Luận văn nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng tiếp cận cơ chế phát triển sạch (CDM)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------►◙◄-------

Đỗ Thị Hải Vân

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN THEO HƯỚNG
TIẾP CẬN CƠ CHẾ PHÁT TRIỂN SẠCH (CDM)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------►◙◄-------

Đỗ Thị Hải Vân

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN THEO HƯỚNG
TIẾP CẬN CƠ CHẾ PHÁT TRIỂN SẠCH (CDM)

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
Mã số: 608502

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THỊ HÀ

Hà Nội


LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Thị Hà – giảng viên
khoa Môi trường, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội – đã luôn
quan tâm giúp đỡ và hướng dẫn em tận tình, chu đáo trong suốt quá trình làm luận
văn tốt nghiệp.
Em xin cảm ơn các thành viên thực hiên đề tài QMT11-01 đã giúp đỡ và hỗ
trợ rất nhiều cho em trong quá trình hoàn thành luận văn.
Em cũng xin gửi lời tri ân tới các thầy cô giáo trong trường, đặc biệt là các
thầy cô khoa Môi trường đã dìu dắt và truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích
trong những năm học tập tại trường.
Cuối cùng, em xin dành lời cảm ơn cho gia đình, người thân, bạn bè đã tin
tưởng, động viên, khích lệ em hoàn thành luận văn này.

Học viên
Đỗ Thị Hải Vân


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU................................................................................................................................1
Chương 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU...................................................................................3
1.1 Ngành chế biến tinh bột sắn.............................................................................................3
1.1.1 Quy trình chế biến tinh bột sắn ....................................................................................3
1.1.2. Nước thải ngành chế biến tinh bột sắn.........................................................................5
Bảng 1.1. Chất lượng nước thải từ sản xuất tinh bột sắn [48]................................................6
1.2. Xử lý nước thải ngành chế biến tinh bột sắn bằng phương pháp sinh học.....................7
1.2.1. Cơ chế của quá trình phân hủy hiếu khí [13]...............................................................7
1.2.2. Cơ chế của quá trình phân hủy kỵ khí .........................................................................9

Bể UASB (Upward – flow Anaerobic Sludge Blanket).......................................................12
Hình 1.4. Bể UASB [27]......................................................................................................12
Bể CIGAR (Covered In-Ground Anaerobic Reactor) [38, 56]............................................12
Hình 1.5. Bể CIGAR [38]...................................................................................................13
1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học............................................13
Bảng 1.2. Nồng độ các chất dinh dưỡng cần thiết [14]........................................................15
1.3. Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn ........................................17
1.3.1. Các nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn trên thế giới ..........................17
1.3.2. Các nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam............................18
1.4. Cơ chế phát triển sạch (CDM)......................................................................................18
1.4.1. Giới thiệu chung về CDM [3, 4, 8, 55]......................................................................18
1.4.2. Hoat động CDM ở trên thế giới [7, 64, 70]................................................................21
Bảng 1.3. Một số dự án CDM tiêu biểu của các quốc gia [7]..............................................22
Bảng 1.4 . Một số dự án CDM tiêu biểu của Việt Nam [7].................................................28
Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................32
2.1. Đối tượng nghiên cứu....................................................................................................32
2.2. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................................34
2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu.....................................................................................34
2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế..................................................................34
2.2.3. Phương pháp thực nghiệm ........................................................................................35
2.2.4. Tính toán lượng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nước thải (Phương án 1)
..............................................................................................................................................39


2.2.5. Tính toán giảm phát thải KNK khi có thu gom và xử lý nước thải theo phương pháp
luận do IPCC hướng dẫn......................................................................................................40
..............................................................................................................................................40
Bảng 2.1. Mô tả phương pháp luận AMS-I.C và AMS.III.H...............................................41
2.2.6. Phương pháp phân tích hiệu quả kinh tế khi áp dụng CDM......................................44
2.2.7. Phương pháp tổng hợp, xử lý số liệu.........................................................................45

3.1. Kết quả khảo sát hiện trạng sản xuất tinh bột sắn và nước thải tại làng nghề Dương
Liễu, Hà Nội ........................................................................................................................46
3.1.1. Kết quả khảo sát hiện trạng sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu, Hà Nội
..............................................................................................................................................46
3.1.2. Kết quả khảo sát đặc trưng nước thải sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu,
Hà Nội .................................................................................................................................47
Bảng 3.1. Tổng sản lượng, nước thải và bã thải từ sản xuất tinh bột sắn............................48
Bảng 3.2. Kết quả phân tích nước thải sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu, Hà
Nội........................................................................................................................................48
3.2. Kết quả xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn có tận thu metan bằng hệ thống UASB
thực nghiệm..........................................................................................................................50
3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu quả xử lý ........................50
3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả xử lý............................50
3.2.3. Kết quả khảo sát hiệu suất chuyển hóa khí................................................................51
3.3. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK với các phương án xử lý nước thải lựa
chọn .....................................................................................................................................53
3.3.1. Kết quả tính toán lượng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nước thải
(Phương án 1).......................................................................................................................53
3.3.2. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK khi xử lý nước thải sản xuất tinh bột
sắn .......................................................................................................................................54
Bảng 3.3. Kết quả xác định đường biên phát thải giả thuyết..............................................56
Bảng 3.4. Kết quả tính toán lượng phát thải đường cơ sở (BE)...........................................61
Bảng 3.5. Kết quả tính toán lượng phát thải của hoạt động CN KSH (PE)........................64
3.3.3 Kết quả tính toán hiệu quả kinh tế từ bán chứng chỉ CER và khi thay thế một phần
lượng than sử dụng cho quá trình sản xuất tinh bột sắn bằng khí sinh học thu hồi.............65
3.4. Đề xuất giải pháp phù hợp để xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn giảm phát thải khí


nhà kính................................................................................................................................67
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ......................................................................................72

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................74
PHỤ LỤC.............................................................................................................................82


DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG
Danh mục hình
Hình 1.1. Quy trình chế biến tinh bột sắn [24, 45].................................................................3
Hình 1.2. Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi sinh vật trong hồ hiếu khí [13]...................8
Hình 1.3. Quy trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ [46, 51].....................................9
Hình 1.6. Một số hoạt động phát thải KNK do con người gây ra........................................20
Hình 1.7. Sơ đồ tổ chức thực hiện CDM tại Việt Nam........................................................26
Hình 1.8. Lượng CER của Việt Nam so với thế giới...........................................................31
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí xã Dương Liễu, huyện Hoài Đức, Hà Nội........................................33
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ UASB............................................................36
Hình 2.3. Tính toán lượng giảm phát thải KNK [43]...........................................................41
Hình 3.1. Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu.................................46
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tải lượng COD đến tốc độ xử lý................................................50
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu quả xử lý..................................................51
Hình 3.4. Hiệu suất chuyển hóa khí....................................................................................52
Hình 3.5. Mối quan hệ giữa lượng khí tạo thành và lượng COD chuyển hóa.....................52
Hình 3.6. Kết quả xác định đường biên phát thải của hoạt động giải pháp

CN KSH.54

Hình 3.7. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải..........................................................................68

Danh mục bảng


MỞ ĐẦU................................................................................................................................1

Chương 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU...................................................................................3
1.1 Ngành chế biến tinh bột sắn.............................................................................................3
1.1.1 Quy trình chế biến tinh bột sắn ....................................................................................3
1.1.2. Nước thải ngành chế biến tinh bột sắn.........................................................................5
Bảng 1.1. Chất lượng nước thải từ sản xuất tinh bột sắn [48]................................................6
1.2. Xử lý nước thải ngành chế biến tinh bột sắn bằng phương pháp sinh học.....................7
1.2.1. Cơ chế của quá trình phân hủy hiếu khí [13]...............................................................7
1.2.2. Cơ chế của quá trình phân hủy kỵ khí .........................................................................9
Bể UASB (Upward – flow Anaerobic Sludge Blanket).......................................................12
Hình 1.4. Bể UASB [27]......................................................................................................12
Bể CIGAR (Covered In-Ground Anaerobic Reactor) [38, 56]............................................12
Hình 1.5. Bể CIGAR [38]...................................................................................................13
1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học............................................13
Bảng 1.2. Nồng độ các chất dinh dưỡng cần thiết [14]........................................................15
1.3. Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn ........................................17
1.3.1. Các nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn trên thế giới ..........................17
1.3.2. Các nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam............................18
1.4. Cơ chế phát triển sạch (CDM)......................................................................................18
1.4.1. Giới thiệu chung về CDM [3, 4, 8, 55]......................................................................18
1.4.2. Hoat động CDM ở trên thế giới [7, 64, 70]................................................................21
Bảng 1.3. Một số dự án CDM tiêu biểu của các quốc gia [7]..............................................22
Bảng 1.4 . Một số dự án CDM tiêu biểu của Việt Nam [7].................................................28
Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................32
2.1. Đối tượng nghiên cứu....................................................................................................32
2.2. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................................34
2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu.....................................................................................34
2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế..................................................................34
2.2.3. Phương pháp thực nghiệm ........................................................................................35
2.2.4. Tính toán lượng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nước thải (Phương án 1)
..............................................................................................................................................39

2.2.5. Tính toán giảm phát thải KNK khi có thu gom và xử lý nước thải theo phương pháp


luận do IPCC hướng dẫn......................................................................................................40
..............................................................................................................................................40
Bảng 2.1. Mô tả phương pháp luận AMS-I.C và AMS.III.H...............................................41
2.2.6. Phương pháp phân tích hiệu quả kinh tế khi áp dụng CDM......................................44
2.2.7. Phương pháp tổng hợp, xử lý số liệu.........................................................................45
3.1. Kết quả khảo sát hiện trạng sản xuất tinh bột sắn và nước thải tại làng nghề Dương
Liễu, Hà Nội ........................................................................................................................46
3.1.1. Kết quả khảo sát hiện trạng sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu, Hà Nội
..............................................................................................................................................46
3.1.2. Kết quả khảo sát đặc trưng nước thải sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu,
Hà Nội .................................................................................................................................47
Bảng 3.1. Tổng sản lượng, nước thải và bã thải từ sản xuất tinh bột sắn............................48
Bảng 3.2. Kết quả phân tích nước thải sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu, Hà
Nội........................................................................................................................................48
3.2. Kết quả xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn có tận thu metan bằng hệ thống UASB
thực nghiệm..........................................................................................................................50
3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu quả xử lý ........................50
3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả xử lý............................50
3.2.3. Kết quả khảo sát hiệu suất chuyển hóa khí................................................................51
3.3. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK với các phương án xử lý nước thải lựa
chọn .....................................................................................................................................53
3.3.1. Kết quả tính toán lượng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nước thải
(Phương án 1).......................................................................................................................53
3.3.2. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK khi xử lý nước thải sản xuất tinh bột
sắn .......................................................................................................................................54
Bảng 3.3. Kết quả xác định đường biên phát thải giả thuyết..............................................56
Bảng 3.4. Kết quả tính toán lượng phát thải đường cơ sở (BE)...........................................61

Bảng 3.5. Kết quả tính toán lượng phát thải của hoạt động CN KSH (PE)........................64
3.3.3 Kết quả tính toán hiệu quả kinh tế từ bán chứng chỉ CER và khi thay thế một phần
lượng than sử dụng cho quá trình sản xuất tinh bột sắn bằng khí sinh học thu hồi.............65
3.4. Đề xuất giải pháp phù hợp để xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn giảm phát thải khí
nhà kính................................................................................................................................67


KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ......................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................74
PHỤ LỤC.............................................................................................................................82


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

BE

Lượng phát thải đường cơ sở

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa

CDM

Cơ chế phát triển sạch

CER

Chứng chỉ giảm phát thải

CN KSH

Công nghệ khí sinh học

COD

Nhu cầu oxy hóa học

CPA

Các hoạt động dự án áp dụng Cơ chế phát triển sạch

CT KSH

Công trình Khí sinh học

DNA

Cơ quan thẩm quyền quốc gia

EB

Ban quản lý

ER

Giảm phát thải

€

Euro

GWP

Tiềm năng ấm lên toàn cầu

IET

Buôn bán phát thải toàn cầu

IPCC

Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu

JI

Cơ chế đồng thực hiện

KNK

Khí nhà kính

KP

Nghị định thư Kyoto

KSH

Khí sinh học

PDD

Văn kiện thiết kế dự án

PE

Lượng phát thải khi có hoạt động CN KSH

SSC

Phương pháp CDM quy mô nhỏ

tCO2e

tấn cacbon đioxit tương đương

UASB

Thiết bị đệm bùn yếm khí dòng chảy ngược

UBND

Ủy ban nhân dân

UNFCCC

Công ước khung của Liên Hợp Quốc về Biến đổi Khí hậu


Luận văn thạc sĩ

MỞ ĐẦU
Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa với mục tiêu phấn đấu đến
năm 2020, về cơ bản Việt Nam sẽ trở thành một nước công nghiệp và tất yếu là sự
đô thị hóa ở các thành phố lớn. Theo dự báo, đến năm 2020 tỷ lệ đô thị hóa của
nước ta sẽ đạt 45% tương ứng với quy mô dân số là khoảng 46 triệu người [79].
Tuy nhiên kèm theo đó là vấn đề môi trường ngày càng trở nên bức xúc và cần phải
được giải quyết.
Từ thực tế của ngành sản xuất tinh bột sắn là một trong những ngành công nghiệp
tiêu thụ nhiều nước và năng lượng. Hàng năm lượng nước xả thải ra môi trường của ngành
khá lớn (15 m3/tấn sắn tươi) [48]; nước thải chứa nhiều các chất hữu cơ, chất độc cyanua
có độc tính cao... gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không có biện pháp xử lý hiệu
quả.
Với đặc trưng của nước thải chế biến tinh bột sắn có hàm lượng chất hữu cơ cao khi
phân hủy có thể tạo thành khí metan, CO2 là những khí có thể gây hiệu ứng nhà kính, nên
xu hướng trên thế giới ngày nay, không chỉ tập trung vào khía cạnh xử lý nước thải mà còn
xem xét, kết hợp việc xử lý nước thải với việc tận thu, giảm phát thải khí nhà kính theo
hướng tiếp cận cơ chế phát triển sạch – CDM.
Ở Việt nam bước đầu đã có một số nghiên cứu khả quan về xử lý nước thải ngành
tinh bột sắn theo xu thế trên nhưng nhìn chung mới là bước đầu và chưa đạt hiệu quả cao.
Trong khi đó, ngành công nghiệp sản xuất tinh bột sắn ở nước ta lại rất phát triển, đã đóng
góp một phần không nhỏ vào tốc độ tăng trưởng kinh tế. Vì vậy, việc xử lý nước thải chế
biến tinh bột sắn theo xu hướng trên là hoàn toàn có triển vọng để mở rộng và áp dụng phổ
biến trong tương lai.
Tuy nhiên, vẫn cần phải có những nghiên cứu cụ thể hơn và phù hợp với điều kiện
hiện nay của nước ta. Đặc biệt là vận dụng các phương pháp luận do Ủy ban Liên

Chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) hướng dẫn để tính toán giảm phát thải khí
nhà kính trong xử lý nước thải ngành tinh bột sắn.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, trong luận văn này đã tiến hành thực hiện đề tài :

“Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng tiếp cận Cơ chế

Đỗ Thị Hải Vân

1

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

phát triển sạch (CDM)” với mục tiêu: xử lý ô nhiễm môi trường (nước thải chế
biến tinh bột sắn) kết hợp thu khí giảm phát thải khí nhà kính nhằm bảo vệ môi
trường và tăng hiệu quả kinh tế.
Nội dung nghiên cứu của luận văn:
- Nghiên cứu hệ thống xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn tại cơ sở sản
xuất tinh bột sắn làng nghề Dương Liễu, Hà Nội đảm bảo đạt quy chuẩn xả thải
theo QCVN 40/2011 BTNMT, mức B
- Tính toán giảm phát thải khí nhà kính khi thu hồi và tận dụng khí metan
hình thành từ quá trình phân hủy yếm khí của hệ thống xử lý nước thải
- Ước tính hiệu quả kinh tế từ bán chứng chỉ giảm phát thát (CER) và khi
thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch (than) bằng khí sinh học thu hồi.
.

Đỗ Thị Hải Vân

2

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ

Chương 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Ngành chế biến tinh bột sắn
1.1.1 Quy trình chế biến tinh bột sắn
Quy trình chế biến tinh bột sắn được thể hiện trong Hình 1.1
Quá trình chế biến tinh bột sắn cần sử dụng một lượng lớn nước chủ yếu cho
quá trình rửa và lọc. Lượng nước thải ra trung bình 15 m 3 khi sản xuất 1 tấn sắn
tươi. Sau khi lọc bột sắn được sấy khô bằng không khí nóng để giảm lượng nước từ
35 - 40% xuống 11 - 13%. Quá trình này đòi hỏi nhiều năng lượng. Thông thường
nhu cầu năng lượng điện và năng lượng nhiệt cho 1 kg sản phẩm là 0,320 – 0,939
MJ và 1,141 - 2,749 MJ tương đương 25% và 75% tổng năng lượng [48].
Sắn củ tươi

Nước

Nước thải

Bóc vỏ, rửa sạch

Vỏ sắn

Nghiền

Nước

Nhiệt
lượng

Lọc thô

Bã thải rắn

Lắng lần 1

Lắng lần 2

Thu tinh bột

Thu bột đen

Phơi sấy khô

Hơi nước

Nước
thải

Sản phẩm

Hình 1.1. Quy trình chế biến tinh bột sắn [24, 45]
+ Rửa - bóc vỏ: là công đoạn làm sạch nguyên liệu, đồng thời loại bỏ lớp vỏ

Đỗ Thị Hải Vân

3

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ

Quá trình rửa nguyên liệu được thực hiện nhờ thiết bị rửa hình trống quay hoặc máy
rửa có guồng. Máy rửa hình trống quay, gồm một buồng hình trụ mở, được bọc
bằng mắt lưới thô, quay với tốc độ 10 ÷ 15 vòng/phút. Thiết bị làm việc gián đoạn
theo mẻ, nguyên liệu được cho vào lồng. Khi lồng quay nước được tưới vào trong
suốt quá trình nhờ bộ phận phân phối nước. Khi lồng quay các củ sắn chuyển động
trong lồng va chạm vào nhau và va chạm vào thành lồng, do đó đất cát cà vỏ được
tách ra [27, 45, 78].
Sau khi bóc vỏ, củ sắn thường được ngâm trong máng nước để loại bỏ các
chất hoà tan trong nguyên liệu như: độc tố, sắc tố, tanin,…
+ Nghiền: Sau khi ngâm, sắn được đưa vào thiết bị nghiền thành bột nhão,
phá vỡ tế bào củ và giải phóng tinh bột. Bột nhão sau nghiền gồm tinh bột, xơ và
các chất hoà tan như đường, chất khoáng, protein, enzym và các vitamin [27, 45,
78].
+ Lọc thô: là công đoạn quan trọng, phải sử dụng nhiều nước có thể lọc thủ
công hoặc dùng máy lọc.
- Lọc thủ công dùng lưới lọc, bột nhão được trộn đều trong nước, được chà
và lọc trên khung lọc, dịch bột lọc chảy qua lưới lọc vào bể còn bã sắn ở trên được
lọc lần 2 để tận thu tinh bột.
- Máy lọc: là một thùng quay trong đó có đặt lưới lọc, làm việc gián đoạn
theo mẻ. Nước và bột nhão được cấp vào thùng, khi thùng quay bột nhão được đảo
đều trong nước nhờ cánh khuấy, sữa bột chảy xuống dưới qua khung lưới lọc trước
khi vào bể lắng. Lưới lọc ngoài thùng quay giữ lại các hạt bột có kích thước lớn,
phần bột này sẽ được đưa trở lại thiết bị lọc. còn phần xơ bã được xả ra ngoài qua
cửa xả bã [27, 45, 78].
+ Lắng : Tinh bột có đặc điểm dễ lắng và dễ tách, sau 8 ÷ 15h có thể lắng
hoàn toàn. Khi bột đã lắng, từ từ tháo nước tránh gây sáo trộn tạp chất (bột đen) trên

bề mặt lớp bột. Lớp bột đen sẽ được loại bỏ để đảm bảo chất lượng của bột thành
phẩm.
Để thu được tinh bột có chất lượng cao, tinh bột sắn thô được tinh chế một

Đỗ Thị Hải Vân

4

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

lần nữa theo quy tình sau: Bột thô có độ ẩm từ 55 ÷ 60% cho vào bể, bơm nước vào
với tỉ lệ bột và nước là 1/6. Dùng máy khuấy cho đồng nhất, để bột lắng lại sau 8 ÷
15h tháo nước trong và hớt lớp bột đen nổi lên trên. Có thể rửa 3 đến 4 lần để loại
bỏ hết tạp chất, sau khi rửa xong dùng tro thấm nước và đem bột ra phơi hoặc sấy
khô [27, 45, 78].
1.1.2. Nước thải ngành chế biến tinh bột sắn
Lượng nước thải sinh ra từ trong quá trình chế biến tinh bột sắn là rất lớn,
trung bình 10 -30 m3/tấn sản phẩm [48].
Căn cứ vào qui trình chế biến bột sắn, có thể chia nước thải thành 2 dòng:
- Dòng thải 1: là nước thải ra sau khi phun vào guồng rửa sắn củ để loại bỏ
các chất bẩn và vỏ ngoài củ sắn. Loại nước thải này có lưu lượng thấp (khoảng 2m 3
nước thải /tấn sắn củ), chủ yếu chứa các chất có thể sa lắng nhanh (vỏ sắn, đất,
cát…). Do vậy với nước thải loại này có thể cho qua song chắn, để lắng rồi quay
vòng nước ở giai đoạn rửa. Phần bị giữ ở song chắn (vỏ sắn) sau khi phơi khô được
làm nhiên liệu chất đốt tại các gia đình sản xuất.
- Dòng thải 2: là nước thải ra trong quá trình lọc sắn, loại nước thải này có
lưu lượng lớn (10m3 nước thải/tấn sắn củ), có hàm lượng chất hữu cơ cao, hàm

lượng rắn lơ lửng cao, pH thấp, hàm lượng xianua cao, mùi chua, màu trắng đục.
Nước thải chế biến tinh bột sắn bao gồm các thành phần hữu cơ như tinh bột,
protein, xenluloza, pectin, đường có trong nguyên liệu củ sắn tươi là nguyên nhân
gây ô nhiễm cao cho các dòng nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột sắn [1, 18].
Nước thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông số đặc
trưng: pH thấp, hàm lượng chất hữu cơ và vô cơ cao, thể hiện qua hàm lượng chất
rắn lơ lửng (SS), các chất dinh dưỡng chứa N, P, các chỉ số về nhu cầu oxy sinh học
(BOD5), nhu cầu oxy hoá học (COD), …với nồng độ rất cao [17, 18]. Nồng độ ô
nhiễm của nước thải tinh bột sắn thể hiện cụ thể ở Bảng 1.1.

Đỗ Thị Hải Vân

5

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

Bảng 1.1. Chất lượng nước thải từ sản xuất tinh bột sắn [48]
QCVN
TT

Thông số

Đơn vị

Giá trị

40:2011, mức

B

1

pH

-

3.5 -5.0

5,5-9

2

COD

mg/l

7000 – 40000

150

3

BOD5

mg/l

6000 – 23000

50

4

TSS

mg/l

4000 – 8000

100

5

∑N

mg/l

42 - 262

40

6

∑P

mg/l

11 - 46

6

7

CN-

mg/l

10 - 40

0,1

Số liệu ở bảng 1.1, cho thấy khoảng cách dao động về các chỉ tiêu nước thải
cao hơn nhiều lần so với QCVN 40 :2011/ BTNMT cột B. Cụ thể, COD cao hơn
200 lần; BOD cao hơn gần 500 lần; tổng nitơ và tổng photpho cao hơn 7 lần…so
với QCVN 40:2011/BTNMT.
Khi tính riêng cho 52 nhà máy qui mô lớn, ước tính lượng nước thải sinh ra
hàng ngày khi vào mùa vụ khoảng 140000 m 3/ngày với tải lượng SS khoảng 1000
tấn/ngày; BOD khoảng 3.000 tấn/ngày; COD khoảng 5000 tấn/ngày; CN - khoảng 5
tấn/ngày [48].
Nếu lấy nước thải sinh hoạt làm cơ sở để so sánh mức độ ô nhiễm của nước
thải chế biến tinh bột sắn thì tải lượng ô nhiễm hữu cơ của ngành chế biến tinh bột
sắn sinh ra cũng gấp 4 lần tải lượng hữu cơ của tổng lượng nước thải sinh hoạt trên
toàn quốc. Với lượng nước thải sinh hoạt sinh ra hàng ngày trên cả nước là khoảng
2.010.000 m3/ngày, chiếm 64% trong tổng lượng các loại nước thải [2].
Các chất ô nhiễm trong nước thải tinh bột sắn gây ra nhiều tác động tiêu cực:
● BOD liên quan tới việc xác định mức độ ô nhiễm của nước cấp, nước thải
công nghiệp và nước thải sinh hoạt. Khi xảy ra hiện tượng phân hủy yếm khí với
hàm lượng BOD quá cao sẽ gây thối nguồn nước và làm chết hệ thủy sinh, gây ô

Đỗ Thị Hải Vân

6

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

nhiễm không khí xung quanh và phát tán trên phạm vi rộng theo chiều gió.
● COD cho biết mức độ ô nhiễm các chất hữu cơ và vô cơ chứa trong nước
thải công nghiệp.
● Chất rắn lơ lửng (SS) cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực tới tài
nguyên thủy sinh đồng thời gây mất cảm quan, bồi lắng lòng hồ, sông, suối…
● Axit HCN là độc tố có trong vỏ sắn. Khi chưa được đào lên, trong củ sắn
không có HCN tự do mà ở dạng glucozit gọi là phazeolutanin có công thức hóa học
là C10H17NO6. Sau khi sắn được đào lên, dưới tác dụng của enzym xianoaza hoặc
trong môi trường axit thì phazeolutamin phân hủy tạo thành glucoza, axeton và axit
xianuahydric. Axit này gây độc toàn thân cho người. Xianua ở dạng lỏng trong
dung dịch là chất linh hoạt. Khi vào cơ thể, nó kết hợp với enzym xitochorom làm
men này ức chế khẳ năng cấp oxy cho hồng cầu. Do đó, các cơ quan của cơ thể bị
thiếu oxy. Nồng độ HCN thấp có thể gây chóng mặt, miệng đắng, buồn nôn. Nồng
độ HCN cao gây cảm giác bồng bềnh, khó thở, hoa mắt, da hồng, co giật, mê man,
bất tỉnh, đồng tử giãn, đau nhói vùng tim, tim ngừng đập và tử vong.
Do đó,nếu nước thải không được xử lý triệt để, không đạt tiêu chuẩn môi
trường thì sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn nước, đất và không khí.
1.2. Xử lý nước thải ngành chế biến tinh bột sắn bằng phương pháp sinh học
Bản chất của phương pháp này là phân hủy các chất hữu cơ nhờ vào vi sinh
vật. Nghĩa là các vi sinh vật sẽ sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng để
làm chất dinh dưỡng xây dựng tế bào và tạo năng lượng, qua đó làm giảm hàm

lượng các chất ô nhiễm trong nước thải.
1.2.1. Cơ chế của quá trình phân hủy hiếu khí [13]
+ Cơ chế: Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung
cấp oxy liên tục. Quá trình phân hủy hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn biểu thị bằng các
phản ứng:
Oxy hóa các chất hữu cơ:
CxH1yOz + O2 → CO2 + H2O + ∆H
Tổng hợp tế bào mới:

Đỗ Thị Hải Vân

7

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

CxH1yOz + CO2 + NH3 → CO2 + H2O + C5H7NO2 - ∆H
Phân hủy nội bào:
C5H7NO2 + 5 O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 (+/-) ∆H
Trong 3 phản ứng ∆H là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào.
+ Công trình xử lý hiếu khí thông dụng: Hồ hiếu khí
Hồ hiếu khí oxy hoá các chất hợp chất nhờ VSV hiếu khí và tảo (hình 1.2).
Có 2 loại: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo.
- Hồ làm thoáng tự nhiên: cấp oxy chủ yếu do khuyếch tán không khí qua
mặt nước và quang hợp của các thực vật. Diện tích hồ lớn, chiều sâu của hồ từ 30 –
50 cm. Tải trọng BOD từ 250 – 300 kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước từ 3 – 12 ngày.
- Hồ làm thoáng nhân tạo: cấp oxy bằng khí nén và máy khuấy. Tuy nhiên,
hồ hoạt động như hồ tùy nghi. Chiều sâu từ 2 – 4,5 m, tải trọng BOD

400kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước từ 1 – 3 ngày.

Hình 1.2. Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi sinh vật trong hồ hiếu khí [13]

Đỗ Thị Hải Vân

8

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

1.2.2. Cơ chế của quá trình phân hủy kỵ khí
+ Cơ chế: Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ là một quá trình
phức tạp gồm nhiêu giai đoạn có thể tóm tắt trong hình 1.3.
Các chất hữu cơ phân tử lượng lớn
(gluxit, protein, lipit, hydrocacbua,…)
Giai đoạn
thuỷ phân
Các chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ
(đường, axit amin, axit béo,…)

Giai đoạn lên
men axit hữu
cơ

Lên men axit hữu cơ và các chất
trung tính

Axit propionic, axit butyric,
rượu, andehyt,
axeton,…
Giai đoạn
axetic hoá

Giai đoạn
lên men
CH4

Các chất khí

Axit axetic

CO2, H2

Decacboxyl hoá

Khử CO2

NH3, H2S

8H+
CH4

CO2

Hình 1.3. Quy trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ [46, 51]
Cơ chế phân hủy kỵ khí có thể biểu diễn theo phương trình tổng quát sau đây [49]:
CxHyOz + (x - - ) H2O

Vi sinh vật

( - yxz + )CO2 + ( + - ) CH4
842

Tuy nhiên, trong thực tế quá trình phân hủy kỵ khí thường xảy ra theo 4 giai
đoạn
Đỗ Thị Hải Vân

9

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

 Giai đoạn 1: Giai đoạn thuỷ phân [15, 28]
Dưới tác dụng của các enzym hydrolaza do vi sinh vật tiết ra, các hợp chất
hữu cơ phức tạp có phân tử lượng lớn như protein, gluxit, lipit…được phân giải
thành các chất hữu cơ đơn giản có phân tử lượng nhỏ như đường, peptit, glyxerin,
acid amin, acid béo…
Peptidaza

Proteaza

Protein

Peptit

Acid amin

Amylaza

Tinh bột

Đường
Lypaza

 Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men acid hữu cơ [15, 28]
Các sản phẩm thuỷ phân sẽ được các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hoá, các
sản phẩm thuỷ phân sẽ được phân giải yếm khí tiếo tục tạo thành acid hữu cơ phân
tử lượng nhỏ như acid propionic, acid butyric, acid axetic,… các rượu, andehyt,
axeton và cả một số aicd amin. Trong giai đoạn này BOD 5 và COD giảm không
đáng kể nhưng pH của môi trường có thể giảm mạnh.
 Sự lên men axit lactic:
NADH2

C6H12O6

NAD

2CH3COCOOH
axit pyruvic

CH3CHOHCOOH
pyruvat hidrogennaza

axit lactic

 Sự lên men etanol:
CO2
C6H12O6

NADH2 NAD

CH3COCOOH
CH3CHO
Pyruvat decacboxylaza

CH3CH2OH

 Giai đoạn 3: Lên men tạo axit axetic
Các sản phẩm lên men phân tử lượng lớn như axit béo, axit lactic sẽ được
Đỗ Thị Hải Vân

10

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

từng bước chuyển hoá thành axit axetic:
2CH3CH2COOH + CH3COOH + CO2 + 2H2O

3CH3CHOHCOOH
axit Lactic

axit Propionic

axit axetic

Các axit có phân tử lượng lớn được cắt từng bước tại nguyên tử Cβ:
RnCH2CH2COOH

Rn-1COOH

+

axit béo mạch ngắn hơn

CH3COOH
axit axetic

 Giai đoạn 4: Giai đoạn metan hoá [68]
Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình xử lý yếm khí, nhất
là khi xử lý yếm khí thu biogas. Hiệu quả xử lý sẽ cao khi các sản phẩm trung gian
được khí hoá hoàn toàn. Dưới tác dụng của các vi khuẩn lên men metan, các axit
hữu cơ bị decacboxyl hoá tạo khí metan. Trong xử lý yếm khí, khí metan được tạo
thành theo hai cơ chế chủ yếu là khử CO2 và decacboxyl hoá.
- Decacboxyl hoá:
CH4

CH3COOH

+

CO2

4CH3CH2COOH

7CH4

+ 5CO2

2CH3(CH2)2COOH

5CH4

+ 3CO2

2CH3CH2OH
CH3COCH3

3CH4 + CO2
2CH4 + CO2

Khoảng 70% CH4 được tạo thành do decacboxyl hoá axit hữu cơ và các chất
trung tính.
- Khử CO2
CO2
CO2

+

4H2
4NADH2 4NAD

CH4

+

2H2O

CH4

+

2H2O

Khoảng 30% CH4 được tạo thành do khử CO2 [12].
+ Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí thông dụng:

Đỗ Thị Hải Vân

11

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

 Bể UASB (Upward – flow Anaerobic Sludge Blanket)
Một trong những phát triển nổi bật của công nghệ xử lý kỵ khí là bể UASB được
phát minh bởi Lettinga và các đồng nghiệp vào năm 1980 [50]. Ứng dụng đầu tiên là xử lý
nước thải sinh hoạt, sau đó được mở rộng cho xử lý nước thải công nghiệp [63].
Bể UASB có thể xây dựng bằng bêtông cốt thép, thường xây dựng hình chữ nhật.
Để dễ tách khí ra khỏi nước thải người ta lắp thêm tấm chắn khí có độ nghiêng ≥ 350 so
với phương ngang. Tải lượng COD thiết kế thường trong khoảng 4 – 15 kg/m3.ngày. Nước

thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dưỡng được dẫn vào đáy bể và nước thải đi lên với vận
tốc 0,6 – 0.9 m/h qua lớp bùn kỵ khí. Tại đây xảy ra quá trình phân hủy sinh học kỵ khí
[27, 29].

Khí sinh học được tạo thành sẽ kéo theo các hạt bùn nổi lên, va vào thành
thiết bị tách 3 pha khí-lỏng-rắn(bùn) dạng hình nón lật ngược khiến cho các bọt khí
được giải phóng thoát lên; các hạt bùn lại rơi trở lại lớp đệm bùn.
Hình 1.4.
Bể
UASB
[27]

B
ể

CIGAR (Covered In-Ground Anaerobic Reactor) [38, 56]
Bể CIGAR thực chất là một hồ kỵ khí có thu hồi khí sinh học. Hồ được bao
phủ toàn bộ bề mặt và lót đáy bằng bạt HPDE

Đỗ Thị Hải Vân

12

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

Lớp bạt HPDE bao phủ bề mặt tạo ra điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt đồng
thời ngăn không cho khí sinh học phát tán ra môi trường. Lớp lót đáy HPDE có thể

được lắp đặt nếu cần, tùy vào mực nước ngầm của khu xử lý. Tuy nhiên, nên lót đáy
để có thể chống rò rỉ nước thải, gây ô nhiễm đất và nước ngầm.
Trước khi vào bể CIGAR , nước thải được chảy vào bể lắng nhằm giảm bớt
lượng chất rắn lơ lửng, cặn đảm bảo quá trình phân hủy kỵ khí trong bể CIGAR đạt
hiệu quả cao nhất. Thời gian lưu nước thải trong bể khoảng 30 ngày.
Toàn bộ lượng khí sinh học ( metan chiếm 55 – 70% ) hình thành được thu
hồi nhờ hệ thống ống dẫn khí lắp đặt bên trong bể CIGAR

Hình 1.5. Bể CIGAR [38]

1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học
 Điều kiện nước thải phải đưa vào xử lý sinh học [13]
Phương pháp xử lý sinh học nước thải có thể dựa trên cơ sở hoạt động
của Vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước. Do vậy, điều kiện

Đỗ Thị Hải Vân

13

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN


Luận văn thạc sĩ

kiên quyết vô cùng quan trọng là nước thải phải là môi trường sống của quần
thể sinh vật và thỏa mãn các điều kiện sau:
+ Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ vi sinh trong
nước thải.
+ Chú ý đến hàm lượng kim loại nặng. Xếp theo thứ tự mức độ độc hại
của chúng: Sb>Ag>Cu>Hg>Co>Ni>Pb>Cr3+>V> Cd>Zn>Fe.

Nói chung, các ion kim loại này thường ở nồng độ vi lượng (vài phần triệu
đến vài phần nghìn) thì có tác dụng dương tính đến sinh trưởng vi sinh vật + Chất
hữu cơ có trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồn cacbon và năng lượng
cho vi sinh vật. Các hợp chất hidratcacbon, protein, lipit hòa tan thường là cơ chất
dinh dưỡng cho vi sinh vật.
+ Nước thải đưa vào xử lý sinh học có 2 thông số quan trọng là BOD và
COD. Tỉ số của 2 thông số này phải là: COD/BOD ≤ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0,5,
mới có thể đưa vào xử lý hiếu khí. Nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong đó
gồm có xenlulozo, hemixenlulozo, protein, tinh bột chưa tan thì phải qua xử lý
sinh học kỵ khí trước rồi mới xử lý hiếu khí.
 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí [14]
- Oxygen (O2): Trong các công trình xử lý hiếu khí, O2 là một thành phần
cực kỳ quan trọng của môi trường. Công trình phải bảo đảm cung cấp đầy đủ
lượng O2 một cách liên tục và hàm lượng O2 hoà tan trong nước ra khỏi bể lắng
đợt II ≥ 2mg/l.
- Nồng độ các chất hữu cơ: phải thấp hơn ngưỡng cho phép. Có nhiều
chất hữu cơ nếu nồng độ quá cao, vượt quá mức cho phép sẽ ảnh hưởng xấu đến
hoạt động sống của vi sinh vật tham gia xử lý, cần kiểm tra các chỉ số BOD và
COD của nước thải. Cụ thể: hỗn hợp nước thải công nghiệp và nước thải sinh
hoạt chảy vào công trình xử lý là bể lọc sinh học phải có BOD ≤ 500mg/l, nếu
dùng bể Aeroten thì BOD ≤ 1000mg/l. Nếu nước thải có chỉ số BOD vượt quá
giới hạn nói trên, cần thiết phải dùng nước thải đã qua xử lý hay nước sông đã pha

Đỗ Thị Hải Vân

14

Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN