ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Duy Hiển

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH MÍA ĐƯỜNG
THEO ĐỊNH HƯỚNG THU HỒI NĂNG LƯỢNG (KHÍ METAN)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Nguyễn Duy Hiển

Hà Nội - 2014
Hà Nội - 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH MÍA ĐƯỜNG
THEO ĐỊNH HƯỚNG THU HỒI NĂNG LƯỢNG (KHÍ METAN)

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số:
60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN THỊ HÀ
TS. LÊ THỊ HOÀNG OAN


MỞ ĐẦU
Với đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa và các điều kiện thổ nhưỡng thuận lợi,
Việt Nam có nhiều ưu thế trong việc phát triển ngành công nghiệp mía đường và thực
tế, mía đường là một trong những ngành công nghiệp chiếm vị trí quan trọng trong
nền kinh tế nước ta. Hiện nay cả nước có 37 nhà máy đường đang hoạt động, phân bố
rộng cả ba miền đất nước. Niên vụ mía 2012 - 2013 tổng diện tích trồng mía trên cả
nước đạt khoảng 283,2 nghìn hecta. Năng suất mía bình quân đạt 62,4 tấn/hecta, tổng
sản lượng mía đạt được 18,5 triệu tấn. Sản lượng mía ép công nghiệp đạt 16,5 triệu
tấn, sản lượng đường đã đạt mức 1.530.000 tấn, tăng hơn 200 nghìn tấn so với niên
vụ trước, đáp ứng được nhu cầu trong nước [1, 3].

Trước năm 1990, hầu hết trang thiết bị, máy móc, dây chuyền công nghệ sản
xuất trong các nhà máy đường đều cũ, lạc hậu, trình độ sản xuất và chất lượng sản
phẩm còn thấp. Trong những năm gần đây, do sự đầu tư cải tiến công nghệ và thiết bị
hiện đại, các nhà máy đường đã không ngừng nâng cao năng suất và chất lượng sản
phẩm. Tuy nhiên, so với thế giới năng suất, chất lượng mía đường của chúng ta còn
thấp và chi phí sản xuất mía cao. Những vụ ép gần đây, hầu hết các nhà máy đường
gặp khó khăn do giá đường thế giới giảm mạnh, và tình trạng nhập lậu đường từ
Trung Quốc, Thái Lan đã ảnh hưởng lớn đến sản xuất trong nước [13].

Bên cạnh những khó khăn trong sản xuất và kinh doanh, các nhà máy đường
còn phải đối mặt với các vấn đề môi trường phát sinh trong quá trình sản suất. Ngành
công nghiệp mía đường tiêu thụ nhiều năng lượng hóa thạch (điện, than đá, dầu

6
6


diezen...), nhu cầu sử dụng nước lớn và thải ra khối lượng rất lớn các chất thải rắn,
khí thải và nước thải với mức độ ô nhiễm cao. Nước thải ngành công nghiệp mía


Mặt khác, trong bối cảnh hiệu ứng nhà kính gia tăng gây nên hiện tượng nóng
lên toàn cầu và cuộc khủng hoảng năng lượng kéo dài do sự khan hiếm các nguồn
năng lượng hóa thạch gần như không có khả năng tái tạo. Việc nghiên cứu khả năng
thu hồi năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính càng trở nên bức thiết đóng góp
vào việc phát triển bền vững và thân thiện với môi trường của ngành công nghiệp mía
đường.

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải ngành mía đường đã và đang được
nhiều nhà khoa học trên thế giới và Việt Nam quan tâm, các nghiên cứu này đã đạt
được những kết quả khả quan. Tuy nhiên, các nghiên cứu này hoặc là chưa xem xét
đến các yếu tố tự nhiên, xã hội và thực tế sản xuất tại Việt Nam hoặc là chưa đánh giá
đúng mức đến tiềm năng thu hồi năng lượng (khí metan).

Để đóng góp vào hướng nghiên cứu này góp phần tiết kiệm tài nguyên và bảo
vệ môi trường, luận văn thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý nước
thải ngành mía đường theo định hướng thu hồi năng lượng (khí metan) ”. Mục tiêu
nghiên cứu nhằm đề xuất được công nghệ phù hợp xử lý nước thải mía đường kết hợp

8
8


với thu hồi sản phẩm phụ có giá trị góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng
cường hiệu quả kinh tế. Với nội dung gồm:

> Tổng quan về sản xuất mía đường, hiện trạng xả thải, công nghệ xử lý và khả

năng thu hồi metan.


thập kỷ diện tích mía trên thế giới tăng bình quân hơn 2,5 triệu ha [22].
Trong vài niên vụ gần đây các quốc gia đầu ngành đạt được sản lượng đường như liệt kê
trong bảng 1.1

10
10


.Bảng 1.1. Sản lượng đường của một số quốc gia trên Thế giới

Nguồn [22]
Từ số liệu bảng 1.1 cho thấy, Brazin và Ản Độ là hai cường quốc đứng đầu Thế
giới về sản lượng đường đạt được, chiếm khoảng 40% tổng sản lượng đường của Thế
giới. Tiếp đến là các quốc gia thuộc EU-27, sản lượng đường đạt được khá cao với tỷ
lệ 10%.
Xuất khẩu đường thô trên Thế giới đạt 58 triệu tấn niên vụ 2011 -2012. Dẫn

đầu là Brazin (24,6 triệu tấn) và Thái Lan (9 triệu tấn). Tỷ

lệxuất khẩu đường của


ũ
I III—I
II—I—ĩ—I—I—I—I
II—I—I—i—I—r—1—I—I—I—1—I—I
—I—I—|—1—I—1—I—I—»—I—I
II—I—I rI—I—I..I
I—
196Ũ 19651970Ỉ9757

đường Thế giới giai đoạn 1960 - 2011

Giá đường Thế giới đạt mức kỷ lục vào năm 1975 (148,88 USD/tấn). Sau đó
giảm đáng kể qua các năm. Năm 2011 giá đường Thế giới chỉ còn ở mức 46,62
USD/tấn, giảm 102,26 USD/tấn so với năm 1975.


1.1.2. Tổng quan về sản xuất mía đường tại Việt Nam

Ngành đường của Việt Nam nhìn chung khá lạc hậu so với Thế giới. Trước 1954, toàn
bộ miền Bắc không có nhà máy đường nào. Sau 1975, ở miền Nam đã phục hồi lại các
nhà máy đường Bình Dương, Hiệp Hòa, Phan Rang, Khánh Hội, Biên Hòa; xây dựng
mới các nhà máy đường La Ngà, Lam Sơn, Tây Ninh.
Ngành sản xuất mía đường ở nước ta vẫn đang gặp nhiều khó khăn, yếu thế
cạnh tranh trên chính thị trường nội địa do mức chênh lệch giá sản xuất ở nội địa luôn
cao hơn so với các nước trên Thế giới cùng với đường nhập lậu từ Trung Quốc, Thái
Lan... dẫn đến lượng hàng tồn kho ngày càng gia tăng.

Ngành mía đường Việt Nam là ngành sản xuất có tính thời vụ, thường chủ yếu
thu hoạch và sản xuất trong thời gian khoảng 5 tháng (tháng 11 đến tháng 4 năm sau),
sau đó tồn kho thành phẩm để bán cho các tháng còn lại trong năm. Vì vậy nên chi phí
tồn trữ hàng hóa này rất cao và giá thành sản phẩm khá cao [13].

Trong bối cảnh chung của nền kinh tế cả nước gặp nhiều khó khăn: tốc độ tăng
trưởng GDP thấp, sức tiêu thụ nội địa giảm. ngành mía đường còn gặp thêm khó khăn
bởi sự xâm nhập của đường lậu, tuy nhiên niên vụ mía 2012 - 2013 vẫn tiếp tục phát
triển với mức tăng trưởng khá. Cả nước trồng hơn 298.000 ha mía, tăng hơn 15.000 ha
so với vụ trước; năng suất bình quân đạt 63,9 tấn/ha, tăng với niên vụ trước 2,2 tấn/ha;
tổng sản lượng mía thu được 19,04 triệu tấn, tăng 1,5 triệu tấn so với cùng kỳ và đã


đới. Việc chế biến đường phải thực hiện nhanh, ngay trong mùa thu hoạch để tránh
thất thoát sản lượng và chất lượng đường. Công nghiệp chế biến đường hoạt động
theo mùa vụ do đó lượng chất thải cũng phụ thuộc vào mùa thu hoạch

a) Thành phần của mía và nước mía

Thành phần của mía thay đổi theo vùng, dao động trong khoảng sau [50]: Bảng 1.3.
7
ơị -

Thành phần của mía và nước mía
in

0,

cn

.6
,8


- Từ thân cây mía : màu do chlorophyll, anthocyanin, saccharetin và tanin

gây

ra.

- Do các phản ứng phân hủy hóa học: Khi cho vào nước mía lượng nước vôi,

hoặc dưới tác dụng của nhiệt độ, nước mía bị đổi màu.

biến thành sẫm màu. Dưới tác dụng của nhiệt độ tanin bị

với muối sắt sẽ

phân hủy thành

catehol, kết hợp với kiềm thành protocatechuic. Khi đun trong môi trường axit
phân hủy thành các hợp chất giống saccharetin.

- Ở nhiệt độ cao hơn 200oC, đường sucrose và hai loại đường khử (glucose và

fructose) bị caramel hóa và tạo màu đen. Ở nhiệt độ cao hơn 55oC, đường khử
đã bị phân hủy thành các hợp chất có màu rất bền.

c) Công nghệ sản xuất đường
Năng suất đường thành phẩm của mỗi nhà máy đạt được có sự khác nhau phụ thuộc vào


chất lượng nguyên liệu mía đầu vào, trình độ công nghệ thiết bị sản xuất và kinh
nghiệm của đội ngũ cán bộ kỹ thuật trong quá trình vận hành. về quy trình công nghệ
sản xuất nhìn chung là tương tự như dưới đây [50]


.

N
ư
ớ
c
n

Chất thải ở giai đoạn này chủ yếu là bùn gồm các chất vô cơ và hữu cơ chứa
trong nguyên liệu; nước thải từ khâu lọc và nước cấp cho tháp tạo chân không của


máy lọc.
4. Cô đặc nước mía

Nước chè qua bình gia nhiệt rồi vào hệ thống năm nồi cô chân không đa hiệu
(dòng xuôi chiều). Hơi nước gia nhiệt cho nồi cô thứ nhất được lấy từ hơi thứ của
Turbin. Hơi từ nồi thứ năm sẽ được ngưng tụ trong tháp baromet. Trữ lượng đường
của nước chè sẽ tăng, dung dịch này được gọi là siro.
Chất thải ở giai đoạn này có từ nước rửa và nước cấp để làm lạnh có chứa nước
ngưng tụ từ nồi cô đặc có thể có chứa đường.

5. Làm sạch mật mía

Là giai đoạn bỏ các tạp chất và khử màu. Bằng cách đưa qua gia nhiệt, lắng nổi
để loại bọt và tạp chất rồi sục SO2 lần hai để khử màu, giảm độ nhớt để chuẩn bị nấu.
6. Nấu đường trợ tinh

Là giai đoạn siro được cô đặc trong nồi nấu chân không đến trạng thái bão hòa,
khi đó các tinh thể đường xuất hiện và tăng dần kích thước, đạt đến yêu cầu tại thùng
trợ tinh.
7. Ly tâm tách mật

Quá trình ly tâm nhằm tách tinh thể đường ra khỏi mật bằng lực ly tâm. Máy ly
tâm sinh lực ly tâm làm cho mật văng ra qua lưới ly tâm bên thành máy, còn đường
cát hạt to không lọt qua lưới nằm lại. Khả năng tách mật phụ thuộc vào loại “đường
non” và tính năng máy ly tâm.
Nước thải từ giai đoạn này gồm nước thải chứa mật và nước từ tháp ngưng tụ

đường...). Đây là loại nước thải có mức ô nhiễm rất nhẹ, thường có trị số BOD5 thấp
(20 - 25 mg/L), SS thấp (30 - 35 mg/L), COD thấp (50 - 60 mg/L). Lưu lượng của loại
nước thải này thường nhỏ, khoảng 0,25 m3/tấn mía.
❖ Nước thải loại 3:

Gồm tất cả các loại nước thải còn lại như nước rửa vệ sinh ở các khu vực trong
nhà máy: nước xả đáy nồi hơi, nước thải phòng thí nghiệm, 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 thường trong khoảng 1200 - 1700 mg/L, COD thông thường khoảng 2200
mg/L, pH < 5, SS thường trong khoảng 780 - 900 mg/L, ngoài ra còn có dầu mỡ, các
thành phần gây màu và mùi.
Lưu lượng nước thải loại này thường bằng 50% tổng lượng nước thải trong nhà
máy trong khoảng 0,99 - 1,3 m3/tấn mía.
1.2.2.

Các thông số đặc trưng của nước thải nhà máy đường

Do nước thải của ngành công nghiệp mía đường luôn có lưu lượng lớn và
thường chứa một lượng lớn các chất hữu cơ và chất rắn vô cơ. Các chất này dễ bị lắng
đọng và phân hủy bởi các vi sinh vật, gây mùi thối làm ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận.
Đường có trong nước thải chủ yếu là đường sucrosa và các loại đường khử như
glucose và fructose, trong đó: Fructose, C6H12O6 tan trong nước; Sucrose,

C12H22O11 là sản phẩm thủy phân của Fructose và Glucose, tan trong nước. Các loại
đường này dễ phân hủy trong nước. Chúng có khả năng gây cạn kiệt oxy trong nước,
tạo ra các loại khí như: H2S, CO2, CH4, làm ảnh hưởng đến hoạt động của hệ sinh
thái thủy sinh.