Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường

Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
CHƯƠNG I. PHẦN MỞ ĐẦU
I.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngành công nghiệp mía đường là một trong những ngành công
nghiệp chiếm vò trí quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Trong năm 1998,
cả nước đã sản xuất được 700.000 tấn đường, đáp ứng được nhu cầu tiêu
dùng trong nước.
Trước năm 1990, hầu hết trang thiết bò, máy móc, dây chuyền công
nghệ trong các nhà máy đường đều cũ kỷ, lạc hậu, trình độ và chất lượng
sản phẩm còn thấp. Trong những năm gần đây, do sự đầu tư công nghệ và
thiết bò hiện đại, các nhà máy đường đã không ngừng nâng cao chất lượng
sản phẩm.
Tuy nhiên nước thải của ngành công nghiệp mía đường luôn chứa
một lương lớn các chất hữu cơ bao gồm các hợp chất của cacbon, nitơ,
phốtpho. Các chất này dễ bò phân hủy bởi các vi sinh vật, gây mùi thối làm
ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận.
Phần lớn chất rắn lơ lửng có trong nước thải ngành công nghiệp
đường ở dạng vô cơ. Khi thải ra môi trường tự nhiên, các chất này có khả
năng lắng và tạo thành một lớp dày ở đáy nguồn nước, phá hủy hệ sinh vật
làm thức ăn cho cá. Lớp bùn lắng này còn chứa các chất hữu cơ có thể làm
cạn kiệt oxy trong nước và tạo ra các lọai khí như H
2
S, CO
2
, CH
4
. ngoài ra,
trong nước thải còn chứa một lượng đường khá lớn gây ô nhiễm nguồn nước.
Chính vì tầm quan trọng của công tác bảo vệ môi trường, đề tài về xử
lý nước thải ngành công nghiệp mía đường mang tính thực tế. Đề tài sẽ góp
phần đưa ra các quy trình xử lý chung cho loại nước thải này, giúp các nhà

máy có thể tự xử lý trước khi xả ra cống thóat chung, nhằm thực hiện tốt
những quy đònh về môi trường của nhà nước.
I.2. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG THỰC HIỆN
 Mục tiêu của đề tài là thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà
máy sản xuất đường đạt tiêu chuẩn loại B
 Nội dung của đề tài
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
Thu thập các phương án xử lý nước thải ngành công nghiệp mía
đường.
Phân tích lựa chọn phương án công nghệ khả thi xử lý nước thải nhà
máy đường.
1
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
CHƯƠNG II.TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP MÍA
ĐƯỜNG VÀ HIỆN TRANG Ô NHIỄM CỦA NGÀNH NÀY
II.1. TỔNG QUÁT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
Nguyên liệu để sản xuất là mía.
Mía được trồng ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Việc chế biến
đường phải thực hiện nhanh, ngay trong mùa thu họach để tránh thất thóat
sản lượng và chất lượng đường. Công nghiệp chế biến đường họat động theo
mùa vụ do đó lượng chất thải cũng phụ thuộc vào mùa thu họach. Quy trình
cộng nghệ sản xuất đường gồm hai giai đọan:sản xuất đường thô và sản
xuất đường tinh luyện.
II.1.1. Thành phần của mía và nước mía
Thành phần của mía thay đổi theo vùng , nhưng dao động trong
khỏang sau
Nước : 69-75%
Sucrose : 8-16%
Đường khử : 0,5-2,0%
Chất hữu cơ : 0,5-1,0%

(ngọai trừ đường)
Chất vô cơ : 0,2-0,6%
Hợp chất Nitơ : 0,5-1%
Tro(phần lớn là K) : 0,3-0,8%
Nước mía có tính axit (pH = 4,9-5,5), đục(do sự hiện diện của các
chất keo như sáp protein, nhựa, tinh bột và silic) và có màu xanh lục. Thành
phần của mía như sau:
Nước : 75-88%
Sucrose : 10-21%
Đường khử : 0,3-3,0%
Chất hữu cơ : 0,5-1,0%
(ngọai trừ đường)
Chất vô cơ : 0,2-0,6%
Hợp chất Nitơ : 0,5-1%
Nước mía có màu do các nguyên nhân sau
Từ thân cây mía : màu do chlorophyll, anthocyanin, saccharetin và
tanin gây ra.
Do các phản ứng phân hủy hóa học:
2
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
Khi cho vào nước mía lượng nước vôi, hoặc dưới tác dụng của nhiệt
độ, nước mía bò đổi màu.
Do sự phản ứng của các chất không đường với những chất khác.
Chlorophyll thường có trong cây mía, nó làm cho nước mía có màu
xanh lục. Trong nước mía, chlorophyll ở trạng thái keo, nó dễ dàng bò lọai
bỏ bằng phương pháp lọc.
Anthocyanin chỉ có trong lọai mía có màu sẫm, nó ở dạng hòa tan
trong nước. Khi thêm nước vôi, màu đỏ tía của anthocyanin bò chuyển sang
màu xanh lục thẫm. Màu này khó bò lọai bỏ bằng cách kết tủa với vôi( vì
lượng vôi dùng trong công nghệ sản xuất đường không đủ lớn ) hay với

H
2
SO
4
.
Saccharetin thướng có trong vỏ cây mía. Khi thêm vôi, chất này sẽ
trở thành màu vàng được trích ly. Tuy nhiên lọai màu này không gây độc, ở
môi trường pH <7,0 màu biến mất.
Tanin hòa tan trong nước mía , có màu xanh, khi phản ứng với muối
sắt sẽ biến thành sẫm màu. Dưới tác dụng của nhiệt độ tanin bò phân hủy
thành catehol, kết hợp với kiềm thành protocatechuic. Khi đun trong môi
trường axit phân hủy thành các hợp chất giốngsaccharetin.
nhiệt độ cao hơn 200
o

C, đường sucrose và hai lọai đường khử
(glucose và fructose) bò caramen hóa và tạo màu đen. nhiệt độ cao hơn
55
o
C, đường khử đã bò phân hủy thành các hợp chất có màu rất bền.
Để lọai bỏ các tạp chất trong nước mía có thể áp dụng trong các biện
pháp sau:
Độ đục :được lọai bằng phương pháp nhiệt và lọc.
Nhựa và pectin, muối của các axít hữu cơ, vô cơ, chất tạo màu: được
lọai bỏ bằng phương pháp xử lý với vôi.
II.1.2. Hóa chất làm trong và tẩy màu
 Vôi CaCO
2
:
Có tác dụng trung hòa các axit hữu cơ có trong nước mía.

Phản ứng với axit phốtphoric tạo Ca
3
(PO4)
2
.
Kết hợp với hợp chất nitơ và pectin tạo kết tủa.
Làm kết tủa các hợp chất tạo màu gốc chlorophyll và anthocyanin.
Tác dụng với sucrose tạo saccharates, glucosates.
 Khí SO
2
:
Trung hòa lượng vôi thừa:
CA(OH)
2
+ H
2
SO
3
= CaSO
3
+ H
2
O
Tẩy màu nước mía.
3
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
 Khí CO
2
:
Hấp phụ chất tạo màu.

 H
3
PO
4
:
Kết hợp với vôi để làm trong nước mía.
 Hóa chất tẩy màu:
Dùng Na
2
S
2
O
4
:
II.1.3. Công nghệ sản xuất đường thô:
Quy trình công nghệ sản xuất đường thô từ mía được trình bày trên
hình 1. đầu tiên người ta ép mía cây dưới các trục ép áp lực. Để tận dụng
hết đường có trong câym, người ta dùng nước hoặc nước mía phun vào bả
mía để mía nhả đường. bã mía ở máy ép cuối còn chứa một lượng nhỏ
đường chưa lấy hết, xơ gỗ và khỏang 40-50% nước.
Nước mía có tính axit (pH =4,9-5,5), đục, có màu xanh lục (chứa 13-
15%chất tan, trong chất khô chứa 82-85% đường saccarosa). Nước mía được
xử lý bằngcác chấ hóa học như vôi, CO
2
, SO
2
, phốt phát rồi được đun nóng
để làm trong. Quá trình xử lý này có tác dụng làm kết tủa các chất rắn,
huyền phù và lắng các chất bẩn. Dung dòch trong được lọc qua máy lọc chân
không. Bã lọc được lọai bỏ, đem thải hoặc dùng làm phân bón. Nước mía

sau khi lọc còn chứa khỏang 88% nước, sau đó được bốc hơi trong lò nấu
chân không. Hỗn hợp tinh thể và mật được thu vào máy ly tâm để tách
đường ra khỏi mật rỉ. Rỉ đường là dung dòch óc độ nhớt cao, chứa khỏang 1/3
đường khử. Sản phẩm phụ của quá trình sản xuất đường gồm có:
 Bột giấy, tấm xơ ép từi bã mía.
 Nhựa, bê tông từ bã mía.
 Phân bón, thức ăn gia súc, alcohol, dấm, axeton, axit citric,…và
từ mật mía.
Lượng nước thải trong công nghiệp sản xuất đường thô rất lớn bao
gồm nước rửa mía cây và nhưng tụ hơi, nước rửs than, nước xả đáy lò hơi,
nước rửa cột trao đổi ion, nước làm mát, nước rửa sàn và thiết bò, nước bùn
bã lọc dung dòch đường rơi vãi trong sản xuất…
Ngoài bã bùn được dùng để sản xuất phân hữu cơ, nước thải từ các
công đọan trong nhà máy được phân thành các nhóm sau đây:
 Nhóm A: nước thải có độ nhiễm bẩn không cao, chủ yếu có
nhiều chất lơ lửng ở dạng vơ cơ nên chỉ cần lọc sơ bộ qua song chắn rác và
lắng tiếp xúc để lọai bỏ chất lơ lửng, sau đó trộn với nước thải đã xử lý và
nước ngưng tụ rồi xả ra nguồn tiếp nhận.
 Nhóm B: nước thải có nhiều chất hữu cơ cần được tách riêng
để xử lý.
4
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
 Nhóm C: nước ngưng tụ từ lò hơi, không bò nhiễm bẩn nên
dùng để pha loãng vơi nước thải (A+B) đã qua xử lý và thái ra nguồn tiếp
nhận.

5
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
6
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường

II.1.4. Công nghệ sản xuất đường tinh luyện
Quy trình công nghệ tinh luyện đường gồm 3 giai đọan chính:
 Rửa và hòa tan.
 Làm sạch.
 Kết tinh và hoàn tất.
a.Rửa và hòa tan:
 Rửa:làm sạch lớp phim mạch bên ngoài hạt đường thô để nâng
cao tinh độ của đường.
 Hòa tan:Đường sau khi ly tâm được hòa tan vào nước thành
dung dòch nước đường nguyên chất để đến khâu hóa chế.
b.Làm trong và làm sạch:
 Làm trong:Nước đường nguyên chất được xử lý bằng các chất
hóa học như vôi,H
3
PO
4
để làm trong. Quá trình xử lý này có tác dụng làm
kết tủa các chất rắn,huyền phù và làm lắng các chất bẩn.
 Làm sạch:Nước đường sau khi lắng trong được cho thêm than
hoạt tính và bột trợ lọc để khử màu và tăng cường khả năng làm trong.
Nước đường sau lọc gọi là sirô tinh lọc.
c.Kết tinh và hoàn tất:
Nhiệm vụ của nấu đường là tách nước từ sirô tinh lọc và đưa dung
dòch đến trạng thái bão hòa, sản phẩm nhận được sau khi nấu đường là
đường non gồm tinh thể đường và mật cái.
Quá trình kết tinh đường gồm có:
 Cô đặc sirô.
 Tạo mầm tinh thể.
 Nuôi tinh thể.
 Cô đặc cuối cùng.

II.2. SƠ LƯC HIỆN TRẠNG NGÀNH SẢN XUẤT ĐƯỜNG Ở
VIỆT NAM
Ngành đường của Việt Nam nhìn chung khá lạc hậu so với thế giới.
Trước 1954, toàn bộ miền Bắc không có nhà máy đường nào. Sau 1975, ở
miền Nam đã phục hồi lại các nhà máy đường Bình Dương, Hiệp Hòa, Phan
Rang, Khánh Hội, Biên Hòa; xây dựng mới các nhà máy đường La Ngà,
Lam Sơn, Tây Ninh.Ngoài các nhà máy lớn còn có nhiều cơ sở sản xuất
đường mía thủ công, thô sơ, năng suất thấp ở các vùng trồng mía.
Thiết bò sản xuất hầu hết là cũ kỹ, chắp vá, hay gặp sự cố kỹ thuật và
bò rò ró, nên khối lượng nước thải rất lớn. Hiện nay, chủ yếu có 3 phương
7
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
pháp làm trong :bằng vôi, sunfit và cacbonat. Phương pháp dùng vôi hầu hết
còn dùng trong các cơ sở sản xuất nhỏ, trình độ kém, chủ yếu sản xuất mật
vàng và mật trầm.
Công nghiệp sản xuất mía đường ở Việt Nam là ngành gây ô nhiễm
khá lớn do công nghệ lạc hậu, thiết bò rò rỉ nhiều lại không có bất cứ thiết bò
xử lý nào, trong số các chất ô nhiễm có bụi khói lò hơi, bùn lọc, nước thải,
khí thoát ra từ các tháp phản ứng sunfit hóa và cacbonat hóa. Riêng bã mía
được dùng làm nhiên liệu hoặc để sản xuất giấy bìa, còn mật rỉ được lên
men để chế biến cồn.
Bảng dưới đây thống kê một số nhà máy đường lớn và khối lượng
nước thải của chúng:
Bảng Các nhà máy lớn thuộc ngành công nghiệp đường ở miền Nam
Nhà
máy
Đòa chỉ Năng suất
tấn/ngày
Trình độ công
nghệ

Đònh
mức tiêu
thụ/tấn
đường
Nước
thải
m
3
/giờ
Ghi
chú
Đòa
phương
KCN CN Nguyên
liệu
Quảng
Ngãi
(a)
Quảng
Ngãi
+ Đường:135
Mía: 1.500
Sunfit
hóa
-Mía
-Vôi tôi
-Lưu
hùynh
11,5 tấn
22 kg

6 kg
350
Bình
Dương
Bình
Dương
+ Đường:135
Mía: 1.500
Sunfit
hóa
-Mía
-Vôi tôi
-Lưu
hùynh
11,5 tấn
22 kg
6 kg
350 Xả ra
rạch
Bà
Lụa
Hiệp
Hòa
Long An + Đường:125
Mía: 1.500
Sunfit
hóa
-Mía
-Vôi tôi
-Lưu

hùynh
11,5 tấn
22 kg
6 kg
350 Xả ra
sông
Vàm
Cỏ
La
Ngà
Đồng
Nai
+ Đường:180
Mía: 2.000
Vôi -Mía
-Vôi
12 tấn
7 kg
500 Đường
Khánh
Hội
Tp.HCM + Đường:100
Biên
Hòa
Đồng
Nai
+ Đường:200
II.3. NƯỚC THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT
ĐƯỜNG
Do đặc điểm của công nghệ sản xuất đường, ngoài các bã lắng, bã

bùn, bã lọc được tách riêng, nước thải được phân thành các nhóm sau:
8
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
II.3.1. Nước thải từ khu ép mía
Ở đây, nước dùng để ngâm ép đường trong mía và làm mát các ổ trục
của máy ép. Lọai nước thải này có BOD cao(do có đường thất thoát) và có
chứa dầu mỡ.
II.3.2. Nước thải rửa lọc, làm mát, rửa thiết bò và rửa sàn
Nước thải rửa lọc tuy có lưu lượng nhỏ nhưng giá trò BOD và chất lơ
lửng cao.
Nước làm mát được dùng với lượng lớn và thường được tuần hoàn
hầu hết hoặc một phần trong quy trình sản xuất. Nước làm mát thường
nhiễm bẩn một số chất hữu cơ bay hơi từ nước đường đun sôi trong nồi nấu
hoặc nồi chân không. Nước chảy tràn từ các tháp làm mát thường có giá trò
BOD thấp. Tuy nhiên, do chế độ bảo dưỡng kém và điều kiện vận hành
không tốt nên có lượng đường đáng kể thất thoát trong nước làm mát. Lượng
nước này sẽ được thải đi.
Nước rò rỉ và nước rửa sàn, rửa thiết bò tuy có lưu lượng thấp và được
xả đònh kỳ nhưng có hàm lượng BOD rất cao.
II.3.3. Nước thải khu lò hơi
Nước thải khu lò hơi được xả đònh kỳ, với đặc điểm là chất rắn lơ
lửng cao và giá trò BOD thấp, nước thải mang tính kiềm.
II.3.4. Đặc trưng của nước thải nhà máy đường
Đặc trưng lớn nhất của nước thải nhà máy đường là có giá trò BOD
cao và dao động nhiều
Bảng BOD
5
trong nước thải ngành công nghiệp đường
Các loại nước thải NM đường thô(mg/L) NM tinh chế đường (mg/L)
Nước rửa mía cây 20-30

Nước ngưng tụ 30-40 4-21
Nước bùn lọc 2.900-11.000 730
Chất thải than - 750-1.200
Nước rửa xe các loại - 15.000-18.000
Phần lớn chất rắn lơ lửng là chất vô cơ. Nước rửa mía cây chủ yếu
chứa các hợp chất vô cơ. Trong điều kiện công nghệ bình thường, nước làm
nguội, rửa than và nước thải từ các quy trình khác có tổng chất rắn lơ lửng
không đáng kể. Chỉ có một phần than hoạt tính bò thất thoát theo nước, một
ít bột trợ lọc, vải lọc do mục nát tạo thành các sợi nhỏ lơ lửng trong nước.
Nhưng trong điều kiện các thiết bò lạc hậu, bò rò rỉ thì hàm lượng các chất
rắn huyền phù trong nước thải có thể tăng cao.
9
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
Các chất thải của nhà máy đường làm cho nước thải có tính axit.
Trong trường hợp ngoại lệ, độ pH có thể tăng cao do có trộn lẫn CaCO
3
hoặc nước xả rửa cột resin.
Ngoài các chất đã nói trên, trong nước thải nhà máy đường còn thất
thoát lượng đường khá lớn, gây thiệt hại đáng kể cho nhà máy. Ngoài ra còn
có các chất màu anion và cation(chất màu của các axit hữu cơ, muối kim
loại tạo thành) do việc xả rửa liên tục các cột tẩy màu resin và các chất
không đường dạng hữu cơ(các axit hữu cơ), dạng vô cơ(Na
2
O, SiO
2
, P
2
O
5
,

Ca, Mg và K
2
O). Trong nước thải xả rửa các cột resin thường có nhiều ion
H
+
, OH
-
.
Dựa vào đặc tính của nước thải, và yêu cầu mức độ xử lý đặt ra :
nước thải phải đạt tiêu chuẩn xả thải loại B(TCVN 5945-1995) trong đó quy
đònh giới hạn xả thải của các chất như sau:
Bảng tổng kết chất lượng nước thải nhà máy đường
Stt Chỉ tiêu Đơn vò Giá trò Tiêu chuẩn(lọai B)
1 pH mg/l 7,5-8 5,5 -9
2 SS mg/l 1250 100
3 BOD mg/l 5000 50
4 COD mg/l 7000 100
5 N mg/l 16,4 60
6 P mg/l 7,5 6
Việc quản lý tốt quy trình sản xuất , bảo dưỡng thiết bò, chống rò rỉ
hoặc thay đổi quy trình công nghệ, sử dụng các công nghệ sạch là biện pháp
tốt nhất để giải quyết các chất ô nhiễm ngay trong khâu sản xuất. Ngoài ra,
cấn phải áp dụng quy trình xử lý nước thải, nhằm làm giảm việc thải các
chất ô nhiễm vào nguồn nước hay vào hệ thống thoát nước chung của thành
phố.
Theo tin trên báo Tuổi Trẻ, số ra ngày 23/2/1999, Nhà máy đường
Sóc Trăng phối hợp với Trung Tâm Công Nghệ Khoa Học và Môi Trường
Quốc Gia vừa thử nghiệm thành công và đưa vào sản xuất loại phân hữu cơ
vi sinh từ bã bùn. Đây cũng là một biện pháp giải quyết chất thải ô nhiễm
của Nhà máy đường rất hiệu quả, với giá thành phân bón lót là 1.000đ/kg,

và phân bón thúc là 1.300đ/kg.
II.4. KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC CỦA NƯỚC
THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP ĐƯỜNG
Hiện nay, phần lớn các nhà máy đường và nhiều tổ hợp sản xuất tư
nhân chưa có hệ thống xử lý nước thải. Với lưu lượng lớn, hàm lượng chất
10
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
hữu cơ và chất dinh dưỡng cao, nước thải nhà máy đường đã và đang làm ô
nhiễm các nguồn tiếp nhận.
 Đường có trong nước thải chủ yếu là đường sucroza và các loại
đường khử như glocose và fructoze, trong đó:
 Fructoze, C
6
H
12
O
6
tan trong nước
 Sucroze, C
12
H
22
O
11
là sản phẩm thủy phân của Fructose và
Glucose, tan trong nước .
Các loại đường này dễ phân hủy trong nước. Chúng có khả năng gây
kiệt oxy trong nước, làm ảnh hưởng đến hoạt động của quần thể vi sinh vật
nước.
Trong quá trình công nghệ sản xuất đường, ở nhiệt độ cao hơn 55

0
C
các loại đường glucose và fructoze bò phân hủy thành các hợp chất có màu
rất bền. nhiệt độ cao hơn 200
0
C, chúng chuyển thành
caramen(C
12
H
18
O
9
)n. Đây là dạng bột chảy hoặc tan vào nước, có màu nâu
sẫm, vò đắng. Phần lớn các sản phẩm phân hủy của đường khử có phân tử
lượng lớn nên khó thấm qua màng vi sinh. Để chuyển hóa chúng, vi sinh
phải phân rã chúng thành nhiều mảnh nhỏ để có thể thấm vào tế bào. Quá
trình phân hủy các sản phẩm đường khử đòi hỏi thời gian phân hủy dài hơn,
nên sẽ ảnh hưởng đến quá trình tự làm sạch trong nguồn tiếp nhận. Các chất
lơ lửng có trong nước thải còn có khả năng lắng xuống đáy nguồn nước. Quá
trình phân hủy kỵ khí các chất này sẽ làm cho nước có màu đen và có mùi
H
2
S.
Ngoài ra, nước thải nhà máy đường còn có nhiệt độ cao, làm ức chế
hoạt động của vi sinh vật nước. Trong nước thải có chứa các sản phẩm của
lưu huỳnh và đôi khi có lẫn dầu mỡ của khu ép mía. Ngày 26/11/1998,
Chương trình công nghệ và môi trường Đài truyền hình tỉnh Bình Dương có
báo động về tình hình ô nhiễm nước thải do nhà máy đường Bình Dương gây
ra trên Rạch Bà Lụa, thuộc phường Phú Thọ, thò xã Thủ Dầu Một. Với khối
lượng lớn nước thải chưa xử lý được thải ra hàng ngày, Rạch Bà Lụa không

đủ khả năng tự làm sạch và hậu quả là trong khu vực lân cận điểm xả, thực
vật nước không phát triển được, một số loài thủy sinh bò chết. Biện pháp
hữu hiệu nhất là quản lý tố quy trình sản xuất nhằm hạn chế tải lượng các
chất ô nhiễm được đưa vào nước. Ngoài ra, cần phải xử lý nước thải nhà
máy đường để góp phần bảo vệ môi trường.
11
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
CHƯƠNG III.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
NHÀ MÁY ĐƯỜNG
Theo các tài liệu nghiên cứu, chất lượng và lưu lượng nước thải tổng
hợp của nhà máy đường thay đổi nhiều trong ngày. Trong đó chất ô nhiễm
hữu cơ đóng vai trò chủ yếu. Do thành phần nước thải của nhiều công đọan
trong nhà máy đường rất khác nhau nên dây chuyền công nghệ xử lý được
đề nghò trong các tài liệu tham khảo là:
12
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
13
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
14
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
III.1. Lựa chọn quy trình công nghệ
Một cách tổng quát, thì cả 2 phương án trên đều là những mô hình xử
lý nước thải đang được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam. Hai phương án đều
có thể vận hành dễ dàng trong điều kiện nước ta. Đối với dây chuyền xử lý
nước thải sử dụng bể aerotank thì ta chú ý đến liều lượng bùn, lưu lượng khí
… phải điều chỉnh ngay khi cần thiết. Còn đối với dây chuyền xử lý sử dụng
biofil thì ta chú ý đến khả năng xử lý của lớp vật kiệu lọc, việc quản lý phải
bao gồm cả vòêc vệ sinh và thay thế lớp vật liệu lọc nếu cần.
Trong phương án 1 vòêc xây dựng sân phơi bùn dòi hỏi phải cần diện
tích lớn hơn là đầu tư máy nén bùn.

Diện tích xây dựng của aerotank cũng tương đối nhỏ hơn diện tích
xây dựng biofil của phương án 1
Vì vậy, nếu xét về phương diện mặt bằng cần thiết để xây dựng hệ
thống xử lý nước thải thì phương án 2 khả thi hơn so với phương án 1.
III.2. Thuyết minh quy trình công nghệ:
Nước thải sản xuất được dẫn theo đường thoát nước riêng ra hệ thống
xử lí nước thải.Dòng thải sau khi qua song chắn rác (SCR) ở đầu mỗi cống
thu chảy qua bể lắng cát được đặt âm sâu dưới đất, ở đây sẽ giữ lại cát và
các chất rắn lơ lửng có kích thước lớn . Phần rác thải thu được có thể dùng
để sản xuất giấy, phân bón…
Nước thải sau khi lắng cát sẽ tự chảy qua hầm tiếp nhận. Tiếp theo,
Nước thải được bơm qua bể điều hòa, trước khi qua bể điều
hòa nước thải được bơm qua trống lọc, lưu lượng nước thải ra sẽ được điều
hòa ổn đònh. Tại đây nước thải được thổi khí để làm thoáng sơ bộ và phân
bố chất bẩn đồng đều khắp bể.
Sau đó tiếp tục bơm nước thải qua bể lắng 1 để loại bỏ 1 phần BOD
5
,
COD và SS. Tiếp tục, nước thải tự chảy qua bể kò khí kiểu đệm bùn chảy
ngược UASB để xử lí sơ bộ nhờ áp lực thủy tónh , vì nước thải mía đường có
đặc trưng là COD đầu vào rất lớn 7000 mg/l . Sau khi xử lí yếm khí , đầu ra
bể UASB là khí sinh học được thu giữ lại làm biogas , phần nước đã được
giảm bớt tải lượng chất hữu cơ tự chảy qua aerotank để xử lí hiếu khí . Tại
đây xảy ra quá trình xử lí sinh học , khí được thổi vào bể bằng các đóa phân
phối khí nhằm tăng cường sự xáo trộn chất bẩn và oxi trong không khí đồng
thời giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng .
Sau thời gian lưu, nước từ aerotank tự chảy qua bể lắng 2 để
lắng bùn .Tiếp theo, nước trong từ máng thu nước aerotank tự chảy qua bể
15
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường

tiếp xúc , khử trùng bằng Clo với dư lượng là 0,5 mg/l , sau 30 phút chảy ra
cống thu nước và chảy vào mạng lưới thoát nước chung của thành phố .
Bùn từ bể lắng được đưa vào bể chứa bùn sau khi ổn đònh bùn được
bơm tuần hoàn 1 phần vào bể aerotank, phần còn lại bơm qua bể nén bùn
trọng lực sau đó bơm qua máy ép bùn băng tải, bùn sau khi ra khỏi máy ép
bùn băng tải tạo thành bánh bùn được bón ruộng, trồng cây hoặc chôn lắp
hợp vệ sinh .
III.3. Mô tả các công trình đơn vò:
III.3.1. Song chắn rác
Để tách bã mía trong nước thải người ta dùng song chắn rác. Hiệu
suất của quá trình tách chất rắn bằng phương pháp này phụ thuộc vào các
yếu tố sau:
Đặc tính cơ học của song, lưới: kích thước mắt sàn, khoảng
cách giữa các thanh chắn, lưu lượng dòng chảy và điều kiện dòng chảy.
Tính chất nước thải :nồng độ chất rắn, kích thước của bã mía
cần tách,…
Đối với nước thải nhà máy đường, có thể dùng song chắn rác với các
thanh đan xếp cạnh nhau trên mương dẫn nước trước hầm bơm và cào rác
thủ công. Rác thu được có thể thu hồi cùng với bã mía tại khu ép mía để chế
biến thàng các sản phẩm phụ như làm bột giấy, làm chất độn trong sản xuất
vật liệu xây dựng.
 Ưu điểm:
o Đơn giản, rẻ tiền, dễ lắp đặt.
o Giữ lại tất cả các tạp vật lớn.
 Nhược điểm:
o Không xử lý, chỉ giữ lại tạm thời các tạp vật lớn.
o Làm tăng trở lực hệ thống theo thời gian.
o Phải xử lý rác thứ cấp
III.3.2. Hố thu gom
Thu gom nước thải từ các dây chuyền sản xuất và nước thải

sinh hoạt của nhà máy. Giúp cho hệ thống xử lý nước hoạt động ổn đònh và
hiệu qua
III.3.3. Bể lắng cát
Loại bỏ cát và những mảnh vụn vô cơ khó phân hủy trong nước thải.
Cát sau đó được đem qua sân phơi cát.
III.3.4. Bể điều hòa (điều hòa lưu lượng và chất lượng)
Đặt sau bể lắng cát và trước bể lắng 1.
16
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
Do lưu lượng, thành phần, tính chất nước thải của nhà máy đường tùy
thuộc vào dây chuyền sản xuất nên thường dao động nhiều trong một ngày
đêm. Để ổn đònh chế độ dòng chảy cũng như chất lượng nước đầu vào cho
các công trình xử lý phía sau, cần thiết phải có một bể điều hòa lưu lượng
và nồng độ. Dung tích bể được chọn theo thời gian điều hòa, dựa vào biểu
đồ thay đổi lưu lượng, nồng độ nước thải và yêu cầu mức độ điều hòa nồng
độ nước thải.
Trong bể phải có hệ thống thiết bò khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và
san đều nồng độ các chất bẩn trong tòan thể tích(để loại trừ các cú sốc về
chất lượng cho các công trình xử lý sinh học phía sau và không cho cặn lắng
trong bể.
III.3.5. Bể lắng 1
Loại bỏ 1 phần SS và chất hữu cơ tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử
lý sinh học ở công trình sau.
III.3.6. Bể UASB
- UASB là bể xử lý sinh học kò khí dòng chảy ngược qua lớp
bùn, phát triển mạnh ở Hà Lan. Xử lý bằng phương pháp kò khí là phương
pháp được ứng dụng để xử lý các loại chất thải có hàm lượng hữu cơ tương
đối cao, khả năng phân hủy sinh học tốt, nhu cầu năng lượng thấp và sản
sinh năng lượng mới.
- Vì quá trình phân hủy kò khí dưới tác dụng của bùn hoạt tính

là quá trình sinh học phức tạp trong môi trường không có oxi, nên bùn nuôi
cấy ban đầu phải có độ hoạt tính methane. Độ hoạt tính methane càng cao
thì thời gian khởi động (thời gian vận hành ban đầu đạt đến tải trọng thiết
kế) càng ngắn. Bùn hoạt tính dùng cho bể UASB nên lấy bùn hạt hoặc bùn
lấy từ một bể xử lý kò khí là tốt nhất, có thể sử dụng bùn chứa nhiều chất
hữu cơ như bùn từ bể tự hoại, phân gia súc hoặc phân chuồng.
- Nồng độ bùn nuôi cấy ban đầu cho bể UASB tối thiểu là
10Kg VSS/ m
3
. Lượng bùn cho vào bể không nên nhiều hơn 60% thể tích bể.
- Trước khi vận hành bể UASB cần phải xem xét thành phần
tính chất nước thải cần xử lý cụ thể như hàm lượng chất hữu cơ, khả năng
phân hủy sinh học của nước thải, tính đệm, hàm lượng chất dinh dưỡng, hàm
lượng cặn lơ lửng, các hợp chất độc, nhiệt độ nước thải …
- Khi COD nhỏ hơn 100 mg/L, xử lý nước thải bằng UASB
không thích hợp. Khi COD lớn hơn 50.000 mg/L, cần pha loãng nước thải
hoặc tuần hoàn nước đầu ra.
- UASB không thích hợp đối với nước thải có hàm lượng SS
lớn. Khi nồng độ cặn lơ lửng lớn hơn 3000 mg/L, cặn này khó có thể phân
hủy sinh học được trong thời gian lưu nước ngắn và sẽ tích lũy dần trong bể,
17
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
gây trở ngại cho quá trình phân hủy nước thải. Tuy nhiên, nếu lượng cặn
này bò cuốn trôi ra khỏi bể thì không có trở ngại gì. Cặn lơ lửng sẽ lưu lại
trong bể hay không tùy thuộc vào kích thước hạt cặn và hạt bùn nuôi cấy.
Khi kích thước của hai loại cặn này gần như nhau, cặn lơ lửng sẽ tích lại
trong bể. Khi sử dụng bùn hạt, cặn lơ lửng sẽ dễ dàng bò cuốn trôi ra khỏi
bể. Đôi khi, lượng cặn lơ lửng này có thể bò phân hủy trong bể. Lúc đó, cần
biết tốc độ phân hủy của chúng để tính thời gian lưu cặn trong bể.
- UASB không thích hợp với nước thải có hàm lượng amonia

lớn hơn 2.000 mg/L hoặc nước thải có hàm lượng sunphate vượt quá 500
mg/L ( tỉ số COD/SO
4
2-
< = 5). Bản thân sunphate không gây độc nhưng do
vi khuẩn khử sunphate dễ dàng chuyển hóa SO
4
2-
thành H
2
S. Khi hàm lượng
SO
4
2-
không quá cao (hoặc tỉ số COD/SO
4
2-
không vượt quá 10), sẽ không
ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kò khí.
- Dựa vào các yếu tố trên có thể khẳng đònh sử dụng UASB
cho công nghệ sử lý nước thải mía đường là hợp lý.
III.3.7. Bể aerotank
Tùy thuộc vào loại chất ô nhiễm có thể sử dụng bể aerotank với các
vi sinh vật được nuôi cấy trong bùn hoạt tính để oxy hóa chất hữu cơ trong
điều kiện nhân tạo. Mô hình này được thực hiện bằng cách cung cấp oxy
cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển qua việc tiêu thụ chất hữu cơ .
Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxy
hóa và khoáng hóa chất hữu cơ chứa trong nước thải. Để giữ cho bùn hoạt
tính ở trạng thái lơ lửng và để đảm bảo oxy cho vi sinh vật sử dụng trong
quá trình phân hủy chất hữu cơ phải luôn cung cấp đầy đủ không khí cho bể

aerotank hoạt động. Sau bể aerotank nước thải vào bể lắng đợt 2 để tách
bùn hoạt tính. đây, một phần bùn lắng được đưa trở lại bể aerotank để tạo
mầm vi sinh vật trong bể, phần khác đưa tới bể nén bùn.
Khối lượng bùn tuần hoàn và lượng không khí cần cung cấp phụ
thuộc vào mức độ yêu cầu xử lý của nước thải.
Hiệu quả xử lý BOD
5
=90-95%.
Việc lựa chọn công nghệ xử lý tùy theo thành phần tính chất nước
thải, chi phí đầu tư quản lý và diện tích mặt bằng khu xử lý .
III.3.8. Bể lắng II
Đặt sau aerotank , nhiệm vụ làm trong nước ở
phần trên để xả ra nguồn tiếp nhận , cô đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất
đònh ở phần dưới của bể để tuần hoàn lại aerotank.
Thường có dạng tròn ( bể lắng đứng ,bể radial ) , dạng hình chữ
nhật ( bể lắng ngang ).Bể lắng ngang , chữ nhật thường có hiệu quả lắng
18
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
thấp hơn bể lắng tròn vì cặn lắng tích lũy ở các góc bể thường bò máy gạt
cặn khuấy động trôi theo dòng nước vào máng thu nước ra .
III.3.9. Bể nén bùn
Thu gom cặn chưa ổn đònh từ bể lắng 1, bể lắng 2 và cặn đã
ổn đònh từ aerotank nhằm làm giảm bớt độ ẩm .
19
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
CHƯƠNG IV.TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH DƠN VỊ:
Giả sử sau khi qua các công trình: song chắn rác, bể lắng cát, bể
điều hòa, bể lắng 1 hàm lượng các chất ô nhiễm giảm như sau:
BOD
5

giảm 45%(ban đầu là 5000mg/l)
COD giảm 43% (ban đầu là7000mg/l)
SS giảm 80% (ban đầu là 1250mg/l)
Do đó các thông số để tính toán các công trình như trình bày sau
đây
IV.1. Tính bể UASB
Tính toán:
 Các thông số đầu vào:
 pH= 6,6÷7,6
 Lưu lượng Q=800m
3
/ngđ
 BOD
5
=2750mg/l
 COD=4000mg/l
 SS= 250mg/l
 Trong nước thải có đầy đủ các nguyên tố vi lượng cần thiết cho
sự phát triển của VSV.
 Các thông số đầu ra
 pH = 6,5÷7,6
 BOD
5
=500mg/l
 COD=700mg/l
 SS=100mg/l
Nước thải khi ra khỏi bể sẽ có hàm lượng COD nhỏ hơn hay bằng
700mg/l để đưa sang bể Aerotank .
Hiệu quả xử lý của bể UASB:
%,582100

4000
7004000
100 =×
−
=×
−
=
v
rv
COD
CODCOD
E
Lượng COD cần khử:
lmgCODCODCOD
rv
/33007004000 =−=−=
Lượng COD cần khử trong ngày:
ngdkgCODQG /2640103300800
3
=××=×=
−
Chọn tải trọng xử lý trong bể UASB:
ngdmkgCODL ./9
3
=
[1]
Thể tích phần xử lý yếm khí cần thiết:
20
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
3

3293
9
2640
m
L
G
V ,===
→ Chọn V=293,5m
3
Để giữ cho lớp bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, tốc độ nước dâng
trong bể phải giữ trong khoảng 0,6÷0,9m/h . Chọn v=0,7m/h
Diện tích bề mặt cần thiết của bể:
2
6247
7024
800
m
v
Q
F ,
,
=
×
==
Chọn F=48m
2
Chiều cao phần xử lý yếm khí:
m
F
V

H 16
48
5293
1
,
,
===
→ chọn H
1
=6m.
Tổng chiều cao của bể:
321
HHHH ++=
Trong đó:
H
1
: chiều cao phần xử lý yếm khí.
H
2
: chiều cao vùng lắng. Để đảm bảo không gian an toàn cho bùn
lắng xuống phía dưới thì chiều cao vùng lắng phải lớn hơn 1,0m [1]. Chọn
H
2
=1,1m
H
3
: chiều cao dự trữ, chọn H
3
=0,5m
H=6+1,1+0,5=7,6m

Chọn 2 đơn nguyên hình vuông, vậy cạnh mỗi đơn nguyên là:

ma 894
2
48
,==
chọn a=5m
Chiều cao H=7,5m
Thể tích thực của bể:
3
380675522 mmmmHaaV
t
=×××=×××= ,
Thời gian lưu nước trong bể:
24×=
Q
V
T
Trong đó:
( )
3
29842506750 mFHV =×−=×−= ,,),(
Q = 800m
3
/ngđ
hT 94824
800
298
,=×=⇒
Nằm trong khỏang cho phép [4-10h][1]

21
b
2
tấm chắn 1
r
y1
b
1
tấm chắn 2
x
1
x
2
h1
Hnglắng
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
 Tính ngăn lắng:
Trong mỗi đơn nguyên, bố trí 4 tấm chắn khí và hai tấm hướng dòng.
Nước thải khi đi vào ngăn lắng sẽ được tách khí bằng các tấm tách
khí đặt nghiêng so với phương ngang 1 góc 45
0
÷60
0
. Chọn góc nghiêng giữa
tấm chắn khí với phương ngang là 60
0
. Các tấm này đặt song song nhau.
Tổng chiều cao của toàn bộ ngăn lắng H
nglắng
(kể cả chiều cao vùng

lắng) và chiều cao dự trữ chiếm trên 30% tổng chiều cao bể.
Ta có:
( )
mHH
m
tgtga
HH
a
HH
tg
9350444
44
2
605
2
60
2
60
3
00
3
3
0
,,,
,
nglắng
nglắng
nglắng
=−=−=⇒
=

×
=
×
=+⇒
+
=
Kiểm tra lại:
( )
%,%
,
,
%
H
HH
bể
3
nglắng
8957100
67
44
100 =×=×
+
>30%
Vậy chiều cao xác đònh được là thích hợp.
Thời gian lưu nước trong ngăn lắng, thời gian này phải lớn hơn 1h:
h
Q
Haa
Q
V

t 9224
800
9355
2
1
224
2
1
224 ,
,
nglắng
nglắng
=×
×××
×=×
×××
×=×=
>1h. mặt khác V
vùnglắng
/tổng thể tích UASB=H
2
/H
bể
=1,1/7,5≈15% thỏa
Tính toán tấm chắn khí:
Chọn khe hở giữa các tấm chắn khí và giữa tấm chắn khí với tấm
hướng dòng là như nhau.
Tổng diện tích giữa các khe hở này chiếm 15÷20% tổng diện tích đơn
nguyên. Chọn S
khe

=0,15S
dng
Hình 4.1: tấm chắn khí và hướng dòng bể UASB
22
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
Trong mỗi đơn nguyên có 4 khe hở, diện tích của mỗi khe:
( )
2
2
940
4
5150
4
150
m
S
S
dng
khe
,
,
,
=
×
=
×
=
Bề rộng của khe hở:
mmm
a

S
r
khe
khe
1881880
5
940
==== ,
,
 Tính toán các tấm chắn
Tấm chắn 1:
Chiều dài:
mmal 5000
1
==
Chiều rộng:
mmHHb
nglang
323360119360
21
=−=−= sin/),,(sin/)(
chọn 3240
Chiều cao:
mmby 280060323360
00
11
=×=×= sinsin
Tấm chắn 2:
Chiều dài:
mmal 5000

2
==
Chiều rộng:
212
xxb +=

( )
mmrh
khe
94301886090
000
1
=×=−×= sinsin
mmx 400
1
=
( )
( )
mm
yhHH
x 1739
60
2800945003900
60
00
113
2
=
+−+
=

+−+
=
sin
)()(
sin
nglắng
mmb 21391739400
2
=+=

chọn 2140
 Tính toán tấm hướng dòng:
Tấm hướng dòng cũng được đặt nghiêng 1 góc 60
o

so với

phương
ngang cách tấm chắn khí 188mm như hình vẽ.
 Tính hệ thống phân phối nước:
Đối với bể UASB có tải trọng chất bẩn hữu cơ L>4kgCOD/m
3
.ngđ [1]
thì từ 2m
2
diện tích bể trở lên sẽ được bố trí một vò trí phân phối nước.
→ Chọn 3m
2
cho một vò trí phân phối nước.
Số vò trí phân phối nước trong mỗi đơn nguyên:

8
3
2
48
3
2
===
F
n
 Tính máng thu nước:
23
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
Bố trí máng thu nước kết hợp với máng răng cưa đặt ở tâm bể và dọc
theo chiều rộng bể. Máng thu nước được tạo độ dốc để dẫn nước thải về
cuối bể rồi theo ống dẫn theo cơ chế tự chảy, chảy sang aerotank .
Máng thu nước tiết diện hình chữ nhật: d x r với d=2r.
Độ dốc máng: i=1/200.
Lưu lượng vào máng: Q
máng
= 800m
3
/ngđ.
Ta có:
iRCQ
máng
×××=
ω
(4.8)
Trong đó:
6

1
1
22
2
R
n
C
r
rd
rd
R
rd
rd
×=
=
×+
×
==
×+=
×=
λ
ω
λ
ω
( )
( )
( )
mmmr
i
nQ

r
860860
200
1
502360024
0140800
502
2
1
3
2
2
1
3
2
6
16
==⇒
××××
×
=
×
×
=⇒
,
,
,
,
máng
Chọn kích thước máng: r =90mm

d=180mm
Thanh răng cưa
Chiều cao răng cưa :50mm
Dài đoạn vát đỉnh răng cưa:40mm
Chiều cao cả thanh :200mm
Khe dòch chuyển
Cách nhau : 450mm
Bề rộng khe :12mm
Chiều cao:150mm
24
Đồ án xử lý nước thải tại nhà máy mía đường
450450
50
40
50
60
50
130
khe dòch chuyển
250
Hình 4.2: máng răng cưa
 Tính lượng khí và bùn sinh ra:
Tính lượng khí sinh ra trong bể:
Thể tích khí sinh ra đối với 1kgCOD bò khử là 0,5m
3
[3]
Tổng thể tích khí sinh ra trong một ngày:
đ
,,
ng

m
GV
khí
3
14008005050 =×=×=
Tính lượng khí CH
4
sinh ra:
Thể tích khí CH
4
sinh ra khi 1kg COD được loại bỏ là 0,35 m
3
(CH
4
chiếm 70% tổng lượng khí sinh ra) [3]. Thể tích khí CH
4
sinh ra là:
đ/,, ngmVV
khíCH
3
98014007070
4
=×=×=
Tính lượng bùn sinh ra:
Lượng bùn do VSV sinh ra từ 0,1÷0,5kg/kgCOD được loại bỏ.
→ Chọn M
bùn
=0,1kg/kgCOD bò loại bỏ.
Khối lượng bùn sinh ra trong một ngày:
ngày

kgbùn
,
bùn
280280010 =×=M
 Tính ống phân phối nước vào bể UASB:
25