Quy trình xử lý nước thải trong sản xuất tinh bột sắn

Tinh bột sắn là gì?- Tinh bột sắn là sản phẩm làm từ phân tử carbon thiên nhiên của thực vật bị biến đổi để tao thành đường tích lũy sang hình thái của chất có khả năng kết hợp trong bộ

Quy trình xử lý nước thải trong sản xuất tinh bột sắn

GVHD: TS.NguyễN Lan Hương

Phụ lục

công nghệ SBR-V cải tiến

Phần 1:

Khái quát chung

Tinh bột sắn là gì?

- Tinh bột sắn là sản phẩm làm từ phân

tử carbon thiên nhiên của thực vật bị biến đổi để tao thành đường tích lũy sang hình thái của chất có khả năng kết hợp trong bộ phận thực vật ( như

rễ cây, thân cây và hoa quả )

- Tinh bột sắn được coi là một trong những thành phần nguyên liệu quan trong được sử dụng cho lĩnh vực thực phẩm và công nghiệp

Đặ c điểm

- Tinh bột sắn có tỷ trọng cao và không

dễ tan trong nước Sau một thời gian giữ trong tình trạng chất lỏng nó sẽ được kết tủa Trong khi dưới nhiệt độ cao, cấu trúc của nó sẽ được phá vỡ

và tạo thành chất keo dính đặc quánh giống như hiện tượng hồ hóa

mà chất này có thể dung được trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau

- Tinh bột sắn dễ dàng bị hồ hóa với độ dính cao, chất liệu hồ không chỉ là tinh khiết mà quá trính thoái hóa của chúng diễn ra rất chậm Với độ căng phồng cao, những phân tử giữ được

độ dính cao hơn bình thường

Ứng dụng

Ứng dụng nhiều trong ngành thực phẩm :

Tinh bột sắn là gì?

Ứng dụng trong ngành công nghiệp giấy :

Tình hình sản xuất tinh bột sắn

- Số liệu của TCHQ, xuất khẩu sắn và các sản

phẩm từ sắn năm 2019 ước đạt 2,53 triệu tấn,

thu về 966,88 triệu USD, giá trung bình 381,6

USD/tấn, tăng 4,4% về lượng, tăng 0,9% về

kim ngạch nhưng giảm 3,4% về giá so với

năm 2018

- Sản lượng sản xuất sắn trên thế giới vào

khoảng 250 triệu tấn/năm, trong đó Nigeria

dẫn đầu với 54 triệu tấn, chiếm 37% Quốc gia

có sản lượng sắn lớn thứ hai là Brazil với

khoảng 26 triệu tấn/năm Tiếp đến là

Indonesia, Congo, Thái Lan (khoảng 22 triệu

tấn củ/năm/nước), Angola, Ghana, Ấn Độ và

Việt Nam Những quốc gia này chiếm 75%

tổng sản lượng sắn trên toàn thế giới

Xuất khẩu sắn và sản phẩm sắn năm 2019

(Theo số liệu của TCHQ công bố ngày 13/1/2020)

Nguồn gốc của nước thải tinh bột sắn

- Nước thải này xuất phát từ quá trình rửa sắn, sàng loại sơ, khử nước kéo theo các chất bám, căn lơ lửng, tinh bôt ; theo đó 10% nước thải sinh trong quá trình rửa củ và 90% từ giai đoạn ly tâm, sàng lọc,khử nước Lượng nước thải kéo theo bao gồm protein, chấy béo, chất khoáng, tình bột không thu hồi được Nước có màu trắng đục, mùi chua tanh nồng gây ô nhiễm môi trường

Nguồn gốc của nước thải tinh bột sắn

Dòng thải 1 : là nước thải sau khi phun vào

guồng rửa sắn củ để loại bỏ các chất bẩn và

vỏ ngoài củ sắn Loại nước thải này có lưu

lượng thấp (khoảng 2m3 nước thải/ tấn sắn

củ), chủ yếu chứa các chất có thể sa lắng

nhanh (vỏ sắn, đất, cát,…) Do vậy nước thải

loại này có thể qua song chắn , để lắng rồi

quay vòng nước ở giai đoạn rửa

Dòng thải 2: là nước thải ra trong quá

trình lọc sắn, loại nước thải này có lưu lượng lớn (10m3 nước thải/ tấn sắn củ),

có hàm lượng chất hữu cơ cao, hàm lượng chất lơ lửng cao, pH thấp, hàm lượng xianua cao, mùi chua, màu trắng đục Các thông số này được thể hiện qua hàm lượng chất rắn lơ lửng SS, các chất dinh dưỡng chứa N,P, các chỉ số về nhu cầu oxi sinh học BOD, nhu cầu hóa học COD,…

Căn cứ vào quy trình chế biến bột sắn có thể chia nước thải

thành 2 dòng

Ả nh hưởng của nước thải tinh bột sắn

- Một nhà máy chế biến tinh bột sắn ở Làng Mấy ( tỉnh Yên Bái ) khiến hang chục hộ dân sinh sống xung quanh phải sống trong tình trạng thiếu nước trầm trọng Theo lời người dân ‘ buộc ‘ phải dung giếng khoan màu vàng đục, cặn và có mùi hôi tanh

Nhiều người mắc các bện ngoài da, đau mắt vì sử dụng nguồn nước ô nhiễm

- Nên kinh tế ở đây bị ảnh hưởng nặng nề như : cá chết hang loạt, nước trong xanh trở nên đen kịt, bột đóng thành từng lớp, dung nước này tới cho cây trồng lmà cây

trồng khô héo và chết

- Một nhà máy chế biến tinh bột sắn của Công ty TNHH MTV 365 ( tỉnh Hà Giang ) trở thành nỗi ám ảnh kinh hoàng của người dân Khi mới mở nhà máy đem lại công ăn việc làm khiến người dân rất vui vẻ Ấy vậy chỉ sau 1 tuần đi vào hoạt động tình trạng ô nhiễm đã gây ảnh hưởng nặng nề

 Vậy nên cần phải có những biện pháp nhất định để có thể xử lý nước thải từ nhà máy sản xuất tinh bột sắn

Phần 2:

Tính chất của nước thải từ chế biến tinh bột sắn

Tính chất nước thải tinh bột sắn

Trong nhà máy chế biến tinh bột sắn, lượng nước thải trong quá trình chế biến phát sinh từ:

1. Bóc vỏ

2. Rửa củ

3. Băm nhỏ

4. Lắng lọc

• Tóm lại, dự kiến lượng nước thải có 10% bắt nguồn từ nước rửa củ và 90% xả

từ các công đoạn ly tâm, sàng lọc, khử nước

• Nước thải ngành tinh bột sắn mang tính chất acid và có khả năng phân hủy sinh học

• Đặc biệt là trong khoai mì có chứa HCN là một loại acid có tính độc hại Khi ngâm khoai mì vào trong nước HCN sẽ hòa tan vào trong nước và theo nước thải chảy ra ngoài

Hàm lượng chất hữu cơ phân hủy

sinh học:

● Hàm lượng chất hữu cơ cao, lượng Oxy

chiễm ̴ 60%  suy giảm nồng độ oxi hòa tan

Hiện tượng phú nhưỡng hóa nguồn nước ảnh

hưởng đến các thỷ sinh vật trong nguồn nước

Tác động tiêu cực đến chất lượng nguồn nước cấp

Hàm lượng chất lơ lửng

cao  ánh sáng ̴ 60%

Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc

có màu Ảnh hưởng đến quá trình quang hợp.

Khi cặn lắng xuống dưới đáy nước sẽ gây ra hiện tượng phân hủy kỵ khí kèm mùi hôi thối

Hàm lượng

chất dinh dưỡng

• Hàm lượng chất dinh dưỡng

Ngoài ra, amonia rất độc đối với tôm, cá dù nồng

độ rất nhỏ

Nồng độ các chất N, P trong nước cao  gây ra hiện

tượng phú nhưỡng hóa nguồn nước, có tác động tiêu cực đến du lịch và ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước cấp.

Bảng thông số hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải chế biến tinh

bột sắn

***Đặc biệt là trong thành phần của

vỏ sắn và lõi củ sắn có chứa Cyanua (CN-) một trong những chất độc hại

có khả năng gây ưng thư

Nước thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông

Phần 3:

Một số phương pháp sinh học xử lý chất thải

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

• Từ hàm lượng và tính chất của nước

thải, từ quá trình chế biến tinh bột

sắn, ta có các phương pháp xử lý

nước thải

• Tuy nhiên phương pháp sinh học

được biết tới là phương pháp tối ưu

và có những ưu điểm như bảo vệ môi

trường, vật liệu thân thiện với môi

trường

3.1 Xử lý bằng phương pháp sinh học trên cơ sở

Thực nghiệm, hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải giảm nhanh trong 24 giờ đầu tiên (COD, BOD5, TSS, SS giảm xuống còn 4860, 3540, 724, 422

3.2 Xử lý bằng phương pháp sinh học trên cơ sở

- Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis để tổng hợp

enzyme alpha -amalyza cho phân giải tinh bột thành

glucoza

- Trichoderma reseii, Clostridium thermocellum để tổng

hợp enzym xenluloza để phân giải xenlulo.

● Vì vậy, chế phẩm này được sử dụng cho quá trình xử

lý.

b Kết quả xử lý

- Thực nghiệm, ta thấy xử lý trong UASB tốt nhất chỉ trong giai đoạn 20-24 giờ đầu, và sau đó tốc độ xử lý giảm dần (Nước thải sau 12 giờ xử lý kỵ khí có giá trị các thành phần tương đương xử lý kỵ khí sau 24 giờ trong trường hợp sử dụng bùn hoạt tính với vi sinh vật tự nhiên)

- Nếu lấy nước thải ở giai đoạn này đưa vào xử lý hiếu khí thì đòi hỏi thời gian xử lý hiếu khí dài, dẫn đến chi phí vận hành cao mặc dù chi phí đầu tư ban đầu giảm do thiết bị UASB nhỏ.

 Vì vậy chọn thời gian xử lý kỵ khí 24 giờ.

3.2 Xử lý bằng phương pháp sinh học trên cơ sở

vi sinh vật tuyển chọn

- Trong 18 giờ đầu của xử lý hiếu khí, hàm lượng chất hữu cơ giảm nhanh

do sự hấp phụ chất hữu cơ lên bề mặt vi sinh vật trong bùn hoạt tính diễn ra mạnh, và như vậy thời gian xử lý hiếu khí chọn là 18 giờ.

- Nước thải được tiếp tục xử lý trong ao sinh học thả bèo, và sau 60 giờ

nước có hàm lượng các thành phần đạt tiêu chuẩn TCVN 5945 C – 1995:

• COD = 105 mg/l,

• BOD5= 86 mg/l,

• TSS = 69 mg/l,

• SS = 64 mg/l

 Như vậy, việc sử dụng thêm chế phẩm vi sinh TD28 đã làm tăng khả

năng xử lý, giảm thời gian cho các khâu xử lý hiếu khí và sinh học sau đó, làm giảm 25% chi phí vận hành của khâu xử lý hiếu khí (giảm khoảng 10% chi phí vận hành của cả hệ thống)

3.2 Xử lý bằng phương pháp sinh học trên cơ sở

vi sinh vật tuyển chọn

4 Đề xuất giải pháp công nghệ:

“xử lý nước thải tinh bột sắn”

MÔ TẢ CHUNG

 Tận dụng hệ thống thu gom và sử dụng công trình hồ CIGAR để xử lý kỵ khí.

 Sử dụng phương pháp hóa lý để xử lý sơ bộ các thành phần ô nhiễm trong nước thải.

Phương pháp hóa lý bao gồm: trung hòa, keo tụ, lắng…

 Sử dụng phương pháp xử lý sinh học SBR-V cải tiến để làm sạch triệt để nước thải.

 Nhằm đáp ứng tiêu chuẩn A QCVN 40:2011/BTNMT, nước thải được lọc qua cát thô và than hoạt tính rồi khử trùng trước khi thải ra môi trường.

MÔ TẢ CÔNG NGHỆ

SBR-V CẢI TIẾN

 Công nghệ SBR-V giúp cho việc vận hành toàn bộ hệ thống đơn giản và

giảm chi phí đầu tư.

 Về kích thước và số lượng bể của công nghệ SBR-V cho một dây

chuyền xử lý là rất ít

SBR-V không dùng bể lắng sơ cấp và thứ cấp.

Khác biệt rất lớn về chi phí đầu tư nằm ở phần thiết bị sử dụng.

 Hiệu quả vận hành SBR-V là rất tốt.

cơ và vô cơ cao thể hiện ở: SS, TSS, N,P, 𝐵𝑂𝐷5 ,COD,

Nồng độ ô nhiễm của nước thải sản xuất

tinh bột sắn

Bảng chất lượng nước thải sản xuất

Tính chất của nước thải

4.1.2 Đề xuất giải pháp công

Bể keo tụ tạo bông

Xảy ra quá trình khuấy trộn

và cấp khí giúp ổn định lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm như: BOD5, COD, pH,

CN-…

Nước thải được trung hòa bằng soda 𝑁𝑎 2 𝐶𝑂3nồng

độ 150 – 200g/m3 để nâng pH lên trên 6,5.

Hóa chất keo tụ được đưa vào bể Dưới tác dụng của hệ thống cánh khuấy, hóa chất keo tụ được hòa trộn nhanh và đều vào trong nước thải.

Hình thành các bông cặn nhỏ li ti khắp diện tích bể.

5

Dưới tác dụng của chất trợ keo tụ

và hệ thống motor cánh khuấy với tốc độ chậm.

Các bông cặn li ti sẽ chuyển động,

va chạm, dính kết và hình thành nên những bông cặn có kích thước và khối lượng lớn.

Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng ở bể lắng.

Nước thải

Hồ CIGAR

Trạm bơm nâng

PAC,PAA Bể phản ứng

Giảm tỉ trọng hữu cơ cho các khâu sau

Phân huỷ gốc xianua CN-,

Xử lý chất thải có hàm lượng chất hữu cơ cao

Màng sinh học hiếu khí là một hệ VSV tuỳ tiện,

ở ngoài cùng là lớp vi khuẩn hiếu khí,

lớp sâu bên trong màng là các vi khuẩn kỵ khí

Bể sinh học kỵ khí UASB

Điều kiện

áp dụng

Nguyên lý hoạt động

 Là bể kỵ khí lớp bùn chảy ngược dòng.

 Trong bể, nước thải đc đưa vào từ đáy

thông qua hệ thống phân phối dòng vào.

 Vận tốc chuyển động 0,6 đến 0,9 m/h

đi qua lớp bùn vi sinh kỵ khí lơ lửng.

 Trong đk kỵ khí, các chất hữu cơ có

trong nước thải sẽ phân hủy thành các

hợp chất có PTK nhỏ, hình thành khí

CH4, CO2 tạo nên sự xáo trộn bên

trong bể.

 Khí CH4, CO2 tạo ra bám vào các hạt

bùn, nổi lên trên bề mặt, va chạm vách

hướng dòng.

• Hạt bùn được tách khí sẽ rơi

xuống lại tầng bùn lơ lửng.

• Khí CH4, CO2 được thu bằng hệ

 Hàm lượng cặn lơ lửng: SS> 3 g/l

 Nước thải chứa độc tố: UASB không thích hợp với loại nước có hàm lượng 𝑁𝐻4 + > 2g/l, 𝑆𝑂4 2− >0.5 g/l.

 Khi nồng độ muối cao cũng gây ảnh hưởng xấu đến CH4, nồng độ khoảng 5-15 g/l có thể xem là độc tố.

Ưu điểm nổi bật:

Không tốn nhiều năng lượng;

Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp;

Tạo ra lượng bùn có hoạt tính, giảm chi phí xử lý;

Loại bỏ chất hữu cơ với lượng lớn, hiệu quả.

Xử lý BOD trong khoảng 0.6 ÷ 15 g/l đạt từ 80-95%;

Nhược điểm:

Cần diện tích và không gian lớn để xử lý chất thải;

Quá trình tạo bùn hạt tốn nhiều thời gian và khó kiểm soát.

Phạm vi áp dụng:

Ứng dụng cho hầu hết tất cả các loại nước thải có nồng độ COD từ mức trung bình đến cao:

thủy sản fillet, chả cá Surimi, thực phẩm đóng hộp, dệt nhuộm, sản xuất bánh tráng, sản xuất tinh bột,…

Xử lý kỵ khí bằng UASB cho thấy hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải giảm nhanh trong 24h đầu tiên:

COD, 𝑩𝑶𝑫𝟓,TSS, SS từ 8200, 6020, 1620, 704 giảm xuống còn

4860, 3540, 724, 422 mg/l, sau đó giảm rất chậm.

Do đó tgian xử lý kỵ khí chọn là 24h.

Khí biogas sinh ra được dùng làm nguồn năng lượng khí đốt cho nhà máy.

Bể keo tụ tạo bông

Bơm áp lực

Bể lọc cát thô

Bể lọc than hoạt tính

Bể khử trùng

Nguồn tiếp nhận (A-QCVN 40:2011)

Xử lý nước thải của quá trình chế biến tinh bột sắn bằng công nghệ SBR-V cải tiến

Phần 5

4.1 Công nghệ xử lý sinh học SBRV

• Là công nghệ bùn hoạt tính dạng mẻ liên tục (Cyclic Sequencing Batch

Reactor – SBRV), trong đó bổ xung thêm ngăn lựa chọn vi sinh vật Selector kết hợp với công nghệ SBR và phần mềm kiểm soát quá trình xử lý sinh học

• Toàn bộ hệ thống bể SBRV được điều khiển tự động hóa hoàn toàn bởi hệ thống điều khiển PLC và các van điều khiển tự động

• Thông qua những thông số thực nghiệm vận hành, mỗi nhàmáy sẽ được cài đặt phần mền dành riêng cho nhà máy đó

Ưu điểm vươt trội của bể SBRV so với bể SBR

* Kinh tế: chi phí vận hành thấp hơn (ở hạng mục chi phí cơ khí, điện, vận hành, bảo trì và

kích thước xây dựng)

* Công nghệ: bể SBRV vượt trội thể hiện ở các điểm sau

+ Xử lý diễn ra trong một bể đơn

+ Khử nitơ, mà không cần trang bị thêm thiết bị khuấy trộn

+ Khử photpho sinh học, không cần sử dụng thêm hóa chất

+ Mở rộng công suất dễ dàng bằng cách xây dựng thêm một bể tương tự

+ Quá trình lắng của các hạt bùn hoạt tính thô diễn ra rất nhanh

Có thể ngăn được sự phát triển của các vi khuẩn dạng sợi

+ Ngăn ngừa được dòng chảy quá tải do biến động dòng thải

+ Không phải loại cặn lắng

+ Quá trình xử lý liên tục, không có váng bọt, không có hệ thống van điều khiển phức tạp.+ Lưu lượng tuần hoàn ít

+ Không phát sinh mùi trong quá tình xử lý

Sơ đồ xử lý nước thải

từ quá trình chế biến tinh bột sắn bằng công nghệ SBR-V

Nước thải

Song tách rác thô

Máy tách ráctinhTrạm bơm,

bể điềuhòa

Bể Selector 1 Bể Selector 2

Bơm bùn

Bể SBRV 1 Bể SBRV 2

Bể khử trùng

Hồ điều hòa

Bể lắng vàlàm đặcbùn

Bơmbùn

Máy ép bùnbăng tải

Bùn khô

Chuyển đi chôn lấp

Nguồn tiếp nhận(A-QCVN40:2011)

Sơ đồ xử lý nước thải TBS bằng công nghệ SBR-V cải tiến

4.2 Chu trình xử lý nước thải bằng SBRV

* Gồm 3 quá trình:

● Cấp khí, nước thải vào để tiến

hành oxi hóa sinh học

- Hệ thống SBRV được thiết kế 2 bể hoạt động song song,lệch pha đảm bảo hệ thống hoạtđộng liên tục

- Quá trình phản ứng gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: nước thải sẽ trộn với bùn hoạt tính hồi lưu với tỷ lệ F/M cao ở ngăn SELECTOR Quá trình Fill-AERATE thay thế quá trình FILL&FILL-ANOXIC-MIX

 vận hành hệ thống đơn giản hơn

Giai đoạn2: quá trình phản ứng xảy ra trong bể SBRV gần tương tự như quá trình SBR Đây là phương pháp xử lý nước thải tuần hoàn liên tục qua đó các quá trình như oxy hóa cacbon, quá trình nitrat hóa, khử nitơ và khử photpho bằng phương pháp sinh học được diễn ra đồng thời

a Nguyên lý vận hành của bể SBRV

- Quá trình xử lý được diễn ra theo mẻ lặp đi lặp lại

- Trong thời gian xử lý sinh học của một mẻ:

Cấp nước

VSV họat động mạnh

Tạo bông sinh học

Hút bùn sinh học

Sục khí + khuấy trộn Phân giải chất hữu cơ

Ngừng cấp khí và nước thải Để lắng

Chu

kỳ kết thúc

b Ngăn sinh học Selector

- Ngăn Selector được thiết kế đặc biệt có thể tự đảo trộn dòng nước, tránh viêc lắng đọng cục bộ.

Tạo điều kiện thuận lợi, bẻ gẫy các liên kết hữa cơ khó phân hủy (thường là mạch dài hoặc mạch tròn tạo thành các mạch ngắn dễ dàng phân hủy).

Duy trì môi trường thiếu /yếm khí tạo điêu kiện cho quá trình phân hủy nito và photpho diễn ra mãnh liệt.

-Tuần hoàn và đồng thời duy trì hàm lượng bùn rất lớn tại ngăn

Selector sẽ tránh hiện tượng trương nở bùn/phát triển của vi sinh vật dạng sợi.