GVHD: THs. 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: THs. Trần Thị Tường Vân
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam là một đất nước nông nghiệp và đang không ngừng công nghiệp hóa
theo xu thế của toàn cầu. Chính vì lẽ đó mà cả những sản phẩm nông nghiệp cũng
được đưa vào ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp chế biến.
Khoai mì là một cây nông nghiệp đã được công nghiệp hóa rất thành công. Ở
nước ta, khoai mì được trồng từ Nam ra Bắc. Cùng với việc trồng, từ lâu nhân dân ta
đã chế biến thành lương thực cho người, gia súc (sắn lát) hoặc chế biến thành những
món ăn dân dã như làm bánh, nấu chè…Nhiều ngành công nghiệp và chế biến thực
phẩm có sử dụng tinh bột khoai mì cũng rất phát triển dẫn đến nhu cầu tinh bột khoai
mì tăng nhanh chóng.
Việc sản xuất tinh bột khoai mì này đã tạo ra một lượng nước thải rất lớn ảnh
hưởng đến môi trường mà chúng ta không thể xem thường được. Nguồn nước thải
trên có pH thấp, chứa hàm lượng cặn cao, khó phân hủy, bốc mùi chua nồng ảnh
hưởng đến môi trường xung quanh. Nguồn nước thải này thường không được xử lý
triệt để, có nơi còn không xử lý mà xả trực tiếp ra môi trường hoặc ra cống thoát
nước thải sinh hoạt. Nó gây ảnh hưởng đến đời sống sản xuất và sinh hoạt của người
dân.
Chính vì những lý do đó mà việc xây dựng hệ thống xử lý cho loại nước thải này
là rất cần thiết. Nước thải tinh bột khoai mì có hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy
sinh học cao nên xử lý bằng phương pháp sinh học là một sự lựa chọn phù hợp. Đề
tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng quá trình lọc sinh học
Bảng 1.1: Các thông số và phương pháp phân tích
STT Thông số Phương pháp phân tích
1 pH pH kế
2 COD Phương pháp đun kín (K
2
Cr
2
O
7
)
3 SS Phương pháp khối lượng
4 Nitơ tổng Phương pháp chưng cất Kjeldahl
5 Photpho tổng Phương pháp so màu
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh Trang 3
GVHD: THs. Trần Thị Tường Vân
1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tượng nghiên cứu: nước thải ngành chế biến tinh bột khoai mì.
- Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu quá trình lọc sinh học hiếu khí trên mô hình
ở qui mô phòng thí nghiệm.
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh Trang 4
GVHD: THs. Trần Thị Tường Vân
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI
TINH BỘT KHOAI MÌ
2.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN TINH BỘT KHOAI MÌ
2.2. GIỚI THIỆU VỀ NƯỚC THẢI NGÀNH CHẾ BIẾN TINH BỘT MÌ
2.3. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT KHOAI
MÌ
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh Trang 5
GVHD: THs. Trần Thị Tường Vân
GVHD: THs. Trần Thị Tường Vân
khoảng giữa thế kỉ 18, (Phạm Văn Biên, Hoàng Kim,1991). Hiện chưa có tài liệu
chắc chắn về nơi trồng và năm trồng đầu tiên.
Ở nước ta cây mì được trồng khắp nơi từ Nam ra Bắc, nhiều nhất là ở vùng trung
du miền núi. Hiện nay mì là một trong những loại cây hoa màu quan trọng trong cơ
cấu lương thực ở nước ta.
Bảng 2.1: Tình hình phát triển cây mì qua các năm ở nước ta
Năm Diện tích (ha) Sản lượng (tấn)
1939 19500 97230
1955 26400 152600
1958 16500 154400
1960 35890 320990
1964 121159 896260
1770 85219 635236
1975 84956 681032
1980 447000 3978000
2000 237600 1986300
2001 292300 3509200
2002 337000 4438000
2003 371900 5308900
2004 383600 5572800
2.1.2. Công nghệ chế biến tinh bột khoai mì
2.1.2.1. Nguyên liệu:
Khoai mì tươi: Củ mì thường vuột hai đầu. Kích thước củ tuỳ thuộc tính chất đất
và điều kiện trồng mà dao động trong khoảng 0.1 – 1.1 m chiều dài và 2 – 8 cm
đường kính.
- Vỏ gỗ: Chiếm 0.5-3% khối lượng củ, có màu trắng, vàng hoặc nâu. Vỏ gỗ cấu
tạo từ cellulose và hemicellulose, hầu như không có tinh bột. Nó có tác dụng bảo vệ
củ khỏi bị ảnh hưởng cơ học và hóa học của ngoại cảnh.
- Vỏ cùi (vỏ thịt): dày hơn vỏ gỗ nhiều, chiếm khoảng 20% trọng lượng củ. Cấu
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 không những tỷ lệ thành phẩm thấp mà còn khó bảo quản tươi.
Sang tháng 2, tháng 3 lượng tinh bột trong củ lại giảm vì một phần phân huỷ thành
đường để nuôi mầm non trong khi cây chưa có khả năng quang hợp.
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh Trang 8
GVHD: THs. 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 còn có độc tố, tannin, sắc tố và hệ enzyme phức tạp. Những
chất này gây khó khăn cho chế biến và nếu qui trình không thích hợp sẽ cho sản
phẩm có chất lượng kém.
Có nhiều loại khác nhau về màu sắc, thân cây, lá, vỏ, thịt củ… Tuy nhiên trong
công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại: mì đắng và mì ngọt. Hai
loại này khác nhau về hàm lượng tinh bột và lượng độc tố. Nhiều tinh bột thì hiệu
quả kinh tế trong sản xuất cao và nhiều độc tố thì quy trình công nghệ phức tạp.
- Mì đắng còn gọi là sắn dù. Cây thấp (không cao quá 1.2 m), ít bị đổ khi gió to.
Năng suất cao, củ mập, nhiều tinh bột, nhiều mủ và hàm lượng axit xianhydric cao.
Ăn tươi dễ bị ngộ độc, chủ yếu để sản xuất tinh bột và mì lát. Đặc điểm của cây sắn
dù là đốt ngắn, thân cây khi con màu xanh nhạt. Cuống lá chỗ nối tiếp thân và cây
màu đỏ thẫm, kế đó màu trắng nhạt rồi lại hồng dần. Màu vỏ gỗ củ nâu sẫm, vỏ cùi
và thịt sắn điều trắng.
gỗ được chà xát bằng lô cuốn có gắn các sợi kim loại trên bề mặt kết hợp với nước
rửa được bơm vào liên tục. Kết thúc công đoạn này, củ được tách ra khỏi lớp vỏ gỗ.
Các tạp chất theo nước thải ra ngoài và được thu gom ở lưới chắn rác.
- Nghiền nguyên liệu và tách bã: nguyên liệu sau khi rửa và cắt khúc qua máy
mài chuyển thành dạng bột nhão, sau đó vào máy rây tách bã. Ở máy rây, nước sạch
cũng được bơm vào liên tục với mục đích rửa sạch lớp bột bám trên bã. Nước dịch
sữa bột sau khi qua máy rây được đưa về thùng chứa và trộn với dung dịch H
2
SO
3
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
2
SO
3
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: THs. 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 khô, làm nguội, đóng bao.
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh Trang 11
Dịch
Lắng
Tinh bột loại 2
Hình 2.1: Qui trình công nghệ chế biến tinh bột khoai mì
Thức ăn gia xúc
GVHD: THs. Trần Thị Tường Vân
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh Trang 12
Khoai
mì
Sàng, tách vỏ
Tinh bột ướt
Nghiền, tách bã
Tẩy chua, tẩy trắng
Đóng gói
Sấy khô
Làm nguội
Ly tâm
Quậy, pha loãng
Rữa, cắt khúc
Nước
Nước, dịch thải
Nhiệt thừa
Hóa chất
Nước, vỏ gỗ, cát
Nước thải, vụn mì
Bã, nước thải
Nước
Nước
Hình 2.2: Công nghệ chế biến tinh bột khoai mì kiểu Thái Lan
GVHD: THs. 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 không bị khô 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
Tapioca Tân Châu – Tây Ninh
STT Chỉ tiêu Đơn vị Khoảng nồng độ Nồng độ trung bình
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
pH
COD
BOD
5
TSD
SS
Độ kiềm
Glucose
Protein
Lipit
Tinh bột
CN
-
SO
4
2-
2200
0
650
1400
298
2800
5,8
99
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh Trang 16
GVHD: THs. Trần Thị Tường Vân
Ta thấy với thành phần nước thải như trên thì nước thải tinh bột mì có mức ô
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: THs. 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
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
Hình 2.4: Qui trình công nghệ xử lý nước thải của
nhà máy sản xuất tinh bột Phước Long
Bể UASB
Bể điều hòa
Bể lắng 2
- Cyanua: 4.2 mg/l
Các nhược điểm của công nghệ trên:
- Khử cyanua bằng chlor cho hiệu quả không cao, tốn rất nhiều hoá chất do
chlor là chất oxy hoá mạnh nên có thể tác dụng với rất nhiều chất trong nước thải ví
dụ với NH
3
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 công 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 NH
3
.
- NH
3
trong nước thải sau bể UASB rất cao (>200 mg/L) nhưng bể sục khí chỉ
dùng N-NH
3
làm chất dinh dưỡng và chuyển hoá thành NO
3
-
như vậy N-NH
3
trong
nước thải vẫn còn rất lớn, muốn khử N-NH
3
tốt cần phải lưu ở thời gian lâu hoặc cần
cho qua thêm công trình khử N-NH
3
vật lý.
3
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 quá trình acid hoá 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 không có công trình khử N-NH
3
để N-NH
3
còn 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: THs. Trần Thị Tường Vân
Chương 3
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH
LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ
3.1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ
3.2. TỔNG QUAN VỀ QUÁ 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: THs. Trần Thị Tường Vân
3.1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ
3.1.1. Giới thiệu
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí là quá trình sử dụng các vi sinh vật để oxy hoá
Xử lý sinh
học theo mẻ
Lọc
hiếu khí
Lọc sinh
học nhỏ giọt
GVHD: THs. Trần Thị Tường Vân
- Pha phản ứng (sục khí): Ngừng đưa nước thải vào. Tiến hành sục khí. Hoàn
thành các phản ứng sinh hoá 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 hoàn toàn được thực hiện (không 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. Quá trình sinh trưởng dính bám
a. Bể lọc hiếu khí:
Hoạt động nhờ quá trình dính bám của vi khuẩn hiếu khí lên lớp vật liệu làm giá
thể. Do quá 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 quá 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
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 tròn 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 quá 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
thông qua máy thổi khí. Quá trình lọc sinh học ngập nước với bể ổn định đôi khi
được gọi là quá trình oxy hóa tiếp xúc, quá trình lọc tiếp xúc, hiếu khí tiếp xúc hay
SVTH: Nguyễn Thị Như Quỳnh Trang 25
Copyright: Tài liệu đại học ©