Luận văn 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

ết hợp với than tạo ra khí metan (CH4) và quá trình lên men các axit và rượu càng tạo thêm nhiều khí metan. 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O CH3CH2OH + CO2 → CH3COOH + CH4 CH3COOH → CH4 + CO2 CH3CH2CH2COOH + H2O + CO2 → CH3COOH + CH4 Trong quá trình phân huỷ kỵ khí ba giai đoạn trên đều xảy ra đồng thời. Nếu trong quá trình phân huỷ bất cứ một giai đoạn nào vượt trội hơn các giai đoạn còn lại đều ảnh hưởng đến quá trình sản sinh khí metan. 1.3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản sinh khí sinh học Quá trình phân huỷ kỵ khí hay lên men metan là quá trình diễn ra phức tạp. Tham gia vào quá trình này, có hàng trăm loại vi khuẩn kỵ khí bắt buộc và không bắt buộc. Chúng có thể tiến hành phân huỷ cơ chất ở ba mức nhiệt độ khác nhau: Sinh vật ưa lạnh (từ 10-15oC), Sinh vật ưa ấm (từ 30-45oC), Sinh vật ưa nhiệt cao (từ 45oC trở lên). Thời gian lên men diễn ra khá dài cùng với các điêu kiện tối ưu và nhiệt độ từ 45-55oC thời gian lên men cũng diễn ra khoảng 10-15 ngày, với nhiệt độ thấp hơn thời gian lên men có thể kéo dài hàng tháng[5]. 26 Các vi khuẩn tham gia vào quá trình này được chia làm hai nhóm: Nhóm vi khuẩn sinh metan và Nhóm vi khuẩn không sinh metan. Nhóm vi khuẩn sinh metan tham gia vào ba giai đoạn chuyển hoá sinh hoá trong suốt quá trình tạo KSH là một quần hệ các vi khuẩn gồm hai nhóm có chức năng khác nhau và hoạt động tương hỗ lẫn nhau chia thành: Nhóm vi khuẩn không sinh metan (gồm: Vi khuẩn thuỷ phân, lên men và vi khuẩn sinh Hidro và axit), nhóm vi khuẩn metan. Nhóm vi khuẩn không sinh metan có chức năng chuyển hoá các chất hữu cơ phức tạp thành đơn giản, gồm các vi khuẩn lên men, tạo hidro và axetat. Nhóm này bao gồm: Vi khuẩn, nấm, protozoa trong đó nhóm vi khuẩn có vai trò quan trọng nhất trong quá trình tạo KSH. a. Môi trường kỵ khí Quá trình lên men KSH tạo ra khí sinh học có thành phần chủ yếu là metan và các chất khí khác do hoạt động phân huỷ của các vi sinh vật kỵ khí tạo ra. Trong số những vi sinh vật này, vi khuẩn sinh metan là quan trọng nhất. Sự có mặt của oxi sẽ ức chế hoạt động của các vi khuẩn này thậm chí có thể tiêu diệt chúng. Vì thế, người ta phải đảm bảo môi trường kỵ khí tuyệt đối trong môi trường lên men. Sự có mặt của oxi hoà tan trong môi trường lên men là yếu tố không có lợi trong quá trình sinh khí metan. b. Nhiệt độ Có hai vùng nhiệt độ thích hợp cho sự lên men của vi khuẩn sinh khí methane: một là messophilic (nhiệt độ trung bình) biến động từ 20 – 45oC, và hai là thermophilic (nhiệt độ cao) trong vùng nhiệt trên 45oC. Nhiệt độ tối ưu là 35oC cho vùng thứ nhất và 55oC cho vùng thứ hai[2]. Sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sinh khí. Vi khuẩn sinh khí methane rất nhạy cảm với nhiệt độ, biên độ nhiệt độ thay đổi cho phép là 10oC trong mỗi ngày. Nhiệt độ dưới 10oC làm vi khuẩn hoạt động kém và KSH sẽ không được sinh ra hoặc rất ít. Ở Việt Nam nhiệt độ trung bình từ 18 – 32o là thuận lợi cho hoạt động của vi sinh, sinh khí methane[2]. 27 c. Độ pH Mỗi loại vi khuẩn đều có giới hạn pH sinh trưởng (cực tiểu, cực đại và tối thích) vì vậy chúng được chia thành nhiều nhóm như: Ưa pH trung bình (6,5-7,5), ưa kiềm, chịu kiềm, ưa axit, chịu axit[2]. Độ pH rất quan trọng đối với hoạt động sống của vi khuẩn sinh khí methane. Vi khuẩn sinh khí methane thích hợp ở pH 6,5 – 7. Khi pH lớn hơn 8 hay nhỏ hơn 6 thì hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm dần[2]. d. Độ ẩm Các vi khuẩn tham gia vào quá trình tạo KSH đều thuộc loại ưa nước. Do vậy, nếu thiếu nước, nước trong tế bào vi khuẩn sẽ bị loại ra, trao đổi chất bị suy giảm và tế bào sẽ chết dẫn đến suy giảm khả năng sinh KSH. e. Đặc tính của nguyên liệu Hàm lượng chất khô: Quá trình phân giải chất hữu cơ sinh khí metan xảy ra thuận lợi nhất khi nguyên liệu có hàm lượng chất khô tối ưu vào khoảng 7-9%. Đối với bèo tây hàm lượng này là 4-5%, rơm rạ là 5-8%. Nguyên liệu ban đầu có hàm lượng chất khô cao hơn tối ưu nên khi nạp vào thiết bị KSH cần pha thêm nước. Tỷ lệ pha loãng thích hợp là 1-3 lít cho 1kg chất thải tươi[2]. Tỷ lệ cacbon và nitơ của nguyên liệu: Các chất hữu cơ được cấu tạo bởi nhiều nguyên tố hoá học chủ yếu là cacbon, hidro, nitơ, phôtpho và lưu huỳnh. Tỷ lệ giữa lượng cacbon và nitơ (C/N) là một chỉ tiêu để đánh giá khả năng phân giải của vi khuẩn. Vi khuẩn kỵ khí tiêu thụ cacbon nhiều nitơ khoảng 30 lần[2]. Nếu tỷ lệ này quá cao thì quá trình phân giải xảy ra chậm, nếu tỷ lệ quá thấp thì quá trình phân giải ngừng trệ vì tích luỹ quá nhiều amoniac (NH4) là chất gây độc đối với vi khuẩn ở nồng độ cao. Chất thải của trâu bò và lợn có tỷ lệ C/N thích hợp với yêu cầu trên. Chất thải của người và gia cầm có tỷ lệ C/N thấp. Các nguyên liệu nguồn gốc thực vật thì tỷ lệ C/N cao, thực vật càng già thì tỷ lệ này càng lớn. Để đảm bảo tỷ lệ C/N 28 thích hợp, người ta thường trộn hỗn hợp nhiều loại nguyên liệu để đạt được tỷ lệ C/N tối ưu. f. Thời gian lưu Thời gian lưu là thời gian nguyên liệu nằm trong thiết bị KSH. Thời gian nguyên liệu ở trong thiết bị là khoảng thời gian phân huỷ tạo ra KSH. Trong chế độ nạp liên tục, nguyên liệu được bổ sung hàng ngày. Một lượng nguyên liệu mới được nạp vào thay thế chỗ của nguyên liệu cũ dần đẩy nguyên liệu cũ ra ống thoát. g. Các độc tố Hoạt động của vi khuẩn bị hạn chế hoặc bị tiêu diệt bởi các độc tố có trong môi trường phân huỷ kỵ khí. Khi hàm lượng các độc tố này vượt quá ngưỡng nhất định sẽ tiêu diệt các vi khuẩn kỵ khí. Vì vậy, sự có mặt của các chất này là có hại cho quá trình phân huỷ kỵ khí. Các độc tố đối với vi khuẩn kỵ khí phổ biến đó là: Nước xà phòng, chất tẩy rửa, thuốc nhuộm, dầu nhờn, các loại thuốc bảo vệ thực vật, các loại thuốc sát trùng, kháng sinh,.... 1.3.2.3. Thiết bị khí sinh học tại Việt Nam a. Phương pháp kị khí với sinh trưởng lơ lửng Phương pháp kị khí với sinh trưởng lơ lửng được sử dụng khá phổ biến tại Việt Nam, là quá trình phân hủy kị khí xáo trộn hoàn toàn và được thực hiện trong công trình gọi là bể metan. Các công trình này đều dựa trên phương thức phân hủy kị khí sinh metan của các vi sinh vật lơ lửng có trong nước thải. Thiết kế cho các công trình có sự khác biệt nhau từ quá trình đưa nước thải vào thiết bị cho đến các phương thức gia nhiệt và thiết kế. Thiết bị khí sinh học đơn giản được áp dụng cho nhu cầu dân sinh tại các hộ gia đình tại Việt Nam có thiết kế đơn giản xây bằng gạch, hoặc bằng chất liệu composite để xử lý chất thải trong chăn nuôi và các loại phế phẩm khác. Ứng dụng này hiện nay khá phổ biến để giảm thiểu tình trạng ô nhiễm và thu KSH để sử dụng làm nhiên liệu đốt. 29 Hình 1.2: Nguyên lý hoạt động của bể phân hủy kị khí Trong công nghiệp, để đẩy nhanh quá trình phân hủy kị khí, người ta sẽ thiết kế cho các thiết bị KSH có các bộ phận gia nhiệt, cánh khuấy, hoặc thiết kế dòng nước thải hướng lên để tăng tiếp xúc của vi sinh vật với chất hữu cơ có trong nước thải đạt hiệu suất cao hơn và giảm tải cho các bước xử lý kế tiếp. Một số thiết bị KSH với phương pháp tiếp xúc lơ lửng được giới thiệu như sau: - Bể lên men có thiết bị trộn và bể lắng riêng: (ANALIFT) 1.Nước thải vào; 2.Nước sau xử lý; 3.Bùn dư; 4.Tuần hoàn bùn; 5.KSH; 6.Cánh khuấy; 7.Loại khí; 8. Lắng Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý bể ANALIFT[7] 30 Công trình gồm một bể phản ứng và một bể lắng riêng biệt với một thiết bị điều chỉnh bùn tuần hoàn. Giữa 2 thiết bị chính có một thiết bị loại khí để loại bỏ khí tắc trong các cục bùn vón. Các cục bùn vón này ảnh hưởng đến quá trình lắng của bùn. Với hai bể phản ứng và lắng riêng biệt cho phép phản ứng ở các bể độc lập và có thể chuyển bùn liên thông từ 2 bể và ít chịu ảnh hưởng bởi lưu lượng nước thải do đó dễ dàng bảo trì và khởi động. - Bể xử lý nước thải ở lớp bùn kị khí với dòng hướng lên: (UASB) Phần này chi tiết được giới thiệu tại phần 1.3.4.1. Mục tiêu của công nghệ khí sinh học áp dụng. Bể UASB có sự cải tiến so với ANALIFT bởi dòng nước thải đầu vào được bơm hướng từ dưới đáy bể tạo dòng nước hướng lên trong bể tăng tiếp xúc của vi sinh vật với chất thải và đẩy mạnh quá trình phân hủy kị khí. Có thể xử lý bùn dư tuần hoàn từ công trình hiếu khí phía sau. Có thiết kế và vận hành ít phức tạp hơn so với công nghệ kỵ khí với sinh trưởng gắn kết. b. Phương pháp kị khí với sinh trưởng gắn kết Đây là phương pháp xử lý kị khí nước thải dựa trên sinh trưởng dính bám với vi khuẩn kị khí trên các giá mang. Hai quá trình phổ biến của phương pháp này là lọc kị khí và lọc với lớp vật liệu trương nở, được dùng để xử lý nước thải chứa các chất cacbon hữu cơ. Quá trình này cũng được dùng để khử nitrat. - Lọc kị khí với sinh trưởng gắn kết trên giá mang hữu cơ: (ANAFIZ) Phương pháp này lớp vi sinh vật phát triển thành màng mỏng trên vật liệu làm giá mang bằng chất dẻo, có dòng nước thải chảy qua. Vật liệu có thể là chất dẻo ở dạng tấm sắp xếp hay là vật liệu rời hoặc hạt như các hạt polyspiren có đường kính từ 3-5mm, chiều dày lớp vật liệu là 2m. Lọc kị khí là một tháp chứa đầy các loại vật liệu rắn khác nhau dùng để khử các chất hữu cơ cacbon có trong nước thải. Nước thải được đưa từ dưới và lọc hướng lên trên để tiếp xúc với các loại vật liệu. Trên mặt các vật liệu có các loại vi sinh vật kị khí dính bám và tùy tiện phát triển thành màng mỏng. Lớp màng này không bị rưar trôi và có thể tồn tại lên đến 100 ngày và ngắn hơn nếu thời gian lưu nước ngắn. 31 1.Nước thải vào; 2.Nước sau xử lý; 3.Tuần hoàn; 4. Đến bể chứa; 5.Tháo rửa. Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý bể ANAFIZ[7] Lọc kị khí thích hợp với nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp với nhiệt độ thích hợp. Bùn cặn được giữ lại tại các khe rỗng của lớp lọc. Sau 2-3 tháng rửa bùn 1 lần, thau rửa lọc. - Lọc kị khí với vật liệu giả lỏng trương nở: (ANAFLUX) 1.Nước thải đầu vào; 2.Nước sau xử lý; 3.Bùn lỏng; 4.Tuần hoàn của Biolife; 5.KSH Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý bể ANAFLUX[7] 32 Vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu hạt được giãn nở bởi dòng nước dâng lên sao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với các chất hữu cơ trong một đơn vị thể tích là lớn nhất. Ví dụ: Hạt vật liệu Biolite đặc biệt có kích thước nhỏ hơn 0,5mm với những đặc tính: Cấu tạo lỗ nên diện tích riêng khá lớn, khối lượng nhỏ, chịu được va đập. Lọc gồm cột phản ứng làm bằng thép hoặc chất dẻo, cần chống ăn mòn bên trong và cách nhiệt. Nước ra được quay lại để pha loãng nước thải chảy vào lọc và giữ lưu lượng 5-10m/h để giữ cho lớp vật liệu xốp-trương nở. Do có thể giữ được mật độ cao vi sinh vật trên bề mặt vật liệu xốp-trương nở này, nên phương pháp này có thể dùng để xử lý nước thải sinh hoạt đô thị. Khi sử dụng vật liệu lọc này cần có điểm lưu ý thu hồi các vật liệu lọc theo dòng chảy, nếu muốn loại huyền phù phải đặt thiết bị lắng trong bước tiếp theo. Với lưu lượng nước thải xử lý lớn và trong thời gian tương đối ngắn phải thực hiện axit hóa sơ bộ nước thải trước khi xử lý. ANAFLUX thích hợp với nước thải có chỉ số COD dưới 2500mg/l và hiệu suất lọc có thể lên tới 90%. 1.3.3. Hiện trạng ứng dụng công nghệ khí sinh học của làng nghề Sen Chiểu 1.3.3.1. Các nguồn chất thải từ sản xuất của làng nghề Trong các nghề chế biến NSTP ở Sen Chiểu hiện nay chiếm tỷ trọng lớn nhất về khối lượng sản phẩm và số hộ tham gia sản xuất chủ yếu là sản xuất bún chiếm khoảng 90% sản lượng và hơn 80% số hộ sản xuất. Ở tất cả các xóm đều có các hộ tham gia sản xuất bún với quy mô trung bình của các hộ khoảng 300kg sản phẩm/ngày[10]. Do tập quán sản xuất nhỏ lẻ, vốn đầu tư thấp, chưa có quy hoạch vùng sản xuất tập trung nên nơi sản xuất chế biến thực phẩm chính là nơi ở của các hộ gia đình. Hầu hết các hộ gia đình sản xuất thực phẩm trong làng nghề đều kết hợp nuôi thêm từ 8-10 con lợn để tận dụng làm thức ăn chăn nuôi từ nguồn bã thải hoặc nước thải từ quá trình sản xuất. * Căn cứ vào nguồn chất thải sản sinh trong quá trình sản xuất của làng nghề, ta có thể chia ra làm hai đối tượng riêng biệt như sau: 33 Đối tượng 1: Sản xuất chế biến thực phẩm không kết hợp chăn nuôi Các hộ gia đình này gồm 18 hộ gia đình chiếm trên tổng số 197 hộ (chiếm 9,14% tổng số hộ sản xuất chế biến NSTP) nằm rải rác trên địa bàn làng nghề với quy mô sản xuất vào khoảng 200kg sản phẩm/ngày/hộ đối với sản xuất bún thải ra một lượng nước thải vào khoảng 1,7m3/ngày(theo bảng 1.2). Với sản xuất đậu là 50kg sản phẩm/ngày/hộ thải ra một lượng nước thải không đáng kể khoảng 0,076m3/ngày(theo bảng 1.4). Nước thải từ sản xuất được chảy thẳng ra cống rãnh thoát nước của địa phương hoà lẫn với nước thải sinh hoạt, nước lau rửa sàn, rửa thiết bị trong quá trình sản xuất. Lượng nước thải này gây ô nhiễm cục bộ tại khu vực xung quanh nơi sản xuất (đặc trưng với mùi hôi thối, ruồi nhặng xuất hiện nhiều, ô nhiễm nguồn nước tại cống rãnh và ao hồ xung quanh). Cộng thêm hệ thống thoát nước làng nghề chưa hoàn chỉnh, thoát nước kém gây ngập úng cục bộ, ách tắc dòng chảy vào thời điểm mưa bão. Đối tượng 2: Sản xuất chế biến thực phẩm kết hợp chăn nuôi Các hộ gia đình này gồm 179 hộ gia đình chiếm trên tổng số 197 hộ (chiếm 90,86% tổng số hộ sản xuất chế biến NSTP) với quy mô sản xuất trung bình khoảng 300kg sản phẩm/ngày/hộ đối với sản xuất bún thải ra một lượng nước thải trung bình khoảng 2,55m3/ngày(theo bảng 1.2). Với sản xuất đậu là khoảng 100kg sản phẩm/ngày thải ra một lượng nước thải không lớn khoảng 0,152m3/ngày(theo bảng 1.4). Các hộ gia đình này kết hợp chăn nuôi lợn trung bình 10 con/hộ, lượng chất thải từ chăn nuôi khoảng 2,25kg chất thải/con/ngày[10]. Các nguồn chất thải sẽ được thải thẳng ra môi trường hoặc được các hộ đưa vào hệ thống bể biogas để xử lý và thu khí sử dụng làm nguồn nhiên liệu đun nấu, trong quá trình sản xuất và thắp sáng. b. Hiện trạng ứng dụng công nghệ khí sinh học trong làng nghề hiện nay - Giai đoạn trước năm 2012, thực hiện chương trình do chính phủ Hà Lan hỗ trợ thực hiện mục tiêu vệ sinh môi trường nông thôn, ở địa bàn Sen Chiểu được ứng dụng bể biogas hộ gia đình xây bằng gạch với thể tích trung bình từ 8-10m3. 34 Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý của bể khí sinh học xây bằng gạch ứng dụng cho hộ gia đình[2] - Giai đoạn sau năm 2012, thiết bị sản xuất khí biogas có thay đổi, ứng dụng hai loại bể biogas: Xây bằng gạch hoặc sử dụng bể biogas composit thể tích từ 7- 9m3. Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý của bể khí sinh học composite ứng dụng cho hộ gia đình[30] Từ những miêu tả trên, ta có bảng so sánh về ưu nhược điểm của hai dạng công nghệ KSH được ứng dụng tại làng nghề Sen Chiểu hiện nay: 35 Bảng 1.10: So sánh hai dạng công nghệ KSH đang ứng dụng tại làng nghề Sen Chiểu: Hầm xây bằng gạch Hầm composite Ưu điểm - Giá thành lắp đặt hợp lý với quy mô hộ gia đình. - Công nghệ và vận hành đơn giản. - Có thể dùng để xử lý các dạng chất thải có thành phần chất hữu cơ cao và khó phân huỷ. - Thu được KSH dùng cho các nhu cầu về năng lượng. - Giá thành lắp đặt hợp lý với quy mô hộ gia đình. - Công nghệ và vận hành đơn giản. - Có thể dùng để xử lý các dạng chất thải có thành phần chất hữu cơ cao và khó phân huỷ. - Thu được KSH dùng cho các nhu cầu về năng lượng. - Độ bền và tuổi thọ cao khó bị ăn mòn bởi axit. - Được cung cấp dịch vụ thi công, bảo hành, bảo dưỡng do công ty cung cấp. Nhược điểm - Hầm dễ bị lún nứt do địa chất yếu dẫn đến khả năng bị rò rỉ và mất mát KSH. - Dễ bị ăn mòn vật liệu do dung dịch xử lý có tính axit cao. - Kỹ thuật thi công cần độ khéo léo và am hiểu kỹ thuật. - Bảo dưỡng khó khăn do cấu tạo nắp hầm cố định. - Không có bộ phận tích trữ KSH. - Không có bộ phận tích trữ KSH. 36 1.3.4. Công nghệ khí sinh học phù hợp với đặc điểm của chất thải làng nghề Sen Chiểu 1.3.4.1. Mục tiêu của công nghệ khí sinh học áp dụng - Giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm nguồn nước khu vực làng nghề sản xuất chế biến NSTP. - Sử dụng công nghệ khí sinh học tập trung để tận dụng năng lượng từ nước thải sản xuất. - Giải quyết được nguồn chất thải có hàm lượng chất hữu cơ đầu vào cao (COD = 5230mg/l). - Tận dụng nguồn nhiên liệu KSH làm nhiên liệu dùng chế biến NSTP. 1.3.4.1. Công nghệ khí sinh học đề xuất áp dụng a. Tiêu chí lựa chọn - Sự phù hợp với quy hoạch vùng sản xuất tập trung của xã, huyện và thành phố. - Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường: Xử lý được các nguồn nước thải CBTP có hàm lượng hữu cơ cao đặc trưng chất thải làng nghề Sen Chiểu. - Tận thu được nguồn KSH dùng làm nguồn năng lượng để sử dụng. b. Lựa chọn thiết bị UASB để ứng dụng Nguyên lý hoạt động: Bể phản ứng được làm bằng bêtông, cốt thép không gỉ được cách nhiệt với bên ngoài. Trong bể phản ứng với dòng nước dâng lên qua nền bùn rồi tiếp tục vào bể lắng đặt cùng với bể phản ứng. Khí metan được tạo ra ở giữa lớp bùn. Hỗn hợp khí-lỏng và bùn làm cho bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng. Với quy trình như vậy, bùn được tiếp xúc với nhiều chất hữu cơ có trong nước thải và quá trình phân hủy xảy ra tích cực. Các loại khí tạo ra trong điều kiện kỵ khí sẽ tạo ra vòng tuần hoàn cục bộ, giúp cho việc hình thành những hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng ổn định. Một số bọt khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên trên mặt hỗn hợp khí phía trên bể. Khi va phải lớp lưới chắn phía trên, các bọt khí bị vỡ và hạt bùn được tách ra lại lắng xuống dưới. Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng, vận tốc dòng hướng lên phải giữ ở khoảng từ 0,6 – 0,9 m/h. 37 Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý của bể UASB[7] 1. Bơm cấp nước thô; 2. Nước sau xử lý; 3. Bể phản ứng; 4. Tuần hoàn bùn; 5. Tới bể chứa; 6. Khí sinh học; 7. Bình tăng áp; 8. Bể lắng. Bùn trong bể metan là khối vi sinh vật kị khí và tùy nghi đóng vai trò phân hủy và chuyển hóa các chất hữu cơ. Bùn hoạt tính này hình thành hai vùng rõ rệt: Khoảng 1/4 chiều cao từ đáy bể lên là lớp bùn do các hạt keo tụ, nồng độ khoảng 5- 7%. Phía trên là lớp bùn lơ lửng với nồng độ 1000-3000mg/l gồm các bông cặn chuyển động giữa lớp bùn đáy và bùn tuần hoàn từ ngăn lắng rơi xuống. Bùn có nồng độ cao đảm bảo cho phép bể hoạt động với tải trọng cao. Để đảm bảo cho bể hoạt động với nồng độ cao, người ta phải cấy giống vi sinh vật của hai pha axit và pha metan. 38 CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ KSH để xử lý chất thải đối với làng nghề xã Sen Chiểu, huyện Phúc Thọ, thành phố Hà Nội. 2.2.2. Đối tượng nghiên cứu: Chất thải từ quá trình sản xuất chế biến NSTP của làng nghề xã Sen Chiểu, huyện Phúc Thọ, thành phố Hà Nội (gồm nước thải từ sản xuất bún, đậu phụ và chất thải từ lợn). 2.2.3. Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý ô nhiễm môi trường làng nghề chế biến NSTP Sen Chiểu, tận dụng chất thải để sản xuất năng lượng phục vụ nhu cầu năng lượng của làng nghề bằng công nghệ KSH tập trung. Đề xuất mô hình XLNT bằng phương pháp kỵ khí thu hồi năng lượng với quy mô sản xuất tập trung của làng nghề. 2.2.3. Nội dung nghiên cứu Nội dung số 1: Điều tra, thống kê số hộ, quy mô sản xuất sản xuất bún và đậu phụ trong làng nghề Sen Chiểu. Nội dung số 2: Tìm hiểu mức độ áp dụng và mục đích sử dụng công nghệ KSH trong làng nghề . Nội dung số 3: Đánh giá tiềm năng KSH từ chất thải của làng nghề và so sánh với mức năng lượng từ các nguồn nhiên liệu đang được sử dụng trong làng nghề. Nội dung số 4: Đề xuất mô hình KSH tập trung. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp thống kê - Thu thập các tư liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, tình hình sản xuất, chế biến thực phẩm của làng nghề Sen Chiểu, huyện Phúc Thọ, TP Hà Nội; Thu thập các tư liệu về hiện trạng môi trường và hiện trạng hoạt động sản xuất chế biến thực phẩm làng nghề Sen Chiểu có ảnh hưởng tới môi trường tự nhiên bao 39 gồm: Chất thải, môi trường đất, nước..., và hiện trạng áp dụng công nghệ KSH trong xử lý môi trường làng nghề. Do sự hạn chế về thời gian và nguồn lực để thực hiện nên việc thống kê được kế thừa những tài liệu, số liệu nghiên cứu đã được công bố trong đó kết hợp với quá trình khảo sát, điều tra thực tế theo hộ gia đình có tính chất đại diện nhất để thu thập số liệu và tổng hợp nghiên cứu. Cụ thể những đối tượng đại diện được điều tra gồm: Đối tượng 1: Hộ gia đình sản xuất chế biến thực phẩm không kết hợp chăn nuôi. Đối tượng 2: Hộ gia đình sản xuất chế biến thực phẩm kết hợp chăn nuôi. 2.2.2. Phương pháp điều tra khảo sát hiện trường và lấy mẫu - Số liệu thu được qua việc xử lý kết quả phân tích các chỉ tiêu mẫu: Tại Trung tâm tư vấn và dịch vụ Tài nguyên và Môi trường - Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội tháng 8/2015. - Số lượng mẫu lấy: Do hạn chế về kinh phí, số lượng mẫu lấy không nhiều; nhưng đảm bảo đại diện để đánh giá hiện trạng môi trường cho làng nghề. Công tác lấy mẫu luôn tuân thủ theo các nguyên tắc sau: + Toạ độ lấy mẫu hiện trường được thực hiện dựa trên hệ thống thông tin định vị toàn cầu GPS (Global Positionging System). + Các điểm quan trắc phải đại diện cho vùng có tính đặc trưng, chú trọng những nơi, vùng, các hoạt động sản xuất kinh doanh có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cao. + Phản ánh đúng hiện trạng chất lượng các thành phần môi trường đảm bảo tính khách quan, thường xuyên, lôgic. + Đảm bảo tính khoa học, chính xác cho dự báo, diễn biến môi trường, đề xuất các giải pháp phòng chống, khắc phục, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. + Việc lấy mẫu hiện trường và phân tích trong phòng thí nghiệm được tuân thủ theo các tiêu chuẩn kỹ thuật, QCVN hiện hành, theo các yêu cầu của đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng trong quan trắc môi trường. 40 Các quy chuẩn hiện hành của Việt Nam được sử dụng trong đề tài gồm: + QCVN 05: 2013/BTNMT: QCKTQG về chất lượng không khí xung quanh + QCVN 08: 2008/BTNMT: QCKTQG về chất lượng nước mặt + QCVN 09: 2008/BTNMT: QCKTQG về chất lượng nước ngầm + QCVN 40:2011/BTNMT: QCKTQG về chất lượng nước thải Lựa chọn vị trí lấy mẫu: - Đối với mẫu nước mặt: NM1: Kênh mương đầm dẫn nước tưới tiêu (21o8’58,55’’ N , 105o31’35,32’’ E) NM2: Kênh mương Nội đồng (21o8’52,95’’ N , 105o31’33,99’’ E) NM3: Nước trong hồ tại ngã 3 cụm 6 (21o8’58,66’’ N, 105o31’21,12’’E) - Đối với mẫu nước ngầm: - Đối với mẫu nước thải: NT1: Nước thải sản xuất hộ ông Phùng Văn Sinh, Cụm 11 (21o9’00,6’’ N, 105o31’31,9’’ E) - Đối với mẫu không khí: KK1: Khu vực cạnh hồ Linh Chiểu (21o8’54,01’’ N, 105o31’29,9’’ E) KK2: Khu vực dân cư cụm 11 (21o8’57,76’’ N, 105o31’25,3’’ E) a. Lấy mẫu nước * Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu nước Lấy mẫu quan trắc chất lượng nước mặt thực hiện theo hướng dẫn của các tiêu chuẩn quốc gia: - TCVN 5992:1995 (ISO 5667-2: 1991) - Chất lượng nước - Lấy mẫu. Hướng dẫn kỹ thuật lấy mẫu; NN1: Hộ dân Phùng Văn Sinh, Cụm 11 (21o9’00,6’’ N, 105o31’31,9’’ E) NN2: Hộ dân Bùi Đình Huy, Cụm 11 (21o9’01,5’’ N, 105o31’27,3’’ E) 41 - TCVN 5993:1995 (ISO 5667-3: 1985) - Chất lượng nước - Lấy mẫu. Hướng dẫn bảo quản và xử lý mẫu; - TCVN 5994:1995 (ISO 5667-4: 1987) - Chất lượng nước - Lấy mẫu. Hướng dẫn lấy mẫu ở hồ ao tự nhiên và nhân tạo; - TCVN 5996:1995 (ISO 5667-6: 1990) - Chất lượng nước - Lấy mẫu. Hướng dẫn lấy mẫu ở sông và suối. * Phương pháp xác định mẫu nước Các phương pháp phân tích mẫu được trình bày ở bảng sau: Bảng 2.1. Các thông số nước mặt và phương pháp xác định TT Thông số Phương pháp xác định 1 pH Đo pH tại hiện trường bằng máy Mettler Toledo MX 300 2 DO TCVN 7324-2004 3 TSS TCVN 6625-2000 (ISO 11923-1997) 4 BOD5 TCVN 6001-1995 (ISO 5815-1989) 5 COD TCVN 6491-1999 (ISO 6060-1989) 6 NH4+ TCVN 5988-1995 (ISO 5664-1984) 7 Độ kiềm (CaCO3) TCVN 6636 - 1 : 2000 8 Cl- TCVN 6194-1996 (ISO 9297-1989) 9 Nitrit (NO2-) TCVN 6178-1996 (ISO 6777-1984) 10 Nitrat (NO3-) tính theo N TCVN 6180-1996 (ISO 7890-3-1988) 11 Tổng P (tínhtheo P) TCVN 6494-1:2011 (ISO 10304 -1:2007) 12 Coliform TCVN 6187-1-1996 (ISO 9308-1-1990) b. Lấy mẫu không khí xung quanh: Phương pháp đo, phân tích và lấy mẫu không khí tại hiện trường được trình bày tại bảng sau: 42 Bảng 2.2. Các thông số không khí xung quanh và phương pháp xác định TT Thông số Phương pháp xác định 1 Nhiệt độ Đo bằng máy Tenmars TM-404 2 Độ ẩm Đo bằng máy Tenmars TM-404 3 Tốc độ gió Đo bằng máy Tenmars TM-404 4 Hướng gió Đo bằng máy YOUNG 05103 5 Độ ồn Đo bằng máy Extech 407355-KIT-5 6 Bụi tổng TCVN 5067:1995 7 NO2 TCVN 6137:2009 8 CO TCVN 7725:2007 (ISO 4224:2000) 9 SO2 TCVN 7726:2007 (ISO 10498:2004) Hình 2.1: Vị trí địa điểm lấy mẫu phân tích chất lượng môi trường tại làng nghề Sen Chiểu 43 2.2.3. Phương pháp đánh giá, phân tích 2.2.3.1. Phương pháp tính toán lượng khí lý thuyết * Giá trị lý thuyết: (0,35m3 CH4/kg COD) Chất hữu cơ có hàm lượng năng lượ