Tối ưu hóa quá trình xử lý màu và chất rắn lơ lửng trước khi vào hệ thống xử lý sinh học bằng một số chất keo tụ vô cơ đối với nước thải Nhà máy đường Cam Ranh - Khánh Hòa

i








VÕ THỊ MẾN

TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ MÀU VÀ CHẤT RẮN
LƠ LỬNG TRƯỚC KHI VÀO HỆ THỐNG XỬ LÝ SINH HỌC
BẰNG MỘT SỐ CHẤT KEO TỤ VÔ CƠ ĐỐI VỚI 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. NGUYỄN THANH SƠN


B
Ộ

G
I
Á
O

D
Ụ
C

V
À

Đ
À
O

T
Ạ
O

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG
o0o
Nha Trang, tháng 07 năm 2013

i

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện và hoàn thành đồ án tốt nghiệp em đã nhận được sự
hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của các quý thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Kỹ
thuật Môi trường – Viện Công nghệ Sinh học & Môi trường – Trường Đại học Nha
Trang, cùng các anh chị và các bạn làm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm.
Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Ban giám hiệu Trường Đại
học Nha Trang đã tạo điều kiện cho em học tập và trau dồi kiến thức trong suốt quá
trình em học tập tại trường.

Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả quý thầy, quý cô trong Bộ môn
Công nghệ kỹ thuật môi trường đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình
học tập, và đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Ngô Đăng Nghĩa, kỹ sư
Nguyễn Thanh Sơn và cô Trần Thanh Thư đã nhiệt tình hướng dẫn cho em trong quá
trình thực tập tốt nghiệp.
Bên cạnh đó em xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám đốc cùng toàn thể nhân viên
nhà máy đường Cam Ranh - Khánh Hòa đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá
trình thực tập tại nhà máy.
Qua đây em cũng xin kính chúc tới tất cả quý thầy, quý cô, các anh các chị và
các bạn lời chúc sức khỏe và luôn thành công trong cuộc sống.
Nha Trang, ngày 28 tháng 6 năm 2013
Sinh viên thực hiện

Võ Thị Mến
ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC BẢNG vii
DANH MỤC HÌNH vii
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cần thiết của đề tài 1
2. Mục đích nghiên cứu 2
3. Phạm vi nghiên cứu 2
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN 3
1.1 Tổng quan về nhà máy sản xuất đường Cam Ranh – Khánh Hòa 3

1.1.1 Vị trí địa lý 3
1.1.2 Cơ cấu tổ chức nhà máy 3
1.1.3 Vai trò của nhà máy 4
1.2 Lĩnh vực hoạt động của nhà máy 5
1.2.1 Công nghệ sản xuất của nhà máy 5
1.2.2 Công nghệ xử lý nước thải của nhà máy 8
1.2.2.1 Nguồn gốc phát sinh và tính chất nước thải nhà máy 8
1.2.2.2 Ảnh hưởng của nước thải đến nguồn nhận 8
1.2.2.3 Quy trình xử lý nước thải nhà máy 10
CHƯƠNG 2
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13
2.1 Đối tượng nghiên cứu, hóa chất và dụng cụ 13
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 13
2.1.2 Hóa chất sử dụng 13
iii

2.1.3 Thiết bị và dụng cụ 13
2.1.3.1 Thiết bị 13
2.1.3.2 Dụng cụ 14
2.2 Cơ sở khoa học của phương pháp keo tụ 14
2.2.1 Khái nhiệm keo tụ 14
2.2.2 Cơ sở khoa học của phương pháp keo tụ 14
2.2.2.1 Phân loại tạp chất trong nước theo kích thước 14
2.2.2.2 Cấu tạo của hạt keo và tính bền của hệ keo. 16
2.2.2.3 Nguyên tắc chung của quá trình keo tụ 18
2.2.2.4 Cơ chế mất ổn định của hệ keo 18
2.2.2.5 Các phương pháp keo tụ 19
2.2.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ 19
2.3 Hóa học của quá trình keo tụ bằng các chất keo tụ vô cơ 21
2.3.1 Hóa học của quá trình keo tụ bằng PAC. 21

2.3.1.1 Giới thiệu về PAC 21
2.3.1.2 Hóa học quá trình keo tụ bằng PAC 22
2.3.2 Hóa học của quá trình keo tụ bằng Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O 23
2.3.2.1 Giới thiệu về Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O 23
2.3.2.2 Hóa học quá trình keo tụ bằng Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O 24
2.3.3 Hóa học của quá trình keo tụ bằng Fe

2
(SO
4
) 25
2.3.3.1 Giới thiệu về Fe
2
(SO
4
)
3
25
2.3.3.2 Hóa học quá trình keo tụ bằng Fe
2
(SO
4
)
3
25
2.4 Cơ sở lý thuyết của phương pháp quy hoạch thực nghiệm theo phương án trực
giao cấp hai 25
2.5 Phương pháp nghiên cứu 28
2.5.1 Khảo sát quy trình xử lý nước thải nhà máy đường Cam Ranh – Khánh
Hòa 28
2.5.2 Phương pháp đo pH 28
iv

2.5.3 Phương pháp đo COD 29
2.5.4 Phương pháp xác định SS 30
2.5.5 Phương pháp đo màu 30
2.5.6 Thí nghiệm tối ưu hóa quá trình keo tụ 30

2.5.6.1 Thí nghiệm Jartest 30
2.5.6.2 Tối ưu hóa quá trình keo tụ theo phương án trực giao cấp hai 34
2.5.6.3 Thử nghiệm trên mô hình 36
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 40
3.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu đầu vào của nước thải 40
3.2 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH và liều lượng đến hiệu quả xử lý
chất rắn lơ lửng và độ màu của các chất keo tụ vô cơ 40
3.2.1 Kết quả thí nghiệm đối với chất keo tụ vô cơ Fe
2
(SO
4
)
3
40
3.2.1.1 Kết quả thí nghiệm 1.1 40
3.2.1.2 Kết quả thí nghiệm 1.2 41
3.2.1.3 Kết quả thí nghiệm 1.3 42
3.2.2 Kết quả thí nghiệm đối với chất keo tụ vô cơ Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O 43
3.2.2.1 Kết quả thí nghiệm 2.1 43
3.2.2.2 Kết quả thí nghiệm 2.2 44
3.2.2.3 Kết quả thí nghiệm 2.3 45

3.2.3 Kết quả thí nghiệm đối với chất keo tụ vô cơ PAC 46
3.2.3.1 Kết quả thí nghiệm 3.1 46
3.2.3.2 Kết quả thí nghiệm 3.2 47
3.2.3.3 Kết quả thí nghiệm 3.3 48
3.3 Phân tích, lựa chọn chất keo tụ phù hợp nhất đối với nhà máy đường Cam Ranh-
Khánh Hòa 49
3.4 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH và liều lượng đến hiệu quả xử lý
chất rắn lơ lửng và độ màu theo phương án trực giao cấp hai 52
v

3.4.1 Thiết kế thực nghiệm 52
3.4.2 Xây dựng mô hình hồi quy cấp hai đối với quá trình xử lý màu 53
3.4.3Xây dựng mô hình hồi quy cấp hai đối với quá trình xử lý chất rắn lơ lửng 57
3.5 Kết quả thử nghiệm mô hình 61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62
Kết luận 62
Kiến nghị 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO


vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

COD : Nhu cầu oxy hóa học (chemical oxygen demand)
BOD : Nhu cầu oxy sinh học (Biological Oxygen Demand)
TSS : Tổng chất rắn lơ lửng
SS : Chất rắn lơ lửng
PAC : Poly Aluminium Cloride
QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

GĐ : Giám đốc















vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thống kê nguồn gốc, tính chất nước thải nhà máy đường 8
Bảng 2.1: Phân loại tạp chất trong nước 15
Bảng 2.2: Thành phần và tính chất của PAC 21
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật phèn nhôm Al
2
(SO
4
)
3
.18H

2
O 23
Bảng 2.4: Thể tích hóa chất trong phân tích COD 29
Bảng 2.5: Ma trận trực giao cấp hai, hai yếu tố, hai mục tiêu 35
Bảng 3.1: Thông số đầu vào nước thải nhà máy mía đường Cam Ranh – Khánh Hòa 40
Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu đối với chất keo tụ Fe
2
(SO
4
)
3
41
Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm xác định liều lượng phèn Fe
2
(SO
4
)
3
tối ưu 42
Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu đối với chất keo tụ Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O. 44
Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm xác định liều lượng phèn Al
2

(SO
4
)
3
.18H
2
O tối ưu 45
Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu đối với chất keo tụ vô cơ PAC 47
Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm xác định liều lượng phèn PAC tối ưu 48
Bảng 3.8: Thiết kế quy hoạch thực nghiệm 52
Bảng 3.9: Kế hoạch thực nghiệm và kết quả quá trình tối ưu hóa 52
Bảng 3.10: Kết quả thực nghiệm theo bảng kế hoạch thực nghiệm 53
Bảng 3.11: Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm (Hàm mục tiêu: Độ màu) 54
Bảng 3.12: Điều kiện tối ưu trong xử lý độ màu 57
Bảng 3.13: Kết quả thực nghiệm theo bảng kế hoạch thực nghiệm 57
Bảng 3.14: Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm (Hàm mục tiêu: SS) 58
Bảng 3.15: Điều kiện tối ưu trong xử lý chất rắn lơ lửng 60
Bảng 3.16: Hiệu quả xử lý màu và chất rắn lơ lửng theo thời gian trên mô hình 61

viii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ cơ cấu tổ chức nhà máy 4
Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất nhà máy đường Cam Ranh – Khánh Hòa 5
Hình 1.3: Sơ đồ khối công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường Cam Ranh – Khánh
Hòa 10
Hình 2.1: Sơ đồ thí nghiệm phương án cấu trúc có tâm cấp hai, hai yếu tố 27
Hình 2.2: Sơ đồ tổng quát bố trí thí nghiệm Jartest 31
Hình 2.3: Mô hình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm 39
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất keo tụ của Fe

2
(SO
4
)
3
41
Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng liều lượng đến hiệu suất keo tụ của Fe
2
(SO
4
)
3
43
Hình 3.3: Biểu đồ ảnh hưởng của pH tới hiệu suất keo tụ của Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O 44
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng liều lượng đến hiệu suất keo tụ của
Al
2
(SO
4
)
3
.18H

2
O 46
Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất keo tụ của PAC 47
Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng liều lượng đến hiệu suất keo tụ của PAC 49
Hình 3.7: Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý của ba chất keo tụ 51
Hình 3.8: Đồ thị và hình chiếu tương ứng mối quan hệ giữa pH, hàm lượng PAC đến
hiệu suất của quá trình xử lý màu 55
Hình 3.9: Tương quan giữa giá trị độ màu thực nghiệm và tiên đoán theo mô hình 56
Hình 3.10: PAC đến hiệu suất của quá trình xử lý chất rắn lơ lửng 59
Hình 3.11: Tương quan giữa giá trị SS thực nghiệm và tiên đoán theo mô hình 60





1

MỞ ĐẦU
1. Tính cần thiết của đề tài
Ngành công nghiệp mía đường là một trong những ngành công nghiệp chiếm
vị trí quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Trong năm 1998, cả nước đã sản xuất
được 700000 tấn đường, đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong cả nước.
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, ngành công nghiệp mía đường ngày
càng có cơ hội phát triển cả về số lượng và chất lượng và ngày càng được chú trọng
đầu tư hơn về mặt dây chuyền công nghệ sản xuất cũng như thu hút được nhiều
nguồn vốn đầu tư, đồng thời sự phát triển của ngành công nghiệp đã tạo điều kiện
cho sự phát triển của nền kinh tế và giải quyết vấn đề công ăn việc làm cho người
lao động.
Tuy nhiên nước thải của ngành công nghiệp mía đường luôn là mối quan
tâm của cả quốc gia, của các doanh nghiệp nói chung và nhà máy đường Cam Ranh

– Khánh Hòa nói riêng. Nước thải của ngành công nghiệp mía đường chứa một
lượng lớn các chất hữu cơ bao gồm các hợp chất của cacbon, nitơ, phốtpho… Bên
cạnh đó là độ đục và độ màu của nước thải cũng rất cao, vượt tiêu chuẩn cho phép
xả thải ra môi trường ngoài. Các chất này dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật, gây
mùi thối làm ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận.
Hiện nay các doanh nghiệp sản xuất đường trong nước cũng như nhà máy
đường Cam Ranh – Khánh Hòa đã đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải nhằm
mục đích xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn trước khi xả thải ra ngoài môi trường. Tuy
nhiên do hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành mía đường rất cao
nên vẩn còn tồn tại nhiều doanh nghiệp mía đường gây ô nhiễm môi trường trầm
trọng.
Vấn đề màu sắc của nước thải, độ đục hay hàm lượng COD của nguồn nước
thải mía đường đang là mối quan tâm lớn đối với tất cả doanh nghiệp và cả cộng
đồng, các thông số ô nhiễm này nếu không được tiền xử lý trước khi vào hệ thống
2

xử lý sinh học sẽ gây cản trở cho quá trình hoạt động của vi sinh ảnh hưởng tới quá
trình xử lý, đồng thời nếu không được tiền xử lý nước thải sau xử lý có thể sẽ
không đạt tiêu chuẩn trước khi xả thải ra ngoài môi trường. Chính vì thế việc tìm ra
phương pháp tối ưu trong việc xử lý độ màu và chất rắn lơ lửng nhằm đáp ứng việc
xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải cũng như đảm bảo được vấn đề kinh tế cho các doanh
nghiệp sản xuất đường là việc làm cần thiết hiện nay.
Nhận thấy tính cấp thiết của việc xử lý nên đề tài: “Tối ưu hóa quá trình
xử lý màu và chất rắn lơ lửng trước khi vào hệ thống xử lý sinh học bằng một
số chất keo tụ vô cơ đối với nước thải nhà máy đường Cam Ranh - Khánh Hòa
” được tiến hành nhằm đáp ứng các yêu cầu về xử lý phù hợp với tính chất nước
thải nhà máy đường và góp phần bảo vệ môi trường.
2. Mục đích nghiên cứu
Đề tài thực hiện nhằm mục đích xác định pH và liều lượng tối ưu của chất
keo tụ vô cơ có khả năng xử lý hóa lý tốt nhất đối với nước thải nhà máy đường

Cam Ranh – Khánh Hòa.
3. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý màu và chất rắn lơ lửng cho
nhà máy mía đường Cam Ranh – Khánh Hòa bằng các chất keo tụ vô cơ.
- Bố trí thí nghiệm kiểm chứng khả năng xử lý màu và chất rắn lơ lửng của
một số chất keo tụ vô cơ.
- Bố trí thí nghiệm kiểm chứng các điều kiện tối ưu hóa cho một số chất keo
tụ vô cơ.
- Xử lý số liệu theo phương pháp thống kê
- Phương pháp xử lý số liệu bằng phần mềm MODDE 5.0


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về nhà máy sản xuất đường Cam Ranh – Khánh Hòa
1.1.1 Vị trí địa lý
Nhà máy đường Cam Ranh – Khánh Hòa được xây dựng tại xã Cam Thành Bắc,
Tỉnh Khánh Hòa.
Tổng mặt bằng cơ sở khoảng 25 ha, trong đó diện tích xây dựng các công trình
phục vụ sản xuất chính và các công trình phụ trợ chiếm khoảng 30000 m
2
.
Vị trí nhà máy nằm ở trong khu đất giữa quốc lộ 1A và biển Cam Ranh và tiếp
giáp với.
- Đông, Bắc và Đông Bắc giáp biển đẩm Thủy Triều, chế độ thủy triều chịu
tác động mạnh của vịnh Cam Ranh.
- Nam, Tây và Tây Nam giáp quốc lộ 1A
- Đông Nam giáp với đơn vị bộ đội (lữ đoàn 126 Hải Quân)

1.1.2 Cơ cấu tổ chức nhà máy
Nhà máy đường Cam Ranh – Khánh hòa là một trong những nhà máy chuyên
sản xuất các loại đường tinh luyện được thực hiện trong khuôn khổ chương trình phát
triển đường mía trong giai đoạn 1995 – 2005 của Thủ tướng Chính phủ, chỉ đạo Bộ
Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn và Ủy ban Nhân dân tỉnh Khánh Hòa thực hiện.
Với cơ cấu tổ chức bộ máy hoạt động theo sơ đồ Hình 1.1 theo phương châm chỉ đạo
trực tiếp và có mối quan hệ chức năng hoạt động với nhau.






4

Ch
ỉ

đ
ạ
o tr
ự
c ti
ế
p

Quan hệ chức năng

1.1.3 Vai trò của nhà máy
 Cung cấp đường cho thị trường trong và ngoài nước đảm bảo ổn định giá cả
đường mía trên thị trường.
 Thúc đẩy sự phát triển kinh tế xã hội của vùng nông thôn, các vùng trồng mía
các dịch vụ vận tải nguyên liệu, vật tư và tiêu thụ đường.
 Đảm bảo ổn định thị trường tiêu thụ với giá cả thu mua hợp lý, khuyến khích
được người nông dân tại địa phương phát triển trồng mía với quy mô lớn để
nâng cao thu nhập.
 Tạo công ăn việc làm cho người lao động trong và ngoài tỉnh.
 Gia tăng thuế thu nhập nộp cho ngân sách quốc gia.
Hình 1.
1
: Sơ đ
ồ

cơ c
ấ
u t
ổ

ch
ứ
c nhà máy

GIÁM ĐỐC NHÀ MÁY
Phó GĐ
kỹ thuật
công nghệ
Phòng
kỹ thuật
Phó GĐ
nguyên
liệu
Phó GĐ
tin học
Phó GĐ
phụ trách
xây dựng
cơ bản
Phòng
hóa
nghiệm
Đ
ộ
i xây
dựng cơ
bản
Phòng
nguyên

liệu
Phòng
kinh tế
tổng
h
ợ
p

Phòng
tổ chức
hành
chính

Phân xư
ở
ng cơ
khí
Phân xư
ở
ng s
ả
n
xuất
5

1.2 Lĩnh vực hoạt động của nhà máy
1.2.1 Công nghệ sản xuất của nhà máy

Hình 1.
2

Sơ đ
ồ

công ngh
ệ

s
ả
n xu

ấ
t nhà máy đư
ờ
ng Cam Ranh
–

Khánh Hòa


(Ngu
ồ
n: Báo cáo đánh giá tác đ
ộ
ng môi trư
ờ
ng d
ự

án xây d
ự
ng nhà máy
đường Cam Ranh – Khánh Hòa, 06/10/2001)

Nguyên li
ệ
u

Nư
ớ
c

Bã mía

Ép mía

Làm s
ạ
ch nư
ớ
c mía

L
ắ
ng trong

L
ọ
c ép

Cô đ
ặ
c n
ấ
u đư
ờ
ng

Tr
ợ

k
ế
t tinh

Ly tâm

S
ấ
y

Đóng bao


Thành ph
ẩ
m


P
2
O
5

Ca(OH)
2


CO
2

Hơi nư
ớ
c

Ch
ặ
t

mía

Nư
ớ
c th
ả
i

SO
2


C
ặ
n l
ắ
ng

Nư
ớ
c r
ữ

a


Bã l
ọ
c

Nư
ớ
c

làm lạnh
Nư
ớ
c

làm lạnh

Nư
ớ
c th
ả
i

Hơi nư
ớ
c


Nư

ớ
c th
ả
i


R
ỉ

đư
ờ
ng

Hơi nư
ớ
c


Nư
ớ
c th
ả
i

6

 Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất
Nhà máy đường Cam Ranh được thiết kế, xây dựng và lắp đặt thiết bị đáp ứng
cho công suất sản xuất 6000 tấn mía/ngày.
Nhìn chung quy trình công nghệ của nhà máy đường Cam Ranh có thể chia ra làm 4

công đoạn chính sau:
Công đoạn 1: Công đoạn ép mía
Mía từ ruộng mía được vận chuyển về nhà máy bằng xe ô tô, qua cân để xác
định trọng lượng, mía được lấy mẫu để kiểm tra độ đường CCS. Sau đó mía được qua
khâu chặt mía, tại đây mía được dập tơi và bể mảnh nhỏ hơn để nâng cao hệ số chuẩn
bị mía đạt trên 92%.
Sau đó mía được đưa vào máy hút sắt để loại bỏ sắt lẩn trong mía rồi chuyển tới
máy ép bao gồm 5 hệ trục ép kết hợp với quá trình khuếch tán sử dụng nước nóng để
nâng cao hiệu quả thu hồi đường của quá trình ép.
Nước mía sau đó được bơm chuyển qua quá trình làm sạch.
Bã mía sau khi ép được đem đi đốt lò hơi.
Công đoạn 2: Làm sạch và cô đặc nước mía
Nước mía sau khi ép được đưa qua công đoạn làm sạch bao gồm các quá trình:
 Quá trình xử lý hóa lý: Sử dụng CO
2
, SO
2
, dung dịch sữa vôi, Ca(OH)
2
…để keo
tụ, kết tủa các tạp chất không đường có trong nước mía và để tẩy màu nước mía.
 Quá trình xử lý cơ học: Sử dụng các công đoạn lắng nổi, lắng, lọc, ly tâm…để
loại bỏ các tạp chất không đường đã được keo tụ hay kết tủa ở các công đoạn
trên ra khỏi nước mía.
 Nước mía sau khi làm sạch được chuyển qua công đoạn cô đặc và sử dụng hơi
nước bão hòa. Nước mía sau khi cô đặc được gọi là syrup có nồng độ B
x
= 65.
Syrup sau đó sẽ tiếp tục được làm sạch bằng CO
2

kết hợp với quá trình lắng nổi
trước khi chuyển qua công đoạn nấu đường.

7

Công đoạn 3: Công đoạn nấu đường và hoàn tất sản phẩm
Syrup sau khi làm sạch được chuyển qua công đoạn nấu đường và hoàn tất sản
phẩm bao gồm các quá trình sau:
1) Tẩy màu bằng nhựa trao đổi ion
2) Nấu đường
3) Ly tâm đường
4) Sấy đường
5) Đóng bao
Tùy vào yêu cầu của thị trường, nhà máy sẽ sản xuất ra đường thô (không có
quá trình tẩy màu bằng nhựa trao đổi ion) hoặc đường tinh luyện (có công đoạn tẩy
màu bằng nhựa trao đổi ion).
Công đoạn 4: Đốt bã mía tạo năng lượng
Bã mía thu được trong công đoạn ép được cấp cho việc đốt lò hơi để tạo hơi
nước siêu nhiệt. Toàn bộ quá trình này được kiểm soát tự động để đạt hiệu suất nhiệt
cao. Hơi nước siêu nhiệt được dùng để chạy turbine phát điện, hơi thứ từ turbine được
làm giảm nhiệt độ để có hơi bão hòa cung cấp cho toàn bộ quá trình công nghệ của
nhà máy. Điện được phát ra cung cấp toàn bộ nhu cầu điện cho nhà máy.







8

1.2.2 Công nghệ xử lý nước thải của nhà máy
1.2.2.1 Nguồn gốc phát sinh và tính chất nước thải nhà máy
Bảng 1.1: Thống kê nguồn gốc, tính chất nước thải nhà máy đường
Lo
ạ
i nư
ớ
c th
ả
i

Ngu
ồ
n g
ố
c

Tính ch
ấ
t

Nư
ớ
c r
ử
a mía


Nư

ớ
c th
ả
i t
ừ

quá trình r
ử
a
mía cây trước khi ép.
Trong nư
ớ
c có nhi
ề
u
rác, đ
ấ
t cát,
nước khá đục nồng độ chất ô nhiễm
không cao chủ yếu là chất vô cơ.
Nư
ớ
c th
ả
i khu
ép mía
Nư
ớ
c th
ả

i t
ừ

quá tình ép
mía và nước làm mát máy
ép.
Nư
ớ
c có hàm lư
ợ
ng BOD cao, có ít
dầu mỡ và nhiệt độ nước khá cao.
Nư
ớ
c th
ả
i khu lò
hơi
Nư
ớ
c th
ả
i lò

hơi đư
ợ
c
ngưng tụ từ quá trình gia
nhiệt, nấu đường, quá trình
làm sạch nước mía, kết tinh

đường.
Nư
ớ
c th
ả
i có lư
ợ
ng ch
ấ
t r
ắ
n lơ l
ử
ng
cao, nước mang tính kiềm và có độ
màu, nhiệt độ cao.
Nư
ớ
c r
ỉ

đư
ờ
ng

Nư
ớ
c th
ả
i sau khi đ

ã phân
ly đường thành đường thô.
Là nư
ớ
c th
ả
i có n
ồ
ng đ
ộ

ch
ấ
t lơ
lửng, độ màu và lượng BOD cực
cao, nước có tính axit.
Nư
ớ
c th
ả
i khác

Nư
ớ
c làm mát, r
ử
a máy
móc, rửa sàn, nước thải từ
khu xử lý khí thải, nước
thải từ sinh hoạt của công

nhân.
Có hàm lư
ợ
ng ch
ấ
t lơ lư
ở
ng cao,
nhiều dầu mỡ, nồng độ BOD cao.
1.2.2.2 Ảnh hưởng của nước thải đến nguồn nhận [10]
Nước thải từ quá trình sản xuất là mối bận tâm lớn nhất hiện nay của ngành
công nghiệp sản xuất đường. Do nước thải của nhà máy đường có thành phần chính là
các chất hữu cơ nên khi thải ra môi trường có nguy cơ gây phú dưỡng cho các thủy
vực, khi lượng chất này lắng xuống có thể phá hủy hệ thủy sinh làm thức ăn cho cá.
9

Ngoài ra khi phân hủy chất thải sẽ làm giảm lượng oxi hòa tan, tạo ra một số
chất độc và khí gây mùi hôi. Cụ thể như sau:
- Ảnh hưởng tới nguồn tiếp nhận sau xử lý: Đầm Thủy Triều
- Mùi hôi phát sinh từ quá trình phân hủy các hợp chất ảnh hưởng tới: Khu
vực nhà máy, khu dân cư xung quanh, đầm Thủy Triều…
- Ảnh hưởng khu vực dân cư xung quanh: Khu vực khu dân cư xung quanh
bao gồm các xã: Sơn Tân, Cam Tân, Cam Hòa, Cam Hải Tây, Cam Đức,
Cam Thành Bắc…

10

1.2.2.3 Quy trình xử lý nước thải nhà máy

Hình 1.3: Sơ đồ khối công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường Cam Ranh –
Khánh Hòa
(Nguồn: Báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án xây dựng nhà máy đường
Cam Ranh – Khánh Hòa, 06/10/2001)


Bùn
Nư
ớ
c th
ả
i ngu
ồ
n A

Nư
ớ
c th
ả
i ngu
ồ
n
B

X

ử

lý hóa lý

B
ể

đi
ề
u hòa

B
ể

sinh h
ọ
c k
ỵ

khí
dạng mẻ
B
ể

sinh h
ọ
c hi
ế
u khí
dạng mẻ liên tục kiểu

UNITANK
B
ể

nén bùn

Máy ép bùn

Đem đi phân h
ủ
y

H
ồ

sinh h
ọ
c

Đ
ố
t

Ch
ấ
t keo t
ụ

tạo bông
Hóa ch

ấ
t
chỉnh pH

Dinh dư
ỡ
ng


Khí biogas


Bùn dư

Bùn

Nư
ớ
c th
ả
i đ
ổ

ra

đ
ầ
m Th
ủ
y Tri

ề
u

11

 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước thải
Nước thải nguồn A bao gồm: Nước vệ sinh thiết bị, nhà xưởng.
Rữa, vệ sinh thiết bị định kỳ: Thiết bị gia nhiệt, bốc hơi, lọc tấm, lắng, xử lý
nước mía, xử lý xirô.
 Rữa, vệ sinh nhà xưởng
 Xả nước bùn từ thiết bị lắng
 Rữa sàn tại khu vực hòa tan muối, xút, H
3
PO
4
, vôi
 Nước thải sinh hoạt
 Nước dập tro
Nước thải nguồn B bao gồm: Nước ngưng tụ, nước xả đáy, nước muối
 Các thiết bị gia nhiệt sử dụng hơi trích từ các thiết bị bốc hơi
 Các thiết bị nấu đường sử dụng hơi trích từ các thiết bị bốc hơi
 Barometer
 Lò hơi
 Tái sinh nhựa trao đổi ion của thiết bị khử khoáng cho nước cấp lò
hơi, khử màu cho tinh luyện đường
Nước thải nhà máy được chia ra làm hai nguồn: Nước thải nguồn A và nước thải
nguồn B. Hai nguồn nước này có sự xử lý riêng trước khi đưa vào hệ thống xử lý
chung.
Nước thải nguồn A trước tiên được đưa qua công đoạn tiền xử lý bao gồm các
khâu:

 Tách rác thô, tách rác tinh
 Keo tụ
 Tạo bông
 Lắng
Nước thải nguồn B được đưa qua thiết bị tách rác thô, tách rác tinh để loại bỏ
rác có kích thước lớn sau đó đưa qua bể điều hòa.
12

Sau khi qua bể điều hòa nước thải nguồn B được đưa vào bể xử lý sinh học kỵ
khí chung với nguồn A. Trước đó nước thải sẽ được chỉnh pH (dùng axit H
2
SO
4
và
NaOH) đồng thời bổ sung các chất dinh dưỡng tạo điều kiện thuận lợi cho sự phân hủy
sinh học dạng mẻ. Nước thải sau công đoạn xử lý kỵ khí được đưa qua công đoạn xử lý
hiếu khí áp dụng mô hình xử lý hiếu khí dạng mẻ liên tục kiểu UNITANK. Sau quá
trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải được dẫn qua hồ sinh học rồi được thải ra đầm
Thủy Triều.
Bùn thải từ công đoạn xử lý hóa lý của nguồn A và bùn dư từ công đoạn xử lý
sinh học hiếu khí và kỵ khí được đưa qua bể nén bùn và máy ép bùn để loại bỏ bớt
nước trước khi thải ra ngoài.
Khí biogas sinh ra từ công đoạn xử lý kỵ khí được thu gom và đốt trước khi
thải bỏ.

13

CHƯƠNG 2
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tượng nghiên cứu, hóa chất và dụng cụ
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu
Mẫu nước thải dùng để tiến hành thí nghiệm là mẫu nước thải nhà máy đường
Cam Ranh – Khánh Hòa.
Mẫu nước thải được lấy ở vị trí sau điểm hòa trộn nước thải nguồn A và nguồn
B của nhà máy đường Cam Ranh – Khánh Hòa.
2.1.2 Hóa chất sử dụng
 Chất keo tụ
 PAC
 Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O
 Fe

2
(SO
4
)
3

 Hóa chất phân tích
Bao gồm các hóa chất để tiến hành phân tích các thông số đầu vào, đầu ra sau
qua trình tiến hành xử lý nước thải nhà máy mía đường.
 Các thông số phân tích bao gồm:


COD

 BOD
 pH
 SS


N

 P
 Độ màu
 Coliform
2.1.3 Thiết bị và dụng cụ
2.1.3.1 Thiết bị


Máy đo quang DR2000

 Cân phân tích
 Tủ sấy
 Máy Jartest


Bơm nư
ớ
c th
ả
i

 Bơm định lượng hóa chất
 Mô hình bể keo tụ, tạo bông
 Mô hình bể điều hòa
14



pH k
ế



Mô hình b
ể

l
ắ
ng

2.1.3.2 Dụng cụ


Thùng đ
ự
ng nư
ớ
c thô

 Cốc thủy tinh 1000ml
 Pipet man
 Ống đong


Đ
ũa th
ủ
y tinh

 Bình nón
 Các loại pipet
 Cốc thủy tinh 250ml
2.2 Cơ sở khoa học của phương pháp keo tụ
2.2.1 Khái nhiệm keo tụ
Keo tụ là phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất. Trong đó các hạt keo
nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành
bông cặn có kích thước lớn hơn và người ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng
bằng các biện pháp tuyển nổi, lắng, lọc [8].
2.2.2 Cơ sở khoa học của phương pháp keo tụ
2.2.2.1 Phân loại tạp chất trong nước theo kích thước [6]

Tạp chất trong nước rất đa dạng, chúng có kích thước nhỏ nhất là từ các ion tới
các tạp chất thô nhìn thấy được. Trên cơ sở kích thước của các tạp chất KulSky đề xuất
phân loại nước theo độ phân tán của tạp chất, trên cơ sở đó có thể lựa chọn phương
pháp khảo sát và quy trình xử lý thích hợp.








15

Bảng 2.1: Phân loại tạp chất trong nước
Nhóm

I

II

III

IV


Đặc trưng
Nh
ũ t
ương

và
huyền phù
H
ệ

phân tán
tinh
Dung d
ị
ch
phân tử
Dung d
ị
ch
điện ly
H
ệ

d
ị

th
ể

H
ệ

đ
ồ
ng th

ể

Kích thước
(µm)
>

0,
1

0
,
01
–

0
,
1

0
,
001
–

0
,
01

<

0

,
001

Ví dụ
Phù sa

Vi khuẩn
H
ạ
t keo

Các chất
Humic
Khí hòa tan

Chất hữu cơ
Cation

Anion
Phương pháp
khảo sát
Các loại hiển vi Đo độ dẫn
Hi
ể
n vi
thường
Lọc bằng giấy
lọc
Hi
ể

n vi đi
ệ
n
tử
Điện thẩm
tách
L
ọ
c màng bán th
ấ
m

Phổ tử ngoại – khả kiến
Nhóm I: Các tạp chất thô nhìn thấy được bằng mắt (khi nhìn tổng thể thấy độ
đục, màu) hoặc hiển vi quang học thường (thấy từng hạt) chúng thường không bền, bị
lắng hoặc tách lớp (đối với nhũ tương) khi để tĩnh, chỉ tồn tại nhờ chuyển động của
nước. Chúng thường là các hạt phù sa, huyền phù gốc vô cơ hoặc hữu cơ. Trong nhóm
này cần lưu ý đến các sinh vật nước bậc thấp như tảo, vi khuẩn…vv.
Nhóm II: Là nhóm dung dịch keo. Đây là hệ bền khó lắng nhờ cấu trúc đặc biệt
của các hạt keo. Trong nhóm này phải kể đến virus, các chất có phân tử lượng lớn có
nguồn gốc tự nhiên như acid humic. Hạt keo có kích thước nhỏ (< 0,.5μm) nên bằng
mắt và hiển vi thông thường không nhìn thấy được.
Hạt keo kỵ nước có độ bền nhờ lớp điện tích kép tích điện cùng dấu. Hạt keo ưa
nước có độ bền nhờ tương tác hạt – nước thông qua các nhóm chức ưa nước trên các
phân tử hạt keo.
16

Nhóm III: Nhóm của các chất hữu cơ hòa tan, khí hòa tan, kích thước hạt chất
tan ở mức phân tử, còn gọi là dung dịch phân tử. Thành phần chất tan ở đây rất đa
dạng, nó có thể có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo. Nó có thể là các chất thải trong

quá trình hoạt động sống của động thực vật, con người, nhất là các sinh vật nước…Về
bản chất hóa học, chúng có thể hiện tính chất của phenol, rượu, amin…Chúng có thể
gây độ màu, mùi. Một số nhóm có tính chất độc. Đặc trưng chung là chúng tan nhưng
không phân ly trong nước.
Nhóm IV: Là nhóm chứa các chất chủ yếu là vô cơ tan, phân ly. Kích thước các
hạt tan ở cấp độ nguyên tử và phân tử.
Các chất thuộc nhóm III và nhóm IV là khó xử lý nhất, nếu lọc cần sử dụng kỹ
thuật lọc màng hiện đại như lọc nano (NF), lọc thẩm thấu ngược (RO). Phần lớn các
cặn lơ lửng khó lắng, lọc đều là những hạt keo kích thước rất nhỏ, không thể lọc được
bằng kỹ thuật lọc nhanh thông thường. Bằng kỹ thuật keo tụ - lắng - lọc người ta có
thể xử lý được phần lớn các tạp chất trong nhóm I và II.
2.2.2.2 Cấu tạo của hạt keo và tính bền của hệ keo [3].
Hệ keo là tên gọi phổ biến của các hệ phân tán dị thể của các hạt có kích thước
nhỏ hơn 500nm trong môi trường khác về chất so và chất hạt. Tuy nhiên kích thước hạt
không phải là yếu tố quyết định mà cấu tạo hạt keo mới là yếu tố quyết định đến tính
bền của hệ keo.
Tùy vào cấu tạo hạt và nguyên nhân gây ra độ bền mà ta có hai loại hạt keo:
- Loại ưa dung môi cụ thể là ưa nước (hydrophilic) và loại kỵ dung môi
(hydrophobic). Loại ưa nước là các dung dịch cao phân tử với các phân tử
chất hữu cơ hòa tan có kích thước lớn và chứa nhiều nhóm chức phân cực có
ái lực cao đối với các phân tử nước.
- Loại kỵ nước là các hạt keo có oxit hoặc hydroxit kim loại. Do kích thước
rất nhỏ, hạt keo có bề mặt cực lớn vì vậy bề mặt nhiệt động chúng không bền
và chúng có xu hướng co cụm để giảm năng lượng bề mặt. Mặt khác do hệ