Đề tài Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng Lục Bình

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU I.1 Đặt vấn đề Hiện nay, trên thế giới và cả ở nước ta, tinh bột khoai mì (TBKM) là nguồn nguyên liệu không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp lớn như làm hồ, in, định hình và hoàn tất trong công nghiệp dệt, làm bóng và tạo lớp phủ bề mặt cho công nghiệp giấy. Đồng thời nó còn dùng trong sản xuất cồn, bột nêm, mì chính, sản xuất men và công nghệ lên men vi sinh và chế biến các thực phẩm khác như bánh phở, hủ tiếu, mì sợi, bánh canh,…Chính vì lẽ đó, Khoai mì được trồng trên 100 nước của vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Năm 2006 và 2007, sản lượng sắn thế giới đạt 226,34 triệu tấn củ tươi. Trong đó, Việt Nam đứng thứ mười với 7,71 triệu tấn. Nhu cầu sử dụng nước trong sản xuất tinh bột khoai mì là rất lớn nên sau khi sử dụng cũng thải ra môi trường một lượng nước thải tương đương. Nếu không có biện pháp xử lý trước khi thải bỏ, hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải sẽ gây ô nhiễm đến nguồn nước mặt và diện tích đất đai xung quanh vùng xã thải do quá trình phân hủy chất hữu cơ trong tự nhiên. Nghiêm trọng hơn nếu chất hữu cơ ngấm xuống tầng nước ngầm, chúng sẽ phá hủy chất lượng nguồn nước ảnh hưởng đến môi trường sống của cả cộng đồng dân cư trong khu vực. Nhằm đáp ứng nhu cầu xã hội trong xu hướng phát triển bền vững của nước ta cũng như thế giới. Việc nghiên cứu biện pháp quản lý và xử lý thích hợp đối với chất thải từ sản xuất tinh bột khoai mì là điều cần thiết. Công nghệ xử lý nước thải nói chung và nước thải sản xuất tinh bột khoai mì nói riêng ngày càng đi sâu vào áp dụng công nghệ sinh học. Hơn nữa, đặt trưng của nước thải tinh bột là hàm lượng chất hữu cơ cao dễ phân hủy, giá trị BOD, COD cao thì việc áp dụng phương pháp sinh học là một giai đoạn không thể thiếu trong hệ thống xử lý. Hiện nay, thực vật thủy sinh cũng là một lựa chọn chiếm ưu thế trong việc xử lý nước thải do hiệu quả cao và giá thành thấp. Xuất phát từ nhu cầu trên, đề tài của tôi trong khóa luận này là “nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng Lục Bình”. I.2 Mục tiêu nghiên cứu _ Dùng cây bèo Lục Bình để xử lý nước thải chế biến tinh bột khoai mì. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng Lục Bình. I.3 Nội dung nghiên cứu Tiến hành phân tích các chỉ tiêu đầu vào của nước thải sau khi lấy từ nhà máy sản xuất bột mì Miwon – Tây Ninh. Tiến hành chạy mô hình thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu đầu ra. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng Lục Bình. I.4 Đối tượng nghiên cứu Bèo Lục Bình. Nước thải nhà máy sản xuất bột mì Miwon – Tây Ninh. I.5 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập tài liệu: tổng hợp các tài liệu liên quan về nước thải, nước thải tinh bột khoai mì, công nghệ sinh học xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh. - Phương pháp xây dựng mô hình thực nghiệm: xây dựng mô hình thí nghiệm quy mô phòng thí nghiệm nhằm xác định các chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng nước. - Phương pháp phân tích mẫu: phân tích các chỉ tiêu pH, SS, COD, BOD5, Nitơ Kjeidalh, Phospho tổng. - Phương pháp phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu: số liệu thu được trong quá trình nghiên cứu được tổng hợp bằng phần mềm Microsoft Excel 2007. I.6 Phạm vi nghiên cứu - Mô hình hồ sinh học. - Áp dụng cho nước thải sản xuất tinh bột khoai mì. CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ II.1 Tổng quan về cây khoai mì II.1.1 Phân loại khoai mì Giới (regnum): Plantae Ngành (divisio): Magliophyta Lớp (Class): Magnoliopsida Bộ (ordo): Malpighiales Họ (familia): Euphorbiaceae Phân họ (subfamilia): Crotonoideae Hình II.1 Cây khoai mì Tông (tribus): manihoteae Chi (genus): Manihot Loài (species): M. esculenta Cây khoai mì có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ La tinh (Crantz, 1976) và được trồng cách đây khoảng 5.000 năm (CIAT, 1993). Trung tâm phát sinh cây sắn được giả thiết tại vùng đông bắc của nước Brazil thuộc lưu vực sông Amazon, nơi có nhiều chủng loại sắn trồng và hoang dại (De Candolle 1886; Rogers, 1965). Trung tâm phân hóa phụ có thể tại Mexico và vùng ven biển phía bắc của Nam Mỹ. Bằng chứng về nguồn gốc sắn trồng là những di tích khảo cổ ở Venezuela niên đại 2.700 năm trước Công nguyên, di vật thể hiện củ sắn ở cùng ven biển Peru khoảng 2000 năm trước Công nguyên, những lò nướng bánh sắn trong phức hệ Malabo ở phía Bắc Colombia niên đại khoảng 1.200 năm trước Công nguyên, những hạt tinh bột trong phân hóa thạch được phát hiện tại Mexico có tuổi từ năm 900 đến năm 200 trước Công nguyên (Rogers 1963, 1965). Cây khoai mì được người Bồ Đào Nha đưa đến Congo của châu Phi vào thế kỷ 16. Tài liệu nói tới sắn ở vùng này là của Barre và Thevet viết năm 1558. Ở châu Á, sắn được du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ 17 (P.G. Rajendran et al, 1995) và Sri Lanka đầu thế kỷ 18 (W.M.S.M Bandara và M Sikurajapathy, 1992). Sau đó, sắn được trồng ở Trung Quốc, Myanma và các nước châu Á khác ở cuối thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19 (Fang Baiping 1992. U Thun Than 1992). Cây sắn được du nhập vào Việt Nam khoảng giữa thế kỷ 18, (Phạm Văn Biên, Hoàng Kim, 1991). Hiện chưa có tài liệu chắc chắn về nơi trồng và năm trồng đầu tiên. Ở nước ta cây mì được trồng khắp nơi từ Bắc vào Nam, nhiều nhất là ở vùng trung du miền núi. Hiện nay mì là một trong những loại cây hoa màu quan trọng trong cơ cấu lương thực của nước ta. II.1.2 Cấu tạo cây khoai mì Cây khoai mì là loại cây lương thực đứng thứ ba trên thế giới sau mía và gạo. Khoai mì có hàm lượng carbonhydrat cao hơn 40% so với gạo, 25% so với ngô. Củ mì thường có dạng hình trụ, vuốt hai đầu. Kích thước tùy thuộc vào thành phần dinh dưỡng của đất và điều kiện trồng, dài 0,1 – 1m, đường kính 2 – 10cm. Cấu tạo gồm bốn phần chính: lớp vỏ gỗ, vỏ cùi, phần thịt củ và phần lõi. Vỏ gỗ gồm những tế bào xếp sít, thành phần chủ yếu là cellulose và hemicellulose, không có tinh bột, có vai trò bảo vệ củ khỏi những tác động bên ngoài. Vỏ gỗ mỏng, chiếm 0,5 – 5% trọng lượng củ. Khi chế biến, phần vỏ gỗ thường kết dính với các thành phần khác như: đất, cát, sạn và các chất hữu cơ khác. Vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm 5 – 20% trọng lượng củ. Gồm các tế bào thành dày, thành tế bào chủ yếu là cellulose, bên trong tế bào là các hạt tinh bột, các chất chứ nitrogen và dịch bào. Trong dịch bào có tanin, sắc tố, độc tố, các enzyme,…Vỏ cùi có nhiều tinh bột (5 – 8%) nên khi chế biến nếu tách bỏ đi thì sẽ tổn thất tinh bột trong củ, nếu không tách thì nhiều chất dịch sẽ làm ảnh hưởng đến màu sắc của tinh bột. Thịt củ khoai mì là thành chủ yếu trong củ, gồm các tế bào nhu mô thành mỏng là chính, thành phần chủ yếu là cellulose, pentosan. Bên trong tế bào là các hạt tinh bột, nguyên sinh chất, glucide hòa tan và nhiều nguyên tố vi lượng khác. Những tế bào xơ bên ngoài chứa nhiều tinh bột, càng vào phía trong hàm lượng tinh bột cang giảm. Ngoài các tế bào nhu mô còn có các tế bào thành cứng không chứa tinh bột, cấu tạo từ cellulose nên cứng như gỗ gọi là xơ. Lõi củ khoai mì ở trung tâm dọc từ cuống đến chuôi củ. Ờ cuống lõi to nhất rồi nhỏ dần tới chuôi, chiếm 0,3 – 1% trọng lượng củ. Thành phần lõi là cellulose và hemicellulose. II.1.3 Thành phần hóa học Thành phần hóa học thay đổi tùy theo giống cây trồng, tính chất, độ dinh dưỡng của đất, độ phát triển của cây và thời gian thu hoạch. Bảng II.1: Thành phần hóa học của củ khoai mì Thành phần Tỷ trọng (%trọng lượng) Nước 70,25 Tinh Bột 21,45 Chất đạm 1,12 Chất béo 5,13 Chất xơ 5,13 Độc tố (CN-) 0,001 – 0,04 Đường trong củ khoai mì chủ yếu là glucose và một ít maltose. Khoai càng già thì hàm lượng đường càng giảm. Trong quá trình chế biến thì đường sẽ hòa tan với nước và thải ra ngoài. Chất đạm trong khoai mì cho đến nay vẫn chưa được nghiên cứu kỹ, tuy nhiên do hàm lượng thấp nên ít ảnh hưởng đến môi trường. Ngoài những thành phần có giá trị dinh dưỡng, trong củ khoai mì còn chứa các độc tố, tanin, sắc tố và hệ enzyme phức tạp. Theo một số các nghiên cứu trong số các enzyme thì polyphenoloxydaza xúc tác quá trình oxy hóa polyphenol như acdamin tạo thành các chất có màu. Những chất này gây khó khăn trong quá trình chế biến nếu quy trình công nghệ không thích hợp sẽ cho sản phẩm kém chất lượng. Bảng II.2: Thành phần hóa học của củ và bã khoai mì Thành phần Vỏ củ mì (mg/100mg) Bã phơi khô Độ ẩm Tinh bột Sợi thô Protein thô Độ tro Đường tự do HCN Pentosan Các loại Polysaccharide 10,8 – 11,4 28 – 38 8,2 – 11,2 0,85 – 1,12 1 – 1,45 1 – 1,4 Vết Vết 6,6 – 10,2 12,5 – 13 51,8 – 63 12,8 – 14,5 1,5 – 2 0,58 – 0,65 0,37 – 0,43 0,008 – 0,009 1,95 – 2,4 4 – 8,492 (Hội thảo giảm thiểu ô nhiễm công nghiệp chế biến tinh bột mì Hà Nội, 1/98) Đặc biệt trong củ khoai mì còn chứa độc tố Cyanua CN- thường có trong các chóp củ, nhất là các vùng bị rễ tranh ăn luồn vào hay khi chăm bón đụng phải. Khi củ chưa đào nhóm này ở dạng glucozite gọi là phaseolutanin (C10H17NO6). Dưới tác dụng của enzyme hay môi trường acid, chất này phân hủy thành glucose, acetone và acid cyahyrit (HCN). Như vậy sau khi đào củ khoai mì mới xuất hiện HCN tự do, vì khi đào để tự vệ thì các enzyme trong củ mới bắt đầu hoạt động mạnh, đặc biệt xuất hiện nhiều trong khi chế biến và sau khi ăn (trong dạ dày người có chứa acid và dịch trong chế biến cũng là môi trường acid). Phaseolutanin tập trung ở vỏ cùi, dễ tách trong quá trình chế biến, hòa tan tốt trong nước, kém tan trong rượu etylic và metylic, rất ít hòa tan trong cloroform và hầu như không tan trong ether. Các hợp chất Cyanua được phân thành bốn nhóm chính: _ Nhóm hợp chất cyanua đơn giản, tan và độc như: axit cyahyric (HCN) và muối cyanua NaCN, KCN,.. _ Nhóm hợp chất cyanua đơn giản không tan Fe(CN)2,… chúng ở dạng phân tán nhỏ, chúng xâm nhập vào cơ thể dưới tác dụng của môi trường axit của dịch vị chúng sẽ chuyển sang trạng thái đơn giản tan và gây nhiễm độc cơ thể. _ Nhóm pức chất cyanua tan và độc: [Cu(CN)]2- , [Cu(CN)3]2-, [Zn(Cn)]3-, [Zn(CN)4]3-. Trong đó ổn định nhất [Cu(CN)3]2- _ Nhóm chưa các phức chất cyanua tan không độc: các phức chất fericyanua [Fe(CN)6]4- và Fe(CN)6]3-. Sau khi xử lý nước thải bằng phương pháp sunfat, những phức chất dễ dàng chuyển hóa thành các cyanua tan và độc. Vì hòa tan độc tố trong nước nên khi chế biến, độc tố sẽ theo nước dịch ra ngoài. Tuy thuộc vào giống đất và cây trồng mà hàm lượng độc tố có thể thay đổi từ 0,0001 – 0,004% CN-  gây độc tính cao đối với người và thủy sinh vật. Cân CN- ngăn cản các quá trình chuyển hóa các ion vào da, túi mât, thận ảnh hưởng tới quá trình phân hóa tế bào thần kinh. Hàm lượng cyanua cao ảnh hưởng tới mạch máu não. Triệu chứng ban đầu là co giật sau đó dẫn đến vỡ mạch máu não. CN- gây độc cho cá, động vật hoang dã, vật nuôi. Đối với cá, CN- độc ở liều lượng 4 – 5 mg/l. Đó là lý do tại sao việc khử CN- rất quan trọng đối với hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì. Ở Việt Nam, ngành chế biến khoai mì phát triển ở thế kỷ 16, ở những năm gần đây do nhu cầu phát triển của ngành chăn nuôi và ngành chế biến thực phẩm tinh bột mì bắt đầu gia tăng, sản lượng bột mì hàng năm đạt hơn 3 triệu tấn. theo Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn dự báo sản lượng tinh bột mì vào năm nay của nước ta đạt khoảng 600.000 tấn. Theo sự gia tăng về sản lượng là lượng nước thải sản xuất cũng theo đó tăng lên. Ước tính trung bình những năm gần đây, ngành chế biến tinh bột khoai mì (bao gồm nhà máy chế biến và hộ gia đình) đã thải ra môi trường 500.000 tấn bã thải và 15 triệu m3 nước thải mỗi năm. Thành phần chủ yếu của các loại nước thải này là các hợp chất hữu cơ, các chất này khi thải ra ngoài môi trường nhanh chóng bị phân hủy và gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường đất, nước, không khí,… ảnh hưởng đến cộng đồng dân cư trong khu vực. Hiện nay, ở một số nhà máy nồng độ COD trong nước thải vượt TCVN hàng trăm lần. Đó là lý do vì sao việc xử lý nước thải sản xuất tinh bột khoai mì là vấn đề quan trọng hiện nay. II.2 Tổng quan ngành công nghiệp sản xuất bột mì II.2.1 Giới thiệu chung Tinh bột khoai mì là nguồn cung cấp thực phẩm cho hơn 500 triệu người trên thế giới (theo Cock, 1985; Jackson & Jackson, 1990). Tinh bột khoai mì cung cấp 37% calories trong thực phẩm của Châu Phi, 11% ở Mỹ La Tinh và 60% ở các nước Châu Á (Lancaster etal, 1982). Tinh bột mì được các nước trên thế giới sản xuất nhiều để tiêu thụ và xuất khẩu. Brazil sản xuất khoảng 25 triệu tấn/năm, Nigeria, Indonesia và Thái Lan cũng sản xuất một lượng lớn chủ yếu để xuất khẩu (CAIJ, 1993). Châu Phi sản xuất khoảng 85,2 triệu tấn/năm (1997), Châu Á 48,6 triệu tấn/năm và 32,4 triệu tấn do Mỹ La Tinh và Caribbean (FAO, 1998). Ở Việt Nam, do không có đủ điều kiện xây dựng các nhà máy chế biến nên ngành công nghiệp chế biến tinh bột mì bị hạn chế. Các cơ sở sản xuất phân bố theo quy mô hộ gia đình, sản xuất trung bình và sản xuất lớn. II.2.2 Hiện trạng ngành chế biến tinh bột mì ở Việt Nam II.2.2.1 Giới thiệu chung Việt Nam đứng thứ 3 trên thế giới trong lĩnh vực xuất khẩu tinh bột mì hiện nay (sau Indonesia và Thái Lan). Sản lượng tinh bột mì xuất khẩu đạt 180 – 350 nghìn tấn/năm. Thị trường xuất khẩu chính của Việt Nam: Trung Quốc, Đài Loan, Nhật, Singapore, Malaysia, Hàn quốc và Đông Âu. Sản phẩm được chế biến từ khoai mì: tinh bột mì, bột ngọt, acid glutamate, acid amin, thức ăn gia súc, phân bón hữu cơ,… II.2.2.2 Tình hình sản xuất tinh bột mì trong nước Diện tích trồng mì trên cả nước chủ yếu tập trung ở các khu vực: _ Đông Bắc sông Hồng: Vĩnh Phúc, Hà Tây. _ Đông Bắc: Yên Bái, Phú Thọ, Lào Cai. _ Tây Bắc: Sơn La, Hòa Bình. _ Bắc Trung Bộ: Thanh Hóa, Nghệ An. _ Duyên Hải Nam Trung Bộ: Quãng Nam, Quãng Ngãi, Bình Định, Phú Yên. _ Tây Nguyên: Kon Tum, Gia Lai, Đắc Lắc, Đắc Nông. _ Đông Nam Bộ: Bình Phước, Tây Ninh, Đồng Nai, Bình Thuận. Trong đó. Gia Lai là tỉnh có diện tích trồng khoai mì lớn nhất nước (Gia Lai: 47.695 ha; Tây Ninh: 45.137 ha – số liệu thống kê 2006). Theo ước tính: Khoảng 12% khoai mì được tiêu thụ trực tiếp. 17% dùng trong trang trại 22% dùng cho thức ăn gia súc. 49% củ khoai mì được bán dùng trong quá trình sản xuất tinh bột mì. Bảng II.3: Thống kê số liệu về diện tích, sản lượng và năng suất khoai mì tính trên cả nước trong giai đoạn 2001 – 2006. Năm 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Diện tích (ha) 292.300 337.860 371.860 388.676 423.800 474.908 Sản lượng (tấn) 3.509.200 4.438.000 5.308.860 5.820.672 6.646.000 7.714.096 Năng suất (tấn/ha) 12.01 13.17 14.28 14.98 15.68 16.24 (Hội thảo chuyên đề: Phát triển ngành chế biến tinh bột khoai mì ở Việt Nam, 2006) Bảng II.4: Một số nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì tại các tỉnh miền Nam Tên công ty Tỉnh Công suất (tấn tinh bột/ngày) Phước Long (VEDAN) KMC (Thị Trấn Chơn Thành) Tồn Năng Đức Liên Wusons Tân Châu – Singapore Tây Ninh - Tapioka Tồn Năng Trường Thịnh Hinh Chang Phước Hưng Thanh Bình Cẩm Vân Việt Ma Bình Phước Bình Phước Bình Phước Bình Phước Bình Phước Tây Ninh Tây Ninh Tây Ninh Tây Ninh Tây Ninh Tây Ninh Tây Ninh Tây Ninh Tây Ninh Tây Ninh 600 100 100 100 100 100 120 100 100 80 60 60 60 60 60 (Hội thảo chuyên đề: Phát triển cụm công nghiệp sinh thái cho ngành chế biến tinh bột khoai mì tại Việt Nam, 2007). II.2.2.3 Định hướng phát triển bền vững (Nông nghiệp) Theo Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông Thôn đến năm 2010, các giống khoai mì được tiến hành trồng rộng rãi là: KM60, KM64, KM94, KM95, H34, Ấn Độ. Ở các vùng như: Duyên Hải Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Tây Ninh, Kon Tum, Bình Phước. Thúc đẩy liên kết giữa các nông trại trồng trọt và công ty chế biến khoai mì quy mô nhỏ với các tổ chức, hội phát triển cây khoai mì trong và ngoài nước. II.2.2.4 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột mì. Nguồn nguyên liệu chính sản xuất tinh bột khoai mì có hai loại: củ mì tươi và mì lát khô. Tóm tắt quy trình chế biến khoai mì từ khoai mì tươi: Củ từ bải nguyên liệu được băng tải chuyển lên khâu rữa. Khâu rữa có hai phần: rửa sơ bộ và rửa ướt. Quá trình rữa sơ bộ là để tách lượng đất cát trên củ, khâu rửa ướt tách hết phần đất cát còn lại và một phần lớn vỏ củ (lớp vỏ mỏng ngoài). Sau khi rửa, củ được đưa vào máy cắt, cắt thành những lát nhỏ giúp cho quá trình mài sát được thuận lợi. Những mảnh nguyên liệu được đưa vào máy nghiền (mài xát + xay). Tại đây chúng được nghiền nhỏ và giải phóng một lượng lớn tinh bột tự do làm tăng hiệu xuất thu hồi bột của cả quá trình. Sau khi nghiền, hỗn hợp sệt được ly tâm để lấy dịch bào. Sau khi tách được một lượng lớn dịch bào, hỗn hợp sệt được đưa vào ly tâm tách bã với kích thước lỗ rây giảm dần từ khâu đầu đến khâu cuối. Trong khâu này có bổ sung vào SO2 0,05% khối lượng để kiềm chế các quá trình sinh hóa (phân hủy gây chua bột), đồng thời giữ màu tắng cho tinh bột. Sữa bột thu từ quá trình tách bã trên sẽ được đưa qua hệ ly tâm siêu tốc nhằm tách hết lượng dịch bào còn lại và thu hồi tinh bột. Lượng sữa bột tinh thu được, được đưa qua hệ thống ly tâm tách nước, nha92m mục đích giảm lượng nước để tăng cường hiệu quả cho quá trình sấy phía sau. Lượng bột ẩm thu được sẽ đưa qua hệ thống sấy khhgi1 thổi. Sau đó dược làm mát, sàng và đóng bao. NƯỚC THẢI CẦN XỬ LÝ Tách nước Bột thành phẩm Li tâm siêu tốc tách dịch bào lần 2 Sấy Kho Băng tải Củ Rửa Cắt khúc Li tâm lắng tách dịch bào lần 1 Nghiền Ép bã Bã khô Nước Nước Dung dịch hấp thụ SO2 Nước Bơm Bã Nước thải Nước thải Nước thải Li tâm tách bã Nước Hình II.2: Sơ đồ quy trình chế biến tinh bột khoai mì II.3 Hiện trạng ô nhiễm của ngành sản xuất tinh bột khoai mì Khu vực miền Nam có khoảng 15 – 20 nhà máy chế biến tinh bột khoai mì quy mô lớn, có thể kể đến như: nhà máy chế biến tinh bột khoai mì KMC (Bình Phước), nhà máy chế biến tinh bột khoai mì của công ty VEDAN (Bình Phước), công ty liên doanh bột mì VINAFOOD-GCR, nhà máy tinh bột khoai mì Bình Thuận, xí nghiệp liên doanh TAPIOCA Việt Thái, công ty tinh bột sắn Phú Yên, công ty tinh bột khoai mì Quãng Ngãi,… Tại Bình Định, các cơ sở sản xuất như: Quốc Khánh và Tiến Phát, chất thải đã gây ô nhiễm nghiêm trọng trên một vùng rộng lớn. Tuy nhà máy có hầm chứa nhưng không hề qua một hệ thống xử lý nào. Nước thải rút xuống hầm rồi đổ ra suối Hố Mây, tràn vào đồng ruộng làm hư hại hoa màu của dân. Cứ mùa mưa đến là nước bẩn mang theo bã mì rồi trôi lềnh bềnh trên ruộng, gây ghẻ lở cho người dân. Số liệu thống kê về tải lượng chất ô nhiễm trong nước thải của một số nhà máy chế biến tinh bột khoai mì quy mô lớn tại Việt Nam thể hiện trong bảng sau: Bảng II.5: Tải lượng ô nhiễm do nước thải tinh bột khoai mì tại Việt Nam. STT Tên cơ sở công nghiệp Tải lượng ô nhiễm (kg/ngày) SS BOD5 COD Norg P-PO4 1 Công ty cổ phần Vedan 15.600 30.060 38.700 326,4 8,28 2 Công ty khoai mì Tây Ninh 7.800 15.030 19.350 163,2 4.14 3 Nhà máy chế biến tinh bột Tân Châu – Singapore 3.900 7.515 9.675 81.6 2.07 4 Phân xưởng sản xuất tinh bột khoai mì Phước Long (thuộc VEDAN) 46.800 90.180 116.100 979.2 24,80 5 Nhà máy chế biến tinh bột khoai mì KMC 109.200 210.420 270.900 22.848 57,96 (Hội thảo chuyên đề: phát triển ngành chế biến tinh bột khoai mì tại Việt Nam, 2006) II.4 Tổng quan về nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì Miwon – Tây Ninh II.4.1 Tình hình chung về ô nhiễm nước thải tinh bột khoai mi ở Tây Ninh Theo con số thống kê của SKHCNMT, riêng tỉnh Tây Ninh có trên 300 cơ sở sản xuất thủ công nằm tập trung ở một số huyện như: Tân Biên, Tân Châu, Châu Thành, Dương Minh Châu,… Hầu hết hệ thống xử lý nước thải của các cơ sở rất sơ sài, không đạt tiêu chuẩn, gây ô nhiễm môi trường khu dân cư xung quanh, nguồn nước mặt sông và mạch nước ngầm bị ô nhiễm, … Một số cơ sở có hệ thống xử lý nước thải bằng ao sinh học, song chưa xử lý hoàn chỉnh cộng với diện tích ao nhỏ, sạt lỡ khiến nước thải tràn ra bên ngoài, tác động xấu đến môi trường lân cận. Nước thải từ lò mì làm các giếng nước lân cận đó không thể sử dụng được. Muốn có nước sạch dùng trong sinh hoạt, người dân phải khoan giếng sâu từ 45m trở lên. Thậm chí có lò mì cách trường học Trần Phú huyện Tân Biên gây mùi hôi thối nồng nặc. Tình trạng ô nhiễm từ nước thải của các cơ sở sản xuất tinh bột khoai mì thủ công làm cho hàng loạt cá không thể sinh sống tại rạch Bến Đá (đoạn đổ ra sông Vàm Cỏ), rạch Tây Ninh. II.4.2 Tổng quan về nhà máy sản xuất bột mì Miwon – Tây Ninh II.4.2.1 Giới thiệu chung về nhà máy Tên nhà máy : Nhà máy chế biến tinh bột mì Miwon. Đại diện : LEE KWANG YOUNG Chức vụ : Giám đốc Địa điểm nhà máy: Ấp B2, xã Phước Minh, huyện Dương Minh Châu - Tây Ninh. Công ty Miwon Việt Nam đầu tư vào nhà máy chế biến tinh bột khoai mì tại tỉnh Tây Ninh thông qua 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: Tiếp nhận nhà máy chế biến khoai mì có sẵn của Công ty Tân Hoàng Minh (công suất sản xuất 60 tấn/ngày) vào ngày 06/12/2004 và đã chính thức đi vào hoạt động từ ngày 01/03/2005; Giai đoạn 2 (giai đoạn mở rộng nhà máy): Sau khi nhà máy của giai đoạn 1 hoạt động ổn định thì tiến hành lắp đặt dây chuyền chế biến tinh bột biến tính (công suất 50 tấn/ngày) và dây chuyền chế biến lỏng (công suất 20 tấn/ngày). Sau khi tiếp nhận Công ty Tân Hoàng Minh, Công ty Miwon Việt Nam – Chi nhánh Miwon Tây Ninh đã tiến hành lập báo cáo đăng ký đạt tiêu chuẩn môi trường và đã được Sở Tài Nguyên và Môi Trường Tây Ninh cấp giấy chứng nhận số 458/STNMT – MT, ngày 19/08/2005. Vị trí của nhà máy chế biến tinh bột mì Miwon – Tây Ninh được xác định như sau: Toạ độ địa lý: 106019,195’ độ kinh Đông và 11019,695’ độ vĩ Bắc. Ranh giới: _ Bắc giáp tỉnh lộ 781 và hồ Dầu Tiếng; _ Nam đất màu trồng cây tràm; _ Đông giáp nhà máy Trường An; _ Tây giáp kênh tiêu thoát ra sông Sài Gòn (chiều dài kênh tiêu từ nhà máy đến điểm tiếp nhận nước thải tại sông Sài Gòn khoảng 4km). II.4.2.2 Dây chuyền sản xuất bột mì của nhà máy Củ mì tươi Tách tạp chất, vỏ gỗ và bốc vỏ lụa Băm nhỏ và nghiền nát Nước cấp Bã, cát Nước thải Tách bã Tách bột (vắt nước) Tách dịch Dung dịch SO2 Đóng bao Sấy khô Nước thải Thành phẩm Nước thải Hình II.3 Sơ Đồ Công Nghệ Chế Biến Tinh Bột Mì Nguồn tin: Điều tra tổng hợp II.4.2.3 Nhu cầu nguyên liệu sản xuất Nguyên liệu chủ yếu của công ty là củ mì, Với lượng củ mì nhập vào công ty hàng ngày là khoảng 300 tấn. Và nguyên liệu này chủ yếu là do người dân trong xã trồng trọt và cung cấp cho nhà máy. Ngoài ra, các xã lân cận cũng cung cấp một lượng lớn loại nguyên liệu này. Ngoài củ mì, còn có các loại bao bì, bao nilon, v.v. Chủ yếu được thu mua từ các công ty, các nhà máy sản xuất bao bì trong nước. Các thiết bị máy móc của công ty phần lớn được nhập từ nước ngoài, chủ yếu được nhập từ Nhật. II.5 Nước thải trong chế biến tinh bột khoai mì II.5.1 Nguồn phát sinh. Quy trình sản xuất khoai mì có nhu cầu sử dụng nước rất lớn (15 – 20m3/tấn sản phẩm). Lượng nước thải mang theo một phần tinh bột không thu hồi hết trong sản xuất, các protein, chất béo, các chất khoáng… Trong dịch bào của củ và các thành phần SO32-, SO42- từ công đoạn tẩy trắng sản phẩm. Lưu lượng thải lớn và có nồng độ chất hữu cơ rất cao (16 – 20 Kg COD/m3 nước thải) là một nguồn gây ô nhiễm lớn cho môi trường. Trong quy trình sản xuất này, nguồn gây ô nhiễm nước gồm nước thải rửa củ, nước thải nghiền củ, ly tâm, sàn loại sơ, lọc thô, khử nước và nước thải tách dịch: Trong công đoạn rửa: nước sử dụng trong công đoạn rửa củ mì trước khi lột vỏ để loại bỏ các chất bẩn bám trên bề mặt. Nếu rửa không đầy đủ, bùn bám trên củ sẽ làm cho màu của tinh bột sau này rất xấu. Nước thải trong quá trình rửa củ, cắt vỏ có chứa bùn, đất, cát, mảnh vỏ, HCN tạo ra do phân hủy phazeolutanin trong vỏ thịt nhờ xúc tác của men cyanoaza… Nước thải trong quá trình nghiền củ, lọc thô có nhiều tinh bột, protein và khoáng chất tách ra trong quá trình nghiền thô. Nước thải trong quá trình tách dịch có nồng độ chất hữu cơ cao (BOD), chất rắn lơ lửng nhiều (SS). Ngoài ra trong nước thải này còn chứa các dịch bào có Tanin, men và nhiều chất vi lượng có mặt trong củ mì. Tóm lại, lượng nước thải phát sinh từ nhà máy dự kiến có 10% bắt nguồn từ nước rửa củ và 90% xả ra từ công đoạn ly tâm, sàng lọc, khử nước. II.5.2 Đặt tính nước thải của ngành sản xuất tinh bột khoai mì. Nước thải chế biến tinh bột khoai mì có pH thấp, hàm lượng chất lơ lửng lớn, ô nhiễm cất hữu cơ cao và bị nhễm chất độc Cyanua. Theo cảm quan nước thải có màu trắng đục, mùi chua, độ đục cao. Bảng II.6: các thông số nước thải ngành sản xuất tinh bột khoai mì Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN 5945 – 2005 Loại A Loại B Loại C Ph 3.8 – 4.5 6 – 9 5,5 – 9 5 – 9 BOD5 mg/l 1.540 – 8.750 30 50 100 COD mg/l 2.500 – 10.000 50 80 400 SS mg/l 120 – 3000 50 100 200 Nitơ tổng mg/l 150 – 800 15 30 60 Photpho tổng mg/l 4 – 91 4 6 8 Cyanua mg/l 4 - 75 0,07 0,1 0,2 II.5.3 Tác động của nước thải chế biến tinh bột khoai mì đến môi trường nước II.5.3.1 Ảnh hưởng của pH Độ pH quá thấp sẽ làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận do các loài vi sinh vật có trong tự nhiên trong nước bị kiềm hãm phát triển. Ngoài ra nước có tính axit sẽ gây ăn mòn, làm mất cân bằng trao đổi chất, ức chế sự phát triển bình thường của quá trình sống. II.5.3.2 Ảnh hưởng của các chất hữu cơ Hàm lượng chất hữu cơ cao sẽ làm giảm nồng độ oxi hòa tan trong nước, làm ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh vật của nguồn tiếp nhận. Ngoài ra, nó còn gây nên tình trạng ô nhiễm mùi. II.5.3.3 Ảnh hưởng của chất lơ lửng Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục và có màu, làm hạn chế nguồn ánh sáng chiếu vào nước, cản trở quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh, giam3 lượng oxi sinh ra. Mặt khác, phần cặn lắng xuống đáy sẽ gây bồi lắng lòng sông, cản trở sự lưu thông và làm thay đổi dòng chảy. Phần cặn này sẽ bị phân hủy kị khí gây nên mùi hôi cho khu vực xung quanh. II.5.3.4 Ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng Hàm lượng chất dinh dưỡng (N, P) quá lớn sẽ gây nên hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, sự phát triển khó kiểm soát của rong và tảo. Khiến môi trường sống của nguồn tiếp nhận bị thay đổi và xấu đi. II.5.3.5 Ảnh hưởng của Cyanua Cyanua tồn tại trong nước ở dạng muối, CN- và HCN. Nó gây ảnh hưởng độc trực đến hệ thủy sinh thực vật. Nước ngấm xuống đất sẽ gây ô nhiễm nguồn nước ngầm. Tuy nhiên, ở điều kiện thích hợp HCN sẽ phân hủy tạo thành NH4+ là chất dinh dưỡng cho các thực vật thủy sinh. II.6 Phương pháp xử lý nước thải tinh bột khoai mì. II.6.1 Xử lý cơ học Tách các tạp chất thô ra khỏi nước như vỏ khoai mì và các đất cát trong nước rữa củ,…Các phương pháp thường dùng là song chắn rác, lắng trọng lực, lọc, tách ly. Đây là một phương pháp xử lý sơ bộ nhằm đảm bảo cho các quá trình xử lý tiếp theo được ổn định. II.6.2 Xử lý hóa học Trung hòa: là phương pháp xử lý thông dụng và đơn giản đối với chất ô nhiễm vô cơ, bằng cách thêm axit hoặc bazơ để điều chỉnh pH đến mức cho phép (6 – 9). Đồng thời hổ trợ quá trình xử lý sinh học. Oxy hóa khử: Phương pháp này có khả năng phân hủy hầu hết các chất hữu cơ và vô cơ trong nước, chuyển chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành dễ phân hủy (nâng tỉ lệ BOD/COD), nó còn ứng dụng để khử độc một số chất hữu cơ: Cyanide, Ammonia,… Phương pháp này được thực hiện bằng cách thêm vào tác nhân oxy hóa, tác nhân khử với pH thích hợp. Chất oxy hóa có thể sử dụng là: Cl, KmnO4, H2O2, O3, MnO2,… Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn hóa chất nên chỉ sử dụng trong trường hợp những chất ô nhiễm không thể xử lý được bằng các phương pháp khác. II.6.3 Xử lý hóa lý - Keo tụ - tạo bông: Khử chất ô nhiễm dạng keo bằng cách sử dụng chất đông tụ để trung hòa điện tích các hạt keo nhằm liên kết chúng lại với nhau tạo nên bông cặn lớn có thể lắng trọng lực. Chất đông tụ là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp, PAC hiệu quả hoạt động trong khoảng pH = 5 – 7,5. Ngoài ra có thể kèm thêm các chất trợ keo tụ (Polimine) giúp nâng cao tóc độ lắng, rút ngắn thời gian cũng như lưu lượng chất keo tụ. Phương pháp này giúp loại bỏ một lượng lớn chất rắn lơ lửng có trong nước thải tinh khoai mì, đồng thời làm giảm nồng độ COD, BOD. - Tuyển nổi: Thường sử dụng tách hợp chất lơ lửng nhỏ, không tan, nhẹ lắng chậm. Chúng cũng có thể sử dụng để tách chất hòa tan, hoạt động bề mặt. Quá trình thực hiện bằng cách tạo các bọt khí nhỏ, các bọt khí dính kết với các hạt kéo chúng lên bề mặt và sau đó được thu gom nhờ thiết bị vớt bọt. Phương pháp có ưu điểm: cấu tạo thiết bị đơn giản, vốn đều tư và chi phí vận hành thấp, có độ lựa chọn cao tách tạp chất, tốc độ cao hơn quá trình lắng. - Cơ học và hấp phụ: Chất lơ lửng nhỏ mịn, các vi hữu cơ bị loại qua quá trình lọc cát hay hấp phụ. Phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi để làm sạch triệt để các chất hữu cơ hòa tan sau xử lý sinh học mà chúng có độc tính cao hoặc không thể phân hủy sinh học. Chất hấp phụ là: thanh hoạt tính, các chất tổng hợp; một số chất thải của sản xuất: tro, xỉ, mạc sắt, khoáng chất, keo nhôm,… phương pháp này có hiệu quả cao ở xử lý giai đoạn cuối. Phương pháp cũng có thể tái chế chất hấp phụ. - Trao đổi ion: Làm sạch tách khỏi nước chứa Cyanua,… Đây là quá trình mà các ion trên bề mặt vật rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi chúng tiếp xúc nhau. Chất trao đổi là các chất vô cơ có nguồn gốc tự nhiên, chất vô cơ tổng hợp. Phương pháp có hiệu quả có ở giai đoạn cuối nhưng khá tốn kém, đòi hỏi phải tái sinh ionit (chất trao đổi ion). II.6.4 Xử lý sinh học - Xử lý hiếu khí: Bao gồm quá trình bùn hoạt tính, hồ ổn định có sục khí, bể tiếp xúc sinh học, cánh đồng tưới,… Tuy nhiên các công trình xử lý thường chiếm diện tích lớn, nước thải tinh bột khoai mì có hàm lượng ô nhiễm rất cao nên xử lý hiếu khí tốn nhiều năng lượng do tiêu hao trong quá trình sục khí. Phương pháp này chỉ thích hợp sau khi nước thải đã qua giai đoạn tiền xử lý nhằm giảm nồng độ các chất ô nhiễm. - Xử lý kỵ khí: Gồm: USB, lọc kỵ khí, hệ thống lọc đệm giãn nở. So với hiếu khí, xử lý kỵ khí cho thấy tính khả thi cao hơn và có nhiều điểm vượt trội hơn: chi phí đầu tư vận hành thấp, lượng hóa chất cần bổ sung ít, ít tốn năng lượng và có thể thu hồi tái sử dụng biogas, lượng bùn sinh ra thấp hơn nên có thể vận hành cao tải, giảm diện tích công trình. II.6.5 Các công nghệ xử lý đang được áp dụng và nghiên cứu tại Việt Nam Hiện nay, Việt Nam đứng thứ 16 về chế biến tinh bột khoai mì trên thế giới, với mức sản xuất tinh bột mì đạt tới 2.050.300 tấn mỗi năm (Diệu, 2003). Củ mì tươi được xem như là nguồn nguyên liệu thô để chế biến tinh bột mì. Rất nhiều nhà máy chế biến tinh bột khoai mì đã được xây dựng và đưa vào hoạt động nhằm làm tăng giá trị của tinh bột mì, cung cấp tinh bột mì cho các ngành công nghiệp như dệt, giấy, thực phẩm, xà phòng, chất tẩy, dược phẩm, mỹ phẩm… Tinh bột khoai mì được sản xuất hàng năm tại Việt Nam khoảng 500.000 tấn (Diệu, 2003). Sự phát triển của ngành chế biến tinh bột mì đã dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt đối với các nguồn tiếp nhận nước thải. Để sản xuất một tấn tinh bột mì, các nhà máy chế biến thải ra môi trường khoảng 12 – 15 m3 nước thải (Hiển và cộng sự, 1999; Mai, 2004). Kết quả khảo sát và đánh giá các thành phần và tính chất nước thải sinh ra từ các nhà máy chế biến tinh bột mì cho thấy loại nước thải này có hàm lượng chất hữu cơ cao, COD (7.000 – 41.500 mg/l), BOD (6.200 – 23.000 mg/l) và SS (500 – 8.600 mg/l), pH thấp và dao động trong khoảng 4,2 – 5,7. Bên cạnh đó hàm lượng độc tố CN- khá cao (19 – 96 mg/l). Khả năng phân hủy kỵ khí của nước thải tinh bột mì rất cao có thể đạt đến 92,3 – 93,3% đối với nước thải nguyên thủy, và đạt đến 94,6 – 94,7% đối với nước thải sau lắng sơ bộ (Mai, 2006). Do đó, đối với các nhà máy chế biến tinh bột mì, nước thải là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường. Hiện nay, xử lý nước thải tinh bột mì hầu như chỉ được áp dụng ở các nhà máy lớn bằng cách sử dụng hệ thống các hồ ổn định cùng với thực vật nước. Tuy nhiên, thực tế vận hành của hệ thống đã cho thấy một số nhược điểm như phát sinh mùi, nhu cầu diện tích lớn và thời gian lưu nước dài (20 – 40 ngày) để các chất hữu cơ có thể phân hủy hoàn toàn. Công nghệ xử lý như trên sẽ cho kết quả đầu ra không ổn định và rất khó đạt tiêu chuẩn đầu ra của Việt Nam, thông thường là TCVN 5945 – 2005 cột B. Trong khi đó có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến xử lý nước thải tinh bột mì bằng quá trình xử lý hiếu khí và kỵ khí, chẳng hạn như bể FBMR (Siller và cộng sự, 1997), dùng phản ứng acid hóa (Siller và cộng sự, 1998), bể UASB (Annachhatre và cộng sự, 1997; Huub và cộng sự, 2000), bể phản ứng UASB, và hệ thống hồ oxy hóa (Hiển và cộng sự, 1999), bể methane (Olga và cộng sự, 1999), bể phản ứng khuấy trộn và kết hợp lắng (Paixaco và cộng sự, 2000), kết hợp giữa quá trình hiếu khí và kỵ khí (Oliveira et al., 2001), bể phản ứng kỵ khí 2 bậc dùng bùn hoạt tính dính bám (Nandy và cộng sự, 1995), và hệ thống hồ (Uddin, 1970; Yothin, 1975; Uddin, 1997; pescod et al, 1997; Nandy et al, 1995). Tuy vậy, có rất ít nghiên cứu được thưc hiện hoàn chỉnh, từ nước thải ban đầu cho đến đầu ra của hệ thống, để có thể đạt được tiêu chuẩn xả thải của địa phương. Để thúc đẩy công nghiệp chế biến tinh bột mì phát triển bền vững, nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá và xác định khả năng áp dụng phương pháp sinh học để xử lý đối với nước thải chế biến tinh bột tại việt nam. Hệ thống UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) được sử dụng để làm giảm COD và thu hồi năng lượng từ khí methane, sau hệ thống UASB, nước thải vẫn chứa một phần lượng chất hữu cơ,do đó sẽ tiếp tục xử lý triệt để bằng hệ thống hiếu khí và hệ thống hồ sinh học. Hệ thống hồ sinh học ngoài chức năng xử lý phần chất hữu cơ còn lại, loại nitơ, photpho, hệ thống hồ còn có khả năng là hồ dự trữ nước để tái sử dụng cho nông nghiệp, là hệ thống đảm bảo an toàn khi có sự cố đối với hệ thống xử lý. Công nghệ kết hợp giữa các bể phản ứng cao tải và hệ thống xử lý hồ có ưu điểm hơn nhiều so với hệ thống xử lý chỉ dùng hồ sinh học như: nhu cầu diện tích thấp, ít sinh mùi, và nước thải sau xử lý có thể đạt tiêu chuẩn địa phương trước khi xả thải ra môi trường. Thống kê hiện trạng áp dụng công nghệ xử lý nước thải tại các nhà máy chế biến tinh bột khoai mì quy mô lớn miền Nam như sau: Bảng II.7: Hiện trạng áp dụng công nghệ xử lý nước thải tại một số nhà máy chế biến tinh bột khoai mì STT Tên nhà máy Địa phương Công nghệ/công suất Tình trạng thực tế 1 Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Phú Yên Phú Yên Bùn hoạt tính lơ lửng (Aerotank) – 1.600 m3/ngày đêm Chưa đạt TCVN 5945 – 1995 (Loại B) do quá tải về công suất 2 Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì Quảng Ngãi Quảng Ngãi Hồ kỵ khí, hồ sinh học tùy nghi – 750 m3/ngày đêm Chưa đạt TCVN 5945 – 1995 (Loại B) do quá tải về công suất 3 Nhà máy chế biến tinh bột khoai mì KMC Bình Phước Hồ kỵ khí, hồ sinh học tùy nghi – 2.000 m3/ngày đêm Chưa đạt TCVN 5945 – 1995 (Loại B) do quá tải về công suất 4 Nhà máy chế biến tinh bột khoai mì Tân Châu – Singapore Tây Ninh Hồ kỵ khí, hồ sinh học tùy nghi – 2.000 m3/ngày đêm Chưa đạt TCVN 5945 – 1995 (Loại B) do quá tải về công suất 5 Nhà máy chế biến khoai mì Phước Long Bình Phước Hồ kỵ khí, hồ sinh học tùy nghi – 4.000 m3/ngày đêm Chưa đạt TCVN 5945 – 1995 (Loại B) do quá tải về công suất 6 Nhà máy chế biến tinh bột khoai mì Matech (sẽ xây dựng) Bình Phước Bể UASB, hồ sinh học tùy nghi – 2.400 m3/ngày đêm Đạt TCVN 6984 – 2001 (theo thiết kế) 7 Nhà máy chế biến tinh bột khoai mì sông Lũy (vận hành đầu năm 2002) Bình Thuận Hồ kỵ khí, hồ sinh học tùy nghi – 800 m3/ngày đêm Đạt TCVN 5945 – 1995 (Loại B) (theo thiết kế nhưng chưa kiểm chứng) CHƯƠNG III TỔNG QUAN CÂY LỤC BÌNH III.1 Cây Lục Bình III.1.1 Nguồn gốc Lục Bình có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của Nam Mỹ nó đã du nhập vào nhiều vùng ôn đới trên thế giới như Trung Mỹ, Bắc Mỹ (califonia, các bang miền Bắc nước Mỹ), Châu Phi, Ấn Độ, Châu Á, Úc, NewZealand. Hình III.1: Cây lục bình Ở Việt Nam, Lục Bình xâm nhập vào nước ta từ năm 1905 và nhanh chóng lan ra khắp các chỗ có từ tù hãm hoặc nơi nước ngọt chảy chậm như ao, hồ, giếng, mương, ven sông…(Nguyễn Đăng Khôi 1985. Được trích từ Dương Thúy Hoa, 2004) III.1.2 Nơi sống Lục Bình phát triển nhanh chóng ở những chổ ngập nước như: hồ, suối, sông, mương và các vùng nước tù đọng. Lục bình hấp thu dưỡng chất trực tiếp từ nước và thường được sử dụng làm công cụ xử lý nước thải. Chúng thích hợp và phát triển mạnh mẽ trong nguồn nước giàu dưỡng chất. Ở phía Tây Bắc và Thái Bình Dương, Lục Bình được trồng ở các ao tự nhiên hay nhân tạo nhưng nó không được xem là cây một năm chịu được giá rét, trừ những điều kiện đặc biệt. (www.ecy.wa.gov) III.1.3 Phân loại Theo Lecomete. Het F. Gagrepain, 1998 (Được trích từ Dương Thúy Hoa, 2004) Ở Đông Dương Lục Bình có 2 loài: Eichhornia crasipes (Solms): Có tiểu nhị, không có phụ bộ, đính giữa 2 phần dưới ống tràng, lá gân, tròn, cuống phù. Loại này gặp ở Bắc, Trung và Nam. Eichharnia Natana: 3 tiểu nhị nhưng 1 tiểu nhị có phụ bộ, dính ở giữa hay phần dưới ống tràng, lá có dạng như lá lúa, loài này gặp ở Campuchia. Theo Phạm Hoàng Hộ, 2000 (Được trích từ Dương Thúy Hoa, 2004) Lục Bình ở Việt Nam chỉ có 1 loài là Eichhornia crasipes. III.1.4 Cấu tạo a. Hình dáng: Lục Bình là cây thân thảo sống trôi nổi trên mặt nước hoặc bám trên đất bùn. Thân gồm một trục mang nhiều lông ngắn và những đốt mang rễ và lá. (Nguyễn Đăng Khôi, 1985. Được trích từ Nguyễn Văn Tùng, 2004.) + Lá: Đơn, mọc thành chùm tạo thành hoa nhị, phiến tròn dài 4 – 8 cm, bìa nguyên, gân hình cung, mịn, đặc sắc, cuống là rất xốp thường phù to tạo thành phao nổi hình lọ thường ngắn và to ở cây non, kéo dài đến 30 cm ở cây già. + Hoa: Xanh nhạt hoặc xanh tím tạo thành chùm đứng, cao 10 – 20 cm, không đều, đài và tràng cùng màu đính ở gốc, cánh hoa hoa trên có đốm vàng, 3 tâm bì nhưng chỉ có 1 tâm bì thụ, 6 tiểu nhị dài và 3 tiểu nhị ngắn. + Trái: Là nang có 3 buồng, bì mỏng, nhiều hột. + Rễ: Dạng sợi, bất định, không phân nhánh, mọc thành chùm dài và rậm ở dưới chiếm 20 – 50% trọng lượng toàn cây tùy thuộc vào môi trường sống nhiều hay ít dinh dưỡng. (Nguyễn Đăng Khôi, 1985. Được trích từ Nguyễn Văn Tùng, 2004.) b. Cấu tạo: _ Lá: Cấu trúc của những lá Lục Bình không giống như những lá của cây đơn tử diệp sống trên đất. _ Thân: Trên thân có những đốt có mô phân sinh tạo ra rễ, lá căn hành và cụm hoa. Lát cắt ngang qua thân cho thấy điểm phát sinh của cơ quan mới. Những tế bào của mô phân sinh này nhỏ và xếp khít nhau, xung quanh vùng ngoại biên của mô phân sinh là một vùng có vô số những khoảng trống giữa các tế bào. Mô khuyết này rất cần cho sự hấp thu oxy và chuyển oxy đến hệ thống rễ. _ Rễ: Phẫu thức cắt ngang của rễ cho thấy rễ có 2 phần: ngoài là vùng vỏ, bên trong là trụ trung tâm. Cấu tạo vùng vỏ gồm 3 phần: _ Dưới biểu bì là lớp nhu mô đạo có chứa sắc tố, do lớp này mà rễ có màu tím khi đưa ra ánh sáng. _ Xung quanh trụ là lớp nhu mô đạo. _ Giữa 2 vùng này của vùng vỏ là lớp nhu mô khuyết, lớp này giúp rễ hấp thu oxy. _Trụ đa cực được bao quanh bởi lớp nội bì ít chuyên hóa và chu luân. Hoạt động của mô phân sinh ở rễ rất yếu. (richard Couch, 1980. Được trích từ Nguyễn Thị Thu Thủy, 1988) Thành phần hóa học của Lục Bình Bảng III.1: Thành phần hóa học và gía trị dinh dưỡng của Lục Bình Thành phần hóa học (%) Nước 92.6 Protid 2.9 Glucid 0.9 Xơ 22.0 Tro 1.4 Calcium 40.8 Phosphor 0.8 Caroten 0.66 Vitamin C 20 (Nguồn: Võ Văn Chí, 1997. Được trích từ Dương Thúy Hoa, 2004) III.1.5 Đặc điểm sinh trưởng Bèo lục Bình (water hyacinth, Eichhoma crassipes) còn gọi là bèo tây, bèo Nhật Bản, bèo sen. Lá đơn, lá mọc thành hoa nhị, cuống xốp phồng lên thành phao nổi khi còn non, trưởng thành cuống thon dài. Hoa lưỡng tính không đều, màu xanh tím nhạt, cánh hoa có một đốm vàng. Cây thân cỏ sống lâu năm, nổi trên mặt nước hay bám dưới bùn, rễ dài và rậm. Kích thước cây thay đổi tùy theo môi trường có nhiều hay ít chất màu, sinh sản bằng con đường vô tính. Từ các nách lá, đâm ra những thân bò dài và mỗi đỉnh thân bò cho một cây mới, sớm tách khỏi cây mẹ để trở thành một cá t31hể độc lập. Ao, hồ, đầm nước lặng nhiều màu thì béo Lục Bình phát triển rất nhanh, có thể cho 150 tấn chất khô/héc ta/năm. III.1.6 Sinh sản Lục bình sinh sản bằng con đường vô tính, từ các nách lá đâm ra những thân bò, cho ra những cây mới và sớm tách ra cây mẹ để trở thành cá thể độc lập. III.2 Tổng quan về hồ sinh học III.2.1. Hồ hiếu khí Hồ hiếu khí là loại hồ nông, chiều cao từ 0,3 – 0,5 m. Quá trình phân hủy chất hữu cơ chủ yếu dựa vào hệ vi sinh vật hiếu khí. Loại hồ này gồm có hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo. Hồ làm thoáng tự nhiên: oxi từ không khí dễ dàng khuếch tán vào lớp nước phía trên . Được ánh sang mặt trời chiếu rọi, hệ rong tảo sẽ quang hợp thải ra oxi. Để đảm bảo ánh sang cho nước, chiều sâu của hồ thường phải nhỏ, thường là 30 – 40 cm. Do vậy, diện tích mặt thoáng của hồ phải lớn. Tải của hồ (tính theo BOD) khoảng 250 – 300 kgCOD/ha.ngày. Thời gian lưu nước của hồ là từ 3 – 12 ngày. Hiệu quả làm sạch có thể tới 80 – 95% BOD, màu của nước thải có thể chuyển sang màu xanh của tảo Tùy vào thực tế, một số trường hợp có thể bố trí hệ thống sục khí cho hồ bằng các thiết bị khuấy cơ học hoặc nén khí. Nhờ đó, mức độ hiếu khí trong hồ sẽ mạnh hơn. Nhờ vậy, chiều sâu của hồ có thể tăng lên (2-4m). Tải BOD của hồ cũng tăng lên, có thể đạt đến 400kgCOD/ha.ngày. Thời gian lưu nước của hồ có thể là 1- 3 ngày. Trong thực tế, việc xây dựng hồ sinh học bố trí hệ thống sục khí hợp lý sẽ làm cho hiệu quả xử lý cao. III.2.2. Hồ kỵ khí Là loại ao sâu, ít hoặc không có điều kiện hiếu khí. Các vi sinh vật kỵ khí hoạt động trong điều kiện không có oxi của không khí. Chúng sử dụng oxi từ các hợp chất như nitrat, sulfat..để oxi hóa chất hữu cơ thành các acid hữu cơ, rượu, khí CH4, H2S, CO2, …nước. Ao hồ kỵ khí thường dung để lắng và phân hủy cặn lắng ở vùng đáy. Loại hồ này có thể tiếp nhận các loại nước thải có tải lượng ô nhiễm lớn, tải BOD cao và không cần vai trò quang hợp của tảo. Nước thải lưu ở hồ kỵ khí thường sinh ra mùi hôi thối khó chịu. Vì vậy, thường không bố trí gần các khu dân cư và các xí nghiệp chế biến thực phẩm. Để duy trì điều kiện kỵ khí và giữ ấm nước trong hồ, chiều sâu hồ là khá lớn (từ 2 – 6 m). Diện tích mặt thoáng không cần lớn (thường bằng 10 – 20% diện tích mặt thoáng hồ thùy nghi). Thời gian lưu nước dài. Hiệu quả khử BOD trong hồ có thể đạt 65 – 80% vào mùa hè và 45 – 65% vào mùa đông. III.2.3. Hồ tùy nghi Loại hồ này rất phổ biến trong thực tế. Đó là loại hồ kết hợp 2 quá trình song song nhau: quá trình phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hòa tan có trong nước và phân hủy kỵ khí cặn và bùn lắng ở vùng đáy Đặc điểm của ao hồ tùy nghi xét theo chiều sâu thì có 3 vùng: lớp trên là vùng hiếu khí (vi sinh vật hiếu khí hoạt động), vùng giữa là vùng tùy nghi (vi sinh vật tùy nghi hoạt động), và vùng kỵ khí ở phía dưới (vi sinh vật kỵ khí hoạt động). Nguồn oxi cần thiết cho quá trình oxi hóa chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước nhờ khuếch tán qua mặt nước do sóng gió và nhờ tảo quang hợp dưới tác dụng của ánh sang mặt trời. Vùng hiếu khí ở phía trên mặt ao hồ có độ sâu tới 1m, vùng kỵ khí xảy ra ở lớp đáy hồ. Ở đây, các chất hữu cơ bị phân hủy kỵ khí sinh ra các khí CH4, H2S, H2, N2, CO2 (trong đó chủ yếu là CH4). Quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ cao, quá trình lên men khí methane xảy ra nhanh hơn. Phân hủy các chất hữu cơ bằng con đường kỵ khí thường sinh ra các sản phẩm khí có mùi hôi khó chịu, gây nhiễm độc không khí… Trong hồ, thường hình thành 2 tầng phân nhiệt : Tầng phía trên nhiệt độ cao và tầng phía dưới nhiệt độ thấp. Tầng trên có O2, tảo phát triển, tiêu thụ CO2, làm cho pH chuyển sang kiềm (có khi lên đến 9,8). Tảo phát triển mạnh rồi chết và tự phân hủy làm cho nước thiếu oxi hòa tan, ảnh hưởng đến vi sinh vật hiếu khí, còn các vi sinh vật kỵ khí, tùy tiện hoạt động mạnh. Trong trường hợp này, cần khuấy đảo để tránh hiện tượng quá tải chất hữu cơ Khi xây dựng hồ, nên chọn chiều cao khoảng 1 – 1,5 m, tỷ lệ chiều dài với chiều rộng là 1:1 hoặc 2:1. Những nơi có gió, diện tích hồ nên chọn rộng, còn những nơi ít gió nên xây hồ có nhiều ngăn. Đáy hồ cần phải nén chặt, cần thiết phải chống thấm bằng lớp đất sét dày 15cm. Bờ hồ cần gia cố tránh xói lở Nếu trong nước có hàm hượng kim loại nặng quá cao, cần phải xử lý sơ bộ nước thải (hấp phụ, hấp thụ, trao đổi ion …) để làm giảm nồng độ của chúng. III.3 Ưu – nhược điểm sử dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải III.3.1 Ưu điểm Hiệu quả xử lý chậm nhưng ổn định đới với các loại nước thải có nồng độ COD, BOD thấp, không có độc tố. Chi phí xử lý không cao Quá trình xử lý không đòi hỏi công nghệ phức tạp. Sinh khối tạo ra sau quá trình xử lý được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau: làm nguyên liệu cho thủ công mỹ nghệ, làm thực phẩm cho người và gia súc, làm phân bón. Bộ rễ thân cây ngập nước là giá thể rất tốt đối với vi sinh vật, sự vận chuyển của cây đưa vi sinh vật đi theo. Sử dụng thực vật xử lý nước trong nhiều trường hợp không cần cung cấp năng lượng, do vậy có thể ứng dụng ở những vùng hạn chế năng lượng. III.3.2 Nhược điểm Diện tích cần dùng để xử lý nước thải lớn, đòi hỏi phải có đủ ánh sáng. Trong trường hợp không có thực vật, vi sinh vật không có nơi bám vào. Chúng dễ dàng trôi theo dòng nước hoặc lắng xuống đáy. Rễ thực vật có thể là nơi cho vi sinh vật có hại sinh sống, chúng là tác nhân sinh học gây ô nhiễm môi trường mạnh. CHƯƠNG 4 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM IV.1 Nghiên cứu tài liệu Điều tra thành phần, tính chất nước thải tinh bột khoai mì. Nghiên cứu các tài liệu có sẵn về cây khoai mì và cây lục bình ở Việt Nam. Nghiên cứu thu hoạch các hình ảnh của thực vật. Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải bằng thực vật. IV.2 Nghiên cứu mô hình thực nghiệm IV.2.1 Mô hình thí nghiệm IV.2.1.1 Chuẩn bị Lục Bình và vật liệu thí nghiệm Cây Lục Bình: Cây được lấy từ Hồ Đá thuộc Đại Học Quốc Gia Tp.HCM, Chọn những cây có chiều cao trung bình tương đối giống nhau, lá xanh, không sâu bệnh. Vật liệu thí nghiệm: bạt che mưa, thùng xốp, ống nhựa 16mm… Theo đề tài thực hiện qua hai giai đoạn: Giai đoạn cây thích nghi: Cây Lục bình sau khi mang về tiến hành cho thích nghi với nước thải tinh bột ở các nồng độ tăng dần trong 16 ngày. Giai đoạn này giúp cây và VSV thích ứng tốt với nước thải tinh bột khoai mì, hạn chế cho cây bị sốc do thay đổi nồng độ. Giai đoạn thí nghiệm: Sau giai đoạn thích nghi thì xác định được ngưỡng gây độc với cây, tiến hành thử nghiệm ở các nồng độ khác nhau. Thời gian thí nghiệm 4 tuần. IV.2.1.2 Xây dựng mô hình Thùng xốp có dung tích 60 lít, chiều cao 32cm, chiều dài 60, chiều rộng 45, phía dưới đáy mô hình có ống nhựa = 16mm, dùng lấy nước trong mô hình ra. Hình IV.1. Mô hình thí nghiệm IV.2.1.3 Thành phần nước thải đầu vào Địa điểm lấy nước thải: nhà máy sản xuất bột mì Miwon – Tây Ninh. Thời gian lấy mẫu: lấy mẫu 2 lần vào tháng 11 – 12/2010. Bảng IV.1. Thành phần nước thải đầu vào Chỉ tiêu Đơn vị Gía trị pH 4.2 COD mgO2/l 10122 BOD5 mgO2/l 5430 N tổng mg/l 341 P tổng mg/l 50 SS mg/l 2390 IV.2.2 Thí nghiệm: Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải tinh bột khoai mì của cây Lục Bình IV.2.2.1 Khảo sát 1: Khảo sát ngưỡng nồng độ thích hợp cho Lục Bình Lục bình sau khi được mang về , cây được thích nghi với môi trường nước thải tinh bột khoai mì ở nồng độ pha loãng tăng dần trong 16 ngày, với mỗi nồng độ lưu nước trong 3 ngày. Các mức nồng độ nước thải khoai mì phục vụ cho thí nghiệm khảo sát ngưỡng chịu đựng của thực vật dao động ….., ngoài ra giai đoạn này giúp cây thích ứng tốt với nước thải sản xuất khoai mì, hạn chế sốc cho cây do sự thay đổi nồng độ. Các chỉ tiêu COD, BOD5, N tổng, P tổng, SS của các mẫu nước pha loãng được trình bày trong bảng sau: Bảng IV.2. Các chỉ tiêu hóa sinh học của nước thải tinh bột khoai mì pha loãng Nồng độ pha loãng Chỉ tiêu BOD5 (mgO2/l) COD (mgO2/l) SS (mg/l) N tổng (mg/l) P tổng (mg/l) 1% 54 101 23,9 3,41 0,50 2% 109 202 47,8 6,82 1,00 3% 163 304 71,7 10,23 1,50 5% 273 506 119,5 17,05 2,50 8% 434 810 191,2 27,28 4,00 10% 543 1012 239,0 34,10 5,00 15% 815 1518 358,5 51,15 7,50 20% 1086 2024 478,0 68,20 10,00 30% 1629 3036 717,0 102,30 15,00 40% 2172 4049 956,0 136,40 20,00 50% 2715 5061 1195 170,50 25,00 70% 3801 7085 1673 238,70 35,00 100% 5430 10122 2390 341,00 50,00 Quan sát và ghi nhận sự biểu hiện của cây trong môi trường bị ô nhiễm, số cây chết. Từ đó xác định được ngưỡng chịu đựng của thực vật. IV.2.2.2 Khảo sát 2: xác định nồng độ nước thải cây xử lý tốt nhất Sau quá trình xác định được ngưỡng chịu đựng của cây, chọn ra 4 nồng độ thích hợp để tiến hành khảo sát ở nồng độ nào thì Lục Bình cho hiệu quả xử lý cao nhất. Tiến hành lưu nước trong 3 ngày. Bảng 4.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm Nồng độ pha loãng Chỉ tiêu BOD5 (mgO2/l) COD (mgO2/l) SS (mg/l) N(mg/l) P (mg/l) 3% 163 304 71,7 10,23 1,50 5% 273 506 119,5 17,05 2,50 8% 434 810 191,2 27,28 4,00 10% 543 1012 239,0 34,10 5,00 IV.2.2.3 Khảo sát 3: khảo sát thời gian lưu nước Từ kết qủa của quá trình khảo sát 2, chọn ra nồng độ xử lý tốt nhất và tiếp tục khảo sát thời gian lưu nước thích hợp. Thời gian lưu nước lần lượt là 3, 5, 7 ngày. So sánh kết quả với mô hình đối chứng là nước thải không thả Lục Bình. IV.2.2.4 Các chỉ tiêu theo dõi Các chỉ tiêu theo dõi bao gồm chỉ tiêu bay hơi nước trong mô hình, chỉ tiêu lý hóa, sinh học của nước đầu vào và đầu ra ( COD, BOD5, N tổng, P tổng, SS). Các chỉ tiêu bay hơi nước trong mô hình Cho 5 lít nước vào một xô có dung tích 10 lít. Mỗi ngày, trút toàn bộ nước trong xo ra , dùng ống đong đo lượng nước vừa trút ra, ghi chép lại chính xác từng ml. lập lại thí nghiệm tương tự trong 3 ngày và lấy kết quả trung bình. Từ đó suy ra lượng nước bay hơi. Bổ sung nước sạch trở lại mô hình đúng bằng lượng nước vừa xác định được. Các chỉ tiêu hóa lý, sinh học của các chỉ tiêu đầu vào và đầu ra Xác định các thông số đầu vào và đầu ra của nước thải Bảng IV.5 Các phương pháp dùng để phân tích các chỉ tiêu môi trường Chỉ tiêu Phương pháp COD Phương pháp đun kín BOD5 Winkler cải tiến N tổng Phân hủy và chưng cất Kieldal P tổng Phương pháp dựa vào phản ứng giữa ion PO43- với ammonium molipdat và SnCl2 SS Phương pháp khối lượng HCN Chưng cất và chuẩn độ Hiệu suất mô hình được tính bằng công thức: H% = [(A – B)X100]/A Trong đó: A: giá trị thông số trước xử lý. B: gía trị thông số sau xử lý. IV.2.3 Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm Mỗi thông số liên quan được phân tích 3 lần để thu thập giá trị trung bình qua các lần đo. Kết quả của các thông số tại các thời điểm đo được xử lý: Kiểm tra và loại bỏ các thông số thô đại. Tính giá trị trung bình của các thông số đo sau khi đã loại bỏ sai số thô. Tính độ lệch chuẩn của giá trị trung bình. Giá trị trung bình được chọn để tính toán và thể hiện trên đồ thị, số liệu tính toán cụ thể của giá trị trung bình và sai số của giá trị trung bình được trình bày trong phụ lục. Các số liệu được xử lý bằng phần mềm Excel và được báo cáo chi tiết trong phụ lục của đề tài. CHƯƠNG V KẾT QUẢ - THẢO LUẬN V.1 Thí nghiệm Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải tinh bột khoai mì của Lục Bình. V.1.1 Khảo sát 1: Khảo sát ngưỡng nồng độ thích hợp của Lục Bình. Sau quá trình thí nghiệm khảo sát ngưỡng nồng độ thích hợp cho cây, biểu hiện phản ứng của Lục Bình với các nồng độ nước thải tinh bột khoai mì khác nhau được thể hiện qua bảng sau: Bảng V.1. Biểu hiện của Lục Bình trong quá trình khảo sát Nồng độ pha loãng Biểu hiện của cây 1% Lục Bình phát triển bình thường, lá xanh tươi tốt. 2% Lục Bình phát triển bình thường, lá xanh tươi tốt. 3% Lục Bình phát triển bình thường, lá xanh tươi tốt. 5% Lục Bình phát triển bình thường, lá xanh tươi tốt. 8% Lục Bình phát triển bình thường, lá xanh tươi tốt. 10% Lục Bình phát triển bình thường, lá xanh tươi tốt. 15% Lục Bình phát triển chậm, lá không còn tươi tốt. 20% Vài lá Lục Bình có biểu hiện vàng. 30% Đa số Lục Bình trong bể vàng lá và khô. Nhận xét Sau quá trình cho Lục Bình thích nghi với nước thải, từ nồng độ 1% đến 15% cây vẫn phát triển bình thường, lá xanh. Nhưng khi sang đến nồng độ 20% vài lá biểu hiện vàng, sang tới nồng độ 30% đa số lá cây trong bể đều vàng và khô héo. Do đó, sau quá trình khảo sát nồng độ thích nghi của Lục Bình thì chọn 4 mức nồng độ là 3%, 5%, 8% và 10% để tiếp tục phục vụ cho khảo sát tiếp theo. Hình V.1. Phản ứng của Lục Bình ở nồng độ 3% Hình V.2. Phản ứng Lục Bình ở nồng độ 10% Hình V.3. Phản ứng Lục Bình ở nồng độ 15% Hình V.4. Phản ứng Lục Bình ở nồng độ 20% V.1.2 Khảo sát 2: khảo sát nồng độ thích hợp mà Lục Bình cho kết quả xử lý tốt nhất. V.1.2.1 Chỉ tiêu về lượng nước bay hơi của mô hình Trong quá trình thí nghiệm, ngoài các chỉ tiêu cần tính toán, thí nghiệm cũng tiến hành quan sát lượng bay hơi nước hằng ngày, nhằm bổ sung kịp thời vào phần nước thất thoát qua bề mặt lá và mặt phẳng bể. Số liệu tính toán lượng nước cần bổ sung được thể hiện trong bảng sau: Bảng V.2. Lượng nước sử dụng cho các thành phần trong mô hình STT Thông số Đơn vị Lượng nước % 1 Lượng nước thải trong mô hình ml 40000 100% 2 Lượng nước trung bình bốc hơi qua bề mặt hồ thí nghiệm ml 3135 8% 3 Lượng nước bốc hơi qua bề mặt lá ml 1095 3% 4 Rò rỉ ml 0 0 Biểu đồ V.1: Cân bằng nước trong mô hình Nhận xét: Qua biểu đồ nhận thấy khi lưu nước trong mô hình, lượng nước thất thoát là 11%, lượng nước còn giữ lại trong mô hình là 89%. Trong đó lượng nước bay hơi qua bề mặt lá là 3% (qua mô hình đối chứng không có Lục Bình xác định lượng nước bay hơi qua bề mặt lá). Lượng nước bay hơi qua bề mặt lá tương đối nhiều, giúp cho quá trình xử lý hiệu quả hơn. Ngoài ra, kết quả của quá trình thí nghiệm phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết, khí hậu, nhiệt độ, độ ẩm,…do vậy kết quả chỉ mang tính tương đối. V.1.2.2 Các chỉ tiêu hóa sinh học của nước thải đầu ra a. Chỉ tiêu pH Qua quá trình thí nghiệm, pH của nước thải đầu vào thấp (pH:4.2) do trong quá trình ủ, các quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra , chủ yếu là quá trình lên men axit của các tinh bột làm cho pH của nước giảm xuống. Tuy nhiên, pH này vẫn nằm trong giới hạn thích nghi của Lục Bình nên vẫn tiến hành thí nghiệm được pH nước thải đầu ra ở mô hình đối chứng và thí nghiệm với bèo lục Bình đều giảm do Lục Bình và hệ vi sinh vật cộng sinh với Lục Bình thực hiện các chuyển hóa sinh hóa làm giảm pH (pH:6.78). pH của nước thải sau xử lý đều nằm trong quy chuẩn QCVN 24: 2009/BTNMT. b. Biến đổi BOD5 của các nghiệm thức BOD là lượng oxi cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí, là một trong những chỉ tiêu quan trọng dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải. Sau quá trình thí nghiệm kết quả xử lý BOD5 được thống kê như sau: Bảng V.3. Chỉ tiêu BOD5 của nước thải sau xử lý Mô hình có thả bèo Lục Bình Nghiệm thức BOD5 đầu vào (mg/l) 3 ngày 5 ngày 7 ngày BOD5 H % BOD5 H % BOD5 H % 3% 163 72 56 58 64 37 77 5% 273 128 53 95 65 49 82 8% 434 195 55 142 67 75 83 10% 543 265 51 215 60 154 72 Mô hình đối chứng Nghiệm thức BOD5 đầu vào (mg/l) 3 ngày 5 ngày 7 ngày BOD5 H % BOD5 H % BOD5 H % 3% 163 142 13 138 15 133 18 5% 273 246 10 238 13 227 17 8% 434 408 6 401 8 438 11 10% 543 523 4 518 5 506 7 Biểu đồ V.2. Biến thiên BOD ở nồng độ 3% Biểu đồ V.3. Biến thiên BOD ở nồng độ 5% Biểu đồ V.5. Biến thiên BOD ở nồng độ 10% Biểu đồ V.4. Biến thiên BOD ở nồng độ 8% Hình V.6. Biến thiên BOD ở nồng độ 5% Hình V.5. Biến thiên BOD ở nồng độ 3% Hình V.8. Biến thiên BOD ở nồng độ 10% Hình V.7. Biến thiên BOD ở nồng độ 8% Nhận xét: Qua quá trình thí nghiệm, nhận thấy chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học ở các nồng độ giảm nhanh trong 3 ngày đầu, tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm trong những ngày sau. Hiệu quả xử lý chất hữu cơ tương đối cao. Trong đó hiệu quả xử lý ở nồng độ 5% và 8% trong 7 ngày là tốt nhất với hiệu suất lần lượt 82% và 83%. Vì vậy, có thể nói rằng thời gian lưu nước càng lâu thì hiệu quả xử lý càng cao. Thời gian lưu 3 ngày đạt 53%, 55%, thời gian lưu 5 ngày hiệu quả lần lượt là 65%, 67%. Việc loại bỏ chất hữu cơ một phần là do hoạt động của vi sinh vật hấp thu dưỡng chất, Nhưng phần lớn là nhờ thủy sinh thực vật tạo giá bám cho các vi sinh vật thực hiện vai trò của mình. c. Biến đổi COD của các nghiệm thức COD (nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong thành phần nước thải bằng phương pháp hóa học). COD là một trong những thông số quan trọng để khảo sát, đánh giá hiện trạng ô nhiễm và xác định hiệu quả của công trình xử lý nước thải. Qua quá trình thí nghiệm hàm lượng COD được thống kê như sau: Bảng V.4. Chỉ tiêu COD của nước thải sau xử lý Mô hình có thả bèo Lục Bình Nghiệm thức COD đầu vào (mg/l) 3 ngày 5 ngày 7 ngày COD H % COD H % COD H % 3% 304 87 71 42 86 25 92 5% 506 189 63 127 75 66 87 8% 810 358 56 169 79 148 82 10% 1012 538 47 315 69 256 75 Mô hình đối chứng Nghiệm thức COD đầu vào (mg/l) 3 ngày 5 ngày 7 ngày COD H % COD H % COD H % 3% 304 282 7 279 8 270 11 5% 506 479 5 471 7 452 11 8% 810 783 3 765 6 755 7 10% 1012 985 3 974 4 953 6 Biểu đồ V.7. Biến thiên COD ở nồng độ 5% Biểu đồ V.6. Biến thiên COD ở nồng độ 3% Biểu đồ V.9. Biến thiên COD ở nồng độ 10% Biểu đồ V.8. Biến thiên COD ở nồng độ 8% Hình V.10. Biến thiên COD ở nồng độ 5% Hình V.9. Biến thiên COD ở nồng độ 3% Hình V.12. Biến thiên COD ở nồng độ 10% Hình V.11. Biến thiên COD ở nồng độ 8% Nhận xét: Hiệu quả xử lý COD của bèo Lục Bình tương đối cao, dao động từ 75-92%. Hàm lượng COD giảm nhanh trong 3 ngày đầu với hiệu suất xử lý lần lượt là 47-71% và giảm dần trong những ngày sau: trong thời gian lưu 5 ngày thì hiệu suất 69-86%, 7 ngày là 75-92%. Chất hữu cơ giảm là do hệ vi sinh vật quanh rễ hấp thu, chuyển hóa thành sinh khối và bay hơi qua bề mặt lá. Hiệu quả xử lý COD cao nhất là ở nồng độ 3%, ở nồng độ này Lục Bình dễ dàng thích nghi vối môi trường nước thải và phát triển nhanh, lá xanh tươi tốt. Hiệu quả xử lý COD thấp nhất là ở nồng độ 10%, vì đây là nồng độ nước thải cao nhất, cây chậm phát triển, chứng tỏ rằng khả năng hấp thu chất dinh dưỡng của cây từ nước thải ở nồng độ này ít. d. Biến đổi N tổng của các nghiệm thức Nitơ là thành phần của protein và acid nucleic trong tế bào vi sinh vật, động vật và thực vật. Tuy nhiên nếu hàm lượng nitơ trong nước quá cao sẽ gây độc ảnh hưởng đến động vật và con người. Ngoài ra hàm lượng nitơ quá cao khi thải ra môi trường ngoài sẽ gây hiện tượng phú dưỡng hóa, tảo nở hoa…Do vậy, cần phải loại bò hàm lượng N trong nước trước khi thải ra ngoài môi trường. Hàm lượng N của nước thải sau khi xử lý đạt kết quả như sau: Bảng V.5 Chỉ tiêu N tổng của nước thải sau khi xử lý. Mô hình có thả bèo Lục Bình Nghiệm thức N tổng đầu vào (mg/l) 3 ngày 5 ngày 7 ngày N H % N H % N H % 3% 10,23 1,73 83 0,91 91 0,53 95 5% 17,05 3,56 79 2,16 87 1,14 93 8% 27,28 8,72 68 2,53 91 0,81 97 10% 34,10 8,11 76 4,51 87 3,02 91 Mô hình đối chứng Nghiệm thức N tổng đầu vào (mg/l) 3 ngày 5 ngày 7 ngày N H % N H % N H % 3% 10,23 8,85 14 8,54 17 8,31 20 5% 17,05 14,83 13 14,36 16 13,94 18 8% 27,28 24,51 10 24,11 11 23,39 15 10% 34,10 31,92 6 31,38 8 30,63 10 Biểu đồ V.11. Biến thiên N ở nồng độ 5% Biểu đồ V.10. Biến thiên N ở nồng độ 3% Biểu đồ V.10. Biến thiên BOD ở nồng độ 3% Biểu đồ V.13. Biến thiên N ở nồng độ 10% Biểu đồ V.12. Biến thiên N ở nồng độ 8% Hình V.14. Biến thiên N ở nồng độ 5% Hình V.13. Biến thiên N ở nồng độ 3% Hình V.16. Biến thiên N ở nồng độ 10% Hình V.15. Biến thiên N ở nồng độ 8% Nhận xét: Hiệu quả xử lý N tổng từ mô hình thí nghiệm khá cao (97%), nồng độ tốt nhất sau xử lý giảm xuống còn 0,81 mg/l. Trong 3 ngày đầu, hàm lượng N tổng giảm nhanh khoảng 76-83%, ngày lưu nước thứ 5 thì N tổng vẫn tiếp tục giảm xuống còn khoảng 87-91% so với hàm lượng đầu vào. Tuy nhiên sau 7 ngày lưu nước thì tốc độ xử lý N tổng có giảm so với những ngày đầu xử lý. Hiệu quả xử lý N tổng cao nhất là ở nồng độ 8%, và thấp nhất là ở nồng độ 10%. Hiệu quả xử lý ở mô hình có thả Lục Bình tốt hơn rất nhiều so với mô hình đối chứng không có Lục Bình. Chứng tỏ Lục Bình đã hấp thụ Nitơ và chuyển hóa thành sinh khối rất tốt. Hàm lượng N tổng giảm do ammonia chuyển hóa thành các hợp chất Nitrat, hấp thu các chất dinh dưỡng trong nước thải, ngoài ra còn do nhiệt độ môi trường, phản ứng hóa học chuyển thành các chất bay hoi (N2). e. Biến đổi Phospho ở các nghiệm thức Cũng giống như Nitơ, phospho là một nguyên tố quan trọng đối với sự phát triển của thực vật và vi sinh vật. Việc thải chất dinh dưỡng này với nồng độ cao vào môi trường tự nhiên làm tăng sự phát triển của tảo và dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa trong các hồ và sông suối. Sau thời gian thí nghiệm, hàm lượng của phospho được trình bày trong bảng sau: Bảng V.6. Chỉ tiêu Phospho tổng của nước thải sau khi xử lý. Mô hình có thả bèo Lục Bình Nghiệm thức P tổng đầu vào (mg/l) 3 ngày 5 ngày 7 ngày P H % P H % P H % 3% 1,50 0,31 79 0,13 92 0,08 95 5% 2,50 0,73 72 0,42 83 0,23 91 8% 4,00 1,21 70 0,75 81 0,53 87 10% 5,00 1,40 72 1,05 79 0,75 85 Mô hình đối chứng Nghiệm thức P tổng đầu vào (mg/l) 3 ngày 5 ngày 7 ngày P H % P H % P H % 3% 1,50 1,38 8 1,32 11 1,30 13 5% 2,50 2,38 5 2,35 6 2,31 8 8% 4,00 3,87 3 3,80 5 3,76 6 10% 5,00 4,93 1 4,89 2 4,78 4 Biểu đồ V.15. Biến thiên P ở nồng độ 5% Biểu đồ V.14. Biến thiên P ở nồng độ 3% Biểu đồ V.17. Biến thiên P ở nồng độ 10% Biểu đồ V.16. Biến thiên P ở nồng độ 8% Hình V.18. Biến thiên P ở nồng độ 5% Hình V.17. Biến thiên P ở nồng độ 3% Hình V.20. Biến thiên P ở nồng độ 10% Hình V.19. Biến thiên P ở nồng độ 8% Nhận xét: Phospho trong nước thải được khử đi do các thủy sinh thực vật hấp thụ qua cơ thể thực vật hoặc kết tủa. Trong đó khử phospho bằng hiện tượng kết tủa và hấp thụ góp phần quan trọng nhất. Quá trình hấp thụ và kết tủa phụ thuộc vào các nhân tố như là pH, khả năng oxy hóa khử, hàm lượng sắt, nhôm, canxi… Hiệu suất xử lý của quá trình này đạt hiệu quả khá cao trong ngày thứ 7 từ 85-95%. Hiệu quả xử lý phospho cao nhất ở nồng độ 3% đạt hiệu suất 95%, do nồng độ đầu vào của nồng độ này tương đối thấp 1,5 mg/l và thấp nhất ở nồng độ 10%. Phospho sẽ được loại bỏ khỏi hệ thống qua việc thu hoạch các thủy sinh thực vật, vén bùn lắng ở đáy, làm cho phospho được tách ra. Hàm lượng phospho trong mô hình đối chứng giảm không đáng kể so với mô hình có thả Lục Bình. Do trong mô hình thực vật hàm lượng phospho được cây hấp thụ ở dạng khác nhau như HPO42- và H2PO4-. f. Biến đổi SS của các nghiệm thức Sau tiến trình vận hành mô hình thí nghiệm, hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước giảm như sau: Bảng V. 7Chỉ tiêu SS của nước thải sau khi xử lý Mô hình có thả bèo Lục Bình Nghiệm thức SS đầu vào (mg/l) 3 ngày 5 ngày 7 ngày SS H % SS H % SS H % 3% 71,7 18,50 74 14,35 80 8,23 89 5% 119,5 50,27 58 38,15 68 25,13 79 8% 191,2 86,25 55 73,46 62 55,28 70 10% 239,0 136,11 43 124,25 48 108,30 55 Mô hình đối chứng Nghiệm thức SS đầu vào (mg/l) 3 ngày 5 ngày 7 ngày SS H % SS H % SS H % 3% 71,7 65,22 9 62,51 11 61,80 14 5% 119,5 112,25 6 109,50 8 105,45 12 8% 191,2 184,20 4 182,81 5 178,51 7 10% 239,0 230,61 3 227,43 5 224,50 6 Biểu đồ V.19. Biến thiên SS ở nồng độ 5% Biểu đồ V.18. Biến thiên SS ở nồng độ 3% Biểu đồ V.21. Biến thiên SS ở nồng độ 10% Biểu đồ V.20. Biến thiên SS ở nồng độ 8% Hình V.22. Biến thiên SS ở nồng độ 5% Hình V.21. Biến thiên SS ở nồng độ 3% Hình V.24. Biến thiên SS ở nồng độ 10% Hình V.23. Biến thiên SS ở nồng độ 8% Nhận xét: Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải khá cao nhưng sau quá trình thí nghiệm thì hàm lượng SS được loại bỏ đáng kể với hiệu suất từ 55-89%. Ở nồng độ 3% thì SS được loại bỏ 89%, nhưng ở nồng độ 10% thì hiệu suất chỉ đạt trên dưới 55%, do chất rắn lơ lửng lắng xuống đáy trong quá trình xử lý cùng với sự phân hủy của các vi sinh vật, thực vật đóng vai trò không đáng kể trong quá trình loại bỏ chất rắn. g. Cyanua Trong quá trình thí nghiệm có khảo sát chỉ tiêu Cyanua nhưng không thấy có sự thay đổi đáng trong trong quá trình xử lý. V.2 Thảo luận chung Sau quá trình thí nghiệm có thể nhận thấy rằng thời gian lưu nước càng lâu thì hiệu quả xử lý càng cao. Do vậy thời gian lưu nước 7 ngày là thời gian mà nước thải tinh bột khoai mì được xử lý tốt nhất. Theo cảm quan, nước thải đầu ra của mô hình thực vật tương đối trong gần như không màu, trong khi mẫu của mô hình đối chứng vẫn còn màu trắng đục. Kết quả thí nghiệm chứng tỏ rằng hàm lượng chất hữu cơ trong nước đã giảm đi rất nhiều, phần lớn các chỉ tiêu đầu ra đều đạt quy chuẩn QCVN 24: 2009/BTNMT loại B, có thể thải ra môi trường ngoài và không cần qua công trình xử lý nào khác. Bảng V.8. Các chỉ tiêu nước thải sau thời gian lưu 7 ngày Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ pha loãng QCVN 24: 2009/BTNMT 3% 5% 8% 10% Loại A Loại B COD mg/l 25 66 148 253 50 100 BOD5 mg/l 37 50 75 154 30 50 N mg/l 8,31 13,94 23,39 30,63 15 30 P mg/l 0,08 0,23 0,53 0,75 4 6 SS mg/l 8,23 25,13 55,28 108,30 50 100 Đa số các chỉ tiêu đầu ra của nước thải ở nồng độ 10% đều chưa đạt quy chuẩn QCVN 24: 2009/BTNMT loại B. Chỉ tiêu N, P, SS ở nồng độ 3%, 5%, 8% đều đạt quy chuẩn đầu ra QCVN 24: 2009/BTNMT loại B. Thí nghiệm được tiến hành trên các nghiệm thức 3%, 5%, 8%, 10%. Kết quả thí nghiệm cho thấy ở nồng độ 10% Lục Bình có thích nghi và phát triển trong môi trường dinh dưỡng này. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý chưa cao và chưa đạt quy chuẩn đầu ra, cũng như thời gian lưu nước chưa đủ dài để Lục Bình có thể hấp thu chất dinh dưỡng nhiều hơn. Thực vật ở nồng độ 30% phát triển rất tốt, khả năng hấp thụ chất hữu cơ cao, các chỉ tiêu đầu ra đều đạt quy chuẩn QCVN 24: 2009/BTNMT loại B. Vì vậy, có thể chọn mức tải lượng 5% để tính toán tải lượng cho mô hình xử lý sinh học quy mô lớn. CHƯƠNG VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VI.1 Kết luận Qua quá trình nghiên cứu sử dụng Lục Bình để xử lý nước thải TBKM ở nồng độ 3%-5% cho thấy kết quả khả quan về mặt môi trường và kinh tế. Lục Bình có thể tồn tại và phát triển trong môit rường nước thải 10%, tương ứng với ngưỡng BOD5= 543 mg/l, COD= 1012 mg/l, N= 34 mg/l, P= 5 mg/l, SS= 239 mg/l. Lượng nước bay hơi trong mô hình chiếm 11%, bao gồm bay hơi qua bề mặt lá và bề mặt hồ . Trong quá trình khảo sát thời gian lưu nước 3, 5, 7 ngày của các nồng độ nước thải 3%, 5%, 8%, 10% dựa vào kết quả có thể kết luận thời gian lưu nước càng lâu thì hiệu quả xử lý càng tốt. Hiệu quả xử lý tốt nhất là ở nồng độ 5% trong thời gian lưu là 7 ngày với các chỉ tiêu đầu ra đều đạt quy chuẩn loại B QCVN 24: 2009/BTNMT. Hiệu suất xử lý BOD5 đạt 82%, nồng độ giảm 224 mg/l. Hiệu suất xử lý COD đặt 87%, nồng độ giảm 440 mg/l. Hiệu suất xử lý N đạt 93%, nồng độ giảm 15,91 mg/l. Hiệu suất xử lý P đạt 91%, nồng độ giảm 2,27 mg/l. Hiệu suất xử lý SS đạt 79%, nồng độ giảm 94,07 mg/l. Ứng dụng mô hình vào thực tế để xử lý nguồn nước thải của các nhà máy chế biến TBKM vừa và nhỏ. Nguồn nước thải sau quá trình xử lý có thể dùng để trồng cây, tưới tiêu,… VI.2 Kiến nghị Thử nghiệm mô hình với diện tích lớn hơn. Tiếp tục nghiên cứu trên nhiều loại nước thải và tái sử dụng lại nguồn nước thải. Phát triển các biện pháp tận dụng tốt sinh khối bèo Lục Bình. Kết hợp với các loại thực vật thủy sinh khác như: bèo dâu, béo tấm, cây cù nèo,…