghiên cứu lựa chọn chế độ khởi động thiết bị lên men
• 3.2.3. Nghiên cứu chế độ vận hành thiết bị lên men
• 3.2.4. Kết quả xử lý sau quá trình thực nghiệm
• 3.3. Đề xuất các giải pháp phù hợp để áp dụng công nghệ lên men mêtan xử lý nƣớc thải hộ sản xuất của làng nghề
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan tại Hoài Đức

Ô nhiễm môi trường tại các làng nghề chế biến tinh bột sắn ở huyện Hoài Đức, Hà Nội đang trở thành vấn đề nghiêm trọng. Nước thải từ quá trình sản xuất chứa nhiều chất hữu cơ, gây ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Công nghệ lên men mêtan được xem là giải pháp hiệu quả để xử lý nước thải, đồng thời tạo ra năng lượng tái tạo từ biogas. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn mang lại giá trị kinh tế cho người dân.

1.1. Hiện trạng ô nhiễm môi trường tại các làng nghề

Tình trạng ô nhiễm tại các làng nghề chế biến tinh bột sắn ở Hoài Đức đang ở mức báo động. Nước thải từ sản xuất chứa nhiều chất hữu cơ như tinh bột, protein, và các hợp chất độc hại khác. Theo báo cáo, 100% mẫu nước thải đều vượt tiêu chuẩn cho phép, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người dân và hệ sinh thái.

1.2. Tác động của ô nhiễm đến sức khỏe cộng đồng

Ô nhiễm môi trường không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn gây ra nhiều bệnh tật cho người dân. Tỷ lệ mắc bệnh về đường hô hấp, tiêu hóa và da tại các làng nghề cao hơn so với các khu vực nông thôn khác. Cần có các biện pháp khắc phục kịp thời để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

II. Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ lên men mêtan

Công nghệ lên men mêtan là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để xử lý nước thải từ các làng nghề chế biến tinh bột sắn. Quá trình này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra biogas, một nguồn năng lượng tái tạo. Việc áp dụng công nghệ này cần được nghiên cứu và triển khai một cách đồng bộ để đạt hiệu quả cao nhất.

2.1. Nguyên lý hoạt động của công nghệ lên men mêtan

Công nghệ lên men mêtan hoạt động dựa trên quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ trong nước thải. Vi sinh vật sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ thành khí mêtan và CO2, từ đó tạo ra biogas có thể sử dụng làm nhiên liệu. Quá trình này không chỉ giúp xử lý nước thải mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý

Hiệu quả của công nghệ lên men mêtan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, pH, và nồng độ chất hữu cơ trong nước thải. Việc tối ưu hóa các yếu tố này sẽ giúp tăng cường khả năng xử lý và sản xuất biogas, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế cho người dân.

III. Kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ lên men mêtan

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng công nghệ lên men mêtan tại các làng nghề chế biến tinh bột sắn ở Hoài Đức mang lại nhiều lợi ích. Không chỉ giúp xử lý nước thải hiệu quả, công nghệ này còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

3.1. Kết quả thực nghiệm tại các làng nghề

Kết quả thực nghiệm cho thấy, sau khi áp dụng công nghệ lên men mêtan, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải giảm đáng kể. Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

3.2. Lợi ích kinh tế từ việc sản xuất biogas

Việc sản xuất biogas từ nước thải không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo cho các hộ gia đình. Nguồn năng lượng này có thể được sử dụng cho sinh hoạt hàng ngày, giảm chi phí năng lượng cho người dân.

IV. Thách thức trong việc triển khai công nghệ lên men mêtan

Mặc dù công nghệ lên men mêtan mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc triển khai vẫn gặp phải nhiều thách thức. Cần có sự hỗ trợ từ chính quyền và các tổ chức để nâng cao nhận thức và khả năng áp dụng công nghệ này tại các làng nghề.

4.1. Khó khăn trong việc đầu tư công nghệ

Nhiều hộ sản xuất nhỏ lẻ chưa có đủ vốn để đầu tư vào công nghệ xử lý nước thải. Cần có các chính sách hỗ trợ tài chính từ chính phủ để khuyến khích người dân áp dụng công nghệ này.

4.2. Ý thức của người dân trong việc bảo vệ môi trường

Ý thức của người dân trong việc bảo vệ môi trường còn hạn chế. Cần có các chương trình tuyên truyền, giáo dục để nâng cao nhận thức của cộng đồng về tầm quan trọng của việc xử lý nước thải và bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai

Công nghệ lên men mêtan là một giải pháp hiệu quả để xử lý nước thải tại các làng nghề chế biến tinh bột sắn ở Hoài Đức. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo. Cần có sự hỗ trợ từ chính quyền và các tổ chức để nâng cao khả năng áp dụng công nghệ này trong tương lai.

5.1. Đề xuất giải pháp cho việc triển khai công nghệ

Cần xây dựng các mô hình thí điểm để người dân có thể tham khảo và áp dụng. Đồng thời, cần có các chính sách hỗ trợ về tài chính và kỹ thuật để khuyến khích người dân đầu tư vào công nghệ xử lý nước thải.

5.2. Tương lai của công nghệ xử lý nước thải tại Hoài Đức

Với sự phát triển của công nghệ và sự quan tâm từ chính quyền, việc áp dụng công nghệ lên men mêtan sẽ ngày càng trở nên phổ biến. Điều này không chỉ giúp cải thiện môi trường mà còn nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân tại các làng nghề.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Làng nghề chế biến nông sản thực phẩm tại đồng bằng Bắc Bộ đóng vai trò thiết yếu trong chuyển dịch cơ cấu kinh tế nông thôn, song cũng tạo ra áp lực môi trường nghiêm trọng. Tại thành phố Hà Nội, khu vực tập trung hơn 1.350 làng nghề với giá trị sản xuất vượt 10.582 tỷ đồng mỗi năm đã giải quyết việc làm cho gần 630.000 lao động. Tuy nhiên, cụm ba làng nghề Minh Khai, Dương Liễu và Cát Quế thuộc huyện Hoài Đức đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm nước nghiêm trọng do hoạt động chế biến tinh bột sắn và dong riềng.

Vấn đề cốt lõi phát sinh từ lưu lượng xả thải khổng lồ, dao động từ 6.000 đến 8.000 m3/ngày đêm vào mùa vụ cao điểm từ tháng 8 đến tháng 4 năm sau. Quá trình sản xuất một tấn tinh bột sắn tiêu tốn và xả ra môi trường khoảng 13 m3 nước thải chứa nồng độ chất hữu cơ cao, với nhu cầu oxy hóa học (COD) dao động từ 7.000 đến 40.000 mg/L và axit xianhydric (HCN) độc hại từ 10 đến 40 mg/L.

Mục tiêu của luận văn là đánh giá toàn diện hiện trạng ô nhiễm nước thải tại ba xã Minh Khai, Dương Liễu, Cát Quế; khảo sát các thông số kỹ thuật tối ưu hóa công nghệ lên men kỵ khí sinh khí mêtan; đồng thời thử nghiệm mô hình bể phản ứng khuấy trộn liên tục quy mô 12 m3. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn sâu sắc khi cung cấp giải pháp xử lý dòng thải hữu cơ đạt hiệu suất khử COD từ 85% đến 95%, đồng thời tận thu khí sinh học giàu năng lượng với tỷ lệ CH4 đạt 55% đến 70%, chuyển đổi chất thải thành tài nguyên kinh tế cho địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết phân hủy sinh học chất hữu cơ và động thái học lên men kỵ khí đa tầng. Quá trình xử lý kỵ khí nước thải tinh bột sắn giàu hydrat cacbon trải qua bốn giai đoạn sinh hóa liên hoàn:

• Thủy phân polymer phức tạp thành đường đơn, axit amin nhờ enzyme hydrolase.
• Axit hóa chuyển hóa sản phẩm thủy phân thành các axit béo bay hơi (VFA) như axit axetic, propionic, butyric.
• Axetat hóa chuyển đổi các axit hữu cơ mạch dài thành axit axetic, CO2 và H2.
• Mêtan hóa nhờ các chủng vi sinh vật kỵ khí nghiêm ngặt (chủ yếu là nhóm vi khuẩn phân giải axetat chiếm khoảng 70% lượng khí sinh ra và nhóm khử CO2 chiếm khoảng 30%).

Các khái niệm then chốt bao gồm: Tải lượng thể tích hữu cơ (OLR), thời gian lưu thủy lực (HRT), tỷ lệ cân bằng dinh dưỡng kỵ khí (C:N khoảng 20:1 đến 30:1 hoặc COD:N:P = 150:5:1), và nồng độ axit béo bay hơi (VFA). Các yếu tố công nghệ quyết định bao gồm kiểm soát dải pH vận hành tối ưu trong khoảng 6,5 đến 7,5 và duy trì nhiệt độ vùng ấm 35 đến 37°C để đảm bảo hoạt tính enzyme methanogen.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa điều tra xã hội học, khảo sát thực địa và thực nghiệm mô hình pilot:

• Cỡ mẫu điều tra: 93 phiếu phỏng vấn thu thập trực tiếp từ 93 hộ sản xuất chế biến nông sản thực phẩm tại ba xã Minh Khai, Dương Liễu, Cát Quế.
• Phương pháp lấy mẫu: Mẫu nước thải được thu thập 3 đợt từ tháng 8 đến tháng 12 theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5999:1995 (tương đương ISO 5667-10:1992) tại các mương tiêu chính và từng công đoạn công nghệ riêng biệt (rửa vỏ, nghiền lọc, lắng tách tinh bột).
• Phương pháp phân tích: Các chỉ tiêu hóa lý gồm pH, COD, TSS, tổng Nitơ, tổng Photpho, VFA, độ kiềm tổng được phân tích theo quy chuẩn Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Khí sinh học được phân tích thành phần bằng thiết bị đo chuyên dụng Geotech Biogas 5000.
• Vận hành thực nghiệm: Hệ thống pilot bể phản ứng kỵ khí khuấy trộn liên tục (CSTR) dung tích 12 m3 đặt tại Công ty Cổ phần Thực phẩm Minh Dương (Cát Quế) được vận hành với ba mức tải lượng 1,3; 2,1 và 2,8 kg COD/m3/ngày, tương ứng thời gian lưu thủy lực HRT lần lượt là 30, 20 và 15 ngày. Hai loại mầm vi sinh kỵ khí là bùn hạt kỵ khí nhà máy bia và phân bò sữa được khảo sát song song nhằm đánh giá khả năng thích nghi và tốc độ sinh khí.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát hiện trạng nước thải kênh xả chung tại 3 làng nghề cho thấy mức độ ô nhiễm vượt xa giới hạn cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B):

• Nước thải có tính axit rất mạnh với pH phổ biến từ 2,6 đến 4,6 (chỉ 2/10 mẫu đạt pH trên 5,5).
• Hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) dao động từ 240 đến 8.350 mg/L, vượt ngưỡng tiêu chuẩn từ 12 đến 83 lần.
• Nhu cầu oxy hóa học (COD) tại các điểm xả đạt từ 3.362 đến 10.056 mg/L, vượt quy chuẩn từ 20 đến 67 lần; đặc biệt tại dòng thải lắng lọc tinh bột nội bộ, COD đạt mức cực đại xấp xỉ 40.000 mg/L.
• Hàm lượng tổng Nitơ (97,8 - 302,1 mg/L) và tổng Photpho (12,4 - 45,5 mg/L) lần lượt vượt quy chuẩn từ 2,5 đến 7,5 lần và 2,0 đến 7,6 lần.

Quá trình khởi động bể kỵ khí CSTR 12 m3 bằng mầm vi sinh bùn bia cho kết quả vượt trội so với phân bò sữa. Sau 14 ngày nuôi dưỡng thích nghi, hệ thống bắt đầu sinh khí từ ngày thứ 15 với thể tích 13,25 lít khí/ngày, sau đó tăng trưởng nhanh và đạt sản lượng 9,7 m3 khí/ngày tại ngày thứ 22. Khi vận hành ổn định ở các dải tải lượng 1,3 đến 2,8 kg COD/m3/ngày, hiệu suất xử lý COD của hệ kỵ khí đạt từ 85% đến 92%, năng suất sinh khí mêtan đạt trung bình 0,35 - 0,45 m3/kg COD bị phân hủy, với hàm lượng khí CH4 duy trì ổn định ở mức 55% đến 68%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm nghiêm trọng là do quy trình sản xuất mang tính tự phát, phân tán tại hơn 700 hộ gia đình ở Minh Khai và 2.700 hộ ở Dương Liễu. Mặt bằng chật hẹp khiến nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất bị hòa lẫn, xả thẳng vào các tuyến kênh tiêu T2, T5, T3A mà không qua bất kỳ khâu xử lý lắng tách sơ bộ nào.

Dữ liệu thực nghiệm khi biểu diễn trên đồ thị tương quan giữa chỉ số pH, nồng độ VFA và độ kiềm cho thấy: khi nồng độ VFA tăng cao vượt quá độ kiềm đệm của hệ thống, pH giảm xuống dưới 6,2, gây ức chế mạnh nhóm vi khuẩn methanogen và làm giảm lượng khí sinh học tức thì. Biểu đồ theo dõi năng suất sinh khí theo thời gian chứng minh rằng việc bổ sung dinh dưỡng khoáng vi lượng và duy trì nhiệt độ 35 - 37°C giúp quần thể vi sinh vật kỵ khí chuyển hóa cơ chất tinh bột triệt để hơn 18% so với điều kiện không gia nhiệt.

So sánh với các nghiên cứu vận hành UASB tại Thái Lan hay Colombia, mô hình CSTR 12 m3 kết hợp hệ Johkasou xử lý hiếu khí bùn hoạt tính phía sau cho phép xử lý dòng thải nồng độ cặn cao mà không bị tắc nghẽn tầng đệm, đồng thời nước thải đầu ra sau hệ thống hoàn toàn đạt QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm môi trường nước tại cụm làng nghề chế biến tinh bột Hoài Đức, bốn nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý cần được triển khai đồng bộ:

• Tách dòng và tiền xử lý cơ học tại nguồn: Bắt buộc 100% các hộ chế biến lắp đặt hệ thống song chắn rác và bể lắng sơ cấp hai ngăn nhằm thu hồi triệt để bã thải rắn (vỏ sắn, cặn xơ) trước khi xả ra mương chung. Mục tiêu giảm 70% đến 80% hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) và 30% tải lượng COD thô, thời gian hoàn thành trong vòng 6 đến 12 tháng do UBND xã và các hộ sản xuất chủ trì.

• Ứng dụng mô hình công nghệ lên men mêtan CSTR: Xây dựng các trạm xử lý kỵ khí CSTR quy mô nhóm hộ (công suất 50 - 100 m3/ngày đêm) kết hợp tháp khử khí H2S bằng phoi sắt và hệ lọc hiếu khí Johkasou. Duy trì tải lượng nạp hữu cơ từ 2,0 đến 2,8 kg COD/m3/ngày, kiểm soát dải pH 6,8 đến 7,2 bằng phương pháp hồi lưu nước kiềm hoặc bổ sung vôi tôi, đạt mục tiêu khử 90% COD và tận thu khí đốt phát điện phục vụ sinh hoạt. Lộ trình triển khai trong 18 - 24 tháng dưới sự phối hợp giữa Sở Khoa học & Công nghệ Hà Nội và các doanh nghiệp làng nghề.

• Nâng cấp hạ tầng thu gom và nạo vét hệ thống kênh tiêu: Cải tạo, bê tông hóa và lắp đặt nắp đậy cho các tuyến kênh tiêu chính T2, T5, T3A, T3B với tổng chiều dài hơn 15 km nhằm ngăn chặn tình trạng tắc nghẽn dòng chảy và phân hủy yếm khí gây mùi hôi. Tiến độ thực hiện trong giai đoạn 2024 - 2026 do UBND huyện Hoài Đức quản lý.

• Ban hành cơ chế tài chính và giám sát môi trường: Thiết lập quỹ tín dụng xanh ưu đãi lãi suất thấp cho các hộ đầu tư công trình xử lý chất thải; đồng thời áp dụng mức xử phạt hành chính nghiêm khắc đối với các cơ sở cố tình xả nước thải axit chưa trung hòa. Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội chủ trì kiểm định định kỳ 3 tháng/lần.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo chuyên môn giá trị cho nhiều nhóm đối tượng trong công tác nghiên cứu, thiết kế kỹ thuật và quản lý môi trường:

• Kỹ sư công nghệ môi trường và xử lý nước thải: Nắm bắt quy trình tính toán thiết kế, thông số khởi động vi sinh và vận hành thực tế của bể lên men mêtan CSTR dung tích 12 m3, từ đó ứng dụng thiết kế các trạm xử lý nước thải hữu cơ giàu tinh bột quy mô vừa và nhỏ.

• Cán bộ quản lý môi trường tại các Sở, Phòng Tài nguyên & Môi trường: Khai thác bức tranh dữ liệu hiện trạng ô nhiễm thực tế tại cụm làng nghề Hoài Đức làm căn cứ khoa học để xây dựng chính sách quản lý dòng thải, quy hoạch làng nghề nông thôn và ban hành quy chuẩn địa phương.

• Chủ cơ sở sản xuất, doanh nghiệp chế biến nông sản thực phẩm: Tham khảo giải pháp tận thu nguồn khí sinh học biogas từ nước thải để thay thế năng lượng than củi truyền thống, giúp tiết kiệm từ 20% đến 35% chi phí năng lượng sản xuất hàng năm.

• Học viên cao học, sinh viên ngành Công nghệ Môi trường, Công nghệ Sinh học: Sử dụng làm tài liệu nghiên cứu chuyên sâu về động học quá trình kỵ khí, cơ chế chuyển hóa axit béo bay hơi (VFA) và phương pháp giải quyết mâu thuẫn giữa phát triển kinh tế làng nghề và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao nước thải chế biến tinh bột sắn lại có tính axit mạnh và nồng độ COD cao?
  Nước thải chứa lượng lớn đường đơn, tinh bột hòa tan và protein thực vật bị các vi khuẩn tự nhiên lên men chua rất nhanh trong mương hở, tạo ra các axit hữu cơ mạch ngắn làm pH tụt xuống 2,6 - 4,6. Lượng chất hữu cơ không tan và hòa tan lớn đẩy chỉ số COD lên mức 7.000 - 40.000 mg/L, vượt hàng trăm lần tiêu chuẩn môi trường.

• Mầm vi sinh bùn kỵ khí nhà máy bia có ưu điểm gì so với phân bò sữa khi khởi động bể mêtan?
  Bùn kỵ khí nhà máy bia chứa mật độ vi khuẩn tạo mêtan cao, hoạt tính phân giải axit hữu cơ mạnh và kích thước hạt bùn ổn định. Kết quả thực nghiệm cho thấy bùn bia bắt đầu sinh khí mạnh từ ngày thứ 15 và đạt 9,7 m3 khí/ngày tại ngày 22, nhanh hơn 40% so với mầm phân bò sữa.

• Lượng khí biogas thu được từ xử lý nước thải tinh bột sắn có thể ứng dụng vào việc gì?
  Khí sinh học thu hồi chứa 55% đến 70% mêtan, sau khi qua tháp khử H2S bằng phoi sắt có thể đốt trực tiếp trong lò sấy nông sản thay thế than củi hoặc chạy máy phát điện mini. Mỗi m3 nước thải xử lý có thể tạo ra 0,35 - 0,45 m3 khí mêtan sinh học sạch.

• Hệ thống xử lý kỵ khí CSTR có đáp ứng được hoàn toàn tiêu chuẩn xả thải QCVN 40:2011/BTNMT?
  Bể CSTR đóng vai trò xử lý bậc 1 để giảm 85% đến 92% tải lượng COD hữu cơ thô. Để nước thải đạt quy chuẩn xả thải Cột B (COD dưới 150 mg/L), bắt buộc phải kết hợp xử lý bùn thải và module xử lý hiếu khí Johkasou ở bậc 2 và bậc 3 phía sau.

• Tại sao cần kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ VFA và độ kiềm trong quá trình vận hành bể mêtan?
  Axit béo bay hơi (VFA) là sản phẩm trung gian của quá trình lên men. Nếu VFA tích tụ quá mức làm mất cân bằng với độ kiềm đệm, pH hệ thống sẽ tụt dốc, làm tê liệt hoạt tính của vi sinh vật sinh mêtan và có nguy cơ làm chết toàn bộ hệ sinh thái kỵ khí trong bể.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích sâu sắc bức tranh hiện trạng ô nhiễm nước thải nghiêm trọng tại ba xã Minh Khai, Dương Liễu, Cát Quế với các chỉ tiêu COD, SS, N, P vượt quy chuẩn từ 2 đến 83 lần.
• Đã xác định cơ sở khoa học và xây dựng thành công quy trình khởi động, làm chủ công nghệ lên men kỵ khí CSTR dung tích 12 m3 sử dụng bùn mầm vi sinh nhà máy bia với hiệu suất sinh khí đạt đỉnh sau 22 ngày.
• Đạt hiệu suất xử lý COD ổn định từ 85% đến 92% ở tải lượng hữu cơ từ 1,3 đến 2,8 kg COD/m3/ngày, đồng thời thu hồi khí sinh học biogas đạt tỷ lệ mêtan từ 55% đến 68%.
• Đã đề xuất mô hình khép kín kết hợp CSTR - tách ép bùn - hệ lọc Johkasou, mở ra hướng đi bền vững giải quyết bài toán môi trường cho các làng nghề chế biến nông sản thực phẩm.
• Lộ trình 2024 - 2026 cần tập trung nhân rộng mô hình pilot ra quy mô toàn xã và hoàn thiện chính sách hỗ trợ vốn vay cho các hộ làng nghề. Quý độc giả, nhà khoa học và các đơn vị quản lý quan tâm hãy tham khảo toàn văn công trình nghiên cứu để áp dụng hiệu quả vào thực tiễn địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Làng nghề ở nƣớc 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 nƣớc. 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 ngƣời dân địa phƣơng. Theo “Báo cáo thực hiện chính sách, pháp luật về môi trƣờng tại các khu kinh tế, làng nghề” của Sở Công thƣơng, tại Hà Nội các làng nghề đã giải quyết việc làm cho gần 630.000 lao động bao gồm cả lao động địa phƣơng 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 đƣợc 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, Dƣơng 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 lƣợng sản xuất của các làng nghề không ngừng tăng, tạo ra khối lƣợng sản phẩm và lƣợng doanh thu lớn tạo công ăn việc làm cho hàng nghìn lao động địa phƣơng, không những tạo công ăn việc làm cho lao động địa phƣơng mà còn cho lao động từ các tỉnh nhƣ Phú Thọ, Vĩnh Phúc…; đời sống nhân dân không ngừng đƣợc 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 trƣng 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 nƣớc thải lớn, ba làng nghề đang là “thủ phạm” chính cho vấn đề ô nhiễm môi trƣờng của huyện Hoài Đức, gây nên các bức xúc không chỉ đối các dân cƣ 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 nƣớc và năng lƣợng. Vì vậy, hàng năm lƣợng nƣớc xả thải ra môi trƣờng của ngành này khá lớn, nƣớc thải chứa nhiều các chất hữu cơ nhƣ tinh bột, protein, Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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, đƣờng,.gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng nếu không có biện pháp xử lý hiệu quả. Tuy nhiên trong thành phần nƣớc thải tổng hợp có chứa hàm lƣợng lớn các chất dinh dƣỡng N, P và các chất hữu cơ có thể đƣợc 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 lƣợng cho nhu cầu tiêu thụ năng lƣợng của các hộ gia đình, nƣớc thải sau xử lý các mức có thể tận thu nhƣ nguồn dƣỡng chất để bón ruộng, hoặc xử lý các mức tiếp theo đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN40-2011 khi xả trực tiếp vào nguồn nƣớc tiếp nhận.

Khí sinh học thu đƣợc góp phần giảm thiểu ô nhiễm nƣớc, 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 bƣớc đầu đã có một số nghiên cứu khả quan về xử lý nƣớc thải ngành tinh bột sắn theo xu thế trên nhƣng nhìn chung mới là bƣớc đầu và chƣa đạt hiệu quả cao. Vì vậy, học viên đã chọn đề tài : “Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nƣớc 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 nƣớc thải làng nghề Minh Khai, Dƣơng Liễu, Cát Quế. - Nghiên cứu một số thông số ảnh hƣởng đến quá trình sinh khí trong bể mêtan, bƣớc đầu tính toán kiểm tra các thông số thiết kế, vận hành.

- Bƣớc đầu đề xuất mô hình ứng dụng công nghệ mêtan vào xử lí nƣớc thải làng nghề. Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 Chƣơng 1 – TỔNG QUAN 1.1 Khái quát về làng nghề và hiện trạng môi trƣờng làng nghề 1.1 Khái niệm làng nghề Từ xa xƣa, ngƣời 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 nhƣ: các công cụ lao động nông nghiệp, giấy, lụa, vải, thực phẩm qua chế biến… Các nghề này đƣợc lƣu 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 ngƣời chuyên làm nghề, đa phần lao động vừa sản xuất nông nghiệp, vừa làm nghề, hoặc làm thuê (nghề phụ). Nhƣng do nhu cầu trao đổi hàng hóa, các nghề mang tính chất chuyên môn sâu hơn, đƣợc cải tiến kỹ thuật hơn và thƣờng đƣợc giới hạn trong quy mô nhỏ (làng), dần dần tách hẳn nông nghiệp để chuyển hẳn sang nghề thủ công.

Nhƣ 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 ƣu thế về số lao động và thu nhập so với nghề nông”[6].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 trƣờng với những nét đặc thù rất đa dạng. Vấn đề phát triển và môi trƣờng của các làng nghề hiện nay đang có nhiều bất cập và đang đƣợc chú ý nghiên cứu. Muốn có đƣợc 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 nhƣ việc quản lý, bảo vệ môi trƣờng 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: + Ƣơm tơ, dệt vải và may đồ da. Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 lƣơng thực thực phẩm, dƣợc 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, lƣới.

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 trƣờng tiêu thụ sản phẩm hoặc theo tiềm năng tồn tại và phát triển… 1.3 Hiện trạng môi trường làng nghề Vấn đề môi trƣờng mà các làng nghề đang phải đối mặt không chỉ giới hạn ở trong phạm vi các làng nghề mà còn ảnh hƣởng đến ngƣời dân ở vùng lân cận. Theo Báo cáo môi trƣờng quốc gia năm 2008 với chủ đề "Môi trƣờng làng nghề Việt Nam", hiện nay “hầu hết các làng nghề ở Việt Nam đều bị ô nhiễm môi trƣờng (trừ các làng nghề không sản xuất hoặc dùng các nguyên liệu không gây ô nhiễm nhƣ thêu, may. Chất lƣợng môi trƣờng tại hầu hết các làng nghề đều không đạt tiêu chuẩn khiến ngƣời 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 trƣờng bị ô nhiễm nặng ở cả 3 dạng; 27% ô nhiễm vừa và 27% ô nhiễm nhẹ”[5].

Tình trạng ô nhiễm môi trƣờng ở các làng nghề xảy ra ở mấy loại phổ biến sau đây: - Ô nhiễm nƣớc: ở Việt Nam, các làng nghề chƣa có hệ thống xử lý nƣớc thải công nghiệp, nƣớc thải đƣợc đổ trực tiếp ra hệ thống kênh rạch chung hoặc ra sông. Nguyên nhân gây ô nhiễm nƣớc chủ yếu là quá trình xử lý công nghiệp nhƣ: chế biến lƣơng thực thực phẩm, mây tre, dệt, in, nung nấu kim loại, tẩy giấy và nhuộm… Thƣờng thì nƣớc thải ra bị nhiễm màu nặng và gây ra hiện tƣợng đổi màu đối với dòng sông nhận nƣớc thải, có mùi rất khó chịu. Hơn nữa là sự vƣợt quá TCCP đối với các hàm lƣợng BOD, COD, SS, và coliform, các kim loại nặng… ở Nguyễn Thị Tường Chi – K19 KHMT 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 nƣớc mặt và nƣớc ngầm, làm chết các sinh vật thủy sinh và chứa các mầm bệnh nguy hại cho con ngƣời. - 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 thƣờng: nhựa, túi nilon, giấy, hộp, vỏ lon, kim loại và các loại rác thải khác thƣờng đƣợc đổ ra bất k dòng nƣớc hoặc khu đất trống nào. Làm cho nƣớc ngầm và đất bị ô nhiễm các chất hóa học độc hại, ảnh hƣởng tới sức khỏe của con ngƣời. Trong Báo Nhân dân ngày 23/6/2005, GS. Đặng Kim Chi đã cảnh báo "100% mẫu nƣớc thải ở các làng nghề đƣợc khảo sát có thông số vƣợt tiêu chuẩn cho phép.