Hiện trạng môi trường làng nghề
Vấn đề ô nhiễm môi trường tại các làng nghề Việt Nam không chỉ ảnh hưởng đến chính các làng nghề mà còn tác động xấu đến cư dân xung quanh Theo Báo cáo môi trường quốc gia năm 2008, hầu hết các làng nghề đều bị ô nhiễm, trừ những làng nghề không sử dụng nguyên liệu gây ô nhiễm như thêu, may Chất lượng môi trường ở đây không đạt tiêu chuẩn, khiến người lao động phải tiếp xúc với nhiều nguy cơ sức khỏe, trong đó 95% do bụi, 85,9% do nhiệt và 59,6% do hóa chất Khảo sát 52 làng nghề cho thấy, 46% trong số đó bị ô nhiễm nặng ở cả ba dạng, 27% ô nhiễm vừa và 27% ô nhiễm nhẹ.
Tình trạng ô nhiễm môi trường ở các làng nghề xảy ra ở mấy loại phổ biến sau đây:
Ô nhiễm nước tại Việt Nam đang trở thành vấn đề nghiêm trọng do các làng nghề thiếu hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, dẫn đến việc xả thải trực tiếp ra kênh rạch và sông Nguyên nhân chính của ô nhiễm nước là từ các hoạt động chế biến lương thực thực phẩm, sản xuất mây tre, dệt, in, nung kim loại, tẩy giấy và nhuộm, khiến nước thải thường bị nhiễm màu nặng và có mùi khó chịu Hơn nữa, các chỉ số ô nhiễm như BOD, COD, SS và coliform, cùng với kim loại nặng, vượt quá tiêu chuẩn cho phép, gây chết các sinh vật thủy sinh và tiềm ẩn nguy cơ bệnh tật 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 từ việc tái chế nguyên liệu như giấy, nhựa, kim loại, cùng với bã thải thực phẩm và các loại rác thải thông thường như túi nilon, giấy, hộp và vỏ lon, đang trở thành vấn đề nghiêm trọng Những loại rác thải này thường bị đổ ra các dòng nước hoặc khu đất trống, dẫn đến ô nhiễm nguồn nước ngầm và đất đai bởi các hóa chất độc hại, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người.
Trong Báo Nhân dân ngày 23/6/2005, GS.TS Đặng Kim Chi đã cảnh báo
Tất cả mẫu nước thải tại các làng nghề khảo sát đều vượt tiêu chuẩn cho phép, trong khi môi trường không khí tại các khu vực sản xuất bị ô nhiễm cục bộ, đặc biệt là ô nhiễm bụi và khí thải từ nhiên liệu than củi Người dân ở các làng nghề có tỷ lệ mắc bệnh cao hơn so với các làng thuần nông, với các bệnh phổ biến như bệnh hô hấp, đau mắt, bệnh đường ruột và bệnh ngoài da Nhiều dòng sông đi qua các làng nghề đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, dẫn đến năng suất lúa và cây trồng giảm sút do ô nhiễm không khí.
Hà Nội là một trong những thành phố có nhiều làng nghề nhất Việt Nam, với 1.275 làng nghề sau khi mở rộng vào năm 2008, trong đó 226 làng nghề được công nhận Các làng nghề này đa dạng, bao gồm chế biến thực phẩm, dệt nhuộm, sản xuất vật liệu xây dựng và thủ công mỹ nghệ, trong đó làng nghề thủ công mỹ nghệ chiếm 53% Tuy nhiên, vấn đề ô nhiễm môi trường đang trở nên nghiêm trọng khi phần lớn nước thải từ các làng nghề được xả thẳng ra sông Nhuệ và sông Đáy mà không qua xử lý Rác thải từ các làng nghề cũng không được thu gom kịp thời, dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường Hệ quả là tuổi thọ trung bình của người dân tại các làng nghề giảm hơn 10 năm so với những nơi không có nghề, và tỷ lệ mắc bệnh ung thư, bệnh thần kinh ở các làng tái chế kim loại đang gia tăng do ô nhiễm không khí và bụi kim loại.
Tại các làng sản xuất kim loại, tỷ lệ người mắc bệnh liên quan đến thần kinh, hô hấp, ngoài da, điếc và ung thư lên tới 60% Trong khi đó, tại các làng nghề chế biến nông sản thực phẩm, bệnh phụ khoa chiếm tỷ lệ cao nhất (13 – 38%), tiếp theo là bệnh về đường tiêu hóa (8 – 30%), bệnh viêm da (4,5 - 23%), bệnh đường hô hấp (6 - 18%) và bệnh đau mắt (9 – 15%) Đặc biệt, tỷ lệ mắc bệnh nghề nghiệp ở làng nghề Dương Liễu là 70% và làng bún Phú Đô là 50%.
Một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm tại các làng nghề là do các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ, phân tán và phát triển tự phát, thiếu vốn và công nghệ xử lý chất thải Bên cạnh đó, ý thức của người dân trong việc thu gom và xử lý chất thải còn hạn chế Nếu không có giải pháp kịp thời, tổn thất đối với xã hội sẽ ngày càng lớn, vượt xa giá trị kinh tế mà các làng nghề mang lại.
Vai trò của làng nghề đối với kinh tế nông thôn
Các làng nghề truyền thống tại Việt Nam, với hơn 2000 làng và 11 nhóm ngành nghề, đã tạo ra việc làm cho hơn 10 triệu lao động và đóng góp hơn 40 ngàn tỷ đồng vào thu nhập quốc gia Vai trò của các làng nghề này rất quan trọng đối với sự phát triển kinh tế xã hội, đặc biệt là trong khu vực nông thôn.
Sản xuất tiểu thủ công nghiệp tại Việt Nam tận dụng nguồn nguyên liệu phong phú và giá thành rẻ, chủ yếu từ các nguyên liệu sẵn có trong nước Các tài nguyên thiên nhiên điển hình của miền nhiệt đới như tre nứa, gỗ, tơ tằm, cùng với các sản phẩm nông nghiệp như lúa gạo, hoa quả, ngô, khoai, sắn và các loại vật liệu xây dựng, đều được sử dụng để phát triển các nghề truyền thống.
Sản phẩm từ các làng nghề không chỉ đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước mà còn xuất khẩu sang nước ngoài với nhiều mặt hàng phong phú và giá trị cao, đặc biệt là thủ công mỹ nghệ, đạt giá trị gần 1 tỷ USD/năm Giá trị hàng hóa từ các làng nghề hàng năm đóng góp từ 40 – 50 ngàn tỷ đồng cho nền kinh tế quốc dân, góp phần chuyển dịch cơ cấu kinh tế và thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa nông thôn.
Phát triển các nghề truyền thống đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra việc làm cho hơn 11 triệu lao động chuyên nghiệp và hàng ngàn lao động nông nhàn tại nông thôn, từ đó nâng cao thu nhập cho người dân.
Nhiều làng nghề hiện nay đang phát triển theo hướng phục vụ du lịch, một xu hướng mới phù hợp với thời đại Hướng đi này không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế cao mà còn giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho người dân, đồng thời phục vụ mục tiêu phát triển bền vững.
Làng nghề chế biến tinh bột sắn
Việt Nam hiện đứng thứ 3 thế giới về xuất khẩu tinh bột sắn, chỉ sau Indonesia và Thái Lan Trong cả nước, có hơn 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn quy mô lớn với công suất từ 50 đến 200 tấn mỗi ngày, cùng với hơn 4.000 cơ sở chế biến thủ công Tổng công suất của các nhà máy chế biến sắn công nghiệp đang được xây dựng có khả năng chế biến khoảng 40% sản lượng sắn toàn quốc.
Quá trình chế biến tinh bột sắn tiêu tốn nhiều nước, chủ yếu cho việc rửa và lọc Trung bình, sản xuất 1 tấn sắn tươi thải ra khoảng 15 m³ nước Sau khi lọc, bột sắn được sấy khô bằng không khí nóng để giảm độ ẩm.
35 - 40% xuống 11 - 13% Quá trình này đòi hỏi nhiều năng lượng Thông thường nhu cầu năng lƣợng điện và năng lƣợng 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]
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 sử dụng thiết bị rửa hình trống quay hoặc máy rửa có guồng, với máy rửa hình trống quay có buồng hình trụ mở, được bọc bằng mắt lưới thô và quay với tốc độ 10 ÷ 15 vòng/phút Thiết bị hoạt động theo mẻ, nguyên liệu được cho vào lồng và nước được tưới vào nhờ bộ phận phân phối nước trong suốt quá trình Khi lồng quay, các củ sắn va chạm với nhau và với thành lồng, giúp tách đất cát và vỏ ra khỏi nguyên liệu.
Sau khi bóc vỏ, củ sắn thường được ngâm trong máng nước để loại bỏ các chất hoà tan trong nguyên liệu nhƣ: độc tố, sắc tố, tanin,…
Sau khi ngâm, sắn được nghiền thành bột nhão, giúp phá vỡ tế bào củ và giải phóng tinh bột Bột nhão sau khi nghiền chứa tinh bột, xơ và các chất hòa tan như đường, khoáng chất, protein, enzym và vitamin.
+ Lọc thô: là công đoạn quan trọng, phải sử dụng nhiều nước có thể lọc thủ công hoặc dùng máy lọc
Lọc thủ công là quy trình sử dụng lưới lọc để tách tinh bột từ bột nhão đã được trộn đều trong nước Trong quá trình này, bột nhão được chà và lọc qua khung lọc, cho phép dịch bột lọc chảy qua lưới vào bể, trong khi bã sắn còn lại sẽ được lọc lần thứ hai để thu hồi tối đa tinh bột.
Máy lọc là thiết bị có cấu trúc thùng quay, trong đó được trang bị lưới lọc và hoạt động theo phương thức gián đoạn theo mẻ Nước và bột nhão được đưa vào thùng, khi thùng quay, bột nhão sẽ được khuấy đều trong nước nhờ cánh khuấy Sữa bột sẽ chảy xuống dưới qua khung lưới lọc trước khi vào bể lắng Lưới lọc giữ lại các hạt bột lớn, phần bột này sẽ được đưa trở lại thiết bị lọc, trong khi phần xơ bã sẽ được xả ra ngoài qua cửa xả bã.
Tinh bột có khả năng lắng và tách biệt dễ dàng, thường hoàn toàn sau 8 đến 15 giờ Sau khi bột lắng, cần tháo nước từ từ để tránh làm xáo trộn tạp chất (bột đen) trên bề mặt Lớp bột đen này được loại bỏ nhằm đảm bảo chất lượng bột thành phẩm Để thu được tinh bột chất lượng cao, tinh bột sắn thô cần được tinh chế lại Cụ thể, bột thô có độ ẩm từ 55 đến 60% sẽ được cho vào bể, sau đó bơm nước với tỷ lệ 1/6 và khuấy đều trước khi để bột lắng.
Tháo nước trong và hớt lớp bột đen nổi lên sau 8 ÷ 15 giờ, có thể rửa từ 3 đến 4 lần để loại bỏ tạp chất Sau khi rửa xong, dùng tro thấm nước và đem bột ra phơi hoặc sấy khô.
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 m 3 /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
Dòng thải 2 là loại nước thải phát sinh trong quá trình lọc sắn, với lưu lượng lớn từ 4,5 đến 5m³ nước thải cho mỗi tấn sắn củ Nước thải này có hàm lượng chất hữu cơ và rắn lơ lửng cao, pH thấp, chứa nhiều xianua, có mùi chua và màu trắng đục.
Nước thải từ quá trình chế biến tinh bột sắn chứa nhiều thành phần hữu cơ như tinh bột, protein, xenluloza, pectin và đường, tất cả đều có nguồn gốc từ củ sắn tươi Những thành phần này là nguyên nhân chính gây ô nhiễm nghiêm trọng cho các dòng nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột sắn.
Nước thải từ quá trình sản xuất tinh bột sắn có pH thấp và chứa hàm lượng cao chất hữu cơ và vô cơ Các đặc điểm này được thể hiện qua hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), cũng như các chất dinh dưỡng như Nitơ (N) và Phospho (P), cùng với các chỉ số về nhu cầu oxy sinh học.
(BOD 5 ), 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 Đơn vị Giá trị QCVN 40:2011, mức B
Dữ liệu cho thấy các chỉ tiêu nước thải vượt xa mức quy định trong QCVN 40:2011/BTNMT cột B, với COD cao hơn 200 lần, BOD vượt gần 500 lần, và tổng nitơ cùng tổng photpho cao hơn 7 lần so với tiêu chuẩn này.
Khi xem xét 52 nhà máy quy mô lớn, lượng nước thải sinh ra hàng ngày vào mùa vụ ước tính khoảng 140.000 m³/ngày, với tải lượng chất rắn lơ lửng (SS) khoảng 1.000 tấn/ngày, BOD khoảng 3.000 tấn/ngày, COD khoảng 5.000 tấn/ngày và lượng chất ni-tơ (CN) khoảng 5 tấn/ngày.
So với nước thải sinh hoạt, nước thải từ ngành chế biến tinh bột sắn có mức độ ô nhiễm hữu cơ cao hơn gấp ít nhất 4 lần Trong khi đó, tổng lượng nước thải sinh hoạt toàn quốc đạt khoảng 2.010.000 m³ mỗi ngày, chiếm 64% tổng lượng nước thải.
Các chất ô nhiễm trong nước thải tinh bột sắn gây ra nhiều tác động tiêu cực:
BOD là chỉ số quan trọng trong việc xác định mức độ ô nhiễm của nước cấp, nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt Khi hàm lượng BOD quá cao, hiện tượng phân hủy yếm khí xảy ra, dẫn đến ô nhiễm nguồn nước, gây hại cho hệ thủy sinh và làm ô nhiễm không khí xung quanh, với tác động lan rộng theo chiều gió.
● COD cho biết mức độ ô nhiễm các chất hữu cơ và vô cơ chứa trong nước thải công nghiệp
Công nghệ xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ cao
Cơ chế của quá trình phân hủy hiếu khí
Cơ chế hoạt động của quá trình phân hủy hiếu khí dựa vào nhóm vi sinh vật hiếu khí, diễn ra trong điều kiện cung cấp oxy liên tục Quá trình này bao gồm ba giai đoạn chính, mỗi giai đoạn được biểu thị qua các phản ứng hóa học khác nhau.
Oxy hóa các chất hữu cơ:
C x H y O z + O 2 → CO 2 + H 2 O + ∆H Tổng hợp tế bào mới:
C x H 1y O z + CO 2 + NH 3 → CO 2 + H 2 O + C 5 H 7 NO 2 - ∆H Phân hủy nội bào:
C 5 H 7 NO 2 + 5 O 2 → 5CO 2 + 2H 2 O + NH 3 (+/-) ∆H Trong 3 phản ứng ∆H là năng lƣợng đƣợc 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 cung cấp oxy chủ yếu thông qua quá trình khuyếch tán không khí qua mặt nước và quang hợp của thực vật Với diện tích lớn và chiều sâu từ 30 mét trở lên, hồ đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng nước và hỗ trợ hệ sinh thái.
50 cm Tải trọng BOD từ 250 – 300 kg/ha.ngày Thời gian lưu nước từ 3 – 12 ngày
Hồ làm thoáng nhân tạo sử dụng khí nén và máy khuấy để cung cấp oxy, hoạt động giống như hồ tùy nghi Chiều sâu của hồ dao động từ 2 đến 4,5 mét, với tải trọng BOD đạt 400 kg/ha/ngày và thời gian lưu nước từ 1 đến 3 ngày.
Hình 1.2 Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi sinh vật trong hồ hiếu khí
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]
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]
Dưới tác động của enzym hydrolaza do vi sinh vật tiết ra, các hợp chất hữu cơ phức tạp như protein, gluxit, và lipit được phân giải thành các chất hữu cơ đơn giản hơn, bao gồm đường, peptit, glyxerin, axít amin và axít béo.
Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men axít hữu cơ [22,43]
Sản phẩm thủy phân được vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa, tiếp tục phân giải yếm khí để tạo thành các axít hữu cơ có phân tử lượng nhỏ như axít propionic, axít butyric, và axít axetic, cùng với các rượu, andehyt, axeton và một số axít amin Trong giai đoạn này, BOD 5 và COD không giảm đáng kể, nhưng pH của môi trường có thể giảm mạnh.
Sự lên men axit lactic:
Giai đoạn 3: Lên men tạo axit axetic
Các sản phẩm lên men phân tử lƣợng lớn nhƣ axit béo, axit lactic s đƣợc từng bước chuyển hoá thành axit axetic:
Giai đoạn 4 trong quá trình xử lý yếm khí, hay còn gọi là giai đoạn mêtan hoá, là giai đoạn quan trọng nhất, đặc biệt khi thu biogas Hiệu quả xử lý cao khi các sản phẩm trung gian được khí hoá hoàn toàn Dưới tác động của vi khuẩn lên men mêtan, các axit hữu cơ sẽ trải qua quá trình decacboxyl hoá để tạo ra khí mêtan Trong xử lý yếm khí, khí mêtan được hình thành chủ yếu qua hai cơ chế: khử CO2 và decacboxyl hoá.
Khoảng 70% CH4 đƣợc tạo thành do decacboxyl hoá axit hữu cơ và các chất trung tính
Khoảng 30% CH 4 đƣợc tạo thành do khử CO 2
+ 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 một hệ thống xử lý kỵ khí cơ bản, với thời gian lưu thủy lực (HRT) và thời gian lưu bùn (SRT) dao động từ 15 đến 40 ngày Thời gian này đảm bảo cung cấp đủ thời gian lưu cho quá trình vận hành và sự ổn định của hệ thống.
Thiết bị khuấy trộn hoàn toàn không hồi lưu bùn là lựa chọn tối ưu cho chất thải có nồng độ chất rắn cao, nhưng một nhược điểm là chỉ có thể xử lý dòng chất thải đặc với COD từ 8000 đến 50000 mg/L Nhiều loại chất thải khác lại loãng hơn, dẫn đến tải lượng COD trên mỗi đơn vị thể tích thấp, làm giảm hiệu quả chi phí của công nghệ xử lý kỵ khí Tải lượng hữu cơ đặc trưng (OLR) cho thiết bị này thường dao động từ 1-5 kg COD/m³.ngày.
Bể UASB (Upward – flow Anaerobic Sludge Blanket)
Bể UASB, được phát minh bởi Lettinga và các cộng sự vào năm 1980, là một trong những tiến bộ nổi bật trong công nghệ xử lý kỵ khí Ban đầu, công nghệ này được áp dụng để xử lý nước thải sinh hoạt, sau đó đã được mở rộng để xử lý nước thải công nghiệp.
Bể UASB thường được xây dựng bằng bê tông cốt thép với hình dạng chữ nhật Để tăng hiệu quả tách khí khỏi nước thải, người ta lắp đặt thêm tấm chắn khí có độ nghiêng.
Nước thải được điều chỉnh pH và dinh dưỡng sẽ được dẫn vào đáy bể với độ nghiêng ≥ 35 độ so với phương ngang, và tải lượng COD thiết kế thường dao động từ 4 – 15 kg/m³/ngày Nước thải sau đó di chuyển lên trên với vận tốc từ 0,6 – 0,9 m/h qua lớp bùn kỵ khí, nơi diễn ra quá trình phân hủy sinh học kỵ khí.
Khí sinh học được hình thành khi các hạt bùn nổi lên và va vào thành thiết bị tách 3 pha khí-lỏng-rắn (bùn) dạng hình nón lật ngược Quá trình này giúp giải phóng các bọt khí lên trên, trong khi các hạt bùn lại rơi trở lại lớp đệm bùn.
Bể CIGAR (Covered In-Ground Anaerobic Reactor) [35]
Bể CIGAR thực chất là một hồ kỵ khí có thu hồi khí sinh học Hồ đƣợc bao phủ toàn bộ bề mặt và lót đáy bằng bạt HPDE
Lớp bạt HPDE tạo ra điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt, ngăn chặn khí sinh học phát tán ra môi trường Việc lắp đặt lớp lót đáy HPDE là cần thiết tùy thuộc vào mực nước ngầm của khu xử lý, nhằm chống rò rỉ nước thải và bảo vệ đất cũng như nước ngầm khỏi ô nhiễm.
Trước khi vào bể CIGAR, nước thải được dẫn vào bể lắng để giảm lượng chất rắn lơ lửng và cặn, nhằm tối ưu hóa hiệu quả của quá trình phân hủy kỵ khí trong bể CIGAR Thời gian lưu nước thải trong bể này khoảng 30 ngày.
Toàn bộ lƣợng khí sinh học (mêtan chiếm 55 – 70% ) hình thành đƣợc thu hồi nhờ hệ thống ống dẫn khí lắp đặt bên trong bể CIGAR
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học
Điều kiện nước thải phải đưa vào xử lý sinh học [22]
Phương pháp xử lý sinh học nước thải sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm Để đảm bảo hiệu quả, môi trường sống của quần thể vi sinh vật cần đáp ứng các điều kiện thiết yếu.
Nước thải không chứa chất độc có khả năng giết chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ vi sinh Cần chú ý đến hàm lượng kim loại nặng, được xếp theo mức độ độc hại như sau: Antimon (Sb) có độ độc cao nhất, tiếp theo là Bạc (Ag), Đồng (Cu), Thủy ngân (Hg), Cobalt (Co), Niken (Ni), Chì (Pb), Crom (Cr 3+), Vanadi (V), Cadimi (Cd), Kẽm (Zn) và Sắt (Fe).
Các ion kim loại thường có nồng độ vi lượng từ vài phần triệu đến vài phần nghìn, đóng vai trò tích cực trong sự sinh trưởng của vi sinh vật Chất hữu cơ trong nước thải cung cấp nguồn dinh dưỡng carbon và năng lượng cần thiết cho vi sinh vật, trong đó các hợp chất như hidrát cacbon, protein và lipid hòa tan là những nguồn dinh dưỡng quan trọng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí [22]
Oxy (O₂) là thành phần thiết yếu trong các công trình xử lý hiếu khí, vì vậy cần đảm bảo cung cấp liên tục lượng O₂ đầy đủ Đồng thời, hàm lượng O₂ hòa tan trong nước sau bể lắng đợt II phải đạt tối thiểu 2mg/l.
Nồng độ các chất hữu cơ trong nước thải cần phải thấp hơn ngưỡng cho phép, vì nếu vượt quá mức cho phép sẽ ảnh hưởng xấu đến hoạt động sống của vi sinh vật tham gia xử lý Do đó, việc kiểm tra các chỉ số BOD và COD là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng nước thải.
Hỗn hợp nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt trước khi vào bể lọc sinh học cần đảm bảo chỉ số BOD không vượt quá 500mg/l Nếu sử dụng bể hiếu khí, chỉ số BOD cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo hiệu quả xử lý.
Nước thải có chỉ số BOD vượt quá 1000mg/l cần phải được xử lý trước khi thải ra môi trường Để đảm bảo an toàn, có thể sử dụng nước thải đã qua xử lý hoặc pha loãng với nước sông.
Nồng độ các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật trong xử lý nước thải phụ thuộc vào hàm lượng cơ chất hữu cơ, với tỉ lệ tối ưu là COD:N:P = 150:5:1 Nếu thời gian xử lý kéo dài 20 ngày đêm, tỉ lệ BOD:N:P nên điều chỉnh thành 200:5:1 Để duy trì sự cân bằng dinh dưỡng, có thể sử dụng NH4OH, urê và các muối amôn làm nguồn nitơ, cùng với các muối phốt phát và super phốt phát làm nguồn phospho.
Bảng 1.2 Nồng độ các chất dinh dƣỡng cần thiết BOD của nước thải
Nồng độ Nitơ trong muối amôn (mg/l)
Nồng độ phốt pho trong
Ngoài nitơ và phospho, các yếu tố dinh dưỡng khoáng khác như kali (K), canxi (Ca) và lưu huỳnh (S) trong nước thải thường đủ để đáp ứng nhu cầu của vi sinh vật, do đó không cần bổ sung thêm.
Các yếu tố môi trường như pH và nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của vi sinh vật trong hệ thống xử lý Thực nghiệm cho thấy, pH tối ưu cho quá trình phân giải của vi sinh vật trong bể xử lý hiếu khí là từ 6,5 đến 8,5 Nhiệt độ của nước thải trong các công trình xử lý thường dao động từ 6°C đến 37°C.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kỵ khí
Việc phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật trong điều kiện kỵ khí tạo ra khí mêtan, tuy nhiên, quá trình này cần cung cấp đầy đủ dinh dưỡng, đặc biệt là cacbon và nitơ Thiếu hụt các chất dinh dưỡng cần thiết sẽ hạn chế sản xuất khí sinh học, với tỉ lệ C/N lý tưởng khoảng 20-30/1 Nếu hàm lượng nitơ không đủ, sinh khối tạo thành sẽ thấp, không đáp ứng được tốc độ chuyển hóa cacbon Ngược lại, nước thải giàu nitơ sẽ ức chế mạnh các vi khuẩn mêtan hóa trong quá trình khử amin thành NH4+.
Trong giai đoạn thủy phân và lên men axit hữu cơ khoảng pH tối ƣu là 5 – 7, còn trong giai đoạn mêtan hóa thì pH = 6,8 – 7,2 Chỉ có loài vi khuẩn
Methanosarcina có khả năng chịu đựng pH thấp, cụ thể là pH ≤ 6,5 Trong khi đó, các vi khuẩn sinh mêtan khác thường gặp khó khăn trong quá trình trao đổi chất khi pH giảm xuống dưới 6,7.
Nghiên cứu cho thấy pH tối ưu cho cả hai quá trình lên men nằm trong khoảng 6,5 – 7,5 Tuy nhiên, thực tế cho thấy có những kỹ thuật cho phép lên men hiệu quả ở pH từ 7,5 đến 7,8.
Nhiệt độ có tác động trực tiếp đến hoạt động chuyển hóa của vi sinh vật, với dải nhiệt độ tối ưu cho quá trình phân hủy nằm trong khoảng 30 – 55 độ C Khi nhiệt độ giảm xuống dưới 10 độ C, vi sinh vật sản sinh metan gần như không hoạt động.
Qua tìm hiểu đặc điểm sinh lý các vi sinh vật tham gia xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí, người ta nhận thấy:
Một số hợp chất như CCl4, CHCl3 và các ion tự do của kim loại nặng với nồng độ 1mg/l cho thấy tính độc hại đối với vi sinh vật kỵ khí.
+ Các hợp chất nhƣ formadehyde, SO 2 , H 2 S với nồng độ 50 - 400mg/l s gây độc hại với các vi sinh vật kỵ khí trong công trình xử lý [26]
2-đƣợc coi là tác nhân gây ức chế quá trình tạo mêtan Sở dĩ có lập luận này là do nhiều nguyên nhân khác nhau: S
2- làm kết tủa các nguyên tố vi lƣợng nhƣ
Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ lên men mêtan nước thải tinh bột sắn trên thế giới và Việt Nam
Các nghiên cứu và ứng dụng công nghệ lên men mêtan nước thải tinh bột sắn trên thế giới: 23
Theo thống kê của IEA năm 2006, 88% nhu cầu năng lượng nhiệt và điện toàn cầu được đáp ứng bởi nguồn năng lượng không tái tạo, chủ yếu là dầu mỏ và khí ga tự nhiên, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và đang dần cạn kiệt Sự thiếu hụt năng lượng toàn cầu đã dẫn đến sự quan tâm ngày càng tăng đối với công nghệ lên men mêtan như một phương pháp sản xuất năng lượng Ủy ban Nghị viện châu Âu kêu gọi tăng cường nghiên cứu về việc sử dụng khí sinh học như một nhiên liệu sinh học, không chỉ để sản xuất điện và nhiệt mà còn để cung cấp vào mạng lưới khí đốt tự nhiên Nghiên cứu gần đây đã tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình lên men kị khí từ các nguồn sinh khối như chất thải nông nghiệp và đô thị để sản xuất khí mêtan Tại Liên minh châu Âu, sản lượng khí sinh học đã đạt hơn 6 triệu tấn vào năm 2007 và tăng 20% hàng năm Việc sản xuất khí sinh học từ chất thải nông nghiệp, động vật và đô thị có tiềm năng trở thành nguồn năng lượng tái tạo thay thế cho nhiều nước châu Phi, nếu được nghiên cứu và áp dụng công nghệ phù hợp với điều kiện địa phương.
Lên men mêtan là quá trình phân hủy phức tạp diễn ra trong điều kiện kị khí, trong đó các vi sinh vật kị khí cộng sinh giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ cao phân tử thành các thành phần hóa học đơn giản Sản phẩm chính của quá trình này là mêtan và các-bô-nic.
Công nghệ này mang lại nhiều lợi thế, bao gồm chi phí thấp nhờ tiêu thụ ít năng lượng, tiết kiệm không gian và giảm lượng bùn thải so với các phương pháp hiếu khí truyền thống, với mức sử dụng đạt 10%.
Hình 1.6 Các ngành công nghiệp sử dụng công nghệ kị khí xử lý nước thải và các thiết bị đƣợc sử dụng
Các ngành chế biến thực phẩm và đồ uống quan trọng bao gồm lò giết mổ, chế biến sữa, chế biến cá, tinh luyện đường, sản xuất cà phê, nhà máy bia rượu và sản xuất tinh bột Những ngành này đóng vai trò thiết yếu trong chuỗi cung ứng thực phẩm, cung cấp các sản phẩm đa dạng và chất lượng cho người tiêu dùng.
Nhà máy sản xuất cà phê San Juanillo ở Costa Rica sử dụng công nghệ xử lý kị khí truyền thống để xử lý nước thải với công suất 4000 kg COD/ngày, đạt hiệu quả xử lý 80% COD Khí sinh học thu được đạt tối đa 1000 m³/ngày và được đốt trong lò để tạo nhiệt sấy cà phê, bổ sung cho nguồn nhiên liệu truyền thống là củi đốt.
Một nhà máy tinh luyện đường thuộc Hiệp hội công nghiệp đường Ai Cập xả thải khoảng 14.000 mg BOD/l và 25.000 mg COD/l, sử dụng hệ thống xử lý kị khí - hiếu khí hai giai đoạn Sau khi tách cặn, lắng cát, tách dầu mỡ và trung hòa, nước thải được đưa vào bể mêtan để phân hủy các hợp chất hữu cơ, tạo ra khí mêtan Nước thải sau đó được tích trữ trong bể kị khí và hiếu khí, tiếp tục trải qua quá trình xử lý bậc 3 bằng than hoạt tính và bể tạo bông tách bùn, nhằm loại bỏ phần COD còn lại trong nước.
Giấy và bột giấy Hóa học
Hồ kị khí có khả năng khử thải bằng các tác nhân oxy hóa mạnh như Cl2 hoặc H2O2, giúp giảm COD của nước đầu ra xuống dưới 40 mg/l, theo nghiên cứu của Banks CJ và các cộng sự.
Nghiên cứu năm 1996 cho thấy việc sử dụng bể UASB để xử lý nước thải công nghiệp sản xuất kem mang lại hiệu quả tốt, với nồng độ COD tối ưu trong khoảng 11 đến 23 g/l Hệ thống đạt được sự ổn định khi thời gian lưu thủy lực là 5 ngày.
Nghiên cứu cho thấy nước thải và chất thải từ sản xuất bánh quy và sô cô la chứa nhiều chất béo và hydrat-cacbon dễ phân hủy sinh học Những chất này có thể được xử lý bằng phương pháp phân hủy kị khí, từ đó tạo ra khí sinh học có thể sử dụng trong quy trình sản xuất bánh quy và sô cô la.
Công nghệ lên men mêtan đang được ứng dụng trong ngành sản xuất phô mai, đặc biệt tại Đại học Sardar Patel, Ấn Độ Tại đây, các nhà nghiên cứu sử dụng bể kị khí màng sinh học cố định dòng chảy ngược (Anaerobic Upflow Fixed-film Bioreactor) để sản xuất khí mêtan sinh học Kết quả cho thấy, thể tích khí tối đa đạt được là 3,3 lít khí mêtan trên mỗi lít thiết bị mỗi ngày, với hàm lượng mêtan lên tới 69%, trong điều kiện thời gian lưu thủy lực là 2 ngày và nhiệt độ 40ºC.
Một nghiên cứu kéo dài 3 tháng với quy mô pilot đã áp dụng thiết bị kị khí màng sinh học cố định dòng chảy ngược để xử lý nước thải công nghiệp sữa, đạt được hiệu quả loại bỏ COD 85% và BOD 90% ở tải lượng 6kg COD/m³/ngày Năng suất mêtan đạt từ 0,32-0,34 m³/kg COD phân hủy, với hệ thống sản xuất khoảng 770 l khí mêtan mỗi ngày, đủ để cung cấp toàn bộ năng lượng cần thiết cho bơm và khuấy trộn.
Công nghệ lên men mêtan có tiềm năng lớn trong xử lý nước thải từ ngành chế biến thực phẩm và thu hồi khí mêtan sinh học Lượng khí mêtan thu hồi dao động từ 250-300 m³/tấn COD bị phân hủy, phụ thuộc vào hàm lượng COD đầu vào, loại cơ chất, thiết bị và điều kiện vận hành Hiệu suất loại bỏ COD thường đạt từ 80-95%, như thể hiện trong Bảng 1.3.
UASB 450 2,1 80 - (Del Nery và cộng sự,
- 94-99 0,31 (Antonopoul ou và cộng sự, 2008)
Nhiều nghiên cứu về ứng dụng công nghệ lên men mêtan đối với nước thải chế biến tinh bột sắn đã được thực hiện trong nhiều năm qua tại các quốc gia sản xuất tinh bột sắn lớn như Thái Lan, Indonesia và Brazil, với các quy mô và điều kiện thử nghiệm đa dạng.
Nghiên cứu của Walairat và cộng sự cho thấy, khi sử dụng 110 ml huyết thanh ở nhiệt độ phòng (30ºC) với 3g COD/l nước thải tinh bột sắn, hiệu suất sinh khí đạt 330 ml mêtan/g COD đầu vào, tương đương 85% so với giá trị lý thuyết, trong đó tỉ lệ mêtan đạt 58%.
Một nghiên cứu phòng thí nghiệm đã được thực hiện với bình phản ứng dòng liên tục kị khí có thể tích 16,2 lít, nhiệt độ duy trì ở 33±1ºC Thời gian lưu thủy lực được thay đổi từ 6 đến 13 ngày, cho thấy khả năng xử lý COD đạt từ 95,3% đến 99,2% Bên cạnh đó, thể tích khí biogas đạt tối đa 0,82 lít/gCOD tại tải lượng 1,59 gCOD/l thể tích thiết bị/ngày.
Các nghiên cứu và ứng dụng công nghệ lên men mêtan nước thải tinh bột sắn ở Việt Nam: 28
Trong hơn 20 năm qua, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về xử lý nước thải tinh bột sắn tại Việt Nam Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu chỉ chú trọng vào hiệu quả xử lý nước thải mà chưa xem xét nhiều đến khả năng thu hồi khí mêtan sinh học từ quá trình vận hành.
Trước đây, các nhà máy sản xuất tinh bột sắn tại Việt Nam chủ yếu áp dụng hệ thống ao hồ sinh học mở để xử lý nước thải Mặc dù phương pháp này đơn giản và chi phí thấp, nhưng hiệu quả xử lý không cao, dẫn đến nước thải sau xử lý vẫn không đạt tiêu chuẩn xả thải Hơn nữa, quy trình này còn gây ra mùi hôi thối khó chịu cho khu vực xung quanh và thải ra một lượng khí methane, carbonic vào môi trường.
Nghiên cứu của P.G Hien và cộng sự chỉ ra rằng hệ thống xử lý nước thải bao gồm bể lắng sơ cấp, bể UASB, bể hiếu khí tăng cường và hệ thống mương ôxy hóa có khả năng xử lý hiệu quả Với tải lượng hữu cơ tại bể UASB đạt 40,35 kgCOD/m³.ngày, hiệu suất xử lý nước thải lên tới 90-95%, cho phép nước thải đầu ra được tái sử dụng cho tưới tiêu nông nghiệp hoặc tuần hoàn trong nhà máy.
Nghiên cứu của Huỳnh Ngọc Phương Mai về bể UASB cho thấy khả năng xử lý nước thải tinh bột sắn với tải lượng lên đến 42 kgCOD/m³.ngày Hiệu quả xử lý đạt từ 82-93% và năng suất sinh khí đạt 330 l/kgCOD phân hủy.
Nghiên cứu của Nguyễn Thị Sơn và Nguyễn Thị Thu Hà đã chỉ ra tiềm năng tận thu khí sinh học từ xử lý nước thải tinh bột sắn thông qua thử nghiệm với bể UASB dung tích 38 lít Bể này có thể xử lý tải trọng COD lên tới 6g/l.ngày, đạt năng suất sinh khí từ 0,41-0,55 l/gCOD và hiệu suất xử lý vượt 97% Đặc biệt, khi bổ sung một số nguyên tố vi lượng, năng suất sinh khí tăng lên 20%.
Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
Vị trí địa lý
Hình 2.1 Sơ đồ vị trí 3 xã Minh Khai, Dương Liễu, Cát Quế, huyện Hoài Đức,
Ba xã Minh Khai, Dương Liễu và Cát Quế nằm ở phía Tây Bắc huyện Hoài Đức, Hà Nội, có tổng cộng hơn 7000 hộ dân và diện tích tự nhiên gần 1000 ha Các xã này cách trung tâm Hà Nội khoảng một khoảng cách nhất định, tạo nên một khu vực phát triển với nhiều tiềm năng.
20 km Giao thông ở đây chủ yếu là tuyến đê tả ngạn sông Đáy, thông với quốc lộ
Làng nghề CBNSTP, nằm ở cửa ngõ thủ đô Hà Nội, đã tận dụng lợi thế từ việc Hà Tây sáp nhập vào Hà Nội để phát triển mạnh mẽ Vị trí này không chỉ giúp tăng cường thị trường tiêu thụ sản phẩm mà còn thu hút các chính sách đầu tư của Nhà nước về vốn và công nghệ.
Địa hình, khí hậu
Địa hình vùng làng nghề không bằng phẳng, thấp dần từ bờ đê sông Đáy xuống cánh đồng theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, chia thành miền trong đê và ngoài đê, hiện nay gọi là miền đồng và miền bãi Dòng chảy kênh mương bắt đầu từ Minh Khai, qua Dương Liễu và xuống Cát Quế Địa hình bằng phẳng tạo điều kiện thuận lợi cho xây dựng cơ sở sản xuất và cư trú Khu vực này được bồi đắp bởi phù sa của sông Đáy và sông Nhuệ, rất thích hợp cho việc trồng lúa và hoa màu, nguyên liệu chính của làng nghề Tuy nhiên, nền đất dễ thấm nước khiến nguồn nước thải từ làng nghề dễ xâm nhập vào nguồn nước ngầm, gây khó khăn cho công tác quản lý môi trường.
Khí hậu vùng làng nghề mang đặc điểm chung của khí hậu Đồng bằng Bắc
Khu vực này có khí hậu nhiệt đới gió mùa, với đặc điểm nắng nhiều và mưa nhiều Mùa mưa diễn ra từ tháng 5 đến tháng 10, trùng với thời kỳ gió Đông Nam Ngược lại, mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, theo hướng gió Đông Bắc Nhiệt độ trung bình hàng năm đạt khoảng 24°C Các tháng thuận lợi cho chế biến nông sản do có nắng và ít mưa là tháng 5, 6 và 10.
Biên độ dao động nhiệt giữa tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất là 13°- 14° Tổng lƣợng nhiệt đạt 8400- 8600°C Lƣợng mƣa trung bình năm là 1600- 1800mm
Hướng gió chủ đạo là Đông Bắc và Đông Nam, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chế biến nông sản, đặc biệt trong các công đoạn phơi và làm khô sản phẩm, góp phần nâng cao hiệu quả cho nông nghiệp.
Điều kiện kinh tế-xã hội
a Dân số, Lao động và Mức sống
Tính đến cuối năm 2007, xã Minh Khai có 1.277 hộ với 5.376 khẩu, trong đó 3.000 người trong độ tuổi lao động, khoảng 1.000 người tham gia làm nghề Gần 700 hộ trong xã tham gia sản xuất kinh doanh, với cơ cấu kinh tế phát triển theo hướng công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp - thương mại dịch vụ và nông nghiệp Điều này không chỉ tạo công ăn việc làm cho cư dân địa phương mà còn thu hút lao động từ các tỉnh khác như Phú Thọ và Vĩnh Phúc.
2012 đạt 28,5triệu đồng/người/năm.Về địa bàn hành chính xã chia làm 02 thôn, 10 xóm chạy dọc theo tuyến đê Tả Đáy
Dương Liễu, xã có dân số hơn 12 ngàn người, với 14 cụm dân cư, trong đó 4 xóm vùng bãi và 10 xóm vùng đồng, sở hữu diện tích đất nông nghiệp chưa đầy 300ha, là một trong những xã có bình quân đất nông nghiệp thấp nhất huyện Hoài Đức Tính đến tháng 6/2012, trong số 3036 hộ dân, có 2700 hộ tham gia chế biến nông sản Ngành công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, thương mại và dịch vụ tại địa phương đã tạo ra nhiều việc làm, thu hút lao động từ các khu vực khác Nghề chế biến nông sản đã cung cấp việc làm cho 8.500 lao động trong xã và 300-500 lao động từ nơi khác, với thu nhập bình quân đầu người đạt 15 triệu đồng/năm Thu nhập bình quân mỗi hộ đạt 66 triệu đồng/năm.
Xã Cát Quế được chia thành khu vực làng và đồng bằng, với sáu khu dân cư trong khu vực làng (1, 2, 3, 4, 5, 6) nơi người dân tự nuôi và chế biến thực phẩm như bún, bánh, kẹo và rượu Khu vực đồng bằng gồm ba thôn: Tháp Thượng, Cát Ngòi và Tam Hợp, trong đó Tam Hợp có hai khu dân cư (8 và 9) chủ yếu chăn nuôi lợn, chế biến rượu, bánh kẹo và hoạt động kinh doanh nông nghiệp Cư dân Cát Ngòi chủ yếu trồng rau và chăn nuôi lợn, trong khi Tháp Thượng tập trung vào chăn nuôi và làm vườn Cát Quế có diện tích 410 ha, dân số lớn thứ hai huyện Hoài Đức với 3.300 hộ gia đình, nhưng mật độ dân số thấp Đến cuối năm 2012, xã có 28 doanh nghiệp và hàng trăm cơ sở sản xuất nhỏ, tạo việc làm cho trên 2.000 lao động Nhờ phát triển nghề truyền thống, thu nhập bình quân đầu người năm 2012 đạt 24 triệu đồng, tỷ lệ hộ nghèo chỉ còn 5%.
Tổng giá trị sản xuất, kinh doanh xã Minh Khai năm 2007 đạt 157,5 tỷ đồng; so với năm 2006 tăng 17,5 tỷ đồng Trong đó:
+ Công nghiệp – xây dựng: 126,5 tỷ đồng
+ Thương mại dịch vụ: 21 tỷ đồng
Cơ cấu kinh tế: Công nghiệp = 80,3%, thương mại dịch vụ = 13,3%, nông nghiệp = 6,4%
Tổng thu nhập kinh tế xã Dương Liễu năm 2008 đạt 120 tỷ đồng, tăng trưởng kinh tế đạt khoảng 11,7 % trong đó:
+ Ngành nông nghiệp đạt 19,6 tỷ đồng chiếm tỷ trọng 16,3%
Ngành Công nghiệp- Tiểu thủ công nghiệp đạt 68,4 tỷ đồng, chiếm 57% tổng sản phẩm, trong khi Ngành Thương mại- dịch vụ đạt 32 tỷ đồng, chiếm 26,7% Các sản phẩm từ làng nghề ngày càng đa dạng, bao gồm miến, bún, phở khô, bánh kẹo và mạch nha, với nguyên liệu chính là tinh bột sắn và tinh bột dong Những sản phẩm này không chỉ phục vụ thị trường trong nước mà còn được xuất khẩu sang nhiều quốc gia như Lào, Campuchia, Trung Quốc và Nga.
Theo thống kê năm 2008, toàn xã Minh Khai có 700 hộ sản xuất kinh doanh, bao gồm:
+ Hộ làm miến dong: 48 hộ
+ Hộ làm bún, phở khô: 205
+ Hộ tách vỏ đỗ xanh: 12
+ Hộ sản xuất bột sắn, dong giềng thô: 20
+ Hộ sản xuất bột sắn tinh: 60
+ Hộ sản xuất bánh kẹo: 35
+ Hộ thương mại dịch vụ: 147
+ Còn lại là hộ nông nghiệp
Tính đến cuối tháng 12/2008, xã Dương Liễu có 38 công ty hoạt động trong lĩnh vực chế biến nông sản và hơn 20 doanh nghiệp tư nhân, cùng với khoảng 500 hộ gia đình sản xuất kinh doanh quy mô vừa Hơn 40% số hộ trong xã chuyên về chế biến nông sản, trải rộng trên 14 xóm, với tổng số hộ hoạt động trong ngành công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và các dịch vụ liên quan đến chế biến nông sản chiếm hơn 70% Đặc biệt, có khoảng 300 hộ sản xuất tinh bột sắn và 50 hộ sản xuất tinh bột dong, với tổng sản lượng tinh bột sắn hàng năm đạt từ 60.000 đến 70.000 tấn và tinh bột dong khoảng 20.000 tấn.
Xã Cát Quế, riêng chế biến tinh bột có 50 hộ sản xuất theo mùa vụ từ tháng
10 năm trước đến tháng 2 năm sau, 20 hộ làm miến, 8 hộ làm nha và 5 hộ chuyên bóc vỏ đậu với quy mô 2 tấn/ngày.
2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu
Tiến hành thu thập các số liệu, dữ liệu, thông tin có sẵn liên quan đến nội dung của đề tài nghiên cứu
+ Số liệu về vị trí địa lý, đặc điểm dân cƣ, tình hình phát triển kinh tế - xã hội của làng nghề Minh Khai, Dương Liễu, Cát Quế
+ Thông tin hiện trạng môi trường làng nghề
+ Tài liệu khác có liên quan: sách, khóa luận, luận văn, báo cáo, bài báo khoa học…
+ Tham khảo thông tin, tài liệu trên internet
2.2.2 Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế
Phiếu điều tra thu đƣợc bằng cách đến và phỏng vấn trực tiếp tới các hộ sản xuất
Nội dung của phiếu bao gồm:
- Ngành sản xuất (sản phẩm)
- Lƣợng nguyên liệu chính sử dụng
Trong cuộc khảo sát, đã phát ra 93 phiếu và thu vào 93 phiếu từ các hộ sản xuất chế biến nông sản thực phẩm trong khu vực Điều tra thực địa nhằm xác định nguồn thải nước thải từ quá trình sản xuất tinh bột sắn.
Lấy mẫu nước thải được thực hiện tại các kênh mương xả chung của các làng nghề và trong các công đoạn sản xuất, theo phương pháp TCVN 5999: 1995 (ISO 5667-10: 1992) Quá trình lấy mẫu diễn ra trong 3 đợt từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2012 để phục vụ cho việc phân tích.
Thực nghiệm được thực hiện với thiết bị lên men mêtan khuấy trộn liên tục có thể tích 12 m³, nằm trong hệ thống thử nghiệm xử lý nước thải tinh bột sắn tại xã Cát Quế Các công việc tiến hành bao gồm việc kiểm tra hiệu quả xử lý và khả năng sản xuất khí mêtan từ nước thải.
Vận hành và khảo sát quá trình khởi động của hệ;
Vận hành hệ thống với nước thải thực tế, chúng tôi đã theo dõi và đánh giá các thông số ảnh hưởng đến quá trình sinh khí Tải lượng COD được thử nghiệm ở mức 1,3; 2,1 và 2,8 kgCOD/m³/ngày, tương ứng với các thời gian lưu là 30, 20 và 10 ngày.
Các chỉ tiêu như COD, T-N, T-P, TS, VS, SS, VSS, độ kiềm tổng và VFA được phân tích theo các phương pháp trong “Standard methods of examination for water and wastewater” Đo pH được thực hiện bằng máy đo nhanh chất lượng nước kết hợp với điện cực.
- Thể tích ghi chép hàng ngày bằng đồng hồ đo lưu lượng và chất lượng biogas đƣợc đo bằng máy Geotech Biogas 5000
2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu
Tất cả dữ liệu thu thập từ phiếu điều tra và kết quả phân tích tại phòng thí nghiêm đƣợc xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel.
Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế
Phiếu điều tra thu đƣợc bằng cách đến và phỏng vấn trực tiếp tới các hộ sản xuất
Nội dung của phiếu bao gồm:
- Ngành sản xuất (sản phẩm)
- Lƣợng nguyên liệu chính sử dụng
Trong một cuộc khảo sát, 93 phiếu phát ra và 93 phiếu thu vào đã được sử dụng để phỏng vấn các hộ sản xuất chế biến nông sản thực phẩm trong khu vực Mục tiêu của điều tra là xác định nguồn thải nước thải từ quá trình sản xuất tinh bột sắn.
Việc lấy mẫu nước thải được thực hiện tại các kênh mương xả chung của các làng nghề và trong các công đoạn sản xuất, theo phương pháp TCVN 5999: 1995 (ISO 5667-10: 1992) Quá trình này diễn ra trong ba đợt từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2012 để phục vụ cho công tác phân tích.
Thực nghiệm được tiến hành với thiết bị lên men mêtan khuấy trộn liên tục có thể tích 12 m³, nằm trong hệ thống thử nghiệm xử lý nước thải tinh bột sắn tại xã Cát Quế Các công việc thực hiện bao gồm việc kiểm tra hiệu quả xử lý nước thải và tối ưu hóa quy trình lên men.
Vận hành và khảo sát quá trình khởi động của hệ;
Trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải thực tế, chúng tôi đã theo dõi và đánh giá các thông số ảnh hưởng đến quá trình sinh khí Tải lượng COD được thử nghiệm là 1,3; 2,1 và 2,8 kgCOD/m³/ngày, tương ứng với các thời gian lưu là 30, 20 và 10 ngày.
Các chỉ tiêu như COD, T-N, T-P, TS, VS, SS, VSS, độ kiềm tổng và VFA được phân tích theo các phương pháp trong "Standard methods of examination for water and wastewater" Đo pH được thực hiện bằng máy đo nhanh chất lượng nước và điện cực.
- Thể tích ghi chép hàng ngày bằng đồng hồ đo lưu lượng và chất lượng biogas đƣợc đo bằng máy Geotech Biogas 5000
2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu
Tất cả dữ liệu thu thập từ phiếu điều tra và kết quả phân tích tại phòng thí nghiêm đƣợc xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel.
Phương pháp xử lý số liệu
Tất cả dữ liệu thu thập từ phiếu điều tra và kết quả phân tích tại phòng thí nghiêm đƣợc xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel.
Kết quả khảo sát hiện trạng nước thải và quản lý nước thải tại làng nghề Minh Khai, Dương Liễu, Cát Quế- Hoài Đức- Hà Nội
Kết quả khảo sát hiện trạng nước thải
Các hoạt động sản xuất phi nông nghiệp tại địa phương chủ yếu bao gồm sản xuất tinh bột từ sắn và dong, chế biến mạch nha, sơ chế vừng, lạc, đỗ xanh, cũng như sản xuất miến, bún khô và bánh kẹo Ngoài ra, một số nghề mới như thêu ren và làm gạch đã xuất hiện, mặc dù sản lượng hiện tại vẫn còn hạn chế.
Làng nghề chế biến nông sản thực phẩm chủ yếu sử dụng nguyên liệu từ ngành trồng trọt, bao gồm sắn củ, dong củ, vừng, lạc, đỗ xanh, khoai, ngô và một số phụ phẩm khác.
Sản xuất phi nông nghiệp tại khu vực này chủ yếu diễn ra dưới hình thức nhỏ lẻ và phân tán, với tổ chức sản xuất chủ yếu theo hộ gia đình Các cơ sở sản xuất thường đặt tại khu nhà ở và chưa có hệ thống phân loại nước thải cho cả sản xuất lẫn sinh hoạt.
Các hoạt động chính của CBNSTP bao gồm rửa, bóc, tách vỏ nguyên liệu; nghiền, xay các loại củ như dong, sắn, đỗ; ngâm, ủ, lọc bột dong và sắn; phơi sấy sản phẩm; và vận chuyển nguyên liệu cũng như sản phẩm Do đó, nước thải từ quá trình này thường có hàm lượng hữu cơ cao, với chỉ số BOD và COD vượt xa tiêu chuẩn cho phép hàng chục đến hàng trăm lần.
Kết quả phân tích đặc tính nước thải từ sản xuất tinh bột sắn tại các kênh thải của ba làng trong khoảng thời gian từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2012 được trình bày chi tiết trong bảng 3.1 dưới đây.
Bảng 3.1 Kết quả phân tích nước thải sản xuất tinh bột sắn của 3 làng nghề
Minh Khai, Dương Liễu, Cát Quế, Hà Nội
*: nước thải hòa lẫn vào kênh chung bao gồm nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt
Nước thải từ sản xuất tinh bột sắn tại các làng nghề có pH rất thấp, dao động từ 2,6 đến 4,6, với chỉ hai mẫu đạt pH trên 5,5 Hàm lượng chất rắn lơ lửng và COD trong nước thải này cao gấp nhiều lần so với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, cụ thể là hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp 12-83 lần và COD vượt quá từ 20-67 lần Tổng nitơ và tổng photpho cũng vượt mức quy định từ 2,5-7,5 lần và 2-7,6 lần so với QCVN 40:2011/BTNMT Những kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trước đây về đặc tính nước thải sản xuất tinh bột sắn.
Hu nh Ngọc Phương Mai (2006), Nguyễn Thị Sơn và cộng sự (2006)…
Công nghệ khoa học ứng dụng trong sản xuất hiện nay chủ yếu tập trung vào việc nâng cao năng suất và giảm thiểu lao động, nhưng vẫn mang tính chắp vá và nhỏ lẻ, chỉ áp dụng cho từng công đoạn như máy rửa, bóc vỏ nguyên liệu, máy khuấy trộn bột, và máy cắt Hơn nữa, phần lớn máy móc được sử dụng là những thiết bị cũ, không được cải tạo và thiếu sự đầu tư đồng bộ Khu vực sản xuất chưa có bất kỳ đầu tư nào nhằm giảm thiểu chất thải và bảo vệ môi trường, dẫn đến hiệu suất nguyên liệu không cao và khối lượng chất thải lớn, gây ô nhiễm môi trường do không được xử lý trước khi thải ra ngoài.
Trong các hoạt động sản xuất chế biến tại làng nghề, chế biến tinh bột sắn và dong tạo ra lượng nước thải lớn nhất, chiếm khoảng 70% tổng lượng nước thải trong khu vực Cụ thể, mỗi tấn tinh bột sắn sản xuất phát sinh trung bình 13 m³ nước thải, trong khi tinh bột dong tạo ra tới 41 m³ nước thải cho mỗi tấn sản phẩm.
Các loại nước thải chính phát sinh trong khu vực làng nghề:
Rửa, bóc vỏ và tách bã là quy trình quan trọng trong chế biến nguyên liệu, vì chúng chứa nhiều hợp chất độc hại như cyanua, alkaloid, antoxian và xenluloza Quá trình này tạo ra một lượng lớn chất thải, thường dao động từ 4,5 đến 5 m³/tấn nguyên liệu, với nồng độ COD từ 3 đến 10g/lít.
- Rửa bột, lắng tách bột: nước thải chứa tinh bột, xenluloza, protein thực vật, khoảng 2m 3 /tấn nguyên liệu có COD rất cao, trung bình 40g/l, pH dao động 3,0 -5,5
- Rửa máy móc, thiết bị, vệ sinh nhà xưởng: có chứa dầu máy, SS, BOD
Nước thải sinh hoạt, bao gồm nước từ nhà bếp, nhà tắm và nhà vệ sinh, chứa nhiều chất ô nhiễm như cặn bã, chất rắn lơ lửng (SS), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD), cũng như các chất dinh dưỡng như nitơ (N), photpho (P) và vi sinh vật Hầu hết nước thải sinh hoạt được xả thải cùng với nước thải từ quá trình sản xuất.
- Nước mưa chảy tràn qua khu vực sản xuất cuốn theo các chất cặn bã, rác, bụi.
Tình hình quản lý nước thải tại khu vực làng nghề
Làng nghề chế biến tinh bột tiêu thụ một lượng nước lớn, với nhu cầu hàng năm tại xã Dương Liễu lên tới gần 3 triệu m³, trong đó 70% phục vụ cho sản xuất Mặc dù đã sát nhập với Hà Nội, khu vực này vẫn thiếu nguồn nước sạch cho sinh hoạt và sản xuất, gây ra nhiều vấn đề, bao gồm cả mùi khó chịu.
Sản xuất nghề ở đây chủ yếu diễn ra theo quy mô hộ gia đình, với nhà ở đồng thời là cơ sở sản xuất chính Một số công đoạn như phơi sấy và tập kết nguyên liệu được thực hiện tại các khu vực công cộng như cánh đồng, đường đi, và ven chợ Việc thiếu vốn đầu tư cho hệ thống xử lý chất thải tập trung và cải tiến máy móc đã ảnh hưởng đến năng suất và khả năng giảm thiểu chất thải Hơn nữa, do sản xuất theo quy mô hộ gia đình, việc tập trung xử lý lượng thải, đặc biệt là nước thải, trở nên khó khăn.
Hệ thống kênh mương dẫn nước thải của làng nghề bao gồm các cống nước chạy dọc theo các xã lộ, nằm ngay cạnh khu dân cư Nước thải sau đó được dẫn vào các con kênh tiêu chính và cuối cùng hòa vào sông Nhuệ và sông Đáy.
Hệ thống kênh tiêu chính của vùng gồm T2, T5, T3A, T3B, T26 tiếp nhận toàn bộ nước thải chưa qua xử lý từ khu vực làng nghề, nhưng do thiếu tu bổ và nạo vét thường xuyên, nhiều đoạn kênh bị lấp đầy rác, gây ứ tắc nghiêm trọng Trong mùa sản xuất chính, lượng nước thải đạt khoảng 6000 - 8000 m³/ngày đêm Các cống thoát nước xung quanh khu dân cư và khu sản xuất nhỏ, nông, không có nắp đậy, không đủ sức chứa, dẫn đến tình trạng nước thải chảy tràn ra đường, gây ô nhiễm môi trường với mùi hôi thối khó chịu Đối với bã thải sau sản xuất, chỉ khoảng 70% được thu gom để bán, trong khi phần còn lại do chất lượng kém hoặc thời tiết không thuận lợi bị chất đống ven đường, tạo ra mùi hôi thối và mốc đen.