NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUẢN TRỊ RỦI RO THANH KHOẢN TRONG CÁC NGÂN HÀNG THƯƠNG MẠI VIỆT NAM

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 1


CHƯƠNG MỞ ĐẦU




Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 2
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Ô nhiễm môi trường từ nước thải sản xuất cồn đang là vấn đề bức thiết cần
giải quyết. Thực trạng hiện nay, hầu như không có nhà máy cồn nào đạt tiêu
chuẩn thải cho phép do hàm lượng hữu cơ quá cao (50.000 - 100.000 mg/l). chủ
yếu là xác nấm men, carbonhydrate, một số chất hữu cơ khoa phân huỷ chất tạo
màu, độ đục lớn có màu đen thẩm, mùi đường và mùi chua đặt trưng, nhiệt độ cao
và là mối quan tâm của. xã hội và các nhà môi trường vì tải lượng ô nhiễm khá
cao. Do đó việc giảm thiểu nồng độ ô nhiễm đạt tiêu chuẩn là hết sức khó khăn,
đòi hỏi phải kết hợp nhiều phương pháp và nhiều ban ngành và chính vì thế mới
có sự ra đời của đề tài này .
Hiện nay, nhiều công nghệ xử lý nước thải sản xuất cồn đã được áp dụng ở
nước ta như: áp dụng phương pháp sinh học kò khí (UASB), phương pháp hoá lý
(keo tụ) kết hợp phương pháp sinh học hiếu khí (bùn hoạt tính), hồ sinh học (kò
khí, tùy nghi, hiếu khí). Tuy nhiên, thực tế cho thấy các hệ thống hoạt động không
hiệu quả và khá phức tạp. Vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu một công nghệ xử lý
vừa có hiệu quả về mặt kinh tế và phù hợp với điều kiện sản xuất ở nước ta. Mô
hình UASB kết hợp lọc sinh học kò khí (USBF) có thể đáp ứng được điều này, đặc

biệt công nghệ trên chưa được nghiên cứu trên nước thải sản xuất cồn
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn bằng công nghệ sinh học kò khí, đánh giá
khả năng thu hồi năng lượng từ nguồn thải ô nhiễm hữu cơ cao
1.3. Phương pháp nghiên cứu
1.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
 Thu thập tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu.
 Khảo sát thực tế ô nhiễm nước thải sản xuất cồn.
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 3
 Tổng quan cơ sở lý thuyết sử dụng USBF để xử lý nước thải sản xuất cồn
rượu.
 Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lập kế hoạch nghiên cứu xử lý.
 Xác đònh giới hạn nghiên cứu và phương án thực nghiệm.
1.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
 Xác đònh thành phần và đặc tính nước thải sản xuất cồn
 Lập kế hoạch thực nghiệm
1.3.4 Phương pháp thống kê, xử lý số liệu
Dựa trên các lý thuyết về xác suất thống kê, xử lý các số liệu nhận được trong
quá trình thí nghiệm
1.4. Nội dung nghiên cứu
 Tổng quan về công nghệ sản xuất cồnvà một số công nghệ xử lý đang được
áp dụng ở nước ta.
 Tổng quan về xử lý kò khí và công nghệ USBF.
 Xác đònh thành phần, tính chất nước thải sản xuất cồn.
 Thiết lập và nghiên cứu mô hình USBF.

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 4

CHƯƠNG
1

TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP
SẢN XUẤT CỒN TỪ MẬT RỈ ĐƯỜNG











Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 5
1.1 TIỀM NĂNG CỦA NGÀNH SẢN XUẤT CỒN TRONG TƯƠNG LAI
1.1.1 Ưu điểm của nhiên liệu ethanol
Giá thành rẻ, tác động tích cực đến môi trường (lượng khí CO

2
do xe hơi chạy
bằng cồn lỏng thải ra chỉ bằng 1/12 so với xe chạy bằng xăng. Tổng hợp các chỉ số
ô nhiễm môi trường cho thấy, mức độ ô nhiễm môi trường của xe chạy bằng cồn
chỉ bằng 30% của xe chạy xăng. Nếu xe sử dụng nhiên liệu hỗn hợp cồn xăng thì
sẽ giảm được 20-30% lượng khí CO, giảm khoảng 25% lượng khí thải CO
2
, đồng
thời còn giảm bớt được lượng khí thải các chất có hại như chì…)
1.1.2 Ethanol – nguồn nhiên liệu thay thế đầy triển vọng
Nguồn dầu mỏ thế giới đang cạn kiệt dần, cộng với tình hình bất ổn tại các khu
vực giàu dầu mỏ như Iran, Irag, Nigeria… khiến nguồn cung không đảm bảo liên
tục gây lo ngại cho các nước “khát dầu” phục vụ cho nền kinh tế phát triển. Vì
thế, tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế đang được các nước đặt lên hàng đầu.
Trong số những nhiên liệu thay thế, ethanol nổi lên như một ứng cử viên sáng giá
nhất, đáp ứng được những tiêu chuẩn như giá rẻ, dễ sản xuất, thân thiện với môi
trường.
Ethanol là chất phụ gia để tăng trò số Octane (trò số đo khả năng kích nổ) và
giảm khí thải độc hại của xăng trong chính sách năng lượng của các nước khối EU,
Mỹ, Australia, Trung Quốc, Nhật Bản… đều chú trọng đến ứng dụng ethanol.
Mỹ là nước sử dụng nhiều dầu mỏ nhất thế giới. Trong những phát biểu gần đây,
tổng thống Mỹ Bush kêu gọi dân chúng “cai nghiện” dầu mỏ. ng đặt vấn đề
nghiên cứu tìm nhiên liệu thay thế để bớt lệ thuộc nước ngoài. Xăng ở Mỹ được
pha ethanol phổ biến là E10 (hỗn hợp gồm 10% ethanol và 90% xăng không chì)
và E85.
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 6

Hình 1.1 Một trụ bơm xăng E85 ở thành phố Lexington-Mỹ
Tuy Mỹ và những nước tiên tiến khác rất chú trọng phát triển nhiên liệu ethanol
nhưng Brazil mới là nước dẫn đầu và nếu muốn bắt kòp Brazil trong sản xuất và
tiêu thụ ethanol thì Mỹ cần cả thập niên nữa.
1.1.3 Ethanol – niềm tự hào của Brazil
Brazil là nước xuất khẩu đường đứng hàng đầu trên thế giới. Điều đáng chú ý là
song song với việc duy trì vò trí dẫn đầu trên thò trường đường, Brazil đã tận dụng
được phần rỉ đường để sản xuất ethanol. Chỉ cần mất 3 ngày chế biến là đã có
được nhiên liệu ethanol sẵn sàng cho người tiêu dùng. Hiện nay, ở đất nước Nam
Mỹ này, cứ 100 chiếc xe hơi bán ra thì có tới 80 chiếc là xe “lai”-chạy bằng xăng
hay ethanol đều được. Hai thứ nhiên liệu này dễ mua và ethanol rẻ hơn 1/3 so với
xăng dầu nên rất được thò trường ưa chuộng.
Các loại xăng được sử dụng ở đây đều được pha chế 25% ethanol (E25). Brazil
hiện có 17 triệu ô tô sử dụng E25 và 3 triệu ô tô sử dụng 100% ethanol.
Brazil đặt chỉ tiêu sản xuất 16.6 tỷ lít nhiên liệu ethanol năm 2006. Khoảng 80%
sản lượng sẽ được dùng cho thò trường xe hơi trong nước. Brazil có thể tiết kiệm
được 400 tỷ USD tiền nhập khẩu xăng dầu. Hơn thế nữa, Brazil sẽ thu về nguồn
ngoại tệ lớn khi xuất khẩu ethanol sang các nước khác. Trước mắt, Nhật Bản đang
xem xét kí hợp đồng nhập khẩu 6 tỷ lít ethanol của Brazil. Nắm bắt thời cơ, từ nay
Một trụ bơm xăng E85 ở thành
phố Lexington-Mỹ
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 7
đến năm 2012, Brazil sẽ đưa vào hoạt động trên 70 nhà máy chuyên sản xuất

ethanol.
1.1.4 Triển vọng cho ethanol
Những nhà phân tích cho rằng muốn cạnh tranh với ethanol thì giá dầu phải hạ
xuống còn 35USD/thùng. Điều này hầu như không thể xảy ra trong tình hình thế
giới hiện nay. Người ta dự báo nhu cầu nhiên liệu ethanol toàn cầu đến năm 2010
có thể tăng gấp 4 lần, lên khoảng 80 tỷ lít, và chỉ trong 2 đến 3 năm nữa các con
tàu khổng lồ chở ethanol sẽ xuôi ngược khắp các đại dương, như hình ảnh tàu chở
dầu hiện nay.
1.1.5 Chiến lược nhiên liệu sạch cho Việt Nam
Việt Nam được đánh giá là nước có những tiềm năng để sản xuất nhiên liệu sinh
học. Về nguồn nguyên liệu cho sản xuất cồn: năm 2003 cả nước có 7.45 triệu ha
trồng lúa, thu hoạch được 34.5 triệu tấn thóc, năng suất trung bình 4.63 triệu
tấn/ha; có 910000 ha trồng ngô, thu hoạch 2.933 triệu tấn; có 220000 ha trồng
khoai, năng suất 7.24 tấn/ha, 2 vụ; có 372000ha trồng sắn (có khả năng tăng diện
tích lên 500000 ha), năng suất 14.1 tấn/ha (hiện đang trồng thử giống mới năng
suất 40 tấn/ha); có 50 nhà máy chế biến sắn thành tinh bột xuất khẩu, sử dụng
100000 tấn/năm cho sản xuất cồn; có 306400 ha trồng mía, năng suất bình quân 54
tấn/ha, thu hoạch 16.5 triệu tấn mía, hàm lượng đường 12-14%, đến cuối năm 200,
cả nước có 43 nhà máy đường, tổng công suất 82450 tấn mía/ngày, 592000 tấn rỉ
đường, sản xuất được 200 triệu lít cồn.
Theo thông tin từ trung tâm xúc tiến thương mại và đầu tư TPHCM: Việt Nam sẽ
đẩy mạnh phát triển nhiên liệu sinh học và mục tiêu dự kiến đến năm 2025 sẽ sản
xuất và đưa vào sử dụng xăng E5 (95% xăng khoáng và 5% ethanol) và dầu B5
(95% diesel khoáng và 5% diesel sinh học) trên phạm vi cả nước, đáp ứng đủ nhu
cầu thò trường.
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 8
Theo lộ trình được tiến só Nguyễn Xuân Dinh – Vụ phó Vụ Năng lượng và dầu khí
– Bộ Công Thương đưa ra, đến năm 2015 sẽ sử dụng phổ cập toàn quốc xăng E5

và B5, các hệ thống biogas, suất khẩu E100 và B100. Đến năm 2025, nhiên liệu
sinh học sẽ cung cấp 10% nhu cầu nhiên liệu lỏng, sử dụng phổ biến nhiên liệu
E10 và B10 trên toàn quốc.
Đặc biệt theo tiến só Đặng Tùng, Vụ trưởng Vụ Khoa học và Công nghệ (Bộ Công
thương), sang năm 2007, nhiều nhà máy sản suất cồn công nghiệp để sản xuất
nhiên liệu đã được dồn dập triển khai ở Việt Nam.
Cụ thể, công ty cổ phần Cồn sinh học Việt Nam đã đầu tư xây dựng nhà máy sản
xuất cồn công nghiệp với công suất 66000m
3
/ năm tại Đắc Lắc. Bên cạnh đó các
dự án đầu tư liên doanh liên kết giữa Công ty đường Biiên Hòa với công ty của
Singapore kí kết hợp tác tháng 8/2007 đầu tư nhà máy sản xuất cồn sinh học công
suất 50000tấn/năm.
Mặc dù chưa thật sự phát triển rầm rộ và nhiên liệu sinh học chưa được ứng dụng
rộng rãi nhưng việc đầu tư phát triển nhiên liệu sinh học ở Việt Nam được coi là
hướng đi tất yếu.
1.2 TÌNH HÌNH CHUNG
1.2.1 Thế giới
Công nghiệp cồn rượu là một ngành xuất hiện từ rất lâu trên thế giới, nó là nguồn
nguyên liệu, được ứng dụng trong một số ngành công nghiệp khác. Hiện nay, sản
lượng cồn rượu hàng năm vẫn tiếp tục gia tăng ở các nước trên thế giới.
1.2.2 Việt Nam
Ngành sản xuất cồn rượu theo kiểu công nghiệp ở nước ta xuất hiện từ năm 1898
do người Pháp thiết kế và xây dựng. Khi đó, ở nước ta chỉ có một số nhà máy rượu
như: Hà Nội, Nam Đònh, Bình Tây, Chợ Quán...Tổng năng suất của tất cả các nhà
máy lớn nhỏ vào khoảng 15 triệu lit /năm. Đến thời điểm 1980 – 1985 thì hàng
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 9
năm ta có thề sản xuất trên 30 triệu lit cồn. Có thể nói, thời gian này hàm lượng

cồn rượu trong cả nước đạt mức cao nhất. Vào những năm 1986 – 1987, do đổi mới
cơ chế quản lý nên hàng loạt phân xưởng, nhà máy phải đóng cửa. Trong hội thảo
“Dự án chiến lược phát triển khoa học công nghệ ngành rượu bia nước giải khát”,
theo đề nghò của các chuyên gia đến năm 2005 nước ta có khả năng sản xuất
khoảng 180 đến 200 triệu lit cồn tinh khiết. Trong đó, cồn từ nguồn nguyên liệu
tinh bột chiếm 30 – 40%, còn lại là cồn từ mật rỉ.
Bảng 1.1 . Tình hình sản xuất cồn của một số doanh nghiệp
STT Tên công ty Sản lượng
(triệu lit)
Cồn thô
(triệu lit)
Cồn tinh luyện
(triệu lit)
1. Đường Quảng Ngãi 5 5
2. Tây Ninh 10 2 8
3. Đắc Lắc 5 5
4. Bình Dương 3 1 2
5. Khánh Hoà 3 3
6. Miền Tây 4 4
Trong chiến lược và mục tiêu phát triển ngành rượu Việt Nam của Bộ Công
nghiệp trình Chính phủ duyệt, nhu cầu về sản lượng cồn rượu và mức tiêu thụ bình
quân đầu người từ năm 2000 đến năm 2005 được đưa ra trong bảng 1.2 sau:
Bảng 1.2. Nhu cầu về sản lượng cồn rượu và mức tiêu thụ bình quân đầu người
từ năm 2000 đến năm 2005
STT Chỉ số Đơn vò Năm 2000 Năm 2005
1 Mức tiêu thụ bình quân đầu người/năm Lit 8.03 7.69
2 Mức tăng trưởng trung bình/năm % 0.77 0.91
3 Sản lượng cồn Triệu lit 50 150
4 Sản lượng rượu Triệu lit 10 30

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 10
Bảng 1.3. Nhu cầu cồn tinh chế
STT Tên công ty Sản lượng tiêu thụ cồn tinh luyện
(triệu lit)
1 Công ty dược phẩm 26 1
2 Công ty NGK Chương Dương 0.5
3 Công ty Hiram Walker 1
Tiềm năng của thò trường Việt Nam: theo ước tính thò trường Việt Nam có sức tiêu
thụ khoảng 30 triệu lit rượu mỗi năm. Đây là một khối lượng tương đối lớn. Điều
này mang lại cho ngành công nghiệp cồn rượu một cơ hội và cũng là thử thách.
Ở các nước và cả ở Việt Nam, cồn được dùng để pha chế rượu và cho các nhu cầu
khác nhau như: y tế, nhiên liệu đốt, nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác.
1.3 NGUYÊN LIỆU
Mật rỉ đường: là thứ phẩm trong quá trình sản xuất đường (là chất lỏng đặc sánh
lại sau khi đã rút đường bằng phương pháp cô và kết tinh, chiếm tỷ lệ 3 – 5% tuỳ
thuộc vào chất lượng mía, điều kiện canh tác và điều kiện sản xuất.
Thông thường, hàm lượng chất khô trong mật rỉ đường là 70 – 85%, nước chiếm 15
– 30%.Trong đó, đường chiếm khoảng 60%, bao gồm 35 - 40% saccarosa, 20 –
25% đường khử; lượng còn lại là chất phi đường: 30 – 32% là hợp chất hữu cơ và 8
– 10% là chất vô cơ. Chất hữu cơ không chứa N gồm có pectin, chất nhầy furfunol,
acid... Ngoài ra còn có các hợp chất không lên men được như caramen, chất màu.
Hợp chất hữu cơ chứa N chủ yếu là ở dạng amin như acid glutamic, alanine ...
Lượng N trong mật rỉ đường mía chỉ khoảng 0.5 đến 1%. Do chứa ít N nên khi lên
men mật rỉ đường, chúng ta thường bổ sung nguồn nitrogen ở dạng urê hoặc amoni
sulfate.
1.4 QUY TRÌNH SẢN XUẤT
Nghiên cứu quá trình sản xuất là điều quan trọng và cần thiết để đánh giá tổng
quát các loại chất thải sẽ tồn tại trong nước thải đồng thời đánh giá sơ bộ nồng độ

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 11
của từng loại chất thải đó trong nước thải, từ đó giúp ta đề xuất và tiến hành quá
trình nghiên cứu hiệu quả, giải quyết tốt các sự cố xảy ra khi vận hành mô hình.
Quy trình công nghệ sản xuất cồn từ mật rỉ đường gồm các giai đoạn cơ bản sau:
1.4.1 Chuẩn bò dòch đường lên men (xử lý mật rỉ)
Trong mật rỉ đường có những thành phần và tính chất hóa học gây ảnh hưởng
không tốt cho quá trình lên men của nấm men (chất màu, chất keo). Để loại bỏ
những chất này, người ta thường sử dụng H
2
SO
4
đậm đặc. Vì thế nước thải ra
thường có pH rất thấp.
Ủ và lên men mật rỉ đường ở điều kiện thích hợp : Rỉ đường được ủ lên men ở
nhiệt độ 25 – 27
o
C trong các bồn lên men kín. Nấm men được sử dụng là nấm
men Saccharomyces cerevisea (nguồn cung cấp: Công ty men thực phẩm Mauri –
La Ngà). Ngay sau khi hàm lượng đường trong dung dòch lên men giảm xuống còn
5.5 – 6.0 g/ 100ml thì cho vi khuẩn Butylic granulobacter vào (2 – 3% thể tích
dòch) và sau đó giữ nhiệt độ lên men ở 29 – 30
o
C trong thời gian 2 ngày ở pH = 5.
Dòch lên men có chứa 4.8 – 5.8% rượu, được tách sinh khối nấm men và chưng
cất.
1.4.2 Chưng cất dòch lên men
Nhằm tách cồn và các chất dễ bay hơi ra khỏi dung dòch : người ta thường chưng
cất cồn trong những tháp chưng cất làm từ kim loại. Tháp được cấu tạo từ nhiều

đóa ngưng tụ khác nhau. Sau khi chưng cất đợt 1, ta thu được cồn thô. Cồn thô là
loại cồn chứa hàm lượng cồn không cao (nồng độ khoảng 40
o
), ngoài ra còn chứa
khá nhiều chất khi chưng cất bò cuốn theo vào cồn. Cồn thô không được sử dụng
trong công nghệ thực phẩm. Cồn thô chỉ được dùng trong sản xuất công nghiệp
hoá chất, dệt nhuộm, thuộc da, sơn, y tế.


Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 12
Bảng 1.4 Thành phần tính chất trong cồn thô sản xuất từ mật rỉ
Stt Thành phần Số lượng Stt Thành phần Số lượng
1
2
3
4
Nồng độ cồn (%V)
Ester (mg/l)
Dầu fusen (%)
Andehyd acetic (%)
89.1
276.5
0.43
0.004
5
6
7
Độ axit (mg/l)

Furfurol
Rượu metylic
60.6
Không
không
1.4.3 Chưng cất loại tạp chất và thu hồi cồn tinh
Sau khi chưng cất lần 2, cồn được tách khỏi dầu cao phân tử, loại bớt nước, khi đó
ta thu được cồn có nồng độ cao khoảng 96
o
-98
o
.
Hệ thống chưng cất bao gồm:
o Tháp chưng cất.
o Thiết bò ngưng tụ hồi lưu.
o Thiết bò làm lạnh
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 13

Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ quy trình sản xuất cồn từ mật rỉ đường

Mật rỉ và nước
Lên men
Tháp chưng cất thô
Tháp chưng cất tinh
CO
2
làm sạch
hóa lỏng

Cồn tinh 96-98
o
Nước thải
Cồn thô 40 – 45
o

Xử lý mật rỉ
Pha loãng mật rỉ
Butylic granulobacter
Saccharomyces cerevisea
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 14
1.5 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI
Nước thải của ngành công nghiệp sản xuất cồn chứa hàm lượng chất hữu cơ rất
cao, chủ yếu là xác nấm men, carbonhydate, một số hợp chất hữu cơ khó phân
hủy, chất tạo màu, andehyde, phenol, melanine, độ đục lớn, có màu vàng đậm,
mùi đường và mùi chua đặc trưng, nhiệt độ cao (75-85
o
C).
 Khi nước thải mới được lấy ra từ tháp chưng cất thường khá nóng, đậm mùi
đường và có màu đen.
 Sau khoảng 2 ngày, nước thải trở nên chua, có màu vàng đậm, có váng nổi
màu trắng trên bề mặt, do khi được lấy ra từ tháp chưng cất nước thải có
cuốn theo ra một ít nấm men vì thế nấm men tiếp tục phân hủy tạo khí CO
2

nên có hiện tượng sủi bọt khí li ti.
 Sau đó khoảng 1 tuần nước thải trở nên có mùi hăng và hôi nồng rất khó
chòu.

Bảng 1.5. Kết quả thành phần và tính chất của nước thải cồn rượu
Chỉ tiêu Khoảng giá trò QCVN 24
pH 4.26 – 5.03 5-9
COD (mg/l) 25114 – 86027 400
N Kjeldalh (mg/l) 999 – 1529 60
P tổng (mg/l) 18.41 – 86.20 8
BOD
5
(mg/l) 19750 – 58420 100
SS (mg/l) 132 – 586 200
Nguồn: PTN Công nghệ Môi trường, Viện Môi Trường & Tài Nguyên 2009
Nhìn chung, nước thải sản xuất cồn là một trong những nguồn thải gây ô
nhiễm nghiêm trọng nhất hiện nay. Theo khảo sát thực tế, hầu hết các nhà máy
sản xuất cồn đều không thể xử lý triệt để hàm lượng ô nhiễm hữu cơ. Nước đậm
đặc, hôi nồng. Độ màu, hàm lượng caramel; sunfat, kali và amonia trong thành
phần nước thải cao, hơn nữa, tỉ lệ BOD
5
/COD dao động trong khoảng 0,5-0,6. kết
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 15
quả này cho thấy hiệu quả xử lý bằng phương pháp sinh học có thể đạt khoảng
70%.
1.6 TÁC ĐỘNG CỦA NƯỚC THẢI SẢN XUẤT CỒN TỪ MẬT RỈ ĐƯỜNG
LÊN MÔI TRƯỜNG XUNG QUANH
Qua kết quả phân tích thí nghiệm, ta thấy nước thải sản xuất cồn của công ty Lê
Gia có mức độ ô nhiễm khá lớn. Nước thải có nồng độ hữu cơ cao, chủ yếu có
nguồn gốc từ những hợp chất hòa tan, độ màu và độ đục khá cao, pH thấp và chứa
lượng lớn vi sinh vật, nấm men. Nước thải không được xử lý khi đổ vào kênh rạch
sẽ dẫn đến những hậu quả sau:

Bảng 1.6. Ảnh hưởng của các thành phần ô nhiễm đến nguồn tiếp nhận
Thành
phần
Thông số
đánh giá
nh hưởng
Chất hữu
cơ
BOD, COD,
TOC
Sự khoáng hóa/ổn đònh chất hữu cơ gây nên thiếu hụt
DO tại nguồn tiếp nhận gây ảnh hưởng đến hệ thủy sinh
vật trong nước. Nếu thiếu hụt trầm trọng dẫn đến điều
kiện yếm khí hình thành sinh ra mùi hôi.
Độ kiềm
/ độ acid
pH pH nằm ngoài giới hạn chòu đựng của thủy sinh vật.
nh hưởng đến quá trình xử lý sinh học.
nh hưởng đến độ hoà tan của các kim loại nặng trong
đất và thay đổi độ độc của kim loại trong nước.
nh hưởng đến mùa màng.
Nhiệt độ nh hưởng đến hệ thủy sinh vật trong nước.
Màu Làm mất đi vẻ mỹ quan
Kim loại
nặng
Cd, Cr, Co,
Cu, Ni, Pb,
Zn, Hg
Độc với sinh vật
Chất rắn TSS Giảm độ rỗng của đất, gây thiếu hụt oxy trong đất.

Giảm độ truyền quang trong nước, gây ảnh hưởng đến
khả năng quang hợp của các sinh vật tự dưỡng trong
nước.
Mùi do phân hủy kỵ khí.

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 16
Ví dụ về sự ô nhiễm do ngành công nghiệp sản xuất cồn từ mật rỉ đường gây
ra trên thực tế:
Công ty cổ phần mía đường Hiệp Hòa ở thò trấn Hiệp Hòa, huyện Đức Hòa, tỉnh
Long An gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Mặc dù Sở Tài nguyên-môi
trường đề nghò đóng cửa nhà máy này tới 4 lần, nhưng đến nay nhà máy vẫn được
UBND tỉnh cho phép hoạt động do lo ngại nếu đóng cửa nhà máy này sẽ ảnh
hưởng đến GDP chung của tỉnh.
Nhà máy đường Hiệp Hòa nằm ngay bên cạnh con sông Vàm Cỏ Đông của tỉnh
Long An. Mùi mật rỉ đường đặc trưng xộc ra khu dân cư ở cạnh nhà máy rất khó
chòu. Người dân ở đây đã phải ngửi mùi này cả chục năm nay. Những lúc sông cạn
sẽ thấy nước thải màu nâu đỏ từ bên trong nhà máy tuôn ra, đục ngầu.
Tóm lại, nước thải từ ngành sản xuất cồn đang là một vấn đề quan tâm của xã hội
và các nhà môi trường vì tải lượng ô nhiễm hữu cơ là khá lớn.
Kết quả phân tích thí nghiệm cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm vượt quá tiêu
chuẩn rất nhiều lần, do đó việc giảm thiểu nồng độ ô nhiễm là một việc rất khó
khăn, đòi hỏi sự kết hợp của nhiều phương pháp xử lý sinh học kết hợp với các
phương pháp hoá học.

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 17

CHƯƠNG 2


CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
SẢN XUẤT CỒN TỪ MẬT RỈ ĐƯỜNG














Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 18

Việc lựa chọn phương pháp xử lý nước thải phụ thuộc vào các yếu tố sau:
 Đặc tính của nước thải: cần xác đònh thành phần cụ thể các chất ô nhiễm
trong nước thải, dạng tồn tại của chúng (lơ lửng, keo, hoà tan…). Khả năng
phân huỷ sinh học và độ độc các thành phần hữu cơ, vô cơ trong nước thải.
 Mức độ yêu cầu xử lý: chất lượng nước đầu ra thoả mãn yêu cầu hay tiêu
chuẩn cụ thể nào đó.
 Chi phí xử lý, điều kiện mặt bằng, đòa hình tại nơi dự kiến xây dựng hệ
thống xử lý.
 Chế độ xả và đặc điểm nguồn tiếp nhận; điều kiện thuỷ văn tại khu vực đó.
2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT CỒN
2.1.1 Phương pháp cơ học
Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải, người ta thường dùng các phương pháp
cơ học như: lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của lực ly
tâm, trọng lực. Việc lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào kích thước hạt, tính
chất hoá lý, nồng độ hạt lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết.
2.1.1.1 Lọc qua song chắn rác, lưới chắn rác
Đây là bước xử lý sơ bộ, mục đích của quá trình là khử các tạp chất gây ra sự cố
trong quá trình vận hành ở các công trình sau: làm tắc bơm, đường ống dẫn. Do đó
bước này cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và thuận lợi
cho cả hệ thống
2.1.1.2 Lắng
Trong xử lý nước thải, quá trình lắng thường được sử dụng để loại tạp chất dạng
huyền phù thô ra khỏi nước. Để tiến hành quá trình này người ta thường dùng các
dạng bể lắng ngang, bể lắng đứng.
Trong nước thải sản xuất tinh bột luôn chứa một lượng tinh bột bò thất thoát do
không đủ thời gian lắng, sau khi thải bỏ chúng sẽ lắng tụ trong hệ thống cống rãnh
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 19
gây tắc nghẽn đường ống. Ta có thể cho lắng tiếp một thời gin trước khi thải bỏ,

phần cặn lắng có thể làm thức ăn cho gia súc.
2.1.2 Phương pháp hóa học
2.1.2.1 Trung hòa
Nước thải thường có chứa acid hoặc kiềm do đó có độ pH khác nhau. Để đảm bảo
hiệu quả cho các công trình sinh học phía sau và tránh hiện tượng ăn mòn ta cần
phải đưa pH về 6.5 ÷8.5 trước khi khi thải vào nguồn tiếp nhận hay đến công trình
xử lý tiếp theo.
2.1.2.2 Khử trùng
Phương pháp này dùng để khử khuẩn trong nước thải. Thông thường nước thải sau
xử lý bằng phương pháp sinh học có thể chứa đến 106 vi khuẩn trong 1ml nước
thải. Thông thường người ta dùng các chất có tính oxy hoá cao để khử vi khuẩn.
2.1.2.3 Oxy hóa
Phương pháp oxy hoá có tác dụng : khử trùng nước, chuyền một nguyên tố hoà tan
sang kết tủa, biến đổi các chất không phân huỷ sinh học thành nhiều chất đơn giản
hơn…..
Các chất oxy hóa thông dụng : Ozon (O3), Chlorine (Cl2), Hydro peroxide
(H2O2), Kali permanganate (KMnO4).
2.1.3 Phương pháp hóa lý
Cơ sở của phương pháp này là dựa trên những phản ứng hoá học diễn ra giữa các
chất ô nhiễm và hoá chất thêm vào. Những phản ứng diễn ra thường là phản ứng
oxy hoá khử, phản ứng trung hoà hay phản ứng phân huỷ. Các phương pháp hoá lý
thông thường: phương pháp keo tụ, phương pháp tuyển nổi….
2.1.3.1 Keo tụ
Quá trình keo tụ tạo bông được áp dụng để khử màu, giảm lượng cặn lơ lửng trong
xử lý nước thải. Chất keo tụ có tác dụng làm cho các hạt rất nhỏ trở thành các hạt
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 20
có kích thước lớn từ đó lắng dễ dàng hơn. Các chất keo tụ thông thường là phèn
nhôm, phèn sắt… được kết hợp sử dụng với polymer trợ keo tụ để tăng hiệu quả xử

lý cho quá trình. Các chất này trung hoà điện tích các hạt keo trong nước, ngăn
cản sự chuyển động hỗn loạn của các ion giúp việc liên kết tạo bông thuận lợi.
Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn lo lửng trong nước thải tuy
nhiên chi phí xử lý cao, do đó áp dụng phương pháp này không hiệu quả về mặt
kinh tế.
2.1.3.2 Tuyển nổi
Phương pháp tuyển nổi dùng để tách các hạt rắn hoặc các hạt lỏng ra khỏi nước
thải. Trong nhiều trường hợp tuyển nổi còn được sử dụng để tách các tạp chất tan
như các chất hoạt động bề mặt. Trong xử lý nước thải được dùng để loại bỏ dầu
mỡ, cặn lơ lửng, bùn hoạt tính….Phương pháp tuyển nổi có ưu điểm là hoạt động
liên tục, phạm vi ứng dụng rộng rãi, chi phí đầu tư và vận hành không lớn. Có thể
thu cặn với độ ẩm nhỏ, hiệu quả xử lý cao, có thể thu hồi tạp chất.
2.1.3.3 Hấp phụ
Phương pháp hấp phụ thường được áp dụng ở giai đoạn xử lý sau cùng để khử triệt
để các chất hữu cơ hoà tan sau xử lý sinh học. Phương pháp này còn dùng để xử lý
cục bộ một lượng nhỏ các chất có độc tính cao và không thể phân huỷ bằng con
đường sinh học. Ưu điểm của phương pháp là khả năng xử lý cao, có thể thu hồi,
tái sử dụng được chất thải. Chất hấp phụ có thể là than hoạt tính (phổ biến nhất ),
các chất tổng hợp, một số chất thải của sản xuất như : xỉ…
2.1.4 Phương pháp sinh học
Nước thải sản xuất cồn từ mật rỉ đường chứa hàm lượng chất hữu cơ rất cao (tỉ lệ
BOD/COD = 0,6) nên dùng phương pháp sinh học để xử lý là hợp lý.
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 21
Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan hoặc các
chất phân tán nhỏ, chất keo cũng như một số chất vô cơ như : H
2
S, sulfide,
ammonia, … dựa trên hoạt động của vi sinh vật.

Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn thức ăn và tạo
năng lượng để duy trì hoạt động sống. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy
sinh học là: khí CO
2
, nitơ, H
2
O, ion sulfate, CH
4
, sinh khối vi sinh vật …
Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện hiếu khí
Quá trình phân huỷ sinh học hiếu khí là quá trình sử dụng các vi sinh vật nhằm
oxy hoá các hợp chất hữu cơ trong điều kiện có oxy.
Quá trình xử lý hiếu khí gồm ba giai đoạn:
Oxy hoá các chất hữu cơ:
CxHyOz + O
2
→ CO
2
+ H
2
O + ΔH
Tổng hợp tế bào mới:
CxHyOz + O
2
+ NH
3
→ Tế bào vi khuẩn + CO
2
+ H
2

O - ΔH
Phân huỷ nội bào:
C
5
H
7
O
2
+ O
2
→ 5CO
2
+ 2H
2
O + NH
3
+ ΔH
Trong 3 loại phản ứng ΔH là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào. Các chỉ số
x, y, z tuỳ thuộc vào dạng chất hữu cơ bò oxy hoá.
Ngoài ra trong quá trình hiếu khí, NH
4
+
và H
2
S cũng bò loại trừ nhờ quá trình
ntrate hoá và quá trình sulphate hóa của sinh vật tự dưỡng.
NH
4
+
+ 2O

2
= NO
3
-
+ 2H
+
+ H
2
O + ΔH
H
2
S + 2O2 = SO
4
2-
+ 2H
+
+ ΔH
2.1.4.1 Aerotank
Là công trình xử lý nước thải có dạng bể được thực hiện nhờ bùn hoạt tính và được
cung cấp oxy bằng khí nén hoặc làm thoáng, khuấy đảo liên tục. Trong điều kiện
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 22
như thế bùn phát triển ở trạng thái lơ lửng và cho hiệu suất phân huỷ các chất hữu
cơ khá cao.
Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật có trong nước thải kết cụm và tạo thành
các cụm bông bùn có khả năng hấp thụ và phân huỷ các chất hữu cơ khi có mặt
oxy hoà tan. Các bông này có màu nâu, dễ lắng.
Khi ứng dụng quá trình bùn hoạt tính cần chú ý các điểm sau:
 Cần phải cân bằng dinh dưỡng trong nước thải theo tỉ lệ BOD5 :N :P bình

thường là 100 :5:1; đối với xử lý kéo dài là 200:5:1
 Chỉ số thể tích bùn SVI : là số ml nước thải đang xử lý lắng được 1g bùn sau
30 phút.
 Chỉ số MLSS: là chất rắn tổng hợp trong chất lỏng, rắn, huyền phù, gồm
bùn hoạt tính và chất lơ lửng còn lại chưa được vi sinh kết bông.
2.1.4.2 Lọc sinh học hiếu khí
Cơ chế hoạt động nhờ quá trình dính bám của một số vi khuẩn hiếu khí lên lớp vật
liệu giá thể. Do quá trình dính bám tốt nên lượng sinh khối tăng lên và thời gian
lưu bùn kéo dài nên có thể xử lý được nước thải có tải trọng cao. Tuy nhiên hệ
thống dễ bò tắc do quá trình phát triển nhanh chóng của vi sinh hiếu khí nên thời
gian hoạt động dễ bò hạn chế.
2.1.4.3 Lọc sinh học nhỏ giọt
Là loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước. Các vật liệu
lọc có độ rỗng và diện tích tiếp trong một đơn vò thể tích là lớn nhất trong điều
kiện có thể. Nước đến lớp vật liệu chia thành các dòng hoặc các hạt nhỏ chảy
thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở
trên bề mặt vật liệu và được làm sạch nhờ các vi sinh vật trên màng phân huỷ hiếu
khí các chất hữu cơ có trong nước.
2.1.4.4 Đóa quay sinh học
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 23
Gồm các đóa tròn, phẳng được lắp trên một trục. Các đóa này được đặt ngập một
phần trong nước và có tốc độ quay chậm khi làm việc. Khi quay màng sinh học
bám dính trên bề mặt đóa tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải sau đó tiếp xúc
với oxy khi ra khỏi nước. Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa được tiếp xúc
với chất hữu cơ, vừa tiếp xúc với oxy vì vậy chất hữu cơ được phân huỷ nhanh.
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT CỒN TỪ MẬT
RỈ ĐƯỜNG TỪNG ĐƯC NGHIÊN CỨU
LỌC KỴ KHÍ

NƯỚC THẢI
BỂ ACID HOÁ
UASB
HIẾU KHÍ
BÙN HOẠT
TÍNH
KEO TỤ

Thuyết minh phương án lựa chọn nghiên cứu:
Nước thải từ tháp chưng cất được đưa vào bể acid hóa, nơi đây sẽ diễn ra giai đoạn
acid hóa của quá trình kỵ khí. Quá trình này được tiến hành ở pH 5 – 5.5. Sau khi
được lên men, nước thải được trung hòa bằng NaOH (hoặc Na
2
CO
3
), đưa pH về
6.5 – 7.0, châm dinh dưỡng và bơm lên UASB. Từ UASB, nước thải lại tiếp tục
được đưa vào bể lọc kỵ khí. Tại đây, quá trình phân hủy kỵ khí lại tiếp tục được
diễn ra. Sau đó, nước thải được đưa qua quá trình sinh học hiếu khí nhằm tận dụng
khả năng oxy hóa của vi sinh hiếu khí. Nước thải sau xử lý hiếu khí được tuần
hòan trở lại UASB với tỷ lệ về lưu lượng là 1 nước thải vào: 3 nước tuần hoàn
nhằm mục đích pha loãng. Sau quá trình hiếu khí, có thể nồng độ COD và độ màu
cũng còn cao, do đó, phải tiếp tục tiến hành nghiên cứu khả năng xử lý hoá lý của
nước thải. Phương án được lựa chọn ở đây là keo tụ.


Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 24

CHƯƠNG 3


TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP
XỬ LÝ SINH HỌC KỊ KHÍ













Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Trang 25
3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KỊ KHÍ

Hình 3.1. Các giai đoạn phân hủy kỵ khí
Trong đó, các phản ứng hóa học chính bao gồm:
Cao p.tử  CO
2
+ H
2
+ CH

3
COO
-
+ C
2
H
5
COOH + C
3
H
8
COOH
CH
3
COO
-
+ H
2
O  CH
4
+HCO
3
-
+ Q
4H
2
+ HCO
3
-
+H

2
O  CH
4
+ H
2
O + Q
Để thực hiện các quá trình trên 2 nhóm vi khuẩn cần thiết cho phân hủy kò
khí thường hiện diện là Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose và nhóm vi khuẩn
sinh khí metan. Sự tăng trưởng của vi khuẩn và các vi khuẩn trong bể Biogas tùy
thuộc loại cơ chất sử dụng và điều kiện nhiệt độ.