đồ án xử lý nước thải nhà máy tinh bột sắn

LỜI CẢM ƠN4KÍ HIỆU VIẾT TẮT5LỜI MỞ ĐẦU6CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN7I.1. Tình hình sản xuất tinh bột sắn Thế Giới và Việt Nam:7I.1.1. Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên Thế Giới và khu vực Châu Á7I.1.2. Tình hình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam8I.2. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn:10I.2.1. Cấu tạo và thành phần củ sắn:10I.2.1.1. Cấu tạo:10I.2.1.2. Thành phần hóa học:10I.2.2. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn:12I.2.2.1. Một số công nghệ sản xuất tinh bột sắn trên Thế Giới:12I.2.2.2. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam:14I.3. Hiện trạng môi trường ngành sản xuất tinh bột sắn:18I.3.1.Khí thải:18I.3.2. Chất thải rắn:19I.3.3. Nước thải:20I.4. Đặc trưng nước thải nhà máy sản xuất tinh bột sắn:23CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ÁP DỤNG CHO NƯỚC THẢI TINH BỘT SẮN25II.1. Phân tích công nghệ xử lý nước thải25II.1.1. Phương pháp cơ học:25II.1.2. Phương pháp hoá học và hóa lý:26II.1.3. Phương pháp sinh học:27II.1.3.1. Phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên:28II.1.3.2. Phương pháp yếm khí:29II.1.3.3. Phương pháp hiếu khí:31II.2. Đề xuất và lựa chọn công nghệ sản xuất:37II.2.1. Phân luồng dòng thải:37II.2.2.1.Lưu lượng và thành phần nước thải:38II.2.2.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tinh bột sắn:39II.2.2.3. Thuyết minh công nghệ xử lý:40CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ41III.1. Thông số đầu vào:41III.2.Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải dòng tinh chế bột41III.2.1. Các công trình chính:41III.2.1.1. Song chắn rác thô:41III.2.1.2. Bể lắng cát ngang:43III.21.3. Lưới chắn rác:45III.2.1.4. Bể điều hòa:46III.2.1.5. Bể điều chỉnh pH:46III.2.1.6. Bể UASB:48III.2.1.7. Tính toán bể Aeroten:53III.2.1.8. Bể lắng II:58III.2.2. Các thiết bị phụ trợ:61III.2.2.1. Thiết bị khuấy trộn trong bể điều hòa:61III.2.2.2.Tính bơm nước thải công nghệ từ bể trung hòa vào bể UASB:61III.2.2.3. Tính bơm bùn tuần hoàn bể Aeroten:67III.2.2.4. Tính máy nén khí cho bể Aeroten:70III.3. Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải dòng rửa củ:75III.3.1. Các công trình chính:75III.3.1.1. Song chắn rác:75III.3.1.2. Bể lắng cát ngang:77III.3.1.3. Bể điều hòa:79III.3.1.4. Hồ phủ bạc HDPE:80III.3.2. Các thiết bị phụ trợ:81III.3.2.1. Thiết bị khuấy trộn trong bể điều hòa:81III.4. Tính toán phần trộn chung hai dòng thải:82III.4.1. Hồ sinh học82III.4.2. Hồ an toàn:85III.4.3. Bể nén bùn:85CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CHI PHÍ XÂY DỰNG VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG90IV.1.Tính toán chi phí xây dựng:90IV.1.2. Chi phí thiết bị:90IV.2. Chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải:91IV.2.1. Chi phí nhân công:91IV.2.2. Chi phí điện năng:92IV.2.3. Chi phí hóa chất:92IV.2.4. Tổng chi phí vận hành trong một năm:92KẾT LUẬN93TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

LỜI MỞ ĐẦU 5

I.2.2.2 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam: 14

I.3 Hiện trạng môi trường ngành sản xuất tinh bột sắn: 18

I.3.1.Khí thải: 18

I.3.2 Chất thải rắn: 19

I.3.3 Nước thải: 20

I.4 Đặc trưng nước thải nhà máy sản xuất tinh bột sắn: 23

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ÁP DỤNG CHO NƯỚC THẢI TINH BỘT SẮN 25

II.1 Phân tích công nghệ xử lý nước thải 25

II.1.1 Phương pháp cơ học: 25

II.1.2 Phương pháp hoá học và hóa lý: 26

II.1.3 Phương pháp sinh học: 27

II.1.3.1 Phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên: 28

II.1.3.2 Phương pháp yếm khí: 29

II.1.3.3 Phương pháp hiếu khí: 31

II.2 Đề xuất và lựa chọn công nghệ sản xuất: 37

II.2.1 Phân luồng dòng thải: 37

II.2.2.1.Lưu lượng và thành phần nước thải: 38

II.2.2.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tinh bột sắn: 39

II.2.2.3 Thuyết minh công nghệ xử lý: 41

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ 42

III.1 Thông số đầu vào: 42

III.2.Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải dòng tinh chế bột 42

III.2.1 Các công trình chính: 42

III.2.1.1 Song chắn rác thô: 42

III.2.1.2 Bể lắng cát ngang: 44

III.21.3 Lưới chắn rác: 46

III.2.1.4 Bể điều hòa: 46

III.2.1.5 Bể điều chỉnh pH: 47

III.2.1.6 Bể UASB: 48

III.2.1.7 Tính toán bể Aeroten: 53

III.2.1.8 Bể lắng II: 59

III.2.2 Các thiết bị phụ trợ: 61

III.2.2.1 Thiết bị khuấy trộn trong bể điều hòa: 61

III.2.2.2.Tính bơm nước thải công nghệ từ bể trung hòa vào bể UASB: 62

III.2.2.3 Tính bơm bùn tuần hoàn bể Aeroten: 67

III.2.2.4 Tính máy nén khí cho bể Aeroten: 71

III.3 Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải dòng rửa củ: 76

III.3.1 Các công trình chính: 76

III.3.1.1 Song chắn rác: 76

III.3.1.2 Bể lắng cát ngang: 78

III.3.1.3 Bể điều hòa: 80

III.3.1.4 Hồ phủ bạc HDPE: 80

III.3.2 Các thiết bị phụ trợ: 82

III.3.2.1.Thiết bị khuấy trộn trong bể điều hòa: 82

III.4 Tính toán phần trộn chung hai dòng thải: 82

III.4.1 Hồ sinh học 82

III.4.2 Hồ an toàn: 86

III.4.3 Bể nén bùn: 86

IV.1.Tính toán chi phí xây dựng: 90

IV.1.2 Chi phí thiết bị: 91

IV.2 Chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải: 92

IV.2.1 Chi phí nhân công: 92

IV.2.2 Chi phí điện năng: 92

IV.2.3 Chi phí hóa chất: 92

IV.2.4 Tổng chi phí vận hành trong một năm: 92

KẾT LUẬN 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

LỜI CẢM ƠN

Để có kiến thức tốt cho việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cô và bạn bè trong suốt quá trình học tập

vừa qua.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths Vũ Kiêm thủy - người đã tận tình hướng

dẫn và chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án để em có thể hoàn thành đồ án này.

Em xin cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trong trường ĐH Qui Nhơn và các thầy cô giáo trong Viện Khoa Học và Công Nghệ Môi Trường – ĐH Bách Khoa Hà Nội

đã trang bị cho em những kiến thức quý báu trong 5 năm học vừa qua.

Và em xin cảm ơn đến gia đình, những người thân và bè bạn của em đã động viên

và giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình học tập cũng như trong quá trình học tập và làm

đồ án này.

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đồ án này nhưng đây mới chỉ là bước đầu tiên trong quá trình nghiên cứu và làm việc của một kĩ sư ngành công nghệ môi trường trong trương lai nên em không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự thông cảm và chỉ bảo của các thầy cô và các bạn Em xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội, ngày 15 tháng 06 năm 2010.

Sinh Viên

Nguyễn Trường Duy

KÍ HIỆU VIẾT TẮT

BOD: Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxi sinh hoá, mg/l

COD: Chemical Oxygen Đeman – Nhu cầu ôxi hoá học, m/l

SS : Suspended Solid - Chất rắn lơ lửng, mg/l

DO : Dissolved Oxygen – Oxi hoà tan, mgO2/l

UASB: Upflow Anaerobic Susdge Blanket - Xử lý yếm khí ngược dòng có lớp

bùn lơ lửngFAO: Tổ chức lương thực Thế giới

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

Có nhiều ngành công nghiệp phát triển mạnh và đưa lợi nhuận về cho quốc gia Trong số

đó có nghành chế biến tình bột sắn Đây là nghành mang lại lợi nhuận cao, tạo ra công ăn việc làm cho người lao động Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất một lượng chất thải (nước thải, khí

thải, chất thải rắn) được thải ra môi trường, gây ô nhiễm môi trường trầm trọng nếu không có biện pháp xử lý hợp lý

Để hạn chế những tác động đến con người và môi trường từ hoạt động của nhà máy sản xuấ tinh bột sắn, đặc biệt là ô nhiễm nước thải gây ra Việc thiết kế một hệ thống xử lý nước thải phù hợp, xử lý hiệu quả và đem lại lợi ích về mặt kinh tế cho nhà máy chế biến tinh bột sắn là

việc làm hết sức cần thiết và cấp bách Vì vậy đồ án tốt nghiệp em chọn đề tài: “Thiết kế hệ

thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất tinh bột sắn ”.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT TINH BỘT

SẮN I.1 Tình hình sản xuất tinh bột sắn Thế Giới và Việt Nam:

I.1.1 Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên Thế Giới và khu vực Châu Á

Sắn được sử dụng khá phổ biến để sản xuất tinh bột, đây là nguồn nguyên liệu chonhiều ngành công nghiệp như công nghiệp dệt, thực phẩm, may mặc, bánh kẹo, sản xuấtlên men cồn, sản xuất acid hữu cơ,

Sắn là loại cây lương thực quan trọng ở nhiều nước trên thế giới, Sắn có xuất xứ từTrung – Nam Mỹ Sau đó phát triển sang Châu Phi, Châu Á, Cùng với sự phát triển củanhiều ngành công nghiệp cây sắn ngày càng trở nên có giá trị kinh tế cao Hiện nay sắnđược trồng ở hơn 100 quốc gia trên thế giới với diện tích khoảng 18,96 triệu ha Năm

2006 sản lượng sắn thế giới đạt 211,26 triệu tấn củ tươi, nhưng đến năm 2007 sản lượngsắn trên thế giới đạt 226,34 triệu tấn Như vậy, sản lượng sắn thế giới tăng 15,08 triệu tấn.[2]

Khi phân chia sản lượng sắn theo các lục địa, tổ chức lương thực thế giới (FAO)ước tính sản lượng sắn ở Châu Phi năm 2000 là 92,7 triệu tấn tăng không đáng kể so vớinăm 1999, mặc dù ở Châu lục này sắn được trồng ở 39 quốc gia song có tới 70% sảnlượng sắn được trồng ở Nigeria, Công Gô, Tanzania

Khu vực Châu Mỹ La Tinh và vùng Caribê: Theo ước tính sản lượng sắn của vùngchiếm 20% sản lượng sắn toàn cầu Năm 2000 toàn khu vực có sản lượng sắn 32,1 triệutấn, tăng 10% so với năm 1999 có được chủ yếu do sự mở rộng thêm diện tích trồng sắn

và áp dụng kỹ thuật tiên tiến trong quá trình tưới tiêu Trong đó phải kể đến sự đóng gópkhông nhỏ của Brazil nước chiếm 70% tổng sản lượng sắn toàn khu vực đã tăng thêm12% tổng diện tích trồng sắn trong năm 2000

Thái Lan là nước mà toàn bộ sắn thu hoạch đều được sử dụng trong công nghiệpvới các sản phẩm chính là sắn lát, sắn viên và tinh bột sắn Trên 55% sản lượng sắn củaThái Lan được sử dụng dưới dạng sắn lát phơi khô làm thức ăn cho gia súc Trong đó99% trực tiếp được xuất khẩu sang châu Á, chỉ có 10% tiêu thụ trong nội địa

Bảng I.1 Bảng sản lượng sắn củ tươi năm 2001 trên Thế Giới [1].

I.1.2 Tình hình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam

Việt Nam là nước nhiệt đới nên thích hợp với nghề trồng sắn Năm 2006 diện tíchsắn toàn quốc ước đạt 474,8 nghìn ha, sản lượng sắn thu được khoảng 7,7 triệu tấn, năngsuất củ bình quân khoảng 16,25 tấn/ha So với năm 1999 sản lượng sắn Việt Nam tăng lên4,3 lần, năng suất đã tăng lên gấp 2 lần Việt Nam đứng thứ 10 về sản lượng sắn trên thếgiới, nhưng lại là nước đứng thứ 3 thế giới về xuất khẩu tinh bột sắn sau Thái Lan vàIndonesia

Năm 2007 diện tích cây sắn của các tỉnh miền trung (từ Đà Nẵng đến Khánh Hòa)

là 57.000ha, trong đó diện tích lớn nhất là Quảng Ngãi trên 16.000ha Các tỉnh TâyNguyên, trong ba năm từ 2005-2007 diện tích sắn tăng đột biến Năm 2007 diện tích toànvùng là 117.000ha, tăng gấp 2 lần so với năm 2005, trong đó có tỉnh Gia Lai có diện tíchlớn nhất là 47.000ha, Kum Tom 34.413ha, ĐăcLăc 20.112ha,…(Số liệu của cục trồngtrọt, bộ phận thường trực tại Bình Định)

Bảng I.2 Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam [4].

Năm 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006Diện tích (1000 ha) 227 235 250 337 372 384 426 475Năng suất (tấn/ha) 7,9 8,6 8,3 13,2 14,3 14,5 15,8 16,2Sản lượng (triệu tấn) 1,8 2,0 2,0 4,4 5,3 5,6 6,7 7,7

Ở miền Bắc, ngành sản xuất và chế biến tinh bột có truyền thống lâu đời, chủ yếuphát triển mạnh ở vùng đồng bằng và trung du như: Hoà Bình, Hà Nam, Nam Định, HàTây, Vĩnh Phúc…ở quy mô hộ gia đình và xí nghiệp có công suất nhỏ

Ở miền Trung và Tây Nguyên, ngành sản xuất tinh bột sắn đang phát triển mạnh

mẽ đặc biệt là ở các tỉnh như: Quảng Ngãi, Quảng Nam, Bình Định, Kum Tom, Đắc Lắc,Đắc Nông

Ở miền Nam, công nghệ sản xuất và chế biến tinh bột sắn phát triển mạnh mẽ, quy

mô lớn hơn, một số nhà máy có quy mô lớn tập trung ở phía Nam như: Đồng Nai có nhàmáy tinh bột Long Thành, Biên Hoà, ở Tây Ninh có nhà máy Liên Doanh Việt Thái…

Việt Nam hiện tồn tại 3 loại quy mô sản xuất tinh bột sắn điển hình sau:

● Qui mô nhỏ: Đây là quy mô có công suất 0,5 - 10 tấn tinh bột sản phẩm/ngàychiếm 70 - 74% Công nghệ thủ công, thiết bị tự tạo hoặc do các cơ sở cơ khí địa phươngchế tạo Hiệu suất thu hồi và chất lượng tinh bột sắn không cao

● Qui mô vừa: Đây là các doanh nghiệp có công suất dưới 50 tấn tinh bột sảnphẩm/ngày chiếm 16- 20% Đa phần các cơ sở đều sử dụng thiết bị chế tạo trong nướcnhưng có khả năng hoạt động ổn định và chất lượng sản phẩm không thua kém các cơ sởnhập thiết bị của nước ngoài

● Qui mô lớn: Nhóm này gồm các doanh nghiệp có công suất trên 50 tấn tinh bộtsản phẩm/ngày chiếm khoảng 10% tổng số các cơ sở chế biến cả nước với công nghệ,thiết bị nhập từ Châu Âu, Trung Quốc, Thái Lan Đó là công nghệ tiên tiến hơn, có hiệusuất thu hồi sản phẩm cao hơn, đạt chất lượng sản phẩm cao hơn, và sử dụng ít nước hơn

so với công nghệ trong nước

I.2 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn:

I.2.1 Cấu tạo và thành phần củ sắn:

I.2.1.1 Cấu tạo:

Hình I.1 - Cấu tạo củ khoai mì

Củ sắn có dạng hình trụ hoặc thuôn dài, thường có độ dài từ 15-100cm với đườngkính 3-5cm Củ gồm có vỏ ngoài (chu bì) có màu trắng nâu hoặc hồng nhạt, củ sắn có mộtlớp vỏ mỏng (Cortex) và lõi giàu tinh bột Lõi thường có màu trắng nhưng đôi khi có màuvàng hoặc hồng nhạt [2]

I.2.1.2 Thành phần hóa học:

Sắn có chứa đầy đủ các thành phần hoá học trong các loại lương thực như: tinhbột, đường, protein, lipit, vitamin, chất khoáng, xenlulo…Tuỳ theo giống sắn, điều kiệnđất đai, khí hậu, điều kiện chăm sóc, sinh trưởng, thời gian thu hoạch và một số yếu tốkhác

Bảng I.3 Thành phần hoá học của sắn Việt Nam [6]

Thành phần Sắn vàng (%) Sắn trắng (%)

Tinh bột 34,20 32,90Đạm thành

phần

Chất khoámg 0,50 0,83Vitamin B1 31γ 58γVitamin B2 75γ 75γ

Ghi chú: 1γ (gamma) = 1/1000mg.

- Tinh bột: đây là thành phần chiếm hàm lượng nhiều nhất và có giá trị về mặt

dinh dưỡng cũng như kinh tế nhất của củ sắn Tinh bột sắn có màu trắng, hạt tinh bột có

kích thước từ 5-40µm và có nhiều hình dạng, chủ yếu là hình tròn, bề mặt nhẵn, một bênmặt có chỗ lõm hình nón và một núm nhỏ ở giữa

- Polyphenol: hợp chất polyphenol trong sắn chiếm 0,1 - 0,3%, hợp chất này rất dễ

chuyển màu do enzim polyphenoloxyda oxi hóa tạo nên hợp chất flobafen rất bền, sẫmmàu nên sắn bóc vỏ không có biện pháp kỹ thuật thích hợp thì sẽ làm củ có màu đen giảmchất lượng tinh bột

- Độc tố: trong củ sắn có độc tố là hợp chất glucozit (C10H17NO6) bản thân nókhông độc nhưng trong môi trường axit phân huỷ và giải phóng ra axit cyanhydric (HCN)

là chất rất độc khi ngửi hoặc ăn

- Lipid: củ sắn có hàm lượng các loại axit béo khá cao, có các loại axit béo không

no như: axit olefic, axit linoleic…, và một số axit no như axit palmitic, cũng đã phân tíchđược những este của steron những monoglyxerit, trglyxerit và một số esteron tự do

- Protein: hàm lượng protein trong củ sắn khá cao, lá có nhiều protein hơn, hàm

lượng protein trong củ có từ 0,8-2,5g trong 100g củ sắn Ngoài ra trong sắn có các axitamin

- Các Fecmen: trong sắn các Fecmen chưa được nghiên cứu kỹ Tuy nhiên theo

một vài tác giả khẳng định trong sắn có lipaza, peroxydaza …Kết quả nghiên cứu chothấy hoạt độ polyphenoloydaza trong sắn cũng khá mạnh

- Nước: lượng ẩm trong sắn tươi rất cao chiếm khoảng 70% khối lượng toàn củ,

lượng ẩm cao nên sắn tươi thường khó bảo quản

- Đường: đường trong sắn chiếm khoảng 1- 3%, chủ yếu là glucoza và một ít

maltoza, saccaroza, củ sắn càng già thì hàm lượng đường càng giảm Trong chế biến tinhbột sắn đường sẽ hoà tan trong nước và được thải ra theo nước dịch

- Tanin: hàm lượng tanin có trong sắn rất thấp, nhưng sản phẩm oxi hoá tannin lại

là flobazen có màu đen khó tẩy

- Vitamin: ngoài các thành phần nói trên trong sắn chứa một lượng nhỏ các

vitamin, chủ yếu là vitamin thuộc nhóm B, trong đó B1 khoảng 0,03mg/100g vitamin B2

khoảng 0,03mg/100g và vitamin pp khoảng 0,6mg/100g [6]

I.2.2 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn:

I.2.2.1 Một số công nghệ sản xuất tinh bột sắn trên Thế Giới:

1 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn Thái Lan:

2 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại Trung Quốc:

Sắn củBóc vỏ, tách tạpchất

Rửa củBăm nhỏ

Bã sắn Nén épPhân ly

Nghiền nhỏTrích ly, tách vỏ

Bã khôNước

Vỏ sắn, tạp chất

H

2SO4

Nước sạch Sắn củ tươi

Tách tạp chấtBóc vỏ rửa củNghiền lần INghiền lần IISàng lọcTẩy trắngTích ly

Ly tâm tách nướcSàng bộtSấy khôĐóng gói

Hình I.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất tinh bột sắn kèm theo dòng thải của Trung Quốc

Sắn lát khô

Vỏ, tạp chất Tách tạp chất

I.2.2.2 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam:

1 Quy trình công nghệ sản xuất:

Nước

Nước

NướcNước

Hình I.4 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn kèm theo dòng thải

Vỏ, đất cátNước thảiĐầu củ, sơ sợi

2 Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất [7]:

a Tiếp nhận củ sắn tươi.

Củ sắn tươi có hàm lượng tinh bột khác nhau, được kiểm tra nhanh bằng thiết bịphòng thí nghiệm Củ sắn được chứa trong sân rộng và chuyển vào phễu chứa bằng băngtải, trong quá trình vận chuyển theo băng tải, công nhân loại bỏ rác, tạp chất thô Thờigian xử lý sắn củ tươi từ khi thu hoạch đến khi đưa vào chế biến càng nhanh càng tốt đểtránh tổn thất tinh bột

b Rửa và làm sạch củ.

Máy bóc vỏ được dùng để tách vỏ cứng ra khỏi củ Củ sắn được đưa từ bồn chứa đếnmáy bóc vỏ bằng một băng tải Tại đây, cát, đất đá và chất thải khác tiếp tục được loại bỏtrong điều kiện ẩm Thông thường sắn phải được loại cả vỏ cứng và vỏ lụa (dày khoảng 2-

3 mm) và là nơi có chứa đến 50% tinh bột và hầu hết lượng axit xyanua hydric (HCN)

Củ sắn sau khi bóc vỏ được chuyển đến máy rửa, quá trình rửa được tiến hành bằngcách phun nước lên nguyên liệu củ sắn Công đoạn rửa nên sử dụng vòi phun áp lực cao

để tăng hiệu quả rửa Nếu rửa không hiệu quả, các hạt bùn dính trên củ sắn sẽ là nguyênnhân làm giảm độ trắng của dịch sữa và sản phẩm

c Băm và mài củ

Mục đích của quá trình này nhằm làm vỡ củ, tạo thành các mảnh nhỏ, làm tăng khảnăng tinh bột hoà tan trong nước và tách bã Củ sắn khi ra khỏi máy rửa, qua băng tải,được băm thành những mảnh nhỏ khoảng 10 – 20 mm tại máy băm

Tại quá trình này, HCN trong củ sắn ở trạng thái tự do, hoà tan dần trong nước đếnkhi không còn trong sản phẩm Sự tiếp xúc giữa axit HCN với sắt dễ hình thành chấtferocyanid làm cho dịch tinh bột sắn có màu hơi xanh lơ Do vậy ở công đoạn này tất cảcác bộ phận thiết bị có tiếp xúc với dịch tinh bột sắn cần được làm bằng thép không rỉ

d Ly tâm tách bã.

Mục đích ly tâm tách bã là tách tinh bột ra khỏi nước và bã, ly tâm được thực hiệnnhằm cô đặc dịch sữa và loại bã xơ, tẩy màu được tiến hành ngay sau khi hình thành dịchsữa Để tẩy trắng tinh bột, có thể dùng các hợp chất SOx có tính oxy mạnh (NaHSO3 38%hoặc dung dịch SO2) để tẩy màu Có thể sử dụng chế phẩm có tên thương mại SMB vớithành phần chính là nước và NaHSO3 Ưu điểm của SMB so với clo và SO2 là giảm thiểu

ô nhiễm môi trường không khí, nước và đặc biệt dễ dàng khống chế được lượng SO4

2-trong tinh bột, đáp ứng chất lượng tinh bột theo tiêu chuẩn quốc tế để xuất khẩu

Bộ phận ly tâm gồm có 2 công đoạn và được thiết kế với sàng rây mịn Trong các

bộ phận ly tâm này thường có bộ phận lọc mịn và bộ phận lọc cuối để thu hồi triệt để tinhbột Phần xơ mịn được loại bỏ làm thức ăn chăn nuôi Sữa tinh bột loại thô sau khi quamáy lọc lần cuối đạt mức độ cô đặc khoảng 30 hoặc 5,1 - 6,00 Bx, hoặc tương đương 54

kg tinh bột khô/ m3 dịch Dịch tinh bột này còn chứa các tạp chất như protein, chất béo,đường và một số chất không hoà tan như những hạt xelluloza nhỏ trong quá trình mài củ

e Thu hồi tinh bột thô.

Việc tách bột thô có thể được tiến hành bằng phương pháp lắng nhiều lần, lọc, hoặc

ly tâm với mục đích tách bã và tách dịch Lọc tinh bột được tiến hành qua ly tâm rổ xoáyliên tục, bã được thu gom đến bộ phận ép bã Nước sau khi ép bã có thể đưa vào tái sửdụng cho qui trình sản xuất để tiết kiệm nước Sau công đoạn này, dịch sữa thô đạt 5%chất khô

g Thu hồi tinh bột tinh.

Sau khi ly tâm tách bã, dịch sữa được tiếp tục tách nước, bột mịn có thể được tách ra

từ sữa tinh bột bằng các phương pháp lọc chân không, ly tâm và cô đặc

Trong sữa tinh bột, hàm lượng chất dinh dưỡng và đường khá cao, nên các vi sinh vậtphát triển dẫn đến hiện tượng lên men gây mùi Vì vậy, yêu cầu trong giai đoạn này phảidiễn ra nhanh, bằng máy ly tâm siêu tốc và liên để tách nước và nâng cao nồng độ tinhbột

Tinh bột sữa được đưa vào máy ly tâm siêu tốc bằng vòi phun thiết kế theo 2 nhánhchính và phụ đặt trong thành bồn Nước rửa được bơm vào máy đồng thời Các thànhphần nhẹ là tinh bột dạng sữa có nồng độ thấp được đưa qua các đĩa phân ly đặt ở bêntrong bồn phân ly Bồn phân ly được lắp các ống dẫn nước rửa để hoà tan tinh bột, sau lytâm tách nước, tinh bột tinh thu được đạt độ ẩm 38%, được chuyển sang công đoạn saudưới dạng bánh tinh bột

h Hoàn thiện sản phẩm

Tinh bột ướt được nạp vào máy sấy nhanh để đạt hàm ẩm 10- 13%, quá trình sấy

do không khí nóng được tạo ra từ bộ phận trao đổi nhiệt với môi chất là dầu nóng Lượngkhông khí được sấy nóng đi qua bộ phận lọc để làm sạch, khử bụi, tạp chất bẩn trong

không khí Không khí cấp vào máy sấy ở nhiệt độ 180 – 2000C Trong quá trình sấy, tinhbột được chuyển đi bằng khí từ đáy lên đỉnh tháp sấy bằng hơi nóng khoảng1500C và sau

đó rơi xuống Quá trình sấy được hoàn tất trong thời gian rất ngắn (vài giây) bảo đảm chotinh bột không bị vón và không bị cháy

i Đóng bao sản phẩm.

Tinh bột sau khi sấy khô được tách ra khỏi dòng khí nóng, được làm nguội ngay

bởi dòng khí nóng và hoạt động đồng thời của van quay Sau đó tinh bột này được đưa

qua rây hạt để bảo đảm tạo thành hạt tinh bột đồng nhất, không kết dính vón cục, đạt tiêuchuẩn đồng đều về độ mịn, tinh bột sau khi qua rây được bao gói thành phẩm

3 Định mức tiêu thụ nguyên, nhiên liệu trong sản xuất:

Quá trình chế biến tinh bột sắn sử dụng nguyên liệu chính là sắn củ tươi, nước đểrửa, năng lượng điện để chạy máy, nhiệt nóng để sấy cũng như hoá chất tẩy trắng

Bảng I.4 Định mức tiêu thụ nguyên, nhiên, vật liệu sản xuất tinh bột sắn [7] STT Nguyên nhiên

I.3 Hiện trạng môi trường ngành sản xuất tinh bột sắn:

I.3.1.Khí thải:

- Bã thải rắn, hồ xử lý nước thải yếm khí, sinh khí H2S, NH4

- Lò hơi, phương tiện chuyên chở sinh khí NOx, SOx, CO, CO2, HC

- Khu vực sấy và đóng bao có nhiều bụi tinh bột sắn

- Kho bãi chứa nguyên liệu củ sắn tươi có bụi, đất, cát, sắn phế liệu, vi sinh vật

- Bãi nhập nguyên liệu, than, dây chuyền nạp liệu, kho chứa nguyên liệu có bụiđất cát

- Gầu tải, máy xát trống, máy bóc vỏ, máy sấy tinh bột, máy phát điện, quạt gió, xevận tải gây tiếng ồn

● Bụi: Bụi gây viêm mũi, họng, phế quản người lao động Bệnh bụi phổi gây tổnthương chức năng phổi cấp tính hoặc mãn tính, tạo nên những khối u cuống phổi, giãnphế quản và các khối u bên trong có hạt bụi

● Axit (SOx, NOx): Các khí này kích thích niêm mạc, tạo thành các axit H2SOx,HNOx nhiễm vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc hòa tan vào nước bọt rồi vào đường tiêuhóa sau đó phân tán vào máu

● Đối với thực vật: Các khí SOx, NOx khi bị ôxy hóa trong không khí và kết hợpvới nước mưa tạo nên mưa axit gây ảnh hưởng tới sự phát triển của cây trồng và thảmthực vật…

● Đối với vật liệu: Sự có mặt của SOx, NOx trong không khí nóng ẩm làm tăngcường quá trình ăn mòn kim loại, phá hủy vật liệu bê tông, và các công trình xây dựngkhác

● CO: Khí cacbon oxit không màu, không mùi vị gây ảnh hưởng đến hệ thần kinhtrung ương, giảm khả năng phân biệt về thời gian, giác quan kém nhạy cảm, co giật từngcơn, gây hôn mê và dẫn tới tử vong

● CO2: CO2 gây rối loạn hô hấp ở phổi và tế bào do chiếm chỗ của ôxy trongmáu CO2 còn là tác nhân gây hiệu ứng nhà kính, dẫn đến hiện tượng nóng lên của tráiđất, biến đổi khí hậu toàn cầu

● HC: HC là hợp chất hóa học do hydro và cacbon tạo thành, sinh ra do sự đốtcháy nhiên liệu sử dụng cho các phương tiện cơ giới, hoặc do sự đốt không hoàn toàn của

các động cơ đốt trong Đối với người, khí HC làm sưng tấy màng nhầy phổi, làm thu hẹpcuống phổi và làm sưng tấy mắt HC còn là nguyên nhân gây ra ung thư phổi.

● Tiếng ồn: Tiếng ồn sẽ gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người như mất ngủ, mệtmỏi, tâm lý khó chịu, làm giảm năng suất lao động, kém tập trung lao động, dẫn đến nguy

cơ gây tai nạn trong khi lao động

I.3.2 Chất thải rắn:

Chất thải rắn sinh ra trong quá trình sản xuất chủ yếu bao gồm:

● Vỏ gỗ và vỏ củ: chiếm khoảng 2- 3 % lượng sắn củ tươi, được loại bỏ ngay từkhâu bóc vỏ Phế liệu này có thể được sử dụng làm thức ăn gia súc ở dạng khô hoặc ướt

●Xơ và bã sắn được thu nhận sau khi đã lọc hết tinh bột Loại chất thải rắn nàythường chiếm 15 - 20 % lượng sắn tươi Sơ và bã sắn sau khi trích ly được tách nước làmthức ăn gia súc

● Bùn lắng sinh ta từ hệ thống xử lý nước thải

● Bao bì phế thải

Có thể mô tả cân bằng vật chất trong quá trình sản xuất tinh bột sắn như sau:

Hình I.5 Cân bằng vật chất trong sản xuất tinh bột sắn từ củ tươi

Kết hợp cân bằng vật chất trên và số liệu thống kê với khoảng 60% sản lượng sắn cảnước, 7700 triệu tấn (năm 2006) được làm nguyên liệu thì lượng tạp chất chiếm 383 triệutấn, lượng bã thải là 3218 triệu tấn, lượng tinh bột chiếm 3659 triệu tấn

Sắn củ triệu tấn (100%) 0,05 tấn (5%)Vỏ tạp chất

Nước thải từ

rửa củ 0,05 tấn

(5%)

Bột nghiền 0,95 tấn (95%) Bã rắn 0,4 tấn (40%)

Tinh bột 0,5 tấn (50%)

Bảng I.5 Thành phần trong bã thải rắn[5]

Hàm lượng ẩm % 80 - 90Chất khô % 11,1 - 15Tinh bột % 5,09 - 7

Từ bảng trên cho thấy bã sắn với hàm lượng tinh bột chiếm 5,09 – 7 % trọng lượng bã,ước tính mỗi năm ngành sản xuất tinh bột từ củ sắn bị thất thoát khoảng 50,8 – 69,8 nghìntấn bột sắn Nếu không xử lý kịp thời các chất hữu cơ trong bã thải sẽ phân hủy gây mùikhó chịu, làm ô nhiễm môi trường không khí, ảnh hưởng đến sức khoẻ con người Ngoài

ra hàm lượng nước trong bã cao, hàm lượng chất khô thấp gây khó khăn trong bảo quản

và sử dụng bã thải

Bã thải rắn của ngành sản xuất tinh bột sắn thường được các doanh nghiệp sản xuất tậndụng làm sản phẩm phụ dưới dạng thức ăn gia súc Nguồn thu từ sản phẩm phụ này làkhông đáng kể, cần có các biện pháp sử dụng và quản lý bã thải rắn hiệu quả hơn

I.3.3 Nước thải:

Nước thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông số đặc trưngnhư: pH thấp, hàm lượng chất hữu cơ và vô cơ cao, thể hiện qua hàm lượng chất rắn lơlửng (SS), các chất dinh dưỡng chứa N, P,K, các chỉ số về nhu cầu oxy sinh hoá học(BOD), nhu cầu oxy hoá học (COD), độ mầu với nồng độ rất cao, vượt nhiều lần so vớitiêu chuẩn môi trường Nước thải được sinh ra từ các công đoạn sản xuất chính sau đây:

● Bóc vỏ, mài củ, ép bã: chứa một hàm lượng lớn cyanua, alcaloid, antoxian,protein, xenluloza, pectin, đường và tinh bột Đây là nguồn chính gây ô nhiễm nước thải,thường dao động trong khoảng 20-25m3/ tấn nguyên liệu, có chứa SS, BOD, COD rấtcao

● Lắng trích ly: chứa tinh bột, xenluloza, protein thực vật, lignin và cyanua, do

đó có SS, BOD, COD rất cao, pH thấp

● Rửa máy móc, thiết bị, vệ sinh nhà xưởng: có chứa dầu máy, SS, BOD

● Nước thải sinh hoạt (nước thải từ nhà bếp, nhà tắm, nhà vệ sinh) chứa các chấtcặn bã, SS, BOD, COD, các chất dinh dưỡng (N, P) và vi sinh vật…

● Nước mưa chảy tràn tại nhà máy cuốn theo các chất cặn bã, rác, bụi

Kết quả phân tích nước thải tại một số doanh nghiệp sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam chothấy khoảng cách dao động về các chỉ tiêu nước thải cao hơn nhiều lần so với tiêu chuẩncho phép Thành phần nước thải phụ thuộc vào quy mô sản xuất, tổng mức đầu tư, trình

độ công nghệ và hệ thống thiết bị xử lý nước thải, quy trình vận hành và quan trắc môitrường Tuy nhiên, nước thải sản xuất tinh bột sắn ở các quy mô khác nhau, hầu như chưađạt được tiêu chuẩn nước thải công nghiệp của Việt Nam

Bảng I.6 Chất lượng nước thải của từ sản xuất tinh bột sắn[7]

Kết quả phân tích chất lượng nước thải tinh bột sắn tại làn nghề Hòa Hảo- Bình Định

Bảng I.7 Thành phần tính chất nước thải tinh bột sắn

vi rộng theo chiều gió:

● Tác động của chất rắn lơ lửng (SS):

Chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực tới tài nguyên thủy sinh đồngthời gây mất cảm quan, bồi lắng lòng hồ, sông suối

●Tác động của axít hữu cơ xyanuahydric (HCN):

Axit HCN là độc tố có trong vỏ sắn, axit này gây độc toàn thân cho người Xyanua ở dạnglỏng trong dung dịch là chất linh hoạt, khi vào cơ thể nó kết hợp với enzym trongxitochrom làm ức chế khả năng cấp ôxy cho hồng cầu Do đó, các cơ quan của cơ thể bịthiếu ôxy Nồng độ HCN thấp có thể gây chóng mặt, miệng đắng, buồn nôn Nồng độ

HCN cao gây cảm giác bồng bềnh, khó thở, da hồng, co giật, mê man, bất tỉnh, hoa mắt,đồng tử giãn, đau nhói vùng tim, tim ngừng đập và gây tử vong.

● Bên cạnh đó trong sản xuất sắn, HCN tồn tại trong nước thải, có phản ứng vớisắt tạo thành sắt xyanua có mầu xám nếu không tách nhanh HCN sẽ ảnh hưởng tới màucủa tinh bột và màu của nước thải Hàm lượng độc tố HCN trong củ sắn 0,001- 0,04 %chủ yếu ở vỏ

I.4 Đặc trưng nước thải nhà máy sản xuất tinh bột sắn:

Quá trình sản xuất tinh bột sắn là một quy trình công nghệ có nhu cầu sử dụngnước khá lớn trong quá trình sản xuất, định mức khoảng 5 – 6 m3/tấn củ tươi tương đương

25 – 40 m3/tấn sản phẩm, tuỳ thuộc vào công nghệ sản xuất khác nhau.Lượng nước thải từquá trình này chiếm khoảng 80 – 90% tổng lượng nước sử dụng

Nước thải dòng rửa củ chủ yếu là cát, sạn, hàm lượng chất hữu cơ không cao, pH ítbiến động thường khoảng 6,5 – 6,8

Nước thải từ công đoạn tinh chế bột có hàm lượng ô nhiễm chất hữu cơ cao (COD:

10000 – 13000mg/l; BOD: 4000 – 9000mg/l), hàm lượng cặn lơ lửng, cặn khó chuyểnhoá lớn (gồm xơ mịn, pectin và các cặn không tan khác), pH = 5,7 – 6

Ngoài hai nguồn ô nhiếm chính còn có khoảng 10% nước thải từ quá trình rửa nhà,sàn, thiết bị, nước từ phòng thí nghiệm, nước từ quá trình sinh hoạt…

Bảng I.8 Đặc trưng nước thải sản xuất tinh bốt sắn[6]

Thành phần Rửa củ Nước thải tinh chế bột TCVN 5945-2005,B

Nhận xét các chỉ tiêu nước thải như sau: Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải ởcác công đoạn chính đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép (TCVN5945 - 2005) rất nhiều lần.

● Nước thải rửa củ có pH gần như trung tính, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao từ

1150 – 2000 mg/l; BOD = 500 – 1000 mg/l; COD = 1500 – 2000 Vượt quá tiêu chuẩncho phép đối với SS gấp 15 lần; BOD gấp 20 lần; COD gấp 25 lần

● Nước thải tinh chế bột có pH = 5,7 - 6

SS = 1360 - 5000 mg/l (gấp khoảng 14 – 50 lần so với TCCP)BOD = 4000 – 9000 mg/l (gấp khoảng 87 lần so với TCCP) COD = 10000 – 15000 mg/l (gấp 140 lần TCCP)

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ÁP DỤNG CHO

NƯỚC THẢI TINH BỘT SẮN II.1 Phân tích công nghệ xử lý nước thải

II.1.1 Phương pháp cơ học:

Quá trình xử lý cơ học được thực hiện ở giai đoạn đầu của quá trình xử lý hay còngọi là quá trình xử lý sơ bộ hay còn gọi là tiền xử lý với mục đích loại bỏ các tạp chấtkhông tan bao gồm các tạp chất vô cơ, hữu cơ, các chất lơ lửng trong nước như: nhữngvật nổi lơ lửng có kích thước lớn như mảnh gỗ, nhựa, giấy, vỏ hoa quả, bao bì đựng hóachất những cặn như: sỏi cát, mảnh kim loại, thủy tinh

Nhằm loại bỏ một phần các chất ô nhiễm trước khi vào các công đoạn xử lý khác cácphương pháp xử lý cơ học gồm:

1 Song chắn rác:

Song chắn rác được trong mương của nước thải chảy vào hố gom với mục đíchloại bỏ các chất lơ lửng như: bã mía, rác, bao bì đựng hóa chất trong quá trình sản xuấttinh bột sắn nhằm mục đích tạo điều kiện tốt nhất cho các công trình phía sau Nếu không

có song chắn rác có thể gây tắt nghẽn hệ thống, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý tiếp theo.Tùy thuộc vào nước thải của ngành sản xuất là gì thì ta có thể chọn là song chắn rác khácnhau có thể là:

- Song chắn rác thô

- Song chắn rác trung bình

- Song chắn rác tinh

● Ưu điểm:

+ Đơn giản rẻ tiền dễ lắp đặt

+ Giử lại tất cả các vật có kích thước lớn

thiết bị khuấy trộn nhằm hòa trộn để cân bằng nồng độ các chất bẩn cho toàn bộ hệ thốngthể tích nước thải có trong bể và để ngăn ngừa cặn lắng trong bể, pha loãng nồng độ cácchất độc hại nếu có để đảm bảo chất lượng nước thải là ổn định đối với hệ thống xử lýsinh học phía sau

3 Bể lắng sơ bộ:

Nhằm tách các chất rắn lơ lửng có trong nước dựa trên nguyên tắc lắng trọng lực

Bể lắng đợt I là công trình xử lý sơ bộ thường được áp dụng trước khi đưa nước thải đếncác công trình xử lý phức tạp hơn Ngoài việc loại bỏ các chất rắn lơ lửng, bể lắng đợt sơ

bộ còn có thể làm giảm bớt tải lượng BOD5, COD cho công trình xử lý sinh học phía sau.Hiệu suất của giai đoạn này có ảnh hưởng đến các giai đoạn xử lý phía sau

II.1.2 Phương pháp hoá học và hóa lý:

1 Phương pháp trung hoà:

Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau Muốn nước thải xử lý tốt bằngphương pháp sinh học phải tiến hành trung hoà và điều chỉnh pH về vùng 6,5-8,5

Trung hoà nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau: trộn lẫn nướcthải axit với nước thải kiềm, bổ sung các tác nhân hoá học, lọc nước axit qua vật liệu cótác dụng trung hoà…

2 Phương pháp khử trùng

Dùng các hóa chất có tính độc với các vi sinh vật như vi khuẩn, giun sán… để làmsạch nước Hóa chất khử khuẩn hay dùng nhất là khí hoặc nước clo, nước javel, vôiclorua…Trong quá trình xử lý nước thải, công đoạn khử khuẩn thường đặt ở cuối quátrình xử lý

3 Phương pháp đông keo tụ

Đông keo tụ là phương pháp xử lý nước thải có sử dụng hoá chất, trong đó các hạtkeo nhỏ lơ lững trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thànhbông keo có kích thước lớn hơn và người ta có thể tách chúng ra khỏi nước thải một cách

dễ dàng bằng lắng lọc hay tuyển nổi

Các chất đông keo tụ thường dùng trong mục đích này là các muối sắt hoặc muốinhôm hay hỗn hợp của chúng Các muối nhôm gồm: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2,

Al2(OH)5Cl, Các muối sắt gồm: FeSO4.7H2O, FeCl3.6H2O, Fe2(SO4).2H2O…Khi sử dụngcác muối này làm chất đông keo tụ, chúng sẽ phân ly trong nước tạo thành các hydroxit ít

tan, những hydroxit này sẽ hấp thụ các chất lơ lững cũng như các chất keo, tạo thànhnhững bông keo tụ lớn, dễ dàng tách chúng ra khỏi nước

Al2(SO4) + 6H2O → 2Al(OH)↓ + 3H2SO4

FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3↓ +3HClFeSO4 + 2H2O → Fe(OH)2↓ + H2SO4

H2SO4 và HCl tạo ra trong quá trình thuỷ phân có thể trung hoà bằng sữa vôi hay các bazơkhác

Để quá trình xử lý đạt hiệu quả cao nhất, đông keo tụ phải tiến hành ở những vùng

pH tối ưu Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được hiệu quả xử lý nước thải cao nhấtthì pH phải nằm trong khoảng:

+ Đối với Al2(SO4)3.18H2O thì pH : 5 – 7,5

+ Đối với FeCl3.6H2O thì pH : 7 - 8,5

+ Đối với FeSO4.7H2O thì pH : 9 - 9,5

Trong quá trình tạo thành bông keo của hydroxit nhôm hoặc sắt, người ta thườngcho thêm vào chất trợ đông tụ Các chất trợ đông tụ này thường là tinh bột, dextrin, cácête, xenlulo,…Ngoài ra người ta còn dùng các chất trợ đông tụ tổng hợp, chất hay dùngnhất là polyacrylamit Việc dùng các chất trợ đông keo tụ này sẽ làm giảm liều lượng cácchất đông tụ, giảm thời gian quá trình đông tụ, nâng cao được tốc độ lắng của các bôngkeo

Nước thải tinh bột sắn có pH = 5,6 nên sử dụng phèn nhôm để tiến hành quá trìnhđông keo tụ, không cần điều chỉnh pH mà quá trình đông keo tụ vẫn đạt hiệu quả cao

II.1.3 Phương pháp sinh học:

Mục đích cơ bản của phương pháp xử lý sinh học là lợi dụng các hoạt động sống

và sinh sản của vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hữu cơ, làm keo tụ các chất keo lơlửng không lắng được trong nước thải Các vi sinh vật dụng một số chất hữu cơ và một sốchất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng Quá trình xử lý sinh học gồmcác bước:

●Bước 1: Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc cácbon ở dạng keo vàdạng hòa tan thành thể khí và thành vỏ các tế bào vi sinh

● Bước 2: Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo

vô cơ trong nước thải

● Bước 3: Loại các bông cặn ra khỏi nước bằng quá trình lắng trọng lực.

Trong xử lý sinh học các vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm có trong nước nhưnguồn dinh dưỡng để khai thác năng lượng cho quá trình sinh trưởng và phát triển Quátrình chuyển hoá các chất ô nhiễm có trong nước thải thực chất là quá trình ôxi hoá khửsinh học, trong đó các vi sinh vật là tác nhân quyết định Vì vậy để quá trình xử lý bằngphương pháp sinh học có hiệu quả thì nước thải phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ vi sinh vật: các chất vô cơ,chất hữu cơ, các kim loại nặng…

- Chất hữu cơ có trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồn cacbon và nănglượng cho vi sinh vật Các hợp chất hidratcacbon, protein, lipit hoà tan thường là cơ chấtdinh dưỡng rất tốt cho vi sinh vật

- Có hàm lượng chất hữu cơ BOD5/COD ≥ 0,5

II.1.3.1 Phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên:

Tuy nhiên hoạt động sống của vi sinh vật rất đa dạng, các vi sinh vật tồn tại trong

tự nhiên vô cùng phong phú Chúng góp phần không nhỏ vào quá trình tự làm sạch củanước thải, nước mặt trong sông, hồ:

3 Hồ tùy tiện:

Hồ sinh học tùy tiện sâu từ 1,5 – 2m Ngoài tầng hiếu khí phía trên hồ còn có cáctầng kỵ khí tùy tiện, kỵ khí lớp bùn cặn lắng phía dưới Thời gian lưu nước trong hồ từ 3– 5 ngày Sơ đồ nguyên lý chuyển hóa chất hữu cơ trong hồ sinh học tùy tiện được nêutrong hình sau:

Ôxi cung cấp cho quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong hồ chủ yếu là do quanghợp của tảo và khuếch tán từ không khí qua bề mặt hồ Ngoài ra các vi khuẩn tùy tiệnhoặc vi khuẩn kỵ khí còn sử dụng ôxi liên kết từ nitri, nitrat, sunphat…để ôxi hóa chấthữu cơ

Hình II.1 Sơ đồ chuyển hoá trong hồ tuỳ tiện

II.1.3.2 Phương pháp yếm khí:

1 Cơ chế:

Trong điều kiện không có oxy, các chất hữu cơ có thể bị phân hủy nhờ vi sinh vật và sảnphẩm cuối cùng của quá trình này là các chất khí như mêtan (CH4) và Cacbonic (CO2)được tạo thành Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ nhờ vi khuẩn yếm khí chủ yếu diễn ratheo nguyên lý lên men qua các bước:

Bước 1: Thủy phân các chất hữu cơ phức tạp và các chất béo thành các chất hữu cơđơn giản như monosacarit, axit amin hoặc các muối piruvat khác Đây là nguồn dinhdưỡng và năng lượng cho vi khuẩn hoạt động

Lớp bùn đáy Nước thải

Tảo, vi khuẩn hiếu khí

Vi khuẩn yếm khí

Polysaccarit → monosaccarit Lipit → Axit béo và Glyxerin

Protein → Amino axit

Trong giai đoạn này, BOD của nước thải tăng lên, nghĩa là các sản phẩm của phanày có thể bị phân hủy dễ dàng hơn

Bước 2: Các nhóm vi khuẩn yếm khí thực hiện quá trình lên men axit, chuyển hóacác chất hữu cơ đơn giản thành các loại axit hữu cơ thông thường như axit acetic,glyxerin, axetat,…pH trong giai đoạn này giảm

CH3CH2COOH + 2H2O → CH3COOH + CO2 + 3H2

(Axit propionic) (Axit axetic)

CH3CH2CH2COOH + 2H2O → 2CH3COOH + 2H2

(Axit butyric) (Axit axetic)

Bước 3: Các sản phẩm của giai đoạn lên men axit sẽ là cơ chất của giai đoạn lênmen mêtan

Quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ có thể được biểu diễn theo sơ đồ sau:

- Vi khuẩn tạo metan thuộc thuộc 2 nhóm chính:

+ Nhóm ưa ấm (Mesophy, lên men tạo CH4 ở nhiệt độ 35-380C): Methanobacterium;Methanococcus; Methanosarina

+ Nhóm ưa nóng (Thermophy lên men tạo CH4 ở 55-600C): Methanobacillus;Methanospirillium; Methanothrix

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý yếm khí nước thải:

● Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Trong thực tế có 2 nhóm ưu ấm và ưa nóng đều có khả năng phân giải yếm khí.Với các vi khuẩn ưu ấm, nhiệt độ tối ưu tương đối rộng 33-380C Ngược lại các vi khuẩn

ưu nóng giới hạn của nhiệt độ tương đối hẹp hơn 50-520C một khoảng biến động nhỏcũng ảnh hưởng đến hoạt lực của VSV

●Ảnh hưởng của pH:

+ Các vi khuẩn thực hiện quá trình thuỷ phân và lên men axit hữu cơ tồn tại ở dải

pH khá rộng: 2-7, tuy nhiên hoạt lực của chúng sẽ giảm khi pH < 4,5

+ Khác với hệ enzim trên, vi khuẩn metan hoá ưa axit - kiềm rất nhẹ 6,8-7,4, thựcnghiệm cho thấy hoạt lực enzim của vi khuẩn mêtan hoá giảm đi rõ rệt khi pH < 6,6 Tuynhiên chúng có thể tồn tại 60 ngày ở pH = 5

+ pH thích hợp nằm trong khoảng 6,6-7,6, pHopt= 7

●Ảnh hưởng của thành phần và nguồn dinh dưỡng:

+ Tỷ lệ C/N có ý nghĩa quyết định tới quá trình xử lý yếm khí, thiếu N dẫn đến hạnchế phát triển sinh khối, C phân huỷ chậm, không hoàn toàn Ngược lại nếu thiếu N, vikhuẩn sẽ phân giải và chuyển thành NH4 Khi hàm lượng NH4 và NH3 quá lớn sẽ kìmhãm quá trình phân huỷ yếm khí

+ Tỉ số C/N tối ưu trong môi trường là 1/(25-30)

●Ảnh hưởng của các iôn kim loại: các iôn kim loại có ảnh hưởng rất lớn đến hệVSV sinh mêtan, đặc biệt là các kim loại nặng như Hg, Pb, Cu, Ni…

II.1.3.3 Phương pháp hiếu khí:

1 Cơ chế phân giải hiếu khí:

Khi đưa nước thải vào các công trình xử lý bằng phương pháp sinh học trong điềukiện hiếu khí, các chất hữu cơ ở trạng thái hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ sẽ

được hấp phụ lên bề mặt tế bào vi khuẩn Sau đó, chúng được chuyển hóa và phân hủynhờ vi khuẩn

Quá trình này gồm 3 giai đoạn:

● Giai đoạn I: Khuếch tán, chuyển hóa và hấp phụ chất bẩn từ môi trường nước lên

bề mặt tế bào vi khuẩn

● Giai đo ạn II: Oxy hóa ngoại bào và vận chuyển các chất bẩn hấp phụ được quamàng tế bào vi khuẩn

● Giai đoạn III: Chuyển hóa các chất hữu cơ thành năng lượng tổng hợp sinh khối

từ các chất hữu cơ và các nguyên tố dinh dưỡng khác bên trong tế bào vi khuẩn

Sự chuyển hóa các chất hữu cơ (đặc trưng bằng BOD) và các chất dinh dưỡng nhờ vikhuẩn hiếu khí được biểu diễn như sau:

Hình II.3 Sơ đồ quá trình phân hủy hiếu khí

Các chất đầu tiên bị oxy hóa để tạo thành năng lượng là cacbonhydrat và một sốchất hữu cơ khác Quá trình này được thực hiện trên bề mặt tế bào vi khuẩn nhờ xúc táccủa men ngoại bào Một phần chất bẩn được vận chuyển qua màng tế bào vi khuẩn (màngbán thấm) vào bên trong và tiếp tục oxy hóa để giải phóng ra năng lượng và tổng hợpthành tế bào chất Sinh khối vi sinh vật sẽ tăng lên Trong điều kiện thiếu nguồn dinhdưỡng, tế bào chất lại bị oxy hóa nội bào để tạo ra năng lượng cần thiết cho hoạt độngsống

Các chất bẩn hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước thải

Các quá trình sinh hoá của vi

+ Oxi hoá các hợp chất hữu cơ không chứa nitơ (rượu, tinh bột, xenlulo, gluco, các chấthữu cơ phân lượng nhỏ…):

CxHYOZ + ( x + y/4 – z/2 )O2 xCO2 + y/2H2O + E

+ Oxi hóa các hợp chất có chứa nitơ: ( protein, peptit, axit amin, các hợp chất hữu cơchứa nito phi protein…):

- Một số hô hấp tuỳ tiện như: Cellulomonas biazotea; Rhodopseudomonaspalustris; Nitrosomonas spec…

- Nguyên sinh động vật: Trùng roi (Euglena), Trùng tơ (Ciliate)

- Ngoài ra còn một số vi khuẩn dạng sợi có mặt trong bùn hoạt tính như:Sphoerotolus, Thiothrix, Mierothrix…

 Ưu điểm:

+ Tốc độ oxy hoá nhanh

+ Thời gian lưu trong hệ thống ngắn

+ Không gây mùi như xử lý yếm khí

 Nhược điểm:

+ Tốn năng lượng cho sục khí

+ Chỉ xử lý nước thải có hàm lượng ô nhiễm thấp

+ Sau xử lý sinh ra lượng bùn lớn

vsv

vsvvsv

Trong quá trình sản xuất tinh bột sắn có nước thải rửa củ sau khi xử lý sơ bộ cùng vớinước thải sau xử lý yếm khí có thể đưa vào tập trung xử lý hiếu khí Trong các phươngpháp xử lý hiếu khí như: Lọc sinh học, Aeroten, hồ hiếu khí, Sử dụng hệ thống Aeroten

là có hiệu quả và phổ biến nhất Ngoài ra hồ sinh học cũng được sử dụng để xử lý nhưng

để đạt hiệu quả cao ta bố trí thêm hệ thống cấp khí nhân tạo để chủ động được trong quátrình xử lý

c Hàm lượng sinh khối (MLSS) và tỉ lệ F/M:

● Ảnh hưởng của hàm lượng sinh khối (MLSS ) và tỉ lệ F/M: hàm lượng sinh khối

trong bể sinh học hiếu khí thường dao động từ 500 – 3000mg/l Tuỳ theo hàm lượng vàbản chất của chất ô nhiễm trong nước thải cũng như hoạt lực của bùn hoạt tính mà hàmlượng sinh khối sẽ khác nhau:

+ Các hệ thống cao tải có thể sử dụng hàm lượng sinh khối cao từ 1500 –3000mg/l.+ Với hệ thống aeroten thông thường thì hàm lượng sinh khối dao động trongkhoảng từ 500 – 1500mg/l

+ Sinh khối đảm bảo: 1500 - 3000 mg/l

+ Nếu F/M >1: vi khuẩn phát triển nhanh, không tạo nha bào nên không kết dínhvới nhau lại thành bông, kích thước bông bùn giảm, bùn khó lắng làm nước ra sau xử lýkhông đạt độ trong yêu cầu.

d Thành phần dinh dưỡng:

Các nguyên tố ảnh hưởng quyết định tới quá trình ôxi hoá là C, N, P Thưc nghiệmcho thấy tỉ lệ C : N : P tối ưu là 100:5:1 Các nguyên tố khoáng và vi lượng thường có sẵntrong nước Nếu thiếu N và P trong thời gian dài là một trong những nguyên nhân làmthay đổi tương tác giữa nhóm vi khuẩn có trong bùn hoạt tính Các vi khuẩn dạng sợithuộc nhóm Microthrix, Thiothrix và Rhodopseudomonas phát triển được trong môitrường nghèo N, P Vì vậy chúng sẽ phát triển mạnh, lấn át các vi khuẩn hiếu khí kháclàm tăng thể tích lắng của bùn, hiện tượng này gọi là hiện tượng phồng bùn Khi đó, bùnxốp, khó lắng, khối lượng bùn tăng nhanh, hoạt lực của bùn giảm đáng kể, cường độ ôxyhoá cũng giảm, chỉ số thể tích lắng của bùn lớn gây khó khăn cho quá trình tách bùn ở bểlắng thứ cấp

c Các chất độc hại:

+ Kim loại nặng, hữu cơ… Vì thế cần phải xử lý trước khi cho vào xử lý sinh học + Đảm bảo nồng độ nuối trong nước thải <10g/l

4 Một số dạng xử lý hiếu khí:

4.1 Xử lý nước thải theo nguyên lý lọc – dính bám:

Khi nước thải tưới qua lớp vật liệu lọc bằng các phần tử rắn xốp, các vi khuẩn sẽ bịhấp phụ, sinh sống và phát triển trên bề mặt đó Vi khuẩn dính bám vào vật rắn nhờ chấtgelatin do chúng tiết ra và có thể di chuyển dễ dàng trong lớp chất nhầy này

Đầu tiên vi khuẩn tập trung ở một khu, sau đó chúng phát triển lan dần phủ kín bềmặt hạt vật liệu lọc Từ đó trở đi ta thấy các dòng cơ chất, các chất dinh dưỡng, oxykhuếch tán qua màng sinh học vào tận bên trong cùng của lớp màng Khi đó các phản ứngcủa các chất hữu cơ với oxy nhờ các enzym do các vi sinh vật tiết ra:

2 2 3

Các chất dinh dưỡng như muối khoáng, hợp chất hữu cơ và oxy có trong nước thảikhuếch tán qua màng sinh vật (biofilm) và có thể vào tận lớp xenlulozo đã tích lũy trongcùng Sau một thời gian, màng sinh vật được hình thành và chia thành hai lớp: lớp ngoàicùng là lớp hiếu khí được oxy khuếch tán xâm nhập; lớp trong là lớp thiếu khí (anoxic)

Bề dày màng vi sinh vật từ 600 – 1000 µm, trong đó phần lớn là vùng hiếu khí Thànhphần sinh học chủ yếu của màng vi khuẩn, ngoài ra còn có các động vật nguyên sinh,nấm, xạ khuẩn,…Sau một thời gian hoạt động, màng sinh vật dày lên, các chất khí tích tụphía trong tăng lên và màng bị tách khỏi vật liệu lọc Hàm lượng cặn lơ lửng trong nướctăng lên Sự hình thành các màng vi sinh vật mới lại tiếp diễn

Hình II.4 Sơ đồ cơ chế hoạt động của màng vi sinh

Do thiếu oxy, tại lớp trong của màng sinh học (sát giá thể) vi sinh vật yếm khí pháttriển tạo ra các sản phẩm yếm khí (CH4, CO2, rượu, axit hữu cơ,…) làm tróc lớp màng rakhỏi bề mặt giá thể (do trọng lượng của lớp màng, do các yếu tố thủy động của dòngnước, do các khí,…) và lớp màng sẽ bị trôi vào dòng nước, đi xuống phía dưới Tiếp theomột chu trình mới hình thành màng sinh học lại bắt đầu theo cách thức lặp lại như trên vànước thải được làm sạch các chất hữu cơ và chất ô nhiễm

Điều kiện làm việc bình thường của công trình xử lý nước thải loại này là nướcthải có pH từ 6.5 – 8.5, đủ oxy, hàm lượng cặn lơ lửng không vượt quá 150mg/l Nếu hàmlượng chất hữu cơ lớn (BOD5 > 200 mg/l), nước thải cần được pha loãng

4.2 Xử lý bằng bể Aeroten:

Quá trình xử lý chất ô nhiễm được thực hiện trong bể oxy hoá được cấp khí cưỡngbức một cách liên tục

Nguyên tắc hoạt động:

Hình II.5 Sơ đồ làm việc của hệ thống Aeroten

Nước thải sau bể lắng đợt I được cấp khí liên tục vào bể cùng với bùn hoạt tínhtuần hoàn Hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính trong bể được khuấy trộn để tiếp xúc vớioxy được cấp bằng hệ thống cấp khí Các vi sinh vật sẽ oxy hoá các chất ô nhiễm hữu cơ

có trong nước thải và chuyển hoá thành các khí (CO2, NH3…) và một phần sinh khối dướidạng bông bùn hoạt tính Hỗn hợp bông bùn và nước được dẫn qua bể lắng, bùn đượctách ra và được tuần hoàn một phần trở lại bể Aeroten để duy trì hàm lượng sinh khốitrong bể

Hiệu suất xử lý của hệ thống Aeroten và chất lượng bùn hoạt tính phụ thuộc vàothành phần, tính chất nước thải, nhiệt độ, pH, thành phần dinh dưỡng…

II.2 Đề xuất và lựa chọn công nghệ sản xuất:

II.2.1 Phân luồng dòng thải:

Với định mức nước thải sử dụng trong sản xuất 24-40 m3/tấn sản phẩm, đối vớicông xuất sản xuất 150 tấn tinh bột /ngày ta lựa chọn lượng nước được sử dụng là 30

m3/ngày

Vậy:

● Lượng nước đã sử dụng trong một ngày của nhà máy:

30×150 = 4500 m3/ngày Lượng nước thải từ quá trình sản xuất tinh bột sắn chiếm khoảng 80 -90% tổnglượng nước sử dụng:

Vậy lượng nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột sắn 150 tấn tinh bột/ngày:

Bể Aeroten

Q r , X r ,S

Qw , Xr

Q = 4500×90% = 4000 m3/ngàyĐối với nước thải sản xuất tinh bột sắn có mức độ ô nhiễm khác nhau phụ thuộcvào nhiều yếu tố như: qui mô sản xuất, trình độ công nghệ, nguyên liệu Vì thế trong xử

lý nước thải sản xuất tinh bột sắn người ta thường chia thành hai dòng thải:

● Nước thải dòng tinh chế bột dòng tinh chế bột chiếm khoảng 60% tổng lượngnước thải trong quá trình sản xuất

Vậy lượng nước thải dòng tinh chế bột:

II.2.2.1.Lưu lượng và thành phần nước thải:

Bảng II.1 Thông số ô nhiễm nước thải tinh bột sắn

II.2.2.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tinh bột sắn:

Hình II.6 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tinh bột sắn công xuất 150 tấn tinh bột/ngày

Máy ép bùnAeroten

Bể lắng II