Nghiên cứu hiệu quả thu hồi khí biogas từ nước thải chế biến tinh bột sắn quy mô hộ gia đình tại tỉnh bình định

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
-------------- oOo -------------

TRƯƠNG THỊ HIỀN NHU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ THU HỒI KHÍ
BIOGAS TỪ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH
BỘT SẮN QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH TẠI TỈNH
BÌNH ĐỊNH
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ : 60.85.06


TP. HỒ CHÍ MINH, NGÀY 18 THÁNG 11 NĂM 2011


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
---------oOo---------

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Phước
TS. Trịnh Bảo Sơn

Cán bộ chấm nhận xét 1:.......................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2:.......................................................................

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐƯỢC BẢO VỆ TẠI
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

Ngày

tháng

năm 2011

(Tài liệu này có thể tham khảo tại thư viện Viện Môi trường và Tài Nguyên)


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
----------- oOo ----------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC
Họ và tên

: Trương Thị Hiền Nhu

Ngày, tháng, năm sinh : 03/04/1979
Chuyên ngành

: Công nghệ môi trường

Khóa

: K20

Phái

: Nữ

Nơi sinh

:Bình Định

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HIỆU THU HỒI BIOGAS TỪ NƯỚC THẢI CHẾ

BIẾN TINH BỘT SẮN QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH TẠI TỈNH BÌNH ĐỊNH
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

-

Khảo sát tình hình sản xuất và hiện trạng ô nhiễm nước thải chế biến tinh bột
sắn tại các hộ sản xuất trên địa bàn xã Hoài hảo, Hoài Nhơn, Bình Định

-

Nghiên cứu hiệu quả thu hồi biogas từ nước thải chế biến tinh bột sắn bằng túi
nylon.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

:12 tháng 05 năm 2011

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

:12 tháng 11 năm 2011

V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

: PGS.TS Nguyễn Văn Phước

TS Trịnh Bảo Sơn

VI. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT

Cán bộ phản biện 1

Cán bộ phản biện 2

Đề cương Luận văn Cao học đã được thông qua Hội Đồng Chuyên Ngành.
Ngày 24 tháng 03 năm 2011
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

PHÒNG CHUYÊN MÔN

CHỦ NHIỆM NGÀNH


Lụứi Caỷm ễn
u tiờn, xin cm n n tt c cỏc Thy Cụ trong Vin Ti nguyờn Mụi
trng ó tn tỡnh truyn t nhng kin thc khoa hc v kinh nghim cho em trong

sut quỏ trỡnh hc.
Em xin chõn thnh cm n n thy PGS.TS. Nguyn Vn Phc v thy Trnh
Bo Sn ó tn tỡnh hng dn trong sut quỏ trỡnh thc hin lun vn.
V xin cm n Cụ Nguyn Th Thanh Phng cựng anh Nguyn Vit Cng ó
b thi gian quý bỏu ca mỡnh ch dn cho em.
Xin gi li cm n n Phũng quan trc v phõn tớch Trung tõm Quan trc mụi
trng, h gia ỡnh anh Hiu Gia ỡnh ch bin tinh bt sn ti Hũai Ho, Hoi
Nhn, Bỡnh nh ó giỳp tụi trong quỏ trỡnh thc nghim v phõn tớch ly nc
thi trong thi gian qua.
Cui cựng xin cm n tt c bn bố, ng nghip, c quan v gia ỡnh ó h tr
v ng viờn tụi trong sut quỏ trỡnh hc v thc hin lun vn.
Taực giaỷ
Trửụng Thũ Hien Nhu


TÓM TẮT
Khoai mì là cây trồng được phát triển hiện nay và trong tương lai đáp ứng nhu
cầu về lương thực và năng lượng đang được khuyến khích phát triển mạnh trên thế
giới. Ở Việt Nam cũng chú trọng phát triển đối với những tỉnh thành, địa phương có
môi trường thổ nhưỡng phù hợp, có thế mạnh về nhân lực và thương mại. Tuy nhiên,
nước thải do sản xuất chế biến củ mì có mức độ ô nhiễm cao bởi các chỉ tiêu SS, COD,
BOD5 và mùi, nhưng chưa được quan tâm xử lý nên đã ảnh hưởng đến môi trường.
Xử lý nước thải tinh bột khoai mì ở làng nghề Hoài Hảo được đề xuất bằng công
nghệ sinh học kỵ khí kết hợp hiếu khí và tận dụng hồ sinh học tự nhiên để khử COD và
có thể kết hợp nuôi động thực vật thủy sinh với chi phí đầu tư và vận hành thấp nhất,
phù hợp điều kiện các cơ sở sản xuất.
Kết quả nghiên cứu hiệu quả thu hồi biogas từ nước thải chế biến tinh bột sắn
quy mô hộ gia đình tại Bình Định cho thấy, hiệu quả xử lý khá cao: Nước thải sau khi
qua túi biogas đã khử được 92% ~ 97 % COD, từ các nồng độ 5275 - 25400 mg/l với
thời gian lưu nước từ 6 – 24 ngày, COD giản xuống dưới 100mg/l. pH đầu ra đạt 6,77,3 và hiệu quả thu hồi CH4 từ 0,23 - 0,27/kgCOD.

Với kết quả nghiên cứu như trên nước thải tiếp tục xử lý hiếu khí để giảm tiếp
COD với hiệu suất là 80 – 90 %. Cuối cùng là hồ sinh học để xử lý triệt để chất ô
nhiễm cho nước đạt tiêu chuẩn B.


ABSTRACT
Cassava is developing now and in the future to meet demand for food and energy,
are being encouraged to thrive all the world. In Vietnam, Cassava development focus
for the provinces, local has environment suitable soil, has strengths in human
resources and trade. However, the wastewater produced by processing cassava tubers
had high levels of contamination as the SS, COD, BOD 5 and smell, but not interested
in treatment, this cause affect on the environment.
Wastewater cassava treatment in villages as the Hoài Hảo proposed by combined
anaerobic and aerobic biotechnology, utilize Habitat Lake for reducing COD and can
combine farming aquatic animals and plants with lowest investment cost and operating
conditions of the relevant production facilities.
Research results effectively recover biogas from waste water cassava treatment
in villages as the Hoài Hảo in Binh Dinh showed that effective treatment is high:
Wastewater biogashad after the last bag was reduced ~ 97% COD from 5275 - 25400
mg/l, day with hydraulic retention time (HRT) = 6 - 24 day down to 1000mg/l.
Output reaches pH 6.7 to 7.3 and effective recovery of CH4 0,23 - 0.27m3/kgCOD.
With results such as the waste water treatment continues to aerobic the COD
reduce to the performance is 80-90%. Finally the Habitat Lake treatment for
contamination for the Viet Nam Standard B.


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU.......................................................................................xi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................xiii
xvii

MỞ ĐẦU................................................................................................................... 18
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN....................................................................................23
1.1.1 Cấu tạo, thành phần củ mì....................................................................................................23
1.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất bột mì....................................................................................26
1.1.3 Các nguồn chất thải từ quá trình sản xuất bột mì.................................................................28
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng trong nước có liên quan đến đề tài....................................31
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng ngoài nước có liên quan đến đề tài....................................34
1.3.1 Công nghệ sản xuất...............................................................................................................35
1.3.2 Thành phần tính chất nước thải............................................................................................40
1.3.3 Xác định lưu lượng nước thải...............................................................................................42

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP, CƠ SỞ LỰA CHỌN MÔ HÌNH
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................................................................44
2.1.1 Cơ sở lý thuyết......................................................................................................................45
2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kị khí sinh metan........................................51
2.2.1 Khái niệm..............................................................................................................................53
2.2.2 Bản chất của quá trình phân hủy kỵ khí sinh biogas.............................................................53
2.2.3 Công nghệ túi biogas.............................................................................................................54
2.3.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp nghiên cứu.............................................................................60
2.3.2 Cơ sở lựa chọn mô hình........................................................................................................60
2.3.3 Mục tiêu nước thải đầu ra....................................................................................................61

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM...........................62
3.1.1 Mô hình tĩnh.........................................................................................................................62
3.1.2 Mô hình động.......................................................................................................................63
3.2.1 Mô hình tĩnh.........................................................................................................................65
3.2.2 Mô hình động.......................................................................................................................65

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN...................................67
4.1.1 Mô hình xác định CH4...........................................................................................................67

67
67
67
67
68
68
69
69
69
69
4.1.2 Mô hình động.......................................................................................................................75

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ.......................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................85
PHỤ LỤC

.............................................................................................87


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
COD

: Chemical oxygen demand (nhu cầu oxyhoas học)

BOD

: Biochemical oxygen demand (nhu cầu oxy sinh hóa)

UASB : Up -flow anaerobic sludge blanket (Bể phân hủy bùn kị khí dòng chảy ngược)
HRT

: Hydraulic retention time (Thời gian lưu nước)

SRT

: Sludge retention time (Thời gian lưu bùn)

VFA

: Volatile fatty acid (axits béo bay hơi)

ABR

: Anaerobic Baffle Reactor (Bể phân hủy kỵ khí có vách ngăn)

TS

: Total solid (Tổng chất rắn)

VS

: Volatile solid (Chất rắn bay hơi)

VSS

: Volatile suspended solid (Chất rắn lơ lửng bay hơi)

MLSS : Mixed Liquor Suspended Solid

CIAGAS: Covered In-Ground Anaerobic Reactor


DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC BẢNG BIỂU.......................................................................................xi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................xiii
xvii
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 18
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN....................................................................................23
1.1.1 Cấu tạo, thành phần củ mì....................................................................................................23

Bảng 1.1: Thành phần hoá học của khoai mì...............................................................24
1.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất bột mì....................................................................................26
1.1.3 Các nguồn chất thải từ quá trình sản xuất bột mì.................................................................28

Bảng 1.2 Thành phần, tính chất nước thải tinh bột khoai mì........................................29
Bảng 1.3: Thành phần nước thải tinh bột khoai mì......................................................29
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng trong nước có liên quan đến đề tài....................................31
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng ngoài nước có liên quan đến đề tài....................................34
1.3.1 Công nghệ sản xuất...............................................................................................................35

Bảng 1.4: Bảng thời gian cho một mẻ sản xuất............................................................39
1.3.2 Thành phần tính chất nước thải............................................................................................40

Bảng 1.5 : Thành phần tính chất nước thải tinh bột mì tại các hộ thuộc xã Hoài Hảo,
Bình Định năm 2009....................................................................................................40
Bảng 1.6: Kết quả phân tích chất lượng nước thải tại xã Hoài Hảo năm 2002............41
1.3.3 Xác định lưu lượng nước thải...............................................................................................42

Bảng1.7 : Hệ số phát sinh nước thải tại các hộ sản xuất tinh bột sắn..........................43

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP, CƠ SỞ LỰA CHỌN MÔ HÌNH
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................................................................44
2.1.1 Cơ sở lý thuyết......................................................................................................................45
2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kị khí sinh metan........................................51
2.2.1 Khái niệm..............................................................................................................................53
2.2.2 Bản chất của quá trình phân hủy kỵ khí sinh biogas.............................................................53


2.2.3 Công nghệ túi biogas.............................................................................................................54

Bảng2.1 : Sản lượng và thành phần khí thu được........................................................54
2.3.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp nghiên cứu.............................................................................60
2.3.2 Cơ sở lựa chọn mô hình........................................................................................................60
2.3.3 Mục tiêu nước thải đầu ra....................................................................................................61

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM...........................62
3.1.1 Mô hình tĩnh.........................................................................................................................62

Bảng 3.1: Tỷ lệ bùn và nước thải theo thể tích.............................................................63
3.1.2 Mô hình động.......................................................................................................................63
3.2.1 Mô hình tĩnh.........................................................................................................................65
3.2.2 Mô hình động.......................................................................................................................65

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN...................................67
4.1.1 Mô hình xác định CH4...........................................................................................................67

67
67
67
67

68
68
69
69
69
69
4.1.2 Mô hình động.......................................................................................................................75

Bảng 4.1: So sánh hiệu quả xử lý COD và hiệu suất thu hồi CH4 theo thời gian........80
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ.......................................83
Bảng 5.1: Hiệu quả xử lý của hệ thống qua từng giai đoạn ........................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................85


PHỤ LỤC

.............................................................................................87

DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG BIỂU.......................................................................................xi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................xiii
xvii
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 18
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN....................................................................................23
1.1.1 Cấu tạo, thành phần củ mì....................................................................................................23

Hình 1.1 Cấu trúc củ khoai mì theo lát cắt ngang..............................................23

Bảng 1.1: Thành phần hoá học của khoai mì...............................................................24
1.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất bột mì....................................................................................26

Hình 1.2: Sơ đồ quy trình sản xuất Tinh bột mì ở Việt Nam.............................26
Hình 1.3: Sơ đồ quy trình sản xuất Tinh bột mì tại Nhà máy mì Bình Định.....27
Hình 1.4: Sơ đồ quy trình sản xuất Tinh bột mì tại các làng nghề Bình Định...28
1.1.3 Các nguồn chất thải từ quá trình sản xuất bột mì.................................................................28

Bảng 1.2 Thành phần, tính chất nước thải tinh bột khoai mì........................................29
Bảng 1.3: Thành phần nước thải tinh bột khoai mì......................................................29
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng trong nước có liên quan đến đề tài....................................31
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng ngoài nước có liên quan đến đề tài....................................34
1.3.1 Công nghệ sản xuất...............................................................................................................35

............................................................................................................................36
Hình 1.5. Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột ướt gia đình Anh Hiếu năm 2009. 36

Bảng 1.4: Bảng thời gian cho một mẻ sản xuất............................................................39
Hình 1.6. Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột ướt quy mô gia đình năm 2002.....40
1.3.2 Thành phần tính chất nước thải............................................................................................40

Bảng 1.5 : Thành phần tính chất nước thải tinh bột mì tại các hộ thuộc xã Hoài Hảo,
Bình Định năm 2009....................................................................................................40
Bảng 1.6: Kết quả phân tích chất lượng nước thải tại xã Hoài Hảo năm 2002............41
1.3.3 Xác định lưu lượng nước thải...............................................................................................42

Bảng1.7 : Hệ số phát sinh nước thải tại các hộ sản xuất tinh bột sắn..........................43
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP, CƠ SỞ LỰA CHỌN MÔ HÌNH


VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................................................................44
2.1.1 Cơ sở lý thuyết......................................................................................................................45

Hình 2.1 : Các giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí....................................47
2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kị khí sinh metan........................................51
2.2.1 Khái niệm..............................................................................................................................53
2.2.2 Bản chất của quá trình phân hủy kỵ khí sinh biogas.............................................................53
2.2.3 Công nghệ túi biogas.............................................................................................................54

Bảng2.1 : Sản lượng và thành phần khí thu được........................................................54
Hình 2.2 : Bể biogas có buồng thu khí trôi nổi..................................................55
Hình 2.3: Túi biogas bằng nylon.................................................................55
Hình 2.4: Bể biogas có phủ nắp composit.........................................................56
Hình 2.5: Bể biogas có buồng thu khí trôi nổi...................................................56
2.3.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp nghiên cứu.............................................................................60
2.3.2 Cơ sở lựa chọn mô hình........................................................................................................60
2.3.3 Mục tiêu nước thải đầu ra....................................................................................................61

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM...........................62
3.1.1 Mô hình tĩnh.........................................................................................................................62

Hình 3.1: Mô hình xác định lượng CH4 sinh ra................................................62

Bảng 3.1: Tỷ lệ bùn và nước thải theo thể tích.............................................................63
3.1.2 Mô hình động.......................................................................................................................63

Hình 3.2: Mô hình nghiên cứu tại phòng thí nghiệm túi nylon.........................64
3.2.1 Mô hình tĩnh.........................................................................................................................65
3.2.2 Mô hình động.......................................................................................................................65

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN...................................67
4.1.1 Mô hình xác định CH4...........................................................................................................67

67
67
Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD khảo sát lần 1 nồng độ
6000mg/l............................................................................................................67
Hình 4.2: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 khảo sát lần 1 nồng độ
6000mg/l............................................................................................................67

67
67
Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD khảo sát lần 2 nồng 6200mg/l
............................................................................................................................67


Hình 4.4: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 khảo sát lần 1 nồng độ
6200mg/l............................................................................................................67

68
68
Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD khảo sát lần 3 nồng độ
6720mg/l............................................................................................................68
Hình 4.6: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 khảo sát lần 3 nồng độ
6720mg/l............................................................................................................68

69
69
Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD khảo sát lần 1 nồng
13200mg/l..........................................................................................................69
Hình 4.8: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 khảo sát lần 1 độ 13200mg/l 69

69
69
Hình 4.9: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD khảo sát lần 2 nồng
11600mg/l..........................................................................................................69
Hình 4.10: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 khảo sát lần 2 nồng độ
11600mg/l..........................................................................................................69
............................................................................................................................70
............................................................................................................................70
Hình 4.11: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD khảo sát lần 3 nồng 12120mg/l
............................................................................................................................70
Hình 4.12: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 khảo sát lần 3 nồng độ
12120mg/l..........................................................................................................70
............................................................................................................................71
............................................................................................................................71
Hình 4.13: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD khảo sát lần 1 nồng
17800mg/l..........................................................................................................71
Hình 4.14: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 khảo sát lần 1 nồng độ
17800mg/l..........................................................................................................71
............................................................................................................................71
............................................................................................................................71
Hình 4.15: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD khảo sát lần 2 nồng
16200mg/l..........................................................................................................71
Hình 4.16: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 khảo sát lần 2 nồng độ
16200mg/l..........................................................................................................71
............................................................................................................................72
............................................................................................................................72
Hình 4.17: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD khảo sát lần 3 nồng
17000mg/l..........................................................................................................72
Hình 4.18: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 khảo sát lần 3 nồng độ
17000mg/l..........................................................................................................72

............................................................................................................................73
............................................................................................................................73


Hình 4.19: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD khảo sát lần 1nồng 25500mg/l
............................................................................................................................73
Hình 4.20: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 khảo sát lần 1 nồng độ
25500mg/l..........................................................................................................73
............................................................................................................................73
............................................................................................................................73
Hình 4.21: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD khảo sát lần 2 nồng
25340mg/l..........................................................................................................73
Hình 4.22: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 khảo sát lần 2 nồng độ
25340mg/l..........................................................................................................73
............................................................................................................................74
............................................................................................................................74
Hình 4.23: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD khảo sát lần 3 nồng
24200mg/l..........................................................................................................74
Hình 4.24: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 khảo sát lần 3 nồng độ
24200mg/l..........................................................................................................74
4.1.2 Mô hình động.......................................................................................................................75

............................................................................................................................75
............................................................................................................................75
Hình 4.25: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên pH theo thời gian HTR 6 days.....75
Hình 4.26: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên NH4+ theo thời gian HTR 6 days...75
............................................................................................................................75
............................................................................................................................75
Hình 4.27: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD theo thời gian HTR 6 days...75
Hình 4.28: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 theo thời gian HTR 6 days....75

............................................................................................................................77
............................................................................................................................77
Hình 4.29: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên pH theo thời gian HTR 12 days...77
Hình 4.30: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên NH4+ theo thời gian HTR 12 days.77
............................................................................................................................77
............................................................................................................................77
Hình 4.31: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD theo thời gian HTR 12 days. .77
Hình 4.32: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 theo thời gian HTR 12 days. .77
............................................................................................................................78
............................................................................................................................78
Hình 4.33: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên pH theo thời gian HTR 17 days...78
Hình 4.34: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên NH4+ theo thời gian HTR 17 days
............................................................................................................................78
............................................................................................................................78
............................................................................................................................78
Hình 4.35: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD theo thời gian HTR 17 days. 78
Hình 4.36: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 theo thời gian HTR 17 days
............................................................................................................................78
............................................................................................................................79
............................................................................................................................79
Hình 4.37: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên pH theo thời gian HTR 24 days..79
Hình 4.38: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên NH4+ theo thời gian HTR 24 days.79
............................................................................................................................79
............................................................................................................................79
Hình 4.39: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD theo thời gian HTR 24 days
............................................................................................................................79
Hình 4.40: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên CH4 theo thời gian HTR 24 days. .79


Bảng 4.1: So sánh hiệu quả xử lý COD và hiệu suất thu hồi CH4 theo thời gian........80

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ.......................................83
Bảng 5.1: Hiệu quả xử lý của hệ thống qua từng giai đoạn ........................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................85
PHỤ LỤC

.............................................................................................87


MỞ ĐẦU
1.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Tỉnh Bình Định là một trong những địa phương phát triển mạnh phong trào trồng

cây sắn (cây mì) và đi đôi là sự phát triển các cơ sở chế biến tinh bột sắn. Tỉnh đã đầu tư
Nhà máy chế biến tinh bột sắn tại huyện Phù Mỹ với công suất 60 tấn sản phẩm/ngày
nhưng vẫn tồn tại nhiều cơ sở chế biến tinh bột sắn quy mô hộ gia đình tại các huyện
Hoài Nhơn, Phù Cát, Tây Sơn, TP.Quy Nhơn và một số khu vực hình thành các làng như
tại xã Hoài Hảo, huyện Hoài Nhơn hay xã Bình Tân, huyện Tây Sơn,… góp phần giải
quyết một bộ phận lao động ở khu vực nông thôn và đóng góp vào sự phát triển KT-XH
chung của tỉnh.
Tuy nhiên, Công nghệ xử lý hiện tại lọc sinh học kỵ khí kết hợp hiếu khí mà các
cơ sở đang ứng dụng không đáp ứng nổi do quá tải vì tăng công suất và công nghệ sản
xuất cũng thay đổi, các bể xử lý hở nên phát sinh mùi hôi, việc điều hòa lượng nước
từ bể lắng đến bể axit gặp nhiều khó khăn, người dân sử dụng san hô (đã bị cấm khai
thác) để làm vật liệu trung hòa,... Chính vì vậy, trong thời gian qua, đã phát sinh tình
trạng ô nhiễm môi trường trên diện rộng trên địa bàn xã Hoài Hảo, huyện Hoài Nhơn;
toàn bộ nguồn nước ngầm trong khu vực bị ô nhiễm nặng không thể khắc phục; mùi
hôi khá lớn tại các cơ sở sản xuất… Nước thải tại các cơ sở chế biến tinh bột sắn đã
và đang gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, nhiều nơi phát sinh thành các điểm

nóng xã hội.
Hội thảo Quốc tế Narobi về các nguồn năng lượng mới và năng lượng tái sinh đã
xác định 3 dạng năng lượng quan trọng – Công nghệ tạo metan sinh học, các nhà máy
năng lượng mặt trời và năng lượng hydro như là công nghệ có thể giải quyết nhu cầu
năng lượng ở nông thôn, đặc biệt là những quốc gia đang phát triển. Trong đó nguồn
năng lượng biogas được coi là quan trọng và có nhiều triển vọng hơn cả.
Mô hình xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn thu biogas đã được nhiều nơi áp
dụng như Đồng Nai, Tây Ninh, Bình Dương, Quãng Ngãi…thu được kết quả cao đối
với quy mô nhà máy công suất lớn. Để áp dụng công nghệ này vào quy mô hộ gia


19

đình và các cơ sở chế biến nhỏ thì hầu như chưa được đề cập đến và chưa có số liệu
cụ thể cho từng thông số.
Chính từ lý do đó, tôi đã lựa chọn đề tài Nghiên cứu hiệu quả thu hồi biogas từ
nước thải chế biến tinh bột sắn bằng túi biogas cho các cơ sở chế biến tinh bột sắn quy
mô hộ gia đình có thể có kết hợp chất thải chăn nuôi tại tỉnh Bình Định.
2.

SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Công nghệ xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn cho các cơ sở sản xuất tại làng

nghề Hoài Hảo, huyện Hoài Nhơn trước đây lọc kỵ khí kết hợp hiếu khí đã đạt được
những kết quả khả quan và được nhân rộng cho gần 200 hộ sản xuất tại địa phương.
Tuy nhiên, trong thời gian ngắn trở lại đây, các hộ sản xuất đều tăng nhanh công suất
và thay đổi công nghệ sản xuất; do đó, trong thực tiễn triển khai, công nghệ xử lý trên
đã quá tải: các bể xử lý hở nên phát sinh mùi hôi, việc điều hòa lượng nước từ bể lắng
đến bể axit gặp nhiều khó khăn, người dân sử dụng san hô (đã bị cấm khai thác) để
làm vật liệu trung hòa,... mùi hôi thối của quá trình sản xuất tinh bột sắn sinh ra từ bể

lắng cặn và tách protein và từ bể kỵ khí bậc 1 rất lớn. Hiệu suất phân hủy từ các hồ
sinh học không cao nên việc xử lý sau kỵ khí rất khó khăn. Khi các cơ sở gia tăng
công suất, hệ thống xử lý sinh học không đáp ứng đủ và xảy ra hiện tượng quá tải của
hồ kỵ khí, nước thải đầu ra tại cống thoát vượt tiêu chuẩn cho phép…. Chính vì vậy,
việc nghiên cứu, lựa chọn công nghệ đơn giản hơn, phù hợp hơn, tiết kiệm hơn và có
thể khắc phục được hiện trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng tại tỉnh Bình Định.
Kỹ thuật biogas gần đây đă được biết đến trên thế giới cũng như Việt Nam như
một giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi
trường, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời góp phần làm tăng giá trị
đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường của địa phương. Sinh khối thực vật,
bůn phân hủy, nước thải sau xử lý biogas có thể sử dụng cho bãi lọc trồng cây còn có
giá trị kinh tế, đáp ứng nhu cầu về năng lượng kể cả điện khí hóa ở các vùng nông
thôn hẻo lánh. Tại Việt Nam, công nghệ này còn rất mới mẻ dùng cho xử lý nước thải
tinh bột sắn quy mô hộ gia đình.
Hiện nay ở Việt Nam và các nước trên thế giới các công trình thu hồi biogas rất
phổ biến như công trình thu hồi biogas làm pin nhiên liệu, chạy máy phát điện, năng
lượng cung cấp cho nồi hơi.... Thu hồi biogas vừa mang lại lợi ích về môi trường vừa


20

có hiệu quả kinh tế cao, khí biogas được xem như là một nguồn năng lượng thay thế
cho các nguồn tài nguyên đang ngày càng cạn kiệt. Do vậy, việc tìm kiếm giải pháp
vừa xử lý triệt để nước thải tinh bột mì, vừa có khả năng tận dụng thu hồi nguồn năng
lượng (khí biogas) từ nước thải để phục vụ cho mục đích sản xuất luôn là vấn đề cấp
thiết. Vì thế túi biogas đã được nhiều nơi ứng dụng và đạt được kết quả khả quan
nhưng ở quy mô các nhà máy có công suất lớn đối với quy mô hộ gia đình thì chưa
được nghiên cứu sâu và chưa có số liệu cụ thể mà ưu điểm của nó thì đã được biết đến
từ lâu và sẽ được trình bày rõ hơn trong chương trình nghiên cứu.
3.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
-

Đưa giải pháp túi biogas vào quy trình công nghệ xử lý nước thải tinh bột sắn
quy mô hộ gia đình tại tỉnh Bình Định.

4.

Làm giảm nồng độ hữu cơ cao từ nước thải hỗ trợ công đoạn xử lý kế tiếp.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng: Nghiên cứu thu hồi khí biogas từ nước thải sản xuất tinh bột sắn tại các
cơ sở chế biến tinh bột sắn trên địa bàn tỉnh Bình Định.

Phạm vi nghiên cứu:
-

Tập trung nghiên cứu đối với nước thải tại các cơ sở sản xuất tinh bột sắn quy mô
hộ gia đình tại xã Hoài Hảo, huyện Hoài Nhơn, tỉnh Bình Định.

-

Về công nghệ xử lý nước thải: chỉ tập trung nghiên cứu hiệu quả thu hồi biogas
từ nước thải tinh bột sắn bằng túi biogas.

5.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU (canh le)
-

Khảo sát lấy mẫu phân tích thành phần tính chất nước thải tinh bột mì tại hộ
anh Nguyễn Văn Hiếu.

-

Nghiên cứu khả năng sinh khí trên mô hình túi biogas

-

Nuôi cấy bùn trong bể phân hủy kỵ khí để tạo khí biogas

-

Xác định các thông số vận hành túi biogas ( HRT, nồng độ, tối ưu hóa các
thông số và chế độ vận hành phù hợp với điều kiện thực tế trên nước thải
nguyên thủy)


21

-

Nghiên cứu thực nghiệm thời gian lưu của để tạo khí biogas lớn nhất cho thể
tích túi biogas phù hợp nhất.

-

Trong khn khổ của luận văn này chỉ nghiên cứu thực hiện việc điều tra khảo
sát thực tế tại các hộ sản xuất và nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, chọn

thơng số thích hợp xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn bằng túi biogas.

6.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
-

Phương pháp hồi cứu: Khai thác, thu thập, sử dụng các nguồn tài liệu, số liệu,
thơng tin đã có liên quan đến nội dung nghiên cứu của đề tài.

-

Phương pháp điều tra: Điều tra xã hội học thơng qua Phiếu điều tra để thu thập
các thơng tin về cơng nghệ sản xuất, lượng nước thải, khả năng chi trả…

-

Phương pháp lấy mẫu, phân tích mẫu mơi trường: nước thải, khí thải…

-

Phương pháp mơ hình hóa: xây dựng mơ hình thí nghiệm để khảo sát và chọn
thơng số xử lý thích hợp cho cơng nghệ xử lý trước khi áp dụng vào thực tế.

7.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Ý nghĩa khoa học
-

Xây dựng cơ sở khoa học về tính khả thi và hiệu quả kinh tế của việc ứng dụng
cơng nghệ biogas trong xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn quy mơ hộ gia
đình.

-

Nghiên cứu cơng nghệ xử lý đơn giản, đồng thời phù hợp với cơng nghệ có sẵn
tại địa phương nhằm tăng cường hiệu quả khủ COD, CN và mùi hơi và kinh
phí thực hiện.

-

Sử dụng ít năng lượng, hạn chế sử dụng hoá chất, mô hình tự chảy
theo độ cao thủy lực.
Ý nghĩa thực tiễn

Trước tình hình ơ nhiễm mơi trường do các cơ sở chế biến tinh bột sắn gây ra,
tháng 01/2010 chính quyền địa phương đã kiểm tra và u cầu tạm đình chỉ tồn bộ
các cơ sở sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề và đến nay chỉ mới cho sản xuất trở lại
77/205 cơ sở vì lý do trong q trình sản xuất gây ơ nhiễm mơi trường tại khu vực.
Ngồi ra, tại nhiều khu vực khác trên địa bàn tỉnh như tại huyện Tây Sơn, Phù Cát,
TP.Quy Nhơn, các cơ sở chế biến tinh bột sắn quy mơ hộ gia đình cũng đã và đang
gây ra tình trạng ơ nhiễm mơi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng lớn đến đời sống và
sức khỏe cộng đồng. Vì thế khi đề tài này thành cơng sẽ làm cơ sở để giải quyết được


22

tình hình vô cùng khó khăn về môi trường nước thải hiện tại cho làng nghề chế biến
tinh bột sắn của Tỉnh.

23

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SẢN XUẤT KHOAI MÌ TẠI VIỆT NAM

1.1.1 Cấu tạo, thành phần củ mì
Củ khoai mì thường có dạng hình trụ, vuốt 2 đầu. Kích thước củ tuỳ thuộc vào
chất đất và điều kiện trồng mà dao động từ 0,1 – 1m đường kính từ 2 – 10 cm. Củ mì có
4 phần chính là:
Lớp vỏ gỗ
Lớp vỏ cùi

Phần thịt củ
Phần lõi

Hình 1.1 Cấu trúc củ khoai mì theo lát cắt ngang
-

Vỏ gỗ gồm những tế bào xếp sít, thành phần chủ yếu là cellulose và hemicellulose,
không có tinh bột, giữ vai trò bảo vệ củ khỏi tác động bên ngoài. Vỏ gỗ mỏng,
chiếm 0,5 - 5% trọng lượng củ. Khi chế biến, phần vỏ gỗ thường kết dính với các

-

thành phần khác như : đất, cát, sạn và các chất hữu cơ khác.
Vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm 5 - 20% trọng lượng củ. Gồm các tế bào thành dày,

thành tế bào chủ yếu là cellulose, bên trong tế bào là các hạt tinh bột, các chất
chứa nitrogen và dịch bào. Trong dịch bào có tanin, sắc tố, độc tố, các enzyme,…
Vỏ cùi có nhiều tinh bột (5-8%) nên khi chế biến nếu tách đi thì tổn thất tinh bột
trong củ, nếu không tách thì nhiều chất dịch bào làm ảnh hưởng đến màu sắc của

-

tinh bột.
Thịt củ khoai mì là thành phần chủ yếu trong củ, gồm các tế bào nhu mô thành
mỏng là chính, thành phần chủ yếu là cellulose, pentosan. Bên trong tế bào là các
hạt tinh bột, ngyên sinh chất, glucide hòa tan và nhiều nguyên tố vi lượng khác.
Những tế bào xơ bên ngoài thịt củ chứa nhiều tinh bột, càng vào phía trong hàm
lượng tinh bột càng giảm dần. Ngoài các tế bào nhu mô còn có các tế bào thành
cứng không chứa tinh bột, cấu tạo từ cellulose nên cứng như gỗ gọi là xơ.


24

-

Lõi củ khoai mì ở trung tâm dọc suốt từ cuống tới chuôi củ. Ở cuống lõi to nhất rồi
nhỏ dần tới chuôi, chiếm 0,3 - 1% trọng lượng củ. Thành phần lõi là cellulose và
hemi-cellulose.
Thành phần các chất trong củ khoai mì dao động trong khoảng khá lớn tùy thuộc

vào loại giống, chất đất, điều kiện khí hậu tự nhiên, phân bón cho cây phát triển và
thời gian thu hoạch. Dưới đây là thành phần trung bình của củ khoai mì:
Bảng 1.1: Thành phần hoá học của khoai mì
Nguồn
Theo Đoàn

Dự, các cộng
sự; 1983

dk.isi/starxh/tmstarch.htm

Theo Recent
Process in research
and extension. 1998

Nước (%)

70,25

70

63-70

Tinh bột (%)

21,45

22

18-30

Chất đạm (%)

1,12

1,1

1,25

Tro (%)

0,40

Protein (%)

1,11

Chất béo (%)

5,13

Chất xơ (%)

5,13

Thành phần

CN- (%)

Theo rch.

0,85
1

1,2
0,08

2

0,001-0,004

173 ppm

Đáng quan tâm nhất về độc tố trong củ khoai mì là nhóm CN, nhưng khi củ chưa
nhóm này có dạng glucozite gọi là faseolutanin (C10H17NO6).
Độc tố trong khoai mì tồn tại dưới dạng CN-. Tùy thuộc giống và đất trồng trồng
mà hàm lượng độc tố trong khoai mì khoảng 0,001 - 0,04%.
Trong củ khoai mì ngoài các chất dinh dưỡng cũng chứa một lượng độc tố
(HCN) đáng kể. Các giống sắn ngọt có 20-30 mg/kg củ tươi. Các giống sắn đắng chứa
60-150 mg/kg củ tươi. Liều gây độc cho một người lớn là 20 mg HCN, liều gây chết
người là 50 mg HCN cho mỗi 50 kg thể trọng. Tuỳ theo giống, vỏ củ, lõi củ, thịt củ,
điều kiện đất đai, chế độ canh tác, thời gian thu hoạch mà hàm lượng HCN có khác
nhau.
Cyanua là nguyên tố gây độc tính cao đối với con người và thủy sinh vật. CN tự
do tồn tại dưới dạng HCN hay CN- là độc tính hơn cả. Nhưng dạng CN độc tính nhất


25

trong nước là HCN. CN ngăn cản quá trình chuyển hoá các ion vào da, túi mật, thận,
ảnh hưởng đến quá trình phân hoá tế bào trong hệ thần kinh. Ở hàm lượng cao, CN
gây ảnh hưởng đến tim mạch, ảnh hưỡng đến mạch máu não. Triệu chứng ban đầu của
nhiễm độc CN thường là co giật, cuối cùng dẫn đến vỡ mạch máu não. CN gây độc
tính cho cá, động vật hoang dã, vật nuôi. Đối với cá, CN độc hại ở liều lượng trung
bình: 4-5 mg/l, tuy nhiên trong một số trường hợp, cho phép hàm lượng CN đạt cao
hơn.

Khoai mì có chứa hàm lượng tinh bột cao được sử dụng dưới dạng tươi hay khô,
dạng cục hay bột mịn. Khoai mì đã có mặt ở nhiều nước trên thế giới và trở thành
cây lương thực quan trọng cho con người và gia súc. Tuy nhiên, khi dùng khoai mì
làm lương thực phải bổ sung protein và chất béo mới đáp ứng được nhu cầu dinh
dưỡng. Khoai mì còn là nguồn nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp như: chế
biến thực phẩm, sản xuất bia, công nghiệp hóa chất, sản xuất keo dán, công nghiệp
giấy, gỗ, dược phẩm.
Hiện nay, khoai mì được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau:
-

Tiêu thụ tại gia đình (56,9%);

-

Chế biến thực phẩm (35,6%);

-

Xuất khẩu (7,4%);

-

Phần còn lại là nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác.

Khoai mì là thực phẩm cho hơn 500 triệu người trên Thế giới (theo Cock, 1985;
Jackson & Jackson, 1990). Tinh bột mì cung cấp 37% calories trong thực phẩm của
Châu Phi, 11% ở Mỹ Latinh và 60% ở các nước Châu Á (Lancaster et al,1982).
Tinh bột khoai mì được các nước trên Thế giới sản xuất nhiều để tiêu thụ và xuất
khẩu. Brazil sản xuất khoảng 25 triệu tấn/năm. Nigeria, Indonesia và Thái Lan cũng
sản xuất một lượng lớn chủ yếu để xuất khẩu (CAIJ, 1993). Châu Phi sản xuất khoảng

85.2 triệu tấn năm 1997, Châu Á 48.6 triệu tấn và 32.4 triệu tấn do Mỹ Latinh và
Caribbean sản xuất (FAO, 1998).
Ở nước ta, khoai mì chủ yếu được tách lấy tinh bột làm nguyên liệu chế biến các
loại thực phẩm khác như bánh kẹo, mạch nha, bột ngọt hay các thực phẩm dưới dạng
tinh bột qua chế biến như bún, miến, bánh tráng, v.v…