Luận văn Thạc sĩ

2012

1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Lê Hồng Sơn NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG BÚN TIỀN
NGOÀI, XÃ KHẮC NIỆM, THÀNH PHỐ BẮC NINH, TỈNH BẮC
NINH PHỤC VỤ SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – 2012

Luận văn Thạc sĩ

2012

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

VSV :Vi sinh vật
TVTS :Thực vật thủy sinh
CPSH :Chế phẩm sinh học
KT – XH :Kinh tế - xã hội
NXB :Nhà Xuất bản
HTTV Hệ thống thực vật
CT :Công thức

Luận văn Thạc sĩ

2012

4
DANH MỤC HÌNH
Tên hình Trang
Hình 1.1: Bãi lọc ngập nước dòng chảy ngang 9

+
, PO
4
3-
theo thời gian thí
nghiệm
54
Hình 3.5: Đồ thị so sánh hiệu quả xử lý của hai công thức Bèo tây –
Sậy và Bèo tây – Sậy – Chế phẩm sinh học

56
Hình 3.6: Mô hình khuyến cáo để xử lý nước thải làng bún Tiền
Ngoài, Bắc Ninh

57
Luận văn Thạc sĩ

2012

5
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Tên bảng biểu Trang
Bảng 1.1: Các nhóm làng nghề Việt Nam 4
Bảng 1.2: Thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải của một số
làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm.
5
Bảng 1.3: Khối lượng nước thải từ sản xuất bún tại làng nghề (định
mức cho 1 tấn sản phẩm)
6
Bảng 1.4: Vi sinh vật sinh axit hữu cơ 15

+
ở các công thức thí nghiệm 51
Bảng 3.12: Hiệu quả xử lý PO
4
3-
ở các công thức thí nghiệm 52
Bảng 3.13: Hiệu quả xử lý coliform ở các công thức thí nghiệm 53
Bảng 3.14: Khả năng xử lý nước thải của hệ thống kết hợp CPSH và
TVTS
55 Luận văn Thạc sĩ

2012

7
MỞ ĐẦU
Bắc Ninh là một trong những tỉnh có nhiều làng nghề nhất trong cả nước.
Toàn tỉnh Bắc Ninh hiện có 62 làng nghề trong đó có 30 làng nghề truyền thống, 32
làng nghề mới với những sản phẩm nổi tiếng như gỗ mỹ nghệ Đồng Kỵ, sắt thép
(Đa Hội, Châu Khê), giấy (Phong Khê, Phú Lâm), rượu (Tam Đa, Đại Lâm), tái chế
nhôm (Văn Môn). Trong đó, có 8 làng nghề chế biến thực phẩm như làng nấu rượu
Đại Lâm (Yên Phong), làng Đông Nguyên (Từ Sơn), làng bún thôn Đoài (thành phố
Bắc Ninh), mỳ sợi Lộ Bao (Tiên Du)
Mức độ ô nhiễm nước thải làng nghề đang ở mức báo động: nước thải làng
nghề nấu rượu Đại Lâm (Yên Phong) cao gấp 5 - 10 lần tiêu chuẩn cho phép. Nước
mặt, nước ngầm đều có dấu hiệu ô nhiễm, nhất là nước tại các làng nghề chế biến
nông sản thực phẩm, dệt nhuộm. Nước thải của hầu hết các nguồn khác nhau đều
không được xử lý hoặc xử lý không hiệu quả, không triệt để, đổ trực tiếp vào

- Đánh giá hiện trạng sản xuất, kinh doanh và môi trường làng nghề chế biến
bún Tiền Ngoài và thôn Đoài
- Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải của chế phẩm sinh học với các nồng
độ và liều lượng khác nhau
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải bằng hệ thống xử lý 2 bậc khi trồng
các đối tượng: Sậy và Bèo tây
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải bằng hệ thống kết hợp sử dụng chế
phẩm sinh học và trồng thực vật thủy sinh
Từ các kết quả thu được, đề tài sẽ lựa chọn giải pháp hiệu quả nhất để
khuyến cáo cho việc xử lý nước thải của làng nghề chế biến thực phẩm. Luận văn Thạc sĩ

2012

9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.1. Một số vấn đề môi trường làng nghề Việt Nam
Làng nghề là một trong những đặc thù của nông thôn Việt Nam. Nhiều sản
phẩm được làm ra trực tiếp từ các làng nghề đã trở thành thương phẩm trao đổi, góp
phần cải thiện đời sống gia đình và tận dụng những lao động nhàn rỗi lúc nông
nhàn. Đa số các làng nghề đã trãi qua lịch sử phát triển hàng trăm năm song song
với quá trình phát triển KT - XH, văn hóa và nông nghiệp của đất nước. Làng đúc
đồng Đại Bái – Bắc Ninh với hơn 900 năm phát triển, làng nghề gốm Bát Tràng có
gần 500 năm tồn tại
Trong vài năm gần đây, làng nghề đang thay đổi nhanh chóng theo nền kinh
tế thị trường, các hoạt động sản xuất tiểu thủ công phục vụ tiêu dùng trong nước và
xuất khẩu được tạo điều kiện phát triển. Được hỗ trợ về chính sách, các làng nghề
mới và cụm làng nghề không ngừng được khuyến khích phát triển nhằm đạt được

bừa, cuốc, xẻng, liềm hái, đan lát )
15
(Nguồn: Tổng cục Môi trường Việt Nam, 2008)
Khối lượng và đặc trưng nước thải sản xuất ở các làng nghề phụ thuộc chủ
yếu vào công nghệ và nguyên liệu dùng trong sản xuất. Chế biến lương thực, thực
phẩm, chăn nuôi, giết mổ gia súc, gia cầm, ươm tơ, dệt nhuộm là những ngành
sản xuất có nhu cầu nước rất lớn và cũng xả một lượng lớn nước thải với mức ô
nhiễm hữu cơ ở mức rất cao. Tái chế, chế tác kim loại, đúc đồng, nhôm nhu cầu
nước không lớn nhưng nước thải nhiễm các chất rất độc hại như axit, muối kim loại,
xyanua và các kim loại nặng như Hg, Cu, Pb, Zn Kết quả khảo sát chất lượng
nước thải của các làng nghề những năm gần đây cho thấy mức độ ô nhiễm hầu như
không giảm, thậm chí còn tăng cao hơn trước [6].
Các làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm, chăn nuôi và giết mổ có
lượng nước thải rất lớn, có nơi lên tới 7000 m
3
/ngày (Cát Quế và Dương Liễu). Thải
lượng các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải sản xuất của các làng nghề thuộc
nhóm này cũng khá cao. Các số liệu cho thấy, các làng nghề tinh bột có thải lượng
các chất ô nhiễm lớn nhất.

Luận văn Thạc sĩ

2012

11
Bảng 1.2: Thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải của một số làng nghề
chế biến lương thực, thực phẩm
Làng nghề
Sản phẩm
(tấn/năm)

1 tấn bún tươi cần sử dụng 10 m
3
nước, tuy nhu cầu sử dụng nước không lớn nhưng
với sản lượng khá lớn (hàng chục nghìn tấn/năm) thì lượng nước thải ra môi trường
cũng không nhỏ. Sản xuất bún không phát sinh nhiều chất thải rắn (ngoài xỉ than),
rất ít khí thải mà chất thải chủ yếu là nước. Nước thải từ sản xuất bún có chứa hàm
Luận văn Thạc sĩ

2012

12
lượng chất ô nhiễm cao, chủ yếu là tinh bột, dễ phân hủy sinh học, gây mùi hôi thối.
Hơn nữa, đi kèm với sản xuất bún các hộ gia đình còn kết hợp chăn nuôi lợn để tận
dụng các chất thải, nước thải từ các chuồng trại chăn nuôi đang là nguồn gây ô
nhiễm nghiêm trọng nhất đối với môi trường làng nghề. Ước tính lượng nước thải
khi sản xuất 1 tấn sản phẩm như bảng 1.3 sau:
Bảng 1.3: Khối lượng nước thải từ sản xuất bún tại làng nghề (định mức cho
1 tấn sản phẩm)
STT Loại nước thải Lượng nước thải (m
3
)
1 Nước thải đãi gạo 3,0
2 Nước thải ngâm gạo 0,9
3 Nước tách bột sau ủ chua 2,6
4 Nước làm chín bún 0,5
5 Nước rửa bún 1,5
6 Nước vệ sinh dụng cụ 1,0
(Nguồn: đề tài KC 08 – 09, 2005)
Các làng nghề chế biến bún, bánh cũng có chất thải giàu chất hữu cơ dễ bị
phân hủy sinh học. Chất thải rắn của làng bún giàu chất hữu cơ dễ gây mùi xú uế,

khí. Hồ hiếu khí lại được chia thành hai loại khác nhau tùy vào phương thức cấp
khí:
Hồ hiếu khí làm thoáng tự nhiên
Oxy cung cấp cho quá trình oxy hoá chủ yếu do sự khuếch tán không khí qua
mặt nước và quá trình quang hợp của các thuỷ thực vật như Rong, Tảo, Sậy, Thủy
trúc, Bèo tây,…Để quá trình oxy hoá diễn ra tốt nhất cần đảm bảo chiều sâu của hồ
từ 0,6– 1,0 m, tải trọng loại bỏ BOD đạt 250 - 300 kg/ha, ngày và thời gian lưu của
nước trong hồ 3 - 12 ngày.
Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo
Nguồn ôxy cung cấp cho quá trình sinh hoá chủ yếu bằng các thiết bị bơm
khí hoặc khuấy cơ học. Vì được cấp khí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể từ 2 -
2,5m. Tải trọng BOD
5
400 kg/ha,ngày.
Luận văn Thạc sĩ

2012

14
b. Hồ kị khí
Dùng để lắng và phân huỷ cặn lắng dựa trên hoạt động sống của các VSV
yếm khí. Hồ thường dùng để xử lý nước thải công nghiệp có độ nhiễm bẩn lớn, ít
dùng để xử lý nước thải sinh hoạt. Khi quy hoạch và thiết kế một hồ kị khí cần đảm
bảo yêu cầu yếm khí cao, giữ nhiệt vào mùa đông, thường các hồ yếm khí có độ sâu
lớn từ 2,5 – 4,5m.
Thời gian lưu nước trong hồ kị khí biến động từ 5 - 50 ngày, tải trọng BOD
có thể đạt tới 280 - 1500 kg/ha,ngày. Tuy nhiên, hiệu suất thông thường chỉ đạt 50 -
80%. Đáy hồ nên gia cố để tránh thấm, ngấm.
c. Hồ tuỳ tiện (hay hồ tùy nghi)
Hồ tuỳ tiện còn được gọi là hồ hiếu – kỵ khí. Phần lớn các ao, hồ ở nước ta là

C)
Thời gian lưu nước trong hồ được tính theo công thức:
t = (So – S)/S.K
T

Luận văn Thạc sĩ

2012

15
d. Cánh đồng tưới và bãi lọc
Việc xử lý nước thải được thực hiện trên những cánh đồng tưới và bãi lọc là
dựa vào khả năng giữ cặn trong nước trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua
lọc, nhờ có oxi trong các lỗ hổng và mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí
hoạt động phân hủy các chất hữu cơ. Càng xuống sâu, lượng oxi càng ít và quá trình
oxi hóa các chất hữu cơ giảm dần. Khi độ sâu >1,5m thì ở đó chỉ xảy ra quá trình
khử nitrat. Vì vậy, các cánh đồng tưới và bãi lọc nên xây dựng ở những nơi có mực
nước nguồn thấp hơn 1,5m so với mặt đất.

Hình 1.1: Bãi lọc ngập nước dòng chảy ngang

Hình1.2: Bãi lọc trồng cây dòng chảy đứng
1. Vùng phân phối

nước
vào
2. Lớp không thấm

nước
3. Vật liệu lọc

t: thời gian tiêu nước từ các ô (giờ)
Khó khăn lớn nhất trong việc áp dụng kỹ thuật tưới là diện tích tưới cố
định phải lớn và nhu cầu tưới đều đặn trong năm. Với cây trồng thường chỉ
tưới 3 – 6 tháng/năm, với đồng cỏ thì không được tưới trong mùa mưa [10].
1.2.2. Cơ sở khoa học của phương pháp sinh học để xử lý nước thải
a. Hoạt động sống của VSV trong nước thải
Quần thể vi sinh vật trong các loại nước thải khác nhau là không giống nhau.
Mỗi loại nước thải có hệ vi sinh vật thích ứng đặc thù. Nhưng về cơ bản, VSV trong
nước thải đều là VSV hoại sinh và dị dưỡng. Chúng không tự tổng hợp được các
chất hữu cơ làm vật liệu xây dựng tế bào mới cho mình, trong môi trường sống của
chúng cần có mặt các chất hữu cơ để chúng phân hủy, chuyển hóa thành vật liệu
xây dựng tế bào; đồng thời chúng cũng phân hủy các hợp chất nhiễm bẩn trong
nước đến sản phẩm cuối cùng là CO
2
hoặc tạo thành các khí khác như CH
4
, H
2
S.
Trong nước thải, các chất nhiễm bẩn chủ yếu là hữu cơ hòa tan, hữu cơ dạng
keo và phân tán nhỏ ở dạng lơ lửng. Các dạng này tiếp xúc với bề mặt tế bào vi
Luận văn Thạc sĩ

2012

17
1
Hình 1.3: Sơ đồ chuyển hóa các chất bẩn hữu cơ khi oxi hóa sinh hóa nước thải
Luận văn Thạc sĩ

2012

18
1- Chất bẩn khi xử lý
2- Chất bẩn bị giữ lại trên bề mặt tế bào
3- Chất bẩn còn lại trong nước thải sau khi xử lý
4- Các chất bẩn bị oxi hóa thành năng lượng, CO
2
và nước
5 - Các chất bị đồng hóa được tổng hợp để tăng sinh khối
6 – Tự oxi hóa của VSV thành CO
2
, nước do mem hô hấp nội bào
7 - Phần dư của VSV
Quá trình chuyển hóa vật chất trong tế bào VSV gồm hàng loạt các phản
ứng sinh hóa với hai quá trình đồng hóa và dị hóa mà chủ yếu là các phản ứng
oxi hóa – khử.
b. Quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ trong nước thải
Quá trình phân hủy hiếu khí
Theo Eckenfelder W.W và Conon D.J (1961) quá trình phân hủy các chất trong
nước thải gồm 3 giai đoạn:
- Oxi hóa các chất hữu cơ
C
x
H

5
H
7
NO
2
+ O
2
 CO
2
+ H
2
O + NH
3

Các VSV hoại sinh có trong nước thải hầu hết là các VSV hiếu khí, kị khí
hoặc kị khí tùy tiện; gồm các giống: Pseudomonas, Bacillus, Cytophaga,
Micrococcus, Lactobacillus, Achromobacter, Alcaligenes, Flavobacterium. Trong
số này, giống Pseudomonas thường gặp ở hầu hết các loại nước thải, sau đó là
Bacillus, Alcaligenes, Flavobacterium. Pseudomonas hầu như có thể đồng hóa được
Luận văn Thạc sĩ

2012

19
Kh
ử Nitrat

Oxi hóa n
ội
hầu hết các chất hữu cơ, kể cả hợp chất hữu cơ tổng hợp và sống khá lâu trong môi

ẩn
N trong TB Vi
NO
2
-

N
2

NO
3
-

Cacbon h
ữu c
ơ

Tự phân
Th
ủy
phân

Nitrosomo
Nitrobac
N
-
NH
4

Luận văn Thạc sĩ

4
và một số khí khác như H
2
, N
2
, H
2
S
Hình 1.5: Phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kị khí
Chất hữu cơ ph
ức tạp
Chất hữu c
ơ đơn
giản,
Đư
ờ
ng, peptit,
H
2
, CO
2

Bacteroides succinigenes 5,2-7,5 25-35 Acetic, sucxinic
Clostridium cellobinharus 5,0-8,5 25-37 Fomic, axetic
Clostridium dissolvens 5,0-8,5 36-38
Lactic, ethanol,
CO
2

Clostridium dissolvens 5,0-8,5 35-51 Fomic, axit acetic
Clostridium
thermocellulaseum
5,0-8.5 55-65
Lactic, etanol,
sucxinic
Pseudomonas 5.0-8.5 3-42
Fomic, acetic,
sucxinic, etanol
Ruminococcus sp 5.0-8,5 33-48
Fomic, axetic,
sucxinic
(Nguồn: Lương Đức Phẩm, 2002)
Bảng 1.5: Vi khuẩn sinh metan
Tên vi khuẩn pH
Nhiệt độ
0
C
Sản phẩm
Methanobacterium
omelianskii
6,5-8 37-40 CO
2


Methanococcus mazei 30-37
Axit acetic, axit
butyric
Methanosarcina methanica 35-37
Axit axetic,
butyric
Methanosarcina barkerli 7,0 30
Metanol, axit
acetic, CO
2
, H
2

(Nguồn: Lương Đức Phẩm, 2002)
Tổng hợp sự phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải bằng bảng 1.6 sau:
Bảng 1.6: Sản phẩm phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải
Chất bị phân hủy Enzi
Sản phẩm phân hủy
Hiếu khí Kị khí
Protein Proteinaza
Amon, nitrit, nitrat
Hidro sulfua
Axit sulfuric
Rượu, axit hữu cơ
Nước
Axit amin, amon
Hidro sulfua
Metan
Cacbon dioxit,

2012

23
c. Các loài thực vật thủy sinh thường sử dụng trong xử lý nước thải
Các loài thực vật thủy sinh sử dụng trong xử lý nước thải thuộc một trong
các nhóm sau: sống trôi nổi, sống nổi và sống chìm.
Bảng 1.7: Một số loài thực vật thủy sinh phổ biến dùng xử lý nước thải
STT
Tên
thực
vật
Tên khoa học Phân bố Khả năng ứng dụng
1

Bèo
tây
Eichhornia
crassipes

Ở các nước
nhiệt đới
và cận nhiệt
đới
Sự kết hợp giữa vi khuẩn
và bộ rễ của Bèo cái là
yếu tố quan trọng loại bỏ
các chất dinh dưỡng trong
nước.
3

Bèo
cám
Nhật
Bản

Lemna
japonica
Phân bố phổ
biến ở
miền Bắc
Việt Nam,
Nhật Bản.
Sử dụng phổ biến để xử lý
nước ô nhiễm hữu cơ và kim
loại nặng.
4 Bèo

dòng Nam
Hệ rễ phát triển mạnh tạo
thành chùm lớn, có thể hấp
thụ hầu hết N, P hoà tan
sau 3 đến 5 tuần.
6 Rong Ceratophyllum
Các nước
nhiệt đới,

Luận văn Thạc sĩ

2012

24
STT
Tên
thực
vật
Tên khoa học Phân bố Khả năng ứng dụng
đuôi
chó
demersum L
cận nhiệt đới;
ở Việt Nam

Nymphoides
indicum
Phổ biến ở

Việt Nam, Ấn
Độ, Srilanca,
Thái Bình
Dươ
n
g

Cây trang là một trong
những loài có khả năng
sinh oxy mạnh và giải
phóng oxy vùng rễ.
9
Thủy
trúc Cyperus flabe
lliformis Rorrb

Bộ rễ rất phát
triển, chịu
được môi
truờng nước có

nhKhả năng vận chuyển oxy
vùng rễ cao, có thể xử lý
nước thải công nghiệp đạt
hiệu quả lớn.
(Nguồn: Lê Văn Nhạ, 2010)
d. Cơ sở khoa học của phương pháp dùng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải
TVTS có khả năng xử lý ô nhiễm nước là nhờ hai cơ chế chính là cơ chế
vùng rễ và cơ chế hấp thu chất dinh dưỡng của thực vật:
- Cơ chế vùng rễ: hệ rễ của TVTS có vai trò là giá thể để VSV bám vào, oxy
được lấy từ không khí hoặc từ quá trình quang hợp vận chuyển qua thân xuống rễ
và giải phóng ra môi trường nước xung quanh hệ rễ. Nhờ có oxy, các VSV hiếu khí
Luận văn Thạc sĩ

2012

25
trong vùng rễ phân hủy chất hữu cơ và các quá trình nitrat hóa diễn ra do vậy nước
được làm sạch.
- Cơ chế hấp thu chất dinh dưỡng: Các muối khoáng hòa tan có sẵn trong
nước hoặc sinh ra trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ là nguồn dinh dưỡng
của TVTS, được cây hấp thụ qua hệ rễ, nên nước cũng sẽ được làm sạch.
Bèo tây có khả năng chống chịu rất cao với nguồn nước ô nhiễm đặc biệt là ô
nhiễm hữu cơ, Bèo tây vẫn có thể tồn tại và sinh trưởng ở dải nồng độ NH
4
+
-N từ
110 đến 141mg/L. Mặt khác, Bèo tây là một trong mười loài cây có tốc độ sinh