Nghiên cứu, tính toán cân bằng dòng vật chất trong phương pháp xử lý chất thải làng nghề làm bột xã Tân Phú Trung, huyện Châu Thành, tỉnh Đồng Tháp theo phương án cụm dân cư

248 NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN CÂN BẰNG DÒNG VẬT CHẤT TRONG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI LÀNG NGHỀ LÀM BỘT XÃ TÂN PHÚ TRUNG, HUYỆN CHÂU THÀNH, TỈNH ĐỒNG THÁP THEO PHƯƠNG ÁN CỤM DÂN CƯ Tạ Trung Kiên, Nguyễn Thị Thảo Trang Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Lâm Vĩnh Sơn TÓM TẮT Bài báo trình bày hiện trạng môi trường nước và nghiên cứu, tính toán cân bằng dòng vật chất trong phương pháp xử lý chất thải của làng nghề làm bột xã Tân Phú Trung, huyện Châu Thành, tỉnh Đồng Tháp. Dựa trên những vấn đề về công nghệ cũng như ý thức của hộ sản xuất về vấn đề môi trường chưa cao, công tác quản lý từ phía cơ quan nhà nước còn hạn chế. Từ đó, tính toán cân bằng dòng vật chất trong quá trình sản xuất và đề ra mô hình giảm thiểu ô nhiễm làng nghề theo phương án cụm dân cư. Mô hình VCBNXT (V: Vườn; C: Chuồng; B: Biogas; N: Nhà; X: Xưởng; T: Trạm xử lý nước thải), hoạt động theo nguyên tắc tận dụng nguồn phế phẩm từ quá trình sản xuất và chăn nuôi tạo thành các nguyên liệu, năng lượng để phục vụ cho hoạt động của con người. Mô hình đề xuất cũng đưa ra được những ưu điểm góp phần giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường, nước thải sau xử lý đạt QCVN:2011/BTNMT - cột B, và tận dụng hết chất thải tái sử dụng, nâng cao kinh tế của từng hộ dân. Từ khóa: Hiện trạng làng nghề ột, mô hình giảm thiểu, tái sử dụng, tính toán cân bằng, ưu điểm. 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Xã Tân Phú Trung là một xã thuộc huyện Châu Thành, tỉnh Đồng Tháp. Xã có diện tích 29,77 km2. Đa phần các hộ dân nơi đây sinh sống bằng nghề làm bột. Làng nghề kết hợp giữa sản xuất bột và chăn nuôi heo. Phế phẩm trong quá trình sản xuất bột là cặn bột được thu hồi để làm thức ăn cho heo. Những sản phẩm của làng nghề đáp ứng thị trường tiêu thụ trong nước, góp phần tạo việc làm cho người dân, nâng cao chất lượng cuộc sống. Tuy nhiên, hiện nay làng nghề sản xuất bột xã Tân Phú Trung đang gặp những vấn đề về ô nhiễm môi trường, tác động trực tiếp đến sức khỏe người dân và làm giảm chất lượng môi trường. Nguyên nhân là do các hộ sản xuất theo quy mô nhỏ, lẻ, tự phát, công nghệ lạc hậu, người dân vẫn chưa có ý thức bảo vệ môi trường, các hệ thống thu gom và xử lý nước thải còn sơ sài [1]. Công tác bảo vệ môi trường từ phía cơ quan quản lý còn hạn chế. 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu Tổng quan về xã Tân Phú Trung và làng nghề làm bột tại xã Tân Phú Trung, huyện Châu Thành, tỉnh Đồng Tháp. 249 Điều tra, khảo sát bằng phiếu nhằm thống kê đánh giá tình hình sản xuất, hiện trạng và công tác quản lý môi trường khu vực nghiên cứu. Tính toán cân bằng dòng vật chất trong quá trình sản xuất bột tại làng nghề theo quy mô cụm dân cư. Lấy mẫu phân tích nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước tại khu vực sản xuất bột. Đề xuất mô hình và tính toán dòng vật chất giảm thiểu ô nhiễm và xử lý chất thải của làng nghề theo phương án cụm dân cư. 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp luận Nước thải từ hoạt động làng nghề làm bột có hàm lượng chất ô nhiễm cao gấp chục lần tiêu chuẩn cho phép, đòi hỏi cần có những biện pháp, mô hình giảm thiểu trước khi đưa ra môi trường [1]. Mô hình VCBNXT là mô hình khép kín, vừa xử lý vừa sản xuất và tái sử dụng chất thải [8]. 2.2.2 Phương pháp cụ thể Tham khảo những nghiên cứu trước đây và các tài liệu có liên quan đến việc xử lý và đưa ra mô hình hoàn thiện. Thu thập các dữ liệu về làng nghề đã có ở các cơ quan chức năng trực thuộc địa bàn xã Tân Phú Trung hoặc những số liệu, thống kê đã được thu thập trước đó từ những báo cáo, bài áo, Tiến hành lập phiếu khảo sát các hộ dân trong làng về hiện trạng môi trường nước tại vùng làm nghề sản xuất bột ở địa bàn nghiên cứu trên cơ sở kế thừa các tài liệu nghiên cứu trước đây. Hình 1: Bản đồ các vị trí, địa điểm lấy mẫu Đánh giá, thăm dò, điều tra các hoạt động bảo vệ, quản lý môi trường nước tại làng nghề sản xuất bột tại xã Tân Phú Trung, huyện Châu Thành, tỉnh Đồng Tháp theo phương pháp tiếp cận chọn lọc và điểm điển hình. 250 Tiến hành lấy mẫu ở các địa điểm tại làng nghề. Phân tích các chỉ tiêu COD, BOD5, DO, pH, tổng N, tổng P, TSS đối với các mẫu đã lấy. Phương pháp thống kê nhằm tính toán cân bằng vật chất và năng lượng để ghi lại một cách định lượng nguyên liệu và năng lượng sử dụng tại mỗi công đoạn sản xuất. Cân bằng vật chất là một công cụ quan trọng cho tính toán định lượng các chất ô nhiễm di chuyển từ nơi này đến nơi khác, chuyển đổi các chất ô nhiễm từ trạng thái này sang trạng thái khác là định luật bảo toàn vật chất. 2.2.3 Quy trình thực hiện Hình 2: Sơ đồ phương pháp thực hiện 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Kết quả phân tích nước thải Chỉ tiêu pH Hình 3: Chỉ tiêu pH ở 30 vị trí lấy mẫu Nhận xét: Qua kết quả phân tích chỉ tiêu pH tại phòng thí nghiệm, chỉ số trong 30 mẫu nước tại các vị trí lấy mẫu cho ra các trị số pHmin = 5,74, pHmax = 6,37 và giá trị trung bình pHtb = 6,37, nằm trong giá trị cho phép khi so với QCVN 40:2011/BTNMT, cột B. 251 Các chỉ tiêu DO, COD, BOD Hình 4: Chỉ tiêu DO ở 30 vị trí lấy mẫu Nhận xét: Qua kết quả phân tích chỉ tiêu DO tại phòng thí nghiệm, chỉ số trong 30 mẫu nước tại các vị trí lấy mẫu cho ra các kết quả: DOmin = 3,03, DOmax = 5,35 và giá trị trung bình DOtb = 4.183. Hình 5: Chỉ tiêu COD, BOD ở 30 vị trí lấy mẫu Nhận xét: Qua kết quả phân tích các chỉ tiêu COD, BOD tại phòng thí nghiệm, chỉ số trong 30 mẫu nước tại các vị trí lấy mẫu cho ra các kết quả: – Đối với COD: CODmin = 162, CODmax = 295,2 và giá trị trung bình CODtb = 209.8867, vượt tiêu chuẩn cho phép khi so với QCVN 40:2011/BTNMT, cột B là 1,4 lần. – Đối với BOD: BODmin=142,8, BODmax = 295,2 và giá trị trung bình BODtb = 206,05, vượt tiêu chuẩn cho phép khi so với QCVN 40:2011/BTNMT, cột B là 4,1 lần. Chỉ tiêu TSS: Hình 6: Chỉ tiêu TSS ở 30 vị trí lấy mẫu Nhận xét: Qua kết quả phân tích chỉ tiêu TSS tại phòng thí nghiệm, chỉ số trong 30 mẫu nước tại các vị trí lấy mẫu cho ra các trị số TSSmin = 500, TSSmax = 852 và giá trị trung bình TSStb = 670,2, vượt tiêu chuẩn cho phép khi so với QCVN 40:2011/BTNMT, cột B là 6,7 lần. 252 Chỉ tiêu tổng N, tổng P: Hình 7: Chỉ tiêu tổng P ở 30 vị trí lấy mẫu Nhận xét: Qua kết quả phân tích chỉ tiêu tổng N tại phòng thí nghiệm, chỉ số trong 30 mẫu nước tại các vị trí lấy mẫu cho ra các trị số Tổng Pmin = 11, tổng Pmax = 54 và giá trị trung bình Tổng Ptb=31,967, vượt tiêu chuẩn cho phép khi so với QCVN 40:2011/BTNMT, cột B là 5,3 lần. Hình 8: Chỉ tiêu tổng N ở 30 vị trí lấy mẫu Nhận xét: Qua kết quả phân tích chỉ tiêu tổng N tại phòng thí nghiệm, chỉ số trong 30 mẫu nước tại các vị trí lấy mẫu cho ra các trị số Tổng Nmin = 305,6, tổng Nmax = 769,9 và giá trị trung bình Tổng Ptb=503.83, vượt tiêu chuẩn cho phép khi so với QCVN 40:2011/BTNMT, cột B là 12,6 lần. Đánh giá chung: Qua kết quả phân tích các chỉ tiêu có trong nước thải làng nghề làm bột xã Tân Phú Trung, huyện Châu Thành, tỉnh Đồng Tháp ở 30 vị trí lấy mẫu theo QCVN 40:2011/BTNMT, cột B tại phòng thí nghiệm cho ra các giá trị chỉ tiêu đều vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1,4 – 12,6 lần. 3.2 Tính toán cân bằng dòng vật chất quá trình sản xuất bột Bảng 1: Bảng nhu cầu nguyên liệu cho quá trình sản xuất bột quy mô cụm dân cư Stt Tên nguyên liệu Đơn vị Tiêu thụ/ngày (1 hộ) Tiêu thụ/ngày (5 hộ) 1 Tấm Kg/mẻ/ngày 362 1810 2 Nước m3/mẻ/ngày 3.06 15.3 3 Điện Kw/mẻ/ngày 21.14 105.7 4 Giấy báo Kg/mẻ/ngày 2 10 5 Mâm tre Mâm/mẻ/ngày 80 400 6 Lá chuối Kg/mẻ/ngày 14 70 7 Bao giấy Bao/mẻ/ngày 29 145 253 Bảng 2: Bảng cân bằng vật chất quá trình sản xuất bột gạo quy mô cụm dân cư Stt Các công đoạn Vật liệu đầu vào Vật liệu đầu ra Dòng thải Nguyên liệu Lượng Sản phẩm Lượng Lỏng Chất thải rắn 1 Ngâm Tấm, nước 1810 kg, 2500 lít Gạo đã ngâm 2648 kg Nước sau khi ngâm gạo 1619 lít Cặn ngâm 18 kg Gạo rơi vãi 25 kg 2 Xay Tấm, nước 2648 kg, 1400 lít Dung dịch bột 3930.5 kg Dung dịch rơi vãi 32 kg Cặn bột 85,5 kg 3 Khuấy Dung dịch bột 3930,5 kg Dung dịch bột 3841 kg Dung dịch rỡi vãi 38,5 kg Cặn bột dính trên thiết bị khuấy 51 kg 4 Lắng Dung dịch bột 3841 kg Bột ướt 2619.5 kg Dung dịch rỡi vãi 48 kg Nước sau lắng 1105 lít Cặn lắng 68,5 kg 5 Chia bột Bột ướt 2619,5 kg Bột ướt 2495 kg Bột rơi vãi 124,5 kg Mâm tre 400 mâm Giấy báo 10 kg Tái sử dụng lần 2 Lá chuối 70 kg 70 kg 6 Phơi khô Bột ướt 2495 kg Bột khô 1442 kg Bột rơi vãi 48 kg 7 Đóng gói Bột khô 1442 kg Thành phẩm 1404 kg Bột rơi vãi 38 kg Bao giấy 145 bao 140 bao 5 bao giấy dư 8 Vệ sinh máy, thiết bị, khu vực sản xuất Nước 11400 lít Nước thải 11400 lít 254 Hình 9: Sơ đồ cân bằng dòng vật chất quá trình sản xuất bột theo quy mô cụm dân cư 4 ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH GIẢM THIỂU Ô NHIỄM 4.1 Mô hình nghiên cứu Hình 10: Mô hình nghiên cứu 4.2 Thông số đầu vào của mô hình Bảng 3: Các thông số đầu vào của mô hình Stt Thông số Đơn vị Giá trị (01 hộ) Giá trị (05 hộ) 1 Diện tích nhà xưởng m² 40 200 2 Số lượng người Người 4 20 3 Khối lượng tấm kg/mẻ/ngày 362 1810 4 Diện tích đất vườn m² 40 200 5 Nước thải từ quá trình chế biến m³/mẻ/ngày 3,06 15,3 255 Stt Thông số Đơn vị Giá trị (01 hộ) Giá trị (05 hộ) 6 Chất thải rắn sinh hoạt kg/mẻ/ngày 1,04 5,2 7 Số lượng heo con 59 295 8 Nước từ quá trình chăn nuôi heo m3/ngày.đêm 2,74 13,7 9 Cặn bột cho heo kg/mẻ/ngày 66,9 334,5 4.3 Thông số thiết kê mô hình Bảng 4: Các thông số thiết kế của mô hình Stt Công trình Thông số Đơn vị Giá trị 1 Biogas Lượng chất thải nạp hàng ngày l/ngày 1774,14 Công suất sinh khí của công trình m3/ngày 44,35 Thể tích hầm Biogas m3 128,63 2 Compost Tổng lượng nguyên liệu nạp hàng ngày kg/ngày 129,81 Thời gian lưu Ngày 20 Lượng phân compost sinh ra kg 51,92 3 Vườn Diện tích m 2 200 Cây đu đủ cây 80 4 Bể Anoxic Thể tích m3 8 5 Bể lọc sinh học nhỏ giọt Thể tích m3 5,2 6 Lắng sinh học Thể tích m3 12 Hình 11: Sơ đồ dòng chất thải theo mô hình VCBNXT 256 Nhận xét: Mô hình đề xuất giảm thiểu ô nhiễm xử lý chất thải theo quy mô cụm dân cư. Việc sử dụng các yếu tố sinh thái sẵn có (vườn) phục vụ cho quá trình xử lý chất thải là công nghệ thân thiện môi trường không làm phát sinh chất thải trong quá trình xử lý. Do không có đủ diện tích đào ao nên mô hình đề xuất giảm thiểu ô nhiễm không thể có thêm ao sinh học [2]. Ưu điểm mô hình: Mô hình VCBNXT (V: Vườn, C: Chuồng, B: Biogas, N: Nhà; X: Xưởng; T: Trạm xử lý nước thải) là mô hình thân thiên môi trường, có xây dựng để sản xuất phân bón compost, biogas không chỉ giảm thiểu ô nhiễm mà còn có hiệu quả về kinh tế do thời gian hoàn vốn ngắn. Đối với môi trường, ngoài vai trò xử lý nước thải mô hình này có ưu điểm nổi bật là chất thải rắn sinh hoạt, chất thải rắn từ vườn nơi không có hệ thống thu gom được giải quyết triệt để [7]. 5 KẾT LUẬN Bài báo ‚Nghiên cứu, tính toán cân bằng dòng vật chất trong phương pháp xử lý chất thải làng nghề làm bột xã Tân Phú Trung, huyện Châu Thành, tỉnh Đồng Tháp theo phương án cụm dân cư‛ đã thực hiện được các nội dung sau: – Đánh giá hiện trạng môi trường nước khu vực làng nghề làm bột, phân tích các chỉ tiêu của nước thải theo QCVN 40:2011/BTNMT, cột B cho ra kết quả vượt ngưỡng cho phép, với COD 1,4 lần, BOD 4,1 lần, tổng chất rắn lơ lửng TSS là 6,7 lần, tổng P là 5,3 và với tổng N là 12,6 lần. – Tính toán cân bằng dòng vật chất của nước thải làng nghề làm bột Xã Tân Phú Trung, huyện Châu Thành, tỉnh Đồng Tháp theo phương án cụm dân cư. – Đề xuất mô hình VCBNXT giảm thiểu ô nhiễm, xử lý chất thải theo quy mô cụm dân cư với những ưu điểm, cải tiến nhằm tận dụng khả năng tái sử dụng các nguồn thải để làm phân bón compost, iogas, nhưng không gây phát thải và thân thiện với môi trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Tài nguyên và Môi trường (2014). Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2014 – môi trường nông thôn. Nhà xuất bản Tài nguyên - Môi trường và bản đồ Việt Nam, pp. 19, 41-48, 90-94, 107, 128, 146-147. [2] Lê Thanh Hải và cs., (2015). Đề xuất mô hình sản xuất theo hướng sinh thái gắn với bảo vệ môi trường cho làng nghề sản xuất tinh bột ở nông thôn Đồng bằng sông Cửu Long. Tạp chí phát triển KH&CN, tập 18, số M1-2015, pp. 33-43. [3] Lê Thanh Hải và cs., (2015). Đánh giá tiềm năng xây dựng mô hình sản xuất tích hợp theo hướng sinh thái kép kín cho các làng nghề Đồng bằng sông Cửu Long. Tạp chí Phát triển KH&CN, tập 18, số M1-2015, pp. 12-23. [4] Mai Văn Nam (2013). Các yếu tổ ảnh hưởng đến phát triển làng nghề kết hợp du lịch ở Đồng bằng sông Cửu Long. Tạp chí Nghiên cứu Kinh tế, số 422 – Tháng 7/2013, pp. 62-69. 257 [5] Nguyễn Phước Quý Quang (2013). Du lịch làng nghề ở Đồng bằng sông Cửu Long – Một lợi thế văn hóa để phát triển du lịch. Tạp chí Phát triển Nông nghiệp và Nông thôn ĐBSCL, Số 10 (20) - Tháng 05-06/2013, pp. 62-66. [6] Nguyễn Văn Phước và cs (2002). Đánh giá hiện trang, đề xuất phương án giảm thiểu và xử lý ô nhiễm môi trường cho làng nghề Long Kiên – phường Long Toàn, thị xã Bà Rịa, tỉnh Bà Rịa  Vũng Tàu. Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bà Rịa  Vũng Tàu, pp. 138. [7] Trịnh Xuân Lai, 2008. Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải. NXB Xây dựng. [8] Văn Hữu Tập, Ngô Trà Mai (2016) ‚Nghiên cứu và lựa chọn một số biện pháp sản xuất sạch hơn cho Làng nghề miến Việt Cường, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên‛. Bài báo được đăng trên Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, tập 32, số 4 (2016) pp. 46 – 56.