Đánh giá tiềm năng tái sử dụng nước thải cho nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì xuân hồng phục vụ mô hình cộng sinh công – nông nghiệp theo hướng sinh thái

Chuyên đề II, tháng 6 năm 202088 ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI CHO NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT KHOAI MÌ XUÂN HỒNG PHỤC VỤ MÔ HÌNH CỘNG SINH CÔNG – NÔNG NGHIỆP THEO HƯỚNG SINH THÁI Nguyễn THành Nam Lê THanh Hải Võ Văn Giàu* (1) TÓM TẮT Phương án tái sử dụng nước thải dựa trên sự tích hợp các giải pháp kỹ thuật tái sử dụng bền vững, tạo nên sự gắn kết giữa công – nông nghiệp địa phương. Phương án đề xuất được áp dụng cho Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì điển hình tại tỉnh Tây Ninh. Kết quả cho thấy lượng nước ngầm khai thác tại Nhà máy giảm 40% so với phương án cơ sở, nước thải sau xử lý được trữ tại ao sinh học để phục tưới tiêu cho hàng trăm ha nông nghiệp. Nước thải sau Biogas được pha loãng theo tỷ lệ đối với cây mì là 28 lít nước thải/49 lít nước sạch, cao su là 8,5lít nước thải/7 lít nước sạch và mãng cầu là 20 lít nước thải/20 lít nước sạch để phun như một loại phân bón lá tự nhiên, hạn chế sử dụng các loại phân NPK hóa học. Một số chỉ tiêu trong nước thải sau xử lý phù hợp cho sự phát triển của cây trồng. Ngoài ra, nước thải sản xuất có nồng độ cyanua cao cũng được cân nhắc để pha loãng theo những tỷ lệ nhất định làm thuốc diệt côn trùng tự nhiên. Tuy nhiên, để các giải pháp này đi vào thực tiễn cần có chính sách hỗ trợ để thực hiện. Từ khóa: Nước thải, tái sử dụng, cộng sinh công – nông nghiệp, cộng sinh sinh thái, tinh bột khoai mì.. Nhận bài: 25/6/2020; Sửa chữa: 29/6/2020; Duyệt đăng: 30/6/2020 1. Đặt vấn đề Tính bền vững từ các hoạt động của con người là mối quan tâm ngày càng tăng giữa các doanh nghiệp, khách hàng, chính phủ, các cơ quan quốc tế và các tổ chức phi chính phủ [1]. Tầm quan trọng của tính bền vững đang được nhấn mạnh để có thể đáp ứng nhu cầu của thế hệ hiện tại mà không ảnh hưởng đến khả năng đáp ứng nhu cầu của thế hệ tương lai. Sự khan hiếm nước đang trở thành một vấn đề toàn cầu và không chỉ là vấn đề giới hạn ở các khu vực khô cằn. Gia tăng dân số liên tục, tăng mức sống, biến đổi khí hậu, công nghiệp hóa, nông nghiệp và đô thị hóa đang gây ra sự suy giảm tài nguyên nước trên toàn thế giới [2]. Một số nghiên cứu ước tính rằng 60% dân số thế giới sẽ cư trú ở thành thị vào năm 2030, dẫn đến nhiều tác động lớn hơn từ sự kết hợp của việc tăng dân số và nhu cầu sử dụng nước [3], tạo ra lượng nước thải lớn hơn ở các khu vực tập trung [4]. Một hệ thống quản lý nước thải bền vững có thể dựa trên chính sách 5-R: giảm, thay thế, tái sử dụng, thu hồi và tái chế [5]. Trong bối cảnh hiện nay, đề xuất một hệ thống quản lý nước thải dựa trên sự thúc đẩy sản xuất sạch hơn và công nghệ sinh học lành mạnh với môi trường có thể được xem như một phần trong công tác quản lý nước thải toàn cầu để đạt được sự phát triển bền vững [5, 6]. Tái sử dụng nước thải mang lại lợi ích tài chính, môi trường, kinh tế - xã hội [7], như sau: (1) sự gia tăng tài nguyên nước có sẵn; (2) phân bổ hợp lý hơn các nguồn nước ngọt và bảo tồn chúng; (3) giảm tiềm năng chất ô nhiễm thải vào nước ngọt; (4) sử dụng hợp lý hàm lượng chất dinh dưỡng trong nước thải được xử lý; (5) đảm bảo nguồn cung cấp nước thường xuyên, đặc biệt là ở những vùng khan hiếm nước. Một số kết quả nghiên cứu cho thấy các xu hướng hiện nay đều hướng đến tái sử dụng bền vững, hoặc hóa chất thải thành sản phẩm có giá trị cao. 1 Viện Môi trường và Tài nguyên - Đại học Quốc gia TP.HCM KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề II, tháng 6 năm 2020 89 Sản xuất tinh bột khoai mì và các sản phẩm từ khoai mì tại Việt Nam đang có tổng kim ngạch xuất khẩu đứng thứ 2 thế giới, chỉ sau Thái Lan. Tây Ninh có 66/170 Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì, chiếm gần 50% sản lượng tinh bột mì cả nước. Theo số liệu thống kê, bình quân mỗi Nhà máy với công suất 100 tấn sản phẩm/ngày sẽ sử dụng khoảng 800-1.500 m3 nước/ ngày và thải ra khoảng 1.000 -2.000 m3 nước thải/ngày. Như vậy, với số lượng 66 cơ sở sản xuất tinh bột khoai mì trên toàn tỉnh thì mức độ ô nhiễm do lưu lượng xả thải từ các Nhà máy sẽ ngày càng nghiêm trọng. Từ tổng quan các nghiên cứu trên cho thấy, việc đánh giá tiềm năng tái sử dụng nước thải cho Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì Xuân Hồng là điều cần thiết. 2. Vật liệu và phương pháp 2.1. Vật liệu nghiên cứu Nước thải tại Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì Xuân Hồng tại ấp Thạnh Hiệp, xã Thạnh Tân, TP.Tây Ninh, tỉnh Tây Ninh và vùng nông nghiệp xung quanh Nhà máy. ▲Sơ đồ vị trí Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì Xuân Hồng 2.2. Xây dựng cân bằng vật chất Bước 1: Phân tích quy trình công nghệ của Nhà máy; Bước 2: Vẽ lại sơ đồ quy trình với các dòng vào và ra, cùng với các công trình phụ trợ; Bước 3: Xây dựng, xác định các thông số đầu vào, cần thiết cho tính toán cân bằng vật chất – năng lượng và xây dựng các cơ sở dữ liệu cần thiết để tính toán. 2.3. Phương pháp kiểm toán Sử dụng các đồng hồ đo và các thiết bị chuyên dụng dùng cho ngành mì như Baume kế hoặc những cách thức đo đơn giản để phục vụ cho việc theo dõi nước tiêu thụ trong một khoảng thời gian nhất định. Căn cứ vào nguồn dữ liệu thu thập được tại Nhà máy, nhóm tác giả sử dụng phương pháp tính toán để thực hiện cân bằng vật chất: a. Phương pháp tính toán nước sử dụng: Q = t * Qo Trong đó: - Q: thể tích nước sử dụng m3/ngày - t: thời gian vận hành, h/ngày - Qo: lưu lượng bơm, m3/h b. Tính lượng nước sử dụng trong quy trình: mnước = mtinh bột *(100-C)/C Trong đó: - mnước khối lượng nước sử dụng kg - mtinh bột : khối lượng tinh bột, kg - C: nồng độ % của tinh bột có trong dung dịch 2.4. Các chỉ tiêu thử nghiệm Tên mẫu Mục đích/căn cứ lựa chọn Chỉ tiêu thử nghiệm Nước thải sau Biogas (NT1) Đánh giá mức độ phù hợp để làm phân bón lá pH, BOD5, COD, TSS, tổng N, tổng P, tổng K, CN-, VSV cố định N, VSV phân giải xenlulo Nước thải sau Hệ thống xử lý nước thải (NT2) Đánh giá mức độ phù hợp sử dụng cho tưới tiêu pH, BOD5, COD, TSS, tổng N, tổng P, CN-, VSV cố định N, VSV phân giải xenlulo Nước thải sau lọc RO (NT3) Đánh giá mức độ phù hợp để phục vụ sản xuất pH, màu, mùi, độ đục, clo dư, amoni, sắt, chỉ số permanganate, độ cứng toàn phần, florua, clorua, asen, coliform, E.coli, CN- Nước mủ cô đặc sau máy Decanter (NT4) Đánh giá khả năng làm thuốc trừ sâu tự nhiên pH, CN- 3. Kết quả 3.1. Kết quả cân bằng vật chất tại Nhà máy Xuân Hồng Sơ đồ cân bằng vật chất được tính toán cho 01 ngày làm việc (24 tiếng) với công suất 100 tấn tinh bột. Định mức nước sử dụng trong các công đoạn sản xuất của Nhà máy mì Xuân Hồng được tổng hợp trong Bảng 1. Ưu điểm trong quy trình sản xuất của Nhà máy Xuân Hồng là nước sạch chỉ được sử dụng tại thiết bị Decanter và công đoạn tách mủ, nước cấp cho các công đoạn còn lại đều là nước tuần hoàn. Do đó, Nhà máy Chuyên đề II, tháng 6 năm 202090 Bảng 1. Hiện trạng tiêu thụ nước của Nhà máy Xuân Hồng TT Quá trình Đơn vị tính Giá trị 1 Nước sử dụng trung bình cả nhà máy m3/tấn SP 8 2 Từ nạp liệu đến rửa m3/tấn SP 0 3 Từ quá trình băm, đập đến trước khi vào Sepa m3/tấn SP 1,2 4 Quá trình tách mủ m3/tấn SP 6,41 5 Nước thải tổng m3/tấn SP 9,926 6 Lượng khí CH4 sinh ra kg CH4/tấn SP 22,058 7 Tinh bột thất thoát vào nước thải kg tinh bột/ tấn SP 28,638 có định mức sử dụng nước thấp hơn so với định mức cho phép của Sở TN&MT tỉnh Tây Ninh (8/12 m3/tấn SP). Tuy nhiên, nguy cơ gây ô nhiễm môi trường tại Nhà máy vẫn còn rất cao, lượng nước ngầm khai thác khoảng 800 m3/ngày, lượng nước xả ra môi trường khoảng 954,6 m3/ngày. 3.2. Đánh giá khả năng tái sử dụng nước thải Dựa vào đặc trưng nước thải, đặc điểm sinh thái tại khu vực Nhà máy Xuân Hồng và những kết quả từ các nghiên cứu trước, tác giả đánh giá khả năng tái sử dụng nước thải của Nhà máy với các phương án: - Tái sử dụng nước thải để tưới tiêu - Tái sử dụng nước thải để sản xuất - Tái sử dụng nước thải làm thuốc trừ sâu - Tái sử dụng nước thải làm phân bón lá a. Tái sử dụng nước thải để tưới tiêu Để giảm thiểu các tác động của nước thải đến môi trường và duy trì phát triển nông nghiệp bền vững, một số nghiên cứu [8, 9] đã đánh giá mức độ phù hợp của nước thải khi tái sử dụng để tưới tiêu. Vùng nông nghiệp xung quanh Nhà máy Xuân Hồng hiện đang sử dụng 02 nguồn nước tưới chính: Nước mặt từ suối Nút, nguồn nước ngầm từ các giếng khoan. Vì vậy, Nhà máy cần bảo đảm xử lý nước thải đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước thải chế biến tinh bột sắn cột A (QCVN 63:2017/BTNMT) và bảo đảm đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước phù hợp cho mục đích tưới cột B1 (QCVN 08- MT:2015/BTNMT). Dựa vào các kết quả ở Bảng 2, chỉ tiêu tổng Nito vượt gần gấp 2 lần so với Quy chuẩn nước thải cho phép nhưng chỉ tiêu tổng N không được quy định trong Quy chuẩn nước mặt để tưới tiêu. Mặt khác, các chỉ tiêu còn lại đều nằm trong ngưỡng cho phép của cả quy chuẩn nước thải và nước mặt. Do đó, việc sử dụng nước thải sau xử lý để tưới tiêu nông nghiệp là khả thi. Kết quả thử nghiệm còn cho thấy, hàm lượng các vi sinh vật cố định Nito và phân giải xenlulo trong nước thải sẽ góp phần gia tăng hàm lượng dinh dưỡng và đạm phù hợp cho sự phát triển cây trồng. Với phương án này, Nhà máy không chỉ hỗ trợ vùng nông nghiệp xung quanh đảm bảo được nguồn nước tưới mà còn góp phần giúp các hộ giảm được chi phí chăm sóc bằng các loại phân bón kích thích sự tăng trưởng cây trồng. b. Tái sử dụng nước thải để sản xuất Hiện nay, đa số các Nhà máy trên địa bàn tỉnh áp dụng công nghệ sản xuất hiện đại và đạt nhiều hiệu quả Bảng 2. Kết quả phân tích mẫu nước thải sau hệ thống xử lý của Nhà máy Xuân Hồng Chỉ tiêu Kết quả thử nghiệm (NT2) QCVN 63:2017/ BTNMT (Cột A) QCVN 08- MT:2015/ BTNMT (Cột B1) Đánh giá 1. Độ pH ở 250C 7,5 6 – 9 5,5 – 9 Phù hợp 2. COD (mg/L) 20,8 100 30 Phù hợp 3. BOD5 (mg/L) KPH 30 15 Phù hợp 4. TSS (mg/L) 6,9 50 50 Phù hợp 5. Hàm lượng nito tổng (mg/L) 94,7 50 - - 6. Hàm lượng tổng phospho (mg/L) 5,14 10 - - 7. Hàm lượng cyanua (mg/L) KPH 0,07 0,05 Phù hợp 8. VSV cố định Nito (CFU/ mL) 1,6 x 104 - - - 9. VSV phân giải xenlulo (CFU/ mL) 1,9 x 104 - - - 10. Samonela và Ecoli KPH - - Phù hợp KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề II, tháng 6 năm 2020 91 nhờ tuần hoàn nước tại một số công đoạn nước như: rửa củ, đập, ly tâm Tuy nhiên, thỉnh thoảng Nhà máy vẫn thiếu nước để sử dụng cho rửa củ... Do đó, việc tái sử dụng nước thải sau xử lý để rửa củ [10] không những giảm chi phí sản xuất mà còn bảo vệ tài nguyên. Tiềm năng tái sử dụng nước thải cho sản xuất và sinh hoạt [9, 11] cũng được nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây. Nếu chỉ tái sử dụng nước thải để rửa củ và một số công đoạn khác thì lượng nước thải xả ra môi trường và lượng nước ngầm khai thác vẫn còn rất cao. Vì thế, tác giả đã xem xét đến giải pháp tái sử dụng nước thải để phục vụ cho sản xuất của Nhà máy. Tuy nhiên, nguồn nước đầu vào để phục vụ cho quá trình sản xuất tinh bột khoai phải đảm bảo QCVN 01:2009/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống. Vì thế, cần xử lý triệt để các thành phần ô nhiễm còn lại trong nước thải bằng hệ thống lọc bổ sung. Kết quả thử nghiệm tại Bảng 2 cho thấy, nồng độ ô nhiễm trong nước thải sau xử lý đã giảm đi đáng kể. Vì vậy, hệ thống lọc bổ sung được tác giả lựa chọn đánh giá tính khả thi của phương án này là công nghệ lọc thẩm thấu ngược RO (Hình 1). Hệ thống thử nghiệm lọc RO Mẫu nước thải trước và sau RO ▲Hình 1. Thử nghiệm đưa nước thải sau xử lý qua hệ thống lọc RO Bảng 3. Kết quả nước thải sau xử lý qua cột lọc RO Chỉ tiêu Kết quả thử nghiệm (NT3) QCVN 01:2009/BYT Đánh giá 1. Độ màu (Pt.Co) KPH 15 Đạt 2. Mùi Có mùi nhẹ Không có mùi vị lạ Chưa đạt 3. Độ đục (NTU) KPH 2 Đạt 4. Độ pH 6,6 6,5 – 8,5 Đạt 5. Hàm lượng tổng Clo dư (mg/L) KPH 0,3 – 0,5 Đạt 6. Hàm lượng Amonium (mg/L) 0,8 3 Đạt 7. Hàm lượng sắt (mg/L) 0,15 0,5 Đạt 8. Chỉ số permanganate (mg/L) 7,7 2 Chưa đạt 9. Độ cứng toàn phần quy về CaCO3 (mg/L) 71,5 300 Đạt 10. Hàm lượng Florua (mg/L) KPH 1,5 Đạt 11. Hàm lượng clorua (mg/L) 34,5 250 Đạt 12. Hàm lượng Asen (mg/L) KPH 0,01 Đạt 13. Tổng Coliform (MPN/ 100mL) <1,8 0 Đạt 14. Escherichia coli (MPN/ 100mL) <1,8 0 Đạt 15. Hàm lượng CN- (mg/L) KPH 0,07 Đạt Kết quả thử nghiệm cho thấy, đa số các chỉ tiêu đều đạt Quy chuẩn cho phép về chất lượng nước ăn uống ngoại trừ một số chỉ tiêu: chỉ số permanganate và có mùi nhẹ. Ngoài ra, kết quả thử nghiệm cho thấy, không phát hiện chỉ tiêu Clo dư trong nước nên phù hợp cho nguồn nước đầu vào sản xuất tinh bột giúp hạn chế các hóa chất khử trùng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Để xử lý nước có chỉ số permanganate cao và mùi, có thể sử dụng than hoạt tính để loại bỏ các chất hữu cơ thông thường, làm giảm chỉ số permanganate và mùi từ nước trước khi đưa về xử lý với lọc RO. Với việc sử dụng than hoạt tính khử kim loại nặng, chất hữu cơ, chất tẩy rửa, thuốc trừ sâu, các loại hóa chất độc hại, chứa thành phần Cation khử độ cứng của nước sẽ giúp bảo vệ màng RO mang lại nguồn nước sạch hơn để phục vụ sản xuất. Hiệu suất của công nghệ RO được thử nghiệm cho thấy, 1 lít nước đầu vào cho ra 0,4 lít nước tinh và 0,6 lít nước thải. Nước thải từ quá trình lọc RO bao gồm tất cả các tạp chất và chất ô nhiễm không thể màng lọc. Theo kết quả thử nghiệm tại Bảng 2, nước đầu vào hệ thống lọc bổ sung có nồng độ ô nhiễm nhỏ hơn Quy chuẩn nước thải tinh bột sắn và Quy chuẩn nước dùng cho tưới tiêu từ 2-7 lần. Vì vậy, nước thải sau RO dù có nồng độ ô nhiễm lớn gấp 2 lần nồng độ của nước đầu vào thì vẫn đảm bảo đạt Quy chuẩn cho phép. Tuy nhiên, để đảm bảo chất lượng nước thải được tốt hơn và phù hợp cho những mục đích khác, tác giả đề xuất đưa nước thải sau RO về bể lắng của hệ thống xử lý nước thải để xử lý thêm. c. Tái sử dụng nước thải làm thuốc trừ sâu Nhờ vào đặc tính của HCN là một trong những hợp chất dễ bay hơi, độc hại nhất đối với các cơ quan sống và hoạt động như một cơ chế bảo vệ thực vật quan Chuyên đề II, tháng 6 năm 202092 trọng trong tự nhiên. Từ những năm 1980 [12], các nghiên cứu trên thế giới đã sử dụng nước thải từ quá trình sản xuất tinh bột khoai mì như một loại thuốc trừ sâu tự nhiên. Các nghiên cứu [12] đã thử nghiệm một lần phun có thể giảm thiểu đáng kể sự xâm nhập của các loại côn trùng. Tỷ lệ được thử nghiệm nhiều nhất là 1:1 đối với các loại côn trùng và sâu bọ. Tỷ lệ này đã được chứng minh là hiệu quả tương đương hoặc hơn nước thải của cây neem trong việc giảm khả năng sống của trứng và ruồi giấm, đặc biệt là ruồi giấm đen. Bảng 4. Kết quả thử nghiệm mẫu nước mủ sau máy Decanter của Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì Xuân Hồng Chỉ tiêu Kết quả thử nghiệm (NT4) 1. Độ pH ở 250C 4,8 2. Hàm lượng cyanua (mg/L) 12,5 Kết quả tổng hợp nồng độ ô nhiễm trong nước thải khoai mì [12] được sử dụng từ các nghiên cứu liên quan có pH dao động từ 3,7–6,24 và CN- từ 30–257,20. Như vậy, nồng độ CN- trong nước thải tại Nhà máy Xuân Hồng nhỏ hơn nhiều so với các nồng độ CN- tự do trong nước thải mà các nghiên cứu đã thử nghiệm. Tuy nhiên do phần lớn CN nằm dưới dạng glycocyanide nên phương pháp hiện hữu chưa xác định được tổng cyanide có trong nước thải. Vì vậy, tác giả xin kế thừa kết quả từ những nghiên cứu đã đi trước về việc sử dụng nước thải tinh bột khoai mì như một loại thuốc trừ sâu tự nhiên. Bảng 5. Kết quả thử nghiệm mẫu nước thải sau Biogas của Nhà máy Xuân Hồng Chỉ tiêu Kết quả thử nghiệm (NT1) 1. Độ pH ở 250C 7,4 2. COD (mg/L) 2,16 x 103 3. BOD5 (mg/L) 660 4. TSS (mg/L) 1,63 x 103 5. Hàm lượng nito tổng (mg/L) 250 6. Hàm lượng tổng phospho (mg/L) 77,6 7. Hàm lượng tổng kali (mg/L) 50 8. Hàm lượng cyanua (mg/L) KPH 9. VSV cố định Nito (CFU/mL) 4,8 x 105 10. VSV phân giải xenlulo (CFU/mL) 5,6 x 105 d. Tái sử dụng nước thải làm phân bón dạng lỏng Một số nghiên cứu trên thế giới đã sử dụng nước thải tinh bột mì làm phân bón cho ngô đã mang nhiều hiệu quả cao [13]. Kết quả quả thử nghiệm chất lượng nước thải sau Biogas của Nhà máy Xuân Hồng (Bảng 5) cho thấy, các chỉ tiêu trong nước thải có tiềm năng tái sử dụng làm phân bón lá. Bảng 6. Kết quả tính toán tỷ lệ pha loãng nước thải sau Biogas làm phân bón lá Cây khoai mì THành phần N P2O5 K2O 1. Thành phần trong phân bón lá đầu trầu MK 2-10-3 cho cây mì sinh trưởng mạnh và nhiều củ 2% 10% 3% 2. Hàm lượng dinh dưỡng trong 50 ml phân (mg) 1.000 5.000 1.500 3. Hàm lượng dinh dưỡng sau khi pha loãng với 16 lít nước (mg/ml) 0,0625 0,3125 0,0938 4. Hàm lượng dinh dưỡng trong nước thải sau Biogas (mg/ml) 0,25 0,1778 0,0603 5. Lượng nước thải sử dụng (lít) 28 6. Lượng nước sạch cần pha (lít) 49 Cây cao su (trưởng thành) THành phần N P2O5 K2O 1. Thành phần trong phân bón lá CAN 5L cho cây cao su tăng trưởng nhanh 10,5% 4,4% 2,8% 2. Hàm lượng dinh dưỡng trong 20 ml phân (mg) 2.100 880 560 3. Hàm lượng dinh dưỡng sau khi pha loãng với 10 lít nước (mg/ml) 0,21 0,088 0,056 4. Hàm lượng dinh dưỡng trong nước thải sau Biogas (mg/ml) 0,25 0,1778 0,0603 5. Lượng nước thải sử dụng (lít) 8,5 6. Lượng nước sạch cần pha (lít) 7 Kết quả áp dụng hệ số quy đổi của FAO: % P2O5 = % P x 2,291; % K2O = % K x 1,205 cho thấy hàm lượng P2O5 và K2O trong nước thải sau Biogas là 0,178 mg/ml và 0,06 mg/l. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề II, tháng 6 năm 2020 93 Cây mãng cầu THành phần N P2O5 K2O 1. Thành phần trong phân bón lá Đức Thành cho cây mãng cầu lớn trái 20% 20% 15% 2. Hàm lượng dinh dưỡng trong 25 ml phân (mg) 5.000 5.000 3.750 3. Hàm lượng dinh dưỡng sau khi pha loãng với 20 lít nước (mg/ml) 0,25 0,25 0,19 4. Hàm lượng dinh dưỡng trong nước thải sau Biogas (mg/ml) 0,25 0,178 0,060 5. Lượng nước thải sử dụng (lít) 20 6. Lượng nước sạch cần pha (lít) 20 Tỷ lệ pha loãng được xác định dựa trên sự cần thiết các thành phần NPK cho những mục đích khác nhau. Đối với cây mì, tỷ lệ pha loãng là 28 lít nước thải/49 lít nước sạch được xác định dựa trên thành phần K2O giúp tăng trưởng cho cây và cho nhiều củ; cách sử dụng tương tự MK 2-10-3: phun lên lá hoặc tưới vào gốc, phun định kỳ 15 - 20 ngày/lần. Tương tự đối với cây cao su, mãng cầu cần kích thích sự tăng trưởng nên tỷ lệ pha loãng dựa trên hàm lượng N là: cây cao su 8,5 lít nước thải/7 lít nước sạch, phun lên lá hoặc tưới gốc, phun định kỳ 10 - 15 ngày/lần; cây mãng cầu 20 lít nước thải/20 lít nước sạch, phun định kỳ 10 - 15 ngày/lần. Tùy vào đặc điểm nông nghiệp mỗi khu vực, các hộ dân có thể bổ sung thêm một số loại phân vi lượng hoặc trung lượng để phun. Kết quả tính toán cho thấy nhiều hiệu quả tích cực nhưng giải pháp tái sử dụng nước thải sau Biogas làm phân bón lá vẫn cần được nghiên cứu khảo nghiệm thêm. 3.3. Phương án tái sử dụng nước thải hướng tới mô hình cộng sinh công – nông nghiệp được đề xuất Từ những phân tích thử nghiệm đã thực hiện, phương án sử dụng nước thải cho Nhà máy Xuân Hồng được đề xuất như Hình 2: ▲Hình 2. Phương án tái sử dụng nước thải cho Nhà máy Xuân Hồng Thuyết minh: Hoạt động sản xuất tại Nhà máy Xuân Hồng phát sinh khoảng 954,6 m3 nước thải/ngày và được đưa về HTXL nước thải để xử lý đạt QCVN 63:2017/BTNMT – Cột A. Nước thải sau xử lý được chia làm hai phần: một phần được tái sử dụng về sản xuất, phần còn lại được bơm về ao sinh học để phục vụ tưới tiêu. Phần nước thải sau xử lý được bơm về hệ thống lọc bổ sung khoảng 800 m3. Hiệu suất hoạt động của hệ thống lọc bổ sung từ kết quả thử nghiệm cho thấy với 800 m3 nước thải đầu vào sẽ lọc được 320 m3 nước tinh để phục vụ sản xuất, tương đương lượng nước ngầm khai thác chỉ còn 480 m3/ngày. Nước thải từ hệ thống lọc bổ sung khoảng 480 m3 được bơm về bể lắng sinh học của HTXL nước thải. Vì công suất thiết kế của HTXL nước thải là 1.500 m3/ngày nên hiệu quả xử lý vẫn được đảm bảo. Lượng nước thải tăng lên sau đợt vận hành đầu tiên là 1.434,6 m3/ngày, nhưng Nhà máy vẫn chỉ tái sử dụng 800 m3 nước đầu vào cho hệ thống lọc bổ sung. Như vậy, sau khi vận hành hệ thống lọc bổ sung, thì lượng nước được tích trữ trong ao sinh học phục vụ tưới tiêu sẽ tăng lên từ 154,6 m3 thành 634,6 m3. Kết quả tính toán với Tiêu chuẩn ngành 04 TCN 22:2000, lượng nước tưới cần thiết là 10 lít/m2 thì Nhà máy có thể đáp ứng nhu cầu tưới đồng thời 63,4 ha/ngày. Tuy nhiên một số loại cây trồng không tưới thường xuyên, ví dụ như cây mì là 5 - 7 ngày/lần, cao su là 2 ngày/lần và mãng cầu là 3 - 4 ngày/lần, do vậy phụ thuộc vào loại cây trồng mà diện tích tưới có thể gia tăng nhiều lần, Bảng 7 tính toán cho cây mảng cầu với chu kỳ tưới 3 ngày/lần thì tổng diện tích có thể đáp ứng là 189 ha. Nước thải sau Biogas được pha loãng theo tỷ lệ phù hợp để sử dụng làm phân bón lá tự nhiên. Tỷ lệ pha loãng làm phân bón lá cho cây mì là 28 lít nước thải/49 lít nước sạch, phun lên lá hoặc tưới vào gốc, phun định Bảng 7: THiết kế phân bố lượng nước tưới cây mãng cầu Ngày thứ Chu kỳ tưới lần 1 Chu kỳ tưới lần 2 1 2 3 4 5 6 Lượng nước thải đưa về ao sinh học 634,6 634,6 634,6 634,6 634,6 634,6 Diện tích 63 ha lô 1 63 ha lô 2 63 ha lô 3 63 ha lô 1 63 ha lô 2 63 ha lô 3 Chuyên đề II, tháng 6 năm 202094 kỳ 15 – 20 ngày/lần; cây cao su là 8,5 lít nước thải/7 lít nước sạch, phun lên lá hoặc tưới gốc, phun định kỳ 10 - 15 ngày/lần; cây mãng cầu 20 lít nước thải/20 lít nước sạch, phun định kỳ 10 - 15 ngày/lần. Vì nước thải sử dụng để phun cần được pha loãng và phát sinh không định kỳ cũng như lưu lượng cần sử dụng không đáng kể nên việc thay đổi lưu lượng nước để sử dụng cho các mục đích khác của phương án vẫn không có nhiều thay đổi và hệ thống vẫn sẽ hoạt động bình thường. 3.4. Lợi ích của mô hình cộng sinh Phương án sử dụng nước thải được đề xuất không chỉ hỗ trợ ngành nông nghiệp tại địa phương đảm bảo nguồn nước tưới tiêu đặc biệt vào mùa khô mà còn giảm đáng kể lượng nước ngầm được khai thác mỗi ngày để sản xuất, tương đương mức phí khai thác nước ngầm mỗi năm giảm được 66.342.400 đồng. Sử dụng nước thải như một loại thuốc trừ sâu tự nhiên sẽ góp phần giảm lượng thuốc hóa học sử dụng. Pha loãng nước thải sau Biogas theo tỷ lệ phù hợp để sử dụng như một loại phân bón lá tự nhiên sẽ góp phần giảm thiểu các tác động tiêu cực đến môi trường và hỗ trợ các hộ dân giảm chi phí sử dụng các loại phân hóa học. Tái sử dụng nước thải trong sản xuất và hỗ trợ nông nghiệp địa phương tạo nên sự phát triển sinh thái bền vững, góp phần thúc đẩy xu hướng phát triển kinh tế tuần hoàn cho ngành sản xuất tinh bột khoai mì. Chi phí đầu tư và vận hành cho phương án tái sử dụng nước thải khá cao, ước tính khoảng 2 tỷ đồng nhưng nếu xét về khía cạnh những lợi ích chung mà phương án mang lại thì phương án này cần được xem xét và khuyến khích mở rộng. Cùng với những lợi ích mang lại từ việc tái sử dụng nước cũng còn một số khó khăn trong việc áp dụng phương án như: nhân viên vận hành phải có trình độ chuyên môn, kỹ thuật cao. Chi phí đầu tư quá cao cũng là yếu tố khiến cho các doanh nghiệp chưa thực sự mạnh dạn triển khai nên cần nhiều chính sách hỗ trợ để khuyến khích hỗ trợ đầu tư từ nguồn quỹ bảo vệ môi trường của địa phương. Ngoài ra, việc sử dụng nước thải để làm thuốc trừ sâu vẫn còn nhiều thách thức lớn khi chưa giải quyết được như: phát triển các cách mới để cải thiện việc lưu trữ và thời hạn sử dụng của nước thải, tiêu chuẩn hóa chất lượng sản phẩm và việc xác định liều lượng theo các loại cây trồng và sâu bệnh khác nhau. 4. Kết luận Phương án tái sử dụng nước thải áp dụng các giải pháp sinh thái, khép kín để hạn chế các tác động đến môi trường. Phương án được tính toán thử nghiệm tại Nhà máy điển hình thuộc Công ty TNHH Chế biến XNK Xuân Hồng tại ấp Thạnh Hiệp, xã Thạnh Tân, TP.Tây Ninh, tỉnh Tây Ninh. Kết quả cho thấy, phương án trên giúp Nhà máy giảm 40% lưu lượng nước ngầm khai thác và đảm bảo nguồn nước tưới cho hàng trăm hecta cây trồng giảm sự lệ thuộc vào sự điều kiện tự nhiên. Nước thải còn được tận dụng như một loại thuốc bảo vệ thực vật hay một loại phân bón lá tự nhiên khi được sử dụng với tỷ lệ phù hợp. Vì vậy, đây có thể được xem là phương án cộng sinh công nông nghiệp hiệu quả hướng tới sự phát triển bền vững cho ngành sản xuất tinh bột khoai mì và canh tác nông nghiệp tại tỉnh Tây Ninh. Lời cảm ơn: Tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn Đại học Quốc gia TP.HCM, Viện Môi trường và Tài nguyên đã hỗ trợ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng tôi có thể hoàn thành nghiên cứu. Cảm ơn các Sở, ban, ngành đặc biệt là Sở TN&MT tỉnh Tây Ninh đã hỗ trợ cung cấp số liệu, tạo điều kiện khảo sát thực tế tại địa phương■ TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Thị Thắm. Nghiên cứu khả năng tái sử dụng nước thải nhà máy sản xuất đường. Đề xuất các giải pháp xử lý và tái sử dụng nước thải áp dụng cho một nhà máy đường thuộc tỉnh Thanh Hóa phục vụ tưới tiêu nông nghiệp. Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; 2012. 2. Nguyễn Quang Huy. Đánh giá khả năng tái sử dụng nước thải sau xử lý của khu công nghiệp bằng mô hình lọc áp lực kết hợp với lọc màng vào mục đích cấp nước tưới tiêu và sinh hoạt. Trường Đại học Văn Lang; 2016. 3. Trần Thu Trang. Xử lý chất thải từ chế biến tinh bột sắn bằng phương pháp sinh học. Tạp chí Môi trường. 2016; 3:35-36. 4. Nguyễn Thị Thúy Vy. Nghiên cứu đánh giá tính khả thi của việc áp dụng công nghệ lọc hạt kết hợp lọc màng để sản xuất nước tái sinh từ nước thải sau xử lý của trạm xử lý nứớc thải tập trung khu chế xuất Tân thuận. Trường Đại học Văn Lang; 2016. 5. Thomas E. Graedel, Robert J. Klee. Getting serious about sustainability. Environmental Science and Technology. 2002; 36(4):523-529. 6. Willy Verstraete, Pieter Van de Caveye, Vasileios Diamantis. Maximum use of resources present in domestic “used water”. Bioresource Technology. 2009; 100(23):5537- 5545. 7. S. L. Postel, G. C. Daily, P. R. Ehrlich. Human appropriation of renewable fresh water. Science. 1996; 271(5250):785- 788. 8. Richard O. Carey, Kati W. Migliaccio. Contribution of wastewater treatment plant effluents to nutrient dynamics in aquatic systems: a review. Environmental Management. 2009; 44(2):205-217. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề II, tháng 6 năm 2020 95 9. Ta Yeong Wu, Abdul Wahab Mohammad, Jamaliah Md Jahim, Nurina Anuar. A holistic approach to managing palm oil mill effluent (POME): Biotechnological advances in the sustainable reuse of POME. Biotechnology Advances. 2009; 27(1):40-52. 10. Ta Yeong Wu, Abdul Wahab Mohammad, Jamaliah Md Jahim, Nurina Anuar. Pollution control technologies for the treatment of palm oil mill effluent (POME) through end- of-pipe processes. Journal of Environmental Management. 2010; 91(7):1467-1490. 11. Melike Gurel, Gulen Iskender, Suleyman Ovez, Idil Arslan- Alaton, Aysegul Tanik, Derin Orhon. A global overview of treated wastewater guidelines and standards for agricultural reuse. Fresenius Environmental Bulletin. 2007; 16(6):590-595. 12. Delia M. Pinto Zevallos, Marco Pereira Querol, Bianca G. Ambrogi. Cassava wastewater as a natural pesticide: Current knowledge and challenges for broader utilisation. Annals of Applied Biology. 2018; 173(3):191-201. 13. Maria Magdalena Ferreira Ribas, Marney Pascoli Cereda, Roberto Lyra Villas Bôas. Use of cassava wastewater treated anaerobically with alkaline agents as fertilizer for maize (Zea mays L.). Brazilian Archives of Biology and Technology. 2010; 53(1):55-62. EVALUATING POTENTIAL REUSING OF WASTE WATER OF XUAN HONG MANUFACTURING FACTORY OF CASSAVA STARCH FOR SERVING IN THE SYMBIOSIS MODEL BETWEEN INDUSTRY AND AGRICULTURE FOLLOWED BY ECOLOGICAL DIRECTION Nguyen THanh Nam, Le THanh Hai, Vo Van Giau* Institute for Environment and Resources, VNU-HCM ABSTRACT The method of reusing wastewater based on the integration of sustainable solution to create the cohesion between the local agricultural-industry. The proposed method is applied to the typical cassava starch production plant in Tay Ninh province. The results showed that the groundwater extraction at the plant was reduced by 40% compared to the base, the wastewater after treatment that is stored in the biological pond to irrigation for hundreds of hectares. Wastewater after Biogas is diluted in proportion for cassava is 28l wastewater/49l of clean water and the rubber tree is 8,5l of wastewater/7l of clean water and sugar-apple is 20l wastewater/20l of clean water wasto spray as a natural leaf fertilizer, limiting the use of NPK chemical fertilizers. Some indicators of wastewater after treatment showed that it is suitable for plant development. In addition, production wastewater with high cyanide levels is also considered to dilute according to certain proportions as natural insecticidal drugs. However, in order to these solutions come into actual practice, it is really necessary to have a support policy to perform. Key words: Waste water, reuse, industrial - agriculture symbiosis , ecological symbiosis, cassava starch.