Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải tinh bột khoai mì trên mô hình kỵ khí ABR và EGSB
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.34 MB, 129 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC
THẢI TINH BỘT KHOAI MÌ TRÊN MÔ
HÌNH KỴ KHÍ ABR VÀ EGSB
CBHD: TH.S NGUYỄN THỊ THANH PHƯNG
SVTH: NGUYỄN THỊ PHI YẾN
MSSV: 90203422
TP.HCM 1/2007
Bộ Giáo dục và Đào tạo Cộng hòa Xã hội Chủ nghóa Việt Nam
Đại học Quốc gia TP.HCM Độc lập Tự do Hạnh phúc
Trường Đại học Bách khoa TP.HCM
NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP
HỌ VÀ TÊN: .............................................................MSSV:........................................
NGÀNH:.....................................................................LỚP:...........................................
KHOA:........................................................................BỘ MÔN:...................................
1. Đầu đề luận án:.........................................................................................................
........................................................................................................................................
2. Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung và số liệu ban đầu): ....................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
3. Ngày giao luận án: ...................................................................................................
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:......................................................................................
5. Họ và tên người hướng dẫn:......................................................................................
6. Phần hướng dẫn:
a. :..................................................................................................................................
b. :..................................................................................................................................
c. :..................................................................................................................................
d. :..................................................................................................................................
Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua bộ môn
Ngày tháng năm
Chủ nhiệm bộ môn Người hướng dẫn chính
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
Phần dành cho Khoa, Bộ môn
Người duyệt:....................................................
Ngày bảo vệ:...................................................
Điểm tổng kết:.................................................
Nơi lưu trữ luận án:..........................................
LỜI CẢM ƠN
Luận văn tốt nghiệp là sự đúc kết cả quá trình học tập trên giảng đường đại
học, đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong cuộc đời của người sinh viên.
Em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến tất cả các thầy cô, gia đình và bạn
bè đã ủng hộ và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn này.
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô khoa Môi trường –
Trường Đại học Bách khoa TP.HCM – những người đã tận tâm truyền đạt những
kiến thức q báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt, em xin gửi đến Th.S Nguyễn
Thò Thanh Phượng lời trân trọng cảm ơn cô đã tận tình hướng dẫn em trong quá
trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Xin cảm ơn q thầy cô phản biện đã dành thời gian quan tâm đến luận văn
và đóng góp những ý kiến quý báu để luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin cảm ơn các cô chú, các anh chò tại cơ sở chế biến tinh bột khoai mì Thủ
Đức đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn.
Xin cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo của các anh chò làm việc trong phòng Thí
nghiệm Khoa Môi trường - Trường Đại học Bách khoa TP.HCM.
Xin cảm ơn tập thể lớp KMT02 và đặc biệt là các bạn đã cùng tôi thực hiện
luận văn tại phòng thí nghiệm đã cùng tôi trải qua những năm tháng khó quên
trong cuộc đời sinh viên.
Cuối cùng con xin gửi đến bố mẹ – người đã có công sinh thành dưỡng dục,
nguồn động viện tinh thần lớn nhất của con đãø tạo mọi điều kiện cho con ăn học
nên người những lời tri ân và tình cảm sâu sắc nhất.
Tp.HCM, ngày 22 tháng 12 năm 2006
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thò Phi Yến
i
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG................................................................................................. VI
DANH
MỤC
HÌNH ................................................................................................VII
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................X
CHƯƠNG
MỞ
ĐẦU.................................................................................................. 1
1.
ĐẶT
VẤN
ĐỀ ...............................................................................................2
2.
SỰ
CẦN
THIẾT
CỦA
ĐỀ
TÀI:.....................................................................3
3.
MỤC
TIÊU
CỦA
ĐỀ
TÀI..............................................................................3
4.
ĐỐI
TƯNG
NGHIÊN
CỨU
:.......................................................................3
5.
PHẠM
VI
NGHIÊN
CỨU
:............................................................................3
6.
PHƯƠNG
PHÁP
NGHIÊN
CỨU ...................................................................3
7.
NỘI
DUNG
NGHIÊN
CỨU...........................................................................4
8.
Ý
NGHĨA
THỰC
TIỄN
CỦA
ĐỀ
TÀI
..........................................................4
9.
GIỚI
HẠN
CỦA
ĐỀ
TÀI:..............................................................................4
10.
PHƯƠNG
PHÁP
PHÂN
TÍCH
:...................................................................5
CHƯƠNG1
:
TỔNG
QUAN
VỀ
NGÀNH
CHẾ
BIẾN
TINH
BỘT
KHOAI
MÌ
.... 6
1.1.
GIỚI
THIỆU
CHUNG
VỀ
KHOAI
MÌ
: .....................................................7
1.1.1 Cấu tạo củ khoai mì.............................................................................. 7
1.1.2 Thành phần hoá học ............................................................................. 9
1.1.3 Công dụng của khoai mì:.....................................................................10
ii
1.2.TỔNG
QUAN
VỀ
NGÀNH
CÔNG
NGHIỆP
SẢN
XUẤT
TINH
BỘT
MÌ
Ở
VIỆT
NAM
:............................................................................................................11
1.3.
CÁC
CÔNG
NGHỆ
CHẾ
BIẾN
TINH
BỘT
KHOAI
MÌ..........................13
1.3.1. Các khâu chủ yếu trong quy trình chế biến tinh bột khoai mì: ...........13
1.3.2. Quy trình chế biến tinh bột mì trên thế giới: ......................................13
1.3.3. Quy trình chế biến tinh bột mì trong nước:.........................................14
1.3.4. Một số quy trình sản xuất tinh bột khoai mì ở Việt Nam hiện nay :....15
1.3.5. Lưu lượng , thành phần và tính chất nước thải :................................18
1.4.
TÁC
ĐỘNG
ĐẾN
MÔI
TRƯỜNG
CỦA
NGÀNH
CHẾ
BIẾN
TINH
BỘT
KHOAI
MÌ
:.............................................................................................................20
1.4.1. Ô nhiễm nước thải ..............................................................................20
1.4.2. Ô nhiễm chất thải rắn..........................................................................21
1.5.
MỘT
SỐ
QUY
TRÌNH
XỬ
LÝ
NƯỚC
THẢI
TINH
BỘT
MÌ
Ở
VIỆT
NAM
......................................................................................................................22
1.5.1. Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì Phước Long ...............................22
1.5.2 Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì Tân Châu-Tây Ninh....................22
1.5.3. Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì Hoàng Minh ..............................25
CHƯƠNG
2
:TỔNG
QUAN
VỀ
QUÁ
TRÌNH
SINH
HỌC
KỴ
KHÍ.....................27
2.1
KHÁI
NIỆM
:............................................................................................28
2.2
CÁC
GIAI
ĐOẠN
CỦA
QUÁ
TRÌNH
KỴ
KHÍ
:.......................................30
2.3
ĐỘNG
HỌC
CỦA
QUÁ
TRÌNH
PHÂN
HUỶ
KỴ
KHÍ
:...........................33
2.4
ẢNH
HƯỞNG
CỦA
CÁC
YẾU
TỐ
MÔI
TRƯỜNG
:...............................37
2.4.1 . Nhiệt độ :...........................................................................................37
iii
2.4.2 pH:......................................................................................................38
2.4.3 . Dung dòch và các nguyên tố vết :.......................................................40
2.4.4. Tính độc và tính ức chế : ...................................................................40
2.5.
CÔNG
NGHỆ
XỬ
LÝ
KỴ
KHÍ:...............................................................43
2.5.1 ABR .....................................................................................................44
2.5.2 EGSB ...................................................................................................46
2.6
CƠ
SỞ
LỰA
CHỌN
CÔNG
NGHỆ
XỬ
LÝ..............................................47
CHƯƠNG
3
:
MÔ
HÌNH
VÀ
PHƯƠNG
PHÁP
NGHIÊN
CỨU.............................49
3.1
CƠ
SỞ
LỰA
CHỌN
MÔ
HÌNH
NGHIÊN
CỨU ......................................50
3.2
ĐỐI
TƯNG
NGHIÊN
CỨU
: .................................................................51
3.3
MÔ
HÌNH
THÍ
NGHIỆM:........................................................................52
3.3.1 Mô hình ABR : ....................................................................................52
3.3.2 Mô hình EGSB :..................................................................................53
3.3.
PHƯƠNG
PHÁP
NGHIÊN
CỨU.............................................................54
3.3.1. Bể ABR : .............................................................................................54
3.3.2. Bể EGSB :...........................................................................................55
3.4
PHƯƠNG
PHÁP
PHÂN
TÍCH
:................................................................55
CHƯƠNG
4
:KẾT
QUẢ
NGHIÊN
CỨU
VÀ
BÀN
LUẬN.....................................56
A
–
MÔ
HÌNH
ABR
:................................................................................................57
4.1
GIAI
ĐOẠN
THÍCH
NGHI
BỂ
ABR
:......................................................57
4.2
KẾT
QUẢ
KHẢO
SÁT
Ở
NỒNG
ĐỘ
COD
=
1500
MG
/
L
(
HRT=3
NGÀY
).
......................................................................................................................61
iv
4.3
KẾT
QUẢ
KHẢO
SÁT
Ở
NỒNG
ĐỘ
COD
VÀO
1500
MG
/
L
...................65
(
HRT=1.5
NGÀY
)...........................................................................................65
4.4
KẾT
QUẢ
KHẢO
SÁT
Ở
NỒNG
ĐỘ
COD
VÀO
3000
MG
/
L
(HRT=
1.5
NGÀY
) ...................................................................................................................68
4.4.1. Kết quả khảo sát theo thời gian:.........................................................68
4.4.2. Kết quả khảo sát theo chiều dài mô hình...........................................71
4.5
KẾT
QUẢ
KHẢO
SÁT
Ở
NỒNG
ĐỘ
COD
VÀO
4500
MG/L.................76
4.5.1. Kết quả khảo sát theo thời gian..........................................................76
4.5.2. Kết quả khảo sát theo chiều dài bể.....................................................78
4.6.
KẾT
QUẢ
KHẢO
SÁT
Ở
NỒNG
ĐỘ
COD
VÀO
6000
MG/L................82
4.6.1 Kết quả khảo sát theo thời gian...........................................................82
4.6.2. Kết quả khảo sát theo thời gian..........................................................85
4.7
HIỆU
QUẢ
KHẢO
SÁT
THEO
TẢI
TRỌNG
:........................................89
B-
MÔ
HÌNH
EGSB:................................................................................................94
4.8
GIAI
ĐOẠN
THÍCH
NGHI
BỂ
EGSB
VỚI
NỒNG
ĐỘ
COD=500
MG/L
(HRT
=
1
NGÀY
)....................................................................................................94
4.9
GIAI
ĐOẠN
THÍCH
NGHI
BỂ
EGSB
VỚI
NỒNG
ĐỘ
COD=2000
MG/L
(HRT
=
12
GIỜ).......................................................................................................97
C
-
SO
SÁNH
MÔ
HÌNH
ABR
VÀ
EGSB
: ..........................................................101
CHƯƠNG
5
:
KẾT
LUẬN
VÀ
KIẾN
NGHỊ.........................................................103
5.1
KẾT
LUẬN
:..........................................................................................104
5.1.1 Môâ hình ABR :...................................................................................104
5.1.2 Mô hình EGSB :.................................................................................105
5.2
HƯỚNG
PHÁT
TRIỂN
LUẬN
VĂN
: ...................................................105
v
5.3
KIEÁN
NGHÒ ...........................................................................................106
PHUÏ
LUÏC
.....................................................................................................109
vi
Bảng 1.1: Thành phần hoá học của khoai mì theo Đoàn Dụ và các cộng sự ........ 9
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của tinh bột mì ..................................................... 9
Bảng 1.3. Thành phần tính chất nước thải tinh bột khoai mì ................................ 18
Bảng 1.4 : Kết quả phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm của nước thải chế biến tinh bột mì
tại quận Thủ Đức ................................................................................................. 19
Bảng 2.1. Hằng số động học của nuôi cấy kỵ khí theo Henzen và Harremoes (1983)
..............................................................................................................................36
Bảng 2.2 .Các hợp chất gây độc và ức chế quá trình kỵ khí :................................ 42
Bảng 3.1:Kết quả phân tích nước thải các cơ sở sản xuất tinh bột mì ở quận Thủ
Đức : ...................................................................................................................... 50
Bảng 4.1 kết quả thí nghiệm với nồng độ COD=1000 mg/l(HRT=3ngày)............. 57
Bảng 4.2 :Kết quả thí nghiệm ở nồng độ COD=1500mg/l (HRT=3ngày).............. 61
Bảng 4.3 : Kết quả thí nghiệm ở nồng độ COD=1500mg/l (HRT=1.5 ngày)......... 65
Bảng 4.4: Kết quả thí nghiệm ở nồng độ COD=3000 mg/l(HRT=1.5 ngày........... 68
Bảng 4.5 : Kết quả theo chiều dài bể ở nồng độ COD =3000mg/l ........................ 71
Bảng 4.6: Kết quả thí nghiệm ở nồng độ COD=4500(mg/l ) ................................. 76
Bảng 4.7:Kết quả thí nghiệm theo chiều dài bể ở nồng độ COD=4500mg/l ......... .. 78
Bảng 4.8: Kết quả thí nghiệm ở nồng độ COD=6000(mg/l) .................................. 82
Bảng 4.9:Kết quả thí nghiệm theo chiều dài bể ở nồng độ COD=6000mg/l ............ 85
Bảng 4.10: Hiệu quả mô hình kò khí ABR theo tải trọng .......................................... 89
Bảng 4.11: Kết quả thí nghiệm với nồng độ COD=500mg/l.................................. 94
Bảng 4.12: Kết quả thí nghiệm với nồng độ COD=2000mg/l ................................ 98
vii
Hình 1.1. Quy trình sản xuất tinh bột mì tại Inđonesia. ........................................ 14
Hình 1.2. Quy trình chế biến tinh bột khoai mì tại Việt Nam ................................. 15
Hình 1.3 Sơ đồ Công nghệ chế biến tinh bột mì ở nhà máy Phước Long ............. 15
Hình 1.4. Quy trình sản xuất tinh bột mì tại nhà máy Hoàng Minh ...................... 16
Hình 1.5. Công nghệ sản xuất tinh bột khoai mì thủ công .................................... 17
Hinh 1.6 Quy trình xử lý nước thải tinh bột mì tại nhà máy Phước Long.............. 22
Hinh 1.7 Quy trình xử lý nước thải tinh bột mì tại nhà máy Tân Châu ................. 23
Hình 1.8 Quy trình công nghệ xử lý nước thải tinh bột mì ở NM HoàngMinh....... 25
Hình 2.1 : Quá trình phân hủy linamarin giải phóng HCN.................................... 48
Hình 3.1: Mô hình ABR ......................................................................................... 52
Hình 3.2: Mô hình EGSB........................................................................................ 53
Đồ thò 4.1:Biểu diễn sự biến thiên pH theo thời gian ở nồng độ COD = 1000 mg/l
............................................................................................................................... 59
Đồ thò 4.2 : Biến đổi COD theo thời gian ở nồng độ COD =1000mg/l ................. 60
Đồ thò 4.3 :Biểu thò sự thay đổi NH
3
theo thời gian ở nồng độ COD=1000mg/l .... 60
Đồ thò 4.4 :Sự thay đổi COD theo thời gian ở nồng độ COD=1500mg/l (HRT=3ngày)
............................................................................................................................. 62
Đồ thò 4.5 : Biểu diễn sự thay đổi pH theo thời gian ở nồng độ COD=1500mg/l .. 63
viii
Đồ thò 4.6 : Sự thay đổi NH
3
theo thời gian ở nồng độ COD=1500mg/l ................ 63
Đồ thò 4.7 : Sự thay đổi pH theo thời gian ở nồng độ COD=1500mg/l ................. 67
Đồ thò 4.8: Sự thay đổi COD theo thời gian ở nồng độ COD=1500mg/l ............... 67
Đồ thò 4.9: Sự thay đổi NH
3
theo thời gian ở nồng độ COD=1500mg/l ................ 68
Đồ thò 4.10: Sự thay đổi pH theo thời gian ở nồng độ COD=3000mg/l ................. 70
Đồ thò 4.11 : Sự thay đổi COD theo thời gian ở nồng độ COD=3000mg/l............ 70
Đồ thò 4.12 : Sự thay đổi NH
3
theo thời gian ở nồng độ COD=3000mg/l ............. 71
Đồ thò 4.13 : Sự thay đổi pH theo chiều dài bể ở nồng độ COD=3000mg/l........... 74
Đồ thò 4.14 : Sự thay đổi COD theo chiều dài bể ở nồng độ COD=3000mg/l ..... 74
Đồ thò 4.15 : Sự thay đổi NH
3
theo chiều dài bể ở nồng độ COD=3000mg/l ........ 75
Đồ thò 4.16: Sự thay đổi VFA theo chiều dài bể ở nồng độ COD=3000mg/l ........ 75
Đồ thò 4.17 : Sự thay đổi pH theo thời gian ở nồng độ COD=4500mg/l ............... 77
Đồ thò 4.18: Sự thay đổi COD theo thời gian ở nồng độ COD=4500mg/l ............. 77
Đồ thò 4.19: Sự thay đổi NH
3
theo thời gian ở nồng độ COD=4500mg/l .............. 79
Đồ thò 4.20 :Sự biến đổi pH theo chiều dài bể ở nồng độ COD=4500mg/l............ 80
Đồ thò 4.21 :Biến đổi COD theo chiều dài bể ở nồng độ COD=4500mg/l ............ 81
Đồ thò 4.22: Biến đổi NH
3
theo chiều dài bể ở nồng độ COD=4500mg/l ............ 81
Đồ thò 4.23 : Biến đổi VFA theo chiều dài bể ở nồng độ COD=4500mg/l............. 82
Đồ thò 4.24: Sự thay đổi pH theo thời gian ở nồng độ COD=6000mg/l ................. 84
ix
Đồ thò 4.25 : Sự thay đổi COD theo thời gian ở nồng độ COD=6000mg/l ............ 84
Đồ thò 4.26 : Sự thay đổi NH
3
theo thời gian ở nồng độ COD=6000mg/l ............. 85
Đồ thò 4.27: Sự thay đổi pH theo chiều dài bể ở nồng độ COD=6000mg/l............ 87
Đồ thò 4.28: Sự thay đổi COD theo chiều dài bể ở nồng độ COD=6000mg/l ....... 88
Đồ thò 4.29: Sự thay đổi NH
3
theo chiều dài bể ở nồng độ COD=6000mg/l .......... 88
Đồ thò 4.30 : Sự thay đổi VFA theo chiều dài bể ở nồng độ COD=6000mg/l ........ 89
Đồ thò 4.31: Hiệu quả mô hình kỵ khí ABR theo tải trọng ..................................... 90
Đồ thò 4.32: Sự thay đổi pH theo thời gian ở nồng độ COD=500mg/l .................. 96
Đồ thò 4.33: Sự thay đổi COD theo thời gian ở nồng độ COD=500mg/l................ 96
Đồ thò 4.34: Sự thay đổi NH
3
theo thời gian ở nồng độ COD=500mg/l ................. 97
Đồ thò 4.35: Sự thay đổi pH theo thời gian ở nồng độ COD=2000mg/l ................. 99
Đồ thò 4.36: Sự thay đổi NH
3
theo thời gian ở nồng độ COD=2000mg/l ............... 99
Đồ thò 4.37: Sự thay đổi COD theo thời gian ở nồng độ COD=2000mg/l.............. 100
x
AF
Anaerobic Filter – lọc sinh học kỵ khí
BOD
Biological oxygen demand – Nhu cầu oxy sinh hóa
COD
Chemical oxygen demand – Nhu cầu oxi hóa học
HRT
Hydraulic retention time – Thời gian lưu nước
HQXL
Hiệu quả xử lý
NT
Nước thải
ABR
Anaerobic Baffle Reactor – Bể phản ứng kỵ khí vách ngăn
EGSB
Expanded Granular Sludge Bed
SS
Suspended Solid : Chất rắn lơ lửng.
UASB
Upflow Anaerobic Sludge Blanket – Bể phản ứng kò khí với lớp
bùn dòng chảy ngược
VS
Volatile Solid - Chất rắn bay hơi.
VSS
Volatile Suspended Solid - Chất rắn lơ lửng bay hơi.
VFA
Volatile Fat Acid
Chöông mô ûñaàu
1
Chương mơ ûđầu
2
1
. Đặt vấn đề
Sản xuất hộ gia đình tập trung tại các đòa phương vẫn còn là một hình thức khá
phổ biến trong nền kinh tế Việt Nam , góp phần tạo việc làm ổn đònh cho cư dân
đòa phương, mang tính chất gia đình và đồng thời đóng góp một phần vào ngân
sách, giúp duy trì các truyền thống tốt đẹp tại đòa phương. Tuy nhiên, do phát triển
tự phát, đồng thời nhận thức về môi trường của người dân chưa cao nên hoạt động
của làng nghề đã phát sinh các vấn đề môi trường liên quan đến: nước thải, khí
thải, chất thải rắn… Vì các cơ sở sản xuất nằm sát hoặc ngay tại nhà dân và chất
thải hoàn toàn chưa có biện pháp xử lý nên đã lan truyền và gây ô nhiễm môi
trường ngày càng nghiêm trọng. Sự ô nhiễm môi trường không chỉ ảnh hưởng đến
điều kiện sinh hoạt, sức khỏe của người dân mà còn ảnh hưởng đến các hoạt động
sản xuất khác . Trước tình hình đo,ù dân cư xung quanh đã có các phản ứng mạnh,
yêu cầu sự hổ trợ của chính quyền tìm ra các biện pháp khắc phục kòp thời.
Hiện nay trong số các ngành nghề đang hoạt động và góp phần gây ô nhiễm
môi trường phải kể đến ngành nghề chế biến tinh bột mì . Do qui mô sản xuất còn
chưa phát triển, phần lớn nước thải sản xuất tinh bột được xả thẳng xuống hệ thống
kênh rạch hoặc các khu đất trống tự thấm nước, làm môi trường sống ở đây có
những chuyển biến theo chiều hướng đáng lo ngại. Nước thải tinh bột khoai mì với
lưu lượng lớn và hàm lượng chất hữu cơ quá cao khi chảy vào kênh rạch đã phân
hủy, bốc mùi chua nồng, còn nước thải đỏ hồng do phản ứng chuyển hoá của CN.
Nước thải này đã ngấm vào nước ngầm làm cho các giếng không thể sử dụng cho
mục đích ăn uống và sinh hoạt, nước thải ứ đọng trong các mương rảnh cũng bốc
mùi hôi thối đến mức khó chòu…
Đứng trước thực trạng môi trường đang bò suy thoái nghiêm trọng, việc tìm ra
công nghệ xử lý nước thải phù hợp có ý nghóa hết sức thiết thực nhằm cải thiện
điều kiện môi trường sống, khắc phục hiện trạng ô nhiễm.
Luận án mong muốn các kết quả nghiên cứu sẽ được phổ biến và góp phần
ứng dụng trong việc cải thiện môi trường .
Chương mơ ûđầu
3
2. Sự cần thiết của đề tài:
Hiện nay, nhiều công nghệ xử lý nước thải tinh bột khoai mì đã được áp dụng
ở nước ta như: áp dụng phương pháp sinh học kò khí (UASB), phương pháp hoá lý
(keo tụ)ï kết hợp phương pháp sinh học hiếu khí (bùn hoạt tính), hồ sinh học (kò khí,
tùy nghi, hiếu khí). Tuy nhiên, thực tế cho thấy các hệ thống hoạt động không hiệu
quả và khá phức tạp. Vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu một công nghệ xử lý vừa có
hiệu quả về mặt kinh tế và phù hợp với điều kiện sản xuất thủ công, quy mô nhỏ lẻ
ở nước ta. Mô hình ABR và EGSB được nghên cứu để mong có được kết quả ứng
dụng phù hợp trong thực tế , đặc biệt công nghệ trên chưa được nghiên cứu trên
nước thải tinh bột mì và cũng chưa được ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam .
3. Mục tiêu của đề tài
Xác đònh hiệu quả xử lý của nước thải tinh bột khoai mì trên mô hình kỵ khí
ABR và EGSB từ đó đề ra công nghệ thích hợp để xử lý nước thải tinh bột khoai mì.
4. Đối tượng nghiên cứu :
Đối tượng nghiên cứu của luận văn này là nước thải ngành công nghiệp sản
xuất tinh bột mì .Đây là một trong những loại nước thải gây ô nhiễm nặng nề cho
môi trường do tải lượng ô nhiễm hữu cơ cao , độ pH thấp , hàm lượng chất rắn lơ
lửng và dinh dưỡng cao , khi thải ra kênh rạch không thông qua quá trình xử lý có
thể gây nguy hại cho hệ động thực vật thủy sinh , giảm oxy hòa tan , gây mùi hôi
thối do phân huỷ kỵ khí .
5. Phạm vi nghiên cứu :
Nước thải lấy từ các cơ sở chế biến tinh bột mì ở quận Thủ Đức , Thành phố
Hồ Chí Minh .
6. Phương pháp nghiên cứu
Tham khảo và tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước.
Tiến hành thí nghiệm trên mô hình thực tế.
Lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu
Theo dõi, đánh giá, nhận xét các thông số thực nghiệm.
Chương mơ ûđầu
4
Xử lý số liệu, tính toán, vẽ đồ thò trên Excel và viết báo cáo.
7. Nội dung nghiên cứu
Tổng quan về công nghệ sản xuất tinh bột khoai mì và một số công nghệ
xử lý đang được áp dụng ở nước ta.
Tổng quan về công nghệ xử lý kỵ khí , công nghệ ABR và EGSB .
Xác đònh thành phần, tính chất nước thải tinh bột khoai mì.
Thiết lập và nghiên cứu mô hình ABR và EGSB .
Thí nghiệm hiệu quả xử lý COD của ABR theo các tải trọng khác nhau
theo nồng độ COD tăng dần từ 1000-1500-3000-4500-6000 mg/l.
So sánh hiệu quả của hai quá trình kỵ khí ABR và EGSB. So sánh ưu ,
nhược điểm của hai quá trình .
Đề xuất quy trình xử lý phù hợp
8. Ý nghóa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đánh giá hiệu quả xử lý và khả năng áp dụng thực tiễn.
Đề xuất phương án xử lý hữu hiệu cho nước thải sản xuất tinh bột với
nhiều ưu điểm như đơn giản, chi phí thấp, tiết kiệm diện tích đất….
9. Giới hạn của đề tài:
Luận văn nghiên cứu khả năng xử lý của mô hình Hybrid UASB – Lọc kỵ khí
như là một giai đoạn của quá trình xử lý nước thải tinh bột khoai mì. Tuỳ vào yêu
cầu xử lý mà nước thải đầu ra cần qua các công đoạn xử lý tiếp theo rồi mới thải ra
môi
Chương mơ ûđầu
5
10. Phương pháp phân tích :
Phân tích các chỉ tiêu pH, COD, N- NH3, N- tổng…. theo standard method for
the examination of water and wastewater, 1994.
11. Thời gian thực hiện :
Thời gian thực hiện luận văn : 20/9/2006 – 24/12/2006
Chương 1 : Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
6
TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ
BIẾN TINH
BỘT KHOAI MÌ
Chương 1 : Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
7
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHOAI MÌ :
Khoai mì có tên khoa học là Manigot esculent a krantz là loại cây phát
triển ở các vùng khí hậu nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới. Khoai mì có nguồn gốc từ
lưu vực sông Amazon ở Nam Mỹ. Sau đó, phát triển dần đến Châu Phi và Đông
Nam Á .
Khoai mì có chứa hàm lượng tinh bột cao được sử dụng dưới dạng tươi hay
khô dạng cục hay bột mòn. 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.
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.
Hiện nay ở phía nam, những vùng có diện tích trồng và thu hoạch khoai mì
có sản lượng cao như Quy Nhơn, Đồng Nai, Bình Phước, Tây Ninh đã và đang
xây dựng nhà máy tinh bột khoai mì với năng suất và chất lượng cao.
1.1.1 Cấu tạo củ khoai mì
Khoai mì được trồng phổ biến tại các vùng nhiệt đới (80 quốc gia). Chúng
được trồng riêng lẻ hay xen kẽ với các loại cây lương thực, cây công nghiệp
khác như: bắp, lúa, đậu, cao su, rau… Đây là loại cây lương thực đứng thứ ba trên
thế giới sau mía và gạo. Khoai mì có hàm lượng carbonhydrat cao hơn 40% so
với gạo, 25% so với ngô.
Củ khoai mì thường có dạng hình trụ, vuốt hai đầu. Kích thước củ tùy thuộc
vào thành phần dinh dưỡng của đất và điều kiện trồng, dài 0,1÷1m, đường kính
2÷10cm. Cấu tạo gồm 4 phần chính : lớp vỏ gỗ, lớp vỏ cùi, phần thòt củ và phần
lõi.
Vỏ go
ã : 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
Chương 1 : Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
8
bột, các chất chứa nitrogen và dòch bào. Trong dòch 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 dòch bào làm ảnh hưởng
đến màu sắc của tinh bột.
Thòt 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 thòt củ chứa nhiều tinh bột, càng vào sâu
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.
Lõi củ khoai mì ở trung tâm dọc suốt từ cuống tới chuôi củ. cuống lõi to
nhất rồi nhỏ dần tới chuôi, chiếm 0,3 1% trọng lượng củ. Thành phần lõi là
cellulose và hemi-cellulose.
Phân loại khoai mì :
Có nhiều cách phân loại khoai mì khác nhau, nhưng chủ yếu được phân ra
làm 2 loại: Khoai mì đắng và khoai mì ngọt. Việc phân loại này phụ thuộc vào
thành phần Cyanohydrin có trong củ mì.
Khoai mì đắng
(Manihot palmata Muell hay Manihot aipr Pohl): Hàm
lượng HCN hơn 50mg/kg củ. Khoai mì đắng có thành phần tinh bột cao, sử dụng
phổ biến làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, công
nghiệp hóa dược, công nghiệp giấy và nhiều ngành công nghiệp khác.
Khoai mì ngọt
(Manihot aipi hay Manihot utilissima Pohl): Hàm lượng
HCN nhỏ hơn 50mg/kg củ. Khoai mì ngọt chủ yếu được dùng làm thực phẩm tươi
vì vò ngọt và dễ tạo thành bột nhão, dễ nghiền nát hay đánh nhuyễn.
Chương 1 : Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
9
1.1.2 Thành phần hoá học
Thành phần hoá học của khoai mì thay đổi tuỳ thuộc vào giống trồng, tính
chất, độ dinh dưỡng của đất, điều kiện phát triển của cây và thời gian thu
hoạch.
Bảng 1.1: Thành phần hoá học của khoai mì theo Đoàn Dụ và các cộng
sự (1983).
THÀNH PHẦN
(%TRỌNG LƯNG)
Nước 70,25
Tinh bột 21,45
Chất đạm 1,12
Tro 0,4
Protein 1,11
Chất béo 5,13
Chất xơ 5,13
Độc tố (CN
-
) 0,001 – 0,04
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của tinh bột mì
( />)
THÀNH PHẦN % TRỌNG LƯNG
Nước 70%
Protein 1%
Tinh bột 24%
Chất xơ 2%
Thành phần khác 3%
Đường trong khoai mì chủ yếu là glucose và một ít maltosec, sacharose.
Khoai mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm .Trong quá trình chế biến
đường hồ tan trong nước thải ra ngoài .
Chất đạm trong khoai mì đến nay vẫn chưa được nghiên cứu , tuy nhiên
hàm lượng đạm trong khoai mì khá thấp nên ít ảnh hưởng đến môi trường .
Ngoài thành phần dinh dưỡng, trong củ khoai mì còn có độc tố, tanin,
sắc tố và cả hệ enzyme phức tạp.Theo một số nghiên cứu thì trong số các enzym
thì polyphenolonoxydaza xúc tác quá trình oxy hóa polyphenol như acid amin
Chương 1 : Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
10
tạo thành các chất có màu . Những chất này gây khó khăn cho quá trình chế biến
nếu qui trình sản xuất không thích hợp sẽ cho sản phẩm kém chất lượng .Đặc
biệt trong củ khoai mì có chứa độc tố cyanide CN
-
, thường trong các chóp củ ,
nhất là các vùng bò tổn thương do rễ tranh ăn luồng vào khi chăm bón đụng phải
. Tùy thuộc giống và đất trồng trồng mà hàm lượng độc tố trong khoai mì
khoảng 0,001 - 0,04%. Khi củ chưa đào nhóm này nằm ở dạng glucozite gọi là
phaseolutanin (C
10
H
17
NO
6
) . Dưới tác dụng của enzym hay ở môi trường acid ,
chất này phân hủy tạo thành glucoze acetone và acid cyanhdric (HCN
-
) .Như vậy
sau khi đào củ khoai mì mới xuất hiện HCN
-
tự do vì khi đà để “tự vệ” các
enzym trong củ mới bắt đầu hoạt động mạnh và đặc biệt xuất hiện nhiều trong
khi chế biện và sau khi ăn ( trong dạ dày người hay gia súc là môi trường acid và
dòch trong chế biến , hòa tan tốt trong nước , kém tan trong rượu etylic và
metylic , rất ít khi hòa tan trong chloroform và hầu như không tan trong ether . Vì
hòa tan tốt trong nước nên khi chế biến , độc tố theo nước dòch ra ngoài . Tùy
thuộc vào giống và đất trồng … lượng độc tố có thể từ 0.001-0.04%. 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 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, gào
thét, ói mửa, 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.Đó là lý do vì sao việc khử CN- rất quan trọng
đối với hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột khoai mì .
1.1.3 Công dụng của khoai mì:
Khoai mì là loại củ nhiều tinh bột cho nên được dùng làm lương thực, thực
phẩm. Một số nước Châu Phi có số dân khoảng 200 triệu người dùng khoai mì
làm lương thực chính.
Chương 1 : Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
11
Khoai mì có thể ăn tươi hoặc chế biến dạng lát, phơi khô, bột khô hoặc tinh
bột. Khi dùng khoai mì làm lương thực phải bổ sung thêm nhiều protein và chất
béo mới đáp ứng đủ nhu cầu của con người và gia súc.
Tinh bột khoai mì dùng làm nguyên liệu trong sản xuất, chế biến các sản
phẩm bánh kẹo, mạch nha, đường glucoza, bột ngọt hay các thực phẩm dưới
dạng tinh bột qua chế biến như bún, miến, …
1.2. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT
TINH BỘT MÌ Ở VIỆT NAM :
Diện tích vùng trồng khoai mì ở Việt Nam khoảng 589.800 mẫu (Anh), chủ
yếu ở các tỉnh Sơn La (37.600 mẫu), Thanh Hóa (35.600), Quảng Nam (30.600),
Kon Tum (27.700), Nghệ An (26.900), Bình Đònh (26.700), Quảng Ngãi
(25.900), Phú Thọ (21.300), Yên Bái ( 20.300), Lai Châu (20.300), và Bà Ròa –
Vũng Tàu (19.000) (General Statisfical Office, 1998).
Việt Nam ngành chế biến khoai mì phổ biến từ thế kỷ 16 .
Ngành sản công nghiệp sản xuất tinh bột mì ở Việt Nam có thể phân thành
ba qui mô, phụ thuộc vào năng suất và kó thuật sản xuất: qui mô nhỏ, qui mô vừa
và qui mô lớn.
Qui mô nhỏ-qui mô hộ gia đình- tập trung ở vùng nông nghiệp của 13 tỉnh
thành của Việt Nam. Số lượng nhân công dao động từ 3 – 7 người, làm việc theo
ca, một ca từ 32 –40 tiếng. Một ca tiêu thụ từ 2- 10 tấn khoai mì tươi để sản xuất
ra từ 500 – 2600 kg tinh bột mì khô, phụ thuộc vào chất lượng củ mì và đặc điểm
của quá trình sản xuất.. Hầu hết các các hộ gia đình đều sản suất 2 –3 hạng tinh
bột khô khác nhau, chất lượng từ thấp đến cao.
Hầu hết các nhà máy qui mô vừa bắt đầu sản xuất từ sau năm 1995. Cứ ba
tỉnh sản xuất tinh bột chính thì có từ 4 – 6 nhà máy qui mô vừa. Nhân công từ 10
– 50 người, năng xuất sản xuất dao động từ 15 – 100 tấn khoai mì tươi trong một
ngày, sản xuất ra từ 4 – 20 tấn tinh bột khô. Hầu hết các công ty sản xuất 2 loại
tinh bột: ẩm và khô. Sự khác nhau với qui mô nhỏ là những nhà máy qui mô
trung bình có thể nâng năng suất lên cao hơn và có thể cải tiến qui trình và công
nghệ sản xuất. Máy móc hiện đại hơn được áp dụng trong việc bóc vỏ, băm,
Chương 1 : Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
12
chiết tách ( bằng ly tâm), lọc và sấy khô. Như vậy, năng suất sẽ cao hơn, sử
dụng ít nhân công, nhưng tốn nhiều nước và nhiên liệu. Nhà máy qui mô trung
bình không sử dụng SO
2
để tẩy trắng tinh bột.
Hiện nay, Việt Nam đang đứng thứ 16 trên thế giới về sản lượng củ mì, với
sản lượng hằng năm khoảng 2.050.000 tấn (Diệu, 2003). Từ trước năm 1995,
phần lớn củ mì được tiêu thụ trong nước và xuất khẩu là khoai mì lát (Khoa,
1998). Nhưng mức xuất khẩu khoai mì lát có giá trò thấp và không ổn đònh. Từ
năm 1995 trở về sau, rất nhiều nhà máy chế biến tinh bột khoai mì mới được xây
dựng, tập trung vào các tỉnh phía Nam, giải quyết công ăn việc làm cho người
lao động, nâng cao giá trò xuất khẩu của tinh bột khoai mì (Khoa, 1998).
Những năm gần đây, do yêu cầu phát triển của ngành chăn nuôi và ngành
chế biến thực phẩm về tinh bột mì gia tăng, sản lượng khoai mì hằng năm đạt
khoảng 3 triệu tấn. Theo Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn dự báo sản
lượng chế biến tinh bột khoai mì vào năm 2010 của nước ta đạt 600.000 tấn sản
phẩm. Cùng theo sự gia tăng về sản lượng là lượng nước thải từ quá trình sản
xuất.Cứ một tấn tinh bột khoai mì thành phẩm thì môi trường sẽ nhận từ 12 –15
m3 nước thải với nồng độ chất hữu cơ rất cao (Hiền và cộng sự, 1999; Mai và
cộng sự, 2001; Diệu, 2003). Ước tính trung bình những năm gần đây, ngành chế
biến tinh bột khoai mì (bao gồm nhà máy chế biến và hộ gia đình) đã thải ra môi
trường 500.000 tấn bã thải và 15 triệu m3 nước thải mỗi năm. Thành phần của
các loại chất thải này chủ yếu là các hợp chất hữu cơ - các chất dinh dưỡng này
khi thải ra môi trường nhanh chóng bò phân huỷ gây ô nhiễm nghiêm trọng đến
các môi trường đất, nước, không khí,...ảnh hưởng đến cuộc sống của cộng đồng
dân cư trong khu vực. Hiện nay, ở một số nhà máy chế biến tinh bột nồng độ
COD trong nước thải lên đến 19.000 mg/l, vượt TCVN hàng trăm lần
Do đó cần có công nghệ xử lý phù hợp để vừa có thể phát triển ngành sản
xuất vừa bảo vệ môi trường. Đó là lí do vì sao việc xử lý nước thải nhà máy chế
biến tinh bột mì trở thành vấn đề quan trọng hiện nay.
