TỔNG QUAN NGÀNH SẢN XUẤT TINH BỘT MÌ

Khoai mì (danh pháp khoa học: Manihot esculenta ) là cây lương thực ăn củ có thể sống lâu năm. Cây cao 2-3 m, lá thuộc loại lá phân thuỳ sâu, có gân lá nổi rõ ở mặt sau, thuộc loại lá đơn mọc xen kẽ, xếp trên thân theo chiều xoắn ốc.

Chương 1

TỔNG QUAN NGÀNH SẢN XUẤT

TINH BỘT MÌ

1.1 Giới thiệu về cây khoai mì :

Khoai mì (danh pháp khoa học: Manihot esculenta ) là cây lương thực ăn củ

có thể sống lâu năm Cây cao 2-3 m, lá thuộc loại lá phân thuỳ sâu, có gân lánổi rõ ở mặt sau, thuộc loại lá đơn mọc xen kẽ, xếp trên thân theo chiều xoắn

ốc Cuống lá dài từ 9 đến 20cm có màu xanh, tím hoặc xanh điểm tím, rễ mọc

từ mắt và mô sẹo cuả hom, lúc đầu mọc ngang sau đó cắm sâu xuống đất Theothời gian chúng phình to ra và tích lũy bột thành củ, giữa thân có lõi trắng vàxốp nên rất yếu, thời gian sinh trưởng 6 đến 12 tháng, có nơi tới 18 tháng, tùygiống, vụ trồng, địa bàn trồng và mục đích sử dụng

Dựa theo đặc điểm thực vật của cây (xanh tía, lá 5 cánh, lá 7 cánh)

Giống này thường có lá 7 cánh, cây thấp và nhỏ

này thường có 5 lá cánh, mũi mác, cây cao, thân to

Tuỳ theo giống, vỏ củ, lõi củ, thịt củ, điều kiện đất đai, chế độ canh tác, thờigian thu hoạch mà hàm lượng HCN có khác nhau Tuy nhiên, ngâm, luộc, sơchế khô, ủ chua là những phương thức cho phép loại bỏ phần lớn độc tố HCN

Củ khoai mì thường có dạng hình trụ, vuốt hai đầu, kích thước củ tuỳ thuộcvào điều kiện của đất và điều kiện trồng, dài 300 – 400 mm, đường kính từ 2-10cm Có cấu tạo gồm 4 phần chính: lớp vỏ gỗ (chiếm khoảng 0,5 – 5% trọnglượng củ), lớp vỏ cùi (chiếm khoảng 5 – 20% trọng lượng củ), phần thịtcủ(thành phần chủ yếu trong củ, bao gồm các tế bào nhu mô thành mỏng vớithành phần chủ yếu là cellulose, pentosan), phần lõi

Thành phần các chất trong củ khoai mì dao dộng trong khoảng khá lớn tùythuộc loại giống, loại đất, điều kiện phát triển của cây và thời gian thu hoạch.Thành phần hóa học trung bình của củ khoai mì được trình bày trong bảng sau:

B ng 1.1: Thành ph n hoá h c trong c khoai mìảng 1.1: Thành phần hoá học trong củ khoai mì ần hoá học trong củ khoai mì ọc trong củ khoai mì ủ khoai mì

Thành phần Tỷ trọng (%trọng lượng)

(Nguồn: Đoàn Dụ và các cộng sự, 1983)

Đường trong củ khoai mì chủ yếu: glucose và một ít maltosec,sacharose.Khoai mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm Chất đạm trongkhoai mì có hàm lượng rất thấp ít ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất Khoai mìcàng già thì hàm lượng đường càng giảm Vì lượng nước trong khoai mì cao,nên việc bảo quản rất khó khăn, vì vậy cần có chế độ bảo vệ củ hợp lý

Ngoài thành phần dinh dưỡng, trong khoai mì còn có độc tố, tanin, sắc

tố và cả hệ enzyme phức tạp.Độc tố trong khoai mì là CN-, nhưng khi chưa đàothì nhóm này ở dạng glucozite gọi là phaseolutanin (C10H17O6N) Dưới tác dụngcủa enzyme hay môi trường axit thì chất này tạo thành glucose, acetone, và axitcyanhydric

Hiện tại, khoai mì được trồng trên 100 nước của vùng nhiệt đới, cận

nhiệt đới và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người(theo CIAT, 1993).Đó

là thực phẩm dễ ăn, dễ chế biến, khả năng bảo quản cũng tương đối ổn địnhnếu được chế biến thành bột hay những thành phẩm sơ chế khác như khoai mìlát, miếng khoai mì…

Với nhu cầu của công nghệ, khoai mì là nguồn nguyên liệu trong cácngành kỹ nghệ nhẹ, ngành làm giấy, ngành làm đường dùng hóa chất hay menthực vật để chuyển hoá tinh bột khoai mì thành đường mạch nha hay gluco

1.2 Tổng quan ngành sản xuất tinh bột mì Việt Nam :

Năm 2006 sản lượng khoai mì trên thế giới 211,26 triệu tấn củ tươi, nhưngđến năm 2007 sản lượng đã tăng lên 226,34 triệu tấn Khoai mì được trồngnhiều nhất ở Châu Phi với 11,82 triệu ha (chiếm 57% diện tích khoai mì trênthế giới ), tiếp theo là Châu Á (25%), châu Mỹ Latinh (18%).Phần lớn củ khoai

mì được dùng làm thức ăn cho người và gia súc, chỉ một phần nhỏ sử dụngtrong công nghiệp chế biến

Hằng năm,Việt Nam sản xuất 2 triệu tấn củ tươi, đứng thứ 11 thế giới vềsản lượng khoai mì, thứ 3 trên thế giới về xuất khẩu tinh bột mì, chỉ sau TháiLan và Indonexia.Trong chiến lược toàn cầu, cây khoai mì đang được xem làcây lương thực dễ trồng ở những vùng đất khô cằn, là loại cây công nghiệp cókhả năng cạnh trạnh với nhiều loại cây trồng khác Ở nước ta cây khoai mìđang nhanh chóng chuyển đổi từ cây lương thực truyền thống sang cây côngnghiệp.Cây khoai mì là nguồn thu nhập quan trọng của các hộ nông dân nghèo

do khoai mì dễ trồng, ít kén đất, đầu tư ít vốn, phù hợp sinh thái và điều kiệnkinh tế nông thộn

Sự hội nhập mở rộng thị trường, tạo cơ hội chế biến tinh bột, tinh bột biếntính bằng EnZim, sản xuất khoai mì lát, dạng viên để xuất khẩu, thức ăn gia súchoặc làm nguyên liệu một số ngành công nghiệp khác Góp phần phát triểnkinh tế đất nước.Tinh bột mì đã trở thành một trong bảy mặt hàng xuất khẩu cótriển vọng được chính phủ và các địa phương quan tâm

Việt Nam hiện sản xuất mỗi năm khoảng 800.000 – 1.200.000 tấn tinh bộtsắn, trong đó trên 70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ trong nước.Theo thống

kê, năm 2009, sắn là mặt hàng có khối lượng và kim ngạch xuất khẩu tăng độtbiến Bảy tháng đầu năm, cả nước xuất khẩu được 2,66 triệu tấn sắn lát khô vàtinh bột sắn, kim ngạch đạt 406 triệu USD, tăng 4,4 lần về sản lượng, 2,8 lần vềkim ngạch so với cùng kỳ năm trước Với kết quả trên, Bộ Công thương đã xếpsắn vào mặt hàng xuất khẩu chủ lực năm 2009

Ở Việt Nam, khoai mì được trồng từ Bắc chí Nam, và phần lớn là ở miềnnúi trung du Một số tỉnh thành có diện tích trồng khoai mì lớn như: Sơn La,Thanh Hoá, Nghệ An, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Kon Tum, Bà Rịa– Vũng Tàu…

Thông thường, nông dân thường trồng khoai mì chính vụ vào khoảng từtháng 2 đến tháng 4.Và ở mỗi vùng miền, thời gian thu hoạch khác nhau tùythuộc điều kiện khí hậu từng vùng

 Ở khu vực phía Bắc, khoai mì vào tháng 3 là thuận lợi nhất, vì thời giannày có mưa xuân ẩm, rất thích hợp cho cây sinh trưởng, hình thành vàphát triển củ

Vì nếu trồng sớm sẽ gặp mưa lớn làm thối cây, còn trồng muộn, khoai

mì còn non, gặp trời rét khô dẫn đến sinh trưởng kém

 Vùng Nam Trung Bộ, khoai mì trồng trong thời gian từ tháng 1 đếntháng 3 là tốt nhất, trong lúc này điều kiện nhiệt độ tương đối cao vàthường có mưa nên đủ ẩm.

5, vì khoảng thời gian nay điều kiện nhiệt độ cao ổn định và có mưađều Đối với đồng bằng sông Cửu Long, chủ độngvề nguồn nước, nêntrồng nay từ đầu năm, để thu hoạch trước mùa lũ

Ngành sản xuất tinh bột mì ở nước ta có thể phân thành 3 qui mô :

dụng cụ thủ công thô sơ Kỹ thuật sản xuất đơn giản và gián đoạn , nênchất lượng tinh bột không cao và năng suất thấp

có thể nâng năng suất lên cao hơn, và có thể cải tiến qui trình, công nghệsản xuất Máy móc hiện đại hơn, năng suất cao hơn, sử dụng ít nhâncông, nhưng tốn nhiều nước và nhiên liệu

 Qui mô lớn: Cả nước có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn ở qui môlớn, công suất 50 - 200 tấn / ngày.Tổng công suất của các nhà máy chếbiến sắn qui mô công nghiệp đã và đang xây dựng có khả năng chế biếnđược 40% sản lượng sắn cả nước.

Một số dây chuyền sản xuất tinh bột mì :

Sơ đồ sản xuất tinh bột khoai mì ở nhà máy Phước Long-tỉnh Bình Phước

Sơ đờ cơng nghệ chế biến tinh bợt khoai mì kiểu Thái Lan

Tinh bột ướt

Quậy, pha loãng

Tách tạp chaát

Quậy

Ly tâmTẩy chua, tẩy trắng

Làm nguội

Đóng góiSaáy khô

lượng nước thải được thải ra ngoài mang theo 1 phần tinh bột không thu hồi.

Nước thải phát sinh chủ yếu từ các công đoạn :

lột vỏ để loại bỏ các chất bẩn bám trên bề mặt trước khi đưa vào nghiền.Nếu rửa không đầy đủ, bùn bám trên củ sẽ làm cho tinh bột có màu rấtxấu

đích rửa và tách tinh bột từ bột xơ củ mì

đáng kể

 Nước thải được sinh ra chủ yếu từ nước rửa củ và tách tinh bột Thànhphần nước thải khoai mì chứa hàm lượng hữu cơ cao, độ đục cao, bốcmùi chua nồng.Hàm lượng cặn lơ lửng cúng khá cao, do xác mì mịn,khó lắng bị cuốn theo khi xả nước thải từ bể ngâm Đặc biệt trong nướcthải có chứa HCN- là một acid có tình chất độc hại Đây là chất hoá họctrong khoai mì gây nên trang thái say, ngộ độc khi ăn phải quá nhiều.Trong nước thải HCN- là yếu tố cản trở hoạt động của vi sinh trong cáccông trình sinh học

Bảng thành phần tính chất nước thải tinh bột mì

ức chế sự phát triển bình thường của quá trình sống

2.2.2 Hàm lượng chất hữu cơ

Nước thải chế biến tinh bột có hàm lượng chất hữu cơ cao, khi xả vàonguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sửdụng ôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ Nồng độ oxy hòa tan dưới 50%bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng tới sự phát triển của tôm, cá Oxy hòa tangiảm không chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảm khả năng

tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp cho sinh hoạt

và công nghiệp

2.2.3 Hàm lượng chất lơ lửng

Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, không những làm mấtvẻ mỹ quan mà quan trọng nó hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếuxuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu giảm quátrình trao đổi oxy và truyền sáng, dẫn nước đến tình trạng kị khí Mặt khác mộtphần cặn lắng xuống đáy gây bồi lắng lòng sông, cản trở sự lưu thông nước vàtàu bè đồng thời thực hiện quá trình phân hủy kỵ khí giải phóng ra mùi hôi thốigây ô nhiễm cho khu vực xung quanh

2.3 Các phương pháp xử lý:

Nước thải ngành sản xuất tinh bột mì có hàm lượng chất hữu cơ rất cao , tỉ

lệ BOD5/COD lên đến trên 70%, nên định hướng xử lý sinh học là hợp lý.Tuynhiên, để nâng cao hiệu quả xử lý người ta thường kết hợp với các biện pháp

cơ học và hoá lý Việc lựa chọn phương pháp cũng như biện pháp, công trình

cụ thể áp dụng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải còn phải phụ thuộcđặc điểm tính chất nước thải, mức độ làm sạch, chi phí đầu tư công nghệ, chiphí vận hành, diện tích mặt bằng để xây dựng

2.3.1 Các phương pháp cơ học và lý học :

a.Song chắn rác : là công trình xử lý sơ bộ nước thải để chuẩn bị cho các

công trình xử lý tiếp theo.Mục tiêu của song chắn rác: giữ lại xác bã khoai mì,

lá cây…Song chắn rác thường đặt trước bảo vệ bơm, van, đường ống, cánhkhuấy để trách trường hợp bị ngặt, bít đường ống …Song chắn rác được đặtdưới 1 góc 1200 so với hướng dòng chảy, rác được lấy thủ công hay thiết bịcào cơ khí

b.Bể điều hòa : thường đặt sau bể lắng cát Mục tiêu: khắc phục những vấn

đề vận hành do sự dao động của lưu lượng, nâng cao hiệu suất của các quátrình phía sau , giảm kích thước và chi phí của những xử lý phía sau Bể điềuhoà được tiến hành sục khí hay khuấy trộn cơ khí để ngăn quá trình lắng củahạt rắn vá các chất có khả năng phân huỷ sinh học

c.Bể lắng : dựa trên nguyên tắc tách cặn bằng trọng lực Mục tiêu : khử SS

trong nước thải hay bông cặn trong quá trịnh keo tụ tạo bông , bông bùn hoạttính

Các loại bể lắng :

 Bể lắng đứng: hình trụ tròn hoặc hình vuông có đáy hình nón,chop,nước chảy từ dưới lên theo phương thẳng đứng , cặn lắng xuốngđáy bể

 Bể lắng li tâm : bề mặt hình tròn, nước chảy từ tâm ra thành bể, hạt cặnlắng xuống dưới

Hiệu quả xử lý của các phương pháp xử lý cơ học : các công trình xử lý

cơ học có thể loại bỏ 60% tạp chất không hoà tan, giảm BOD 30%

d.Bể acid: CN trong nước thải tinh bột mì là yếu tố chính gây cản trở sư

họat đông vủa các vi sinh vật trong các phương pháp xử lý sinh học., tại đây sẽ

diễn ra quá trình acid hoá các chất hữu cơ hoà tan, hợp chất cyanua thành cácacid hữu cơ

e.Bể trung hoà : Nước thải chứa các acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung

hoà đưa về pH = 6,5- 8,5 trước khi đưa vào xử lý sinh học Có thể trung hoàbằng cách : trộn chung nước thải acid và nước thải kiềm,châm hoá chất, lọcnước acid qua vật liệu lọc có tác dụng trung hoà Viêc lựa chọn phương pháptrung hoà là phụ thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải , khả năng có sẵn vàgiá thành của hoá chất

f.Bể keo tụ tạo bông : sử dụng tác nhân keo tụ, để tạo bông cặn nhằm xử lý

hàm lượng SS Các bông cặn lớn sẽ lắng xuống ở bể lắng.Việc lựa chọn hoáchất keo tụ phải tính đến mặt kinh tế, và không gây ô nhiễm thứ cấp

2.3.2 Các phương pháp xử lý sinh học :

Mục đích : Chuyển hoá ( oxy hoá) các chất hoà tan và những chất dễ phân

huỷ sinh học thành những sản phẩm cuối cùng có thể chấp nhận được Hấp thụ

và kết tụ cặn lơ lửng, chất keo không lắng thành bông sinh học hay màng sinhhọc, chuyển hoá /khử chất dinh dưỡng ( như nitơ, photpho) và trong một sốtrường hợp, khử những hợp chất và những thành phần hữu cơ dạng vết

Phương pháp sinh học có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí ( có oxy) vàtrong điều kiện ky khí (không có oxy) Phương pháp xử lý sinh học có thể ứngdụng để làm sạch hoàn toàn các hợp chất hữu cơ hoà tan hoặc phân tán nhỏ Dovậy, phương pháp này thường ứng dụng sau khi loại bỏ các tạp chất thô ra khỏinước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao

a.Bể Aerotank: Đòi hỏi chế độ dòng chảy nút, khi đó chiều dài bể rất lớn so

với chiều rộng Nước thải vào có thể phân bố nhiều điểm theo chiều dài, bùnhoạt tính tuần hoàn đưa vào đầu bể Ở chế độ dòng chảy nút, bông bùn có đặctính tốt hơn, dễ lắng Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể Quá trìnhphân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể Tải trọng thích hợp vào khoảng 0,3 – 0,6kgBOD5/m3.ngày với hàm lượng MLSS 1.500 – 3.000 mg/l, thời gian lưu nước

từ 4–8 giờ, tỷ số F/M = 0,2 – 0,4; thời gian lưu bùn từ 5 – 15 ngày

b.Bể phản ứng theo mẻ SBR : Đây là loại công nghệ mới đang được sử

dụng ở nhiều nước trên thế giới vì hiệu quả xử lý Nitơ, Phospho rất cao nhờvào các qui trình hiếu khí, thiếu khí, yếm khí

Hoạt động của bể gồm 5 pha:

 Pha làm đầy (fill): đưa nước thải vào bể, có thể vận hành theo 3 chế độ:

làm đầy_tĩnh, làm đầy_khuấy trộn và làm đầy_sục khí

 Pha phản ứng (react): ngừng đưa nước thải vào bể, tiến hành sục khí

đều diện tích bể Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nướcthải và yêu cầu mức độ xử lý

 Pha ổn định (settle): các thiết bị sục khí ngừng hoạt động, quá trình lắng

diễn ra trong môi trường tĩnh hoàn toàn Thời gian lắng thường nhỏ hơn2h

 Pha tháo nước trong (decant): nước đã lắng trong ở phần trên của bể

được tháo ra nguồn tiếp nhận bằng ống khoan lỗ hoặc máng thu nướctrên phao nổi

 Pha chờ (idle): thời gian chờ để nạp mẻ mới Pha này có thể bỏ qua.

Ưu điểm: hiệu quả khử Nitơ, Phospho cao; tiết kiệm diện tích đất xây dựng

vì không cần xây dựng bể điều hòa, bể lắng I và lắng II; có thể kiểm soát hoạtđộng và thay đổi thời gian giữa các pha nhờ bộ điều khiển PLC; pha lắng đượcthực hiện trong điều kiện tĩnh hoàn toàn nên hiệu quả lắng tốt

Khuyết điểm: chi phí của hệ thống cao, người vận hành phải có kỹ năng tốt,

đạt được hiệu quả xử lý cao khi lưu lượng nhỏ hơn 500m3/ngày đêm

c.Mương oxy hóa : Là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy

trong mương và vận tốc dòng chảy thường được thiết kế lớn hơn 3 m/s để xáotrộn bùn hoạt tính và tránh cặn lắng Mương oxy hóa có thể kết hợp xử lý nitơ

m3.ngày, thời gian lưu nước 8–16 giờ, hàm lượng MLSS khoảng 3.000 – 6.000mg/l, thời gian lưu bùn từ 10 – 30 ngày là thích hợp

d.Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC): Bể lọc sinh học tiếp xúc quay

(RBC – Rotating Biological Contactors) được áp dụng đầu tiên ở CHLB Đứcnăm 1960 và hiện nay đã được sử dụng rộng rãi để xử lý BOD và Nitrat hóa.RBC bao gồm các đĩa tròn polystyren hoặc polyvinyl chloride đặt gần sát nhau.Đĩa nhúng chìm khoảng 40% trong nước thải và quay ở tốc độ chậm Khi đĩaquay, màng sinh khối trên đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ có trong nước thải vàsau đó tiếp xúc với ôxy Đĩa quay tạo điều kiện chuyển hóa ôxy và luôn giữsinh khối trong điều kiện hiếu khí Đồng thời đĩa quay còn tạo nên lực cắt loạibỏ các màng vi sinh không còn khả năng bám dính và giữ chúng ở dạng lơ lửng

để đưa qua bể lắng đợt II

e.Bể lọc ngược qua tầng bùn kị khí UASB : Bể UASB không sử dụng vật

liệu dính bám mà sử dụng lớp cặn (có chứa rất nhiều VSV kị khí) luôn luôn tồn

tại lơ lửng trong dung dịch lên men nhờ hệ thống nước thải chảy từ dưới lên.Sau một thời gian hoạt động, trong hệ thống hình thành 3 lớp; phần bùn đặc ởđáy hệ thống, một lớp thảm bùn ở giữa hệ thống gồm những hạt bùn kết bông

và phần chứa biogas ở trên cùng Nước thải được nạp vào từ dưới đáy hệ thống,

đi xuyên qua lớp bùn đặc và thảm bùn rồi đi lên trên và ra ngoài Khi tiếp xúcvới những hạt bùn kết bông ở thảm bùn, vi khuẩn sẽ xử lý chất hữu cơ và chấtrắn sẽ được giữ lại Các hạt bùn sẽ lắng xuống thảm bùn và định kì được xả rangoài

Ưu điểm: hiệu quả xử lý cao, thời gian lưu nước trong bể ngắn, thu được khí

CH4 phục vụ cho nhu cầu về năng lượng, cấu tạo bể đơn giản, dễ vận hành,năng lượng phục vụ vận hành bể ít

Khuyết điểm: khó kiểm soát trạng thái và kích thước hạt bùn, các hạt bùn

thường không ổn định và rất dễ bị phá vỡ khi có sự thay đổi môi trường

f.Bể lọc kị khí:Là loại bể kín, phía trong chứa vật liệu lọc đóng vai trò như

giá thể của VSV dính bám Nhờ đó, VSV sẽ bám vào và không bị rửa trôi theodòng chảy.Vật liệu lọc của bể lọc kị khí là các loại cuội, sỏi, than đá, xỉ, ốngnhựa, tấm nhựa hình dạng khác nhau Kích thước và chủng loại vật liệu lọc,được xác định dựa vào công suất của công trình, hiệu quả khử COD, tổn thất áplực nước cho phép, điều kiện nguyên vật liệu tại chỗ Nước thải có thể đượccung cấp từ trên xuống hoặc từ dưới lên Bể lọc kị khí có khả năng khử được7090% BOD Nước thải trước khi vào bể lọc cần được lắng sơ bộ

Ưu điểm: khả năng khử BOD cao, thời gian lọc ngắn, VSV dễ thích nghi

với nước thải, vận hành đơn giản, ít tốn năng lượng, thể tích của hệ thống xử

lý nhỏ

Khuyết điểm: thường hay bị tắc nghẽn, giá thành của vật liệu lọc khá cao,

hàm lượng cặn lơ lửng ra khỏi bể lớn, thời gian đưa công trình vào hoạt độngdài

Chương 3

ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

3.1 Thông số đầu vào và yêu cầu xử lý :

Lưu lượng nước thải : Q = 1000m3/ngày

3.1.1 Các thông số đầu vào:

3.1.2 Yêu cầu : nước thải sau xử lý đạt loại B ( QCVN 24-2008/BTNMT)

3.2 Các cơ sở lựa chọn công trình xử lý:

3.2.1 Cơ sở lựa chọn bể Acid hóa để xử lý CN :

CN- là độc đối với sinh vật, nếu nồng độ CN trong nước thải cao sẽ ảnhhưởng tiêu cực tới hiệu quả xử lý của các công trình xử lý sinh học do đó trướckhi đi vào công trình xử lý, nước thải phải được khử CN

Trong điều kiện tự nhiên, CN cũng có thể tự phân hủy nhưng không triệt để

và đòi hỏi khoảng thời gian phân hủy khá dài (sau 5–7 ngày khoảng 30% CN bịphân hủy).Tại bể acid hóa hàm lượng CN được khử nhanh hơn tự nhiên rấtnhiều, phần lớn các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải tinh bột mìtồn tại dưới dạng đường, tinh bột, protein, lipid, limarin…bị thủy phân thànhcác hợp chất đơn giản, HCN, các acid béo, các hợp chất acetate…CN- trongnước thải tồn tại dưới dạng linamarin

Trong điều kiện tự nhiên, linamarin dưới tác dụng của enzim sẽ chuyển hoátheo cơ chế:

CN- + ½ O2 + enzyme  CNOCNO- + H2O  NH3 + CO2Hoặc:

Tại bể acid hoá , trong điều kiện kị khí sẽ xảy ra :

HSCN + 2H2O  NH3 + H2S + CO2

3.2.2 Cơ sở lựa chọn phương pháp xử lý kị khí :

Nước thải khoai mì có nồng độ chất hữu cơ dễ phân huỷ cao ,nên công đoạn

xử lý kị khí là cần thiết

Nguyên lý của phương pháp: Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân

hủy sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải trong điều kiện không có oxy

để tạo ra sản phẩm cuối cùng là khí CH4 và CO2 (trường hợp nước thải khôngchứa NO3- và SO42-)

Ưu điểm của xử lý kị khí : Cấu tạo thiết bị đơn gian, hiệu quả xử lý chất hữu

cơ cao.Lượng bùn sinh ra ít , độ ổn định cao.Có khả năng sản xuất năng lượng

Khuyết điểm : Thời gian khởi động dài để tăng lượng tế bào vi sinh vật cần

thiết cho thiết bị xử lý.Tạo khí H2S có mùi hôi khó chịu Không đủ khả năngtạo độ kiềm khi nước thải được pha loãng hoặc chứa thành phần chất hữu cơchủ yếu là carbonhydrat

Bảng so sánh giữa UASB và các phương pháp xử lý kị khí khác

Phương

pháp

Hồ kị khí Vốn đầu tư ít

Chi phí hoạt động rẻ, hầu nhưkhông đòi hỏi quản lý thườngxuyên, bảo trì, vận hành đơn

Cần có một diện tích rất lớn.Gây mùi thối rất khó chịu.Không thu hồi được khí sinhhọc sinh ra

giản Hiệu quả khá cao

Lọc kị khí Vận hành tương đối đơn giản

Có thể hoạt động gián đoạn, chịubiên động về nhiệt độ và tảilượng ô nhiễm

Không phù hợp với loạinước thải có hàm lượng SScao

Tải trọng thấp

Thể tích thiết bị lớn để đạtSRT cần thiết

Sự xáo trộn trở nên khó khihàm lượng SS quá lớn

Có thể đạt được tải trọng rất cao

Không phù hợp với loạinước thải có hàm lượng SScao

Nhạy cảm với những cơ chấtđộc

khả năng sinh mùi và khígây ăn mòn cao

Những năm gần đây UASB được ứng dụng rộng rãi hơn các công nghệkhác do nguyên lý quá trình được xem là thuận tiện và đơn giản nhất, nhữnghạn chế trong quá trình vận hành UASB có thể dễ dàng khắc phục bằng cácphương pháp xử lý sơ bộ Tính kinh tế cũng là một ưu điểm của UASB

Mặt khác UASB được quan tâm hơn cả là vì đối với nước thải khoai mì:

acid mà còn có tác dụng khử CN Khi thời gian lưu ở bể acid ngắnkhông khử triệt để CN thì CN- sẽ tiếp tục được xử lý tại bể UASB

tốn năng lượng Hiệu quả xử lý cao từ 60 – 90% theo COD

 Thiết bị đơn giản, chiếm ít diện tích

động

Hàm lượng cặn lơ lửng trong thành phần nước thải khoai mì chủ yếu là cácchất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học nên không ảnh hưởng đến UASB

3.2.3 Cơ s ở ch ọ n ph ươ ng pháp sinh h ọ c hi ế u khí :

Sau xử lý kị khí, nước thải được tiếp tục xử lý sinh học hiếu khí Trong xử

lý hiếu khí có rất nhiều công trình khác nhau, tuỳ vao qui mô :

 Điều kiện tự nhiên, khí tượng, thủy văn

 Chi phí đầu tư, xây dựng, vận hành, bảo trì thấp

Ở đây , chọn công trình Aeroten , vì so với những công nghệ khác thì :

Ưu điểm: đạt được mức độ xử lý triệt để, thời gian khởi động ngắn, ít tạo

mùi hôi, có tính ổn định cao trong quá trình xử lý

Khuyết điểm: tốn nhiều năng lượng.

3.3 Đề xuất công nghệ công nghệ xử lý :

Thuyết minh qui trình công nghệ:

Nước thải từ các công đoạn sản xuất đuợc đưa qua song chắn rác, để loại bỏcác tạp chất thô có kích thước lớn: vỏ củ, cát, sạn… Lượng rác này thườngxuyên được lấy đi bằng thủ công Sau đó rác được tập trung lại và được xe gomrác đưa đến bãi rác để xử lý Qua song chắn rác nước thải chảy vào hố thu gom,

ở hố thu gom còn có thêm nhiệm vụ gom nước từ các công trình khác: sân phơibùn, bể nén bùn Sử dụng bơm chìm bơm nước từ hố thu gom tới bể điều hoà,tại đây giúp ổn định lưu lượng và nồng độ các chất trước khi được dẫn đến cáccông trình phía sau

Nước từ bể điều hoà được bơm qua bể acid Tại bể acid có nhiệm vụ khử

CN-, sử dụng NaOH; chuyển hóa các mạch vô cơ phức tạp thành đơn giản Sau

đó, nước thải được đưa đến bể keo tụ tạo bông, tại đây sẽ sử dụng phèn nhôm

bổ sung thêm chất trợ keo tụ PVC.Sau khi hỗn hợp được hoà trộn và phản ứngtạo thành bông hình thành ở bể tạo bông, nước thải có chứa cặn được đưa tới bểlắng tách cặn.Cặn lắng được chuyển đến bể nén bùn.Từ bể lắng cặn, nước thảiđược bơm với một lưu lượng cố định vào bể phản ứng kỵ khí UASB Giá trị pHthuận lợi cho hoạt động của bể UASB là 6,7-7,5.Bể UASB với hiệu suất xử lýkhoảng 70-80%, tại đây các vi sinh vật kị khí sẽ phân huỷ các chất hữu cơtrong nước thải tạo thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản và khí Biogas Mộtphần CN- tiếp tục bị phân huỷ ở đây

Nước thải từ UASB tiếp tục được bơm qua bể Aerotank, có sục khí, các visinh vật hiếu khí (bùn hoạt tính) sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nướcthải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản như: CO2, H2O…Hiệu quả xử lýBOD của bể Aerotank đạt khoảng 90-95% Từ bể Aerotank, nước thải đượcdẫn qua bể lắng II, bùn hoạt tính sẽ lắng dưới đáy, nước thải bên trên sẽ bơmqua hồ hoàn thịên Bùn hoạt tính ở bể lắng 2 sẽ được lấy: một phần đưa tới bểlắng bùn, một phần được tuần hoàn trở lại bể Aerotank nhằm mục đích duy trìhàm lượng vi sinh vật trong bể.Ở hồ hoàn thiện hợp chất hữu cơ sẽ được phânhuỷ triệt để nhờ quá trình tự làm sạch của hồ, oxy cung cấp cho quá trình oxyhoá chủ yếu do sự khếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợpcủa tảo, rêu…Thời gian lưu nước trong hồ là 3 ngày Hồ hoàn thiện có thể kếthợp xử lý nước thải với nuôi cá Nước từ hồ hoàn thiện được đưa ra nguồn tiếpnhận

Bùn tại bể nén bùn, sau khi được tách bớt 1 phần nước sẽ đưa đến sân phơibùn, bùn sau khi phơi có thể được dùng sản xuất phân, hoặc đem chôn lấp.Nước từ bể nén bùn, cùng với nước tại sân phơi bùn theo đường ống được đưa

về bể điều hoà tiếp tục xử lý

Chương 4

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Lưu lượng tính toán : Q = 1000m 3 /ngày đêm

Lưu lượng trung bình giờ : Q 41 , 67m3 /h

1000



Lưu lượng giờ lớn nhất : Q max = Q tb × K cb

Với K cb tra theo:TCXD 51-1984

Lưu lượng nước

thải trung binh

1,2 1,15

 Tính được Ko = 2,67

 Lưu lượng giờ lớn nhất:

s m h

m K

Số khe hở song chắn rác :

K h l v

Qmax :lưu lượng lớn nhất của nước thải; Qmax = 0,0309m3/s

v : tốc độ chuyển động của nước thải trước song chắn rác ứng với lưulượng lớn nhất, từ 0,6 ÷ 1,0 m/s Chọn Vmax = 0,9 m/s

l:khoảng cách giữa các khe hở , từ 15 ÷ 25 mm, chọn l = 16 mm

h : chiều sâu mực nước qua song chắn (m) thường lấy bằng chiều sâumực nước trong mương dẫn Chọn h = 0,1m

K : hệ số tính đến độ thu hẹp của dòng chảy khi sử dụng công cụ cào rác

cơ giới, K = 1,05

458 , 21 05 , 1 1 , 0 016 , 0 9 , 0

0309 , 0

Trong đó:

S: là bề rộng thanh đan hình chữ nhật; chọn S = 8mm

(n-1) : số thanh đan của song chắn rác

m n

l n

V x

h max2s





 : hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của thanh song chắn Chọn thanh tiếtdiện hình chữ nhật,  = 2,42

 : góc nghiêng song chắn rác so với hướng dòng chảy ,  = 60o

 Tổn thất áp lực qua song chắn rác

3 x 9,81 x 2

0,9 x 0,83

Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước song chắn:

o k

s

0,3

0,52tg

B -B

φ

= 0,275 (m)

Trong đó:

Bs : Chiều rộng của song chắn, Bs = 0,5 m

φ: góc mở rộng của buồng đặt song chắn rác Chọn φ=20o

Bk : chiều rộng của mương dẫn nước thải vào Chọn Bk = 0,3 m

Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn:

Các thông s xây d ng m ng đ t song ch n rác:ố xây dựng mương đặt song chắn rác: ựng mương đặt song chắn rác: ương đặt song chắn rác: ặt song chắn rác: ắn rác:

Hiệu quả xử lý : hàm lượng SS, BOD5 sau khi qua song chắn rác giảm 6%

và 5%

Hàm lượng SS còn lại : SS = 1425(1-0,06) = 1339,5( mg/l)

Hàm lượng BOD5 còn lại : BOD5 = 3800(1-0,05) = 3610 (mg/l)

Hàm lượng COD còn lại : COD = 5225(1-0,05) = 4964(mg/l)

t Q

Chọn chiều cao làm việc : H = 2,5 m

Chiều dài bể : L = 4m , chiều rộng B = 3m

Chiều cao bảo vệ h = 0,5m

Các thông s xây d ng h thu gom:ố xây dựng mương đặt song chắn rác: ựng mương đặt song chắn rác: ố xây dựng mương đặt song chắn rác:

STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế

giờ trung bình.Tuy nhiên vì không có số liệu trên nên ta tạm chấp nhận tínhtheo lưu lượng giờ lớn nhất

Thông số dùng thiết kế bể điều hòa

h

Thể tích bể điều hòa:

3 3

max

5,5565

/3,

t Q

V dh  h dh   

Trong đó

tdh là thời gian lưu nước trong bể điều hòa Chọn tdh = 5h

Chọn chiều cao làm việc của bể điều hòa H = 4m.

Diện tích bề mặt bể điều hòa:

2

140 4

5 , 556

m H

B L

Chiều cao tổng cộng : Htc = H + hbv = 4+ 0,5 = 4,5 (m)

Lưu lượng bơm bằng lưu lượng trung bình giờ: Qb = QhTB = 41,67m3/h

Cột áp bơm: 8 – 10 m Chọn H = 8m Công suất của bơm:

kW H

g

8 , 0 1000 3600

8 81 , 9 1000 67

, 41 1000

Q N

Chọn bơm có công suất 1,5Kw.Chọn 2 bơm, hoạt động luân phiên

Cấp khí cho bể điều hoà:

Bể điều hòa được xáo trộn bằng khí nén, lượng khí cần thiết cấp cho bể điềuhòa:

phút L phút

m m

phút m m V

kg ngày

h h phút phút

250

/ 6678







phút L

phút L r

q

Tính toán thông số đầu ra của bể điều hoà:

vậy hàm lượng BOD5 còn lại là:

L

mg /

2888 )

2 , 0 1 ( 3610 BOD5    

Bảng tóm tắt kết quả tính toán bể điều hòa

4.4 Bể Acid:

Khử CN- có trong nước thải sản xuất khoai mì và xử lý một phần nước thải.Chọn phương pháp lên men acid bằng vi sinh vật của bùn tự hoại và phân bò đểkhử CN- Tại bể acid hóa, COD giảm từ 10 -30% và phần lớn các chất hữu cơphức tạp như protein, chất béo, đường… chuyển hóa thành acid Theo nguyêncứu Khoa Môi Trường – Trường ĐH Bách Khoa thì khi bể đạt tải trọng caonhất chỉ cần 2 ngày là lượng CN ở 25mg/l bị khử hoàn toàn Bể acid cũng khửmột phần SS, do thời gian lưu khá dài.Chọn thời gian lưu nước t = 2 ngàyThể tích bể acid:

Va = Q x t = 1000  2 = 2000 ( m3 )Chọn chiều cao làm việc của bể : H = 5 m, chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m Chiều cao tổng cộng của bể acid là :

Htc = H + hbv = 5 + 5 = 5,5 (m)Diện tích bể :

) ( 400 5

0116 , 0 4 4

Qua bể Acid COD, BOD giảm 10%, SS giảm 20%

COD còn lại : COD = 4964 x (1-0,1) = 4467,6 (mg/l)

BOD5 còn lại : BOD5 = 3610 x (1-0,1) = 3249 (mg/l)

SS còn lại : SS = 1339,5 x (1-0,2) = 1072 (mg/l)

Tóm tắt kết quả tính toán bể Acid :

Thời gian khuâý trộn: 60s

Cường độ khuấy trộn: G = 1000 s-1

Nhiệt độ nước : 200C

Thể tích bể trộn cần: V = 60s x 0,0116m3/s = 0,7 m3

Bể trộn tròn: Có chiều cao H = 1,5m,

Chọn đường kính máy khuấy: D = 0,35m (21chiều rộng bể)

Máy khuấy đặt cách đáy 0,35m

Chiều rộng cánh khuấy = 0,07m

Chiều dài cánh khuấy = 0,09m

Năng lượng cần truyền vào nước:

kw s

J V

µ là độ nhớt của nước ở 20oC , µ = 0,001Ns/m2

Hiệu suất động cơ:   0 , 7

7 , 0

7 , 0

vg D

K

N

35 , 0 1000 08 , 1

5

3 / 1

 Khối lượng riêng của nước ,  1000Kg/m3

Phải có hộp giảm tốc cho động cơ

Đường kính ống dẫn nước ra lấy bằng đường kính ống dẫn nước vào vàbằng 120mm

Thời gian đưa nước từ bể trộn sang ngăn phản ứng tạo bông cặn < 1 phút,tốc độ nước 1 m/s -> chiều dài ống nối 2 bể này chọn <60 m

Các thông s xây d ng b tr n c khí;ố xây dựng mương đặt song chắn rác: ựng mương đặt song chắn rác: ể trộn cơ khí; ộn cơ khí; ơng đặt song chắn rác:

vị

Số liệu thiết kế

4.6 Bể phản ứng tạo bông cơ khí :

Giả sử qui trình phản ứng hiệu quả cần đạt được giá trị gradient tốc độ trungbình 50 s-1 trong thời gian 30 phút

GTB  t = 50  30 60 = 90 000  ( 50 000 - 100 000 )

Thể tích bể phản ứng:

3

83 , 20 30 60 24

1000

m t

m F

V

Theo chiều dài chia bể làm 3 buồng bằng các vách ngăn, mỗi buồng dài 1,8m

Thể tích các buồng là 7,2 m3.Cường độ khuấy trộn trong các buồng dự kiếnđạt các giá trị gradient tốc độ 70, 50, 30 s-1.

Ơ tâm các buồng đặt guồng khuấy theo phương ngang.Cấu tạo guồng khuấygồm trục quay và 4 bản cánh đặt đối xứng ở 2 phía quanh trục

Kích thước bản cánh chọn: rộng x dài = 0,1 m  1,6 m

Tiết diện bản cánh: f = 0,16 m2

Bản cánh đặt ở các khoảng cách tính từ tâm trục quay đến mép ngoài:

R1 = 0,75m; R2 = 0,55mTổng tiết diện bản cánh khuấy:

Fc = 4  f = 0,64( m2)Tiết diện ngang bể F = 4 m2

Tỷ lệ diện tích cánh khuấy:

1616,04

64,0

V

P G

P P

P m  



: hiệu suất truyền động của môtơ

Năng lượng tiêu hao ở mỗi buồng:

W x

x

P 0 , 001 7 , 2 70 2 35 , 28

7 , 0

28 , 35

W x

x

P 0 , 001 7 , 2 50 2 18

7 , 0

18

W x

x

P 0 , 001 7 , 2 30 2 6 , 48

7 , 0

48 , 6

Ta có:

2

2

3 2

p D

P P D

P D

v A C v v A C v F