BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
o0o
NGUYỄN HOÀNG QUÝ
ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG DO SẢN XUẤT
TINH BỘT SẮN VÀ ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN CÔNG NGHỆ KHẢ THI
XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hà Nội - 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
o0o
sớm trưởng thành và trở thành một trong những khoa lớn mạnh của trường. Cuối
cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã kịp thời khích lệ, động viên
tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.
Hà nội, tháng 03 năm 2011
Học viên Nguyễn Hoàng Quý
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU 12
CHƢƠNG I:
HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ TINH BỘT SẮN TRÊN THẾ
GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1
1.1. Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và trong khu vực 1
1.1.1. Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới. 1
1.1.2. Tình hình thương mại tinh bột sắn trên thế giới. 5
1.1.3. Xu hướng tiêu dùng tinh bột sắn trên thế giới. 6
1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ tinh bột sắn ở Việt Nam. 6
CHƢƠNG II:
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN VÀ CÁC CHẤT THẢI 11
2.1. Đặc trƣng nguyên liệu. 11
2.1.1. Các giống sắn truyền thống. 11
2.1.2. Các giống sắn mới. 12
2.2. Cấu tạo và thành phần hóa học của củ sắn. 15
2.2.1. Cấu tạo củ sắn. 15
3.4.2. Lợi ích của việc thu hồi khí Biogas (khí sinh học). 71
3.4.3. Đề xuất công nghệ khả thi xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn. 72
CHƢƠNG IV:
HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC
THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN CÔNG TY TNHH MINH
QUANG - YÊN BÁI 78
4.1. Tổng quan về nhà máy sản xuất tinh bột sắn Minh Quang – Yên Bái. . 78
4.1.1. Sơ lược về nhà máy. 78
4.1.2. Công nghệ sản xuất của nhà máy. 79
4.1.3. Đặc trưng nước thải nhà máy. 82
4.1.4. Công nghệ xử lý nước thải đang được áp dụng. 83
4.2. Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy sản xuất tinh
bột sắn Minh Quang – Yên Bái. 86
4.2.1. Bể lắng sơ bộ 88
4.2.2. Bể tách cặn . 90
4.2.3. Bể Điều hòa 93
4.2.4. Hồ CIGAR . 94
4.2.5. Hồ hiếu khí 98
4.2.6. Hồ sinh học ổn định. 102
4.2.7. Tính toán máy nén khí sinh học. 104
4.2.8. Tính toán hóa chất điều chỉnh pH. 105
4.2.9. Tính toán xử lý bùn cặn. 106
4.2.10. Bố trí các công trình xử lý nước thải. 113
4.3. Xác định chỉ tiêu kinh tế xây dựng hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy
sản xuất tinh bột sắn Minh Quang – Yên Bái. 114
KẾT LUẬN 117
KIẾN NGHỊ 118
Bảng 2.2. Diện tích trồng và năng suất của các giống sắn hiện đang sử dụng tại
Việt Nam 13
Bảng 2.3. Thành phần hoá học của củ sắn tươi và sắn khô 16
Bảng 2.4. Định mức tiêu thụ nguyên, nhiên, vật liệu sản xuất tinh bột sắn 31
Bảng 2.5. Đặc trưng nước thải từ công nghệ sản xuất tinh bột sắn 34
Bảng 2.6. Đặc trưng nước thải cống chung làng nghề sản xuất tinh bột 36
Bảng 2.7. Chất lượng nước mặt một số làng nghề sản xuất tinh bột 37
Bảng 2.8. Chất lượng nước ngầm làng nghề sản xuất tinh bột 37
Bảng 2.9. Chất lượng môi trường không khí ở một số làng nghề sản xuất tinh bột 38
Bảng 3.1: Đặc trưng nước thải của một số nhà máy sản xuất tinh bột sắn 65
Bảng 4.1. Đặc trưng nước thải nhà máy SXTBS Minh Quang – Yên Bái 83
Bảng 4.2. Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất tinh bột sắn
Minh Quang – Yên Bái 86
Bảng 4.3. Thông số kỹ thuật bể lắng sơ bộ 90
Bảng 4.4. Thông số kỹ thuật bể tách cặn 92
Bảng 4.5. Thông số kỹ thuật bể điều hòa 94
Bảng 4.6. Thông số kỹ thuật hồ CIGAR 97
Bảng 4.7. Thông số kỹ thuật hồ hiếu khí 102
Bảng 4.8. Thông số kỹ thuật hồ sinh học 103
Hình 2.5: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Thái Lan kèm
dòng thải 25
Hình 2.6. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc kèm
dòng thải 29
Hình 3.1. Số lượng xử lý yếm khí giai đoạn từ 1972-2006 44
Hình 3.2. Quá trình phân giải kỵ khi các hợp chất hữu cơ 46
Hình 3.3. Thiết bị yếm khí dạng tiếp xúc 50
Hình 3.4. Thiết bị yếm khí dạng tháp đệm 51
Hình 3.5. Thiết bị yếm khí dạng giả lỏng 52
Hình 3.6. Sơ đồ thiết bị UASB 53
Hình 3.7. Tỷ lệ sử dụng công nghệ UASB xử lý nước thải công nghiệp trên thế
giới giai đoạn 1981-2007 54
Hình 3.8. Sơ đồ xử lý nước thải theo bể Aeroten thông thường 58
Hình 3.9. Sơ đồ hệ thống lọc sinh học 59
Hình 3.10. Các quá trình trong bể lọc sinh học 60
Hình 3.11. Đánh giá kinh tế đối với dự án xây dựng các hệ thống xử lý nước
thải 65
Hình 3.12. Công nghệ xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn với một dòng thải 74
Hình 3.13. Công nghệ đề xuất xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn có 2 dòng
thải 76
Hình 4.1. Cơ cấu tổ chức nhà máy SXTBS Minh Quang – Yên Bái 79
Hình 4.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất nhà máy SXTBS Minh Quang– Yên Bái
kèm dòng thải 80
Hình 4.3. Công nghệ xử lý nước thải nhà máy SXTBS Minh Quang– Yên Bái 84
BOD
Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu ôxy sinh hóa
2
COD
Chemical Oxygen Demand
Nhu cầu ôxy hóa học
3
DO
Dissolved Oxygen
Hàm lượng Oxy hòa tan
4
SS
Suspended Solid
Chất rắn lơ lửng
5
TS
Total Solids
Tổng lượng chất rắn
6
TDS
Total Dissolved Solids
Tổng chất rắn hòa tan
7
TSS
Total Suspended Solids
Tổng chất rắng lơ lửng
8
AnWT
Anaerobic Wastewater Treatment
Tải trọng hữu cơ
15
CDM
Clean Development Mechanism
Cơ chế phát triển sạch
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, năng lực sản xuất và chế biến sắn của Việt Nam
đã có bước tiến bộ đáng kể. Nếu như năm 2005 diện tích trồng sắn của cả nước
khoảng 425.500 ha, thì đến năm 2007 diện tích trồng đã là 495.500 ha. Năm 2009
diện tích trồng sắn tiếp tục tăng và đạt 560.400 ha, sản lượng ước đạt 9,45 triệu tấn
tăng 40,8 % so với năm 2005, và tăng 15,4 % so với năm 2007. Năng suất những
năm vừa qua cũng tăng, mặc dù không nhiều, từ 15,35 tấn/ha năm 2005 (trung bình
của thế giới là 12,16 tấn/ha), lên 16,24 tấn/ha năm 2007 và đạt 16,90 tấn/ha trong
năm 2009. [18]
Nhiều cơ sở sản xuất tinh bột sắn cũng đã được xây dựng. Trên phạm vi cả
nước có khoảng 44 nhà máy sản xuất tinh bột sắn có quy mô công nghiệp với công
suất 50÷200 tấn/ngày và hơn 4.000 cơ sở sản xuất thủ công.[8]
Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của ngành sản xuất tinh bột sắn, các vấn
nạn về môi trường cũng ngày càng gia tăng; nước thải từ sản xuất tinh bột sắn chứa
hàm lượng BOD
5
và TSS rất cao; khối lượng chất thải rắn lớn, độ ẩm cao dễ bị
chuyển hóa do các vi sinh vật có trong nước thải. Sản xuất tinh bột sắn là một trong
Chương IV: Hoàn thiện công nghệ và thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho
nhà máy sản xuất tinh bột sắn công ty TNHH Minh Quang – Yên Bái.
Trang 1 CHƢƠNG I:
HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ TINH BỘT SẮN
TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1. Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và trong khu vực
Cây sắn – hay còn gọi là khoai mì – (Manihot esculenta Crantz), tiếng anh là
Cassava hay còn gọi là Manioc. Sắn là loại cây thân thảo, sống thành bụi tập trung
chủ yếu ở Braxin, nơi được coi là nguồn gốc của sắn. Vào thế kỉ 16 sắn được di
thực đến Châu Á, đầu tiên ở Ấn Độ sau đó đến thế kỉ 19 thì phát triển sang các nước
Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam. Từ đó đến nay cây sắn đã trở thành cây màu
có giá trị và thông dụng ở hầu hết các nước châu Á, châu Phi và châu Mĩ La tinh.
1.1.1. Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới.
Những năm gần đây quan niệm đối với cây sắn đã có những thay đổi. Cây
sắn đã từng bước thể hiện là cây mang lại nhiều lợi ích và đang có tương lai đầy hứa
hẹn. Sắn không chỉ là một loại cây lượng thực, cây thực phẩm mà còn dần trở thành
một loại cây công nghiệp quan trọng.
Ngày nay, ở nhiều nước nghề trồng và chế biến sắn đã được hiện đại hóa.
Sản phẩm của sắn đã trở thành mặt hàng được trao đổi khá rộng rãi trên thị trường
quốc tế. Ở một số nước Nam Mỹ, Châu Phi, Nam Á nhiều nhà khoa học đã và đang
quan tâm đến việc nghiên cứu cây sắn trên cả các phương diện trồng trọt, thâm canh
Sản lƣợng sắn tƣơi (triệu tấn)
Sản lượng thế giới
217,5
233,4
242,1
Mậu dịch thế giới
44,8
37,8
49,8
Tiêu dùng làm lƣơng thực theo đầu ngƣời (kg/năm)
- Thế giới
17,5
18,6
19,1
- Các nước đang phát triển
22,2
23,5
24,1
- Các nước chậm phát triển
60,8
65,9
64,5
- Cận Xahara châu Phi
94,2
103,7
103,6
Giá sản phẩm sắn (USD/tấn)
- Sắn lát (xuất sang Trung Quốc)
136,0
171,1
217.536
233.391
242.069
Châu phi
117.449
104.952
118.461
121.469
Nigêria
45.721
34.410
42.770
45.000
CHDC Côngô
14.989
15.004
15.020
15.036
Ghana
9.368
9.650
9.700
10.000
Angôla
8.810
8.800
8.900
9.000
Môdămbic
6.765
36.429
37.024
36.606
Braxin
26.639
26.541
26.600
26.000
Paragoay
4.800
5.100
5.300
5.400
Côlômbia
1.363
1.288
1.444
1.500
Các nước Mỹ Latinh khác
3.509
3.500
3.680
3.706
Châu Á
70.465
75.880
77.631
83.715
Thái Lan
22.584
1.871
1.941
2.200
Các nước châu Á khác
1.053
1.108
1.102
1.151
Châu Đại Dƣơng
258
272
275
280
(*) Số liệu của 11 tháng đầu năm 2009
Ở các nước dễ bị tổn thương về an ninh lượng thực, đặc biệt là các nước
Châu Phi đã chú trọng hơn những cây trồng bản xứ làm nguồn thay thế các loại ngũ
cốc đắt đỏ và dễ bị biến động giá như hiện nay, nhất là sau tình trạng các loại lương
thực chủ yếu tăng cao năm 2007 ÷ 2008. Trong số những cây trồng này, sắn đứng vị
Trang 4 trí hàng đầu. Như là một “ cây của thời khủng hoảng”, sắn đòi hỏi chi phí đầu tư
thấp, chủ động về thời gian thu hoạch nhất là khi đòi hỏi phải ứng phó với tình
trạng thiếu lượng thực. Những ưu thế này là lý do khiến sản lượng sắn ở châu Phi
tăng khoảng 3%, đạt 121,5 triệu tấn trong năm 2009. Ở Nigêria, nước sản xuất sắn
lớn nhất thế giới, sản lượng đạt 45 triệu tấn, tăng 5% so với năm 2008, trong khi ở
Ghana, sản lượng ước tính đạt 10 triệu tấn, lần đầu tiên kể từ năm 2003. [23]
Sản lượng sắn ở châu Á năm 2009 tăng với tốc độ kỷ lục, đạt 83,7 triệu tấn
so với 77,6 triệu tấn của năm 2008, phần lớn nhờ sản lượng tăng ở Thái Lan, lần
đầu tiên vượt ngưỡng 30 triệu tấn. Nguyên nhân là do nhu cầu tăng đối với sắn để
2006
2007
2008
2009
Bột và tinh bột sắn
4.852
4.686
4.265
4.652
Thái Lan
4.616
4.616
3.963
4.316
Các nước khác
236
269
302
335
Sắn lát và sắn viên
5.629
6.506
5.187
7.802
Việt Nam
1.041
1.317
2.000
4.000
9.240
6.810
7.766
Bột và tinh bột sắn
3.212
4.616
4.416
3.963
4.316
Nhật Bản
622
694
729
873
725
Trung Quốc
525
723
694
611
1.125
Đài Loan
502
676
548
483
620
Inđônêxia
348
968
20
474
111
EU-27
246
341
1.436
989
20
Các nước khác 200
170
319
Trang 6 Trung quốc vẫn giữa vững vị trí là khách hàng lớn nhất, chiếm 70% mậu
dịch sắn của thế giới.
Triển vọng mậu dịch sắn thế giới năm 2010 còn chưa rõ ràng, phụ thuộc
nhiều nhu cầu của Trung Quốc. Một yếu tố khác, góp phần thúc đẩy mậu dịch sắn là
do nhu cầu sản xuất Ethanol ở Châu Á khi giá đường và rỉ đường trên thế giới tăng.
1.1.3. Xu hƣớng tiêu dùng tinh bột sắn trên thế giới.
Sử dụng sắn làm lương thực đã bắt đầu phổ biến ở một số nước bất ổn về an
ninh lượng thực. Điều này thể hiện rõ ở Cận Xahara châu Phi, nơi mức tiêu dùng
sắn (hầu hết ở dạng củ tươi và sản phẩm chế biến ) đang gia tăng. Nhiều biện pháp
nhằm tăng sử dụng bột sắn trong nước thay thế ngũ cốc nhập khẩu đã được thực
hiện như: bột sắn được sử dụng trực tiếp hoặc phối trộn để chế biến thành các sản
phẩm ưa dùng. Braxin qui định phối trộn 10% bột sắn với bột mì, và ước tính 50%
2006
2007
2008
Gạo
Diện tích (1.000 ha)
6.766
7.666
7.326
7.324
7.305
7.414
Năng suất (tấn/ha)
3,68
4,24
4,88
4,89
4,86
5,22
Sản lượng (1.000 tấn)
24.963
32.529
35.790
35.826
35.560
38.720
Ngô
Diện tích (1.000 ha)
556
Năng suất (tấn/ha)
7,97
8,35
15,35
16,24
15,89
16,90
Sản lượng (1.000 tấn)
2.211
1.986
6.716
7.783
8.193
9.395
Khoai tây
Diện tích (1.000 ha)
304
254
205
181
180
162
Năng suất (tấn/ha)
5,53
6,33
7,56
8,00
8,05
8,4
8,8
7,9
7,9
Trung du và miền núi
phía Bắc
80,4
82,1
89,4
93,7
96,5
110,0
110,0
Trang 8 Bắc trung bộ và
duyên hải miền Trung
94,0
83,8
133,0
140,3
151,2
168,8
170,0
Tây Nguyên
32,6
38,0
89,4
125,9
sắn cả nước (Bảng 1.7).
Bảng 1.7. Sản lƣợng sắn trong các khu vực của Việt Nam 1995-2009 [18]
Đơn vị: 1.000 tấn
Khu vực
1995
2000
2005
2006
2007
2008
2009
Đồng bằng sông hồng
79,0
87,9
92,4
93,7
102,9
102,1
105,5
Trung du và miền núi
phía Bắc
606,3
678,5
986,8
1.070,8
1.132,3
1.328,0
1.330,0
Bắc trung bộ và duyên
hải miền Trung
106,8
110,0
Cả nƣớc
2.211,5
1.986,3
6.716,2
7.782,5
8.192,8
9.395,8
9.455,0
Với khoảng 2 ÷ 4 triệu tấn sắn xuất khẩu kể từ năm 2006 -2009 (Bảng 1.3),
Việt nam đang dần trở thành là nước xuất khẩu sắn lớn thứ hai trên Thế Giới chỉ sau
hái Lan.
Trung Quốc vẫn là thị trường xuất khẩu chính mặt hàng sắn của Việt Nam,
chiếm hơn 90% kim ngạch. Tiếp theo là Hàn Quốc chiếm 5,5%, Đài Loan
2% [16]. Mặc dù nhu cầu sắn cho chăn nuôi giảm nhẹ, nhưng nhu cầu cho sản xuất
nhiên liệu sinh học tại Trung Quốc tăng đã giúp cho tổng tiêu thụ sắn trong năm
2009 của nước ta nhìn chung vẫn được duy trì.
Thực tế cho thấy EU là thị trường tiềm năng mà Việt Nam vẫn chưa khai
thác triệt để. Hiện Thái Lan là nước cung cấp tinh bột sắn hàng đầu cho thị trường
Trang 9 EU, chiến 45% thị phần nhập khẩu của EU. Ngoài Thái Lan, các nước đang phát
triển khác chỉ chiếm 2%, trong đó có Việt nam chiếm 1,7%. Đáng chú ý là Việt
Nam xuất khẩu chủ yếu các sản phẩm sắn thô (sắn lát và sắn củ tươi) còn các sản
phẩm đã chế biến từ sắn như tinh bột sắn, tapioca, dextrin còn nhiều hạn chế. [16]
Trên phạm vi cả nước có khoảng 44 nhà máy sản xuất tinh bột sắn có quy
mô công nghiệp với công suất 50÷200 tấn/ngày và hơn 4.000 cơ sở sản xuất thủ
công.[8]
100
2
Nhà máy Tân Châu – Tây Ninh
100
3
Nhà máy Vedan - Đồng Nai
200
4
Nhà máy Gia Lai
50
5
Nhà máy An Giang
60
6
Nhà máy Quảng Ngãi
50
7
Nhà máy Quảng Nam
50
8
Công ty vật tư tổng hợp Thanh Hoá
60
9
Công ty chế biến lâm nông sản Yên Bái
50
10
Nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình
160
11
Nhà máy chế biến tinh bột sắn Lào Cai
CHƢƠNG II:
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN VÀ
CÁC CHẤT THẢI
2.1. Đặc trƣng nguyên liệu.
Sắn là cây lương thực phổ biến, ưu ấm, dễ trồng và có thể sinh trưởng được
ngay cả ở những nơi đất cằn cỗi. Khí hậu nhiệt đới gió mùa, tính chất thổ nhưỡng
của Việt Nam rất thích hợp cho cây sắn phát triển. Sắn thường được thu hoạch sau
10 ÷ 12 tháng, tùy thuộc vào giống, đất đai và các biện pháp kỹ thuật canh tác được
áp dụng. Trong hệ thống sản xuất sắn công nghiệp, thời vụ thu hoạch sắn thường
tập trung vào tháng 9 đến tháng 4 năm sau.
2.1.1. Các giống sắn truyền thống.
Các giống sắn được trồng trên thế giới khá đa dạng, nhưng về cơ bản gồm 2
giống chính: sắn ngọt (Manihot dulcis) và sắn đắng (Manihot Utilissima). Hiện nay,
nhiều Viện và Trung tâm nghiên cứu đã lai tạo được một số giống sắn có năng suất
cao và đang được nhân rộng trên khắp cả nước. Tuy nhiên, một số giống sắn truyền
thống vẫn đang giữ vị trí quan trọng. Tất cả các giống sắn trồng hiện nay trên thế
giới đều có chứa độc tố Linamarin (C
10
H
17
NO
6
) với hàm lượng khác nhau.
a. Sắn ngọt (Manihot dulcis):
Sắn ngọt gồm các loại sắn có hàm lượng HCN thấp từ 0,042 ÷0,014 mg/100g
(vỏ củ) và 0,015÷0,003 mg/100g (thịt củ). Sắn ngọt có năng suất khoảng 10 tấn/ha,
hàm lượng tinh bột thấp hơn (20÷25%) và dễ chế biến. Sắn ngọt có thể ăn tươi được
và được trông chủ yếu ở vùng núi và là cây lương thực chính hằng ngày cho người
và gia súc. Các loại sắn ngọt gồm: [9]
Vỏ củ
Thịt củ
Vỏ củ
Thịt củ
Cao nhất
0,042
0,015
0,056
0,037
Thấp nhất
0,014
0,003
0,012
0,013
2.1.2. Các giống sắn mới.
Các giống sắn ở nước ta khá phong phú. Trước năm 1985, các giống sắn
Gòn, H34, Xanh Vĩnh Phú là nhưng giống sắn địa phương được trồng chủ yếu . Từ
năm 1986÷1988 các giống Xanh Vĩnh Phú, HL20, HL23,HL24 được lựa chọn ra từ
tập đoàn thuần gen của các giống sắn phổ biến trong nước. Các giống này có đặc
điểm là ăn tươi ngon, nhưng năng suất thấp (chỉ đạt khoảng 10 tấn/ha), hàm lượng
tình bột thấp (20÷25%), ở thời điểm đó cây sắn là một trang ba cây lương thực
chính của nước ta, khoảng 80% sản lượng được sử dụng trực tiếp, sản xuất tinh bột
sắn chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ (<20%). Cây sắn đã góp phần quan trọng đảm bảo an ninh
lượng thực vào những giai đoan khó khăn của đất nước. [14]
Từ sau năm 1988, công tác nghiên cứu, tuyển chọn giống sắn ở Việt Nam có
quan hệ chặt chẽ với CIAT (Trung tâm Quốc tế Nông nghiệp Nhiệt đới - Thái Lan).
Từ năm 1988÷2005, chương trình sắn Việt Nam đã phối hợp với CIAT chọn lọc và
Copyright: Tài liệu đại học ©