Nghiên cứu xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng quá trình lọc sinh học hiếu khí

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 cơng nghiệp hóa
theo xu thế của tồn cầu. Chính vì lẽ đó mà cả những sản phẩm nơng nghiệp cũng
được đưa vào ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp chế biến.
Khoai mì là một cây nơng nghiệp đã được cơng nghiệp hóa rất thành cơng. 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 cơng 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 khơng 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 khơng được xử lý
triệt để, có nơi cịn khơng xử lý mà xả trực tiếp ra mơi trường hoặc ra cống thốt
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 q trình lọc sinh học hiếu khí.
- Xây dựng mơ hình và vận hành mơ 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 thơng số
động học của q 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 mơ hình: vận hành mơ hình mơ phỏng ở quy mơ
phịng thí nghiệm để xử lý nước thải.
- Phương pháp phân tích: các thơng số đo và phương pháp phân tích tương ứng
được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.1: Các thơng số và phương pháp phân tích

STT

Thơng số

Phương pháp phân tích

1

pH

pH kế

2

COD

Phương pháp đun kín (K2Cr2O7)

3

SS

Phương pháp khối lượng

4
5

Nitơ tổng
Photpho tổng

Phương pháp chưng cất Kjeldahl
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 q trình lọc sinh học hiếu khí trên mơ hình
ở qui mơ phịng 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 CƠNG 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
- Lồi (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 đơng bắc của nước Brasil thuộc lưu vực sơng 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 Cơng ngun, những lị 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, Hồng 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)
1939
19500
1955
26400
1958
16500
1960
35890
1964
121159
1770
85219
1975
84956

1980
447000
2000
237600
2001
292300
2002
337000
2003
371900
2004
383600
2.1.2. Cơng nghệ chế biến tinh bột khoai mì

Sản lượng (tấn)
97230
152600
154400
320990
896260
635236
681032
3978000
1986300
3509200
4438000
5308900
5572800

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 khơng 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
tố, độc tố, các enzyme… Vì vỏ cùi có nhiều tinh bột (5 – 8%) nên trong chế biến nếu
tách đi thì tổn thất, khơng 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

SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 7


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
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 ngồi thịt mì chứa nhiều tinh
bột, càng sâu vào trong hàm lượng tinh bột giảm dần. Ngồi lớp tế bào nhu mơ cịn
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 chi củ, chiếm 0.3-1% khối lượng
tồn củ. Càng sát cuống, lõi càng lớn và nhỏ dần về phía chi 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 mịn.
Ngồi ra cịn 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
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 khơng những tỷ lệ thành phẩm thấp mà cịn 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.
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 8


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
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 cịn có độc tố, tannin, sắc tố và hệ enzyme phức tạp. Những
chất này gây khó khăn cho chế biến và nếu qui trình khơng 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 cơng nghệ phức tạp.
- Mì đắng cịn gọi là sắn dù. Cây thấp (khơng cao q 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 khơng 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.
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. Cơng 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 cơng 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 khơng hồ tan trong nước, kích thước hạt nhỏ, tỷ trọng hạt tinh bột chênh lệch
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 9


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
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 cơng 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 lơ 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 H 2SO3 để
tẩy trắng bột.
- Tách tinh bột
+ Từ thùng chứa sữa bột được bơm vào máy bơm ly tâm hoặc, sau đó lại được
trộn với dung dịch tẩy H 2SO3 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

SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 10


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân

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 khơ, làm nguội, đóng bao.

Khoai
mì
Rữa sơ bộ
Nước

Rữa ướt

Lóc vỏ

V
ỏ

C
ác
lo
ại
đấ
t
đá

Cắt khúc

Nghiền

Ly tâm tách bã

Dịch

Lắng
Tinh bột loại 2

B
ã

Ly tâm tách dịch

Ép

Rữa tinh bột

Sấy

Phơi khơ

SO

Thức ăn gia xúc

2

Làm nguội

Bao gói

SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh TINH BỘT
Hình 2.1: Qui trình cơng nghệ chế biến tinh bột khoai mì

Trang 11

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 lỗng

Tẩy chua, tẩy trắng

Ly tâm

Sấy khơ

Nước, dịch thải
Nhiệt thừa

Làm nguội

Đóng gói
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 12

Hình 2.2: Cơng nghệ chế biến tinh bột khoai mì kiểu Thái Lan


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

Vơ bao

Hồn thiện tại cơng ty khác
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh
Hình 2.3: Cơng nghệ chế biến tinh bột khoai mì thủ cơng của
một số hộ gia đình ở Thủ Đức

Trang 13


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân

2.1.2.3. Sản phẩm tinh bột khoai mì
a) Giới thiệu về tinh bột khoai mì
Trong thiên nhiên, tinh bột có rất nhiều và tồn tại dưới dạng hydrat - carbon hữu
cơ tự nhiên. Nó có trong rễ, nhánh và hạt của cây xanh. Là một loại thức ăn nuôi
dưỡng, tinh bột cung cấp năng lượng cho cây xanh trong lúc chúng ngủ yên hoặc nảy
mầm. Tinh bột cũng là một nguồn năng lượng quan trọng nhất đối với động vật và
con người. Chính vì thế, nó có vai trị quyết định trong đời sống chúng ta. Các thống
kê ngày nay cho thấy tinh bột có hơn bốn ngàn ứng dụng.
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 14


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
Các loại tinh bột chính có mặt trên thị trường hiện nay gồm có: tinh bột khoai mì,
tinh bột khoai tây, bột bắp và bột mì. So sánh những loại tinh bột này, ta thấy rằng
thành phần và tính chất của tinh bột khoai mì gần với tinh bột khoai tây hơn và tốt
hơn bột bắp và bột mì. Tuy nhiên, về mặt giá thành, tinh bột khoai tây cao hơn nhiều
so với tinh bột khoai mì. Với các ưu thế hấp dẫn về mặt tính chất và giá thành, nhu
cầu dùng tinh bột khoai mì dường như đang tăng lên ở mọi nơi trên thế giới. Ðồng
thời, một định hướng chung cho việc giữ gìn sức khỏe đã góp phần tạo ra sự quan
tâm và ưa chuộng những loại thực phẩm không chứa GMO.
b) Những ứng dụng của tinh bột khoai mì trong tinh bột thực phẩm và ngành công
nghiệp khác:
Chất độn: làm tăng độ đặc trong súp và trái đóng hộp, kem và dược phẩm.
Chất kết nối: làm quánh các sản phẩm, giúp thực phẩm khơng bị khơ khi nấu, như
xúc xích, thịt hộp.
Chất ổn định: sử dụng khả năng giữ nước cao, như trong kem, bột nở, ngành dệt
– hồ chì để giảm đứt trên khung dệt (tinh bột biến đổi). Tinh bột dùng cho giai đoạn
in làm đặc chất nhuộm và giữ màu. Tinh bột dùng cho giai đoạn thành phẩm sẽ tăng

độ cứng và trọng lượng (tinh bột thường hoặc tinh bột oxi hóa).
Chất làm đặc: sử dụng đặc tính bột nhão, như trong súp, thức ăn cho trẻ em, nước
chấm, nước dùng.
Làm giấy:
- Tăng cường độ chắc, tăng sức chống nếp gấp.
- Làm tăng bề mặt và độ bền, dùng cho giấy gợn sóng, giấy ép và giấy bìa cứng.
- Chất kết nối trong công nghiệp.
- Giấy cứng làm trần nhà
- Giấy thạch cao
Thức ăn (thủy sản, gia súc)
Những công dụng khác trong công nghiệp
- Sản xuất bao plastic tự hoại.
- Sản xuất vỏ xe…

2.2. GIỚI THIỆU VỀ NƯỚC THẢI NGÀNH CHẾ BIẾN TINH BỘT MÌ
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 15


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
Nước thải là lượng nước được sử dụng trong sản xuất và được thải bỏ sau đó.
Quy trình sản xuất khoai mì có nhu cầu sử dụng lượng nước rất lớn (15 – 20 m 3/tấn
sản phẩm). Nước thải tinh bột khoai mì thường khơng được xử lý hoặc xử lý qua loa
rồi thải ra mơi trường. Do vậy, các chất hữu cơ cịn lại từ khoai mì trong nước thải sẽ
phân hủy yếm khí tạo chiều chất độc gây hại cho môi trường và gây mùi hơi thối
khó chịu, gây ơ nhiễm nguồn nước. Dân cư xung quanh các cơ sở chế biến tinh bột
mì này thường phàn nàn về vấn đề này.
Theo số liệu tại nhà máy tinh bột Tapioca Tân Châu – Tây Ninh, lượng nước sử
dụng cho một ngày sản suất khoảng 1200 – 1600 m 3 và lượng nước thải ra cũng

chiếm tương đương vào khoảng 95% lượng nước sử dụng. Lượng nước thải mang
theo một phần tinh bột không thu hồi hết trong sản xuất, các protein, các chất béo,
các chất khoáng… trong dịch bào của củ và cả thành phần SO 32-, SO42- từ công đoạn
tẩy trắng sản phẩm. Lưu lượng thải lớn và có nồng độ chất hữu cơ rất cao (16 – 20
kgCOD/m3 nước thải) là một nguồn gây ô nhiểm lớn cho môi trường, đất và khơng
khí xung quanh nhà máy và cần được xử lý thích hợp.
Bảng 2.3: Thành phần nước thải tinh bột khoai mì tại nhà máy tinh bột
Tapioca Tân Châu – Tây Ninh
STT Chỉ tiêu
1
pH

Đơn vị
-

Khoảng nồng độ
4,0 – 4,16

Nồng độ trung bình
4,0

2

COD

mg/L

26690 - 28655

27000

3

BOD5

mg/L

8858 - 11005

10000

4

TSD

mg/L

1758 – 2120

2000

5

SS

mg/L

1477 – 2585

2200

6

Độ kiềm

mgCaCO3/L

0

0

7

Glucose

mg/L

500 – 800

650

8

Protein

mg/L

900 – 1900

1400

9

Lipit

mg/L

236 – 360

298

10

Tinh bột

mg/L

2400 – 3200

2800

11

CN-

mg/L

5,8

5,8

12

SO42-

mg/L

99

99

SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 16


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
Ta thấy với thành phần nước thải như trên thì nước thải tinh bột mì có mức ơ
nhiễm hữu cơ cao với tỉ lệ BOD 5/COD đạt khoảng 0.61. Do vậy, xử lý nước thải tinh
bột khoai mì bằng phương pháp sinh học là rất khả thi.

SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 17


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân

2.3. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT KHOAI
MÌ

2.3.1. Nhà máy tinh bột khoai mì Phước Long
Nước chưa xử lý

Song chắn rác

Bể lắng

NaOH, Cl2

Bể điều hòa

Bể UASB

Bể Aerotank

Bùn

Bể chứa bùn

Bể lắng 2

Nước đã xử lý

Máy ép bùn

Hình 2.4: Qui trình cơng nghệ xử lý nước thải của
nhà máy sản xuất tinh bột Phước Long
Thuyết minh qui trình:
- Nước sau sản xuất đi qua song chắn rác để loại bỏ các chất thải rắn của khâu
gọt vỏ, băm nghiền, cắt khúc, sau đó được đưa vào bể lắng sơ bộ nhằm mục đích

lắng bớt cặn có kích thước lớn, và một phần tinh bột không thể thu hồi trong sản xuất
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 18


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
(đây là nguyên nhân làm cho nước thải có COD cao). Nước thải ln có pH rất thấp,
cyanua cao và lưu lượng không đều nên được cho vào bể điều hoà và được trung hoà
bằng NaOH, khử cyanua bằng chlor.
- COD của nước khá cao nên phải xử lý bằng bể kỵ khí UASB, các bể kỵ khí
chỉ giảm COD đến một mức độ nào đó nếu muốn có hiệu suất cao hơn thường phải
lưu thời gian rất lâu điều này làm tăng thể tích xử lý của cơng trình bởi vậy nước
trong bể UASB chỉ được lưu ở một thời gian thích hợp rồi đi qua bể hiếu khí.
- Ở bể sục khí nước được trộn với sinh khối và sinh khối dùng chất dinh dưỡng
trong nước để phát triển, nước được lưu trong bể sục khí một thời gian rồi chảy qua
bể lắng để lắng sinh khối sau đó chảy vào nguồn tiếp nhận.
- Bùn một phần được hoàn lưu lại bể sục khí, một phần đi vào máy ép bùn
nhằm tách bớt nước (nước được tuần hồn trở lại bể sục khí, bùn được thải vào sân
phơi bùn).
Đầu ra của hệ thống có các chỉ tiêu cơ bản sau đây:
- pH: 7.85
- COD: 84 mg/l
- N-NH3: 82.4 mg/l
- Cyanua: 4.2 mg/l
Các nhược điểm của công nghệ trên:
- Khử cyanua bằng chlor cho hiệu quả khơng cao, tốn rất nhiều hố chất do
chlor là chất oxy hố mạnh nên có thể tác dụng với rất nhiều chất trong nước thải ví
dụ với NH3 tạo thành các chloramin. Mặt khác dư lượng của chlor và chloramin là
các chất khử trùng trong nước nên khi vào bể sinh học UASB chắc chắn có rất nhiều

vi sinh vật bị chết, làm giảm hoạt tính của bùn, giảm hiệu suất cơng trình. Dư lượng
cyanua là tác nhân ức chế hoạt động của vi sinh vật, mặc dù vậy sau khi qua bể
UASB lượng cyanua cũng giảm đi đáng kể do được phân huỷ thành NH3 .
- NH3 trong nước thải sau bể UASB rất cao (>200 mg/L) nhưng bể sục khí chỉ
dùng N-NH3 làm chất dinh dưỡng và chuyển hoá thành NO 3- như vậy N-NH3 trong
nước thải vẫn còn rất lớn, muốn khử N-NH3 tốt cần phải lưu ở thời gian lâu hoặc cần
cho qua thêm cơng trình khử N-NH3 vật lý.

SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 19


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
2.3.2.Nhà máy tinh bột Tây Ninh
Nước chưa xử lý

Song chắn rác

Lắng cặn sơ bộ

Bể trung hịa

NaOH, Cl2

Bể kỵ khí 1

Bể kỵ khí 2

Bể kị khí 3

Bể kỵ khí 4

Bể tùy tiện 1

Bể tùy tiện 2

Nước đã xử lý

Hình 2.5: Qui trình cơng nghệ xử lý nước thải của nhà máy
sản xuất tinh bột Tây Ninh

SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 20


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
Thuyết minh qui trình:
Nước sau sản xuất đi qua song chắn rác để loại bỏ các chất thải rắn của khâu
gọt vỏ, băm nghiền, cắt khúc, sau đó được đưa vào bể lắng sơ bộ nhằm mục đích
lắng bớt cặn có kích thước lớn, và một phần tinh bột không thể thu hồi trong sản
xuất. Sau đó nước được trung hồ và đi vào bể kỵ khí 4 bậc và bể tuỳ nghi 2 bậc rồi
được thải ra ngồi.
Các nhược điểm của cơng nghệ trên:
- Số liệu các chỉ tiêu đầu ra không được biết rõ nhưng có thể chắc chắn rằng
nước khơng thể đạt tiêu chuẩn thải vào nguồn loại B, TCVN 5945-1995 ở các chỉ
tiêu COD, N-NH3 vì các lý do: các bể kỵ khí thực chất là các bể tự hoại hiệu quả xử
lý không cao, nâng pH chỉ làm cho vi khuẩn metan hoạt động vậy vi khuẩn acid sẽ bị
ức chế hiệu quả q trình acid hố giảm, hiệu qủa khử cyanua giảm điều đó dẫn đến

phải dùng nhiều bể kỵ khí làm tốn diện tích.
- Các bể tuỳ nghi thường khó giảm COD xuống dưới 100 mg/l và N-NH 3 chỉ
giảm chút ít ở vùng hiếu khí và cuối cùng khơng có cơng trình khử N-NH 3 để N-NH3
cịn gần như trọn vẹn với COD đầu vào khoảng 10000mg/l thì N-NH 3 thường lớn
hơn >100 mg/l.

SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 21


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân

Chương

3

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH
LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ

3.1. TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ
3.2. TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH LỌC SINH HỌC
3.3. VI SINH VẬT TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.4. ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ

SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 22

GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân

3.1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ
3.1.1. Giới thiệu
Q trình xử lý sinh học hiếu khí là q trình sử dụng các vi sinh vật để oxy hoá
các chất hữu cơ trong điều kiện có sự tồn tại của oxy.
3.1.2. Phân loại
Xử lý sinh học
hiếu khí

Sinh trưởng
lơ lửng

Aerotank

Hiếu khí
tiếp xúc

Hồ sinh học
hiếu khí

Xử lý sinh
học theo mẻ

Lọc
hiếu khí

Sinh trưởng
bám dính

Lọc sinh
học nhỏ giọt

Đĩa quay
sinh học

Hình 3.1: Phân loại các quá trình xử lý sinh học hiếu khí
3.1.3. Các bể sinh học hiếu khí
3.1.3.1. Q trình sinh trưởng lơ lửng
a. Bể aerotank:
Vi sinh trong hệ thống này được duy trì ở trạng thái lơ lửng nhờ hệ thống cung
cấp oxy phía dưới. Nước sau đó chảy ra bể lắng tại đó các vi sinh sẽ kết cụm tạo
bông và lắng xuống. Bùn lắng một phần được tuần hoàn lại bể để tiếp tục xử lý. Hàm
lượng bùn trong bể thường giữ trong khoảng từ 1000-3000 mg MLSS/l.
b. Bể xử lý sinh học từng mẻ:
Hệ thống bùn hoạt tính “làm đầy và tháo bỏ”. Q trình thổi khí và q trình lắng
được thực hiện trong cùng bể phản ứng do đó có thể bỏ qua bể lắng II. Thơng thường
các q trình đều diễn ra trong cùng một bể. Quá trình hoạt động gồm 5 giai đoạn:
- Pha làm đầy: Có thể vận hành với 3 chế độ: làm đầy tĩnh, làm đầy hồ trộn
và làm đầy sục khí nhằm tạo mơi trường khác nhau cho các mục đích khác nhau.
Thời gian pha làm đầy có thể chiếm từ 25-30%.
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 23


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân
- Pha phản ứng (sục khí): Ngừng đưa nước thải vào. Tiến hành sục khí. Hồn
thành các phản ứng sinh hố có thể được bắt đầu từ pha làm đầy. Thời gian phản
ứng chiếm khoảng 30 % chu kỳ hoạt động.

- Pha lắng: điều kiện tĩnh hồn tồn được thực hiện (khơng cho nước thải vào,
không rút nước ra, các thiết bị khác đều tắt) nhằm tạo điều kiện cho quá trình lắng.
Thời gian chiếm khoảng từ 5-30% chu kỳ hoạt động.
- Pha tháo nước sạch.
- Pha chờ: áp dụng trong hệ thống có nhiều bể phản ứng, có thể bỏ qua trong
một số thiết kế.
Thời gian hoạt động có thể tính sao cho phù hợp với từng loại nước thải khác
nhau và mục tiêu xử lý. Nồng độ bùn trong bể thường khoảng từ 1500-2500 mg/l.
3.1.3.2. Q trình sinh trưởng dính bám
a. Bể lọc hiếu khí:
Hoạt động nhờ q trình dính bám của vi khuẩn hiếu khí lên lớp vật liệu làm giá
thể. Do q trình dính bám tốt, lượng sinh khối tăng lên và thời gian lưu bùn kéo dài
nên có thể xử lý ở tải trọng cao. Tuy nhiên hệ thống dễ bị tắc do q trình phát triển
nhanh chóng của vi sinh, chính vì vậy, thời gian hoạt động có thể bị hạn chế. Để khắc
phục tình trạng này ta có thể bố trí lớp vật liệu lọc cho phù hợp.
b. Tháp lọc sinh học nhỏ giọt:
Tháp lọc sinh học nhỏ giọt có kết cấu giống như tháp lọc sinh học. Tháp lọc sinh
học được xây dựng với hệ thống quạt gió cưỡng bức từ dưới lên, nước thải được
phân phối từ phía trên, chảy qua lớp màng vi sinh bám trên các giá thể và xuống bể
thu ở phía dưới. Tuy nhiên, đối với tháp lọc sinh học nhỏ giọt vận tốc của nước thải
đi qua giá thể nhỏ hơn nhiều, cấu trúc của giá thể cũng được thay đổi sao cho có thể
lưu nước được trên giá thể lâu hơn.
c) Đĩa quay sinh học:
Bao gồm các đĩa tròn polystyren hoặc polyvinyl chloride đặt gần sát nhau. Đĩa
nhúng chìm một phần trong nước thải và quay ở tốc độ chậm, màng vi sinh hình
thành và bám trên trên bề mặt đĩa. Khi đĩa quay, mang sinh khối trên đĩa tiếp xúc với
chất hữu cơ trong nước thải và sau đó tiếp xúc với oxy. Đĩa quay tạo điều kiện
chuyển hóa oxy và luôn giữ sinh khối trong điều kiện hiếu khí.
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 24


GVHD: KS. Trần Thị Tường Vân

3.2.TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC
3.2.1 Định nghĩa
Quá trình màng sinh học là một trong các quá trình xử lý nước thải bằng phương
pháp sinh học sử dụng các vi sinh vật không di động và bám dính lên trên bề mặt các
vật liệu rắn để tiếp xúc thường liên tục hay gián đoạn với nước thải. Phương pháp
dùng vi sinh vật cố định để xử lý nước thải được phân làm 3 phương pháp: là phương
pháp vận chuyển kết gắn, phương pháp bẫy và phương pháp liên kết chéo trong đó
q trình xử lý bằng màng sinh học được xem như phương pháp vận chuyển kết gắn.
Tuy nhiên, quá trình xử lý sinh học sử dụng sinh khối cố định với hai phương pháp
cịn lại có thể được xem như q trình xử lý bằng màng sinh học bởi vì chúng có
cùng cơ chế làm sạch và đặc tính xử lý. Trong phần này, chỉ thảo luận trong phạm vi
hẹp về quá trình xử lý bằng màng sinh học hiếu khí.
3.2.2. Phân loại
Dựa vào nguyên tắc hoạt động, quá trình lọc sinh học được chia thành 3 loại:
- Lọc sinh học ngập nước (submerged filter): phương pháp này dựa trên nguyên
tắc vật liệu lọc được đặt ngập chìm trong nước. Phương pháp này còn được chia
thành nhiều loại dựa trên cách hoạt động của giá thể:nền cố định (fixed bed), nền mở
rộng (expanded bed) và nền giả lỏng (fluidized bed).
- Thiết bị sinh học tiếp xúc quay (rotating contactor). Đĩa quay sinh học sử
dụng một lượng lớn các đĩa quay ngập một phần hoặc hoàn toàn trong nước, và nước
thải được làm sạch thông qua hoạt động của màng vi sinh vật trên các bề mặt của đĩa.
- Thiết bị lọc nhỏ giọt (trickling filter): ở phương pháp này dòng nước được
chảy từ trên xuống qua tầng vật liệu lọc. Lọc sinh học nhỏ giọt gồm một bể trịn hay
chữ nhật có chứa lớp vật liệu lọc (đá, ống nhựa, nhựa miếng…), nước thải được tưới
liên tục hay gián đoạn từ một ống phân phối thích hợp đặt bên trên bể. Khi nước thải

chảy vào liên tục và đi qua lớp vật liệu lọc, lớp màng vi sinh vật tiếp xúc với nước
thải và phát triển trên vật liệu lọc nên nước thải được làm sạch.
Quá trình lọc sinh học cũng được phân loại vào q trình hiếu khí và kỵ khí. Khi
áp dụng lọc sinh học ngập nước vào quá trình xử lý hiếu khí, oxy được cung cấp
thơng qua máy thổi khí. Q trình lọc sinh học ngập nước với bể ổn định đơi khi
được gọi là q trình oxy hóa tiếp xúc, q trình lọc tiếp xúc, hiếu khí tiếp xúc hay
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh

Trang 25