Đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý hiếu khí và kỵ khí trong hệ thống xử lý nước thải Nhà máy đường Cam Ranh – Khánh Hòa

i

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG
o0o




MAI VĂN NGUYÊN

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HIẾU KHÍ
VÀ KỴ KHÍ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
NHÀ MÁY ĐƯỜNG CAM RANH – KHÁNH HÒA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

GVHD: PGS.TS. NGÔ ĐĂNG NGHĨA
KS. TRẦN THANH TÙNG


Nha Trang, tháng 07 năm 2013
i

LỜI CẢM ƠN

Qua khoảng thời gian học tại trường Đại Học Nha Trang, tôi muốn gửi lời
cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thầy cô trong nhà trường đã truyền đạt cho tôi những

kiến thức bổ ích về khoa học công nghệ, kỹ thuật và xã hội.
Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô trong Viện Công nghệ sinh học và
Môi trường đã truyền đạt cho tôi những kiến thức chuyên môn, các kinh nghiệm
trong các buổi thực hành và các chuyến đi thực tập nhà máy trong suốt thời gian
qua. Đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Công nghệ kỹ thuật môi trường đã truyền
đạt những kiến thức chuyên sâu về chuyên ngành và giúp đỡ tôi tận tình trong suốt
thời gian theo học cũng như thời gian làm luận văn.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Ngô Đăng Nghĩa và
KS Trần Thanh Tùng, là những người đã tận tình trực tiếp hướng dẫn chúng tôi
từng bước một và luôn khuyến khích động viên chúng tôi trong suốt thời gian làm
luận văn.
Cuối cùng,lời cảm ơn xin được gửi tới ban lãnh đạo và tập thể anh chị công
nhân làm việc tại nhà máy đường Cam Ranh – Khánh Hòa đã tạo điều kiện cho tôi
thực tập tại công ty, được tiếp xúc thực tế và giải đáp thắc mắc trong quá trình thực
tập giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, tháng 6 năm 2013
Mai Văn Nguyên


ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN I
MỤC LỤC II
DANH MỤC HÌNH V
DANH MỤC BẢNG VII
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VIII
PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 3
1.1 TổNG QUAN Về NGÀNH SảN XUấT MÍA ĐƯờNG 3
1.1.1 Ngành mía đường Thế giới 3
1.1.2Ngành mía đường Việt Nam 3
1.1.2.1 Tình hình hoạt động, sản xuất ở các nhà máy đường ở Việt Nam hiện
nay 3
1.1.2.2Tổng quan về công nghệ sản xuất mía đường ở Việt Nam 7
1.2 CÔNG NGHệ Xử LÝ NƯớC THảI MÍA ĐƯờNG 12
1.2.1 Cơ sở lý thuyết các quá trình xử lý nước thải nhà máy đường 12
1.2.2 Nguyên lý chung của quá trình oxy hoá sinh hoá 12
1.2.3 Cơ sở lý thuyết quá trình phân huỷ yếm khí 13
1.2.3.1 Cơ chế phân huỷ yếm khí 14
1.2.3.2 Công trình và thiết bị xử lý yếm khí thường được sử dụng 17
1.2.4 Cơ sở lí thuyết quá trình hiếu khí 18
1.2.4.1 Cơ chế quá trình, tác nhân và các yếu tố ảnh hưởng 18
1.2.4.2 Các dạng xử lý hiếu khí thường sử dụng 22
1.3 CÁC CÔNG NGHệ Xử LÝ NƯớC THảI ĐÃ ĐƯợC ÁP DụNG Để Xử LÝ NƯớC THảI NHÀ
MÁY ĐƯờNG 25
1.3.1 Phương pháp xử lý nước thải mía đường đang được áp dụng ở các nước
trên thế giới 25
1.3.2 Phương pháp xử lý nước thải mía đường đang được áp dụng ở Việt Nam
26
1.4 GIớI THIệU CHUNG Về NHÀ MÁY SảN XUấT ĐƯờNG CAM RANH – KHÁNH HÒA 29
1.4.1 Vị trí địa lý 29
1.4.2 Vai trò của nhà máy 29
1.4.3 Công nghệ sản xuất của nhà máy 30
1.4.4 Công nghệ xử lý nước thải của nhà máy 32
1.4.4.1 Nguồn gốc phát sinh và tính chất nước thải nhà máy 32
iii

1.4.4.2 Ảnh hưởng của nước thải đến nguồn nhận 35
1.4.4.3 Quy trình xử lý nước thải của nhà máy 36
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47
2.1 ĐốI TƯợNG NGHIÊN CứU 47
2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CứU 47
2.2.1 Khảo sát quy trình sản xuất đường 47
2.2.2 Phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm 47
2.2.2.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu 47
2.2.2.2Xác định nhu cầu oxi hóa học COD 48
2.2.2.3 Phân tích hàm lượng cặn SS 49
2.2.2.4Xác định nhu cầu oxy sinh hóa BOD 50
2.2.2.5 Xác định pH 54
2.2.2.6 Xác định độ màu 54
2.2.3 Xử lý số liệu 55
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56
3.1 ĐÁNH GIÁ HIệU QUả Xử LÝ CủA Bể Kỵ KHÍ 56
3.1.1 Kết quả phân tích COD 56
3.1.2 Phân tích độ màu. 60
3.1.3 Phân tích SS 62
3.1.4 Phân tích BOD
5
64
3.2ĐÁNH GIÁ HIệU QUả Xử LÝ Bể HIếU KHÍ 67
3.2.1 Kết quả phân tích COD 67
3.2.2 Kết quả phân tích độ màu 71
3.2.3 Kết quả phân tích SS 73
3.2.4 Kết quả phân tích BOD
5
76
3.3. NHậN XÉT CHUNG SAU KHI KHảO SÁT Hệ THốNG 80

3.4 Đề XUấT PHƯƠNG ÁN NHằM NÂNG CAO HIệU QUả CủA Hệ THốNG Xử LÝ NƯớC
THảI 81
3.4.1 Khắc phục một số sự cố trong quá trình vận hành 81
3.4.1.1 Sục khí tại bể xử lý hiếu khí 81
3.4.1.2 Các vấn đề về sinh khối: 81
3.4.1.3 Vấn đề về SS và BOD sau xử lý hiếu khí và kỵ khí cao 82
3.4.2 Các giải pháp nâng cao hiệu quả hệ thống xử lý nước thải 82
3.4.2.1 Hạn chế mất đường theo nước thải 82
3.4.2.2 Tồn trữ nước thải 83
3.4.2.3 Hồi lưu nước thải 83
iv

3.4.2.4 Tuần hoàn nước làm mát 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

v

DANH MỤC HÌNH
Chương 1
Hình 1. 1: Sơ đồ công nghệ đường thô 5
Hình 1. 2: Làm sạch nước mía bằng phương pháp vôi 8
Hình 1. 3: Sơ đồ công nghệ làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hoá 9
Hình 1. 4: Sơ đồ công nghệ phương pháp cacbonat hóa 10
Hình 1. 5: Quy trình xử lý nước thải nhà máy mía đường được áp dụng trên thế giới
26
Hình 1. 6: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy đường Bình Dương 27
Hình 1. 7: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy đường Long An 28
Hình 1. 8 Vị trí nhà máy đường Cam Ranh 29
Hình 1. 9: Sơ đồ công nghệ sản xuất của nhà máy đường Cam Ranh 30

Hình 1. 10: Sơ đồ vị trí các dòng thải chính trong quá trình sản xuất đường 35
Hình 1. 11: Quy trình xử lý nước thải nhà máy 37
Hình 1. 12: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu quả xử lý của bể UASB 41
Hình 1. 13: Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu suất phân hủy kỵ khí 42
Hình 1. 14: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất phân hủy kỵ khí 43
Hình 1. 15: Nguyên lý hoạt động của bể Unitank 44
Chương 3
Hình 3. 1: Biểu đồ biểu diễn biến đổi COD đầu vào và đầu ra của bể kỵ khí 58
Hình 3. 2: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của bể kỵ khí 58
Hình 3. 3:Biểu đồ biểu diễn biến đổi độ màu đầu vào và đầu ra của bể kỵ khí 61
Hình 3. 4: Biểu đồ biểu diễn biến đổi SS đầu vào và đầu ra của bể kỵ khí 63
Hình 3. 5: Biểu đồ biểu diễn biến đổi BOD
5
đầu vào và đầu ra của bể kỵ khí 66
Hình 3. 6: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý BOD5 của bể kỵ khí 66
Hình 3. 7: Biến đổi COD tại bể xử lý hiếu khí 69
Hình 3. 8: Biến đổi hiệu suất xử lý COD tại bể xử lý hiếu khí 69
Hình 3. 9: Biến đổi độ màu tại bể xử lý hiếu khí 72
Hình 3. 10: Hiệu suất xử lý màu tại bể hiếu khí 73
vi

Hình 3. 11: Biến đổi SS tại bể xử lý hiếu khí 75
Hình 3. 12: Biến đổi hiệu suất SS tại bể xử lý hiếu khí 75
Hình 3. 13: Biến đổi BOD
5
tại bể xử lý hiếu khí 78
Hình 3. 14: Biến đổi hiệu suất xử lý BOD
5
tại bể xử lý hiếu khí 78

vii

DANH MỤC BẢNG
Chương 1
Bảng 1. 1: Công suất sản xuất một số nhà máy đường trong nước 4
Bảng 1. 2: Thông số ô nhiễm nước thải của các nhà máy đường trong nước 6
Bảng 1. 3: So sánh các phương pháp làm sạch 11
Bảng 1. 4: Vi sinh vật phân huỷ yếm khí tạo khí Metan 16
Bảng 1. 5: Một số thông số của hồ sinh học 24
Bảng 1. 6: Thống kê nguồn gốc, tính chất nước thải nhà máy đường 32
Bảng 1. 7: Tổng kết các dòng nước thải chính phát sinh từ quá trình sản xuất khi
nhà máy hoạt động 33
Chương 2
Bảng 2. 1: Lượng hóa chất cần thiết để phân tích COD 49
Chương 3
Bảng 3. 1: Kết quả phân tích COD(mg/l) tại bể xử lý kỵ khí 56
Bảng 3. 2: Kết quả phân tích độ màu tại bể xử lý kỵ khí 60
Bảng 3. 3:Kết quả phân tích SS tại bể xử lý kỵ khí 62
Bảng 3. 4: Kết quả phân tích BOD5 tại bể xử lý kỵ khí 64
Bảng 3. 5: Kết quả phân tích COD tại bể xử lý hiếu khí 68
Bảng 3. 6: Kết quả phân tích độ màu tại bể xử lý hiếu khí 71
Bảng 3. 7: Kết quả phân tích SS tại bể xử lý hiếu khí 74
Bảng 3. 8: Kết quả phân tích SS tại bể xử lý hiếu khí 77

viii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD: Biochemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy sinh hoá.
COD: Chemical Oxygen Demand– Nhu cầu oxy hoá học.
ĐTM: Đánh giá tác động môi trường
HRT: Hydrolic Retention Time – Thời gian lưu nước
QCVN: Quy chuẩn Việt Nam
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
TSS: Total Suspended Solids – Tổng chất rắn lơ lững
SS : Suspended Solids – Chất rắn lơ lững
SRT: Solids Retention Time – Thời gian lưu bùn
VSV: Vi sinh vật
MLSS: Nồng độ sinh khối
SVI: Sludge Volume Index – Chỉ số thể tích bùn
1

PHẦN MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Nước ta trong thời kỳ pháttriển, tăng trưởng kinh tế đã ảnh hưởng rộng lớn tới
thiên nhiên và môi trường, chất lượng môi trường sống ngày càng suy thoái. Làm
sao để đạt được sự hài hòa lâu dài giữa sự phát triển bền vững và bảo vệ môi trường
sống của con người? Ở nước ta vấn đề bảo vệ môi trường là vấn đề chiến lược có
tầm quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế và xã hội.
Có nhiều ngành công nghiệp khác nhau gây ra sự ô nhiễm môi trường. Nhưng
đối với ngành công nghiệp sản xuất mía đường, nguồn chủ yếu gây ra ô nhiễm là
nước thải và khí thải sinh ra trong quá trình sản xuất. Trong nuớc thải ngành sản
xuất mía đường có chứa các hợp chất hữu cơ, vô cơ như là BOD, COD, SS … Các
chất này hữu cơ này làm lắng cặn trong ao, hồ, các dòng suối. Các chất này dễ phân
huỷ sinh học gây ra các mùi hôi, thối tác hại xấu đến dân cư xung quanh, ảnh hưởng
đến nguồn nuớc ngầm, nước mặt.
Phần lớn chất rắn lơ lửng có trong ngành công nghệ sản xuất đường ở dạng
hữu cơ, vô cơ. Khi thải ra môi trường tự nhiên, chúng có khả năng lắng tạo thành

một lớp dày ở dưới đáy nguồn tiếp nhận, phá huỷ hệ thuỷ sinh làm thức ăn cho cá.
Lớp bùn có chất hữu cơ làm cạn kiệt nguồn oxy hoà tan trong nước, sản phẩm của
quá trình này là: CH
4
, H
2
S, NH
3
, indol, catol
Nhằm mục đích tìm hiểu góp phần vào việc bảo vệ môi trường sống của con
người, tôi chọn đề tài “Đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý hiếu khí và kỵ khí
trong hệ thống xử lý nước thải nhà máy đường Cam Ranh – Khánh Hòa”. Qua
đó,đề xuất một số biện pháp nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống xử lý của nhà
máy đường Cam Ranh – Khánh Hòa.
Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của quá trình xử lý hiếu khí và kỵ khí.
- Đề xuất biện pháp nâng cao chất lượng hệ thống xử lý nước thải của nhà máy
đường Cam Ranh.
2

Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu dây chuyền công nghệ sản xuất của nhà máy từ đó xác định lưu
lượng các nguồn thải nước cùng với thành phần tính chất của chúng.
- Phân tích các chỉ tiêu BOD
5
, COD, SS, pH và độ màu.
- Đánh giá hiệu suất xử lý của 2 hợp phầntrong hệ thống xử lý nước thải hiện
hữu(xử lý hiếu khí và kỵ khí).
- Đề xuất một số biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống xử
lý nước thải tại nhà máy.

Giới hạn phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu: Nước thải nghiên cứu được lấy tại đầu vào và đầu ra
của hai hợp phần (xử lý hiếu khí và kỵkhí)trong hệ thống xử lý nước thải
ởnhà máy đường Cam Ranh.
- Phân tích các mẫu nước thải trên tại phòng thí nghiệm của Viện CNSH và
MT - Trường đại học Nha Trang.

3

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về ngành sản xuất mía đường
1.1.1 Ngành mía đường Thế giới[8]
Vào thế kỷ thứ IV người Ấn Độ và người Trung Hoa đã chế biến mía thành
tinh thể đường. Từ đó kỹ thuật sản xuất đường chuyển sang các nước châu âu như:
Anh, Nam Tư, Ba Lan, Bồ Đào Nha, Italia… Đồng thời chuyển việc sản xuất đường
ở dạng thủ công trở thành một nghành công nghiệp. Đến thế Kỷ XVI nhiều nhà máy
đường xuất hiện lên ở Anh, Pháp, Đức Đến thế kỷ XX, nhà máy đường hiện đại
đầu tiên xây dựng ở Anh.
Thuở sơ khai công nghiệp đường còn thô sơ, dùng trâu bò để kéo máy hai trục
bằng gỗ, làm sạch chỉ bằng vôi, nấu đường bằng chảo dưới áp suất khí quyển, thực
hiện kết tinh tự nhiên. Năm 1867, ở pháp sử dụng máy ép ba trục bằng gang, kéo
bằng hơi nước. Sau đó máy ép được cải tiến dùng nhiều trục ép, máy ép và dùng
nước thẩm thấu để nâng cao hiệu suất ép.
Làm sạch bằng phương pháp vôi sử dụng đầu tiên Ấn Độ, nhưng phương pháp
vôi bộc lộ một số nhược điểm ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi đường. Năm 1812,
ông Berrnel đã dùng CO
2
để trung hòa lượng vôi dư và lọc để loại kết tủa. Cũng thế
kỷ XIX, Kỹ Sư Tratani người Italia SO
2

để trung hòa lượng vôi dư và tẩy màu mía.
Ngành công nghiệp mía đường mấy chục năm gần đây đã phát triển rất nhanh,
đã cơ khí hóa toàn bộ dây chuyền và việc tự động hóa đã được áp dụng khá rộng rãi
nhiều khâu.
1.1.2Ngành mía đường Việt Nam[2], [9]
1.1.2.1 Tình hình hoạt động, sản xuất ở các nhà máy đường ở Việt Nam hiện
nay
Hiện nay ngành công nghiệp sản xuất đường ở Việt Nam còn lại hậu so với
thế giới. Trước năm 1954 miền bắc chưa có nhà máy đường nào. Sau năm 1975, đất
nước hoàn toàn giải phóng, miền Nam khôi phục lại những nhà máy đường của chế
độ Nguỵ Quyền như: Bình Dương, Hiệp Hoà, Phan Rang, Khánh Hội, Biên Hoà…
Hiện nay đã và đang xây dựng mới một số nhà máy đường như: La Ngà, Lam Sơn,
4

Tây Ninh, Cần Thơ… Ngoài ra còn có nhiều nhà máy sản xuất đường với quy mô
nhỏ, các cơ sở sản xuất thủ công, thô sơ. Hầu hết công nghệ sản xuất đường của nhà
máy trong toàn quốc đều lạc hậu, cũ kỹ. Thiết bị sản xuất đường chủ yếu là nhập từ
Trung Quốc.
Ở nước ta, hiện nay ngành công nghiệp mía đường đang phát triển, hầu hết
các tỉnh trong toàn quốc đều có nhà máy đường, nhưng công nghệ sản xuất thì vẫn
chưa hiên đại, dần dần thay đổi công nghệ sản xuất cho phù hợp với điều kiện hiện
tại. Tính đến thời điểm hiện tại cả nước có khoảng 50 đến 60 nhà máy đường.
Bảng 1. 1: Công suất sản xuất một số nhà máy đường trong nước
Tên đơn vị sản xuất đường

Công suất

(tấn/ngày)

Tên đơn vị sản xuất đường

Công suất

(tấn/ngày)

Bourbon Tây Ninh

8000

Biên Hoà tỉnh Đồng Nai

2000

Bình Thuận

8000

Khánh Hội TP Hồ Chí Minh

2000

Cam Ranh (Khánh Hòa)

6000

Bình Định

1800

Bến Lức(Long An)

2500

Mía Đường Bourbon Gia Lai

1500

Gia Lai (An Khê)

2000

Bến Tre

1000

Nguồn: Báo cáo Hội nghị mía đường năm 2011 .
Hiện nay các nhà máy đường trong toàn quốc sản xuất ra chủ yếu đường thô
và đường tinh luyện. Để sản xuất mỗi loại đường thì có công nghệ sản xuất thích
hợp. Vì vậy có hai công nghệ được sử dụng trong các nhà máy đường là:
- Công nghệ sản xuất đường thô.
- Công nghệ sản xuất đường tinh luyện.
Sơ đồ công nghệ sản xuất đường thô.




5

Hình
1.
1
: Sơ đ
ồ

công ngh
ệ

đư
ờ
ng thô

Ép mía

Gia nhi
ệ
t 1

Sunfit hóa

Đường thô
Bùn
Lọc chân không
Phân ly

K
ế
t tinh

B
ố
c hơi

Gia nhi
ệ
t 3

L
ắ
ng

Gia nhi
ệ
t 2

Nư
ớ
c
M
ậ
t r
ỉ

Hơi nư
ớ
c

Hơi nư
ớ

c

Hơi nư
ớ
c

Hơi nư
ớ
c

Hơi nư
ớ
c

Vôi
H
3
PO
4
Nước lắng trong
Hơi nư
ớ
c ngưng

B
ộ
t vàng, b
ả

mía

X
ả

nư
ớ
c r
ử
a

Hơi nư
ớ
c ngưng t
ụ

C

Hơi nư
ớ
c ngưng t
ụ

C

Hơi nư
ớ
c ngưng t
ụ

C

Hơi nư
ớ
c ngưng t
ụ

C

Nư
ớ
c
Mía

6

Thuyết minh công nghệ sản xuất đường thô:
Đầu tiên, mía cây được đưa vào các trục ép áp lực, để tận dụng hết đường
trong cây mía người ta phun nước vào máy ép để tăng cường khả năng nhả đường.
Nước mía ở máy ép cuối cùng thông thường người ta bơm ngược lại máy ép đầu
tiên.
Nước mía có tính acid (pH = 4,9 – 5,5). Nước mía có độ đục cao, có màu xanh
và chứa các chất phi đường nên người ta cho Ca(OH)
2
và H
3
PO
4
để chúng phản ứng
với SO
2

tạo ra các chất kết tủa hấp thụ các chất phi đường và các chất tạo màu. Sau
khi xảy ra các quá trình trên nước mía hỗn hợp cho qua bồn lắng để tách các tạp
chất cần tách, lượng cặn của bồn lắng cho qua bể lọc chân không để tách bùn và
nước lắng trong. Nước lắng trong được hoàn lưu chảy vào quá trình gia nhiệt lần 3.
Khi gia nhiệt sẽ làm cho nước mía bốc hơi và bắt đầu kết tinh. Tiếp tục là quá trình
phân ly sẽ làm đường kết tinh trở thành đường thô. Sản phẩm phụ của quá trình này
là đường rỉ.
Bảng 1. 2: Thông số ô nhiễm nước thải của các nhà máy đường trong
nước
STT

Thông số

Đơn vị
Giá trị
1

pH

5.5-7.4

2

BOD
5

mgO
2
/l

1.000-2.000

3

COD

mgO
2
/l

1.600-12.000

4

SS

mg/l

300-800

5

TDS

mg/l

250-800

6

Độ màu
NTU
130-1.700

7

P-PO
4
3
-

mg/l

6-70

8

N-NO
3
-

mg/l

10-30

Nguồn: Công ty môi trường Ngọc Lân
Nhận xét:
Hầu hết các nhà máy đường trong toàn quốc ô nhiễm nặng qua các thông
7

sốCOD, BOD
5
, SS… Vì vậy chúng ta nên cónhững biện pháp giảm thiểu ô nhiễm
kết hợp với biện pháp xử lý các nguồn gây ra ô nhiễm.
1.1.2.2Tổng quan về công nghệ sản xuất mía đường ở Việt Nam
- Tổng quan về các phương pháp làm sạch nước mía ở Việt Nam
Có 3 phương pháp làm sạch nước mía được ứng dụng rộng rãitrong các nhà
máy sản xuất đường trên toàn quốc như:
o Phương pháp vôi
o Phương pháp sunfit hoá
o Phương pháp cacbonat hoá
Phương pháp vôi
Phương pháp vôi dùng để sản xuất mật trầm, đường phèn, đường cát vàng.
Phương pháp vôi chia làm có 3 dạng:
- Cho vôi vào nước mía lạnh
- Cho vôi vào nước míanóng
- Cho vôi phân đoạn
Sơ đồ công nghệ tiêu biểu:

8













Phương pháp sunfit hoá
Đây là phương pháp được dùng phổ biến để sản xuất đường kính trắng.
Phương pháp sunfit hoá chia làm 3 dạng:
- Phương pháp sunfit hoá axit
- Phương pháp sunfit hoá kiềm mạnh
- Phương pháp sunfit hoá kiềm nhẹ
Sơ đồ công nghệ tiêu biểu:




Nước mía hỗn hợp
Cô đặc
Lưới lọc
Trung hòa
PH = 7.2

–

7.5

Nước lắng trong
Sữa vôi
Gia Nhiệt
T = 102
–

105
0
C

Thùng lắng
Nước bùn
Lọc
Thùng lắng
Bùn
Hình 1.
2
: Làm s
ạ
ch nư
ớ
c mía b
ằ
ng phương pháp vôi

9

 Phương pháp cacbonat hoá
Khí CO
2
xông vào mía để loại các phi đường. Phương pháp cacbonat hoá
được sử dụng ở 3 dạng:
- Phương pháp xông CO
2

một lần
- Phương pháp xông CO
2
chè trung gian
Nước mía hỗn hợp
Lắng trong
Nước mía trong
Gia vôi sơ bộ PH = 6.4 - 6.6
Gia nhiệt 1 T = 60 - 65
0
C
Xông SO
2
lần 1 Ph = 3.4 – 3.8
Nước bùn
Xông SO
2
lần 2
Trung hòa PH = 7.0 – 7.3
Mật chè
Gia nhiệt 2 T = 102- 105
0
C
Cô đặc
Gia nhiệt 2 T = 102- 105
0
C
Lọc
Nước lắng trong
Bùn

H
3
PO
4
SO
2

Sữa vôi
Sữa vôi
Hình 1. 3: Sơ đồ công nghệ làm sạch nước mía bằng phương pháp
sunfit hoá
10

- Phương pháp xông CO
2
thông thường
Sơ đồ công nghệ tiêu biểu:


Ca(OH)
2
Nước mía hỗn hợp
Gia vôi sơ bộ
PH = 6.4 – 6.6

Gia nhiệt
T = 100 – 105
0
C
Trung hòa kiềm nhẹ

PH = 7.2 – 7.9
Bốc hơi
n
0
ck = 35
–

40
0
Bx

Bão sung 1
PH = 10.5 - 11

Lọc lần 1
Bão sung 1
PH = 7.8 – 8.5

Gia nhiệt
T = 75 – 80
0
C

Bùn
Lọc lần 1
Xông SO
2
lần 1
PH

= 3.4
–

3.8

Bốc hơi
n
0
ck = 35
–

40
0
Bx

Xông SO
2
lần 1
PH = 3.4
–

3.8

Lọc kiểm tra
Mật chè
Bùn tận
dụng
Ca(OH)
2
Ca(OH)

2
CO
2
CO
SO
2
Ghi chú:
n
0
ck = 35 – 40
0
Bx là chất rắn hòa tan trong dung dich

Hình 1. 4: Sơ đồ công nghệ phương pháp cacbonat
hóa
11

Bảng 1. 3: So sánh các phương pháp làm sạch
TT Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm
1 Phương pháp
vôi
-

Vốn đầu tư ít
- Thiết bị,quy trình công
nghệ,quản lý, điều hành đơn
giản.
-

Hi

ệu suất thu hồi sản
phẩmthấp.
- Sản xuất ra sản
phẩmđườngvàng.
2 Phương pháp
sunfit hóa
-

S
ản xuất ra sản phẩm
đườngkính trắng.
- Vốn đầu tư ít.
- Thiết bị, quy trình công
nghệ,quản lý, điều hành
đơn giản.
-

S
ản phẩm đ
ư
ờng khó
bảoquản và dễ hútẩm,biến
màu.

3 Phương pháp
cacbonat hóa
-

S
ản xuất ra sản phẩm

đườngkính trắng có chất
lượng cao.
- Hiệu suất thu hồi cao.
- Quản lý, điều hành đơn
giản.
-

Thi
ết bị, quy tr
ình công
nghệphức tạp.

4 Phương pháp
trao đổi ion
-

S
ản xuất ra sản phẩm
đườngkính trắng có chất
lượng cao.
- Giảm lượng đóng cặn ở
cácthiết bị.
- Hiệu suất thu hồi cao.
-

Tiêu hao nhi
ều hóa chất
.

- Mất nhiều thời gian tái

sinhtrao đổi ion.
- Giá thành sản phẩm cao.


12

 Phương pháp trao đổi ion
Các nhà máy đường trong nước hầu hết sử dụng công nghệ làm sạch bằng
phươngpháp vôi, phương pháp sunfit hóa, phương pháp cacbonat hóa. Phương pháp
trao đổi ionchưa được sử dụng ở nước ta bởi vì công nghệ phức tạp, quản lý vận
hành khó khăn, giáthành đường thành phẩm cao.
1.2 Công nghệ xử lý nước thải mía đường.
1.2.1 Cơ sở lý thuyết các quá trình xử lý nước thải nhà máy đường
Theo nhiều tài liệu về công nghệ xử lý nước thải, với những đặc trưng của nước
thải sản xuất đường mía phương pháp xử lý nước thải sử dụng là xử lý hóa lý và
nhiều nhất là xử lý bằng phương pháp sinh học. Phương pháp sinh học xử lý nước
thải là phương pháp sử dụng các chủng vi sinh vật để loại bỏ các chất ô nhiễm ra
khỏi nước thải. Dựa trên quá trình hô hấp của các vi sinh vật sử dụng trong quá
trình xử lý, có thể chia phương pháp xử lý này thành hai loại như sau:
- Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí (sử dụng vi sinh vật hô hấp hiếu khí
hoặc hô hấp tuỳ tiện).
- Phương pháp xử lý sinh học yếm khí (sử dụng vi sinh vật hô hấp yếm khí
hoặc hô hấp tuỳ tiện).
1.2.2 Nguyên lý chung của quá trình oxy hoá sinh hoá [4]
Quá trình oxy hoá sinh hoá thực hiện được khi các chất hữu cơ hoà tan, các
chất keo và phân tán nhỏ trong nước thải được di chuyển vào bên trong tế bào của
vi sinh vật. Quá trình xử lý nước thải hoặc còn gọi là quá trình thu hồi các chất bẩn
từ nước thải và việc vi sinh vật hấp thụ các chất bẩn đó bao gồm ba giai đoạn sau:
- Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật
do khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử.

- Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch tán
do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bào.
- Quá trình chuyển hoá các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh năng
lượng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng
lượng.
13

Ba giai đoạn này quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển hoá các
chất đóng vai trò chính trong quá trình xử lý nước thải.
Phương trình tổng quát các phản ứng tổng của quá trình oxy hoá sinh hoá ở
điều kiện hiếu khí có dạng như sau:
HNHOH
y
xCOOzyxNOHC
menVSV
zyx


 
3222
2
3
)4/33/4/( (1.1)
HCONOHCONHNOHC
menVSV
zyx
 
227523
(1.2)
C

x
H
y
O
z
N : là các chất hữu cơ trong nước thải
C
5
H
7
NO
2
: là công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chínhtrong tế bào
vi sinh vật.
∆H: là năng lượng
Phản ứng (1.1) là phản ứng oxy hoá các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu
năng lượng của tế bào, còn phản ứng (1.2) là phản ứng tổng hợp để xây dựng tế
bào. Lượng oxy tiêu tốn cho các phản ứng này là tổng BOD của nước thải.
Nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hoá thì khi không đủ chất dinh dưỡng,
quá trình chuyển hoá các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hoá chất liệu tế
bào (tự oxy hoá):

322
,
23
232
,
2275
255
HNOOHNOONH

HOHNHCOONOHC
VSVEnzymmenVSV
EnzymmenVSV
 
 
(1.3)
Tổng lượng oxy tiêu tốn cho bốn phản ứng trên gần gấp hai lần lượng oxy
tiêu tốn của hai phản ứng đầu. Từ các phản ứng này có thể thấy rõ sự chuyển hoá
hoá học là nguồn năng lượng cần thiết cho các vi sinh vật.
1.2.3 Cơ sở lý thuyết quá trình phân huỷ yếm khí [4]
Phương pháp phân hủy yếm khí được sử dụng để xử lý nước thải có hàm
lượng BOD và hàm lượng cặn lơ lửng lớn (BOD > 1800 mg/l, TSS ≥ 300 – 400
mg/l), dựa vào các quá trình chuyển hoá các chất hữu cơ của vi sinh vật hô hấp yếm
khí hoặc tuỳ tiện.
Xử lý nước thải bằng phương pháp yếm khí có ưu điểm như sau:
14

- Có thể xử lý được nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao và có
khả năng phân huỷ được các chất hữu cơ có phân tử lượng lớn, phức
tạp mà phương pháp hiếu khí không xử lý được.
- Lượng bùn dư sinh ra ít.
- Giá thành rẻ.
- Sản phẩm của quá trình xử lý này là khí sinh học (Biogas) thành phần
chủ yếu là CH
4
và CO
2
có thể dùng làm nhiên liệu.
Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm đó vẫn có những nhược điểm:
- Thời gian lưu của nước thải trong thiết bị lâu, nên chi phí ban đầu cho

xây dựng cơ bản khá cao.
- Thời gian ổn định công nghệ dài.
- Hiệu quả xử lý chỉ đạt 80 đến 90%.
- Quy trình vận hành tương đối phức tạp.
- Nếu thiết bị hở khí thoát ra gây ô nhiễm môi trường không khí.
1.2.3.1 Cơ chế phân huỷ yếm khí [4]
Về cơ bản có thể chia quá trình phân huỷ yếm khí các chất ô nhiễm hữu cơ
thành 3 giai đoạn chính:
- Giai đoạn thủy phân
Trong công đoạn này các thành phần chất hữu cơ không tan hoặc tan ít (có
phân tử lượng lớn như protein, lipit, polysacarit, pectin) được chuyển hoá thành các
sản phẩm có phân tử lượng nhỏ hơn và phần lớn đều tan. Các chất hữu cơ này sẽ
được sử dụng làm cơ chất trong các hoạt động của VSV trong các công đoạn sau.
- Giai đoạn lên men các axid hữu cơ
Các hợp chất hữu cơ đơn giản sản phẩm của quá trình thuỷ phân, các chất
béo, polysacarit, protein sẽ được lên men thành các acid hữu cơ như: acetic, lactic,
propionic, butyricvà các chất khí như: H
2
, H
2
S, NH
3
và một lượng nhỏ CH
4
. Thành
phần và tính chất của các sản phẩm phụ thuộc nhiều vào bản chất, thành phần của
15

các chất ô nhiễm có trong nước thải, phụ thuộc vào khu hệ VSV cũng như vào điều
kiện môi trường của quá trình hoạt động (pH, nhiệt độ, ).

Cơ chế của quá trình tạo acid trong phân huỷ yếm khí được chia làm hai
dạng chính. Theo Gunnerson và Stucke [8]:
Chuyển hoá trực tiếp cơ chất đến axit acetic:
+ Lên men tạo acid acetic:
2236126
22 HCOCOOHCHOHC  (1.4)
(Glucoza)
+ Phân cắt acid béo phân tử lượng lớn bằng phản ứng oxy hoá khử kèm thuỷ
phân:
COOHCHCOOHRCOOHCHCHR
OH
 
322
2
(1.5)
Lên men các acid hữu cơ và các chất trung tính khác như etanol, propanol,
aceton,
Trong quá trình lên men các acid hữu cơ, các acid amin sẽ được khử amin
bằng quá trình khử hoặc thuỷ phân để tạo NH
3
và

4
NH , một phần sẽ được VSV sử
dụng để tạo sinh khối, phần còn lại thường tồn tại dưới dạng

4
NH có thể gây ức chế
quá trình phân giải yếm khí.
- Giai đoạn tạo khí CH

4
. [4]
Các sản phẩm hữu cơ thu được từ giai đoạn lên men sẽ được khí hoá nhờ các
vi khuẩn metan hoá được gọi chung là vi khuẩn Methanogens. Các vi sinh vật này
có đặc tính chung là chỉ hoạt động trong môi trường yếm khí nghiêm ngặt. Tốc độ
sinh trưởng và phát triển của chúng chậm hơn nhiều so với tốc độ sinh trưởng của
các vi sinh vật khác.
Khí metan được hình thành chủ yếu theo hai cơ chế: Decacboxyl hoá và khử
CO
2
. Phương trình tổng quát quá trình phân huỷ yếm khí tạo CH
4
được biểu diễn
thông qua biểu thức:
422
)
4
8
2
()
4
8
2
()
2
4
( CH
zyx
CO
zyx

OH
zy
xOHC
zyx
 (1.6)
16

Nhưng trong thực tế cơ chất không được chuyển hoá trực tiếp đến CH
4
và
CO
2
mà phải qua giai đoạn acid hoá:
+ Tạo khí metan bằng decacboxyl hoá:
Không chỉ acid acetic được decacboxyl hoá tạo Metan mà cả các acid bay
hơi khác cũng như các chất trung tính đều có thể được decacboxyl.
Từ acid acetic CH
3
-COOH  CH
4
+ CO
2
+ E (1.7)
Từ acid propionic 4CH
3
-CH
2
-COOH  
OH
2

2
7CH
4
+ 5CO
2
+ E (1.8)
Từ acid butyric 2CH
3
-(CH
2
)
2
-COOH  
OH
2
2
5CH
4
+ 3CO
2
+ E (1.9)
Từ Etanol CH
3
-CH
2
OH  3CH
4
+ 3CO
2
+ E (1.10)

Từ Aceton CH
3
-CO-CH
3  
OH
2
2CH
4
+ CO
2
+ E (1.11)
70% khí metan được hình thành theo cơ chế này
Tạo khí metan bằng khử CO
2
theo cơ chế sau:
- Khử CO
2
bằng H
2
theo cơ chế:
CO
2
+ 4H
2
 CH
4
+ 2H
2
O (1.12)
Các vi sinh vật trong phân huỷ yếm khí thường dùng để phân huỷ yếm khí

tạo khí metan là những vi sinh vật được trình bày ở Bảng 1.4:
Bảng 1. 4: Vi sinh vật phân huỷ yếm khí tạo khí Metan
Giai đoạn thuỷ phân Giai đoạn axit hoá Giai đoạn Metan hoá
Bacillus
Clostridium
Lactobacillen
Pseudomonas
Bacteroides
Enderobacterie
Syntrophotacter
Wolonii
Syntrophomonas
Wolfei
Syntrophus
Methanobacterium (que dài)
Methanobrevibacter(que
ngắn)
Methanococcus (dạng hình
cầu)
Methanópỉillum (dạng sợi)
Methanosarcina (dạng hình
cầu)
Nguồn: Lương Đức Phẩm (2002), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học.