BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGÔ NGỌC ÁNH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT
SẮN TẠI LÀNG NGHỀ DƯƠNG LIỄU - HOÀI ðỨC - HÀ NỘI
THEO HƯỚNG THU HỒI PHOTPHO
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI, NĂM 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI


i

LỜI CAM ðOAN
Tên tôi là Ngô Ngọc Ánh, học viên cao học lớp Khoa học môi trường K21,
chuyên ngành Môi trường, khoá 2012 - 2014. Tôi xin cam ñoan luận văn thạc
sĩ ‘‘Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn tại làng nghề Dương
Liễu – Hoài ðức – Hà Nội theo hướng thu hồi photpho’’ là công trình nghiên
cứu của riêng tôi, số liệu nghiên cứu thu ñược từ thực nghiệm và không sao chép. Học viên Ngô Ngọc Ánh Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

ii

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này ñược hoàn thành với sự ñộng viên, giúp ñỡ của nhiều cá nhân
và tập thể.
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến TS. Phan Trung Quý ñã
hướng dẫn tôi thực hiện nghiên cứu của mình.
ðồng thời tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo, các
bạn sinh viên trong nhóm nghiên cứu tại Bộ môn Hóa Học – Khoa Môi Trường –
Trường ñại học Nông Nghiệp ñã ñem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, giúp ñỡ,

2.2.1. Thu hồi lân bằng phương pháp hóa học 13
2.2.2. Thu hồi lân bằng phương pháp sinh học. 17
2.3. Tổng quan về công nghệ công nghệ thu hồi P trong nước thải trên
thế giới. 24
3. ðỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU 28
3.1. ðối tượng nghiên cứu 28
3.2. Phạm vi nghiên cứu 28
3.3. Vật liệu nghiên cứu 28
3.4. Nội dung nghiên cứu 28
3.5. Phương pháp nghiên cứu 28
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

iv

3.5.1. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp 28
3.5.2. Phương pháp ñiều tra khảo sát thực ñịa, phỏng vấn bán chính thức. 29
3.5.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 29
3.6. Phương pháp phân tích dòng vật chất 31
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32
4.1. ðiều kện tự nhiên, kinh tế - xã hội làng nghề Dương Liễu 32
4.1.1. ðiều kiện tự nhiên làng nghề xã Dương Liễu 32
4.1.2. ðiều kiện kinh tế - xã hội làng nghề xã Dương Liễu 34
4.2. Kết quả ñiều tra hiện trạng chế biến tinh bột sắn tại làng nghề Dương
Liễu – Hoài ðức – Hà Nội. 35
4.3. Kết quả phân tích nước thải làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu. 39
4.4. Kết quả xác ñịnh dòng phopho trong môi trường làng nghề Dương Liễu. 41
4.5. Kết quả thí nghiệm xử lý nước thải theo hướng thu hồi photpo 47
4.5.1. Quy trình thu hồi 47
4.5.2. Hiệu suất keo tụ nước thải chế biến sắn bằng phèn nhôm 48

TCVN
TN&MT
UBND
Công nghiệp
Công nghệ xử lý
Chất thải rắn
Phân tích dòng vật chất
Poly nhôm clorua [Al
2
(OH)
n
Cl
6-n
]
m
Quy chuẩn Việt Nam
Tiêu chuẩn Việt Nam
Tài nguyên và Môi trường
Ủy ban nhân dân

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Thành phần hóa học trong sắn củ 3
Bảng 2.2. Tính chất nước thải chế biến sắn. 7
Bảng 2.3. Tính chất nước thải sản xuất tinh bột sắn 7
Bảng 2.4. Tích số tan của một số hợp chất photphat với canxi, nhôm, sắt tại 25

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1. Sơ ñồ công nghệ chế biến tinh bột sắn 5
Hình 2.2: Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long 8
Hình 2.3: Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ ở Tân Châu 9
Hình 2.4: Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long 11
Hình 2.5: Quá trình A/O xử lý photpho 19
Hình 2.6: Quá trình phostrip xử lý photpho 20
Hình 2.7: Quá trình A
2
/O xử lý photpho 21
Hình 2.8: Quá trình bardenpho năm giai ñoạn xử lý photpho 22
Hình 2.9: Quá trình UCT xử lý photpho 23
Hình 2.10: Quá trình VIP xử lý photpho 23
Hình 4.1. Bản ñồ vị trí hành chính xã Dương Liễu. 32
Hình 4.2. Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại xã Dương Liễu 1960 – 1970 36
Hình 4.3. Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại xã Dương Liễu hiện tại. 37
Hình 4.4. Sơ ñồ dòng di chuyển của photpho từ hộ gia ñình và quá trình sản
xuất tinh bột sắn xã Dương Liễu. 43
Hình 4.5. Sơ ñồ ñịnh tính và ñịnh lượng dòng photpho ñối với hộ gia ñình làng
nghề Dương Liễu 43
Hình 4.6. Sơ ñồ ñịnh tính và ñịnh lượng dòng photpho của quá trình sản xuất
tinh bột sắn làng nghề Dương Liễu 44
Hình 4.7. Sơ ñồ ñịnh tính và ñịnh lượng dòng photpho từ hộ gia ñình và quá
trình sản xuất tinh bột sắn xã Dương Liễu. 46
Hình 4.8. Quy trình thu hồi photpho 47

4
3-
từ 11 ñến 13 g/lít 55
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

1
1. MỞ ðẦU

1.1. Tính cấp thiết của ñề tài
Photpho là nguyên tố cơ bản của sự sống và có mặt trong rất nhiều ngành
nghề sản xuất công nghiệp, nông nghiệp. Hợp chất hóa học chứa photpho có
trong nước thải và nếu không có biện pháp xử lý sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng
cho môi trường.
Hoạt ñộng làng nghề nói chung và làng nghề chế biến tinh bột sắn nói
riêng có nhiều ñóng góp cho kinh tế xã hội của nước ta. Song, trong nước thải
của sản xuất tinh bột sắn có khá nhiều tinh bột, N, P, CN
-
…Tại làng nghề chế
biến nông sản thực phẩm Dương Liễu – Hoài ðức – Hà Nội, các chỉ tiêu trong
nước thải ñều vượt quá TCVN 5945 – 1995 (cột B) từ 5 – 32 lần, trong ñó chỉ
tiêu Photpho tổng số vượt mức cho phép 20 lần [7] làm giảm chất lượng môi
trường nước ñặc biệt là có nguy cơ gây hiện tượng phú dưỡng. Bên cạnh ñó nếu
thu hồi ñược lượng photpho trong nước thải không những hạn chế ñược nguy cơ
gây hiện tượng phú dưỡng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tận dụng
ñược photpho làm nguyên liệu cho sản xuất phân bón.
Vì thế việc tìm ra giải pháp xử lý thích hợp ñối với nước thải từ làng nghề chế
biến tinh bột sắn này có ý nghĩa rất lớn. Trên cơ sở ñịnh hướng “tái sử dụng và thu hồi
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

3
2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn
Sắn (hay còn gọi là khoai mỳ) là cây lương thực ưa ẩm, có nguồn gốc ở
vùng nhiệt ñới của Châu Mỹ La Tinh. Hiện tại sắn ñược trồng trên 100 nước ở
vùng nhiệt ñới, cận nhiệt ñới và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người. Ở
nước ta, cây sắn có vai trò quan trọng trong ñời sống kinh tế xã hội và là loại
lương thực ñứng sau gạo. Sắn ñược trồng hầu hết ở tám vùng sinh thái, nhưng
phổ biến là các vùng trung du miền núi. Diện tích sắn trồng nhiều nhất là ở ðông
Nam Bộ và Tây Nguyên.
Bảng 2.1. Thành phần hóa học trong sắn củ
STT

Thành phần Hàm lượng %
1 Nước 64 - 74
2 Tinh bột 20 - 34
3 Protein 0,8 - 4,2
4 Lipit 0,3 - 0,4
5 Pectin, ðường 1 - 3,1
6 Xenlulo 1 - 3
7 ðộc tố 0,001 - 0,04
8 Tro 0,54
9 Các polyphenol 0,1 - 0,3

[4]

Hình 2.1. Sơ ñồ công nghệ chế biến tinh bột sắn
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

6
2.1.2. Hiện trạng nước thải tại làng nghề chế biến tinh bột sắn
Nước thải sinh ra từ bãi tập kết nguyên liệu, nước thải do mưa chảy tràn
tạo ra, rất ñục do chất rắn lơ lửng cao; nước thải sinh ra từ quá trình rửa, bóc vỏ
thì chứa nhiều tạp chất cơ học, hàm lượng hữu cơ thấp; nước thải sinh ra từ quá
trình lọc, lắng chứa nhiều tinh bột, xơ mịn, cặn không tan, xyanua, COD, BOD
và SS cao. Khối lượng nước thải rất lớn vào khoảng 10 -30 m
3
/tấn tinh bột.
Nước thải sản xuất tinh bột sắn có chứa cyanua là hợp chất ñộc tính cao, pH thấp,
hàm lượng chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng cao (khoảng 120 – 3000mg/l).[6]
Ngoài ra trong nước thải của ngành sản xuất chế biến tinh bột sắn có hàm
lượng nito, photpho cao gây ra hiện tượng bùng nổ phát triển các loại tảo, khi quá
nhiều sẽ gây nên hiện tượng phú dưỡng, khi ñến một mức ñộ giới hạn nào ñó tảo
chết ñi và phân hủy gây nên hiện tượng thiếu oxi. Nếu nồng ñộ oxi giảm xuống
sẽ gây nên hiện tượng thủy vực chết. Ngoài ra, các loại tảo sẽ tạo ra trên mặt
nước một lớp màng khiến những tầng nước bên dưới không có ánh sáng, quá
trình quang hợp của thủy vực bị ngừng trệ. Tất cả các hiện tượng trên gây tác
ñộng không nhỏ ñến chất lượng nước, hệ thủy sinh, du lịch, cấp nước ñặc biệt là
ñời sống của người dân.
Hiện nay trừ những nhà máy chế biến sắn theo quy mô lớn và có sự hợp
tác của nước ngoài có hệ thống xử lý nước thải thì phần lớn các nhà máy nhỏ lẻ
và các làng nghề chế biến sắn theo lối thủ công truyền thống có kỹ thuật thô sơ,
không có trình ñộ nên nước thải ñược xả trực tiếp ra kênh, sông gây ô nhiễm
nguồn nước. Bên cạnh ñó nước thải ô nhiễm ñã làm ảnh hưởng tới chất lượng
nguồn nước ngầm, hiện nay 100% dân số tại làng nghề sử dụng nguồn nước
ngầm phục vụ sinh hoạt do vậy những người dân tại làng nghề thiếu nước sạch

băm nhỏ
Sàng,Lọc
1 pH - 4,9 4,5
2 Cặn lơ lửng (SS) mg/l 1300 3300
3 BOD
5
(20
o
C) mg/l 3500 9500
4 COD mg/l 6300 11500
5 Nitơ tổng mg/l 90 250
6 Photpho tổng mg/l 15 45
7 Xyanua (CN
-
) mg/l 25 15
[6]Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

8
2.1.3. Một số quy trình xử lý nước thải tinh bột sắn ở Việt Nam [13]
* Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ Phước Long – Bình Phước
Quy trình hệ thống xử lý nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột khoai
mỳ Phước Long ñược chỉ ra ở hình 2.2

Hình 2.2: Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long
Ưu ñiểm:
- Vận hành ñơn giản, chi phí vận hành thấp.
Nhược ñiểm:

Ưu ñiểm:
- Vận hành ñơn giản, chi phí thấp.
Nhược ñiểm:
- ðòi hỏi diện tích xây dựng lớn.
- Việc chống thấm ở các hồ ñầu tiên (các hồ kỵ khí và tùy tiện) là rất quan
trọng nhằm tránh hiện tượng thấm nước thải vào ñất, ảnh hưởng ñến chất lượng
nguồn nước ngầm khu vực.
* Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ Hoàng Minh
Quy trình hệ thống xử lý nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột khoai
mỳ Phước Long ñược chỉ ra ở hình 2.4
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

11

Hình 2.4: Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long
Nước thải sau khi ñược trung hòa ñể nâng nồng ñộ pH sẽ ñược dẫn ñến bể
ñiều hòa lưu lượng và nồng ñộ ñồng thời xử lý một phần chất thải. Sau ñó nước
thải sẽ ñược xử lý kỵ khí bằng UASB và hiếu khí bằng aerotank. Bùn sau lắng
ñược ñưa ra nhà máy nén bùn và sân phơi bùn.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

12
Ưu ñiểm:
- Hệ thống vận hành ñơn giản, không tốn nhiều diện tích
Nhược ñiểm:
- Không xử lý triệt ñể lượng CN
-
trong nước thải
- Nếu muốn ñạt tiêu chuẩn loại A (QCVN: 40/2011) hệ thống phải xử lý

thông qua thải bùn dư (vi sinh chứa nhiều photpho) hoặc tách ra dưới dạng muối
không tan sau khi xử lý yếm khí với một hệ kết tủa kèm theo (ghép hệ thống phụ).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

13
Tách các hợp chất photpho ñồng thời với các tạp chất khác qua quá trình
màng thích hợp: màng nano, màng thẩm thấu ngược hoặc ñiện thẩm tích. Về
nguyên tắc hiệu quả tách lọc qua màng có hiệu suất cao nhưng do giá thành quá
ñắt nên hầu như chưa thấy có ứng dụng trong thực tế.
2.2.1. Thu hồi lân bằng phương pháp hóa học
2.2.1.1. Kết tủa photphat.
Kết quả từ những nghiên cứu sâu và rộng cho thấy trong khi kết tủa
photphat với các ion kim loại nêu trên, kết tủa không phải là cơ chế duy nhất mà
quá trình hấp phụ, keo tụ xảy ra ñồng thời ở trong hệ cũng ñóng góp vào việc
tách photphat tan ra khỏi môi trường nước. Hợp chất photphat dạng kết tủa gồm
rất nhiều loại, khác nhau về cấu trúc rắn, dạng tinh thể, thành phần hóa học, thậm
chí không tuân theo công thức tỉ lượng hoặc chúng thay ñổi ngay trong thời gian
ngắn. Riêng ñối với ion sắt (II), (III) và nhôm khi tồn tại ở trong nước tự bản
thân chúng ñã tham gia một loạt các phản ứng như thủy phân, tạo ra các phân tử
lớn hơn như dime, trime cũng như polyme có mạch dài ngắn khác nhau hoặc các
dạng hydroxit có hóa trị khác nhau. Hydroxit, polyme của sắt và nhôm trong
nước ñóng vai trò chất hấp phụ, chất keo tụ có khả năng hấp phụ photphat tan
hoặc keo tụ các hợp chất photphat không tan cùng lắng.
Diễn biến trong hệ nước - photphat – Al
3+
, Fe
2+
, Fe
3+
phụ thuộc vào


CaHPO
4
Ca
2+
+ HPO
4
2-
10
-6,6

Ca
4
H(PO
4
)
3
4Ca
2+
+ 3PO
4
3-
+ H
+
10
-46,9

Ca
10
(PO

+ 2F
-
(apatit) 10
-118

CaHAl(PO
4
)
2
Ca
2+
+ Al
3+
+ H
+
+ 2PO
4
3-
10
-39

CaCO
3
Ca
2+
+ CO
3
2-
10
-8,3

-
10
-36

Al(OH)
3
Al
3+
+ 3OH
-
10
-32Từ bảng 2. 3 có thể ñưa ra một số nhận xét:
- Cả ba loại ion (Ca
2+
, Al
3+
, Fe
3+
) ñều tạo ra hợp chất photphat có ñộ tan rất thấp,
ñặc biệt là hydroxylappatit và apatit. Phản ứng tạo thành ở vùng pH cao nên
nhiều loại hợp chất của canxi với photphat có chứa thêm nhóm OH.
- Hydroxit sắt, nhôm tan trở lại vào nước dưới dạng ferrat hoặc aluminat [(Fe(OH)
4
-
,
Al(OH)
4

,pKA = 8,3). Chỉ có lượng canxi dư sau khi tạo thành canxi cacbonat mới phản
ứng với photphat. Phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm không tan khác nhau nhưng
chủ yếu là hydroxylapatit:
10Ca
2+
+ 6PO
4
3-
+ 2OH
-
Ca
10
(PO
4
)
6
(OH)
2

Lượng vôi ñưa vào còn bị tiêu thụ do các phản ứng kết tủa canxi carbonat và ñộ
kiềm (khử ñộ cứng theo phương pháp vôi - sô ña).
Ca
2+
+ Ca(OH)
2
+ 2HCO
3
-
2CaCO
3