Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tuyển chọn một số chủng vi sinh vật bổ sung vào quá trình tạo bùn hạt hiếu khí để xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:77

Thêm vào BST

Báo xấu

107
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nhằm nghiên cứu tạo bùn hạt hiếu khí để ứng dụng trong xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột từ quy mô phòng thí nghiệm. Sau đây là tóm tắt luận văn. Tham khảo nội dung luận văn để nắm bắt nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tuyển chọn một số chủng vi sinh vật bổ sung vào quá trình tạo bùn hạt hiếu khí để xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------- NGUYỄN NGỌC ÁNH NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN MỘT SỐ CHỦNG VI SINH VẬT BỔ SUNG VÀO QUÁ TRÌNH TẠO BÙN HẠT HIẾU KHÍ ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2016
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- NGUYỄN NGỌC ÁNH NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN MỘT SỐ CHỦNG VI SINH VẬT BỔ SUNG VÀO QUÁ TRÌNH BÙN HẠT HIẾU KHÍ ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Mã số: 60 52 03 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Tăng Thị Chính TS. Trần Thị Huyền Nga Hà Nội - 2016
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Tất cả các số liệu nghiên cứu của luận văn là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ luận văn nào khác và xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc. Tôi xin cảm ơn mọi sự giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện tốt luận văn này. Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2016 Học viên Nguyễn Ngọc Ánh i
LỜI CẢM ƠN Luận văn này được thực hiện tại phòng thí nghiệm của phòng Vi sinh vật môi trường, Viện công nghệ môi trường. Để hoàn thành được luận văn này tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Tăng Thị Chính đã hướng dẫn tôi thực hiện nghiên cứu của mình. Xin cùng bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS. Nguyễn Thị Hòa và tập thể cán bộ phòng Vi sinh vật môi trường đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích và tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi thực hiện nghiên cứu của mình. Cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới TS. Trần Thị Huyền Nga, Bộ môn Công nghệ môi trường, Khoa Môi trường, Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học - Đại học khoa học tự nhiên đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện nghiên cứu. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình. Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2016 Học viên Nguyễn Ngọc Ánh ii
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................3 1.1. Thực trạng ô nhiễm nước thải từ các làng nghề chế biến tinh bột .......................3 1.1.1. Đặc điểm nước thải chế biến tinh bột ..................................................... 3 1.1.2. Thực trạng ô nhiễm nước thải các làng nghề chế biến tinh bột ................ 4 1.2. Tác động của nước thải chế biến tinh bột đến môi trường sinh thái ................... 6 1.2.1. Ô nhiễm nguồn nước............................................................................. 6 1.2.2. Ô nhiễm đất .......................................................................................... 7 1.2.3. Ô nhiễm không khí ............................................................................... 7 1.2.4. Ảnh hưởng đến con người ..................................................................... 8 1.3. Các phương pháp xử lý nước thải chế biến tinh bột ............................................ 8 1.3.1. Phương pháp hóa học ............................................................................ 8 1.3.2. Phương pháp hóa lý .............................................................................. 9 1.4. Công nghệ vi sinh trong xử lý nước thải chế biến tinh bột ................................ 16 1.4.1. Cấu tạo và quá trình phân hủy tinh bột ................................................. 16 1.4.2. Một số vi sinh vật phân hủy tinh bột và lợi ích thu được khi ứng dụng chúng vào trong quá trình xử lý nước thải chứa nhiều tinh bột ......................... 18 1.4.3. Sự phát triển của vi sinh vật trong các công trình xử lý ......................... 19 1.4.4. Ưu thế của phương pháp vi sinh vật ..................................................... 20 1.4.5. Bùn hạt hiếu khí ................................................................................. 21 1.5. Xử lý nước thải bằng công nghệ SBR ................................................................ 24 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................27 2.1. Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................27 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu........................................................................... 27 2.1.2. Dụng cụ và hoá chất ............................................................................. 27 2.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 28 iii
2.2.1. Phương pháp lấy mẫu nước thải ............................................................ 28 2.2.2. Phương pháp xác định sinh khối tế bào theo mật độ quang ..................... 28 2.2.3. Phương pháp phân lập vi sinh vật ......................................................... 28 2.2.4. Tuyển chọn chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải tinh bột ................. 29 2.2.5. Phương pháp tinh sạch, giữ giống và hoạt hóa vi sinh vật ..................... 29 2.2.6. Phương pháp đánh giá khả năng sinh amylase của các chủng vi sinh vật tuyển chọn .................................................................................................... 30 2.2.7. Phương pháp xác định ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến sự sinh trưởng và sinh tổng hợp amylase của các chủng vi sinh vật đã tuyển chọn ....... 31 2.2.8. Phương pháp xác định các đặc điểm hình thái, sinh lý hoá của các chủng vi khuẩn ............................................................................................................... 31 2.2.9. Phương pháp xác định nhu cầu oxy hóa học (COD) ............................... 32 2.2.10. Phương pháp xác định nito tổng số .......................................................... 33 2.2.11. Phương pháp xác định photpho tổng số .................................................. 34 2.2.12. Phương pháp xác định amoni ................................................................... 34 2.2.13. Phương pháp xác định giá trị SV30 (solid value 30) ............................... 35 2.2.14. Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột bằng phương pháp bùn hạt hiếu khí ................................................................................................................ 35 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................36 3.1. Phân lập, tuyển chọn các chủng vi sinh vật sinh amylase có khả năng phân giải tinh bột sống cao .......................................................................................................36 3.2. Đặc điểm sinh học của các chủng vi sinh vật tuyển chọn ..................................39 3.2.1. Đặc điểm hình thái của các chủng vi sinh vật tuyển chọn ........................ 39 3.2.2. Phân loại đến loài các chủng vi khuẩn tuyển chọn .................................... 42 3.3. Xác định khả năng sinh enzyme của các chủng vi sinh vật tuyển chọn ................... 44 3.4. Xác định ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến sinh trưởng và sinh tổng hợp amylase của các chủng vi sinh vật tuyển chọn.......................................................... 46 3.4.1. Ảnh hưởng của pH..................................................................................... 46 3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................................ 48 iv
3.5. Nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột bằng phương pháp bùn hạt hiếu khí qui mô phòng thí nghiệm ............................................................... 52 3.5.1. Kiểm tra tính đối kháng của các chủng vi khuẩn tuyển chọn để sử dụng vào quá trình xử lý nước thải chế biến tinh bột ....................................... 53 3.5.2. Sự phát triển của các chủng vi sinh vật tuyển chọn trong quá trình tạo bùn hạt hiếu khí ................................................................................................... 54 3.5.3. Sự hình thành và phát triển của bùn hạt hiếu khí ...................................... 54 3.5.4. Kết quả xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột bằng phương pháp bùn hạt hiếu khí qui mô phòng thí nghiệm .......................................................... 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................61 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................63 PHỤ LỤC ................................................................................................................. 66 v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu ôxi sinh hóa COD Nhu cầu ôxi hóa học DO Lượng ôxi hòa tan MLSS Nồng độ bùn hạt KPH Không phát hiện SBR Sequency Batch Reator SS Tổng chất rắn lơ lửng QCVN Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia TBC Tinh bột chín TBS Tinh bột sống VK Vi khuẩn VSV Vi sinh vật vi
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải của một số làng nghề ..........5 Bảng 1.2. Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính ................................................13 Bảng 1.3. Một số vi sinh vât có hệ amylase .............................................................19 Bảng 3.1. Hoạt tính amylase của các chủng VSV phân lập. .....................................36 Bảng 3.2. Hoạt tính amylase của 9 chủng VSV có đường kính...............................39 Bảng 3.3. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc và tế bào của hai chủng VSV tuyển chọn .41 Bảng 3.4. Phản ứng sinh hóa của hai chủng VSV tuyển chọn ..................................42 Bảng 3.5. Khả năng sinh một số enzyme phân giải protein, xenlulose và tinh bột của 2 chủng VSV tuyển chọn .............................................................................44 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng của VSV .....................................46 Bảng 3.7. Hoạt tính sinh enzyme amylase ở các độ pH khác nhau của môi trường .47 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh trưởng của VSV ..................49 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh amylase của VSV ...............50 Bảng 3.10. Mật độ vi sinh trong bùn hạt hiếu khí .....................................................54 Bảng 3.11. Kết quả phân tích đánh giá hiệu quả xử lý .............................................60 vii
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Lưu lượng nước thải sản xuất của một số làng nghề chế biến ....................4 Hình 1.2. Cấu tạo tinh bột .........................................................................................18 Hình 1.3. Đường cong sinh trưởng của vi sinh vật ...................................................20 Hình 1.4. Màu sắc bùn hạt trưởng thành ...................................................................23 Hình 1.5. Đặc tính của bùn hạt và bùn hoạt tính truyền thống .................................23 Hình 1.6. Các pha trong chu trình hoạt động của SBR .............................................25 Hình 2.1. Sơ đồ bể phản ứng SBR sử dụng trong nghiên cứu tạo bùn hạt hiếu khí .35 Hình 3.1. Đánh giá hoạt tính amylase của các chủng VSV phân lập ......................38 Hình 3.2. Khuẩn lạc của chủng VSV tuyển chọn ....................................................40 Hình 3.3. Hình thái tế bào chủng PD17 trên kính hiển vi quang học .......................40 Hình 3.4. Hình thái tế bào chủng DL21 trên kính hiển vi quang học .......................41 Hình 3.5. Hoạt tính sinh enzyme của hai chủng vi khuẩn tuyển chọn ......................45 Hình 3.6. Sinh trưởng của VSV ở các độ pH khác nhau .........................................46 Hình 3.7. Hoạt tính sinh amylase ở các độ pH khác nhau. .......................................48 Hình 3.8. Sinh trưởng của VSV ở các mức nhiệt độ nuôi cấy khác nhau ................49 Hình 3.9. Khả năng sinh enzyme của chủng PD17 ở các mức nhiệt độ ...................50 Hình 3.10. Hoạt tính sinh amylase của chủng DL21 ở các mức nhiệt độ .................51 Hình 3.11. Hoạt tính sinh amylase ở các mức nhiệt độ nuôi cấy khác nhau ..........51 Hình 3.12. Tính đối kháng của hai chủng vi sinh vật tuyển chọn .............................53 Hình 3.13. Bùn hạt hiếu khí sau 3 tuần .....................................................................55 Hình 3.14. Sự phát triển của bùn hạt qua 4 tuần .......................................................56 Hình 3.15. Hiệu quả xử lý COD trong nước thải làng nghề chế biến tinh bột ........57 Hình 3.16. Kết quả xử lý amoni trong nước thải .....................................................57 Hình 3.17. Kết quả xử lý nito trong nước thải .........................................................58 Hình 3.18. Kết quả xử lý tổng photpho trong nước thải ..........................................59 viii
MỞ ĐẦU Các làng nghề thủ công truyền thống là nét đặc trưng của nhiều vùng nông thôn Việt Nam. Trong những năm qua, các làng nghề truyền thống ở Viêt Nam đã và đang có nhiều đóng góp cho sự phát triển kinh tế của đất nước nói chung và nền kinh tế nông thôn nói riêng. Nhiều làng nghề truyền thống hiện nay đã được khôi phục, đầu tư phát triển với quy mô và kỹ thuật cao hơn. Hàng hóa thủ công truyền thống không những phục vụ nhu cầu trong nước mà còn xuất khẩu ra thế giới với giá trị lớn. Một trong những loại hình làng nghề phổ biến nhất ở nông thôn Việt Nam là làng nghề chế biến lương thực (làm bún, miến, bánh đa, chế biến tinh bột…). Sự ô nhiễm môi trường nước ở các làng nghề này đang ở mức báo động, gây bức xúc cho xã hội. Nước thải từ các làng nghề chế biến lương thực có chứa hàm lượng các chất hữu cơ rất cao (các loại đường đơn, axit hữu cơ, protein, xenluloza,...), đây là nguồn dinh dưỡng thích hợp cho nhiều loại vi sinh vật phát triển. Sự phát triển của các loài vi sinh vật trong môi trường nước thải giàu hữu cơ không có sự kiểm soát của con người thường tạo ra các sản phẩm có mùi hôi thối như là H2S, CH4, NH4+… tác dụng xấu đến môi trường sinh thái. Do vậy, nước thải cần được xử lý trước khi thải ra môi trường tự nhiên. Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải làng nghề như: phương pháp cơ học, hoá lý, hoá học và sinh học… đã được áp dụng và cho hiệu quả xử lý khác nhau. Trong đó, phương pháp sinh học (bể sinh học hiếu khí) cho hiệu quả xử lý tốt và thân thiện với môi trường. Hiện nay, quá trình bùn hoạt tính vẫn đang là công nghệ xử lý nước thải phổ biến đang được áp dụng trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Tuy nhiên, nhược điểm của quá trình bùn hoạt tính thông thường chỉ xử lý được chất thải ô nhiễm tải lượng thấp (
khả quan. Các nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra rằng, bùn hạt hiếu khí có đặc điểm nổi trội như khả năng lắng tốt, duy trì nồng độ sinh khối cao, khả năng xử lý chất hữu cơ cao lên đến 10 – 15 kg COD/m3.ngày (trong khi đó khả năng xử lý của bùn hoạt tính
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Thực trạng ô nhiễm nƣớc thải từ các làng nghề chế biến tinh bột 1.1.1. Đặc điểm nước thải chế biến tinh bột Sự phát triển của ngành chế biến tinh bột đã và đang nảy sinh ra những vấn đề bất cập về môi trường, nó tác động không nhỏ đến môi trường sinh thái và sự phát triển bền vững của làng nghề. Nước thải sinh ra từ hoạt động sản xuất, nước thải do mưa chảy tràn tạo ra và nước thải sinh hoạt của người dân. Đặc điểm chung của nước thải sinh hoạt là chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học như protein (40 – 50 %), hydratcacbon (40 – 50 %), chất béo (5 – 10 %), nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150 - 450 mg/l [1]. Nước thải do hoạt động sản xuất có chứa hàm lượng tinh bột cao. Do nguyên liệu dùng cho các hoạt động sản xuất bún miến là gạo, củ dong riềng. Trong gạo có chứa khoảng 80% tinh bột, còn trong củ dong riềng là 70,9% [28]. Các làng nghề chế biến nông sản thực phẩm tiêu thụ một khối lượng nước lớn, có nơi lên đến 7000 m3/ngày. Nước sử dụng cho sản xuất bún, miến chủ yếu ở khâu ngâm bột, tẩy màu, mùi của bột, ngâm trước khi đem chế biến. Nước thải bún, miến có COD tương đối cao 4000 – 6000 mg/l, độ đục tương đối lớn 400 – 600 NTU do trong quá trình ngâm bột một lượng nhỏ tinh bột đi theo nước vào nước thải. Thành phần chủ yếu của gạo, bột dong riềng là tinh bột nên hàm lượng amoni không cao khoảng 40 – 80 mg/l và nitrit thấp (< 3 mg/l), pH của nước thải khá thấp (2 – 3) và có mùi chua rất khó chịu, tất cả nước thải của các công đoạn được thải chung xuống cống chung, cùng với nước thải sinh hoạt gây ô nhiễm nặng về không khí và nguồn nước [2]. 3
Hình 1.1. Lưu lượng nước thải sản xuất của một số làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm 1.1.2. Thực trạng ô nhiễm nước thải các làng nghề chế biến tinh bột Hiện nay tại nông thôn, tình trạng ô nhiễm nước đang ở mức báo động trầm trọng nhất là tại các làng nghề. Theo Báo cáo môi trường quốc gia – Môi trường nông thôn năm 2014, đến hết năm 2014 số làng nghề và làng có nghề ở nước ta khoảng 5.096, trong đó số làng nghề truyền thống được công nhận theo tiêu chí làng nghề hiện nay của Chính phủ là 1.748 [1]. Tuy nhiên, mặt trái của các làng nghề nông thôn cũng là tình trạng gây ô nhiễm môi trường: nước thải, chất thải do các làng nghề tại các vùng quê gây ô nhiễm nguồn nước, không khí, đất đai ảnh hưởng đến cây trồng, vật nuôi và sức khỏe người dân. Bên cạnh đó, tỷ lệ làng nghề sử dụng thiết bị xử lý nước thải, chất thải độc hại chỉ đạt 4,1% và thực trạng này đang cho thấy rõ nguy cơ gây ô nhiễm môi trường từ các làng nghề ở nông thôn nước ta [1]. Đặc biệt là nước thải tại các làng nghề chế biến nông sản đang là vấn đề bức xúc gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Nước thải của các làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm có đặc tính chung là rất giàu chất hữu cơ, dễ phân hủy sinh học. Ví dụ, nước thải của quá trình sản xuất tinh bột từ sắn có hàm lượng ô nhiễm rất cao (COD = 13.300 – 20.000 mg/l, BOD = 5.500 – 14.750 mg/l) [4]. Các làng nghề chế biến tinh bột đã có truyền thống lâu đời và đến nay vẫn tiếp tục phát triển. Ví dụ làng bún Phú Đô, hàng năm sản xuất được khoảng 5000 tấn bún, cung cấp cho khoảng 50% thị trường bún ở Hà Nội. Tuy nhiên, quá trình 4
sản xuất bún, miến lại tốn rất nhiều nước vì có rất nhiều công đoạn. Nước thải của sản xuất bún, miến chứa nhiều tạp chất hữu cơ dạng hòa tan hoặc lơ lửng, trong đó chủ yếu là các hợp chất hydro cacbon như tinh bột, đường, các loại axit hữu cơ (lactic)... cùng chất tẩy màu, mùi. Theo nhiều khảo sát, nước thải sản xuất bún của làng nghề Phú Đô với giá trị COD trung bình là 3076,3 mg/l (vượt tiêu chuẩn cho phép xấp xỉ 40 lần); BOD5 là 2152 mg/l (vượt tiêu chuẩn cho phép hơn 40 lần); NH4+ là 29.89 mg/l (vượt tiêu chuẩn cho phép xấp xỉ 2 lần) [16]. Nhưng phần lớn nước thải tại các làng nghề đều thải thẳng ra ngoài không qua bất kỳ khâu xử lý nào làm cho nguồn nước nhuốm màu đen ngòm và bốc mùi hôi thối. Nước thải này tồn đọng ở các cống rãnh thường bị phân hủy yếm khí gây ô nhiễm không khí và ngấm xuống lòng đất gây ô nhiễm môi trường đất và suy giảm chất lượng nước ngầm. Thực trạng trên không chỉ xảy ra với làng bún Phú Đô mà còn đối với hầu hết các làng nghề truyền thống trên cả nước. Tình trạng ô nhiễm môi trường đã khiến một tỷ lệ không nhỏ người dân làng nghề hoặc ở các khu vực lân cận mắc các bệnh về đường hô hấp, đau mắt, bệnh đường ruột, bệnh ngoài da... Nguyên nhân gây bệnh chủ yếu do môi trường sinh hoạt không bảo đảm vệ sinh, nguồn nước sạch khan hiếm. Tỷ lệ mắc bệnh nghề nghiệp ở làng nghề có tỷ lệ cao hơn rất nhiều những làng thuần nông khác... Bảng 1.1. Thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải của một số làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm [2] Sản phẩm COD BOD5 SS Làng nghề Tấn/năm Tấn/năm Tấn/năm Tấn/năm Bún Phú Đô 10200 7690 5314 9.38 Bún Vũ Hội 3100 2262 15.3 2.76 Bún bánh Ninh Hồng 4380 1508 10.42 1.84 Tinh bột Dương Liễu 52000 13050 934.4 2.133 Để từng bước khắc phục ô nhiễm môi trường, đã có nhiều nghiên cứu và triển khai một số mô hình thí điểm xử lý ô nhiễm làng nghề. Đó là các dự án: Thí điểm xử lý nước thải cho làng nghề chế biến tinh bột sắn xã Tân Hòa (huyện Quốc 5
Oai);... Các dự án đều thực hiện bằng chế phẩm, đã được nghiệm thu và bàn giao cho cơ sở sản xuất quản lý sử dụng; đồng thời đang được phổ biến nhân rộng mô hình xử lý nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại khu vực làng nghề này. Tuy vậy, quá trình triển khai vẫn còn chậm và gặp nhiều khó khăn như nguồn kinh phí đầu tư công nghệ, xây dựng công trình xử lý ô nhiễm môi trường lớn; nhận thức về trách nhiệm bảo vệ môi trường cho cộng đồng của các hộ sản xuất còn kém; lực lượng và năng lực chuyên môn của cán bộ quản lý về môi trường cũng còn hạn chế. Các cấp chính quyền địa phương lại chưa quan tâm đúng mức đến công tác bảo vệ môi trường nên nhiều chương trình, nhiệm vụ chưa đạt kế hoạch đề ra. 1.2. Tác động của nƣớc thải chế biến tinh bột đến môi trƣờng sinh thái Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của kinh tế, xã hội nhiều ngành thủ công truyền thống đã được khôi phục và phát triển khá mạnh. Tuy nhiên sự phát triển của các làng nghề còn mang tính chất tự phát, tùy tiện, quy mô sản xuất nhỏ lẻ, trang thiết bị còn lạc hậu. Tất cả những mặt hạn chế trên không chỉ ảnh hưởng đến sự phát triển của các làng nghề mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi trường làng nghề và sức khỏe cộng đồng. Một trong các loại hình làng nghề phổ biến nhất ở nông thôn Việt Nam là làng nghề chế biến lương thực (làm bún, miến, bánh đa, chế biến tinh bột). Sự ô nhiễm môi trường nước tại các làng nghề này đang ở mức báo động, gây nhiều bức xúc cho xã hội. 1.2.1. Ô nhiễm nguồn nước Không phải nói đến những hiệu quả nhiều mặt của làng nghề chế biến tinh bột: Vừa tạo được công ăn việc làm cho nhiều lao động sở tại, vừa giữ được nghề truyền thống và phần nào văn hóa đặc sắc của vùng miền. Tuy nhiên, những năm gần đây, cộng đồng phải lo ngại, thậm chí bức xúc về nạn ô nhiễm môi trường do hoạt động sản xuất gây ra. Trong đó, ô nhiễm nguồn nước đang là một trong những vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng. Hiện nay, việc sử dụng nước cho quá trình sản xuất tinh bột tại các làng nghề càng gia tăng do nhu cầu thị trường ngày càng cao dẫn đến lượng nước thải ngày càng lớn. Mỗi ngày có tới hàng chục nghìn mét khối nước thải chứa nhiều tạp chất hữu cơ - tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển và chứa những chất 6
hóa học, kiềm, sắt, kim loại… theo các cống rãnh chảy ra ngoài ao, hồ và ngấm xuống mạch nước ngầm làm ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt của người dân. Nếu không kiểm soát được nước thải cũng như không áp dụng biện pháp xử lý phù hợp sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường sống của con người. Ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng trực tiếp đến các sinh vật nước, đặc biệt là ở các ao, hồ, sông do đây là nguồn tiếp nhận nước thải. Nhiều loài thủy sinh do hấp thụ các chất độc trong nước, thời gian lâu ngày đã gây ra những biến đổi trong cơ thể, một số trường hợp gây biến đổi gen, tạo nhiều loài mới, thậm chí còn làm chết nhiều loài. Nguồn nước thải không qua xử lý không chỉ gây ra ô nhiễm nguồn nước mà nó còn thấm vào đất gây nên ô nhiễm đất và ô nhiễm nguồn nước ngầm. Ví dụ như ở làng nghề Phú Đô mỗi ngày mỗi hộ sử dụng 50m3 nước, số nước này sau khi sử dụng được thải trực tiếp vào hệ thống thoát nước chung, rồi đổ ra sông Nhuệ. Một phần không nhỏ còn lại bị cuốn theo nước thải gây ô nhiễm nghiêm trọng nước mặt, nước dưới đất [2,15]. 1.2.2. Ô nhiễm đất Nước bị ô nhiễm mang nhiều chất vô cơ và hữu cơ thấm vào đất gây ô nhiễm nghiêm trọng. Khi các chất ô nhiễm từ nước thấm vào đất không những gây ảnh hưởng đến đất mà còn ảnh hưởng đến cả các sinh vật đang sinh sống trong đất. Các chất ô nhiễm làm giảm quá trình hoạt động phân hủy chất của một số vi sinh vật trong đất. Ô nhiễm quá mức là nguyên nhân làm cho nhiều cây cối còi cọc, khả năng chống chịu kém, không phát triển được hoặc có thể bị thối gốc mà chết [16]. 1.2.3. Ô nhiễm không khí Ô nhiễm môi trường nước không chỉ ảnh hưởng đến đất, nước mà còn ảnh hưởng đến không khí. Các hợp chất hữu cơ, vô cơ độc hại trong nước thải thông qua vòng tuần hoàn nước, theo hơi nước vào không khí làm cho mật độ bụi bẩn trong không khí tăng lên. Không chỉ vậy, các hơi nước này còn là giá bám cho các vi sinh vật và các loại khí bẩn công nghiệp độc hại khác. Đối với không khí, nguồn gây ô nhiễm đặc trưng nhất của làng nghề là mùi chua, hôi thối do quá trình phân hủy của các chất hữu cơ, quá trình ủ, lên men của bún. Quá trình này tạo ra các khí độc gây 7
ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Kết quả phân tích mẫu khí thải ở Phú Đô của ngành chức năng cho thấy hầu hết đều vượt tiêu chuẩn cho phép gấp nhiều lần, riêng đối với nồng độ bụi vượt từ 113 đến 230 lần cho phép [16]. 1.2.4. Ảnh hưởng đến con người Báo cáo môi trường quốc gia năm 2014 cho thấy, tại nhiều làng nghề, tỷ lệ người mắc bệnh (đặc biệt là nhóm người trong độ tuổi lao động) đang có xu hướng gia tăng. Trong vòng 30 năm qua, có khoảng 40 bệnh mới đã phát sinh và đều có nguồn gốc ô nhiễm từ môi trường [1]. Tại các làng nghề chế biến nông sản thực phẩm, bệnh phụ khoa chiếm chủ yếu (13 – 38 %), bệnh về đường tiêu hóa (8 – 30 %), bệnh viêm da (4,5 – 23 %), bệnh đường hô hấp (6 – 18 %), bệnh đau mắt (9 – 15 %). Tỉ lệ mắc bệnh nghề nghiệp ở làng bún Dương Liễu là 70%, làng bún Phú Đô là 50% [1]. Tác hại của ô nhiễm môi trường qua các chỉ số là hết sức lo ngại. Vào những ngày hè nắng nóng, nước bốc mùi nồng nặc ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống của người dân. Nhưng vì cuộc sống mưu sinh, người dân ở đây vẫn phải sống trong môi trường đó dù biết rằng sức khỏe đang bị đe dọa hàng ngày. Những vấn đề nổi cộm trên không chỉ làm ô nhiễm nghiêm trọng không khí, nguồn nước, mất mỹ quan làm suy thoái môi trường nghiêm trọng mà còn tác động xấu tới sức khỏe người dân của làng nghề và cộng đồng dân cư lân cận, đe dọa tới sự phát triển bền vững làng nghề Việt Nam. 1.3. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột 1.3.1. Phương pháp hóa học Phương pháp hóa học ít được sử dụng, thường dùng để điều chỉnh pH của nước thải về giá trị thích hợp, hoặc dùng ở bước cuối cùng của quá trình xử lý. Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng hóa học, các quá trình hóa lý diễn ra giữa chất bẩn với hóa chất cho vào. Phương pháp hóa học gồm phương pháp trung hòa và phương pháp oxy hóa-khử [5]. - Trung hòa: Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau. Muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều 8
chỉnh pH về vùng 6,6 – 7,6. Các hóa chất thường dùng là NaOH, KOH, Na2CO3 với nước thải có tính axit và H2SO4, HCl, HNO3 với nước thải có tính kiềm. - Phương pháp oxi hóa – khử: Tiến hành oxi hóa - khử các hợp chất hữu cơ, vô cơ. Phương pháp này tốn một lượng lớn xúc tác hóa học, chỉ dùng khi nước thải không thể xử lý được bằng phương pháp khác. Thường được sử dụng ở giai đoạn cuối của quá trình xử lý. Các hóa chất thường sử dụng là chất oxi hóa như: Clo và hợp chất của Clo, O3, KMnO4, I2, H2O2. Chất khử như: Cr, As, Hg. 1.3.2. Phương pháp hóa lý Có nhiều phương pháp hóa lý được sử dụng trong xử lý nước thải. - Phương pháp keo tụ: Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù có kích thước ≥ 10-2mm, còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể lắng được. Ta có thể làm tăng kích cỡ các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên tiếp vào các tập hợp hạt để có thể lắng được. Muốn vậy, cần trung hòa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau. Quá trình tạo thành bông lớn từ các hạt nhỏ được gọi là quá trình keo tụ. Các hóa chất thường sử dụng: phèn Fe, phèn Al. Khi cho hóa chất vào sẽ tạo điều kiện cho các chất rắn lơ lửng liên kết lại với nhau tạo thành bông lơ lửng có kích thước lớn, có thể lọc được [5]. - Phương pháp hấp phụ: dùng để loại bỏ hết các chất hòa tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học và các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độc tính hoặc các chất có màu hoặc mùi khó chịu. Các chất hấp phụ thường sử dụng là: than hoạt tính, xỉ, đất xét hoạt tính, silicagen, mạt sắt… Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn có trong nước. Phương pháp này có khả năng hấp phụ 58 – 95% các chất hữu cơ và màu [5]. - Phương pháp tuyển nổi: Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước, sau đó người ta tách các bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước. Quá trình này được thực hiện nhờ thổi không khí thành bọt nhỏ vào trong nước thải. Ưu điểm của phương pháp này là có thể khử hoàn toàn 9
các hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn. Khi các hạt đã nổi lên bề mặt, chúng có thể thu gom bằng bộ phận vớt lọc [5]. - Phương pháp trao đổi Ion: Thực chất của phương pháp này là quá trình trong đó các ion trên bề mặt chất rắn trao đổi với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là ionit (chất trao đổi ion). Chúng hoàn toàn không tan trong nước. Phương pháp trao đổi Ion được ứng dụng để xử lý nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Ni, Hg, Mn…cũng như các hợp chất của Asen, Photpho, Xyanua và chất phóng xạ. Phương pháp này đạt được mức độ xử lý cao, là phương pháp được sử dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước cấp và nước thải. Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hay hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp. Nguồn gốc tự nhiên như zeolit, đất sét, than đá… tổng hợp như silicagen, pecmutit, nhựa tổng hợp… [5] 1.3.4. Phương pháp sinh học Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là một quá trình phức tạp bởi đó là quá trình phát triển của vi sinh vật xảy ra trong thiết bị xử lý, bị ràng buộc bởi các hiện tượng hóa lý liên quan đến chuyển chất và năng lượng. Tính phức tạp của nó còn ở chỗ các quá trình đó xảy ra ở mức độ vi mô. Các quá trình xử lý sinh học có thể chia thành hai loại chính: Quá trình hiếu khí và quá trình yếm khí. Trong các hệ thống hiếu khí, các vi sinh vật phân huỷ các hợp chất hữu cơ và vô cơ có sự tham gia của oxy. Còn trong quá trình yếm khí các chất bị phân huỷ không cần sự có mặt của oxy [21]. Trong thực tế người ta thường kết hợp cả hai phương pháp xử lý yếm khí và hiếu khí trong một công nghệ xử lý nước thải. Các phương pháp yếm khí được sử dụng chủ yếu trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp có hàm lượng chất hữu cơ cao (BOD5 = 1500 – 5000 mg/l). Để thực hiện phương pháp này có thể sử dụng phương pháp lọc yếm khí, bể ổn định tiếp xúc - hầm biogas, hồ yếm khí. * Lọc sinh học Bể lọc sinh học là một hệ thống thiết bị sinh học trong đó vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu xốp, tạo màng. Khi nước thải được cấp khí và tiếp xúc với 10