CÔNG NGHỆ XỬ LÝ XYANUA từ nhà máy sắn

Tinh bột khoai mì là thực phẩm cho hơn 500 triệu người trên Thế Giới (theo Cock,1985; Jackson Jackson, 1990) được các nước trên Thế Giới sản xuất và xuất khẩu. Brazil sản xuất khoảng 25 triệu tấn năm. Nigeria, Indonesia và Thái Lan cũng sản xuất một lượng lớn để xuất khẩu (CAIJ,1993). Châu Phi sản xuất khoảng 85,2 triệu tấn năm 1997, Châu Á 48,6 triệu tấn và 32,4 triệu tấn do Mỹ La Tinh và Caribbean sản xuất (FAO,1998).

Thị trường tinh bột ngày càng tăng do nhu cầu sử dụng nguyên liệu cho sản xuất ngàycàng tăng của các ngành sản xuất bánh kẹo, bột ngọt ; đặc biệt là nhu cầu cho việc sửdụng để sản xuất nhiên liệu sạch( nhiên liệu sinh học)

Hiện nay ở nước ta, trong các ngành công nghiệp trọng điểm của đất nước thì tinh bộtsắn là một ngành kinh tế đang được sự chú trọng và thu hút đầu tư của các nhà sản xuất.Đặc biệt là lĩnh vực sử dụng nguyên liệu sắn cho các nhà máy sản xuất Etanol đang ngàyđược mở rộng về phạm vi và quy mô Nó tạo ra những lợi ích kinh tế, lợi ích xã hội tolớn: tạo công ăn việc làm cho người lao động, đóng góp cho ngân sách nhà nước, ổn địnhvấn đề nguyên liệu cho sản xuất trong nước, qua đó ổn định thị trường Tuy nhiên cùngvới sự phát triển của nhà máy, luôn kèm theo nhiều vấn đề bức thiết cần giải quyết Trong

đó vấn đề nước thải nhà máy được đặt lên hàng đầu Nguyên do đây là ngành sản xuất sửdụng nước tương đối lớn, nước thải từ quá trình chế biến tinh bột sắn gây ô nhiễm nguồntiếp nhận chất hữu cơ, dòng thải phân hủy sinh ra mùi hôi thối và một số chất khí làm ảnhhưởng đến môi trường không khí Nguy hiểm hơn khi nước thải được thải ra từ quá trìnhlên men tinh bột sắn, nếu không được xử lý trước khi ra môi trường sẽ gây ra những táchại to lớn cho con người, môi trường và sinh vật, do chứa một hàm lượng tương đốiXianua

Đáp ứng nhu cầu thực tế đó, chúng ta sẽ đi tìm hiểu công nghệ xử lý Xianua có trongnước thải trong quá trình sản xuất tinh bột sắn

MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG THỰC HIỆN

Mục Tiêu Của Đề Tài

 Xác định thành phần tính chất nước thải sản xuất tinh bột mì

 Xử lý cianua trong nước thải tinh bột sắn

Nội Dung Thực Hiện

 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

 Thu thập các phương án xử lý nước thải ngành sản xuất tinh bột

 Thu thập các phương án xử lý cianua trong nước thải

 Lựa chọn công nghệ xử lý cianua

KÍ HIỆU VIẾT TẮT

BOD: Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầuọoxi 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 lửng

FAO: Tổ chức lương thực Thế giới

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN

I. Giới thiệu chung [7]

Tinh bột khoai mì là thực phẩm cho hơn 500 triệu người trên Thế Giới (theo Cock,1985; Jackson & Jackson, 1990) được các nước trên Thế Giới sản xuất và xuất

khẩu Brazil sản xuất khoảng 25 triệu tấn /năm Nigeria, Indonesia và Thái Lan cũng sản

xuất một lượng lớn để xuất khẩu (CAIJ,1993) Châu Phi sản xuất khoảng 85,2 triệu tấn

năm 1997, Châu Á 48,6 triệu tấn và 32,4 triệu tấn do Mỹ La Tinh và Caribbean sản xuất

(FAO,1998) Nguyên liệu chế biến Tinh bột khoai mì từ củ mì tươi có cấu tạo và thành

phần như sau:

1. Cấu tạo củ khoai mì

Hình 1.1 Cấu tạo củ khoai mì Cấu tạo của khoai mì [7]

Củ khoai mì có dạng hình trụ, vuốt hai đầu Kích thước củ tùy thuộc vào thành phầndinh dưỡng của đất và điều kiện trồng, dài 0,1 ÷1 m, đường kính 2 ÷10 cm Cấu tạo gồm

4 phần chính: lớp vỏ gỗ, vỏ cùi, phần thịt củ và phần lõi

2 Phân loại khoai mì

Có nhiều cách phân loại khoai mì khác nhau, nhưng chủ yếu là được phân ra từ hailoại: khoai mì đắng và khoai mì ngọt Việc phân loại này phụ thuộc vào thành phầncyanohydrin có trong củ mì

Dựa vào thành phần Cyanohydryn có trong củ mì mà người ta phân nó ra làm 2 loạiKhoai mì đắng và khoai mì ngọt:

 Khoai mì đắng (Manihot palmata Manihot aipr Pohl): Hàm lượng HCN hơn50mg /kg củ Khoai mì đắng có thành phần tinh bột cao, sử dụng phổ biến làm nguyênliệu cho các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp hoá dược, công nghiệpgiấy và nhiều ngành công nghiệp khác

 Khoai mì ngọt (Manihot aipr hay Manihot utilissima Pohl): Hàm lương HCN nhỏhơn 50mg/ kg củ Khoai mì ngọt được dùng làm thực phẩm tươi vì vị ngọt và dễ tạothành bột nhão, dễ nghiền nát hay đánh nhuyễn

- Thành phần hóa học củ khoai mì: thay đổi tuỳ thuộc vào giống, tính chất, độ dinh

dưỡng của đất, điều kiện phát triển của cây và thời gian thu hoạch

Bảng 1.1: Thành phần hoá học cây khoai mì [7]

3 Tình hình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam và thế giới:

Sắn được sử dụng khá phổ biến để sản xuất tinh bột, đây là nguồn nguyên liệu

cho nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp dệt, thực phẩm, may mặc, bánh kẹo, sản xuất lên men cồn, sản xuất acid hữu cơ,

Bảng 1.2 Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của thế giới từ năm 1995 – 2008[12]

Diện tích

Năng suất (tấn/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

Nguồn: Trần Công Khanh tổng hợp từ FAOSTAT qua các năm.

Bảng 1.3 Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của Việt Nam giai đoạn 1995 –

2008[12]

(nghìn ha)

Năng suất (tấn/ha)

Sản lượng ( triệu tấn)

Nguồn: Trần Công Khanh tổng hợp từ Niên giám thống kê qua các năm.

Bảng 1.4 Diện tích, năng suất và sản lượng của các vùng sinh thái Việt Nam năm 2008 [12]

(1000 ha) (tấn/ha) (1000 tấn)

2 Trung du và miền núi phía Bắc 110,00 12,07 1.328,00

3 Bắc Trung bộ và Duyên hải miền

Nguồn: Trần Công Khanh tổng hợp từ Niên giám thống kê qua các năm.

Hình 1.2 Giá trị kinh tế của củ khoai mì [7]

CỦ MÌ TƯƠI

Thực phẩm trực tiếp

Bột

Sắt látViên nén

Khoai mì

Sấy khô

Lắng

Đóng

BÀI TIỂU LUẬN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG GVHD: TS PHẠM XUÂN NÚI

Độc tố CN: Độc tố trong khoai mì tồn tại dưới dạng CN Tùy thuộc vào giống và đấttrồng mà hàm lượng độc tố trong khoai mì khoảng 0,001 – 0,04% Cyanua là nguyên tốgây độc tính cao đối với con người và thủy sinh vật Cyanua tự do tồn tại dưới dạng HCNhay CN là dạng độc tính nhất trong nước là HCN Cyanua ngăn cản quá trình chuyển hóacác ion vào da, túi mật, thân, ảnh hưởng đến quá trình phân hóa tế bào trong hệ thầnkinh CN gây độc tính cho cá, động vật hoang dã, vật nuôi

4 Một số quy trình công nghệ sản xuất tinh bột [7]

Một số quy trình công nghệ sản xuất tinh bột khoai mì trên thế giới

Hình 1.3: Quy trình sản xuất tinh bột của Indonesia [7]

Quy trình chế biến củ khoai mì để sản xuất tinh bột được thực hiện như sau:

nước

Trích ly, chiếc suất Bã mì

Quy trình công nghệ sản xuất được áp dụng theo công nghệ của Thái Lan, quy trìnhđồng bộ khắp kín, kỹ thuật tiên tiến mang tính tự động hóa cao, thực hiện trích ly vàhydrat hóa sữa bột nhiều lần lập đi lập lại, làm tăng chất lượng tinh bột và tăng tỉ lệ thuhồi sản phẩm Thời gian từ khi nguyên liệu nhập vào dây chuyền máy móc đến khi sảnphẩm ra khoảng 1 giờ Thao tác sử dụng và vận hành máy móc, thiết bị đơn giản, dễ thựchiện

Ưu điểm chính của công nghệ Thái Lan: Công đoạn trích ly chiết suất được thực hiệnqua nhiều giai đoạn, kết hợp với xử lý bột bằng SO2 Do đó quy trình công nghệ của TháiLan cho tỷ lệ thu hồi hồ tinh bột cao, lượng tinh bột tạo ra theo bã có thể hạn chế tới mứcthấp nhất

II Thành phần và tác động của các chất hóa học có trong nước thải ở nhà máy chế biến tinh bột sắn [13]

1. Thành phần các chất có trong nước thải của nhà máy chế biến tinh bột sắn

Nước sản xuất được sử dụng nhiều nhất ở công đoạn rửa và ly tâm tách bã Lượngnước thải ra môi trường thường chiếm 80- 90 % nước sử dụng

Nước thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông số đặc trưng như:

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 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 với tiêuchuẩn 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, thườngdao động trong khoảng 20-25m3/ tấn nguyên liệu, có chứa SS, BOD, COD rất cao

- 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 chất cặn

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

Ngoài ra, trong quá trình sản xuất, HCN hoà tan trong nước rửa bã, thoát khỏi dâychuyền sản xuất cũng góp phần gây ô nhiễm môi trường tạo màu sẫm của nước thải Bên cạnh nước thải còn có khí thải trong nhà máy sản xuất tinh bột sắn phải kể đến làcác hợp chất SOx từ quá tŕnh tẩy rửa dùng nước SO2, dung dịch NaHSO3, CO2 từ quá tŕnhlên men, các loại khí NH4, indon, scaton, H2S, CH4 từ các quá tŕnh lên men yếm khí vàhiếu khí các hợp chất hữu cơ như tinh bột, đường, protein trong nước thải, bã thải Cácchất thải rắn như vỏ sành (vỏ lớp ngoài cùng của củ sắn), các phần sơ, bã thải rắn chứanhiều xenluloza, bã lọc từ máy lọc, máy ly tâm

Kết quả phân tích nước thải tại một số doanh nghiệp sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam

(Bảng 1.5)

Bảng 1.5 Chất lượng nước thải của từ sản xuất tinh bột sắn [13]

Kết quả phân tích nước thải tại một số doanh nghiệp sản xuất tinh bột sắn

ở Việt Nam

Ghi chú: * Các thông số quy định trong tiêu chuẩn, chưa xét hệ số liên quan đếndung tích nguồn tiếp nhận và hệ số theo lưu lượng nguồn thải, trong đó:

A - Thải vào nguồn tiếp nhận dùng cho mục đích sinh hoạt

B - Nguồn tiếp nhận khác, ngoài loại A

C - Nguồn tiếp nhận được quy định

Bảng trên cho thấy chất lượng nước thải từ quy trình sản xuất tinh bột sắn hoàn toànkhông đáp ứng được tiêu chuẩn môi trường Ngoài tính chất axit, nước thải còn chứalượng chất rắn, các chất hữu cơ, HCN cần được xử lý Bên cạnh đó, khoảng cách daođộng về các chỉ tiêu nước thải cao hơn nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép Thành phầnnước thải phụ phuộc vào quy mô sản xuất, tổng mức đầu tư, trình độ công nghệ và hệthống thiết bị xử lý nước thải, quy trình vận hành và quan trắc môi trường Với hàmlượng BOD/ COD như bảng trên, nước thải ngành sản xuất tinh bột sắn có thể được xử lýyếm khí (UASB), hiếu khí, hồ sinh học, sử dụng chế phẩm vi sinh vật để đáp ứng các tiêuchuẩn môi trường Tuy nhiên, nước thải sản xuất tinh bột sắn ở các quy mô khác nhau,hầu như chưa đạt được tiêu chuẩn nước thải công nghiệp của Việt Nam

2 Tác động của các chất có trong nước thải.

- Biochemical Oxygen Demand (BOD) là nhu cầu oxy sinh hoá học xác định mức độ ônhiễm của nước cấp, nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt

- Chemical Oxygen Demand (COD) là nhu cầu oxy hoá học để oxy hoá các chất hữu

cơ và vô cơ chứa trong nước thải công nghiệp

Sự ô nhiễm của các chất hữu cơ dẫn đến suy giảm nồng độ ôxy hòa tan (DO) nước.Ôxy hòa tan giảm sẽ tác động nghiêm trọng đến hệ thủy sinh, đặc biệt là hệ vi sinh vật

Khi xảy ra hiện tượng phân hủy yếm khí với hàm lượng BOD quá cao sẽ gây thốinguồn nước và giết chết hệ thủy sinh, gây ô nhiễm không khí xung quanh và phát tán trênphạm vi rộng theo chiều gió.

- Chất rắn lơ lửng (SS) cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực tới tài nguyên thủysinh đồng thời gây mất cảm quan, bồi lắng lòng hồ, sông suối

- Axit hữu cơ xyanuahydric (HCN) là độc tố có trong vỏ sắn Khi chưa đào, trong củsắn không có HCN tự do mà ở dạng liên kết glucozit gọi là phazeolutanin có công thứchóa học là C10H17NO6 Sau khi đào, dưới tác dụng của enzym xyanoaza hoặc trong môitrường axit thì phazeolutanin phân hủy tạo thành glucoza, axeton và axit xyanuahydric.Axit này gây độc toàn thân cho người Xyanua ở dạng lỏng trong dung dịch là chất linhhoạt, khi vào cơ thể nó kết hợp với enzym trong xitochrom làm ức chế khả năng cấp ôxycho hồng cầu Do đó, các cơ quan của cơ thể bị thiếu ôxy Nồng độ HCN thấp có thể gâychóng 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 giăn, đau nhói vùng tim, tim ngừngđập và gây tử vong

Trong sản xuất sắn, HCN tồn tại trong nước thải, có phản ứng với sắt tạo thành sắtxyanua có màu xám Nếu không tách nhanh HCN sẽ ảnh hưởng tới màu của tinh bột vàmàu của nước thải Hàm lượng độc tố HCN trong củ sắn 0,001- 0,04 % chủ yếu ở vỏ.Lượng cyanhydric trong nước thải chế biến củ khoai mì có thể lên đến 3- 5mg/l, trong khichỉ với hàm lượng dưới 0,3 mg/l đã gây chết cá hàng loạt Củ mì tươi cũng như (vỏ củ vàbã) có chứa một lượng chất độc hại dưới dạng Glycoside linamarin C10H17O6N

CHƯƠNG II : TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN

A CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ [6]

I PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC

Phương pháp xử lý cơ học sử dụng nhằm mục đích tách các chất không hoà tan và mộtphần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải Những công trình xử lý cơ học bao gồm :

Hiệu quả của Phương pháp xử lý cơ học :

Có thể loại bỏ được đến 60% tạp chất không hoà tan có trong nước thải và giảm BODđến 30% Để tăng hiệu suất công tác của các công trình xử lý cơ học có thể dùng biệnpháp làm thoáng sơ bộ, thoáng gió đông tụ sinh học, hiệu quả xử lý có thể đạt tới 75%theo hàm lượng chất lơ lửng và 40-50 % theo BOD

Trong số các công trình xử lý cơ học có thể kể đến bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể lắngtrong có ngăn phân huỷ là những công trình vừa để lắng vừa để phân huỷ cặn lắng

II PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ

Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý là áp dụng các quátrình vật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động vớicác tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hoàtan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường Giai đoạn xử lý hoá lý có thể làgiai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hoá học, sinh họctrong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh

Những phương pháp hoá lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là: keo tụ, đông

tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêu lọc…

1 Phương pháp keo tụ và đông tụ

2 Tuyển nổi

3 Hấp phụ

4 Phương pháp trao đổi ion.

5 Các quá trình tách bằng màng

6 Phương pháp điện hoá

7 Phương pháp trích ly

III PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

Các phương pháp hoá học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hoà, oxy hoá vàkhử Tất cả các phương pháp này đều dùng các tác nhân hoá học nên là phương pháp đắttiền Người ta sử dụng các phương pháp hoá học để khử các chất hoà tan và trong các hệthống cấp nước khép kín Đôi khi các phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước

xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối

để thải vào nguồn

1 Phương pháp trung hoà

2 Phương pháp oxy hoá khử

3 Khử trùng nước thải

IV PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Phương pháp xử lí sinh học là sử dụng khả năng sống, hoạt động của vi sinh vật đểphân huỷ các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các hợp chấthữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trìnhdinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản

vì thế sinh khối của chúng được tăng lên Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinhvật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa Phương pháp xử lý sinh học có thể thực hiện trongđiều kiện hiếu khí (với sự có mặt của oxy) hoặc trong điều kiện kỵ khí( không có oxy).Phương pháp xử lý sinh học có thể ứng dụng để làm sạch hoàn toàn các loại nước thảichứa chất hữu cơ hoà tan hoặc phân tán nhỏ Do vậy phương pháp này thường được ápdụng sau khi loại bỏ các loại tạp chất thô ra khỏi nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao

Quá trình xử lý sinh học gồm các bước

 Chuyển hoá các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hoà tan thànhthể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh

 Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơtrong nước thải

 Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng

1 Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên

Để tách các chất bẩn hữu cơ dạng keo và hoà tan trong điều kiện tự nhiên người ta xử

lý nước thải trong ao, hồ ( hồ sinh vật) hay trên đất ( cánh đồng tưới, cánh đồng lọc…)

- Hồ sinh vật

Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hoá,

hồ ổn định nước thải, … xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học Trong hồ sinh vậtdiễn ra quá trình oxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loạithủy sinh vật khác, tương tự như quá trình làm sạch nguồn nước mặt Vi sinh vật sử dụngoxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy từ không khí để oxy hoácác chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân huỷ,oxy hoá các chất hữu cơ bởi vi sinh vật Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị

pH và nhiệt độ tối ưu Nhiệt độ không được thấp hơn 60C

Theo bản chất quá trình sinh hoá, người ta chia hồ sinh vật ra các loại hồ hiếu khí, hồsinh vật tuỳ tiện (Faculative) và hồ sinh vật yếm khí

- Hồ sinh vật hiếu khí

Quá trình xử lý nước thải xảy ra trong điều kiện đầy đủ oxy, oxy được cung cấp quamặt thoáng và nhờ quang hợp của tảo hoặc hồ được làm thoáng cưỡng bức nhờ các hệthống thiết bị cấp khí Độ sâu của hồ sinh vật hiếu khí không lớn từ 0,5-1,5m

- Hồ sinh vật tuỳ tiện

Có độ sâu từ 1.5 – 2.5m , trong hồ sinh vật tùy tiện, theo chiều sâu lớp nước có thểdiễn ra hai quá trình : oxy hoá hiếu khí và lên men yếm khí các chất bẩn hữu cơ Trong hồsinh vật tuỳ tiện vi khuẩn và tảo có quan hệ tương hỗ đóng vai trò cơ bản đối với sựchuyển hoá các chất

 Hồ sinh vật yếm khí

Có độ sâu trên 3m ,với sự tham gia của hàng trăm chủng loại vi khuẩn kỵ khí bắt buộc

và kỵ khí không bắt buộc Các vi sinh vật này tiến hành hàng chục phản ứng hoá sinh học

để phân huỷ và biến đổi các hợp chất hữu cơ phức tạp thành những chất đơn giản, dễ xử

lý Hiệu suất giảm BOD trong hồ có thể lên đến 70%.Tuy nhiên nước thải sau khi ra khỏi

hồ vẫn có BOD cao nên loại hồ này chỉ chủ yếu áp dụng cho xử lý nước thải công nghiệprất đậm đặc và dùng làm hồ bậc 1 trong tổ hợp nhiều bậc

- Cánh đồng tưới - Cánh đồng lọc

Cánh đồng tưới là những khoảng đất canh tác, có thể tiếp nhận và xử lý nước thải Xử

lý trong điều kiện này diễn ra dưới tác dụng của vi sinh vật, ánh sáng mặt trời, không khí

và dưới ảnh hưởng của các hoạt động sống thực vật, chất thải bị hấp thụ và giữ lại trong

đất, sau đó các loại vi khuẩn có sẵn trong đất sẽ phân huỷ chúng thành các chất đơn giản

để cây trồng hấp thụ Nước thải sau khi ngấm vào đất, một phần được cây trồng sử dụng.Phần còn lại chảy vào hệ thống tiêu nước ra sông hoặc bổ sung cho nước nguồn

2 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo

- Bể lọc sinh học

Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó nước thải được lọc qua vật liệu rắn cóbao bọc một lớp màng vi sinh vật Bể lọc sinh học gồm các phần chính như sau: phầnchứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước đảm bảo tưới đều lên toàn bộ bề mặt bể, hệthống thu và dẫn nước sau khi lọc, hệ thống phân phối khí cho bể lọc

Quá trinh oxy hoá chất thải trong bể lọc sinh học diễn ra giống như trên cánh đồng lọcnhưng với cường độ lớn hơn nhiều Màng vi sinh vật đã sử dụng và xác vi sinh vật chếttheo nước trôi khỏi bể được tách khỏi nước thải ở bể lắng đợt 2 Để đảm bảo quá trìnhoxy hoá sinh hoá diễn ra ổn định, oxy được cấp cho bể lọc bằng các biện pháp thông gió

tự nhiên hoặc thông gió nhân tạo.Vật liệu lọc của bể lọc sinh học có thể là nhựa Plastic, xỉvòng gốm, đá Granit…

- Bể lọc sinh học nhỏ giọt

Bể có dạng hình vuông, hình chữ nhật hoặc hình tròn trên mặt bằng, bể lọc sinh họcnhỏ giọt làm việc theo nguyên tắc sau:

Nước thải sau bể lắng đợt 1 được đưa về thiết bị phân phối, theo chu kỳ tưới đều nướctrên toàn bộ bề mặt bể lọc Nước thải sau khi lọc chảy vào hệ thống thu nước và được dẫn

ra khỏi bể Oxy cấp cho bể chủ yếu qua hệ thống lỗ xung quanh thành bể

Vật liệu lọc của bể sinh học nhỏ giọt thường là các hạt cuội, đá … đường kính trung bình 20 – 30 mm Tải trọng nước thải của bể thấp (0,5 – 1,5 m3/m3 vật liệu lọc /ngđ) Chiều cao lớp vật liệu lọc là 1,5 – 2m Hiệu quả xử lý nước thải theo tiêu chuẩn BOD đạt90% Dùng cho các trạm xử lý nước thải có công suất dưới 1000 m3/ngđ

- Bể lọc sinh học cao tải

Bể lọc sinh học cao tải có cấu tạo và quản lý khác với bể lọc sinh học nhỏ giọt , nướcthải tưới lên mặt bể nhờ hệ thống phân phối phản lực Bể có tải trọng 10 – 20 m3 nướcthải / 1m2 bề mặt bể /ngđ Nếu trường hợp BOD của nước thải quá lớn người ta tiến hànhpha loãng chúng bằng nước thải đã làm sạch Bể được thiết kế cho các trạm xử lý dưới

5000 m3/ngđ

- Bể hiếu khí bùn hoạt tính – Bể Aerotank

Là bể chứa hổn hợp nước thải và bùn hoạt tính, khí được cấp liên tục vào bể để trộnđều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxy cho vi sinh vật oxyhoá các chất hữu cơ có trong nước thải Khi ở trong bể , các chất lơ lửng đóng vai trò làcác hạt nhân để cho các vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặngọi là bùn hoạt tính Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh

dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hoà tan và thànhcác tế bào mới Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotankcủa lượng nước thải ban đầu đi vào trong bể không đủ làm giảm nhanh các chất hữu cơ

do đó phải sử dụng lại một phần bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy ở bể lắng đợt 2, bằngcách tuần hoàn bùn về bể Aerotank để đảm bảo nồng độ vi sinh vật trong bể Phần bùnhoạt tính dư được đưa về bể nén bùn hoặc các công trình xử lý bùn cặn khác để xử lý BểAerotank hoạt động phải có hệ thống cung cấp khí đầy đủ và liên tục

- Quá trình xử lý sinh học kỵ khí - Bể UASB

Quá trình xử lý sinh học kỵ khí

Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ có trongnước thải trong điều kiện không có oxy để tạo ra sản phẩm cuối cùng là khí CH4 và CO2

(trường hợp nước thải không chứa NO3- và SO42-)

B QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN [6]

I Sơ đồ quy trình xử lý nước thải [6]:

I Thuyết minh quy trình xử lý nước thải

Nước thải từ quy trình công nghệ được dẫn qua song chắn rác để loại bỏ tạp chất thô cókích thước lớn, sau đó nước thải được dẫn qua bể gạn bột để thu hồi lượng tinh bột có sót

lại sau công đoạn ly tâm, lượng tinh bột này thường nhẹ hơn nước, nổi lên được vớt đembán cho làm thức ăn gia súc, nước thải được dẫn qua bể lắng cát, tại đây những hạt cát cókích thước lớn hơn 0,2 mm sẽ được giữ lại để tránh ảnh hưởng đến hệ thống bơm ở cáccông trình phía sau Nước thải được dẫn qua bể axít hóa để khử CN - với thời gian lưunước là hai ngày, sau khi ra bể acid hóa, nước thải được pha trộn NaOH và chất dinhdưỡng để tạo môi trường thuận lợi cho công trình xử lý sinh học phía sau Nước thải tiếp

tục đưa sang bể UASB, pH thuận lợi cho hoạt động của bể UASB là 6,7 – 7,5 Tại bể

UASB, các vi sinh vật ở dạng kỵ khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải, hiệu

suất xử lý của bể UASB tính theo COD, BOD đạt 60- 80% thành các chất vô cơ ở dạng

đơn giản và khí Biogas (CO2, H2S, CH4, NH3…) theo phản ứng sau:

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

Phần CN- còn lại tiếp tục được phân hủy ở bể UASB

Sau bể UASB được thải dẫn qua bể Aeroten xử lý triệt để các hợp chất hữu cơ Tại bểAeroten diễn ra quá trình sinh học hiếu khí được duy trì từ máy thổi khí Tại đây các visinh vật ở dạng hiếu khí (bùn hoạt tính) sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nướcthải thành các chất vô cơ dạng đơn giản như: CO2, H2O … Theo phản ứng sau:

- Sự oxy hóa tổng hợp

COHNS + O2 + dinh dưỡng CO2 + NH3 + C5H7NO2 + các sản phẩm khác

- Phân hủy nội bào

Bùn hoạt tính ở đáy bể lắng một phần được bơm tuần hoàn về bể Aerotank nhằm duytrì hàm lượng vi sinh vật trong bể Bùn dư được bơm vào bể nén bùn trọng lực để làmgiảm thể tích Sau đó được bơm đến ngăn khuấy trộn của máy lọc ép băng tải để khuấytrộn cùng polyme, rồi đi qua hệ thống băng tải ép bùn Bùn thải ra có dạng bánh đem đichôn lấp hoặc sử dụng làm phân bón

Cụ thể nhiệm vụ của từng thiết bị:

1 Song chắn rác

Song chắn rác có nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thô có kích thước lớn như rác, vỏ khoaimì… Các tạp chất này có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống như làm tắcđường ống hoặc kênh dẫn, bào ṃòn đường ống, thiết bị, tăng trở lực dòng chảy nên làmtăng tiêu hao năng lượng bơm.

 Quá trình lấy rác

- Dùng cào lấy rác khỏi các thanh chắn

- Cho rác vừa cào vào thiết bị chứa rác

- Đưa đến nơi để rác để nhân viên vệ sinh môi trường đến thu gom định kỳ hằng ngày

và chở đến nơi xử lý chất thải rắn tập trung

- Chu kỳ lấy rác ở song chắn rác phụ thuộc vào lượng rác Việc lấy rác phải tiến hànhđúng qui định vv́ì rác ứ đọng quá lâu không những gây mùi hôi thối mà cc̣òn gây cản trởḍòng chảy từ song chắn rác đến bể lắng

2 Bể gạn bột:

Bể gạn bột có tác dụng tách các cặn rắn có kích thước lớn và gạn lại váng bột nổilên trên, bột sẽ được vớt bằng phương pháp thủ công và đem bán cho các cơ sở chănnuôi làm thức ăn gia súc

3 Bể lắng cát

Loại bỏ cát, cuội và những mảnh vụn vô cơ khó phân hủy trong nước thải Nếu cátkhông được tách ra khỏi nước thải có thể gây ảnh hưởng đến các công trình phía sau nhưmài ṃòn thiết bị, nhanh làm hư bơm, lắng cặn trong ống mương Nên cần phải sử dụng

bể lắng cát để đảm bảo cho các công trình xử lý tiếp theo đạt hiệu quả tốt hơn và hoạtđộng ổn định hơn

Bể lắng cát được tính toán với vận tốc ḍòng chảy trong đó đủ lớn để các phần tử hữu

cơ nhỏ không lắng được và đủ nhỏ để cát và tạp chất rắn vô cơ giữ lại trong bể

Trong bể lắng cát ngang, ḍòng chảy theo hướng ngang và vận tốc được kiểm soát theokích thước bể, cửa phân phối đầu vào và máng tràn đầu ra Vận tốc chảy thường gần bằng0.15-0.3m/s, thời gian lưu nước từ 30 – 90s Cát sau lắng được lấy ra khỏi bể bằngphương pháp thủ công, thiết bị bơm thủy lực hoặc sử dụng các thiết bị cơ khí như gàucạp, bơm trục vít, bơm khí nén, bơm phản lực Cát sau đó được đến sân phơi cát

Nước thải sản xuất bột mì có pH thấp nên rất thích hợp cho các vi khuẩn axít hóa Trong

bể axít hóa xảy ra 3 quá trình sau:

- Quá trình thủy phân: Quá trình thủy phân các chất hữu cơ thường thì khá chậm Tốc

độ thủy phân được quy định bởi pH, kích cỡ của chất nền, hiệu quả của chất nền

- Quá trình axít hóa: Sự tạo thành axít hóa được thực hiện bởi nhiều nhóm vi sinh vật.

Phần lớn là các vi sinh vật yếm khí, nhưng một số có thể tùy nghi tức là chúng có thểdùng oxygen Số lượng chúng thv́ường rất thấp chỉ khoảng 1% trong tổng số lượng vi sinhvật Sản phẩm của quá trình là các axít béo dễ bay hơi, rượu, axít lactíc, CO2…

- Quá trình acetate hóa: Các axít sẽ bị chuyển tiếp về dạng acetate, nước và CO2

Ở điều kiện tự nhiên để CN có thể phân hủy cần thời gian khá dài Điển hình là trong5-7 ngày khoảng 30% CN bị phân hủy Tại bể axít hóa hàm lượng CN được khử nhanh hơn rất nhiều, thời gian 2 ngày là lượng CN sẽ giảm khoảng trên 50% và khoảng 30% COD bị phân hủy

Sự phát triển của vi sinh vật trong bể chia thành 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Nhóm vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải thủy phân chất hữu cơphức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng nhẹ như: Monosacarit, aminoaxít để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh hoạt động

- Giai đoạn 2: Nhóm vi khuẩn tạo men axít biến đổi hợp chất hữu cơ đơn giản thành

các axít hữu cơ là axít acetic, nhóm vi khuẩn yếm khí tạo axít là nhóm vi khuẩn axít focmo.

- Giai đoạn 3: Nhóm vi khuẩn tạo mêtan chuyển hóa hydro và axít acetic thành khí

metan và cacbonic Nhóm vi khuẩn này gọi là Mêtan focmo Vai trò quan trọng của nhóm

vi khuẩn Mêtan focmo là tiêu thụ hydro và axít acetic Chúng tăng trưởng rất chậm và quá

trình xử lý yếm khí chất thải được thực hiện khí mêtan và cacbonic thoát ra khỏi hỗn hợp.Hiệu quả xử lí COD là 60-80%

toàn là một giải pháp khá thông dụng vì phương pháp này cho phép nồng độ BOD5 vào

bể là 1000 mg/l mà hiệu suất xử lý của công trình vẫn đảm bảo yêu cầu

7 Bể lắng II:

Chọn bể lắng đợt II kiểu bể lắng ly tâm có tiết diện mặt cắt hình vuông

Lắng hỗn hợp nước – bùn từ bể aerotank dẫn qua Lắng chất lơ lửng còn trong nướcsau khi qua bể aerotank và cô đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định ở phần cuối của bể

để bơm tuần hoàn lại bể aerotank và phần dư được đưa ra ngoài

Bể lắng 2 sẽ phân phối nước bằng ống đứng đặt ở tâm bể và thu nước ra bằng máng thuđặt xung quanh bể

Trong bể có thiết bị gạt cặn quay quanh trục đặt ở tâm bể để gạt cặn lắng đáy bể về hố thucặn Bùn ở hố sẽ được đưa đến bể nén bùn

8 Hồ Thực Vật

Nước thải sau khi qua bể aerotank thì hàm lượng nitơ, photpho còn rất lớn chính vì vậy

ta sử dụng thêm hồ thực vật với các loại thực vật như lục bình, bèo tây…nước thải saukhi ra khỏi bể hàm lượng nitơ và photpho sẽ đạt tiêu chuẩn loại B

9 Bể nén bùn

Tách bớt nước do một phần bùn hoạt tính từ bể lắng 2, bể UASB đưa vào, làm giảm sơ

bộ độ ẩm của bùn, tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý bùn ở phần tiếp theo

Ưu điểm:

- Thời gian khởi động ngắn, việc kiếm bùn hoạt tính để khởi động dễ dàng và sẵn có

- Hiệu quả xử lý sinh học cao

- Có thể tận dụng được lượng tinh bột thất thoát, tận dụng được lượng khí CH4 làmnăng lượng

- Nồng độ xyanua trong nước thải chế biến tinh bột khoai mì dao động trong khoảng

19 – 96 mg/L, với giá trị đặc trưng dao động trong khoảng 22 – 34 mg/L Tuy nhiên, khámay mắn là các hợp chất xyanua này rất dễ tự phân hủy Do đó, khi vận hành hệ thốngUASB trong dăy giá trị nồng độ xyanua trong nước thải thường không quan sát thấy bất

kỳ ảnh hưởng bất lợi nào đến hệ thống, và nồng độ xyanua đầu ra luôn thấp hơn 1 mg/L

Nhược điểm:

- Chi phí vận hành lớn

- Diện tích xây dựng lớn

- Vận hành đòi hỏi kỹ thuật cao

- Để duy trì sự ổn định của quá trình xử lý kỵ khí, phải duy trì được trạng thái cân bằngđộng của quá trình theo 4 phần đã nêu (Thủy phân, acid hóa, acetate hóa và methanehóa) Muốn vậy trong bể xử lý phải đảm bảo các yếu tố sau:

+ Nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố điều tiết cường độ của quá trình, cần duy trì trong khoảng30÷350C.

Nhiệt độ tối ưu cho quá trình này là 350C

Đối với LCFA, IC50 = 500÷1250 mg/l

+ Kim loại nặng

Một số kim loại nặng (Cu, Ni, Zn…) rất độc, đặc biệt là khi chúng tồn tại ở dạng hòatan IC50 = 10÷75 mg Cu2+ tan/l Trong hệ thống xử lý kỵ khí, kim loại nặng thườngđược loại bỏ nhờ kết tủa cùng với carbonate và sulfide Ngoài ra cần đảm bảo không chứacác hóa chất độc, không có hàm lượng quá mức các hợp chất hữu cơ khác

- UASB có thể gây ra quá trình mêtan hóa không hoàn toàn; kết quả là pH giảm, quátrình sinh khí biogas giảm và hiệu quả xử lý COD cũng giảm Giá trị pH đầu vào thấp cóthể ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của quần thể vi sinh vật trong hệ thống UASB, doquá trình mêtan hóa chỉ xảy ra với pH tối ưu trong khoảng 6,5-7,5 Ảnh hưởng này cũng

có thể xảy ra ngay khi pH không quá thấp khoảng 6,10 Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằngvới giá trị pH 6,10, cũng gây ảnh hưởng bất lợi trong quá trình vận hành hệ thống, kết quả

là hiệu quả xử lý COD và quá trình sinh khí biogas giảm mạnh, ngay cả khi vận hành với

pH như trên chỉ kéo dài trong vòng 4h

- Mặc dù hệ thống UASB cho hiệu quả xử lý chất hữu cơ rất cao, nhưng hàm lượngCOD đầu ra thấp hơn 300 mg/L vẫn không thể đạt đến trong trường hợp áp dụng chonước thải chế biến tinh bột khoai mì Để đạt được tiêu chuẩn xả thải Việt Nam, nước thảisau xử lý bằng hệ thống UASB cần phải phải được xử lý triệt để trước khi xả vào nguồntiếp nhận.

- Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng các ion [ với nồng độ thấp hơn 64 mg/L không làmgiảm độc tính của xyanua (do hình thành thio-cyanate) mà thay vào đó còn làm tăng thêmđộc tính của nó Tuy nhiên, sự có mặt Fe2+ sẽ làm giảm đáng kể độc tính của xyanua cảtrong quá trình thủy phân lẫn trong quá trình mêtan hóa do có sự hình thành phức chấtfero-cyanide Dù vậy, sự giảm độc tính này cũng không thể kích thích quá trình phân hủyxyanua nhanh hơn

C CÔNG NGHỆ THÍCH HỢP XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT KHOAI MÌ [1]

Những công nghệ truyền thống đơn giản không đáp ứng được nhu cầu xử lý và quản lýnước thải phục vụ cho phát triển bền vững, điển hình là ngành chế biến tinh bột khoai mìtại Việt Nam Dựa vào các kết quả nghiên cứu đạt được ở qui mô phòng thí nghiệm, côngnghệ thích hợp để xử lý nước thải tinh bột khoai mì được đề xuất như hình vẽ dưới đây :

Hình 1.4 Công nghệ thích hợp xử lý nước thải chế biến tinh bột khoai mì.[1]

Đây là công nghệ xử lý với nhiều ưu điểm như không đòi hỏi quá nhiều năng lượng,

có thể tái sinh năng lượng từ nguồn khí biogas thu được, giảm thiểu đáng kể nhu cầu sửdụng đất rộng lớn cho hệ thống hồ sinh học Mặt khác, thực tế đã cho thấy rằng hệ thống

xử lý kỵ khí cao tải thực sự có hiệu quả đối với những loại nước thải chứa hàm lượngchất hữu cơ cao Tuy nhiên, sau hệ thống xử lý kỵ khí bao giờ cũng cần bước xử lý triệt

để tiếp theo Đó cũng là lý do tại sao cần phải áp dụng quá trình xử lý triệt để với hệthống bùn hoạt tính hiếu khí và sau đó là hệ thống hồ sinh học tự nhiên, để giảm thiểunồng độ chất hữu cơ và chất dinh dưỡng đến mức thấp nhất, đạt tiêu chuẩn xả thải nướcthải công nghiệp hiện hành tại Việt Nam (nguồn loại B) Giai đoạn tiền xử lý với thiết bịUAF được đề cập đến ở phần trên có thể được xem là sự lựa chọn không bắt buộc, bởi vìkết quả thực nghiệm đã cho thấy rất rõ rằng không xảy ra bất kỳ tác hại nghiêm trọng nào

do chất rắn lơ lửng gây ra trong suốt 300 ngày vận hành hệ thống UASB với hàm lượngchất rắn lơ lửng nhỏ hơn 1.800 mg/L

Hiện tại, một hệ thống xử lý thí điểm, công suất 10 m3/ngđ đã được thiết kế và lắp đặt(bỏ qua thiết bị UAF) Hệ thống xử lý này đã được khởi động và vận hành vào giữa tháng

2 năm 2006 tại nhà máy tinh bột khoai mì KMC, tỉnh Bình Phước Sau 73 ngày vận hành,

hệ thống UASB đang được vận hành với tải trọng hữu cơ trong khoảng 6,2 – 7,4kgCOD/m3.ngđ, hiệu quả xử lý đạt được khá tốt Hàm lượng COD đầu vào giảm từ 3.020– 3.660 mg/L giảm còn 620 – 1.040 mg/L ở đầu ra, hiệu quả xử lý COD dao động trongkhoảng 72 – 82% Kết quả vận hành cho thấy lượng khí sinh ra dao động trong khoảng

260 – 350 L khí biogas (> 60% mêtan) cho 1kg COD bị khử Lượng khí biogas đo đượcsau khi cho toàn bộ khí sinh ra đi qua dung dịch kiềm để loại bỏ CO2 và H2S Thànhphần của hỗn hợp khí sinh ra chưa được phân tích chính xác Việc ứng dụng thành côngcông nghệ xử lý này có thể góp phần đáng kể đến sự phát triển bền vững cho ngành chếbiến tinh bột khoai mì tại Việt Nam