Nghiên cứu xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng quá trình lọc sinh học hiếu khí
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.11 MB, 99 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
------o0o------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ
NƯỚC THẢI TINH BỘT KHOAI MÌ BẰNG QUÁ TRÌNH
LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ
CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÃ SỐ NGÀNH : 111
GVHD: KS. TRẦN THỊ TƯỜNG VÂN
SVTH: NGUYỄN THỊ NHƯ QUỲNH
TP. Hồ Chí Minh - 7/ 2009
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI HỌC KTCN TPHCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
------o0o------
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
KHOA : MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
BỘ MÔN : CÔNG NGHỆ SINH HỌC
HỌ VÀ TÊN : NGUYỄN THỊ NHƯ QUỲNH
MSSV: 105111051
NGÀNH
: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
LỚP : 05DSH
1. Đầu đề Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng quá trình lọc sinh học hiếu
khí
2. Nhiệm vụ
Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng quá
trình lọc sinh học hiếu khí để:
- Xác định hiệu quả xử lý tại các tải trọng khác nhau, từ đó xác định được tải
trọng tối ưu
- Xác định các thông số động học của quá trình.
3. Ngày giao Đồ án tốt nghiệp
: 1-4-2009
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ
: 30-6-2009
5. Họ, tên người hướng dẫn
KS Trần Thị Tường Vân: hướng dẫn toàn bộ
Nội dung và yêu cầu ĐATN đã được thông qua bộ môn
Ngày
tháng năm 2009
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên)
PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN
Người duyệt (chấm sơ bộ).........................
Đơn vị: .....................................................
Ngày bảo vệ: ............................................
Điểm tổng kết: .........................................
Nơi lưu trữ Đồ án tốt nghiệp: ....................
NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH
(Ký và ghi rõ họ tên)
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
Điểm số bằng số ------------- Điểm số bằng chữ ---------------------Tp.HCM, Ngày thánh năm 2009
(GV hướng dẫn ký và ghi rõ họ tên)
LỜI CẢM ƠN
Lời cảm ơn đầu tiên xin gửi đến tất cả quý thầy, cô trong Khoa Môi Trường –
Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ đã chỉ dạy, truyền đạt cho em nhiều kiến
thức bổ ích trong công việc và cuộc sống, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em học tập
suốt hơn bốn năm qua.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến cô TRẦN THỊ TƯỜNG VÂN đã tận tình
hướng dẫn, quan tâm và chỉ dạy cho em trong suốt quá trình thực hiện Đồ án tốt
nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Th.s LÂM VĨNH SƠN người đã giao Đồ án tốt
nghiệp và chỉ bảo em rất nhiều trong quá trình học tập.
Em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm đã tạo điều
kiện tốt cho em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp.
Xin cảm ơn cô chú trong hộ gia đình sản xuất tinh bộ khoai mì đã tạo điều kiện
cho em trong việc lấy mẫu.
Và cuối cùng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn lớp 05DSH khóa 2005 đã cùng
tôi đồng hành trong suốt quãng đời sinh viên, động viên và giúp đỡ về mọi mặt
trong thời gian học tập chung.
Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp này sẽ không tránh khỏi những sai sót,
em rất cảm ơn những nhận xét, đóng góp ý kiến của các thầy, cô để đề tài của em
sẽ được hoàn thiện với chất lượng tốt hơn.
TP. HCM, tháng 6 năm 2009
Sinh viên thực hiện
NGUYỄN THỊ NHƯ QUỲNH
MỤC LỤC
Lời cảm ơn ................................................................................................................
Mục lục..................................................................................................................... I
Danh mục các chữ viết tắt ................................................................................... IV
Danh mục các bảng biểu........................................................................................V
Danh mục các hình vẽ, đồ thị .............................................................................. VI
Chương I: MỞ ĐẦU ...............................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề .........................................................................................................2
1.2. Mục đích nghiên cứu........................................................................................2
1.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................3
1.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................3
1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...................................................................4
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TINH BỘT KHOAI MÌ ..............5
2.1. Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì...........................................6
2.1.1. Nguồn gốc lịch sử khoai mì.......................................................................6
2.1.2. Công nghệ chế biến tinh bột khoai mì.......................................................7
2.1.2.1. Nguyên liệu ............................................................................................7
2.1.2.2. Công nghệ chế biến tinh bột khoai mì..................................................10
2.1.2.3. Sản phẩm tinh bột khoai mì..................................................................15
2.2. Giới thiệu về nước thải ngành chế biến tinh bột mì ...................................16
2.3. Một số công nghệ xử lý nước thải tinh bột khoai mì ............................................18
2.3.1. Nhà máy tinh bột khoai mì Phước Long ...........................................................18
2.3.2.Nhà máy tinh bột Tây Ninh ......................................................................20
Chương 3: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ ...22
3.1. Tổng quan về quá trình xử lý sinh học hiếu khí..........................................23
3.1.1. Giới thiệu ................................................................................................23
3.1.2. Phân loại .................................................................................................23
3.1.3. Các bể sinh học hiếu khí..........................................................................23
3.1.3.1. Quá trình xử lý hiếu khí sinh trưởng lơ lửng ..................................23
I
3.1.3.2. Quá trình xử lý hiếu khí sinh trưỡng dính bám.........................................24
3.2. Tổng quan về quá trình lọc sinh học .......................................................................25
3.2.1. Định nghĩa ...............................................................................................25
3.2.2. Phân loại .................................................................................................25
3.2.3. Cấu tạo và hoạt động của màng vi sinh vật.............................................26
3.2.3.1. Cấu tạo màng vi sinh vật.................................................................26
3.2.3.2. Quá trình tiêu thụ cơ chất làm sạch nước .......................................27
3.2.3.3. Quá trình sinh trưởng, phát triển và suy thoái của màng vi sinh
vật.................................................................................................................29
3.3. Vi Sinh Vật trong hệ thống xử lý nước thải.................................................30
3.3.1. Khái niệm ...............................................................................................30
3.3.2. Sinh thái, sinh lý, phân loại vi sinh vật ...................................................31
3.3.2.1. Sinh thái, sinh lý vi sinh vật............................................................31
3.3.2.2. Phân loại vi sinh vật........................................................................34
3.3.2.3. Hình thi, cấu tạo của vi sinh vật......................................................35
3.3.2.4. Hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải .............................44
3.3.3. Sự tăng trưởng của tế bào vi sinh vật ......................................................45
3.3.4. Vi sinh vật trong các công trình xử lý nước thải .....................................46
3.3.4.1. Vi sinh vật lên men kỵ khí ..............................................................46
3.3.4.2. Vi sinh vật lên men hiếu khí ...........................................................47
3.4. Động học của quá trình lọc sinh học hiếu khí .............................................52
3.4.1. Động học phản ứng trong màng vi sinh vật ............................................52
3.4.2. Phương trình động học thực nghiệm của Eckenfelder ............................53
Chương 4: MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CÁCH TIẾN HÀNH ....................56
4.1. Mô hình nghiên cứu .......................................................................................57
4.1.1. Cấu tạo mô hình ......................................................................................57
4.1.2. Nguyên tắc hoạt động..............................................................................57
4.2. Vận hành mô hình nghiên cứu......................................................................57
4.2.1. Giai đoạn chuẩn bị...................................................................................57
II
4.2.2. Giai đoạn thích nghi ................................................................................59
4.2.3. Giai đoạn xử lý ........................................................................................59
4.3. Cách xác định các thông số động học...........................................................60
Chương 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ...................................63
5.1. Giai đoạn thích nghi.......................................................................................64
5.2. Giai đoạn xử lý ...............................................................................................65
5.2.1. Tải trọng 0.7 KgCOD/m3.ng.đ ứng với thời gian lưu nước 24h ............65
5.2.2. Tải trọng 1.4 KgCOD/m3.ng.đ ứng với thời gian lưu nước 12h ............67
5.2.3. Tải trọng 2.1 KgCOD/m3.ng.đ ứng với thời gian lưu nước 8h ..............69
5.2.4.Tải trọng 2.8 KgCOD/m3.ng.đ ứng với thời gian lưu nước 6h ..............71
5.2.5. Tải trọng 4.2 KgCOD/m3.ng.đ ứng với thời gian lưu nước 4h ..............73
5.2.6. Kết luận ...................................................................................................75
5.3. Tính toán các thông số động học ..................................................................76
5.3.1. Tải trọng 2.1 KgCOD/m3.ng.đ ứng với thời gian lưu nước 8h (lưu lượng
42 lít/ngày) ........................................................................................................76
5.3.2. Tải trọng 2.8 KgCOD/m3.ng.đ ứng với thời gian lưu nước 6h (lưu lượng
56 lít/ngày) ........................................................................................................76
5.3.3.Tải trọng 4.2 KgCOD/m3.ng.đ ứng với thời gian lưu nước 4h (lưu lượng
84 lít/ngày) .......................................................................................................77
5.3.4. Tính toán thông số n và K .......................................................................78
5.4. Bàn luận kết quả thí nghiệm.......................................................................79
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................81
6.1. Kết luận ...........................................................................................................82
6.2. Kiến nghị .........................................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
III
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BOD
: Biochemical oxygen Demand ..................................Nhu cầu ôxy sinh hóa
COD
: Chemical Ôxygen Demand ......................................Nhu cầu ôxy hóa học
DO
: Dissolved Oxygen .................................................... Nồng độ ôxy hòa tan
SS
: Suspended Solid . ............................................................. Chất rắn lơ lửng
F/M
: Food – Microganism Ratio ...........................Tỉ lệ thức ăn cho vi sinh vật
RBC
: Rotating Biological Contactors
SBR
: Sequence Batch Reactors .......................Bể Aerotank hoạt động theo mẽ
............... Bể lọc sinh học tiếp xúc quay
UASB : Upflow Anaerobic Slude Blanket .............................. Bể phản ứng kị khí
FBR
: Fluidized Bed Reactor .......................................Bể lọc sinh học dính bám
MLSS : Mixed Liquor Suspended Solid ..... Chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng, mg/l
TCVN ................................... ............................................... Tiêu Chuẩn Việt Nam
PPCC
................................................................................. Phòng cháy chữa cháy
HRT
........................................................................................Thời gian lưu nước
XLNT ............................................................................................. Xử lý nước thải
IV
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các thông số và phương pháp phân tích ..................................................3
Bảng 2.1: Tình hình phát triển mì ở các tỉnh ............................................................7
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của khoai mì ...............................................................8
Bảng 2.3: Thành phần nước thải tinh bột khoai mì tại nhà máy tinh bột
Tapioca Tân Châu – Tây Ninh................................................................................16
Bảng 3.1: Chức năng của một số vi khuẩn trong bùn hoạt tính.............................50
Bảng 4.1: Thành phần nước thải tinh bột mì ..........................................................58
Bảng 4.2: Các thông số hoạt động mô hình ứng với từng tải trọng........................59
Bảng 5.1: Kết quả giai đoạn chạy thích nghi ..........................................................64
Bảng 5.2: Kết quả thí nghiệm ở tải trọng 0.7Kg COD/m3.ng.đ.với thời gian lưu
nước 24
...........................................................................................................65
Bảng 5.3: Kết quả thí nghiệm ở tải trọng 1.4Kg COD/m3.ng.đ.với thời gian lưu
nước 12h..................................................................................................................67
Bảng 5.4: Kết quả thí nghiệm ở tải trọng 2.1Kg COD/m3.ng.đ.với thời gian lưu
nước 8h....................................................................................................................69
Bảng 5.5: Kết quả thí nghiệm ở tải trọng 2.8Kg COD/m3.ng.đ.với thời gian lưu
nước 6h....................................................................................................................71
Bảng 5.6: Kết quả thí nghiệm ở tải trọng 4.3Kg COD/m3.ng.đ.với thời gian lưu
nước 4h....................................................................................................................73
Bảng 5.7: Hiệu quả xử lý COD ở cc tải trọng khác nhau .......................................75
Bảng 5.8: Sự thay đổi nồng độ COD theo chiều cao H trong mô hình ở lưu lượng
14 lít ........................................................................................................................76
Bảng 5.9: Sự thay đổi nồng độ COD theo chiều cao H trong mô hình ở lưu lượng
28 lít/ ngày ..............................................................................................................76
Bảng 5.10: Sự thay đổi nồng độ COD theo chiều cao H trong mô hình ở lưu lượng
42 lít/ngày ...............................................................................................................77
Bảng 5.11: Kết quả mối liện hệ giữ tải trọng thể tích và hệ số góc........................78
V
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2.1: Qui trình công nghệ chế biến tinh bột khoai mì .....................................12
Hình 2.2: Công nghệ chế biến tinh bột khoai mì kiểu Thái Lan.............................13
Hình 2.3: Công nghệ chế biến tinh bột khoai mì thủ công của một số hộ gia đình ở
Thủ Đức ..................................................................................................................14
Hình 2.4: Qui trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất tinh bột Phước
Long ........................................................................................................................18
Hình 2.5: Qui trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất tinh bột Tây
Ninh.........................................................................................................................20
Hình 3.1: Phân loại các quá trình xử lý ..................................................................23
Hình 3.2: Cấu tạo màng vi sinh vật.........................................................................26
Hình 3.3: Chuỗi các vi sinh vật tạo thành màng vi sinh .......................................30
Hình 3.4: Sự sinh sôi của các vi sinh vật ................................................................32
Hình 3.5: Vết tích một số loài vi khuẩn ..................................................................34
Hình 3.6: Một số vi sinh vật trong xử lý nước thải.................................................37
Hình 3.7: Nấm mốc.................................................................................................39
Hình 3.8: Một số hình dạng của virus.....................................................................40
Hình 3.9: Một số động vật nguyên sinh trong xử lý nước thải ...............................42
Hình 5.1: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi COD theo thời gian ở giai đoạn thích nghi64
Hình 5.2: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi COD ở thời gian lưu nước 24h .................66
Hình 5.3: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi SS ở thời gian lưu nước 24h .....................66
Hình 5.4: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH ở thời gian lưu nước 24h .....................66
Hình 5.5: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi COD ở thời gian lưu nước 12h .................67
Hình 5.6: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi SS ở thời gian lưu nước 12h .....................68
Hình 5.7: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi SS ở thời gian lưu nước 12h .....................68
Hình 5.8: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi COD ở thời gian lưu nước 8h ...................69
Hình 5.9: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi SS ở thời gian lưu nước 8h .......................70
Hình 5.10: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH ở thời gian lưu nước 8h .....................70
VI
Hình 5.11: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi COD ở thời gian lưu nước 6h ................71
Hình 5.12: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi SS ở thời gian lưu nước 6h ....................72
Hình 5.13: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH ở thời gian lưu nước 6h ....................72
Hình 5.14: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi COD ở thời gian lưu nước 4h .................73
Hình 5.15: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi SS ở thời gian lưu nước 4h .....................74
Hình 5.16: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH ở thời gian lưu nước 4h .....................74
Hình 5.17: Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD ở các tải trọng khác nhau..........75
Hình 5.18: Đồ thị ln(CODra/CODvào) theo H ở tải trọng thể tích 0.622 m3/m2.ngày76
Hình 5.19: Đồ thị ln(CODra/CODvào) theo H ở tải trọng thể tích 1.244 m3/m2.ngày77
Hình 5.20: Đồ thị ln(CODra/CODvào) theo H ở tải trọng thể tích 1.8 m3/m2.ngày..78
Hình 5.21: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa ln(s) và ln(QL) ...............................79
VII
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
Chương
1
MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 1
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam là một đất nước nông nghiệp và đang không ngừng công nghiệp hóa
theo xu thế của toàn cầu. Chính vì lẽ đó mà cả những sản phẩm nông nghiệp cũng
được đưa vào ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp chế biến.
Khoai mì là một cây nông nghiệp đã được công nghiệp hóa rất thành công. Ở
nước ta, khoai mì được trồng từ Nam ra Bắc. Cùng với việc trồng, từ lâu nhân dân ta
đã chế biến thành lương thực cho người, gia súc (sắn lát) hoặc chế biến thành những
món ăn dân dã như làm bánh, nấu chè…Nhiều ngành công nghiệp và chế biến thực
phẩm có sử dụng tinh bột khoai mì cũng rất phát triển dẫn đến nhu cầu tinh bột khoai
mì tăng nhanh chóng.
Việc sản xuất tinh bột khoai mì này đã tạo ra một lượng nước thải rất lớn ảnh
hưởng đến môi trường mà chúng ta không thể xem thường được. Nguồn nước thải
trên có pH thấp, chứa hàm lượng cặn cao, khó phân hủy, bốc mùi chua nồng ảnh
hưởng đến môi trường xung quanh. Nguồn nước thải này thường không được xử lý
triệt để, có nơi còn không xử lý mà xả trực tiếp ra môi trường hoặc ra cống thoát
nước thải sinh hoạt. Nó gây ảnh hưởng đến đời sống sản xuất và sinh hoạt của người
dân.
Chính vì những lý do đó mà việc xây dựng hệ thống xử lý cho loại nước thải này
là rất cần thiết. Nước thải tinh bột khoai mì có hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy
sinh học cao nên xử lý bằng phương pháp sinh học là một sự lựa chọn phù hợp. Đề
tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng quá trình lọc sinh học
hiếu khí” được thực hiện nhằm đánh giá khả năng xử lý nước thải ngành sản xuất
tinh bột khoai mì bằng phương pháp lọc sinh học hiếu khí và qua đó đề xuất tải trọng
xử lý tối ưu cho loại nước thải này.
1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải tinh bột khoai
mì bằng quá trình lọc sinh học hiếu khí để:
- Xác định hiệu quả xử lý tại các tải trọng khác nhau, từ đó xác định được tải
trọng tối ưu.
- Xác định các thông số động học của quá trình.
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 2
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm các phần như sau:
- Tổng quan về nước thải tinh bột khoai mì.
- Tìm hiểu về các phương pháp xử lý nước thải tinh bột khoai mì hiện nay.
- Tổng quan về quá trình lọc sinh học hiếu khí.
- Xây dựng mô hình và vận hành mô hình thí nghiệm với nhiều tải trọng khác
nhau.
- Xử lý số liệu thực nghiệm và đưa ra kết luận về tải trọng tối ưu và thông số
động học của quá trình.
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đề tài được thực hiện dựa trên các phương pháp nghiên cứu như sau:
- Phương pháp thu thập tài liệu: dữ liệu được thu thập từ các kết quả nghiên
cứu, các tài liệu và các trang web có liên quan.
- Phương pháp khảo sát thực địa: tiến hành khảo sát về tính chất, thành phần
nước thải.
- Phương pháp xây dựng mô hình: vận hành mô hình mô phỏng ở quy mô
phòng thí nghiệm để xử lý nước thải.
- Phương pháp phân tích: các thông số đo và phương pháp phân tích tương ứng
được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.1: Các thông số và phương pháp phân tích
STT
Thông số
Phương pháp phân tích
1
pH
pH kế
2
COD
Phương pháp đun kín (K2Cr2O7)
3
SS
Phương pháp khối lượng
4
Nitơ tổng
Phương pháp chưng cất Kjeldahl
5
Photpho tổng
Phương pháp so màu
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 3
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tượng nghiên cứu: nước thải ngành chế biến tinh bột khoai mì.
- Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu quá trình lọc sinh học hiếu khí trên mô hình ở
qui mô phòng thí nghiệm.
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 4
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
Chương
2
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI
TINH BỘT KHOAI MÌ
2.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN TINH BỘT KHOAI MÌ
2.2. GIỚI THIỆU VỀ NƯỚC THẢI NGÀNH CHẾ BIẾN TINH BỘT MÌ
2.3. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT KHOAI
MÌ
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 5
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
2.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN TINH BỘT KHOAI MÌ
2.1.1. Nguồn gốc lịch sử khoai mì:
Phân loại khoai mì
- Giới (regnum): Plantae
- Ngành (divisio): Magliophyta
- Lớp (class): Magnoliopsida
- Bộ (ordo): Malpighiales
- Họ (familia): Euphorbiaceae
- Phân họ (subfamilia): Crotonoideae
- Tông (tribus): Manihoteae
- Chi (genus): Manihot
- Loài (species): M. esculenta
Cây mì có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ La tinh (Crantz, 1976) và
được trồng cách đây khoảng 5.000 năm (CIAT, 1993). Trung tâm phát sinh cây mì
được giả thiết tại vùng đông bắc của nước Brasil thuộc lưu vực sông Amazon, nơi có
nhiều chủng loại mì trồng và hoang dại (De Candolle 1886; Rogers, 1965). Trung
tâm phân hóa phụ có thể tại Mexico và vùng ven biển phía bắc của Nam Mỹ. Bằng
chứng về nguồn gốc mì trồng là những di tích khảo cổ ở Venezuela niên đại 2.700
năm trước Công nguyên, di vật thể hiện củ mì ở cùng ven biển Peru khoảng 2000
năm trước Công nguyên, những lò nướng bánh khoai mì trong phức hệ Malabo ở
phía Bắc Colombia niên đại khoảng 1.200 năm trước Công nguyên, những hạt tinh
bột trong phân hóa thạch được phát hiện tại Mexico có tuổi từ năm 900 đến năm 200
trước Công nguyên (Rogers 1963, 1965).
Cây mì được người Bồ Đào Nha đưa đến Congo của châu Phi vào thế kỷ 16. Tài liệu
nói tới cây mì ở vùng này là của Barre và Thevet viết năm 1558. Ở châu Á, mì được
du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ 17 (P.G. Rajendran et al, 1995) và Sri Lanka đầu
thế kỷ 18 (W.M.S.M Bandara và M.Sikurajapathy, 1992). Sau đó, mì được trồng ở
Trung Quốc, Myanma và các nước châu Á khác ở cuối thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19
(Fang Baiping 1992. U Thun Than 1992). Cây mì đựơc du nhập vào Việt Nam
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 6
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
khoảng giữa thế kỉ 18, (Phạm Văn Biên, Hoàng Kim,1991). Hiện chưa có tài liệu
chắc chắn về nơi trồng và năm trồng đầu tiên.
Ở nước ta cây mì được trồng khắp nơi từ Nam ra Bắc, nhiều nhất là ở vùng trung
du miền núi. Hiện nay mì là một trong những loại cây hoa màu quan trọng trong cơ
cấu lương thực ở nước ta.
Bảng 2.1: Tình hình phát triển cây mì qua các năm ở nước ta
Năm
Diện tích (ha)
Sản lượng (tấn)
1939
19500
97230
1955
26400
152600
1958
16500
154400
1960
35890
320990
1964
121159
896260
1770
85219
635236
1975
84956
681032
1980
447000
3978000
2000
237600
1986300
2001
292300
3509200
2002
337000
4438000
2003
371900
5308900
2004
383600
5572800
2.1.2. Công nghệ chế biến tinh bột khoai mì
2.1.2.1. Nguyên liệu:
Khoai mì tươi: Củ mì thường vuột hai đầu. Kích thước củ tuỳ thuộc tính chất đất
và điều kiện trồng mà dao động trong khoảng 0.1 – 1.1 m chiều dài và 2 – 8 cm
đường kính.
- Vỏ gỗ: Chiếm 0.5-3% khối lượng củ, có màu trắng, vàng hoặc nâu. Vỏ gỗ cấu
tạo từ cellulose và hemicellulose, hầu như không có tinh bột. Nó có tác dụng bảo vệ
củ khỏi bị ảnh hưởng cơ học và hóa học của ngoại cảnh.
- Vỏ cùi (vỏ thịt): dày hơn vỏ gỗ nhiều, chiếm khoảng 20% trọng lượng củ. Cấu
tạo gồm lớp tế bào thành dày, thành tế bào cấu tạo từ cenluloza, bên trong tế bào là
các hạt tinh bột, hợp chất chứa Nitơ và dịch bào (mủ) – trong dịch bào có tannin, sắc
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 7
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
tố, độc tố, các enzyme… Vì vỏ cùi có nhiều tinh bột (5 – 8%) nên trong chế biến nếu
tách đi thì tổn thất, không tách thì khó khăn trong chế biến vì nhiều chất trong thành
phần mủ ảnh hưởng đến màu sắc tinh bột.
- Thịt mì: là thành phần chủ yếu của củ mì, thành phần bao gồm cellulose và
pentosan ở vỏ tế bào, hạt tinh bột và nguyên sinh chất bên trong tế bào, gluxit hoà
tan và nhiều chất vi lượng khác. Những tế bào ở lớp ngoài thịt mì chứa nhiều tinh
bột, càng sâu vào trong hàm lượng tinh bột giảm dần. Ngoài lớp tế bào nhu mô còn
có chứa các tế bào thành cứng không chứa tinh bột, cấu tạo từ cenluloza nên cứng
như gỗ – gọi là xơ. Loại tế bào này nhiều ở đầu cuống, mì lưu niên và những củ biến
dạng trong quá trình phát triển. Mì lưu 2 năm thì có một lớp xơ, mì lưu 3 năm có hai
lớp xơ. Theo lượng lớp xơ mà biết mì lưu bao nhiêu năm.
- Lõi: ở trung tâm, dọc suốt từ cuống tới chuôi củ, chiếm 0.3-1% khối lượng
toàn củ. Càng sát cuống, lõi càng lớn và nhỏ dần về phía chuôi củ. Lõi cấu tạo chủ
yếu từ cellulose vào hemicellulose. Mì có lõi lớn và nhiều xơ thì hiệu suất và năng
suất của máy xát giảm vì xơ cứng, phần thì xơ kẹt vào răng máy hạn chế khả năng
phá vỡ tế bào giải phóng tinh bột. Mặt khác, xơ nhiều thì răng máy xát chóng mòn.
Ngoài ra còn có các bộ phận khác: cuống, rễ… các phần này cấu tạo chủ yếu là
cellulose cho nên mì cuống dài và nhiều rễ thì tỉ lệ tinh bột thấp và chế biến khó
khăn.
Thành phần hóa học của củ mì dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào
loại giống, điều kiện phát triển của cây và thời gian thu hoạch.
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của khoai mì
STT
Thành phần
%
1
Nước
70.25
2
Tinh bột
21.45
3
Protein
1.12
4
chất béo
0.4
5
Cellulose
1.1
6
Đường
5.13
7
Tro
0.54
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 8
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
Hàm lượng tinh bột của củ mì cũng phụ thuộc nhiều yếu tố như các yếu tố ảnh
hưởng đến các thành phần nói chung, trong đó mức độ già có ý nghĩa rất lớn. Đối với
giống mì một năm thì vụ chế biến có thể bắt đầu từ tháng 9 và kết thúc từ tháng 4
năm sau, nhưng đào vào tháng 12 và tháng 1 thì hàm lượng tinh bột cao nhất. Tháng
9, tháng 10 củ ít tinh bột, hàm lượng nước cao, lượng chất hoà tan nhiều, như vậy
nếu chế biến mì non không những tỷ lệ thành phẩm thấp mà còn khó bảo quản tươi.
Sang tháng 2, tháng 3 lượng tinh bột trong củ lại giảm vì một phần phân huỷ thành
đường để nuôi mầm non trong khi cây chưa có khả năng quang hợp.
Đường trong củ mì chủ yếu là glucoza và một lượng mantoza, sacaroza. Củ mì
càng già thì hàm lượng đường càng giảm. Trong chế biến đường hoà tan trong nước
thải ra theo nước dịch.
Ngoài ra, trong củ mì còn có độc tố, tannin, sắc tố và hệ enzyme phức tạp. Những
chất này gây khó khăn cho chế biến và nếu qui trình không thích hợp sẽ cho sản
phẩm có chất lượng kém.
Có nhiều loại khác nhau về màu sắc, thân cây, lá, vỏ, thịt củ… Tuy nhiên trong
công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại: mì đắng và mì ngọt. Hai
loại này khác nhau về hàm lượng tinh bột và lượng độc tố. Nhiều tinh bột thì hiệu
quả kinh tế trong sản xuất cao và nhiều độc tố thì quy trình công nghệ phức tạp.
- Mì đắng còn gọi là sắn dù. Cây thấp (không cao quá 1.2 m), ít bị đổ khi gió to.
Năng suất cao, củ mập, nhiều tinh bột, nhiều mủ và hàm lượng axit xianhydric cao.
Ăn tươi dễ bị ngộ độc, chủ yếu để sản xuất tinh bột và mì lát. Đặc điểm của cây sắn
dù là đốt ngắn, thân cây khi con màu xanh nhạt. Cuống lá chỗ nối tiếp thân và cây
màu đỏ thẫm, kế đó màu trắng nhạt rồi lại hồng dần. Màu vỏ gỗ củ nâu sẫm, vỏ cùi
và thịt sắn điều trắng.
- Mì ngọt: có hàm lượng tinh bột thấp, ít độc tố, ăn tươi không ngộ độc, dễ chế
biến. Mì ngọt bao gồm tất cả các loại mà hàm lượng axit xianhydric thấp như: mì
vàng, mì đỏ, mì trắng…
+ Mì vàng hay còn gọi là sắn nghệ. Khi non thân cây màu xanh thẫm, cuống
lá màu đỏ, có sọc nhạt, vỏ gỗ của củ màu nâu, vỏ cùi màu trắng, thịt củ màu vàng
nhạt, khi luột màu vàng rõ rệt hơn.
+ Mì đỏ thân cây cao, khi non màu xanh thẫm, cuống và gân lá màu đỏ thẫm.
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 9
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
Củ dài to, vỏ gỗ màu nâu đậm, vỏ cùi dày, màu hơi đỏ, thịt mì trắng.
+ Mì trắng thân cây cao, khi non màu xanh nhạt, cuống lá đỏ. Củ ngắn mà
mập, vỏ gỗ màu sám nhạt, thịt và vỏ cùi màu trắng.
2.1.2.2. Công nghệ chế biến tinh bột khoai mì
Khoai mì là một trong những loại hoa màu có hàm lượng tinh bột trong củ tương
đối cao (62-65% lượng chất khô). Mục đích chủ yếu của công nghệ là lấy tinh bột
đến mức tối đa có thể bằng cách phá vỡ cấu trúc thực vật, giải phóng tinh bột, do tinh
bột không hoà tan trong nước, kích thước hạt nhỏ, tỷ trọng hạt tinh bột chênh lệch
nhiều so với nước nên phương pháp chủ yếu trong sản xuất là nghiền, rây, rửa và
lắng hoặc ly tâm. Do đó có thể rút ra những kết luận về công nghệ sản xuất tinh bột
khoai mì như sau:
- Phương pháp sử dụng trong sản xuất chủ yếu là cơ học, thiết bị đơn giản, vận
hành bảo quản và sửa chữa dễ dàng.
- Quy trình sản xuất sử dụng nước là trong những tác nhân chính của công nghệ
tách tinh bột. Chi phí vận hành và nguyên liệu thấp, các nguyên liệu phụ rẻ tiền và có
khả năng đáp ứng dễ dàng đo đó hiệu quả kinh tế cao.
- Hiệu suất thu hồi sản phẩm cao , từ 80-90%.
Quá trình sản xuất tinh bột khoai mì về cơ bản gồm các khâu sau:
- Chuẩn bị nguyên liệu: công đoạn này bao gồm thao tác rửa, cắt khúc, loại bỏ
phần rễ, lớp vỏ gỗ và đất cát bám trước khi đưa vào nghiền. Nguyên liệu được đưa
vào thùng rửa bằng tay hay bằng băng chuyền. Tại thùng rửa củ, đất cát và phần vỏ
gỗ được chà xát bằng lô cuốn có gắn các sợi kim loại trên bề mặt kết hợp với nước
rửa được bơm vào liên tục. Kết thúc công đoạn này, củ được tách ra khỏi lớp vỏ gỗ.
Các tạp chất theo nước thải ra ngoài và được thu gom ở lưới chắn rác.
- Nghiền nguyên liệu và tách bã: nguyên liệu sau khi rửa và cắt khúc qua máy
mài chuyển thành dạng bột nhão, sau đó vào máy rây tách bã. Ở máy rây, nước sạch
cũng được bơm vào liên tục với mục đích rửa sạch lớp bột bám trên bã. Nước dịch
sữa bột sau khi qua máy rây được đưa về thùng chứa và trộn với dung dịch H2SO3 để
tẩy trắng bột.
- Tách tinh bột
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 10
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
+ Từ thùng chứa sữa bột được bơm vào máy bơm ly tâm hoặc, sau đó lại được
trộn với dung dịch tẩy H2SO3 và bơm vào máy ly tâm tách dịch lần 2. Máy ly tâm
hoạt động liên tục, tinh bột được tháo ra liên tục. Nước sau khi qua ly tâm tách dịch
ra ngoài.
+ Lượng nước sạch được phun vào trong khi ly tâm dưới dạng tia nước áp lực
cao để rửa bột. Bể lắng cũng được dùng lắng bột nhưng hiệu suất kém hơn chỉ phù
hợp với quy mô sản xuất nhỏ. Qua giai đoạn ly tâm tách dịch đồng thời rửa sạch tinh
bột, sản phẩm sau khi qua ly tâm có độ trắng đạt yêu cầu. Hiệu suất thu hồi bột đạt
xấp xỉ 90%. Tinh bột ướt có độ ẩm khoảng 40% sau đó được ly tâm một lần nữa để
tách bớt nước sau đó được sấy khô, làm nguội, đóng bao.
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 11
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
Khoai mì
Rữa sơ bộ
Nước
Các
loại
đất
đá
Rữa ướt
Lóc vỏ
Vỏ
Cắt khúc
Nghiền
Bã
Ly tâm tách bã
Dịch
Lắng
Ly tâm tách dịch
Ép
Rữa tinh bột
Tinh bột loại 2
Sấy
Phơi khô
SO2
Thức ăn gia xúc
Làm nguội
Bao gói
TINH BỘT
Hình 2.1: Qui trình công nghệ chế biến tinh bột khoai mì
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 12
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
Khoai mì
Nước
Nước
Sàng, tách vỏ
Rữa, cắt khúc
Nghiền, tách bã
Nước, vỏ gỗ, cát
Nước thải, vụn mì
Bã, nước thải
Tinh bột ướt
Nước
Hóa chất
Quậy, pha loãng
Tẩy chua, tẩy trắng
Ly tâm
Sấy khô
Nước, dịch thải
Nhiệt thừa
Làm nguội
Đóng gói
Hình 2.2: Công nghệ chế biến tinh bột khoai mì kiểu Thái Lan
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 13
GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
Khoai mì
Nước
Nước
Sàng, tách vỏ
Rữa, cắt khúc
Nghiền, tách bả
Nước, vỏ gỗ, cát
Nước thải, vụn mì
Bã, nước thải
Tinh bột ướt
Nước
Lắng 1
Nước
Lắng 2
Vô bao
Hoàn thiện tại công ty khác
Hình 2.3: Công nghệ chế biến tinh bột khoai mì thủ công của
một số hộ gia đình ở Thủ Đức
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Trang 14
