Xử lý nước thải làng nghề chế biến lương thực bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước

Xử lý nước thải làng nghề chế biến lương thực bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước Module by: Hà Minh Ngọc Summary: Wastewater of food production in the Craft Villages is rich organic matter which is easily biodegradable (proportion BOD5/COD is about from 0.6 to 0.7). The experimental results showed that: By the submerged Biofilter Method, within 24h, the wastewater of food production can be treated and meet the Vietnam Standard (TCVN 5945 - 1995) for water surface type B in terms COD, SS, NH4 - N... XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ CHẾ BIẾN LƯƠNG THỰC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC NGẬP NƯỚC Nguyễn Đình Bảng, Hà Minh Ngọc, Nguyễn Văn Nội Phòng Thí nghiệm Hóa Môi trường, Khoa Hoá học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội SUMMARY Wastewater of food production in the Craft Villages is rich organic matter which is easily biodegradable (proportion BOD5/COD is about from 0.6 to 0.7). The experimental results showed that: By the submerged Biofilter Method, within 24h, the wastewater of food production can be treated and meet the Vietnam Standard (TCVN 5945 - 1995) for water surface type B in terms COD, SS, NH4 - N... Mở đầu Các làng nghề thủ công truyền thống là nét đặt trưng của nhiều vùng nông thôn Việt Nam. Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của kinh tế, xã hội, nhiều ngành nghề 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 bé, 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. Các chỉ tiêu cơ bản của nước thải như COD. BOD, TSS... đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Nhằm góp phần vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước tại các làng nghề chế biến lương thực, chúng tôi tập trung nghiên cứu đề xuất các biện pháp công nghệ xử lý nước thải làng nghề chế biến lương thực. Trong công trình này chúng tôi tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề chế biến lương thực bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước. Thực nghiệm Đối tượng nghiên cứu - Nước thải được lấy để nghiên cứu là nước thải làng nghề chế biến lương thực của xã Minh Khai, huyện Hoài Đức, tỉnh Hà Tây (xã được công nhận là “Làng nghề chế biến nông sản” năm 2001, có 700 hộ trong tổng số 1.200 hộ dân tham gia sản xuất chế biến lương thực). Với các nghề chính là làm bún, phở khô, làm miến dong, sản xuất và tinh chế tinh bột sắn. - Đặc điểm của nước thải làng nghề chế biến lương thực là thường chứa các tạp chất hữu cơ ở dạng hòa tan hoặc lơ lửng, trong đó chủ yếu là các hợp chất hydrat cácbon như tinh bột, đường, các loại axit hữu cơ (lactic)... có khả năng phân hủy sinh học. Tỷ số BOD/COD trong khoảng từ 0,5 đến 0,7 nên chúng thích hợp với phương pháp xử lý sinh học [1, 2, 3, 4]. Thiết kế thí nghiệm Hình 1 Sơ đồ hệ thống xử lý bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước Nước thải của quá trình sản xuất bún, miến hoặc tinh chế tinh bột sắn được lắng gạn sơ bộ ở bể lắng (1) trước khi đưa vào bể chứa (2) sau đó nước thải được bơm vào cột lọc kị khí (3) theo chiều từ dưới lên với lưu lượng dòng được khống chế nhờ máy bơm (9) và ống chia dòng (8). Ở đây nước thải sẽ từ từ dâng lên ngập lớp vật liệu lọc (5) và tiếp xúc với lớp vật liệu lọc mang vi sinh vật kị khí, các tạp chất hữu cơ có trong nước thải sẽ bị phân hủy, phần bùn cặn được lắng xuống đáy cột và có thể lấy ra qua van (10) khi cần thiết; phần nước thải trong tiếp tục chảy tự nhiên qua cột lọc hiếu khí (6) từ phía dưới lên theo nguyên tắc bình thông nhau. Ở đây nước thải được trộn với dòng không khí thổi cùng chiều từ dưới lên bởi máy thổi khí (11) qua dàn phân phối khí (7). Khi đó quá trình phân hủy sinh học hiếu khí các tạp chất hữu cơ xảy ra, phần bùn được lắng xuống đáy cột; phần nước thải lại được lắng cặn một lần nữa nhờ máng lắng cặn (4) trước khi chảy ra khỏi cột hiếu khí. Nước thải sau khi đi qua cả 2 cột lọc kị khí và hiếu khí sẽ được lấy ra nhờ van (13) để kiểm tra các chỉ tiêu cơ bản. Nếu chưa đạt các chỉ tiêu cho phép của nước thải công nghiệp theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5945 - 1995) thì lại cho chảy tuần hoàn trở lại qua 2 cột lọc kị khí và hiếu khí như trên cho đến khi đạt tiêu chuẩn cho phép về nước thải công nghiệp. Kết quả và thảo luận Kết quả xử lý nước thải của sản xuất bún Nước thải của sản xuất bún ban đầu có các giá trị cơ bản như sau: COD = 3076,3 mg/l; BOD5 = 2154,2 mg/l (tỷ lệ 0,7)»BOD5/COD [NH4+] = 29,89 mg/l; [NO2-] = 0,56 mg/l, pH = 4,91; độ đục = 243 NTU. Sau khi trung hòa và pha loãng gấp đôi để có pH = 7.05 và thể tích là 58 lít; nước thải được xử lý qua hệ thống lọc sinh học kị khí và hiếu khí (như phần 2.2) với tốc độ 12 lít/h. Kết quả thu được như sau: Bảng 1 - Kết quả xử lý nước thải sản xuất bún bằng phương pháp lọc sinh học Thời gian pH Độ đục (NTU) COD (mg/L) NH4+ (mg/L) NO2- (mg/L) 0 7.05 131 1357.5 15.42 0.36 4 7.84 40.2 795.4 9.36 0.57 8 8.1 28.9 207.5 7.67 0.41 10 8.25 20.5 181.5 5.23 0.32 24 8.24 4.50 31.8 1.11 0.08 28 8.07 2.70 26.2 0.36 0.05 Và các đồ thị sau: Hình 2 Sự thay đổi COD, độ đục theo thời gian xử lý Hình 3 Sự thay đổi pH, NH4+, NO2-, theo thời gian xử lý Kết quả thu được ta thấy: Đối với nước thải sản xuất bún có các chỉ tiêu ban đầu COD =1357,5 mg/l, [NH4+] = 15,42 mg/l, độ đục = 131 NTU ở pH = 7,05 được xử lý qua hệ thống lọc sinh học kị khí và hiếm khí sau thời gian 24 giờ, các chỉ tiêu cơ bản của nước thải sau xử lý đều đạt thấp hơn tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp cho phép chảy vào nguồn nước công cộng. Cụ thể sau 24 giờ xử lý: COD = 26,2 mg/l, [NH4+] = 0,36 mg/l, [NO2-] = 0,05 mg/l; độ đục = 2,70 NTU; pH = 8,07. Kết quả xử lý nước thải sản xuất miến dong Nước thải sản xuất miến ban đầu có các giá trị cơ bản sau: COD = 840 mg/l, BOD5 = 580 mg/l (tỷ số BOD5/COD = 0,69); [NH4+] = 13,51 mg/l; [NO2-] = 0,35 mg/l, độ đục = 99,5 NTU, pH = 4,01. Sau khi trung hòa và pha loãng gấp đôi để có thể tích 58 lít và pH = 8,05; nước thải được xử lý qua hệ thống lọc sinh học kị khí và hiếu khí (như phần 2.2) với tốc độ 12lít/h. Kết quả thu được như sau: Bảng 2 - Kết quả xử lý nước thải sản xuất miến bằng phương pháp lọc sinh học Thời gian pH Độ đục (NTU) COD (mg/L) NH4+ (mg/L) NO2- (mg/L) 0 8.05 45.2 438.8 6.75 0.19 4 8.17 20.1 205.6 4.46 0.21 8 8.21 14.3 178.5 3.62 0.2 10 8.23 9.71 97,3 1.87 0.11 24 8.17 7.62 86.7 0.72 0.09 28 8.19 6.43 74.5 0.46 0.06 Và các đồ thị sau: Hình 4 Sự thay đổi COD, độ đục theo thời gian xử lý Hình 5 Sự thay đổi pH, NH4+, NO2- theo thời gian xử lý Kết quả thu được ta thấy: Đối với nước thải sản xuất miến có các chỉ tiêu ban đầu: COD = 438,8 mg/l, [NH4+] = 6,75 mg/l; [NO2-] = 0,19 mg/l, độ đục = 45.2 NTU, pH = 8,05 được xử lý qua hệ thống lọc sinh học kị khí và hiếu khí sau thời gian 10 giờ các chỉ tiêu cơ bản của nước thải sau xử lý đều đạt các tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp (TCVN 5945 - 1995). Cụ thể là: COD = 97,3 mg/l, [NH4+] = 1,87 mg/l; [NO2-] = 0,11 mg/l, độ đục = 9,71 NTU, pH = 8,23. Kết quả xử lý nước thải tinh chế tinh bột sắn Nước thải tinh chế tinh bột ban đầu có các giá trị cơ bản sau: COD = 4768,5 mg/l, BOD5 = 3190 mg/l (tỷ số BOD5/COD = 0,76) [NH4+] = 37,69 mg/l; [NO2-] = 0,61 mg/l, độ đục = 480 NTU, pH = 3,54. Sau khi trung hòa và pha loãng gấp đôi để có thể tích 58 lít và pH = 7; nước thải được xử lý qua hệ thống lọc sinh học kị khí và hiếu khí (như phần 2.2.) với tốc độ chảy 12 lít/h. Kết quả thu được như sau: Bảng 3 - Kết quả xử lý nước thải tinh chế tinh bột sắn bằng phương pháp lọc sinh học Thời gian pH Độ đục (NTU) COD (mg/L) NH4+ (mg/L) NO2- (mg/L) 0 6.68 218 2309.2 20.72 0.45 4 7.05 97.5 995.5 17.14 0.66 8 7.12 52.4 940.7 14.67 0.69 10 7.78 41.8 750.8 10.98 0.61 24 8.14 4.65 226.7 3.33 0.39 28 8.26 3.32 128.9 1.17 0.27 32 8.21 2.92 98.7 0.75 0.12 Và các đồ thị sau: Hình 6 Sự thay đổi COD, độ đục theo thời gian xử lý Hình 7 Sự thay đổi pH, NH4+, NO2- theo thời gian xử lý Từ kết quả thu được ta thấy: Đối với nước thải tinh chế tinh bột sắn có các chỉ tiêu ban đầu COD = 2309,2 mg/l, [NH4+] = 20,72 mg/l; [NO2-] = 0,45 mg/l, độ đục = 218 NTU, pH = 6,68 được xử lý qua hệ thống lọc sinh học kị khí và hiếu khí sau thời gian 32 giờ thì các chỉ tiêu cơ bản của nước thải sau xử lý đều đạt các tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp (TCVN 5945 - 1995). Cụ thể là COD = 98,7 mg/l, [NH4+] = 0,75 mg/l; [NO2-] = 0,12 mg/l; độ đục = 2,92 NTU, pH = 8,21. Kết quả xử lý nguồn nước thải chung của sản xuất chế biến lương thực tại xã Minh Khai Hiện nay tại xã Minh Khai, huyện Hoài Đức tỉnh Hà Tây đã có một khu vực dân cư có hệ thống dẫn nước thải chung (cả nước sản xuất và sinh hoạt) về hố thoát nước. Đây là một điều kiện khá tốt cho việc xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung tại một làng nghề sau này. Để có những số liệu khoa học cho việc xử lý nước thải chung của toàn xã, chúng tôi đã tiến hành xử lý nước thải chung bằng phương pháp lọc sinh học. Nước thải chung có các giá trị ban đầu: COD = 1517,5 mg/l, BOD5 = 1162,5 mg/l (tỷ số BOD5/COD = 0,76) [NH4+] = 58,4 mg/l; [NO2-] = 0,21 mg/l, độ đục = 1600 NTU, pH = 5,22. Sau khi trung hòa và pha loãng gấp đôi để có thể tích là 58 lít và pH = 6,3, nước thải được xử lý qua hệ thống lọc sinh học kị khí và hiếu khí (như phần 2.2.) với tốc độ chảy 12 lít/h. Kết quả thu được như sau: Bảng 4 - Kết quả xử lý nước thải chung bằng phương pháp lọc sinh học Thời gian pH Độ đục (NTU) COD (mg/L) NH4+ (mg/L) NO2- (mg/L) 0 6.71 705 789.5 42.7 0.19 4 7.23 67.9 476.2 28.4 0.17 8 8.16 33.2 309.7 13.5 0.24 10 8.24 10.8 126.8 10.7 0.15 24 8.02 2.2 84.4 1.47 0.08 28 7.89 1.83 71.5 1.12 0.05 Và các đồ thị sau: Hình 8 Sự thay đổi COD, độ đục theo thời gian xử lý Hình 9 Sự thay đổi pH, NH4+, NO2- theo thời gian xử lý Từ kết quả thu được ta thấy: Đối với nước thải chung của quá trình chế biến lương thực cho các chỉ tiêu ban đầu COD = 789,5 mg/l, [NH4+] = 42,7 mg/l; [NO2-] = 0,19 mg/l, độ đục = 705 NTU, pH = 6,71 được xử lý qua hệ thống lọc sinh học kị khí và hiếu khí, sau thời gian 24 giờ thì các chỉ tiêu cơ bản của nước thải sau xử lý đạt các tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp (TCVN 5945 - 1995). Cụ thể là: COD = 84,4 mg/l, [NH4+] = 1,47 mg/l; [NO2-] = 0,08 mg/l, độ đục = 2,2 NTU, pH = 8,02. Kết luận Nước thải làng nghề chế biến lương thực (sản xuất bún, miến hoặc tinh chế tinh bột) thường chứa các tạp chất có khả năng bị phân hủy sinh học (tỷ lệ BOD5/COD từ 0,6 đến 0,7) nên có thể được xử lý tốt bằng các phương pháp xử lý sinh học. Bằng phương pháp lọc sinh học kị khí và hiếu khí có thể xử lý các loại nước thải của làng nghề chế biến lương thực đạt tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp và được phép chảy vào dòng chảy chung (TCVN 5945 - 1995) trong khoảng thời gian tương đối ngắn: khoảng một ngày đêm (24h). + Công trình này được thực hiện trên cơ sở đề tài nghiên cứu khoa học QMT06.03 của Đại học Quốc gia Hà Nội. Tài liệu tham khảo 1. He Y Etat. High concentration food production wastewater treatment by an anaerobic membrane bioreactor water research, 39, 4110 – 4118, (2005). 2. Nguyễn Đình Bảng, Lê Thị Thanh Thúy. Động học quá trình phân hủy sinh học các tạp chất hữu cơ trong nước thải của công nghệ sản xuất bia trên thiết bị lọc sinh học ngập nước, Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, KHTN và CN. Tập XXII, số 3A. PT, trang 6 –11, (2006). 3. Tom Stephenson, Simon Juid… Membrane Bioreactors for wastewater treatment, IWA. Publishing, London, UK, (2001). 4. R. E. McKinney. Biological Treatment systems For Refinery wastes, JwPCF, V.39, P.348-359, (1967).