i
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG
o0o
MAI VĂN NGUYÊN
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HIẾU KHÍ
VÀ KỴ KHÍ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
NHÀ MÁY ĐƯỜNG CAM RANH – KHÁNH HÒA
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
GVHD: PGS.TS. NGÔ ĐĂNG NGHĨA
KS. TRẦN THANH TÙNG Nha Trang, tháng 07 năm 2013
i
LỜI CẢM ƠN
Qua khoảng thời gian học tại trường Đại Học Nha Trang, tôi muốn gửi lời
cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thầy cô trong nhà trường đã truyền đạt cho tôi những
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 3
1.1 TổNG QUAN Về NGÀNH SảN XUấT MÍA ĐƯờNG 3
1.1.1 Ngành mía đường Thế giới 3
1.1.2Ngành mía đường Việt Nam 3
1.1.2.1 Tình hình hoạt động, sản xuất ở các nhà máy đường ở Việt Nam hiện
nay 3
1.1.2.2Tổng quan về công nghệ sản xuất mía đường ở Việt Nam 7
1.2 CÔNG NGHệ Xử LÝ NƯớC THảI MÍA ĐƯờNG 12
1.2.1 Cơ sở lý thuyết các quá trình xử lý nước thải nhà máy đường 12
1.2.2 Nguyên lý chung của quá trình oxy hoá sinh hoá 12
1.2.3 Cơ sở lý thuyết quá trình phân huỷ yếm khí 13
1.2.3.1 Cơ chế phân huỷ yếm khí 14
1.2.3.2 Công trình và thiết bị xử lý yếm khí thường được sử dụng 17
1.2.4 Cơ sở lí thuyết quá trình hiếu khí 18
1.2.4.1 Cơ chế quá trình, tác nhân và các yếu tố ảnh hưởng 18
1.2.4.2 Các dạng xử lý hiếu khí thường sử dụng 22
1.3 CÁC CÔNG NGHệ Xử LÝ NƯớC THảI ĐÃ ĐƯợC ÁP DụNG Để Xử LÝ NƯớC THảI NHÀ
MÁY ĐƯờNG 25
1.3.1 Phương pháp xử lý nước thải mía đường đang được áp dụng ở các nước
trên thế giới 25
1.3.2 Phương pháp xử lý nước thải mía đường đang được áp dụng ở Việt Nam
26
1.4 GIớI THIệU CHUNG Về NHÀ MÁY SảN XUấT ĐƯờNG CAM RANH – KHÁNH HÒA 29
1.4.1 Vị trí địa lý 29
1.4.2 Vai trò của nhà máy 29
1.4.3 Công nghệ sản xuất của nhà máy 30
1.4.4 Công nghệ xử lý nước thải của nhà máy 32
1.4.4.1 Nguồn gốc phát sinh và tính chất nước thải nhà máy 32
iii
3.4 Đề XUấT PHƯƠNG ÁN NHằM NÂNG CAO HIệU QUả CủA Hệ THốNG Xử LÝ NƯớC
THảI 81
3.4.1 Khắc phục một số sự cố trong quá trình vận hành 81
3.4.1.1 Sục khí tại bể xử lý hiếu khí 81
3.4.1.2 Các vấn đề về sinh khối: 81
3.4.1.3 Vấn đề về SS và BOD sau xử lý hiếu khí và kỵ khí cao 82
3.4.2 Các giải pháp nâng cao hiệu quả hệ thống xử lý nước thải 82
3.4.2.1 Hạn chế mất đường theo nước thải 82
3.4.2.2 Tồn trữ nước thải 83
3.4.2.3 Hồi lưu nước thải 83
iv
3.4.2.4 Tuần hoàn nước làm mát 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO 86
v
DANH MỤC HÌNH
Chương 1
Hình 1. 1: Sơ đồ công nghệ đường thô 5
Hình 1. 2: Làm sạch nước mía bằng phương pháp vôi 8
Hình 1. 3: Sơ đồ công nghệ làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hoá 9
Hình 1. 4: Sơ đồ công nghệ phương pháp cacbonat hóa 10
Hình 1. 5: Quy trình xử lý nước thải nhà máy mía đường được áp dụng trên thế giới
26
Hình 1. 6: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy đường Bình Dương 27
Hình 1. 7: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy đường Long An 28
Hình 1. 8 Vị trí nhà máy đường Cam Ranh 29
Hình 1. 9: Sơ đồ công nghệ sản xuất của nhà máy đường Cam Ranh 30
vii
DANH MỤC BẢNG
Chương 1
Bảng 1. 1: Công suất sản xuất một số nhà máy đường trong nước 4
Bảng 1. 2: Thông số ô nhiễm nước thải của các nhà máy đường trong nước 6
Bảng 1. 3: So sánh các phương pháp làm sạch 11
Bảng 1. 4: Vi sinh vật phân huỷ yếm khí tạo khí Metan 16
Bảng 1. 5: Một số thông số của hồ sinh học 24
Bảng 1. 6: Thống kê nguồn gốc, tính chất nước thải nhà máy đường 32
Bảng 1. 7: Tổng kết các dòng nước thải chính phát sinh từ quá trình sản xuất khi
nhà máy hoạt động 33
Chương 2
Bảng 2. 1: Lượng hóa chất cần thiết để phân tích COD 49
Chương 3
Bảng 3. 1: Kết quả phân tích COD(mg/l) tại bể xử lý kỵ khí 56
Bảng 3. 2: Kết quả phân tích độ màu tại bể xử lý kỵ khí 60
Bảng 3. 3:Kết quả phân tích SS tại bể xử lý kỵ khí 62
Bảng 3. 4: Kết quả phân tích BOD5 tại bể xử lý kỵ khí 64
Bảng 3. 5: Kết quả phân tích COD tại bể xử lý hiếu khí 68
Bảng 3. 6: Kết quả phân tích độ màu tại bể xử lý hiếu khí 71
Bảng 3. 7: Kết quả phân tích SS tại bể xử lý hiếu khí 74
Bảng 3. 8: Kết quả phân tích SS tại bể xử lý hiếu khí 77
viii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
một lớp dày ở dưới đáy nguồn tiếp nhận, phá huỷ hệ thuỷ sinh làm thức ăn cho cá.
Lớp bùn có chất hữu cơ làm cạn kiệt nguồn oxy hoà tan trong nước, sản phẩm của
quá trình này là: CH
4
, H
2
S, NH
3
, indol, catol
Nhằm mục đích tìm hiểu góp phần vào việc bảo vệ môi trường sống của con
người, tôi chọn đề tài “Đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý hiếu khí và kỵ khí
trong hệ thống xử lý nước thải nhà máy đường Cam Ranh – Khánh Hòa”. Qua
đó,đề xuất một số biện pháp nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống xử lý của nhà
máy đường Cam Ranh – Khánh Hòa.
Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của quá trình xử lý hiếu khí và kỵ khí.
- Đề xuất biện pháp nâng cao chất lượng hệ thống xử lý nước thải của nhà máy
đường Cam Ranh.
2
Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu dây chuyền công nghệ sản xuất của nhà máy từ đó xác định lưu
lượng các nguồn thải nước cùng với thành phần tính chất của chúng.
- Phân tích các chỉ tiêu BOD
5
, COD, SS, pH và độ màu.
- Đánh giá hiệu suất xử lý của 2 hợp phầntrong hệ thống xử lý nước thải hiện
hữu(xử lý hiếu khí và kỵ khí).
- Đề xuất một số biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống xử
lý nước thải tại nhà máy.
để trung hòa lượng vôi dư và tẩy màu mía.
Ngành công nghiệp mía đường mấy chục năm gần đây đã phát triển rất nhanh,
đã cơ khí hóa toàn bộ dây chuyền và việc tự động hóa đã được áp dụng khá rộng rãi
nhiều khâu.
1.1.2Ngành mía đường Việt Nam[2], [9]
1.1.2.1 Tình hình hoạt động, sản xuất ở các nhà máy đường ở Việt Nam hiện
nay
Hiện nay ngành công nghiệp sản xuất đường ở Việt Nam còn lại hậu so với
thế giới. Trước năm 1954 miền bắc chưa có nhà máy đường nào. Sau năm 1975, đất
nước hoàn toàn giải phóng, miền Nam khôi phục lại những nhà máy đường của chế
độ Nguỵ Quyền như: Bình Dương, Hiệp Hoà, Phan Rang, Khánh Hội, Biên Hoà…
Hiện nay đã và đang xây dựng mới một số nhà máy đường như: La Ngà, Lam Sơn,
4
Tây Ninh, Cần Thơ… Ngoài ra còn có nhiều nhà máy sản xuất đường với quy mô
nhỏ, các cơ sở sản xuất thủ công, thô sơ. Hầu hết công nghệ sản xuất đường của nhà
máy trong toàn quốc đều lạc hậu, cũ kỹ. Thiết bị sản xuất đường chủ yếu là nhập từ
Trung Quốc.
Ở nước ta, hiện nay ngành công nghiệp mía đường đang phát triển, hầu hết
các tỉnh trong toàn quốc đều có nhà máy đường, nhưng công nghệ sản xuất thì vẫn
chưa hiên đại, dần dần thay đổi công nghệ sản xuất cho phù hợp với điều kiện hiện
tại. Tính đến thời điểm hiện tại cả nước có khoảng 50 đến 60 nhà máy đường.
Bảng 1. 1: Công suất sản xuất một số nhà máy đường trong nước
Tên đơn vị sản xuất đường
Công suất
(tấn/ngày)
Tên đơn vị sản xuất đường
2500
Mía Đường Bourbon Gia Lai
1500
Gia Lai (An Khê)
2000
Bến Tre
1000
Nguồn: Báo cáo Hội nghị mía đường năm 2011 .
Hiện nay các nhà máy đường trong toàn quốc sản xuất ra chủ yếu đường thô
và đường tinh luyện. Để sản xuất mỗi loại đường thì có công nghệ sản xuất thích
hợp. Vì vậy có hai công nghệ được sử dụng trong các nhà máy đường là:
- Công nghệ sản xuất đường thô.
- Công nghệ sản xuất đường tinh luyện.
Sơ đồ công nghệ sản xuất đường thô.
5
B
ố
c hơi
Gia nhi
ệ
t 3
L
ắ
ng
Gia nhi
ệ
t 2
Nư
ớ
c
M
ậ
t r
ỉ
Hơi nư
ớ
c
Hơi nư
ớ
X
ả
nư
ớ
c r
ử
a
Hơi nư
ớ
c ngưng t
ụ
C
Hơi nư
ớ
c ngưng t
ụ
C
Hơi nư
ớ
c ngưng t
ụ
C
tạo ra các chất kết tủa hấp thụ các chất phi đường và các chất tạo màu. Sau
khi xảy ra các quá trình trên nước mía hỗn hợp cho qua bồn lắng để tách các tạp
chất cần tách, lượng cặn của bồn lắng cho qua bể lọc chân không để tách bùn và
nước lắng trong. Nước lắng trong được hoàn lưu chảy vào quá trình gia nhiệt lần 3.
Khi gia nhiệt sẽ làm cho nước mía bốc hơi và bắt đầu kết tinh. Tiếp tục là quá trình
phân ly sẽ làm đường kết tinh trở thành đường thô. Sản phẩm phụ của quá trình này
là đường rỉ.
Bảng 1. 2: Thông số ô nhiễm nước thải của các nhà máy đường trong
nước
STT
Thông số
Đơn vị
Giá trị
1
pH
5.5-7.4
2
BOD
5
mgO
2
/l
Độ màu
NTU
130-1.700
7
P-PO
4
3
-
mg/l
6-70
8
N-NO
3
-
mg/l
10-30
Nguồn: Công ty môi trường Ngọc Lân
Nhận xét:
Hầu hết các nhà máy đường trong toàn quốc ô nhiễm nặng qua các thông
7
8
Phương pháp sunfit hoá
Đây là phương pháp được dùng phổ biến để sản xuất đường kính trắng.
Phương pháp sunfit hoá chia làm 3 dạng:
- Phương pháp sunfit hoá axit
- Phương pháp sunfit hoá kiềm mạnh
- Phương pháp sunfit hoá kiềm nhẹ
Sơ đồ công nghệ tiêu biểu:
Nước mía hỗn hợp
Cô đặc
Lưới lọc
Trung hòa
PH = 7.2
Phương pháp cacbonat hoá
Khí CO
2
xông vào mía để loại các phi đường. Phương pháp cacbonat hoá
được sử dụng ở 3 dạng:
- Phương pháp xông CO
2
H
3
PO
4
SO
2
Sữa vôi
Sữa vôi
Hình 1. 3: Sơ đồ công nghệ làm sạch nước mía bằng phương pháp
sunfit hoá
10
- Phương pháp xông CO
2
thông thường
Sơ đồ công nghệ tiêu biểu: Ca(OH)
2
Nước mía hỗn hợp
Gia vôi sơ bộ
PH = 6.4 – 6.6
Gia nhiệt
T = 100 – 105
0
C
Trung hòa kiềm nhẹ
= 3.4
–
3.8
Bốc hơi
n
0
ck = 35
–
40
0
Bx
Xông SO
2
lần 1
PH = 3.4
–
3.8
Lọc kiểm tra
Mật chè
Bùn tận
dụng
Ca(OH)
2
Ca(OH)
ệu suất thu hồi sản
phẩmthấp.
- Sản xuất ra sản
phẩmđườngvàng.
2 Phương pháp
sunfit hóa
-
S
ản xuất ra sản phẩm
đườngkính trắng.
- Vốn đầu tư ít.
- Thiết bị, quy trình công
nghệ,quản lý, điều hành
đơn giản.
-
S
ản phẩm đ
ư
ờng khó
bảoquản và dễ hútẩm,biến
màu.
3 Phương pháp
cacbonat hóa
-
S
ản xuất ra sản phẩm
sinhtrao đổi ion.
- Giá thành sản phẩm cao. 12
Phương pháp trao đổi ion
Các nhà máy đường trong nước hầu hết sử dụng công nghệ làm sạch bằng
phươngpháp vôi, phương pháp sunfit hóa, phương pháp cacbonat hóa. Phương pháp
trao đổi ionchưa được sử dụng ở nước ta bởi vì công nghệ phức tạp, quản lý vận
hành khó khăn, giáthành đường thành phẩm cao.
1.2 Công nghệ xử lý nước thải mía đường.
1.2.1 Cơ sở lý thuyết các quá trình xử lý nước thải nhà máy đường
Theo nhiều tài liệu về công nghệ xử lý nước thải, với những đặc trưng của nước
thải sản xuất đường mía phương pháp xử lý nước thải sử dụng là xử lý hóa lý và
nhiều nhất là xử lý bằng phương pháp sinh học. Phương pháp sinh học xử lý nước
thải là phương pháp sử dụng các chủng vi sinh vật để loại bỏ các chất ô nhiễm ra
khỏi nước thải. Dựa trên quá trình hô hấp của các vi sinh vật sử dụng trong quá
trình xử lý, có thể chia phương pháp xử lý này thành hai loại như sau:
- Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí (sử dụng vi sinh vật hô hấp hiếu khí
hoặc hô hấp tuỳ tiện).
- Phương pháp xử lý sinh học yếm khí (sử dụng vi sinh vật hô hấp yếm khí
hoặc hô hấp tuỳ tiện).
1.2.2 Nguyên lý chung của quá trình oxy hoá sinh hoá [4]
Quá trình oxy hoá sinh hoá thực hiện được khi các chất hữu cơ hoà tan, các
chất keo và phân tán nhỏ trong nước thải được di chuyển vào bên trong tế bào của
vi sinh vật. Quá trình xử lý nước thải hoặc còn gọi là quá trình thu hồi các chất bẩn
từ nước thải và việc vi sinh vật hấp thụ các chất bẩn đó bao gồm ba giai đoạn sau:
- Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật
do khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử.
x
H
y
O
z
N : là các chất hữu cơ trong nước thải
C
5
H
7
NO
2
: là công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chínhtrong tế bào
vi sinh vật.
∆H: là năng lượng
Phản ứng (1.1) là phản ứng oxy hoá các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu
năng lượng của tế bào, còn phản ứng (1.2) là phản ứng tổng hợp để xây dựng tế
bào. Lượng oxy tiêu tốn cho các phản ứng này là tổng BOD của nước thải.
Nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hoá thì khi không đủ chất dinh dưỡng,
quá trình chuyển hoá các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hoá chất liệu tế
bào (tự oxy hoá):
322
,
23
232
,
2275
255
HNOOHNOONH
xây dựng cơ bản khá cao.
- Thời gian ổn định công nghệ dài.
- Hiệu quả xử lý chỉ đạt 80 đến 90%.
- Quy trình vận hành tương đối phức tạp.
- Nếu thiết bị hở khí thoát ra gây ô nhiễm môi trường không khí.
1.2.3.1 Cơ chế phân huỷ yếm khí [4]
Về cơ bản có thể chia quá trình phân huỷ yếm khí các chất ô nhiễm hữu cơ
thành 3 giai đoạn chính:
- Giai đoạn thủy phân
Trong công đoạn này các thành phần chất hữu cơ không tan hoặc tan ít (có
phân tử lượng lớn như protein, lipit, polysacarit, pectin) được chuyển hoá thành các
sản phẩm có phân tử lượng nhỏ hơn và phần lớn đều tan. Các chất hữu cơ này sẽ
được sử dụng làm cơ chất trong các hoạt động của VSV trong các công đoạn sau.
- Giai đoạn lên men các axid hữu cơ
Các hợp chất hữu cơ đơn giản sản phẩm của quá trình thuỷ phân, các chất
béo, polysacarit, protein sẽ được lên men thành các acid hữu cơ như: acetic, lactic,
propionic, butyricvà các chất khí như: H
2
, H
2
S, NH
3
và một lượng nhỏ CH
4
. Thành
phần và tính chất của các sản phẩm phụ thuộc nhiều vào bản chất, thành phần của
15
các chất ô nhiễm có trong nước thải, phụ thuộc vào khu hệ VSV cũng như vào điều
kiện môi trường của quá trình hoạt động (pH, nhiệt độ, ).
4
. [4]
Các sản phẩm hữu cơ thu được từ giai đoạn lên men sẽ được khí hoá nhờ các
vi khuẩn metan hoá được gọi chung là vi khuẩn Methanogens. Các vi sinh vật này
có đặc tính chung là chỉ hoạt động trong môi trường yếm khí nghiêm ngặt. Tốc độ
sinh trưởng và phát triển của chúng chậm hơn nhiều so với tốc độ sinh trưởng của
các vi sinh vật khác.
Khí metan được hình thành chủ yếu theo hai cơ chế: Decacboxyl hoá và khử
CO
2
. Phương trình tổng quát quá trình phân huỷ yếm khí tạo CH
4
được biểu diễn
thông qua biểu thức:
422
)
4
8
2
()
4
8
2
()
2
4
( CH
zyx
CO
zyx
2
7CH
4
+ 5CO
2
+ E (1.8)
Từ acid butyric 2CH
3
-(CH
2
)
2
-COOH
OH
2
2
5CH
4
+ 3CO
2
+ E (1.9)
Từ Etanol CH
3
-CH
2
OH 3CH
4
+ 3CO
2
+ E (1.10)
tạo khí metan là những vi sinh vật được trình bày ở Bảng 1.4:
Bảng 1. 4: Vi sinh vật phân huỷ yếm khí tạo khí Metan
Giai đoạn thuỷ phân Giai đoạn axit hoá Giai đoạn Metan hoá
Bacillus
Clostridium
Lactobacillen
Pseudomonas
Bacteroides
Enderobacterie
Syntrophotacter
Wolonii
Syntrophomonas
Wolfei
Syntrophus
Methanobacterium (que dài)
Methanobrevibacter(que
ngắn)
Methanococcus (dạng hình
cầu)
Methanópỉillum (dạng sợi)
Methanosarcina (dạng hình
cầu)
Nguồn: Lương Đức Phẩm (2002), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học.
Copyright: Tài liệu đại học ©