Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng công nghệ Hybrid UASB - lọc kỵ khí
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.98 MB, 128 trang )
BK
TP.HCM
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 KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
TINH BỘT KHOAI MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ
HYBRID UASB - LỌC KỴ KHÍ
CBHD: TH.S NGUYỄN THỊ THANH PHƯNG
SVTH: HÁN THỊ HIỆP
MSSV: 90200851
TP.HCM 1/2007
Bộ Giáo dục và Đào tạo Cộng hòa Xã hội Chủ nghóa ViệtNam
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:...........................................
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
TP.HCM, ngày…….tháng…....năm…….
Giáo viên hướng dẫn
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
TP.HCM, ngày…….tháng…....năm…….
Giáo viên phản biện
i
FDEG
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. Trong quá
trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của tất cả mọi người.
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 MO02KMT 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 đới 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.
Ngày 22, tháng 12, năm 2006
Sinh viên thực hiện
Hán Thò Hiệp
ii
Bên cạnh việc mang lại nhiều lợi ích kinh tế, sản xuất tinh bột khoai mì là một
trong những ngành gây ra các tác động lớn đối với môi trường. Các chất thải phát sinh
trong quá trình sản xuất bao gồm nước thải, khí thải và chất thải rắn. Đặc biệt, nước
thải tinh bột khoai mì vơiù lưu lượng lớn và hàm lượng chất hữu cơ cao đã gây nên tình
trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Ngoài ra, các công nghệ xử lý áp dụng đối
với nước thải tinh bột mì hiện nay vẫn chưa đạt hiệu quả cao. Do đó việc nghiên cứu
xử lý nước thải của ngành chế biến tinh bột khoai mì rất cần thiết và có ý nghóa môi
trường rất lớn.
Qua quá trình nghiên cứu xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng công nghệ USBF
_ kết hợp UASB và lọc sinh học kỵ khí trong cùng một mô hình, luận văn đã đạt được
một số kết quả sau:
USBF có khả năng xử lý nước thải tinh bột khoai mì với hiệu quả cao
từ 80-98 %. Riêng phần UASB chỉ với thời gian lưu nước 16h hiệu quả xử lý
CODû đã đạt được 90%.
Đề xuất công nghệ đơn giản, khả năng chòu biến động tải lượng ô
nhiễm cao, không chiếm nhiều diện tích và không đòi hỏi việc xử lý bùn phát
sinh trong quá trình vận hành.
iii
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
TÓM TẮT LUẬN VĂN..................................................................................................ii
MỤC LỤC.......................................................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG......................................................................................................vii
DANH MỤC HÌNH......................................................................................................viii
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT.............................................................................xi
CHƯƠNG MỞ ĐẦU........................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN TINH BỘT KHOAI MÌ.......4
1.1 Tổng quan về khoai mì....................................................................................... 5
1.1.1 Cấu trúc của khoai mì .......................................................................... 6
1.1.2 Thành phần hoá học.............................................................................7
1.1.3 Công dụng của khoai mì.......................................................................8
1.2 Các công nghệ chế biến tinh bột khoai mì ...................................................... 8
1.2.1 Các công đoạn chủ yếu trong quy trình chế biến tinh bột khoai mì .... 8
1.2.2 Quy trình chế biến tinh bột khoai mì trên thế giới...............................9
1.2.3 Quy trình chế biến tinh bột khoai mì trong nước................................ 11
1.2.4 Một số quy trình sản xuất tinh bột khoai mì ở Việt Nam hiện nay.... 11
1.3 Tác động đến môi trường của ngành chế biến tinh bột khoai mì ................ 15
iv
1.3.1 Ô nhiễm nước thải.............................................................................. 15
1.3.2 Ô nhiễm chất thải rắn......................................................................... 17
1.3.3 Ô nhiễm khí thải................................................................................17
CHƯƠNG2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝÙ NƯỚC THẢI TINH BỘT KHOAI
MÌ ................................................................................................................................... 18
2.1 Các phương pháp xử lý nước thải tinh bột khoai mì......................................19
2.1.1 Phương pháp cơ học...........................................................................19
2.1.2 Phương pháp hóa học .........................................................................20
2.1.3 Phương pháp hóa lý............................................................................20
2.1.4 Phương pháp sinh học........................................................................ 22
2.2 Một số quy trình xử lý nước thải tinh bột mì ở việt nam .............................. 30
2.2.1 Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì Phước Long.............................. 30
2.2.2 Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì Tân Châu-Tây Ninh.................31
2.2.3 Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì Hoàng Minh ..............................33
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ LAI HP VÀ HỆ HYBRID UASB-LỌC KỴ
KHÍ................................................................................................................................. 35
3.1 Một số công nghệ hybrid đã được ứng dụng trong xử lý nước thải............. 36
3.1.1 Mô hình lai hợp baffled/UASB – RAP...............................................36
3.1.2 Công nghệ lai hợp acid hóa - UASB .............................................. 37
3.1.3 Công nghệ lai hợp SBR - thẩm thấu ngược........................................37
3.1.4 Công nghệ lai hợp: ADI-MBR ........................................................... 38
3.1.5 Công nghệ lai hợp trickling filter - thẩm thấu ngược.........................39
v
3.1.6 Công nghệ lai hợp lọc kò khí - UASB.................................................39
3.1.7 Công nghệ lai hợp lọc sinh học kò khí kết hợp lọc sinh học hiếu
khí.................................................................................................................... 39
3.1.8 Công nghệ lai hợp trao đổi ion - lọc màng......................................... 40
3.1.9 Công nghệ lai hợp EGSB - AF........................................................... 40
3.1.10 Công nghệ lai hợp: acid hoá kết hợp lọc kò khí .................................40
3.2 Tổng quan về công nghệ hybrid uasb - lọc kò khí..........................................40
3.2.1 Sự ra đời của USBF............................................................................. 40
3.2.2 Cơ chế xử lý kỵ khí của công nghệ USBF.......................................... 42
3.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của bể USBF ...........49
3.2.4 Một số nghiên cứu về công nghệ USBF.............................................54
3.2.5 Đánh giá về USBF ..............................................................................58
3.2.6 Thiết kế sơ bộ USBF...........................................................................60
3.3 Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý....................................................................... 60
CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...............................63
4.1 Đối tượng nghiên cứu.....................................................................................644
4.1.1 Nước thải tinh bột mì.........................................................................644
4.1.2 Bùn nuôi cấy .....................................................................................644
4.1.3 Vật liệu lọc – xơ dừa......................................................................... 644
4.2 Mô hình thí nghiệm ........................................................................................ 666
4.3 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................68
4.3.1 Tiến trình thí nghiệm........................................................................... 68
4.3.2 Giai đoạn thích nghi ............................................................................68
vi
4.3.3 Giai đoạn tăng tải trọng........................................................................68
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................. 70
5.1 Giai đoạn thích nghi ....................................................................................... 711
5.2 Kết quả khảo sát ở nồng độ COD vào 1000 mg/l ........................................ 755
5.1.1 Kết quả khảo sát theo thời gian ........................................................ 755
5.1.2 Kết quả khảo sát theo chiều cao.........................................................78
5.3 Kết quả khảo sát ở nồng độ COD vào 2000 mg/l ..................................................... 83
5.3.1 Kết quả khảo sát theo thời gian.....................................................................83
5.3.2 Kết quả khảo sát theo chiều cao mô hình .....................................................88
5.4 Kết quả khảo sát ở nồng độ COD vào 4000 mg/l ................................................... 922
5.4.1 Kết quả khảo sát theo thời gian...................................................................922
5.4.2 Kêt quả khảo sát theo chiều cao mô hình ...................................................977
5.5 Kết quả khảo sát ở nồng độ COD vào 6000 mg/l ................................................. 1011
5.5.1 Kết quả khảo sát theo thời gian.................................................................1011
5.5.2 Kết quả khảo sát theo chiều cao ...............................................................1066
5.6 Đề xuất quy trình xử lý........................................................................................... 1019
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................ 111
6.1 Kết luận.................................................................................................................... 1122
6.2 Hướng phát triển của luận văn.............................................................................. 1133
6.3 Kiến nghò........................................................................................................ 1133
vii
Bảng 1.1 Thành phần hoá học của khoai mì
Bảng 1.2 Thành phần tính chất nước thải tinh bột khoai mì phát sinh từ các công
đoạn chế biến
Bảng 4.1 Thành phần nước thải tinh bột mì
Bảng 5.1 Biến thiên pH và COD trong giai đoạn thích nghi
Bảng P.1 Bảng kết quả vận hành ở COD vào 1000 mg/l
Bảng P.2 Bảng kết quả vận hành ở COD vào 2000 mg/l
Bảng P.3 Bảng kết quả vận hành ở COD vào 4000 mg/l
Bảng P.4 Bảng kết quả vận hành ở COD vào 6000 mg/l
Bảng P.5 Số liệu khảo sát theo chiều cao ở nồng độ COD = 1000 mg/l
Bảng P.6 Số liệu khảo sát theo chiều cao ở nồng độ COD = 2000 mg/l
Bảng P.7 Số liệu khảo sát theo chiều cao ở nồng độ COD = 4000 mg/l
Bảng P.8 Số liệu khảo sát theo chiều cao ở nồng độ COD = 6000 mg/l
viii
Hình 1.2 Quy trình sản xuất tinh bột mì tại Inđonesia.
Hình 1.3 Quy trình chế biến tinh bột khoai mì tại Việt Nam
Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ chế biến tinh bột mì ở nhà máy Phước Long.
Hình 1.5 Quy trình sản xuất tinh bột mì tại nhà máy Hoàng Minh
Hình 1.6 Công nghệ sản xuất tinh bột khoai mì thủ công
Hình 2.1. Các công nghệ xử lý kỵ khí
Hình 2.2. Sơ đồ mô tả sự tạo bùn hạt theo thuyết Spaghetti
Hinh 2.3 Quy trình xử lý nước thải tinh bột mì tại nhà máy Phước Long
Hình 2.4 Quy trình công nghệ xử lý nước thải tinh bột mì ở Tân Châu
Hình 2.5 Quy trình công nghệ xử lý nước thải tinh bột mì ở nhà máy HoàngMinh.
Hình 3.1 Mô hình lai hợp baffled/UASB - RAP
Hình 3.2. Mô hình lọc kỵ khí USBF
Hình 3.3 Các giai đoạn phân hủy kỵ khí
Hình 3.4 Bể USBF
Hình 3.5 Quá trình phân hủy linamarin giải phóng HCN
Hình 4.1 Mô hình USBF
Hình 5.1 Đồ thò biến thiên COD và hiệu quả khử COD theo thời gian ở giai đoạn
thích nghi
Hình 5.2 Đồ thò biến thiên pH theo thời gian ở giai đoạn thích nghi
Hình 5.3 Đồ thò biến thiên COD theo thời gian ở nồng độ COD = 1000 mg/l
Hình 5.4 Đồ thò biến thiên pH theo thời gian ở nồng độ COD = 1000 mg/l
Hình 5.5 Đồ thò biến thiên độ kiềm theo thời gian ở nồng độ COD = 1000 mg/l
ix
Hình 5.6 Đồ thò biến thiên N-NH3 theo thời gian ở nồng độ COD = 1000 mg/l
Hình 5.7 Đồ thò biến thiên COD theo chiều cao ở nồng độ COD =1000 mg/ l
Hình 5.8 Đồ thò ïbiến thiên pH theo chiều cao ở nồng độ COD = 1000 mg/l
Hình 5.9 Đồ thò biến thiên độ kiềm theo chiều cao ở nồng độ COD =1000 mg/l
Hình 5.10 Đồ thò biến thiên N-NH3 theo chiều cao ở nồng độ COD =1000 mg/l
Hình 5.11 Đồ thò biến thiên VFA theo chiều cao ở nồng độ COD =1000 mg/l
Hình 5.12 Đồ thò biến thiên COD theo thời gian ở nồng độ COD = 2000 mg/l
Hình 5.13 Đồ thò biến hiệu quả xử lýû COD theo thời gian ở nồng độ COD = 2000
mg/l
Hình 5.14 Đồ thò biến thiên pH theo thời gian ở nồng độ COD = 2000 mg/l
Hình 5.15 Đồ thò biến thiên độ kiềm theo thời gian ở nồng độ COD = 2000 mg/l
Hình 5.16. Đồ thòï biến thiên N-NH
3
theo thời gian ở nồng độ COD = 2000 mg/l
Hình 5.17 Đồ thòï biến thiên COD theo chiều cao ở nồng độ COD =2000 mg/l
Hình 5.18 Đồ thòï biến thiên pH theo chiều cao ở nồng độ COD = 2000 mg/l
Hình 5.19 Đồ thò biến thiên độ kiểm theo chiều cao ở nồng độ COD =2000 mg/l
Hình 5.20 Đồ thòï biến thiên N-NH
3
theo chiều cao ở nồng độ COD =2000 mg/l
Hình 5.21 Đồ thò biến thiên VFA theo chiều cao ở nồng độ COD =2000 mg/l
Hình 5.22 Đồ thò biến thiên COD theo thời gian ở nồng độ COD = 4000 mg/l
Hình 5.23 Đồ thò biến thiên hiệu quả khử COD theo thời gian ở nồng độ COD =
4000 mg/l
Hình 5.24 Đồ thò biến thiên pH theo thời gian ở nồng độ COD = 4000 mg/l
Hình 5.25 Đồ thò biến thiên độ kiềm theo thời gian ở nồng độ COD = 4000 mg/l
Hình 5.26 Đồ thò biến thiên N-NH
3
theo thời gian ở nồng độ COD = 4000 mg/l
x
Hình 5.27 Đồ thò biến thiên COD theo chiều cao ở nồng độ COD = 4000 mg/l
Hình 5.28 Đồ thò biến thiên pH theo chiều cao ở nồng độ COD = 4000 mg/l
Hình 5.29 Đồ thò biến thiên độ kiềm theo chiều cao ở nồng độ COD = 4000 mg/l
Hình 5.30 Đồ thò biến thiên N-NH
3
theo chiều cao ở nồng độ COD = 4000 mg/l
Hình 5.31 Đồ thò biến thiên VFA theo chiều cao ở nồng độ COD = 4000 mg/l
Hình 5.32 Đồ thò biến thiên COD theo thời gian ở nồng độ COD = 6000 mg/l
Hình 5.33 Đồ thò biến thiên hiệu quả xử lý COD theo thời gian ở nồng độ COD
6000 mg/l
Hình 5.34 Đồ thòï biến thiên pH theo thời gian ở nồng độ COD = 6000 mg/l
Hình 5.35 Đồ thò biến thiên độ kiềm theo thời gian ở nồng độ COD = 6000 mg/l
Hình 5.36 Đồ thò biến thiên N-NH
3
theo thời gian ở nồng độ COD = 6000 mg/l
Hình 5.37 Đồ thò biến thiên COD và hiệu quả xử lý COD theo chiều cao ở nồng độ
COD = 6000 mg/l
Hình 5.38 Đồ thò biến thiên pH theo chiều cao ở nồng độ COD = 6000 mg/l
Hình 5.39 Đồ thò biến thiên độ kiềm theo chiều cao ở nồng độ COD = 6000 mg/l
Hình 5.40 Đồ thò biến thiên N-NH
3
theo chiều cao ở nồng độ COD = 6000 mg/l
Hình 5.41 Đồ thò biến thiên VFA theo chiều cao ở nồng độ COD = 6000 mg/l
-xi-
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
MLSS
Mixed Liquor Suspended Solid – Cặn lơ lửng của hỗn dòch bùn
NT
Nước thải
RBC
Rotating biological contactor – Bể lọc sinh học tiếp xúc quay
SBR
Sequencing batch reactor – Bể phản ứng theo mẻ
SS
Suspended Solid : Chất rắn lơ lửng.
SVI
Chỉ số thể tích bùn
TF
Trickling filter – Bể lọc sinh học nhỏ giọt
TSS
Total Suspended Solid – Tổng chất rắn lơ lửng
UASB
Upflow Anaerobic Sludge Blanket – Bể phản ứng kò khí với lớp
bùn dòng chảy ngược
USBF
Unaerobic Sludge Blanket Filter – Bể lai hybrid UASB và lọc
sinh học kỵ khí
VFA
Volatile Fat Acid – Axit béo bay hơi
VS
Volatile Solid - Chất rắn bay hơi.
VSS
Volatile Suspended Solid - Chất rắn lơ lửng bay hơi.
Chöông môû ñaàu
-1-
FDEG
Chương mở đầu
-2-
1. Đặt vấn đề
Ước tính trung bình hằng 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 thải bã và
15 triệu m
3
nước thải. Thành phần của các loại chất thải này chủ yếu là các hợp
chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng khi thải ra môi trường _ trong điều kiện khí hậu
của nước ta- nhanh chóng bò phân hủy gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường
đất, nước, không khí, ảnh hưởng đến môi trường 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 13.000 mg/l, vượt gấp trăm lần so với chỉ tiêu cho phép. Nguy hiểm hơn,
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 như trồng
trọt, chăn nuôi. Điều này cho thấy ngành tinh bột đang đứng trước nhu cầu phải
phát triển nhưng môi trường khu vực hiện tại và tương lai lại phải đứng trước nguy
cơ gánh chòu hậu quả do chất thải tinh bột mang lại.
Đứng trước thực trạng này, 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.
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 UASB kết hợp lọc sinh học kò khí (USBF) có thê đáp ứng được
điều này, đặc biệt công nghệ trên chưa được nghiên cứu trên nước thải tinh bột mì.
Chương mở đầu
-3-
3. Mục tiêu của đề tài
Xác đònh hiệu quả xử lý của nước thải tinh bột khoai mì trên mô hình USBF từ
đó đề ra công nghệ thích hợp để xử lý nước thải tinh bột khoai mì.
4. 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
Lấy mẫu theo thời gian và theo chiều cao mô hình.
Phân tích các chỉ tiêu pH, COD, N- NH3, N- tổng…. theo standard
method for the examination of water and wastewater, 1994.
Theo dõi, đánh giá, nhận xét các thông số thực nghiệm.
Xử lý số liệu, tính toán, vẽ đồ thò trên Excel và viết báo cáo.
5. 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 USBF
Xác đònh thành phần, tính chất nước thải tinh bột khoai mì.
Thiết lập và nghiên cứu mô hình USBF
Đề xuất quy trình xử lý phù hợp
6. 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….
Chương 1: Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
-4-
FDEG
TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN TINH
BỘT KHOAI MÌ
Chương 1: Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
-5-
1.1 TỔNG QUAN VỀ KHOAI MÌ
Khoai mì (Casava) hay còn gọi là củ sắn có tên khoa học là
Manihotesculenta Crantz; là cây lương thực vùng nhiệt đới, được trồng nhiều ở
các nước có khí hậu nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới. Nguồn gốc cây khoai mì từ khu
lưu vực sông Amazone_ Châu Mỹ rồi sau đó phát triển đến các nước Châu Phi
và khu vực Đông Nam Á. Ở một số nước, khoai mì được dùng làm thực phẩm
chính. Khoai mì có thể được chế biến và sử dụng dưới dạng tươi hoặc chế biến
dưới dạng lát khô, dạng bột hoặc tinh bột.
Ở nước ta, từ thế kỉ 16, khoai mì đã là một trong những cây hoa màu
được trồng và khai thác làm lương thực phổ biến và cho đến nay khoai mì đã trở
thành một phần không thể thiếu trong đời sống hàng ngày của người dân Việt
Nam. Củ khoai mì được sử dụng làm một trong những nguồn cung cấp glucide
trong thành phần thức ăn. Nhưng khi dùng khoai mì làm lương thực phải bổ sung
thêm protein và chất béo mới đáp ứng đủ nhu cầu dinh dưỡng cho con người và
gia súc.
Khoai mì có hàm lượng tinh bột lớn và cho năng suất thu hoạch cao. Từ
năm 80 đến nay, sản lượng khoai mì của nước ta đạt 3 triệu tấn một năm. Trong
những năm gần đây, do nhu cầu phát triển của ngành công nghiệp chế biến thực
phẩm, chăn nuôi, nền công nghiệp trong cả nước phát triển mạnh trong đó có
cây khoai mì với các giống mới có năng suất cao, hàm lượng tinh bột nhiều nên
được nông dân ưa chuộng và trồng trên quy mô đại trà.
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp nói chung, công
nghiệp chế biến thực phẩm cũng đang trên đà phát triển mạnh và có nhu cầu lớn
về tinh bột nhằm chế biến các sản phẩm như bánh kẹo, mạch nha, đường
Glucoza, bột ngọt hay thực phẩm dưới dạng tinh bột qua chế biến như miến, mì
tôm ….Chính vì thế ngày nay, công nghệ tách tinh bột cũng ngày càng phát triển
nhằm đáp ứng nhu cầu xã hội.
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.
Chương 1: Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
-6-
1.1.1 Cấu trúc củ khoai mì
Củ khoai mì thường có dạng hình trụ, vót hai đầu, kích thước thì tuỳ
thuộc vào điều kiện mà dao động trong khoảng 2 – 10 cm đường kính. Cấu trúc
gồm 4 phần chính như hình 1.1
Hình 1.1 Cấu trúc củ khoai mì theo lát cắt ngang
Vỏ gỗ gồm nhiều tế bào xếp sít, thành phần chủ yếu là cenlulose và
hemi_cenlulose, không có tinh bột. Vỏ gỗ thường chiếm 0.5 – 5% trọng lượng
củ, khi chế biến vỏ gỗ thường kết dính với đất đá và các chất hữu cơ khác.
Lớp vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 5 – 20 % trọng lượng củ. Cấu
tạo gồm các tế bào thành dày, thành tế bào chủ yếu là cenlulose,bên trong tế
bào là các hạt tinh bột, các chất chứa Nitrogen và dòch bào. Trong dòch bào có
Tanin,sắc tố, độc tố, enzyme …. Vỏ cùi có nhiều tinh bột nên khi chế biến nếu
tách bỏ thì sẽ tổn thất một phần tinh bột đáng kể còn nếu giữ lại thì nhiều chất
trong dòch bào làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Thòt củ khoai mì là thành phần chủ yếu trong củ, bao gồm các tế bào nhu
mô thành mỏng là chính, thành phần chủ yếu là cenlulose, pentosan. Bên trong
tế bào là các hạt tinh bột, nguyên sinh chất, glucose hoà tan và các nguyên tố vi
lượng khác. Những tế bào xơ bên ngoài thòt củ chứa nhiều tinh bột, càng vào sâu
bên trong lượng tinh bột càng giảm dần. Ngoài tế bào nhu mô còn có các tế bào
thành cứng không chứa tinh bột, cấu tạo từ cenlulose nên cứng như gỗ gọi là xơ.
Lõi củ khoai mì nằm ở trung tâm dọc suốt theo thân củ, chiếm khoảng
0.3 – 1 % trọng lượng củ. Thành phần chứa trong củ hầu như toàn bộ đều là
cenlulose và hemi-cenlulose.
Lớp vỏ gỗ
Lớp vỏ cùi
Phần thòt củ
Phần lõi
Chương 1: Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
-7-
1.1.2 Thành phần hoá học
Thành phần hoá học trong củ khoai mì thay đổi tuỳ thuộc vào giống
khoai, loại đất, cách trồng. Thành phần thông thường của củ khoai mì như sau:
Bảng 1.1: Thành phần hoá học của khoai mì
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
(theo Đoàn Dụ và các cộng sư, 1983).
Đường trong củ khoai mì chủ yếu là glucese, mantose, saccarose. Khoai
mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm, trong chế biến, đường hoà tan vào
nước thải ra ngoài theo nước dòch.
Ngoài các thành phần có giá trò dinh dưỡng, trong củ khoai mì còn có
tanin, sắc tố và các hệ enzyme phức tạp. Trong số các enzyme thì
polyphenoloxydaza xúc tác quá trình oxy hoá polyphenol thành orthoquinol sau
trùng hợp với các chất không có gốc phenol như acid_amine tạo thành các chất
màu. Những chất này gây khó khăn trong việc chế biến và chất lượng của sản
phẩm.
Phaseolutanin tập trung ở vỏ cùi, dễ tách trong quá trình chế biến, hoà
tan trong nước. Vì vậy khi chế biến, độc tố hoà tan theo nước thải ra ngoài.
Trong chế biến nếu không tách dòch bào nhanh thì acid cyanhydric sẽ tác dụng
với sắt trong củ hoặc trong nước tạo thành ferroxy cyanate có màu xám làm ảnh
hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Chương 1: Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
-8-
Trong thành phần khoai mì có chứa độc tố chính là Cyanide ( CN
-
).
Cyanide là nguyên tố chính gây độc tính cao đối với sức khoẻ con người. 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. Hàm lượng CN
-
trong nước thải
tinh bột khoai mì trung bình khoảng 5 – 25 mg/l. Trong điều kiện thông thường,
CN
-
thường tồn tại ở dạng linamarin và có khả năng tự phân huỷ ở pH thấp.
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.
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 CÁC CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN TINH BỘT KHOAI MÌ
Khoai mì là một trong những loại hoa màu có hàm lượng tinh bột tương đối
cao (từ 62 đến 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, công nghệ sản xuất tinh bột
khoai mì cụ thể như sau:
1.2.1 Các công đoạn chủ yếu trong quy trình chế biến tinh bột khoai mì
Chuẩn bò 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 băng chuyền. Tại thùng rửa củ, đất cát và phần vỏ gỗ được chà
Chương 1: Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
-9-
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 chuyền 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 dòch sữa bột sau khi
qua máy rây được đưa về thùng chứa và trộn với dung dòch H
2
SO
3
để tẩy trắng
bột.
Tách tinh bột:
Từ thùng chứa sữa bột được bơm vào máy bơm ly tâm sau đó lại được trộn
với dung dòch tẩy H
2
SO
3
hoặc được bơm vào máy ly tâm tách dòch lần 2. Máy ly
tâm hoạt động liên tục, tinh bột được tháo ra liên tục. Nước sau khi qua ly tâm
tách dòch 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 để lắng bột nhưng hiệu
suất kém hơn chỉ phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ. Qua giai đoạn ly tâm tách
dòch 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 và được sấy khô, làm
nguội, đóng bao.
1.2.2 Quy trình chế biến tinh bột khoai mì trên thế giới
Khoai mì là thực phẩm cho hơn 500 triệu người trên Thế giới (theo
Cock,1985,Jackson & Jackson, 1990). Tinh bột mì cung cấp 37% calories trong
thực phẩm của Châu Phi, 11% ở Mỹ Latinh và 60% ở các nước Châu Á
(Lancaster et al,1982).
Tinh bột khoai mì được các nước trên Thế giới sản xuất nhiều để tiêu thụ
và xuất khẩu. Brazil sản xuất khoảng 25 triệu tấn/năm. Nigeria, Indonesia và
Thái Lan cũng sản xuất một lượng lớn chủ yếu để xuất khẩu (CAIJ,1993). Châu
Phi sản xuất khoảng 85.2 triệu tấn năm 1997, Châu Á 48.6 triệu tấn và 32.4 triệu
tấn do Mỹ Latinh và Caribbean sản xuất (FAO,1998).
Chương 1: Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
-10-
Băm nghiền
Sấy khô
Vỏ cho cừu ăn
Lắng ly tâm Đóng gói
Nước
Quạt hút
Quạt hút
Lọc Ép bã
Rửa
Nước
Tinh bột
Hình 1.2 Quy trình sản xuất tinh bột mì tại Inđonesia.
Khoai
mì
