Kỹ thuật xử lý nước thải trong nhà máy sản xuất tinh bột

Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và Châu Á Sắn được sử dụng khá phổ biên để sản xuất tinh bột , đây là nguồn nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp dệt , thực phẩm, cồn….. Sắn được trồng phổ biến ở rất nhiều châu lục như Trung – Nam Mỹ, Châu Phi và Châu Á. Các ngành công nghiệp từ cây sắn ngày càng phát triển và đem lại giá trị kinh tế cao.Tiêu biểu đó là nghành công nghiệp sản xuất tinh bột từ sắn. Thái Lan là một nước mà toàn bộ Sắn thu được đều được sử dụng trong công nghiệp với các sản phẩm chính là sắn lát, sắn viên và tinh bột sắn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CNSH - CNTP Môn: Kỹ thuật xử lý chất thải trong công nghệ thực phẩm

Nội Dung Đặc điểm nước thải nhà máy sản xuất tinh bột.

Biện pháp xử lý nước thải tinh bột.

Quy trình xử lý nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột sắn Hướng

Hóa và Kon Tum.

1

2

3

I Đặc điểm nước thải nhà máy sản xuất tinh bột.

a, Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và Châu Á

• Sắn được sử dụng khá phổ biên để sản xuất tinh bột , đây là nguồn

nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp dệt , thực phẩm, cồn…

• Sắn được trồng phổ biến ở rất nhiều châu lục như Trung – Nam

Mỹ, Châu Phi và Châu Á

• Các ngành công nghiệp từ cây sắn ngày càng phát triển và đem lại

giá trị kinh tế cao.Tiêu biểu đó là nghành công nghiệp sản xuất tinh bột từ sắn.

• Thái Lan là một nước mà toàn bộ Sắn thu được đều được sử dụng

trong công nghiệp với các sản phẩm chính là sắn lát, sắn viên và tinh bột sắn

b, Tình hình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam

• Việt Nam hiện đang sản xuất hàng năm hơn 2 triệu tấn sắn củ tươi, đứng thứ 11 trên thế giới về sản lượng sắn, nhưng lại là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thết giới sau Thái Lan và Indonesia

• Tinh bột sắn ở Việt Nam hiện đang là một trong bảy mặt hàng xuất khẩu mới có triển vọng được chính phủ và các địa phương quan tâm

• Hiện nay có 53 nhà máy sản xuất tinh bột sắn đi vào hoạt động và 7 nhà máy đang được xây dựng Ngoài ra còn có hơn 2000 cơ sở với quy mô nhỏ nằm rải rác ở các vùng trồng sắn và các làng nghề với công suất 60 000 - 80 000 tấn củ tươi/năm

• Một số nhà máy sản xuất tinh bột sắn với quy mô lớn tại Việt Nam:

Phú Mỹ (300- 500 tấn sp/ngày), Đồng Xuân (30.000 tấn sp/ngày), Sông Hinh

(33.000 tấn sp/ngày), Intimex Thanh Chương, Quảng Ngãi, Hướng Hóa…

2, Công nghệ sản xuất tinh bột

a , Quy trình sản xuất tinh bột sắn của Thái Lan

Sắn củ Bóc vỏ, tách tạp chất

Rửa củ Băm nhỏ Nghiền nhỏ Trích ly, tách xơ Phân ly

Ly tâm tách nước

Sấy khô Sàng đóng bao

b, Quy trình sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc

b, Quy trình sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc

Nguồn nước thải Hàm lượng (%) Thành phần, đặc điểm

Rửa củ và bóc vỏ 30 •• Chứa nhiều cát, sạn, xenlluloza…Hàm lượng chất hữu cơ không cao.

Giai đoạn tinh chế 60 • Cặn lơ lửng, cặn khó chuyển hóa: xơ mịn, pectin, cyanua, alcanoid, ligin, xenlulose và các cặn không tan

khác

Rửa, sàng, thiết bị, phòng thí nghiệm, nước sinh hoạt 10 • Các cặn bã, các chất dinh dưỡng (N, P), vi sinh vật.

3.Đặc trưng của nước thải trong sản xuất tinh bột sắn

 Trong quá trình sản xuất sử dụng lượng nước khá lớn trong khoảng 25- 40/tấn sản phẩm Lượng nước thải chiếm 80-90% lượng nước sử dụng

 Nước thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông số đặc trưng sau: pH thấp, hàm lượng chất hữu cơ và vô cơ cao, thể hiện qua hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), các chất dinh dưỡng chứa N, P, K các chỉ số nhu cầu sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa (COD), độ màu,… với nồng độ rất cao, chứa Xyanua với hàm lượng rất lớn

Thành phần tính chất nước thải tinh bột khoai mì

Chỉ tiêu Đơn vị Nước thải tổng TCVN 5945-2005 loại B

Nguồn: giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh

học – PGS.TS Nguyễn Văn Phước , 2010.

Nhận xét:

Thành phần nước thải phụ thuộc vào quy mô, trình độ, công nghệ sản xuất nhưng nhìn

chung nước thải trong ngành sản xuất tinh bột sắn chứa nhiều tinh bột, các axit hữu cơ, xơ, cặn nên hầu hết nước thải từ các cơ sở tinh bột sắn hàm lượng chất hữu cơ, tổng chất rắn đều cao

+ pH gần ở chỉ tiêu cho phép của chỉ tiêu TCVN 5945 -2005 loại B

+COD cao hơn TCVN 5945 -2005 khoảng hơn 200 lần

+ BOD vượt TCVN 5945 -2005 khoảng hơn 290 lần

+ Chỉ số SS so với chỉ tiêu cho phép của TCVN 5945 -2005 gấp 15 lần

+ Hàm lượng Xyanua gấp khoảng 20 – 750 lần

+ Về cảm quan: nước thải có màu trắng ngà, đục, bốc mùi chua nồng

- Chất lượng nước thải trong quy trình sản xuất tinh bột sắn hoàn toàn không đáp ứng được tiêu chuẩn môi trường Ngoài tính axit, nước thải còn chứa lượng chất rắn, các chất hữu cơ, HCN cần được xử lý Khoảng dao động về các tiêu chí nước thải cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép

Tác động của nước thải nhà máy sản xuất tinh

nguồn nước tiếp nhận

BOD, COD cao

• Chứng tỏ hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy cao.

• Làm giảm oxy hòa tan trong nước, thúc đẩy quá trình phân hủy yếm khí của VSV trong nước gây mùi hôi thối ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng môi trường.

Hàm lượng SS cao

• Gây lắng đọng và thu hẹp diện

tích các mương dẫn và các dòng

tiếp nhận nước thải.

• Làm giảm lượng Oxy hòa tan

 Như vậy nước thải của ngành sản xuất tinh bột sắn hiện nay nếu không được xử lý thích hợp trước khi thải ra môi trường sẽ là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng.

 Trên thực tế đã có nhiều nhà máy chế biến tinh bột bị đình chỉ hoạt động do xả nước thải chưa qua xử lý, hay nước chưa đạt tiêu chuẩn ra ngoài môi trường điển hình như: Nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi năm 2008, Vedan tại Hà Tĩnh, Thanh Chương Nghệ An năm 2009, Thừa Thiên Huế năm 2013…

 Xử lý triệt để nước thải nhà máy tinh bột là một vấn đề môi trường mang tính thời

sự và cấp thiết, cần phải được giải quyết để nhằm bảo vệ môi trường và tạo cơ sở

để nghành tinh bột sắn phát triển bền vững.

II Các biện pháp xử lý nước thải chế biến

tinh bột sắn.

1 Tái sử dụng nước thải và sử dụng nước sạch

-Ở hầu hết các doanh nghiệp chế biến tinh bột sắn tiết kiệm nước bằng việc tái sử dụng

nguồn nước thải, một số nhà máy lớn đã tái sử dụng nước thải, như nước thải của quá trình phân ly có thể sử dụng lại cho công đoạn rửa củ

-Ở một số công đoạn khác như rửa củ, nước sạch được sử dụng khá lãng phí, không tuần hoàn Nước sạch sẽ giảm đáng kể trong công đoạn này nếu nước rửa được tuần hoàn lại nhiều lần tạo vòng khép kín

-Các biện pháp nội vi cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu nước thải

2 Phân luồng dòng thải

 MĐ: giảm tải lượng nước thải cần xử lý, giảm thế tích bể cần xử lý

 Việc phân luồng dòng thải tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý và xử lý có

hiệu quả

Phân luồng dòng thải

Dòng nước thải ít ô

nhiễm: nước thải thu

được trong quá trình rửa

củ sắn tươi chứa chủ yếu

là đất cát và một lượng

nhỏ sắn bị vỡ do va đập

trong quá trình rửa củ

Dòng nước thải ô nhiễm vừa: nước

rửa sàn nhà, thiết bị, nước thải từ phòng thí nghiệm, từ sinh hoạt của công nhân

viên…

Dòng nước thải ô nhiễm nặng: nước thải trong quá

trình sàng lọc và trích ly chứa hàm lượng chất hữu

cơ cao, hàm lượng cặn lơ lửng lớn, pH thấp, ngoài ra còn chứa các chất khó hoặc chậm chuyển hóa như: dịch bào, xơ sắn, pectin…

3 Phương pháp xử lý cơ học

nước thải để đảm bảo cho bơm, đường ống hoạt động hiệu quả, không bị tắc đồng thời giảm tải lượng ô nhiễm.

 Các phương pháp: Sử dụng song chắn rác hoặc bể lắng trọng lực, lọc, tách, ly tâm

 Song chắn rác: Loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn như rác, vỏ khoai… gây tắc nghẽn

hệ thống xử lý Có thể sử dụng song chắn có lỗ hình vuông, tròn hoặc hỗn hợp

 Bể lắng cơ học: Nước thải rửa sắn có chứa nhiều đất, cát, sạn, vỏ…, nước tinh chế sắn chứa nhiều xenlulose, các chất xơ khác và có lẫn tinh bột từ quá trình ly tâm tách nước nên ta có thể áp dụng phương pháp lắng lọc cơ học để xử lý nước thải trước khi đưa đến giai đoạn xử lý tiếp theo Những tạp chất này tương đối dễ tách ra khỏi nước thải

 Các loại bể lắng cơ học: bể lắng ngang và bể lắng đứng Ngoài ra để tăng hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổi khí cũng được sử dụng rộng rãi.

- Đối với bể lắng ngang: Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt

quá 0,3 m/s Vận tốc này cho phép các hạt cát, các hạt sỏi và các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy, còn hầu hết các hạt hữu cơ khác không lắng và được xử lý ở các công trình tiếp theo

- Bể lắng đứng: nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên, các hạt

cặn rơi ngược chiều với chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống dưới Các hạt cặn

có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dâng của dòng nước sẽ lắng xuống được

- Bể lắng có sục khí: được thiết kế theo quan sát chuyển động của chất lỏng xoáy

tròn làm các hạt rắn trong chất lỏng tích lũy lại nhất là các hạt có kích thước > 0.2mm, có các ống phân phối khí đặt cách đáy bể 0.45 - 0.6m

Bể lắng ngang Bể lắng đứng

Bể lắng cát có sục khí

 Cát sau lắng được lấy ra khỏi bể bằng phương pháp thủ công, thiết

bị bơm thủy lực hoặc sử dụng thiết bị cơ giới như gàu tải, bơm trục vít, bơm khí nén…

 Nước sau lắng có hàm lượng SS, TS giảm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý tiếp theo

 Cặn lắng có chứa sơ mịn và tinh bột có thể tận dụng làm thức ăn gia súc hoặc làm phân bón.

 Tác nhân keo tụ được sử dụng để xử lý nước thải tinh bột sắn thường là những chất

có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp Trong nước thải tinh bột sắn ta nên dùng

polymer hữu cơ (PAA) vì chất này khá phổ biến và rẻ tiền, dễ sử dụng đặc biệt là không gây ô nhiễm thứ cấp, dễ dàng tự hủy trong thời gian ngắn

 Sau khi keo tụ tạo thành bông có kích thước lớn nên dễ dàng tách nhờ quá trình

lắng

Quá trình keo tụ

 Trước khi xử lí hóa học phải cho nước thải đi qua bể điều hòa nhằm ổn định dòng chảy và chất lượng nước thải đầu vào.

 Bể Axit hóa : trong nước thải có chứa CN- với hàm lượng khoảng 2-75mg/l

Acetate hóa

 Tỉ lệ BOD/COD > 0,5  Thích hợp xử lí bằng biện pháp sinh học.

 Sau giai đoạn axit hóa nước thải vẫn có hàm lượng BOD và COD rất cao 

Xử lý bằng biện pháp yếm khí trước để làm giảm BOD và COD

 Nước thải sau bể axit hóa có PH 4-5

5 Phương pháp sinh học

Cơ chế quá trình

xử lý yếm

khí

1 Thủy phân: Nhóm vi

sinh vật tự nhiên có trong nước

thải phân hủy chất hữu cơ

phức tạp thành các chất đơn

giản có phân tử lượng nhỏ

như: monosacarit, aminoaxit

2 Lên men axit hữu cơ:

Nhóm vi khuẩn lên men tạo axit biến đổi các hợp chất hữu

cơ đơn giản thành các axit hữu

cơ là axit acetic, lactic, butyric, NH3, H2S, CO2 3.Khí hóa: Nhóm vi khuẩn

tạo metan chuyển hóa hydro

và axit hữu cơ thành khí CH4

và CO2

Phương trình phản ứng chung

Chất hữu cơ + Vi sinh vật kỵ khí → CO2 + CH4 + H2S + sinh khối mới + …

Ưu điểm

• Có thể xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ rất cao

• Có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ phân tử lượng lớn, cấu trúc phức tạp mà các phương pháp khác hầu như không xử lý được

• Lượng bùn tạo ra nhỏ

• Sản phẩn phân giải có thể thu Biogas

Nhược điểm • Thời gian lưu nước khá lâu

• Bùn có mùi khó chịu.

Các phương pháp xử lí yếm khí

Hồ kị khí Tiếp xúc kỵ khí UASB

Công nghệ Ưu điểm Nhược điểm

• Gây mùi khó chịu

• Không thu hồi được khí sinh ra.

Tiếp xúc kỵ

khí

 Hiệu quả xử lí khá cao: 80-95% BOD, 65-90% COD

 Phù hợp với nước thải có hàm lượng SS cao

• Vận hành phức tạp

• Phải có hệ thống tách khí để dễ tách bùn trong bể lắng

UASB

 Thiết bị chiếm ít diện tích

 CN- còn sót lại sẽ tiếp tục được xử lý

 Xử lí BOD trong khoảng 600-15000mg/l Hiệu quả

xử lí 70-90%.

 Sinh khối ít, BOD trong nước thải thấp

 Mùn không có mùi, có thể dùng làm phân bó hữu cơ,

ít bị thay đổi hoạt tính khi ko hoạt động

• Giai đoạn axit hóa nếu CN - chưa được phân hủy triệt để sẽ được phẩn hủy tiếp

• Nước thải tinh bột sắn có hàm lượng BOD và COD cao,

• Mùn không có mùi

• Khí thu được có thể sử dụng làm Biogas.

- Cơ chế:

Nước thải đưa vào bể UASB được phân phối từ

dưới lên với vận tốc từ 0.6-0.9m/h, đi qua lớp bùn

vsv kỵ khí lơ lửng Tại đây xảy ra quá trình phân

giải các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất có

khối lượng phân tử nhỏ, hình thành CH4, CO2, tạo

lên sự xáo trộn bên trong bể Khí tạo ra có khuynh

hướng bám vào các hạt bùn, nổi lên trên bề mặt va

chạm vào tấm hướng dòng Các tấm này sẽ tách khí,

bùn và nước Các hạt bùn được tách khí sẽ rơi xuống

lại tầng bùn lơ lửng Khí sinh học được thu bằng hệ

thống thu khí, nước dâng lên và được thu hồi theo

ống dẫn sang bể xử lý tiếp theo.

Xử lý hiếu khí

 Sau khi xử lý yếm khí bằng bể USAB, hàm lượng BOD, COD có thể giảm 70-90% nhưng vẫn ở mức cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn nước thải loại B  nước thải được tiếp tục xử lý hiếu khí

 Nguyên Tắc: Sử dụng vi sinh vật hiếu khí để oxy hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước

thải

 Phương trình phản ứng chung:

Chất hữu cơ + Vi sinh vật hiếu khí  CO2 + SO42- + PO43- + NH3 + sinh khối vi sinh vật

+ H2O + Nhiệt

- Tốc độ oxy hóa nhanh

- Thời gian trong hệ thống ngắn

- Không gây mùi

- Phải đảm bảo cung cấp đủ khí

- Chỉ dùng cho nước thải có hàm lượng ô nhiễm thấp

- Sinh ra lượng bù lớn

• Hàm lượng SS không

quá 150mg/l.

• Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%.

• Vận hành đơn giản, an toàn.

• Thích hợp với nhiều loại nước thải.

• Thuận lợi khi nâng cấp công suất đến 20% mà không phải gia tăng thể tích bể.

• Với bể lọc nhỏ giọt nếu

SS > 50mg/l cần xử lí trước tránh tắc nghẽn

• Quá trình Nitrat hóa diễn ra triệt để

• Thông khí tự nhiên tiết kiệm điện năng

• Hiệu quả xử lí theo BOD đạt 90%

• Dễ bị tắc nghẽn, hiệu suất làm sạch nhỏ

• Nước thải sau xử lí có hàm lượng

• Thời gian lưu ngắn do diện tích bề mặt tiếp xúc lớn

• Tạo ít bùn

• Quá trình Nitrat triệt để

• Chi phí vận hành điện năng giảm

• Hiệu suất xử lí theo BOD có thể đạt 90%, chất dinh dưỡng (N, P) trên 35%

80-• Yêu cầu cấp điện liên tục

• Đầu tư cao cho vận hành và bảo trì

• Không phù hợp với khí hậu lạnh vì vsv phát triển kém

Bể Aroeten

- Là công trình bê tông cốt thép hình chữ nhật hoặc hình tròn Nước thải chảy qua suốt chiều dài

bể và dùng biện pháp thổi khí nén và khuấy đảo cơ học nhằm tăng cường lượng oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa chất hữu cơ có trong nước, làm cho VSV tạo thành các hạt bùn hoạt tính lơ lửng trong khắp pha lỏng

cơ

Tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải

Tái sinh bùn hoạt tính tuần hoàn và đưa chúng về

bể aroten

 Bùn hoạt tính ở đáy bể lắng được thu gom về bể nén bùn, 1 phần được bơm tuần hoàn về

bể Aroten nhằm duy trì lượng vsv trong bể

 Tại bể nén bùn trọng lực bùn được nén để làm giảm thể tích bùn, sau đó được bơm đến ngăn khuấy trộn của máy ép lọc băng tải để khuấy trộn với Polyme, rồi qua hệ thống băng tải ép bùn Bùn thải có thể đem chôn lấp hoặc sử dụng làm phân bón

Hồ sinh học

 Nước thải qua bể lắng chảy vào hồ sinh học: các hợp chất hữu cơ còn xót lại sẽ được phân hủy triệt để nhờ quá trình tự làm sạch của hồ

 Thời gian lưu nước trong hồ là 10 ngày

 Sau thời gian lưu nước thải được xả vào nguồn tiếp nhận

Phân luồng nước

thải

Nước thải công nghệ Song chắn rác Lắng cát

III Quy trình xử lý nước thải của

nhà máy sản xuất tinh bột sắn

Hướng Hóa và Kon Tum.

1 Quy trình xử lý nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột sắn Hướng Hóa.

MỘT SỐ NÉT CHÍNH VỀ NHÀ MÁY

• Đi vào hoạt động vào ngày 9/3/2004

• Từ năm 2008 trở về trước, do không xử lý được triệt để chất thải nên đã gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người dân

• Hiện nay công suất 220 tấn tinh bột/ngày đêm tương đương 800 tấn sắn NL/ngày đêm

• Xả ra môi trường trên 3500 m3 nước thải

• Để xử lý triệt để các vấn đề về môi trường trong quá trình sản xuất, Cty đã đầu tư hệ thống xử lý nước thải với tổng kinh phí trên 40 tỷ đồng

• Nước thải trong quá trình sản xuất gồm chủ yếu 2 loại:

• Chủ yếu là đất cát, ít bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ hòa tan nên tách riêng xử lý đơn giản và tận dụng để rửa lại củ.

• Hàm lượng COD, BOD, SS không đáng

kể PH không thay đổi nhiều

• Chứa nhiều: tinh bột, đường, protein, xeluloza, các khoáng chất

và độc tố CN-.

• Do đó hàm lượng COD, BOD, SS,

P, N, CN cao hơn tiêu chuẩn nhiều lần

• PH giảm nhiều