CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN ĐƯỜNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG KHOA HÓA NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  XỬ LÝ NƯỚC VÀ VỆ SINH CÔNG NGHIỆP NHÀ MÁY CHẾ BIẾN THỰC PHẨM ĐỀ TÀI CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC NHÀ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

KHOA HÓA NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM



XỬ LÝ NƯỚC VÀ VỆ SINH CÔNG NGHIỆP NHÀ MÁY CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI:

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC NHÀ MÁY ĐƯỜNG

Đà Nẵng, năm 2022

GVHD :TS.TẠ THỊ TỐ QUYÊN NHÓM :19N46

THÀNH VIÊN :LÊ THỊ MINH NGA

BÙI THỊ THẢO PHẠM THỊ THANH HIỀN TRẦN THỊ HOÀNG YẾN

HỒ TẤN HOÀNG

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: SƠ ĐỒ PHÁT SINH NGUỒN NƯỚC THẢI TRONG QUÁ

TRÌNH SẢN XUẤT ĐƯỜNG MÍA 1

1.1 Tổng quan về nguyên liệu 1

1.1.1 Tính chất công nghệ mía 1

1.1.2 Thành phần của mía 1

1.2 Quy trình công nghệ 2

1.2.1 Sơ đồ 2

1.2.2 Thuyết minh 4

1.3 Nước thải ngành công nghiệp sản xuất đường mía 4

1.3.1 Sơ đồ phát sinh nước thải 4

1.3.2 Đặc trưng của loại nước thải trong sản xuất đường mía 5

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 7

2.1 Đề xuất công nghệ xử lý nước thải: 7

2.2 Thuyết minh 7

2.3 Yêu cầu chất lượng đầu ra: 12

2.4 Ưu và nhược điểm của công nghệ đã đề xuất: 13

TÀI LIỆU THAM KHẢO 14

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1 1 Thành phần của mía 1

Bảng 1 2 BOD5 trong nước thải ngành công nghiệp đường 5

Bảng 2 1 Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp 13

Bảng 2 2 Ưu và nhược điểm của phương pháp 13

DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1 1 Sơ đồ sản xuất đường 3

Hình 1 2 Sơ đồ phát sinh nước thải 5

Hình 2 1 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường 7

Hình 2 2 Song chắn rác 8

Hình 2 3 Hố thu gom 8

Hình 2 4 Bể lắng cát 9

Hình 2 5 Bể điều hòa 9

Hình 2 6 Bể lắng 10

Hình 2 7 Bể USAB 10

Hình 2 8 Bể arotank 10

Hình 2 9 Bể lắng 11

Hình 2 10 Bể keo tụ, tạo bông 11

Hình 2 11 Bể lắng hoá lý 12

Hình 2 12 Bể khử trùng 12

CHƯƠNG 1: SƠ ĐỒ PHÁT SINH NGUỒN NƯỚC THẢI TRONG

QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ĐƯỜNG MÍA 1.1 Tổng quan về nguyên liệu

1.1.1 Tính chất công nghệ mía

Mía là nguyên liệu chính để sản xuất đường saccharose của Việt Nam và nhiều nước vùng nhiệt đới Cây mía có nguồn gốc từ Ân Độ Mía thuộc họ hòa thảo (Poaceae), giống Saccharum L

Ở nước ta cây mía được trồng suốt từ Bắc đến Nam Ở miền Bắc, mía được trồng tập trung ven các con sông chính như hạ lưu sông Hồng, sông Châu Giang, sông Đáy, sông Thái Bình Ớ miền Trung mía trồng nhiều ở các tỉnh Quảng Bình, Khánh Hòa, Tây Nguyên Ớ miền Nam, mía tập trung chủ yếu ở Tây Ninh, Bình Dương, Đồng Nai, Bến Tre, Long An, Hậu Giang, An Giang Các giống mía cần có năng suất cao, hàm lượng đường cao, chịu thâm canh, chịu hạn, chịu phèn, kháng sâu bệnh và khả năng tái sinh tốt

Mía chín là lúc hàm lượng đường trong thân mía đạt tối đa và lượng đường khử còn lại ít nhất Khi mía chín, thời tiết càng khô thì hàm lượng đường càng cao Do đó, người ta có thể ngưng tưới nước để thúc mía chín Thông thường mía chín sau khi trồng khoảng 12-15 tháng Khi hàm lượng đường đạt tối đa thì tùy giống mía và điều kiện thời tiết mà lượng đường này duy trì khoảng từ 15 ngày đến 2 tháng Sau đó lượng đường bắt đầu giảm Có một số giống mía, khi quá chín chưa thu hoạch kịp thì

bị trổ cờ Vấn đề trổ cờ của mía là một hiện tương thay đổi sinh lý, làm giảm hàm lượng đường trong mía

Thu hoạch mía tốt nhất khi cây mía đạt độ chín kỹ thuật, có hàm lượng đường

đo ở phần gốc và phần ngọn là gần tương đương và đảm bảo các chỉ tiêu độ Brix lớn hơn 20%, độ Pol lớn hơn 19%, đường khử (RS) phải thấp hơn 0,5%, tinh độ (AP) phải lớn hơn 87% và chữ đường (CCS) lớn hơn 11 Không thu hoạch mía trong những ngày rét đậm, trời mưa to và đất còn ẩm ướt Thu hoạch mía theo đặc tính giống, giống chín sớm phải thu hoạch trước, giống chín muộn thì thu hoạch sau Mía có thể thu hoạch bằng cách chặt thủ công hay chạt bằng máy Sau khi chặt, hàm lượng đường trong mía giảm nhanh, do đó mía cần được vận chuyển nhanh về nhà máy và ép càng sớm càng tốt

1.1.2 Thành phần của mía

Bảng 1 1 Thành phần của mía

2

Nước mía có tính acid (pH= 4.9-5.5), đục (do sự hiện diện của các chất keo như sáp protein, nhựa, tính bột và silic) và có màu lục

Nước mía có màu do các nguyên nhân sau

+ Từ thân cây mía : Màu do chlorophyll, anthocyanin, saccharetin và tanin gây ra

• Chlorophyll thường có trong cây mía, nó làm cho nước mía có màu xanh lục Trong nước mía, chlorophyll ở trạng thái keo, nó dễ dàng bị lọai bỏ bằng phương pháp lọc

• Anthocyanin chỉ có trong lọai mía có màu sẫm, nó ở dạng hòa tan trong nước Khi thêm nước vôi, màu đỏ tía của anthocyanin bị chuyển sang màu xanh lục thẫm Màu này khó bị lọai bỏ bằng cách kết tủa với vôi (vì lượng vôi dùng trong công nghệ sản xuất đường không đủ lớn ) hay với H2 SO4

• Saccharetin thường có trong vỏ cây mía Khi thêm vôi, chất này sẽ trở thành màu vàng được trích ly Tuy nhiên lọai màu này không gây độc, ở môi trường pH

<7,0 màu biến mất

• Tanin hòa tan trong nước mía , có màu xanh, khi phản ứng với muối sắt sẽ biến thành sẫm màu Dưới tác dụng của nhiệt độ tanin bị phân hủy thanh catehol, kết hợp với kiềm thành protocatechuic Khi đun trong môi trường axit phân hủy thành các hợp chất giống saccharetin

+ Do các phản ứng phân hủy hóa học: Khi cho vào nước mía lượng nước vôi, hoặc dưới tác dụng của nhiệt độ, nước mía bị đổi màu

+ Do sự phản ứng của các chất không đường với những chất khác

+ Ở nhiệt độ cao hơn 2000 C, đường sucrose và hai lọai đường khử (glucose và fructose) bị caramen hóa và tạo màu đen Ở nhiệt độ cao hơn 550C, đường khử đã

bị phân hủy thành các hợp chất có màu rất bền

Để lọai bỏ các tạp chất trong nước mía có thể áp dụng trong các biện pháp sau: + Độ đục được lọai bằng phương pháp nhiệt và lọc

+ Nhựa và pectin, muối của các axít hữu cơ, vô cơ, chất tạo màu: được lọai bỏ bằng phương pháp xử lý với vôi

1.2 Quy trình công nghệ

1.2.1 Sơ đồ

Hình 1 1 Sơ đồ sản xuất đường

4

1.2.2 Thuyết minh

Quy trình sản xuất đường mía gồm có 3 giai đoạn chính

• Giai đoạn khai thác

• Giai đoạn tinh lọc nước mía

• Giai đoạn kết tinh đường

1.2.2.1 Giai đoạn khai thác

Mục đích công nghệ: Lấy kiệt nước mía trong cây mía Giai đoạn khai thác nước mía là giai đoạn đầu tiên và quan trọng của dây chuyền sản xuất đường Chỉ tiêu quan trọng của giai đoạn này là năng suất ép mía và hiệu suất ép mía

Phương pháp thực hiện: Để lấy nước mía, cần phá vỡ các tế bào của cây mía bằng cách dùng lực cơ học xé tơi và ép dập thán cây Giai đoạn khai thác nước mía chia làm hai bước: xử lý và ép mía

1.2.2.2 Giai đoạn hòa đường thô

Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình tinh sạch nước mía trong công nghệ tinh luyện đường

Phương pháp thực hiện: đường thô có lớp mật bên ngoài chứa nhiều tạp chất, vì vậy, trước khi hòa tan đường thô để thực hiện quá trình tinh lọc, cần rửa lớp mật này Quá trình rửa mật được thực hiện bằng cách trộn dường thô với nước đường tạo thành một hỗn hợp sệt có nồng độ khoảng 90-93°Bx, nhiệt độ đao động trong khoảng 45-50°C

và hỗn hợp gọi là magma Ly tâm tách bỏ lớp mật rửa sẽ thu được đường sạch lớp mật Đường này sẽ được hòa tan với nước thành dung dịch nước đường 60°Bx để bắt đầu vào các quá trình tinh lọc các chất keo và các chất không đường hòa tan

1.2.2.3 Giai đoạn làm sạch nước mía

Mục đích công nghệ:

+ Hoàn thiện: loại bỏ các chất không dường

+ Chuẩn bị cho quá trình kết tinh đường

Nguyên tắc thực hiện: Để loại bỏ những tạp chất thô không hòa tan, đơn giản là

có thể sử dụng các loại rây có kích cỡ khác nhau, loại bỏ chất keo, cần tạo các điều kiện

để keo tụ hay sử dựng các chất hấp phụ lôi kéo các chất keo đồng kết tủa, sau đó lắng, lọc để loại các kết tủa này Để loại các chất hòa tan có khả năng keo tụ, cần tạo điều kiện để các chất tan kết tụ và phân riêng tủa bằng các biện pháp lắng hoặc lọc Để loại các chất màu hòa tan, phương pháp hữu hiệu nhất là hấp phụ bằng than và đất hoạt tính Cuối cùng, để loại các chất hòa tan không keo tụ như cation kim loại kiềm hay các anion

dễ tan thì sử dụng các cột trao đổi ion

1.3 Nước thải ngành công nghiệp sản xuất đường mía

1.3.1 Sơ đồ phát sinh nước thải

Hình 1 2 Sơ đồ phát sinh nước thải

1.3.2 Đặc trưng của loại nước thải trong sản xuất đường mía

1.3.2.1 Các nhóm nước thải

a) Nước thải từ khu ép mía

Ở đây, nước dùng để ngâm ép đường trong mía và làm mát các ổ trục của máy

ép Lọai nước thải này có BOD cao (do có đường thất thoát) và có chứa dầu mỡ

b) Nước thải rửa lọc, làm mát, rửa thiết bị và rửa sàn

Nước thải rửa lọc tuy có lưu lượng nhỏ nhưng giá trị BOD và chất lơ lửng cao Nước làm mát được dùng với lượng lớn và thường được tuần hoàn hầu hết hoặc một phần trong quy trình sản xuất Nước làm mát thường nhiễm bẩn một số chất hữu

cơ bay hơi từ nước đường đun sôi trong nồi nấu hoặc nồi chân không Nước chảy tràn

từ các tháp làm mát thường có giá trị BOD thấp Tuy nhiên, do chế độ bảo dưỡng kém

và điều kiện vận hành không tốt nên có lượng đường đáng kể thất thoát trong nước làm mát Lượng nước này sẽ được thải đi

Nước rò rỉ và nước rửa sàn, rửa thiết bị tuy có lưu lượng thấp và được xả định

kỳ nhưng có hàm lượng BOD rất cao

c) Nước thải từ lò hơi

Nước thải khu lò hơi được xả định kỳ, với đặc điểm là chất rắn lơ lửng cao và giá trị BOD thấp, nước thải mang tính kiềm

1.3.2.2 Đặc điểm của nước thải ở nhà máy đường mía

Bảng 1 2 BOD5 trong nước thải ngành công nghiệp đường

Các loại nước thải NM đường thô (mg/L) NM tinh chế đường (mg/L)

6

Đặc trưng lớn nhất của nước thải nhà máy đường là có giá trị BOD cao và dao động nhiều

Phần lớn chất rắn lơ lửng là chất vô cơ Nước rửa mía cây chủ yếu chứa các hợp chất vô cơ Trong điều kiện công nghệ bình thường, nước làm nguội, rửa than và nước thải từ các quy trình khác có tổng chất rắn lơ lửng không đáng kể Chỉ có một phần than hoạt tính bị thất thoát theo nước, một ít bột trợ lọc, vải lọc do mục nát tạo thành các sợi nhỏ lơ lửng trong nước Nhưng trong điều kiện các thiết bị lạc hậu, bị rò rỉ thì hàm lượng các chất rắn huyền phù trong nước thải có thể tăng cao Các chất thải của nhà máy đường làm cho nước thải có tính axit Trong trường hợp ngoại lệ, độ pH có thể tăng cao do có trộn lẫn CaCO3 hoặc nước xả rửa cột resin

Ngoài các chất đã nói trên, trong nước thải nhà máy đường còn thất thoát lượng đường khá lớn, gây thiệt hại đáng kể cho nhà máy Ngoài ra còn có các chất màu anion

và cation (chất màu của các axit hữu cơ, muối kim loại tạo thành) do việc xả rửa liên tục các cột tẩy màu resin và các chất không đường dạng hữu cơ (các axit hữu cơ), dạng

vô cơ (Na2O, SiO2, P2O5, Ca, Mg và K2O) Trong nước thải xả rửa các cột resin thường

có nhiều ion H+, OH-

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1 Đề xuất công nghệ xử lý nước thải:

Từ các đặc điểm nước thải của nhà máy sản xuất đường đã trình bày ở phần 1, chúng em đề xuất công nghệ xử lý nước thải sau:

Hình 2 1 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường

2.2 Thuyết minh

Giai đoạn 1: Xử lý sơ bộ

- Song chắn rác: Nước thải từ nhiều nguồn khác nhau sẽ theo mương dẫn nước thải, qua song chắn rác (SCR) chảy vào hố thu của hệ thống

Song chắn rác (SCR): thường làm bằng kim loại, đặt ở cửa kênh dẫn, thường sử dụng song chắn rác mịn khe là 10mm được đặt cố định, nghiêng một gốc 60o đặt ở cửa vào bể gom và được lấy rác vào cuối ngày

8

Mục đích: giữ lại các tạp chất vật thô như rác và các vật thải khác được giữ lại, để bảo vệ các thiết bị xử lý như bơm, đường ống, mương dẫn,…

Hình 2 2 Song chắn rác

- Hố thu gom SCR:

Bể gom: là nơi tiếp nhận nguồn nước thải trước khi đi vào công trình xử lý nước

thải tiếp theo, thường được làm bằng bê thông, xây bằng gạch

Mục đích: nơi tiếp nhận trước khi đi vào các bể xử lý, có tác dụng điều hoà lưu

lượng nước thải

Hình 2 3 Hố thu gom

- Bể lắng cát

Nước thải mía đường chứa nhiều đất, cát từ quá trình rửa sạch nguyên liệu, các chất này sẽ được giữ lại tại bể lắng cát Cát tại bể lắng sẽ được chuyển đến sân phơi cát

Hình 2 4 Bể lắng cát

- Bể điều hòa:

Nước thải từ hố thu gom sẽ được chuyển đến bể điều hòa Bể điều hòa có chức năng ổn định nồng độ và lưu lượng của nước thải Tại đây lắp đặt máy thổi khí để tránh quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra khi các chất lơ lửng lắng xuống đáy bể

Thiết bị tách rác tinh cũng được được đặt ở đầu vào của bể điều hòa để giữ lại các rác thải có kích thước nhỏ giảm thiểu mức độ ảnh hưởng của chúng tới các công đoạn phía sau

Hình 2 5 Bể điều hòa

- Bể lắng 1:

Nước thải từ bể điều hòa bơm sang bể lắng Tại đây sẽ loại bỏ một phần chất rắn

lơ lửng nhằm giảm thể tích xử lý phía sau, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý sinh học

10

Hình 2 6 Bể lắng

Giai đoạn 2: Xử lý sinh học

- Bể UASB:

Đây là bể sinh học kỵ khí dòng chảy ngược Tại bể UASB xảy ra quá trình phân hủy kỵ khí dưới tác dụng của vi sinh vật kỵ khí trong điều kiện không có oxi

Quá trình xử lý kị khí trong bể được chia thành bốn giai đoạn: Thủy phân polyme, lên men các aminoaxit và đường (Axit hóa) , phân hủy kị khí (Axetic hóa) và hình thành khí metan (Metan hóa)

Hình 2 7 Bể USAB

- Bể arotank:

Nước thải sau khi xử lý tại bể UASB sẽ được chuyển vào bể Aerotank Tại bể Aerotank các vi sinh vật hiếu khí hoạt động giúp phân hủy các chất hữu cơ còn lại

Hình 2 8 Bể arotank

- Bể lắng 2:

Giúp lắng lại phần cặn từ quá trình sinh học và làm trong nước Một phần bùn cặn được tuần hoàn về bể Aerotank, phần còn lại được xả ra bể chứa bùn

Hình 2 9 Bể lắng

Giai đoạn 3: Xử lý hóa lý

- Bể keo tụ, tạo bông:

Tại đây, các hóa chất NaOH, CaO được châm vào bể với liều lượng nhất định Dưới tác dụng của hóa chất này và hệ thống motor cánh khuấy với tốc độ chậm, các bông cặn li ti từ bể phản ứng sẽ chuyển động, va chạm, dính kết và hình thành nên những bông cặn tại bể keo tụ tạo bông có kích thước và khối lượng lớn gấp nhiều lần các bông cặn ban đầu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng ở bể lắng Hỗn hợp

nước và bông cặn hữu dụng tự chảy sang bể lắng

Hình 2 10 Bể keo tụ, tạo bông

-Bể lắng hoá lý:

Được đặt sau bể keo tụ tạo bông, có nhiệm vụ lắng cặn hóa lý sinh ra từ quá trình

xử lý nước Một phần bùn cặn sau lắng sẽ được chuyển qua bể chứa bùn để xử lý, một phần bùn cặn sẽ được tuần hoàn về bể Aerotank để đảm bảo mật độ sinh khối của vi sinh vật trong bể

12

Hình 2 11 Bể lắng hoá lý

Giai đoạn 4: Xử lý hoàn thiện

- Bể khử trùng:

Nước thải sau khi qua bể lọc áp lực sẽ đi qua bể khử trùng Cloriin để tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh

Hệ thống quan trắc sẽ đo và ghi nhận trực tiếp các thonog số xử lý nước thải và gửi tín hiệu lên sở tài nguyên môi trường tỉnh Các chỉ tiru quan trắc bao gồm lưu lượng đầu vào và đầu ra, nhiệt độ, pH, TSS, COD, amoni để nước thải đầu ra đạt chuẩn A (QCVN 40:2011/BTNMT)

Bể kiểm chứng chứa nước sau xử lý

Hình 2 12 Bể khử trùng

2.3 Yêu cầu chất lượng đầu ra: