Nội dung

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------ Nguyễn Mạnh Tuấn NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THU HỒI NĂNG LƯỢNG TỪ CHẤT THẢI LÀNG NGHỀ CHẾ BIẾN NÔNG SẢN SEN CHIỂU, HUYỆN PHÚC THỌ, THÀNH PHỐ HÀ NỘI BẰNG CÔNG NGHỆ KHÍ SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------ Nguyễn Mạnh Tuấn LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THU HỒI NĂNG LƯỢNG TỪ CHẤT THẢI LÀNG NGHỀ CHẾ BIẾN NÔNG SẢN SEN CHIỂU, HUYỆN PHÚC THỌ, THÀNH PHỐ HÀ NỘI BẰNG CÔNG NGHỆ KHÍ SINH HỌC Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Đặng Đình Thống Hà Nội – Năm 2015 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể các thầy cô giáo khoa Môi trường, trường Đại học khoa học tự nhiên đã truyền đạt cho tôi những kiến thức cơ bản và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình học cao học trong suốt hai năm qua. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đặng Đình Thống đã dành nhiều thời gian trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới phòng Tài nguyên & Môi trường huyện Phúc Thọ, UBND xã Sen Chiểu, thành phố Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi tiếp cận và thu thập những thông tin, lấy mẫu phân tích cần thiết trong quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp là những người đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên Nguyễn Mạnh Tuấn MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................3 1.1. Hiện trạng sản xuất làng nghề Sen Chiểu.............................................................. 3 1.1.1. Quy trình sản xuất bún ........................................................................................... 4 1.1.2. Quy trình sản xuất đậu phụ .................................................................................... 6 1.2. Hiện trạng môi trường làng nghề .......................................................................... 8 1.2.1. Hiện trạng môi trường nước .................................................................................. 8 1.2.1.1. Hiện trạng chất lượng môi trường nước mặt..................................................8 1.2.1.2. Hiện trạng chất lượng môi trường nước ngầm .............................................11 1.2.1.3. Hiện trạng chất lượng môi trường nước thải................................................12 1.2.2. Hiện trạng môi trường không khí ........................................................................ 14 1.2.3. Hiện trạng thu gom chất thải rắn ........................................................................ 15 1.3. Công nghệ khí sinh học ....................................................................................... 17 1.3.1. Tổng quan về công nghệ khí sinh học ................................................................. 17 1.3.2. Đặc trưng của công nghệ khí sinh học ............................................................... 22 1.3.3. Hiện trạng ứng dụng công nghệ khí sinh học của làng nghề Sen Chiểu......... 32 1.3.4. Công nghệ khí sinh học phù hợp với đặc điểm của chất thải làng nghề Sen Chiểu ................................................................................................................................. 36 CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................38 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 38 2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 38 2.2.1. Phương pháp thống kê .......................................................................................... 38 2.2.2. Phương pháp điều tra khảo sát hiện trường và lấy mẫu................................... 39 2.2.3. Phương pháp đánh giá, phân tích ....................................................................... 42 CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.............................47 3.1. Đặc điểm của nguồn chất thải làng nghề và hiện trạng sử dụng công nghệ khí sinh học của làng nghề ............................................................................................... 47 3.1.1. Đặc điểm của nguồn chất thải làng nghề ........................................................... 47 3.1.2. Hiện trạng sử dụng công nghệ khí sinh học của làng nghề .............................. 49 3.2. Tính toán đánh giá tiềm năng của khí sinh học từ nguồn chất thải làng nghề Sen Chiểu........................................................................................................................... 52 3.2.1. Tiềm năng khí sinh học thu được từ các dạng chất thải làng nghề Sen Chiểu52 3.2.2. Năng lượng sử dụng trong một ngày của một hộ gia đình sản xuất bún điển hình làng nghề Sen Chiểu ............................................................................................... 53 3.3. Đánh giá hiệu quả về kinh tế, xã hội và môi trường của công nghệ khí sinh học trong việc xử lý chất thải làng nghề ........................................................................... 54 3.3.1. Hiệu quả về kinh tế................................................................................................ 54 3.3.2. Hiệu quả về xã hội và môi trường ....................................................................... 55 3.4. Đề xuất, kiến nghị về mô hình khí sinh học và giải pháp triển khai thực hiện trong quá trình xử lý nước thải làng nghề .................................................................. 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................70 1.1. Đặc điểm nguồn chất thải và hiện trạng sử dụng công nghệ khí sinh học .......... 74 1.2. Đánh giá tiềm năng của khí sinh học từ nguồn chất thải làng nghề .................... 75 1.3. Hiệu quả về kinh tế, xã hội và môi trường của công nghệ khí sinh học ............. 75 1.4. Đề xuất, kiến nghị về mô hình khí sinh học và giải pháp triển khai thực hiện trong quá trình xử lý nước thải làng nghề .................................................................. 75 2.1. Đối với công tác nghiên cứu tiếp theo................................................................. 76 2.2. Đối với công tác quy hoạch vùng sản xuất tập trung .......................................... 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................78 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Số lượng hộ dân tham gia sản xuất chế biến NSTP tại làng nghề Sen Chiểu…………………………………………………………………….......................3 Bảng 1.2 : Lượng nước thải trong sản xuất bún trên 1 tấn sản phẩm…........................5 Bảng 1.3: Nhu cầu sử dụng nguyên, nhiên liệu trong sản xuất bún (trên 1 tấn sản phẩm)………………………………………………………………..............................5 Bảng 1.4: Lượng nước thải trong sản xuất đậu phụ (trên 1 tấn sản phẩm)………………………………………………………………………….............7 Bảng 1.5: Nhu cầu sử dụng nguyên, nhiên liệu trong sản xuất đậu phụ (trên 1 tấn sản phẩm)………………………………………………………………..............................7 Bảng 1.6: Chất lượng nước mặt………………………………………….....................9 Bảng 1.7: Chất lượng nước ngầm…………………………………………….............11 Bảng 1.8: Chất lượng nước thải…………………………………………....................13 Bảng 1.9: Kết quả phân tích các chỉ tiêu Không khí xung quanh…………...............15 Bảng 1.10: So sánh hai dạng công nghệ khí sinh học ứng dụng tại làng nghề…………………………………………………………………………..............35 Bảng 2.1: Các thông số nước mặt và phương pháp xác định.........................................41 Bảng 2.1: Sản lượng khí metan lý thuyết từ 1 gam gluxit, protit và lipit (theo khối lượng khô) ……………………………………………………....................................43 Bảng 2.2. Các thông số không khí xung quanh và phương pháp xác định.....................44 Bảng 2.3: Sản lượng khí metan lý thuyết từ 1 gam gluxit, protit và lipit (theo khối lượng khô).........................................................................................................................45 Bảng 2.4: Sản lượng khí metan lý thuyết từ chất thải của lợn……………...................45 Bảng 3.1: Thống kê lượng nước thải sản xuất chế biến nông sản thực phẩm của làng nghề Sen Chiểu theo ngày………………………………………………….................48 Bảng 3.2: Thống kê lượng chất thải từ chăn nuôi lợn trong làng nghề Sen Chiểu theo ngày……………………………………………………………………......................48 Bảng 3.3: Nhiên liệu than sử dụng trong sản xuất chế biến NSTP làng nghề Sen Chiểu…………………………………………………..……………….......................50 Bảng 3.4: So sánh năng lượng từ hai dạng nhiên liệu sử dụng chủ yếu trong làng nghề Sen Chiểu…………………………………………………………..............................51 Bảng 3.5: Tiềm năng KSH từ chất thải làng nghề Sen Chiểu………...……................52 Bảng 3.6: So sánh mức năng lượng KSH thu được với nhu cầu năng lượng theo ngày của hộ gia đình chế biến NSTP………………………………….................................53 Bảng 3.7: So sánh các dạng nhiên liệu thông dụng được sử dụng đối với một hộ sản xuất iển hình…………………………………….…………………............................55 Bảng 3.8: Các thông số đầu vào của nước thải …..…...................................................61 Bảng 3.9: Các thông số cơ bản của nước thải trước và sau khi xử lý của bể điều hòa.............................................................................................................................62 Bảng 3.10: Các thông số cơ bản của nước thải trước và sau khi xử lý của bể UASB........................................................................................................................63 Bảng 3.11: Các thông số cơ bản của nước thải trước và sau khi xử lý của bể Aeroten......................................................................................................................65 Bảng 3.12: Diện tích mặt bằng các công trình xử lý nước thải …..…...........................68 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Quy trình sản xuất bún trong làng nghề.........................................................4 Hình 1.2: Quy trình sản xuất đậu phụ trong làng nghề..................................................6 Hình 1.3: Ba giai đoạn chuyển hoá chất hữu cơ tạo khí sinh học………….................................................................................................................23 Hình 1.2: Nguyên lý hoạt động của bể phân hủy kị khí ………………………........29 Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý bể ANALIFT………………………...............................29 Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý bể ANAFIZ………………………...............................31 Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý bể ANAFLUX……………………….............................31 Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý của bể biogas composite ứng dụng cho hộ gia đình……………………………………………..........................................................34 Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý của bể UASB.....................................................................37 Hình 2.1: Vị trí địa điểm lấy mẫu phân tích chất lượng môi trường tại làng nghề Sen Chiểu…………………………………………............................................................42 Hình 3.1: Đề xuất quy trình xử lý nước thải chế biến NSTP quy mô tập trung…………………………………………………………………………............61 Hình 3.2: Mạng lưới cấp khí metan trong khu sản xuất tập trung…………...............73 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu oxy sinh hoá (Biochemical oxygen Demand) COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) KSH Khí sinh học NSTP Nông sản thực phẩm QCVN Quy chuẩn Việt Nam TSS UASB Tổng lượng chất rắn lơ lửng trong nước Phương pháp xử lý bùn kỵ khí có dòng hướng lên trên (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) UBND Ủy ban nhân dân XLNT Xử lý nước thải PHẦN MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, sự phát triển của các làng nghề đang đóng góp phần lớn về tốc độ phát triển kinh tế đối với các làng nghề nói riêng và địa phương nơi có làng nghề nói chung. Hoạt động sản xuất của làng nghề đã tạo ra một số lượng lớn các sản phẩm hàng hóa, trực tiếp tạo công ăn việc làm tại chỗ cho người địa phương. Tuy nhiên, hiện nay, sự phát triển của làng nghề cũng mang lại những hệ quả xấu đối với môi trường của các làng nghề. Tính đến thời điểm cuối năm 2013, theo thống kê của Hiệp hội làng nghề Việt Nam có khoảng trên 1400 làng nghề trên quy mô cả nước, trong đó có trên 300 làng nghề truyền thống có lịch sử phát triển trên nửa thế kỷ, và 70% tổng số các làng nghề tập trung tại các tỉnh phía Bắc[3]. Nhìn chung quy mô sản xuất của làng nghề vẫn mang tính chất sản xuất nhỏ lẻ, phân tán, quy mô sản xuất theo hộ gia đình, với công nghệ sản xuất lạc hậu đã gây nhiều khó khăn trong quá trình quy hoạch xử lý và kiểm soát ô nhiễm môi trường làng nghề. Theo các đánh giá hiện trạng môi trường tại các làng nghề thì hầu hết đều không đạt các tiêu chuẩn về chất lượng môi trường, trong đó nhiều làng nghề có mức độ ô nhiễm rất nghiêm trọng. Nếu chúng ta không có biện pháp để cải thiện vấn đề này thì hệ quả của ô nhiễm môi trường sẽ tác động ngược trở lại sự phát triển về kinh tế của địa phương và gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe của người dân làng nghề và dân cư các vùng lân cận. Làng nghề Sen Chiểu, huyện Phúc Thọ, thành phố Hà Nội có truyền thống trên 40 năm với nghề làm bún và đậu phụ. Nghề truyền thống này đã tạo ra nhiều công ăn việc làm, tăng thêm thu nhập của người dân so với sản xuất nông nghiệp đơn thuần. Tuy nhiên, hiện nay cùng với sự phát triển về quy mô sản xuất, gia tăng về số lượng hộ gia đình tham gia sản xuất trong làng nghề kéo theo sự ô nhiễm môi trường trở nên nghiêm trọng hơn, đặc biệt là ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường nước trong khu vực làng nghề. 1