Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường
MC LC
Nhóm 4 Page 1
Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH MÍA ĐƯỜNG
Ngành công nghiệp mía đường là một trong những ngành công nghiệp chiếm vị trí
quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Trong năm 1998, cả nước đã sản xuất được
700.000 tấn đường, đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước. Trước năm 1990, hầu
hết trang thiết bị, máy móc, dây chuyền công nghệ trong các nhà máy đường đều cũ kỷ,
lạc hậu, trình độ và chất lượng sản phẩm còn thấp. Trong những năm gần đây, do sự
đầu tư công nghệ và thiết bị hiện đại, các nhà máy đường đã không ngừng nâng cao
chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, nước thải của ngành công nghiệp mía đường luôn
chứa một lương lớn các chất hữu cơ bao gồm các hợp chất của cacbon, nitơ, phốtpho.
Các chất này dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật, gây mùi thối làm ô nhiễm nguồn nước
tiếp nhận. Phần lớn chất rắn lơ lửng có trong nước thải ngành công nghiệp đường ở
dạng vô cơ. Khi thải ra môi trường tự nhiên, các chất này có khả năng lắng và tạo
thành một lớp dày ở đáy nguồn nước, phá hủy hệ sinh vật làm thức ăn cho cá. Lớp bùn
lắng này còn chứa các chất hữu cơ có thể làm cạn kiệt oxy trong nước và tạo ra các lọai
khí như H 2S, CO 2, CH 4. Ngoài ra, trong nước thải còn chứa một lượng đường khá
lớn gây ô nhiễm nguồn nước. Chính vì tầm quan trọng của công tác bảo vệ môi trường,
đề tài về xử lý nước thải ngành công nghiệp mía đường mang tính thực tế. Đề tài sẽ
góp phần đưa ra các quy trình xử lý chung cho loại nước thải này, giúp các nhà máy có
thể tự xử lý trước khi xả ra cống thóat chung, nhằm thực hiện tốt những quy định về
môi trường của nhà nước. [1]
Nhóm 4 Page 2
Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường
CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM NHÀ MÁY ĐƯỜNG
Đường có trong nước thải chủ yếu là đường sucroza và các loại đường khử như
glocose và fructoze, trong đó:
❖Fructoze, C
6

dò rỉ nhất định, nước lam nguội máy, thiết bị khi thải ra sẽ bị nhiễm bẩn ( dầu mỡ,
đường ) giá trị BOD5 thường dao động từ 200-400mg/l.
Lưu lượng của loại nước thải này thường nhỏ khoảng 0.25m3/ tấn mía.
- Nước thải loại 3:
Nhóm 4 Page 3
Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường
Gồm tất cả các nguồn nước thải còn lại như nước rủa vệ sinh ở các khu vực trong
nhà máy: nước xả đáy nồi hơi, nước thải phòng TN, nước rò rỉ đường ống, nước thải
lọc vải, vệ sinh máy móc thiết bị Nước thải loại 3 có độ ô nhiễm rất cao, BOD5 =
1200-1700mg/l, COD thông thường khoảng 2200mg/l, PH < 5.0, SS=780-900, ngoài ra
còn có dầu mỡ, màu, mùi.
Lưu lượng nước thải loại 3 thường bằng 50% tổng lượng nước thải trong nhà máy
và dao động trong khoảng từ 0,99-1,3m3/ tấn mía.
❖Phần lớn chất rắn lơ lửng là chất vô cơ. Nước rửa mía cây chủ yếu chứa các hợp chất
vô cơ. Trong điều kiện công nghệ bình thường, nước làm nguội, rửa than và nước thải
từ các quy trình khác có tổng chất rắn lơ lửng không đáng kể.
❖Chỉ có một phần than hoạt tính bị thất thoát theo nước, một ít bột trợ lọc, vải lọc do
mục nát tạo thành các sợi nhỏ lơ lửng trong nước. Nhưng trong điều kiện các thiết bị
lạc hậu, bị rò rỉ thì hàm lượng các chất rắn huyền phù trong nước thải có thể tăng cao.
Các chất thải của nhà máy đường làm cho nước thải có tính axit. Trong trường hợp
ngoại lệ, độ pH có thể tăng cao do có trộn lẫn CaCO
3
hoặc nước xả rửa cột resin.
❖Ngoài các chất đã nói trên, trong nước thải nhà máy đường còn thất thoát lượng
đường khá lớn, gây thiệt hại đáng kể cho nhà máy. Ngoài ra còn có các chất màu anion
và cation (chất màu của các axit hữu cơ, muối kim loại tạo thành) do việc xả rửa liên
tục các cột tẩy màu resin và các chất không đường dạng hữu cơ (các axit hữu cơ), dạng
vô cơ (Na
2
O, SiO

kị khí.
Chúng tôi lựa chọn kết hợp 2 phương pháp hiếu khí- kị khí cho quy trình xử lý nước
thải tính ưu việt của chúng, phương pháp kết hợp này có những ưu, nhược điểm sau:
• Ưu điểm: Kết hợp được ưu điểm của cả hiếu khí và kị khí:
- Có thể xử lý được nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao và có khả
năng phân huỷ được các chất hữu cơ có phân tử lượng lớn, phức tạp ở kị khí
và xử lý triệt để nước thải còn lại ở bể hiếu khí.
- Lượng bùn dư sinh ra ít.
- Sản phấm của quá trình xử lý yếm khí là khí sinh học (Biogas) thành phần
chủ yếu là CH
4
và C0
2
có thể dung làm nhiên liệu.
• Nhược điểm
- Thời gian lưu của nước thải trong thiết bị lâu ở xử lý kị khí, nên chi phí ban đầu
cho xây dựng cơ bản khá cao.
- Thời gian ổn định công nghệ dài.
- Quy trình vận hành tương đối phức tạp.
- Nếu thiết bị hở khí thoát ra gây ô nhiễm môi trường không khí.
Quy trình xử lý nước thải
Nhóm 4 Page 5
Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường
1. Sơ đồ quy trình xử lý nước thải[3]. Nhóm 4 Page 6

Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và để đảm bảo oxy cho vi sinh vật sử
dụng trong quá trình phân hủy chất hữu cơ phải luôn cung cấp đầy đủ không khí cho bể
aerotank hoạt động. Hệ thống hai máy thổi khí và các hệ thống phân tán khí được sử
dụng để cung cấp ôxy cho quá trình xử lý hiếu khí. Lượng ôxy đưa vào trong quá trình
xử lý hiếu khí phụ thuộc vào lượng ôxy hòa tan trong nước (DO).VSV phân giải và
hấp thụ chất hữu cơ tạo sinh khối và kết tụ lại lắng xuống đáy bể.Phần nước phía trên
tiếp tục chảy qua bể lắng. Do VSV tăng sinh rất nhanh nên phần bùn dư được hút định
kỳ.
Nhóm 4 Page 7
Bể lắng
Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường
Ở bể lắng toàn bộ nước cặn từ bể lọc sinh học, bao gồm cặn và màng vi sinh vật, nước
thải sau đó thải ra nguồn, còn bùn từ bể lắng sẽ được bơm đưa về bể hiếu khí hoặc
được xử lý để làm phân bón.
3. Hệ vi sinh vật xử lý nước thải

3.1 Hệ vi sinh vật kị khí (bể UASB):
- Ở trong bể này chủ yếu sử dụng vi sinh vật kị khí nhằm xử lý nước thải có nồng
độ chất thải cao.
Phương pháp này được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng BOD và hàm lượng
cặn lơ lửng lớn (BOD > 1800 mg/1, ss > 300 - 400 mg/1), dựa vào các quá trình
chuyến hoá các chất hữu cơ của vi sinh vật hô hấp yếm khí hoặc tuỳ tiện [4].
- Về nguyên tắc, quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí phải thu nhận
được 3 thành phần sau xử lý: bùn thải, nước đã qua xử lý và khí sinh học.
Lý thuyêt spaghetti trong việc tạo thành bùn hạt:
- Sự hình thành bùn hạt trong thực tế là một quá trình tự nhiên. Hiện tượng
này thường xuất hiện trong tất cả các hệ thống xử lý nước thải dùng công
nghệ sinh học đáp ứng được những điều kiện cơ bản.
- Một trong những lý thuyết để giải thích quá trình tạo hạt của bùn là lý
thuyết “spaghetti”, trong đó vi sinh vật dạng sợi đan xen vào nhau tạo

- Đây là giai đoạn đặc biệt với các vi khuẩn được gọi là “khử bắt buộc proton”
hoặc “vi khuẩn sản sinh đòi hỏi hydro”. Sản phẩm của giai đoạn này là acetat
c Giai đoạn tạo methane (lên men metan)
- Người ta tìm thấy 2 nhóm có khả năng thực hiện 2 phản ứng đặc trưng bởi hô
hấp kị khí.
> Nhóm thứ nhất gọi là acetoclastes, tạo metan từ phân hóa acid acetic.
CH3COOH ► CH4 + CO2
- Phản ứng này rất chậm và rất ít năng lượng. Khoảng 70% metan được sản
Nhóm 4 Page 9
Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường
xuất ra từ phản ứng này.
> Nhóm thứ hai gọi là hydrogenophiles, suy giảm CO2, tạo metan
CO2 + 4H
2
► CH4 + 2H
2
0
Phản ứng này nhiều năng lượng hơn và xảy ra nhanh hơn phản ứng trên [6].
3.2 Hệ vi sinh vật hiếu khí
Phương pháp xử lý hiếu khí sử dụng các vi sinh vật hô hấp hiếu khí hoặc tuỳ
tiện đế phân giải các hợp chất hữu cơ có trong nước thải.
Phương pháp này chỉ áp dụng cho nước thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp
(BOD < 1000 mg/1).
Quá trình oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải xảy ra bên trong tế bào vi
sinh vật, dưới tác dụng của các enzyme nội bào các chất hữu cơ được chuyển
hoá phục vụ cho quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Cơ chế của
quá trình oxy hoá các chất hũu cơ bao gồm các giai đoạn sau:
- Giai đoạn 1: Giai đoạn khuếch tán, các chất ô nhiễm trong nước thải di chuyển
tới bề mặt tế bào vi sinh vật do sự khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử.
Tốc độ của quá trình này phụ thuộc vào quá trình tải khuếch tán và trạng thái

2
+ H
2
O + Q (2)
(C5H7NO2: Công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào
vi sinh vật)
+ Qúa trình oxy hóa nội bào (tự oxy hóa): nếu tiếp tục tiến hành QT oxy hóa thì
khi không đủ chất dinh dưỡng, Qúa trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu
xảy ra qúa trình tự oxy hóa:
C
5
H
7
NO
2
+ O
2
vsv CO
2
+ NH
3
+H
2
O + Q (3)
Trong quá trình oxy hóa sinh hóa hiếu khí, các chất hữu cơ chứa N, S, P cũng
được chuyển thành NO3
-
, SO4
2-
, PO4

C5H7NO2: là công thức biểu thị thành phần hoá học chính của tế bào vi sinh
vật trong giai đoạn hô hấp nội bào.
Q: là năng lượng giải phóng hoặc thu vào.
Khi vi sinh vật tự oxy hoá sẽ dẫn đến sự giảm số lượng tế bào vi sinh vật có
trong môi trường [7].
• Đặc điểm của vi khuẩn xử lý nước thải
Nhóm 4 Page 11
Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường
- Bề mặt tế bào được bao bọc bởi một lớp màng điều chỉnh sự trao đổi ion và các
phân tử giữa bên trong tế bào với môi trường nước xung quanh. Bên trong tế
bào có chứa tế bào chất và hang ngàn hóa chất khác nhau được quyết định phản
ứng bởi các enzyme.Các hợp chất được khuếch tán vào tế bào thông qua thành
tế bào. Đồng thời, một số lớn phân tử phức tạp được tổng hợp trong vi khuẩn sẽ
chuyển ra ngoài.Dịch tiết bao gồm gel và slimes, chúng liên kết các vi khuẩn
với nhau và các enzyme.Các enzyme này phá vỡ phân tử hữu cơ cơ lớn thành
các đơn phân nhỏ hơn đủ nhỏ để được hấp thụ .Vi khuẩn sử dụng các phân tử
được tiêu hóa để tổng hợp các phân tử mới, trong quá trình tăng trưởng . Khi
chúng đạt kích thước bình thường, vi khuẩn phân chia thành hai , và quá trình
này được lặp đi lặp lại .
- Trao đổi chất của vi khuẩn:
Xử lý nước thải trong các bể hiếu khí liên quan đến việc loại bỏ C hữu cơ từ rượu
hỗn hợp bằng cách vi khuẩn nuốt phải.Các hợp chất carbon được chuyển hóa. Trao đổi
chất bao gồm hàng ngàn phản ứng hóa học xảy ra tại một thời điểm trong vi khuẩn.
Trong mỗi phản ứng đều có eyme xúc tác.

Nguyên liệu enzyme bề mặt sản phẩm
Sản phẩm này sau đó trở thành chất nền cho các bước tiếp theo trong chuỗi, và gần
như ngay lập tức chuyển đổi, trongsự hiện diện của một enzyme cụ thể, thành một sản
phẩm khác nhau - và như vậy. Đối với một số những phản ứng này xảy ra, năng lượng
hóa học cần phải được cung cấp (phản ứng endergonic). Trong các phản ứng khác

- Đặc điểm phân loại: Theo phân loại của Bergy (1994) Bacillus subtilis thuộc:
Bộ: Eubacteriales
Họ: Bacillaceae
Giống: Bacillus
Loài: Bacillus subtilis
- Đặc điểm phân bố:
Vi khuẩn Bacillus subtilis thuộc nhóm vi sinh vật hiếu khí bắt buộc, chúng được phân
bố hầu hết trong tự nhiên. Phần lớn chúng cư trú trong đất, thông thường đất trồng trọt
chứa khoảng 10 - 100 triệu CFU/g. Đất nghèo dinh dưỡng ở vùng sa mạc, vùng đất
hoang thì vi khuẩn Bacillus subtilis rất hiếm. Nước và bùn cửa sông cũng như ở nước
biển cũng có mặt bào tử và tế bào Bacillus subtilis (Vũ Thị Thứ, 1996).
Nhóm 4 Page 13
Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường
- Đặc điểm hình thái
Bacillus subtilis là trực khuẩn nhỏ, hai đầu tròn, là vi khuẩn gram +, kích thước 0,5 -
0,8 m x 1,5 – 3 m, đứng đơn lẻ hoặc thành chuỗi ngắn. Vi khuẩn có khả năng di động,
có 8 - 12 lông, sinh bào tử hình bầu dục nhỏ hơn tế bào vi khuẩn và nằm giữa tế bào,
kích thước từ 0,8 - 1,8 m. Bào tử phát triển bằng cách nảy mầm do sự nứt của bào tử,
không kháng acid, có khả năng chịu nhiệt, chịu ẩm, tia tử ngoại, tia phóng xạ (Tô Minh
Châu, 2000).
- Đặc điểm sinh hoá
Lên men không sinh hơi các loại đường: glucose, maltose, mannitol,
Sacharose
Baccilus có khả năng tạo enzyme amylase phân hủy các hợp chất hữu cơ.
Một số đặc điểm của bể Aerotank:
Bể Aerotank là một công trình xử lý nước thải có dạng bể nhờ bùn hoạt tính và cấp
oxy bằng khí nén hoặc làm thoáng, khuấy đảo liên tục.
Bể phản ứng sinh học hiếu khí – aerotank là công trình bê tông cốt thép khối hình
chữ nhật hoặc hình tròn, cũng có trường hợp chế tạo bể aerotank bằng sắt thép hình
khối trụ.

+ sản phẩm khác + năng lượng (1.1)
 Quá trình tổng hợp (đồng hóa)
(COHNS) + O
2
+ VK hiếu khí + năng lượng → CH
7
O
2
N (tế bào vi khuẩn mới)
Các VSV trong bể tồn tại ở dạng huyền phù. Các huyền phù VSV có xu hướng lắng
đọng xuống đáy do đó việc lắp đặt các cánh khuấy để khuấy trộn các dung dịch trong a
erotank là điều rất cần thiết.
Trong quá trình vận hành bể bắt buộc phải cung cấp oxy cho VSV hoạt động.Oxy
cần thiết cho quá trình tăng trưởng tế bào và tiến hành các quá trình oxy hoá sinh học.
Để cung cấp oxy từ bên ngoài vào cho bể thường sử dụng những cách sau:
∙ Thổi khí
∙ Nén khí
∙ Làm thoáng cơ học
∙ Thổi, nén khí với hệ thống cơ học
Hoạt động của các máy khuấy và hệ thống thổi khí liên tục gây ra những tác động
sau:
∙ Cung cấp oxy cho tế bào VSV.
Nhóm 4 Page 15
Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường
∙ Làm xáo trộn dung dịch, tăng khả năng tiếp xúc giữa vật chất và tế bào
VSV.Nhờ đó tốc độ phân giải các chất ngoài tế bào hay khả năng thẩm thấu của các
chất vào trong tế bào sẽ tăng.
∙ Làm tăng mức độ oxy hoà tan.
∙ Phá vỡ thế bao vây của sản phẩm trao đổi chất xung quanh tế bào VSV.
∙ Làm tăng khả năng sinh sản của vi khuẩn vì tạo ra một lực cơ học tác động vào