Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển của các làng nghề truyền thống đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy tăng trưởng kinh tế, tạo việc làm và chuyển dịch cơ cấu nông thôn theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Tuy nhiên, hoạt động sản xuất tại các làng nghề nông thôn Việt Nam hiện nay đang phát sinh lượng chất thải lớn, gây suy thoái môi trường và ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng. Làng nghề chế biến bún tại thôn Thanh Lương, xã Bích Hòa, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội là một điển hình. Thanh Oai vốn là vùng đất giàu truyền thống làng nghề (như làng nón Phương Trung, điêu khắc Võ Lăng, tương Cự Đà, giò chả Ước Lễ), trong đó nghề sản xuất bún tại thôn Thanh Lương phát triển mạnh mẽ để cung ứng lương thực cho Hà Nội và các vùng phụ cận. Hoạt động chế biến bún tiêu thụ khối lượng lớn nước sạch, gạo và nhiên liệu. Nước thải phát sinh từ quá trình ngâm, ủ, luộc và rửa bún chứa hàm lượng tinh bột và chất hữu cơ hòa tan rất cao, chưa qua xử lý mà xả thẳng ra hệ thống cống rãnh, phân hủy yếm khí gây mùi chua nồng và làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt khu vực.

Nhằm giải quyết bài toán ô nhiễm nguồn nước và cải thiện điều kiện sống cho cư dân địa phương, đề tài xác định mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu như sau:

  • Mục tiêu chung: Đề tài góp phần nâng cao chất lượng môi trường sống và bảo vệ nguồn nước tại làng nghề sản xuất bún tại thôn Thanh Lương, xã Bích Hòa, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội.
  • Mục tiêu cụ thể:
    1. Đánh giá được hiện trạng môi trường cũng như thực trạng nước thải sản xuất bún tại thôn Thanh Lương, xã Bích Hòa, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội.
    2. Đề xuất được mô hình xử lý nước thải sản xuất bún tại làng nghề thôn Thanh Lương, xã Bích Hòa, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội.
  • Nội dung nghiên cứu:
    1. Nghiên cứu thực trạng và quy trình sản xuất bún tại thôn Thanh Lương, xã Bích Hòa, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội.
    2. Nghiên cứu thực trạng nước thải sản xuất bún tại thôn Thanh Lương, xã Bích Hòa, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội.
    3. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải làng nghề sản xuất bún tại thôn Thanh Lương, xã Bích Hòa, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội.

Đối tượng nghiên cứu của khóa luận là nước thải phát sinh từ các công đoạn sản xuất bún tại các hộ gia đình. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian giới hạn trong địa bàn thôn Thanh Lương, xã Bích Hòa, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội. Phạm vi thời gian khảo sát thực địa và lấy mẫu phân tích được thực hiện vào tháng 4 năm 2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận vận dụng các cơ sở lý luận về quản lý môi trường làng nghề, các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cùng hệ thống phương pháp phân tích phòng thí nghiệm tiêu chuẩn:

  • Khung lý thuyết và quy chuẩn áp dụng: Tác giả sử dụng các tiêu chí công nhận làng nghề theo quy định (tối thiểu 30% tổng số hộ tham gia hoạt động ngành nghề nông thôn; hoạt động sản xuất kinh doanh ổn định tối thiểu 2 năm; chấp hành tốt chính sách, pháp luật của Nhà nước). Đánh giá chất lượng nước thải dựa trên QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp, Cột B) với công thức tính nồng độ giới hạn cho phép: $C_{max} = C \times K_q \times K_f$ (trong đó hệ số lưu lượng nguồn tiếp nhận $K_q = 0,9$ khi không có số liệu dòng chảy; hệ số lưu lượng nguồn thải $K_f = 1,1$ tương ứng lưu lượng từ 50 đến 500 $\text{m}^3/\text{ngày đêm}$). Đề tài cũng viện dẫn QCVN 08:2015/BTNMT (chất lượng nước mặt) và QCVN 14:2008/BTNMT (nước thải sinh hoạt). Cơ sở tính toán kỹ thuật dựa trên các nguyên lý xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí (bể UASB, bể ABR) và hiếu khí (bể Aerotank, bể lọc sinh học nhỏ giọt Biophin, bể MBBR).
  • Phương pháp nghiên cứu thực tế:
    • Phương pháp kế thừa số liệu: Thu thập tài liệu về quy trình sản xuất bún, báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia (2008), các đề tài nghiên cứu liên quan và báo cáo thống kê kinh tế - xã hội của UBND xã Bích Hòa.
    • Phương pháp điều tra khảo sát thực địa: Khảo sát các tuyến cống thoát nước, vị trí cơ sở sản xuất, điểm xả thải ra sông Hòa Bình; đánh giá trực quan màu, mùi của dòng thải.
    • Phương pháp lấy mẫu và bảo quản hiện trường: Lấy 5 mẫu nước thải ($n = 5$, ký hiệu từ NSX1 đến NSX5) vào ngày 20/4/2020 trong khoảng thời gian từ 14h30 đến 17h00 ngay tại cống xả của 5 hộ sản xuất sau khi kết thúc mẻ làm bún. Thiết bị sử dụng gồm gậy lấy mẫu 3m, bình chứa polyetylen/thủy tinh dung tích 500ml tráng rửa 2 lần bằng chính nguồn nước thải, bảo quản trong thùng xốp hạ nhiệt độ vận chuyển về phòng thí nghiệm theo đúng quy trình QA/QC.
    • Phương pháp đo nhanh hiện trường: Đo nhiệt độ bằng nhiệt kế, đo pH bằng máy đo cầm tay và đo nồng độ oxy hòa tan bằng máy Dissolved Oxygen Meter.
    • Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm:
      • Chất rắn lơ lửng (TSS): Lọc qua giấy lọc, sấy ở $105^\circ\text{C}$ đến khối lượng không đổi.
      • Nhu cầu oxy sinh học ($\text{BOD}_5$): Phương pháp pha loãng mẫu ủ 5 ngày ở $20^\circ\text{C}$ theo TCVN 6001:2008.
      • Nhu cầu oxy hóa học (COD): Phương pháp Kalidicromat theo TCVN 6491:1999, đun hồi lưu 2 giờ ở $150^\circ\text{C}$ với $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$, xúc tác $\text{Ag}_2\text{SO}_4$ trong $\text{H}_2\text{SO}_4$, chuẩn độ bằng muối $\text{Fe}^{2+}$ với chỉ thị feroin.
      • Amoni ($\text{NH}_4^+$): Phương pháp so màu quang điện với thuốc thử Nessler trong môi trường kiềm, dùng muối Seignette để che ion can thiệp $\text{Ca}^{2+}, \text{Mg}^{2+}$.
      • Photpho tổng số ($\text{PO}_4^{3-}$): Phương pháp so màu quang điện tạo phức màu xanh dương với amoni molipdat ở pH 8,5.
    • Phương pháp nội nghiệp: Xử lý số liệu, loại bỏ sai số bằng phần mềm Microsoft Excel; áp dụng các công thức thủy lực và công nghệ môi trường để tính toán kích thước các công trình đơn vị của trạm xử lý.
  • Nguồn dữ liệu: Số liệu quan trắc thực nghiệm ngoài hiện trường và phân tích trong phòng thí nghiệm; số liệu thống kê từ UBND xã Bích Hòa (Phương án bảo vệ môi trường làng nghề Thanh Lương năm 2017 và báo cáo năm 2020).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan vấn đề cần nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về làng nghề và thực trạng ô nhiễm môi trường làng nghề tại Việt Nam. Theo thống kê tại 52 làng nghề điển hình, có tới 46% làng nghề bị ô nhiễm nặng, 27% ô nhiễm vừa và 27% ô nhiễm nhẹ. Riêng tại Hà Nội, nhu cầu tiêu thụ mỗi ngày đạt khoảng 70 tấn bún, 50 tấn bánh các loại và 30 tấn mì/miến/bánh đa. Báo cáo môi trường Quốc gia (2008) cho thấy tải lượng chất ô nhiễm tại các làng nghề chế biến lương thực thực phẩm rất lớn: làng nghề bún Phú Đô phát sinh 10.100 tấn sản phẩm/năm kéo theo 22,62 tấn COD/năm, 15,3 tấn $\text{BOD}_5$/năm và 2,76 tấn SS/năm; làng nghề bún bánh Ninh Hồng phát sinh 4.380 tấn sản phẩm/năm với 15,08 tấn COD/năm và 10,42 tấn $\text{BOD}_5$/năm; làng nghề tinh bột Dương Liễu đạt 52.133 tấn sản phẩm/năm.

Chương này cũng tổng quan các công nghệ xử lý nước thải:

  • Nghiên cứu của Lenntech (Hà Lan): Kết hợp xử lý hóa lý sơ bộ với bùn hoạt tính hiếu khí và khử trùng.
  • Nghiên cứu của Trương Văn Lung và Nguyễn Ngọc Thạch (Đại học Khoa học Huế): Xử lý nước thải sản xuất bún bằng sinh học kỵ khí 25 ngày giúp giảm COD từ 10.270 mg/l, $\text{BOD}_5$ từ 5.800 mg/l xuống 529 mg/l, sau đó kết hợp hiếu khí 10 ngày và xử lý bậc ba bằng bèo Nhật Bản để đạt quy chuẩn.
  • Nghiên cứu của Chu Bá Phúc và cộng sự (2014): Ứng dụng bể Biogas bổ sung chế phẩm vi sinh (DW97, EMC, MICROPHOT, EMU) xử lý nước thải tại chính làng nghề Thanh Lương, sau 15 ngày COD giảm 37,2 lần và $\text{BOD}_5$ giảm 25,4 lần.
  • Đánh giá các công nghệ kỵ khí UASB (hiệu suất xử lý hữu cơ đạt 80%, thu hồi biogas nhưng vận hành phức tạp), lọc sinh học nhỏ giọt Biophin (hiệu suất COD đạt 90%, $\text{BOD}_5$ sau xử lý đạt 15 mg/l nhưng chi phí cao, dễ tắc nghẽn) và bể kỵ khí ABR (hiệu quả xử lý COD trên 90%, không có thiết bị khuấy cơ học).

Chương 2: Mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết mục tiêu nghiên cứu tổng quát, hai mục tiêu cụ thể và ba nội dung triển khai. Tác giả thiết lập hệ thống 5 điểm quan trắc lấy mẫu đại diện tại cống thải của 5 hộ sản xuất bún trong thôn Thanh Lương vào ngày 20/4/2020:

  • Mẫu NSX1: Nhà bác Vinh (tọa độ $20^\circ 54' 36.88''$ B).
  • Mẫu NSX2: Nhà bác Hùng Thúy (tọa độ $20^\circ 54' 35.19''$ B).
  • Mẫu NSX3: Nhà cô Hạnh (tọa độ $20^\circ 54' 34.71''$ B).
  • Mẫu NSX4: Nhà bác Thủy (tọa độ $20^\circ 54' 33.49''$ B).
  • Mẫu NSX5: Nhà cô Lý (tọa độ $20^\circ 54' 34.1''$ B).

Chương này mô tả chi tiết quy trình lấy mẫu, các công thức toán học và nguyên lý hóa học phân tích 7 chỉ tiêu chất lượng nước (Nhiệt độ, pH, DO, COD, $\text{BOD}_5$, TSS, $\text{NH}_4^+$, $\text{PO}_4^{3-}$) theo các tiêu chuẩn TCVN 6001:2008 và TCVN 6491:1999.

Chương 3: Điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội

Chương 3 khảo sát thực tế địa bàn xã Bích Hòa và thôn Thanh Lương:

  • Vị trí và tự nhiên: Thôn Thanh Lương nằm cách trung tâm Hà Nội 17 km về phía Tây Nam, có Quốc lộ 21B chạy qua. Phía Bắc giáp thôn Thạch Bích, phía Tây giáp xã Cao Viên, phía Nam giáp thôn Thanh Lương, phía Đông giáp đồng ruộng xã Bích Hòa. Địa hình đồng bằng tương đối bằng phẳng (vùng trũng chiếm 20%). Nhiệt độ trung bình năm là $23,4^\circ\text{C}$ (tháng 7 cao nhất đạt $28,8^\circ\text{C}$, tháng 1 thấp nhất đạt $16,2^\circ\text{C}$). Lượng mưa trung bình năm từ 1.600 đến 1.700 mm/năm (75% tập trung từ tháng 5 đến tháng 8). Đất đai chủ yếu là đất phù sa sông Hồng do sông Nhuệ bồi đắp, đất nông nghiệp chiếm 74% diện tích tự nhiên.
  • Kinh tế - xã hội: Thôn Thanh Lương có 404 hộ với 1.530 nhân khẩu; tổng diện tích đất tự nhiên là 71,86 ha (đất nông nghiệp chiếm 54,4 ha). Thu nhập từ sản xuất nông nghiệp toàn xã đạt 39,47 tỷ đồng (đàn lợn 3.860 con, gia cầm 21.488 con, trâu bò 92 con). Thu nhập bình quân của làng nghề đạt 37,45 triệu đồng/người/năm (khoảng 11,76 triệu đồng/hộ/tháng).
  • Hạ tầng xã hội: Toàn xã có 95,5% dân số tham gia bảo hiểm y tế; trạm y tế đạt chuẩn quốc gia với 1 bác sĩ và 8 cán bộ chuyên môn; 100% trẻ em được tiêm chủng mở rộng và uống vitamin A. Trong 5 năm, huyện đã đầu tư trên 27 tỷ đồng xây dựng 3 hệ thống trường học; tỷ lệ học sinh tốt nghiệp và chuyển cấp đạt 98 - 100%.

Chương 4: Kết quả nghiên cứu

Chương 4 là chương thực nghiệm trọng tâm, thể hiện các kết quả điều tra và phân tích:

  • Quy trình sản xuất bún: Gồm 8 công đoạn liên hoàn: Gạo $\rightarrow$ Vo gạo $\rightarrow$ Ngâm gạo (khoảng 6 tiếng để vi khuẩn lactic lên men tạo độ chua) $\rightarrow$ Xóc, xay bột $\rightarrow$ Ủ bột (kéo dài khoảng 48 tiếng) $\rightarrow$ Vắt ép tách nước $\rightarrow$ Thấu bột (hồ hóa một phần bằng nước sôi $70 - 80^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Ép bún, luộc $\rightarrow$ Rửa bún bằng nước lạnh $\rightarrow$ Bún tươi thành phẩm.
  • Khối lượng nước thải định mức: Sản xuất 1 tấn bún tiêu thụ từ 9 đến $11\text{ m}^3$ nước sạch và phát sinh $9,9\text{ m}^3$ nước thải.
  • Tải lượng phát thải: Làng nghề có 46 hộ sản xuất bún, tần suất làm 2 lần/ngày, mỗi hộ làm ra 1 - 1,2 tấn bún/ngày. Tổng lượng nước thải phát sinh toàn làng nghề khoảng $460\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$. Khóa luận lựa chọn công suất thiết kế hệ thống xử lý là $500\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.
  • Đặc tính nước thải qua phân tích 5 mẫu thực địa: Các chỉ tiêu đều vượt ngưỡng quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) rất nhiều lần: pH mang tính axit cao ($3,65 - 4,00$); DO cạn kiệt ($0,86 - 2,1\text{ mg/l}$); COD dao động từ 7.200 đến 12.480 mg/l (vượt quy chuẩn từ 48 đến 83,2 lần); $\text{BOD}_5$ dao động từ 2.870 đến 8.614 mg/l (vượt quy chuẩn từ 57,4 đến 172,3 lần); TSS từ 1.066 đến 3.042 mg/l (vượt từ 10,7 đến 30,4 lần); $\text{NH}_4^+$ từ 17,4 đến 24,5 mg/l (vượt 1,74 đến 2,45 lần); $\text{PO}_4^{3-}$ từ 3,8 đến 9,4 mg/l.
  • Ảnh hưởng sức khỏe: Điều tra phỏng vấn người dân xã Bích Hòa ghi nhận tỷ lệ mắc bệnh đường hô hấp là 56%, bệnh ngoài da 40%, bệnh tiêu hóa 32% và bệnh đau mắt 6%. Nguyên nhân do người dân sử dụng nước giếng khoan lọc thô qua cát và hít phải khí bốc lên từ hệ thống thoát nước.
  • Hạ tầng thoát nước: Năm 2014, xã đã hoàn thành kiên cố hóa 100% cống kín (cống nội làng $70 \times 70\text{ cm}$, cống tập trung $80 \times 120\text{ cm}$) dẫn ra 2 cửa xả đổ vào sông Hòa Bình. Địa phương đã quy hoạch khu đất 0,4 ha tại cửa xả số 2 (sau đồng Thanh Lương) từ năm 2011 nhưng chưa xây dựng trạm xử lý do thiếu kinh phí.

Chương 5: Kết luận, tồn tại và kiến nghị

Khóa luận tổng kết lại việc thực hiện đầy đủ các mục tiêu đề ra: đã làm rõ quy trình chế biến bún và định mức phát thải, đánh giá chính xác mức độ ô nhiễm thông qua số liệu phân tích hóa lý, và hoàn thành đề xuất thiết kế công nghệ hệ thống xử lý nước thải công suất $500\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$. Tác giả kiến nghị chính quyền địa phương sớm bố trí vốn đầu tư để triển khai trạm xử lý tập trung trên khu đất 0,4 ha đã quy hoạch nhằm bảo vệ lưu vực sông Hòa Bình.

Thiết kế và triển khai hệ thống xử lý kỹ thuật

Trên cơ sở đặc thù nước thải sản xuất bún có nồng độ chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng rất cao, tính axit mạnh, tác giả xây dựng và so sánh hai phương án công nghệ xử lý:

  • Phương án 1: Hệ thống xử lý hai bậc UASB kết hợp Aerotank
    • Dây chuyền công nghệ: Nước thải đầu vào $\rightarrow$ Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa (sục khí xáo trộn và châm hóa chất nâng pH) $\rightarrow$ Bể kỵ khí UASB $\rightarrow$ Bể trung gian $\rightarrow$ Bể sinh học hiếu khí Aerotank $\rightarrow$ Bể lắng II $\rightarrow$ Bể khử trùng hóa chất $\rightarrow$ Xả ra nguồn tiếp nhận đạt QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
    • Dây chuyền xử lý bùn: Bùn lắng từ bể UASB và bùn hoạt tính dư từ bể lắng II được dẫn về bể chứa bùn $\rightarrow$ Bể nén bùn $\rightarrow$ Máy ép bùn tạo bánh bùn để đem chôn lấp hoặc làm phân bón. Nước tách bùn được tuần hoàn trở lại hố thu gom. Bùn hoạt tính từ bể lắng II được bơm tuần hoàn về bể Aerotank để duy trì mật độ sinh khối.
    • Cơ chế hoạt động: Tại bể UASB, vi sinh vật kỵ khí phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp thành khí ($\text{CH}_4, \text{CO}_2, \text{H}_2\text{S}$), hiệu suất xử lý đạt từ 80% đến 90%. Nước thải tiếp tục sang bể Aerotank để các vi sinh vật hiếu khí phân hủy triệt để lượng chất hữu cơ còn lại thành $\text{CO}_2$, nước và sinh khối mới nhờ hệ thống cấp khí phân phối dưới đáy bể.
  • Phương án 2: Hệ thống xử lý bằng công nghệ MBBR
    • Dây chuyền công nghệ: Nước thải $\rightarrow$ Song chắn rác $\rightarrow$ Bể thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể lắng 1 (lắng đứng) $\rightarrow$ Bể UASB $\rightarrow$ Bể hiếu khí dính bám MBBR (bổ sung giá thể lơ lửng) $\rightarrow$ Bể lắng 2 $\rightarrow$ Bể khử trùng châm Chlorine $\rightarrow$ Xả ra nguồn tiếp nhận.
    • Cơ chế hoạt động: Bể lắng 1 loại bỏ bớt cặn lơ lửng trước khi vào bể kỵ khí UASB. Tại bể MBBR, vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể di động theo ba lớp: lớp ngoài cùng diễn ra quá trình hiếu khí, lớp giữa thiếu khí và lớp trong cùng kỵ khí, hỗ trợ khử đồng thời BOD, COD, Nitơ và Photpho. Bùn thải từ bể lắng 2 và UASB được đưa qua bể nén bùn và máy ép bùn.

Dưới đây là bảng tổng hợp các thông số chất lượng nước thải phân tích tại 5 hộ sản xuất của làng nghề làm cơ sở tính toán tải lượng cho hệ thống:

Thông số Đơn vị Mẫu NSX1 Mẫu NSX2 Mẫu NSX3 Mẫu NSX4 Mẫu NSX5 QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B)
Nhiệt độ $^\circ\text{C}$ 26,2 26,4 25,9 26,2 26,3 40
pH - 4,00 3,72 3,98 3,65 3,95 5,5 - 9,0
DO mg/l 1,65 1,40 0,90 0,86 2,10 -
COD mg/l 8.160 7.200 11.520 12.480 7.200 150
$\text{BOD}_5$ mg/l 3.495 3.070 8.614 7.482 2.870 50
TSS mg/l 1.066 1.600 1.818 3.042 2.762 100
$\text{NH}_4^+$ mg/l 24,1 20,6 19,0 24,5 17,4 10
$\text{PO}_4^{3-}$ mg/l 4,3 3,8 5,1 9,4 7,1 6

Các thông số thiết kế kỹ thuật được tính toán dựa trên công suất trạm $Q = 500\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, bao gồm kích thước chi tiết của các công trình đơn vị: song chắn rác, bể thu gom, bể điều hòa, bể UASB, bể Aerotank, bể lắng II và bể khử trùng, cùng dự toán chi phí xây dựng, thiết bị và công suất điện tiêu thụ hàng ngày.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả định lượng cụ thể:
    • Thiết lập bảng định mức nước thải chi tiết cho từng công đoạn chế biến 1 tấn sản phẩm bún: vo gạo ($3\text{ m}^3$), ngâm gạo ($1\text{ m}^3$), xóc và xay gạo ($0,25\text{ m}^3$), ủ bột ($2,65\text{ m}^3$), ép bún và luộc ($0,5\text{ m}^3$), rửa bún ($1,5\text{ m}^3$), rửa dụng cụ ($1\text{ m}^3$), tổng cộng phát sinh $9,9\text{ m}^3$ nước thải/tấn bún.
    • Đo đạc chính xác lưu lượng xả thải thực tế của 46 hộ sản xuất tại thôn Thanh Lương đạt khoảng $460\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ và luận chứng lựa chọn công suất thiết kế hệ thống là $500\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.
    • Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm về mức độ ô nhiễm nghiêm trọng của nước thải bún Thanh Lương: COD cực đại đạt 12.480 mg/l (vượt chuẩn 83,2 lần), $\text{BOD}_5$ cực đại đạt 8.614 mg/l (vượt chuẩn 172,3 lần), TSS cực đại đạt 3.042 mg/l (vượt chuẩn 30,4 lần), pH axit thấp nhất là 3,65.
  • Giải pháp và kiến nghị đề xuất: Đề xuất hoàn chỉnh phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải tập trung kết hợp kỵ khí UASB và hiếu khí Aerotank kèm hệ thống xử lý bùn cơ học; kiến nghị địa phương tận dụng khu đất công quy hoạch 0,4 ha sẵn có tại cửa xả số 2 để xây dựng công trình.
  • Đóng góp so với nghiên cứu trước: Khóa luận đã chuyển hóa các kết quả nghiên cứu mô hình phòng thí nghiệm trước đây (như nghiên cứu bổ sung vi sinh vào Biogas năm 2014 của Chu Bá Phúc tại Thanh Lương) thành phương án thiết kế kỹ thuật công trình tập trung quy mô hoàn chỉnh $500\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, gắn kết đồng bộ với hiện trạng hạ tầng cống kín hiện hữu của làng nghề.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Số lượng mẫu phân tích thực địa còn hạn chế ($n = 5$), được lấy tập trung trong một đợt khảo sát vào ngày 20/4/2020, chưa theo dõi được sự biến thiên nồng độ chất ô nhiễm theo các mùa trong năm hoặc vào các dịp cao điểm lễ, Tết khi sản lượng làm bún tăng cao.
    • Đề tài mới dừng lại ở các bước tính toán thiết kế kỹ thuật trên bản vẽ và dự toán lý thuyết, chưa có điều kiện thi công mô hình thực tế hoặc thử nghiệm vận hành pilot tại hiện trường do hạn chế về nguồn kinh phí của địa phương.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng quan trắc chất lượng nước thải theo chu kỳ thời gian dài hơn để đánh giá chính xác dao động tải lượng ô nhiễm.
    • Chế tạo và vận hành mô hình pilot hệ thống UASB - Aerotank ngay tại cống xả làng nghề để tối ưu hóa thời gian lưu nước và liều lượng hóa chất trung hòa pH.
    • Nghiên cứu giải pháp thu gom và tận dụng lượng khí mê-tan ($\text{CH}_4$) sinh ra từ bể UASB để cung cấp năng lượng nhiệt cho các công đoạn luộc bún của làng nghề.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu hữu ích cho sinh viên, học viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Quản lý Tài nguyên Môi trường khi thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc các nghiên cứu liên quan đến xử lý nước thải hữu cơ từ công nghiệp chế biến lương thực, thực phẩm.

Công trình có giá trị thực tiễn đối với chính quyền xã Bích Hòa, huyện Thanh Oai và các kỹ sư thiết kế môi trường nhờ cung cấp:

  • Dữ liệu định mức phát thải nước thải chi tiết theo từng công đoạn chế biến bún ($9,9\text{ m}^3/\text{tấn sản phẩm}$).
  • Số liệu khảo sát thực địa về mạng lưới thoát nước và các điểm xả thải ra sông Hòa Bình.
  • Chuỗi tính toán công nghệ hoàn chỉnh cho trạm xử lý nước thải công suất $500\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, giúp các cơ quan quản lý có căn cứ khoa học để triển khai dự án xử lý ô nhiễm làng nghề trên khu đất 0,4 ha đã quy hoạch.

Câu hỏi thường gặp

1. Định mức nước thải phát sinh khi sản xuất 1 tấn bún tại làng nghề Thanh Lương là bao nhiêu và công đoạn nào phát sinh nhiều nhất?
Theo tính toán của khóa luận, để sản xuất 1 tấn bún thành phẩm cần tiêu thụ từ 9 đến $11\text{ m}^3$ nước sạch và phát thải ra môi trường khoảng $9,9\text{ m}^3$ nước thải. Trong đó, công đoạn vo gạo phát sinh nhiều nước thải nhất với $3\text{ m}^3/\text{tấn}$, tiếp theo là công đoạn ủ bột với $2,65\text{ m}^3/\text{tấn}$ và rửa bún với $1,5\text{ m}^3/\text{tấn}$.

2. Nồng độ các chỉ tiêu COD và $\text{BOD}_5$ trong nước thải sản xuất bún tại thôn Thanh Lương vượt quy chuẩn cho phép bao nhiêu lần?
Kết quả phân tích 5 mẫu nước thải thực địa cho thấy hàm lượng hữu cơ vượt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) rất lớn. Nồng độ COD dao động từ 7.200 đến 12.480 mg/l, vượt quy chuẩn (150 mg/l) từ 48 đến 83,2 lần. Nồng độ $\text{BOD}_5$ dao động từ 2.870 đến 8.614 mg/l, vượt quy chuẩn (50 mg/l) từ 57,4 đến 172,3 lần.

3. Vì sao công suất thiết kế của trạm xử lý nước thải được lựa chọn là $500\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$?
Toàn làng nghề có 46 hộ sản xuất bún với mức phát sinh nước thải trung bình là 10 $\text{m}^3/\text{hộ/ngày}$, tổng lượng nước thải thực tế là khoảng $460\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$. Do lưu lượng xả thải của các hộ có sự dao động tăng giảm theo nhu cầu thị trường, tác giả đã chọn công suất thiết kế là $500\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ để đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và dự phòng công suất khi quy mô sản xuất mở rộng.

4. Khảo sát dịch tễ tại xã Bích Hòa ghi nhận những bệnh tật nào phổ biến nhất ở người dân?
Số liệu phỏng vấn người dân xã Bích Hòa chỉ ra các bệnh phổ biến nhất gồm: bệnh liên quan đến đường hô hấp chiếm tỷ lệ cao nhất với 56%, tiếp theo là bệnh ngoài da chiếm 40%, bệnh liên quan đến đường tiêu hóa chiếm 32% và bệnh đau mắt chiếm 6%. Tác nhân chính là do ngửi mùi chua hôi thối bốc lên từ dòng thải và sử dụng nguồn nước ngầm giếng khoan lọc cát thô sơ bị nhiễm bẩn.

5. Địa phương đã có sự chuẩn bị nào về mặt bằng và hạ tầng kỹ thuật để xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung?
Xã Bích Hòa đã kiên cố hóa 100% hệ thống cống hộp kín vào năm 2014 (cống nội làng $70 \times 70\text{ cm}$, cống chính $80 \times 120\text{ cm}$) dẫn nước thải tập trung về 2 cửa xả đổ ra sông Hòa Bình. Ngoài ra, địa phương đã quy hoạch sẵn khu đất ruộng rộng 0,4 ha ngay cạnh cửa xả số 2 (sau đồng Thanh Lương) từ năm 2011, sẵn sàng bàn giao mặt bằng để xây dựng trạm xử lý nước thải khi được bố trí vốn đầu tư.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Nguyễn Thị Hoa đã phản ánh toàn diện thực trạng ô nhiễm môi trường nước tại làng nghề bún Thanh Lương thông qua số liệu khảo sát thực nghiệm và phân tích các chỉ tiêu hóa lý đặc trưng. Kết quả nghiên cứu chứng minh nước thải sản xuất bún tại đây có tính axit mạnh và tải lượng hữu cơ vượt quy chuẩn cho phép hàng chục đến hàng trăm lần, đe dọa trực tiếp nguồn nước sông Hòa Bình và sức khỏe nhân dân. Bản thiết kế hệ thống xử lý nước thải công suất $500\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ ứng dụng công nghệ kết hợp UASB và Aerotank là giải pháp kỹ thuật có tính khả thi cao, phù hợp với mặt bằng quy hoạch 0,4 ha và hạ tầng thu gom sẵn có của địa phương. Công trình là cơ sở khoa học quan trọng giúp chính quyền cơ sở triển khai các giải pháp xử lý môi trường để hướng tới mục tiêu phát triển làng nghề bền vững.