i VÕ THỊ MẾN

TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ MÀU VÀ CHẤT RẮN
LƠ LỬNG TRƯỚC KHI VÀO HỆ THỐNG XỬ LÝ SINH HỌC
BẰNG MỘT SỐ CHẤT KEO TỤ VÔ CƠ ĐỐI VỚI 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. NGUYỄN THANH SƠN B
Ộ

G
I
Á
O


Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả quý thầy, quý cô trong Bộ môn
Công nghệ kỹ thuật môi trường đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình
học tập, và đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Ngô Đăng Nghĩa, kỹ sư
Nguyễn Thanh Sơn và cô Trần Thanh Thư đã nhiệt tình hướng dẫn cho em trong quá
trình thực tập tốt nghiệp.
Bên cạnh đó em xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám đốc cùng toàn thể nhân viên
nhà máy đường Cam Ranh - Khánh Hòa đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá
trình thực tập tại nhà máy.
Qua đây em cũng xin kính chúc tới tất cả quý thầy, quý cô, các anh các chị và
các bạn lời chúc sức khỏe và luôn thành công trong cuộc sống.
Nha Trang, ngày 28 tháng 6 năm 2013
Sinh viên thực hiện

Võ Thị Mến
ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC BẢNG vii
DANH MỤC HÌNH vii
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cần thiết của đề tài 1
2. Mục đích nghiên cứu 2
3. Phạm vi nghiên cứu 2
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN 3
1.1 Tổng quan về nhà máy sản xuất đường Cam Ranh – Khánh Hòa 3

2.3.1.1 Giới thiệu về PAC 21
2.3.1.2 Hóa học quá trình keo tụ bằng PAC 22
2.3.2 Hóa học của quá trình keo tụ bằng Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O 23
2.3.2.1 Giới thiệu về Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O 23
2.3.2.2 Hóa học quá trình keo tụ bằng Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O 24
2.3.3 Hóa học của quá trình keo tụ bằng Fe

2.5.6.1 Thí nghiệm Jartest 30
2.5.6.2 Tối ưu hóa quá trình keo tụ theo phương án trực giao cấp hai 34
2.5.6.3 Thử nghiệm trên mô hình 36
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 40
3.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu đầu vào của nước thải 40
3.2 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH và liều lượng đến hiệu quả xử lý
chất rắn lơ lửng và độ màu của các chất keo tụ vô cơ 40
3.2.1 Kết quả thí nghiệm đối với chất keo tụ vô cơ Fe
2
(SO
4
)
3
40
3.2.1.1 Kết quả thí nghiệm 1.1 40
3.2.1.2 Kết quả thí nghiệm 1.2 41
3.2.1.3 Kết quả thí nghiệm 1.3 42
3.2.2 Kết quả thí nghiệm đối với chất keo tụ vô cơ Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O 43
3.2.2.1 Kết quả thí nghiệm 2.1 43
3.2.2.2 Kết quả thí nghiệm 2.2 44
3.2.2.3 Kết quả thí nghiệm 2.3 45

GĐ : Giám đốc
vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thống kê nguồn gốc, tính chất nước thải nhà máy đường 8
Bảng 2.1: Phân loại tạp chất trong nước 15
Bảng 2.2: Thành phần và tính chất của PAC 21
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật phèn nhôm Al
2
(SO
4
)
3
.18H

(SO
4
)
3
.18H
2
O tối ưu 45
Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu đối với chất keo tụ vô cơ PAC 47
Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm xác định liều lượng phèn PAC tối ưu 48
Bảng 3.8: Thiết kế quy hoạch thực nghiệm 52
Bảng 3.9: Kế hoạch thực nghiệm và kết quả quá trình tối ưu hóa 52
Bảng 3.10: Kết quả thực nghiệm theo bảng kế hoạch thực nghiệm 53
Bảng 3.11: Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm (Hàm mục tiêu: Độ màu) 54
Bảng 3.12: Điều kiện tối ưu trong xử lý độ màu 57
Bảng 3.13: Kết quả thực nghiệm theo bảng kế hoạch thực nghiệm 57
Bảng 3.14: Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm (Hàm mục tiêu: SS) 58
Bảng 3.15: Điều kiện tối ưu trong xử lý chất rắn lơ lửng 60
Bảng 3.16: Hiệu quả xử lý màu và chất rắn lơ lửng theo thời gian trên mô hình 61

viii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ cơ cấu tổ chức nhà máy 4
Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất nhà máy đường Cam Ranh – Khánh Hòa 5
Hình 1.3: Sơ đồ khối công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường Cam Ranh – Khánh
Hòa 10
Hình 2.1: Sơ đồ thí nghiệm phương án cấu trúc có tâm cấp hai, hai yếu tố 27
Hình 2.2: Sơ đồ tổng quát bố trí thí nghiệm Jartest 31
Hình 2.3: Mô hình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm 39
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất keo tụ của Fe

2
O 46
Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất keo tụ của PAC 47
Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng liều lượng đến hiệu suất keo tụ của PAC 49
Hình 3.7: Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý của ba chất keo tụ 51
Hình 3.8: Đồ thị và hình chiếu tương ứng mối quan hệ giữa pH, hàm lượng PAC đến
hiệu suất của quá trình xử lý màu 55
Hình 3.9: Tương quan giữa giá trị độ màu thực nghiệm và tiên đoán theo mô hình 56
Hình 3.10: PAC đến hiệu suất của quá trình xử lý chất rắn lơ lửng 59
Hình 3.11: Tương quan giữa giá trị SS thực nghiệm và tiên đoán theo mô hình 60 1

MỞ ĐẦU
1. Tính cần thiết của đề tài
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 700000 tấn đường, đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong cả nước.
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, ngành công nghiệp mía đường ngày
càng có cơ hội phát triển cả về số lượng và chất lượng và ngày càng được chú trọng
đầu tư hơn về mặt dây chuyền công nghệ sản xuất cũng như thu hút được nhiều
nguồn vốn đầu tư, đồng thời sự phát triển của ngành công nghiệp đã tạo điều kiện
cho sự phát triển của nền kinh tế và giải quyết vấn đề công ăn việc làm cho người
lao động.
Tuy nhiên nước thải của ngành công nghiệp mía đường luôn là mối quan
tâm của cả quốc gia, của các doanh nghiệp nói chung và nhà máy đường Cam Ranh

Cam Ranh – Khánh Hòa.
3. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý màu và chất rắn lơ lửng cho
nhà máy mía đường Cam Ranh – Khánh Hòa bằng các chất keo tụ vô cơ.
- Bố trí thí nghiệm kiểm chứng khả năng xử lý màu và chất rắn lơ lửng của
một số chất keo tụ vô cơ.
- Bố trí thí nghiệm kiểm chứng các điều kiện tối ưu hóa cho một số chất keo
tụ vô cơ.
- Xử lý số liệu theo phương pháp thống kê
- Phương pháp xử lý số liệu bằng phần mềm MODDE 5.0 3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về nhà máy sản xuất đường Cam Ranh – Khánh Hòa
1.1.1 Vị trí địa lý
Nhà máy đường Cam Ranh – Khánh Hòa được xây dựng tại xã Cam Thành Bắc,
Tỉnh Khánh Hòa.
Tổng mặt bằng cơ sở khoảng 25 ha, trong đó diện tích xây dựng các công trình
phục vụ sản xuất chính và các công trình phụ trợ chiếm khoảng 30000 m
2
.
Vị trí nhà máy nằm ở trong khu đất giữa quốc lộ 1A và biển Cam Ranh và tiếp
giáp với.
- Đông, Bắc và Đông Bắc giáp biển đẩm Thủy Triều, chế độ thủy triều chịu
tác động mạnh của vịnh Cam Ranh.
- Nam, Tây và Tây Nam giáp quốc lộ 1A
- Đông Nam giáp với đơn vị bộ đội (lữ đoàn 126 Hải Quân)
1.1.3 Vai trò của nhà máy
 Cung cấp đường cho thị trường trong và ngoài nước đảm bảo ổn định giá cả
đường mía trên thị trường.
 Thúc đẩy sự phát triển kinh tế xã hội của vùng nông thôn, các vùng trồng mía
các dịch vụ vận tải nguyên liệu, vật tư và tiêu thụ đường.
 Đảm bảo ổn định thị trường tiêu thụ với giá cả thu mua hợp lý, khuyến khích
được người nông dân tại địa phương phát triển trồng mía với quy mô lớn để
nâng cao thu nhập.
 Tạo công ăn việc làm cho người lao động trong và ngoài tỉnh.
 Gia tăng thuế thu nhập nộp cho ngân sách quốc gia.
Hình 1.
1
: Sơ đ
ồ

cơ c
ấ
u t
ổ

liệu
Phòng
kinh tế
tổng
h
ợ
p

Phòng
tổ chức
hành
chính

Phân xư
ở
ng cơ
khí
Phân xư
ở
ng s
ả
n
xuất
5

1.2 Lĩnh vực hoạt động của nhà máy
1.2.1 Công nghệ sản xuất của nhà máy

ấ
t nhà máy đư
ờ
ng Cam Ranh
–

Khánh Hòa(Ngu
ồ
n: Báo cáo đánh giá tác đ
ộ
ng môi trư
ờ
ng d
ự

án xây d
ự
ng nhà máy
đường Cam Ranh – Khánh Hòa, 06/10/2001)

Nguyên li
ệ
u

Nư
ớ
c

k
ế
t tinh

Ly tâm

S
ấ
y

Đóng baoThành ph
ẩ
mP
2
O
5

Ca(OH)
2CO
2


aBã l
ọ
c

Nư
ớ
c

làm lạnh
Nư
ớ
c

làm lạnh

Nư
ớ
c th
ả
i

Hơi nư
ớ
cNư

công đoạn chính sau:
Công đoạn 1: Công đoạn ép mía
Mía từ ruộng mía được vận chuyển về nhà máy bằng xe ô tô, qua cân để xác
định trọng lượng, mía được lấy mẫu để kiểm tra độ đường CCS. Sau đó mía được qua
khâu chặt mía, tại đây mía được dập tơi và bể mảnh nhỏ hơn để nâng cao hệ số chuẩn
bị mía đạt trên 92%.
Sau đó mía được đưa vào máy hút sắt để loại bỏ sắt lẩn trong mía rồi chuyển tới
máy ép bao gồm 5 hệ trục ép kết hợp với quá trình khuếch tán sử dụng nước nóng để
nâng cao hiệu quả thu hồi đường của quá trình ép.
Nước mía sau đó được bơm chuyển qua quá trình làm sạch.
Bã mía sau khi ép được đem đi đốt lò hơi.
Công đoạn 2: Làm sạch và cô đặc nước mía
Nước mía sau khi ép được đưa qua công đoạn làm sạch bao gồm các quá trình:
 Quá trình xử lý hóa lý: Sử dụng CO
2
, SO
2
, dung dịch sữa vôi, Ca(OH)
2
…để keo
tụ, kết tủa các tạp chất không đường có trong nước mía và để tẩy màu nước mía.
 Quá trình xử lý cơ học: Sử dụng các công đoạn lắng nổi, lắng, lọc, ly tâm…để
loại bỏ các tạp chất không đường đã được keo tụ hay kết tủa ở các công đoạn
trên ra khỏi nước mía.
 Nước mía sau khi làm sạch được chuyển qua công đoạn cô đặc và sử dụng hơi
nước bão hòa. Nước mía sau khi cô đặc được gọi là syrup có nồng độ B
x
= 65.
Syrup sau đó sẽ tiếp tục được làm sạch bằng CO
2


1.2.2 Công nghệ xử lý nước thải của nhà máy
1.2.2.1 Nguồn gốc phát sinh và tính chất nước thải nhà máy
Bảng 1.1: Thống kê nguồn gốc, tính chất nước thải nhà máy đường
Lo
ạ
i nư
ớ
c th
ả
i

Ngu
ồ
n g
ố
c

Tính ch
ấ
t

Nư
ớ
c r
ử
a míaNư

i t
ừ

quá tình ép
mía và nước làm mát máy
ép.
Nư
ớ
c có hàm lư
ợ
ng BOD cao, có ít
dầu mỡ và nhiệt độ nước khá cao.
Nư
ớ
c th
ả
i khu lò
hơi
Nư
ớ
c th
ả
i lò

hơi đư
ợ
c
ngưng tụ từ quá trình gia
nhiệt, nấu đường, quá trình
làm sạch nước mía, kết tinh

ã phân
ly đường thành đường thô.
Là nư
ớ
c th
ả
i có n
ồ
ng đ
ộ

ch
ấ
t lơ
lửng, độ màu và lượng BOD cực
cao, nước có tính axit.
Nư
ớ
c th
ả
i khác

Nư
ớ
c làm mát, r
ử
a máy
móc, rửa sàn, nước thải từ
khu xử lý khí thải, nước
thải từ sinh hoạt của công


10

1.2.2.3 Quy trình xử lý nước thải nhà máy
ử

lý hóa lý

B
ể

đi
ề
u hòa

B
ể

sinh h
ọ
c k
ỵ

khí
dạng mẻ
B
ể

sinh h
ọ
c hi
ế
u khí
dạng mẻ liên tục kiểu

ấ
t
chỉnh pH

Dinh dư
ỡ
ngKhí biogas Bùn dư

Bùn

Nư
ớ
c th
ả
i đ
ổ

ra

đ
ầ
m Th
ủ
y Tri

 Tách rác thô, tách rác tinh
 Keo tụ
 Tạo bông
 Lắng
Nước thải nguồn B được đưa qua thiết bị tách rác thô, tách rác tinh để loại bỏ
rác có kích thước lớn sau đó đưa qua bể điều hòa.
12

Sau khi qua bể điều hòa nước thải nguồn B được đưa vào bể xử lý sinh học kỵ
khí chung với nguồn A. Trước đó nước thải sẽ được chỉnh pH (dùng axit H
2
SO
4
và
NaOH) đồng thời bổ sung các chất dinh dưỡng tạo điều kiện thuận lợi cho sự phân hủy
sinh học dạng mẻ. Nước thải sau công đoạn xử lý kỵ khí được đưa qua công đoạn xử lý
hiếu khí áp dụng mô hình xử lý hiếu khí dạng mẻ liên tục kiểu UNITANK. Sau quá
trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải được dẫn qua hồ sinh học rồi được thải ra đầm
Thủy Triều.
Bùn thải từ công đoạn xử lý hóa lý của nguồn A và bùn dư từ công đoạn xử lý
sinh học hiếu khí và kỵ khí được đưa qua bể nén bùn và máy ép bùn để loại bỏ bớt
nước trước khi thải ra ngoài.
Khí biogas sinh ra từ công đoạn xử lý kỵ khí được thu gom và đốt trước khi
thải bỏ.

2
(SO
4
)
3

 Hóa chất phân tích
Bao gồm các hóa chất để tiến hành phân tích các thông số đầu vào, đầu ra sau
qua trình tiến hành xử lý nước thải nhà máy mía đường.
 Các thông số phân tích bao gồm:


COD

 BOD
 pH
 SS


N

 P
 Độ màu
 Coliform
2.1.3 Thiết bị và dụng cụ
2.1.3.1 Thiết bị


Máy đo quang DR2000


2.1.3.2 Dụng cụ


Thùng đ
ự
ng nư
ớ
c thô

 Cốc thủy tinh 1000ml
 Pipet man
 Ống đong


Đ
ũa th
ủ
y tinh

 Bình nón
 Các loại pipet
 Cốc thủy tinh 250ml
2.2 Cơ sở khoa học của phương pháp keo tụ
2.2.1 Khái nhiệm keo tụ
Keo tụ là phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất. Trong đó các hạt keo
nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành
bông cặn có kích thước lớn hơn và người ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng
bằng các biện pháp tuyển nổi, lắng, lọc [8].
2.2.2 Cơ sở khoa học của phương pháp keo tụ
2.2.2.1 Phân loại tạp chất trong nước theo kích thước [6]

và
huyền phù
H
ệ

phân tán
tinh
Dung d
ị
ch
phân tử
Dung d
ị
ch
điện ly
H
ệ

d
ị

th
ể

H
ệ

đ
ồ
ng th

,
001

Ví dụ
Phù sa

Vi khuẩn
H
ạ
t keo

Các chất
Humic
Khí hòa tan

Chất hữu cơ
Cation

Anion
Phương pháp
khảo sát
Các loại hiển vi Đo độ dẫn
Hi
ể
n vi
thường
Lọc bằng giấy
lọc
Hi
ể

quá trình hoạt động sống của động thực vật, con người, nhất là các sinh vật nước…Về
bản chất hóa học, chúng có thể hiện tính chất của phenol, rượu, amin…Chúng có thể
gây độ màu, mùi. Một số nhóm có tính chất độc. Đặc trưng chung là chúng tan nhưng
không phân ly trong nước.
Nhóm IV: Là nhóm chứa các chất chủ yếu là vô cơ tan, phân ly. Kích thước các
hạt tan ở cấp độ nguyên tử và phân tử.
Các chất thuộc nhóm III và nhóm IV là khó xử lý nhất, nếu lọc cần sử dụng kỹ
thuật lọc màng hiện đại như lọc nano (NF), lọc thẩm thấu ngược (RO). Phần lớn các
cặn lơ lửng khó lắng, lọc đều là những hạt keo kích thước rất nhỏ, không thể lọc được
bằng kỹ thuật lọc nhanh thông thường. Bằng kỹ thuật keo tụ - lắng - lọc người ta có
thể xử lý được phần lớn các tạp chất trong nhóm I và II.
2.2.2.2 Cấu tạo của hạt keo và tính bền của hệ keo [3].
Hệ keo là tên gọi phổ biến của các hệ phân tán dị thể của các hạt có kích thước
nhỏ hơn 500nm trong môi trường khác về chất so và chất hạt. Tuy nhiên kích thước hạt
không phải là yếu tố quyết định mà cấu tạo hạt keo mới là yếu tố quyết định đến tính
bền của hệ keo.
Tùy vào cấu tạo hạt và nguyên nhân gây ra độ bền mà ta có hai loại hạt keo:
- Loại ưa dung môi cụ thể là ưa nước (hydrophilic) và loại kỵ dung môi
(hydrophobic). Loại ưa nước là các dung dịch cao phân tử với các phân tử
chất hữu cơ hòa tan có kích thước lớn và chứa nhiều nhóm chức phân cực có
ái lực cao đối với các phân tử nước.
- Loại kỵ nước là các hạt keo có oxit hoặc hydroxit kim loại. Do kích thước
rất nhỏ, hạt keo có bề mặt cực lớn vì vậy bề mặt nhiệt động chúng không bền
và chúng có xu hướng co cụm để giảm năng lượng bề mặt. Mặt khác do hệ

Trích đoạn Thí nghiệm Jartest Thử nghiệm trên mô hình

---