Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi
MỤC LỤC

CHƯƠNG I:
MỞ ĐẦU

SVTH: Trần Nguyễn Việt Linh
MSSV: 106018010

1


Đồ án tốt nghiệp
I.1.

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi

Lý do hình thành đề tài

Phân hủy kỵ khí sinh metan là hình thức biến đổi sinh khối thành năng lượng đã
được biết đến từ lâu. Về bản chất đó là quá trình lên men kị khí các dạng nguyên
liệu rất khác nhau: phế thải nông nghiệp, phế thải các nhà máy thực phẩm, chất
thải sinh hoạt của các thành phố, bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải thành năng
lượng là CH4 và CO2. Quá trình phân hủy kỵ khí tạo CH 4 được thực hiện bởi quần
thể nhiều loài vi sinh vật khác nhau ở điều kiện kỵ khí.
Theo tính toán nếu tận dụng hết các nguồn phế thải trên trái đất thì hàng năm
có thể tạo được khoảng 200 tỉ m3 khối khí sinh học, tương đương khoảng 150 200 triệu tấn nhiên liệu và khoảng 20 triệu tấn bã là nguồn phân bón hữu cơ chất
lượng cao.
Việt Nam là nước có mật độ dân số cao. Dân số chủ yếu là sản xuất nông nghiệp.

Khác với hướng đi trên, công nghệ xử lý lựa chọn của đề tài là phân hủy kỵ khí
áp dụng riêng đối với hỗn hợp chất thải nổi nghiên cứu nhằm thu khí sinh học.
Công nghệ sinh học kỵ khí sử dụng để chuyển chất hữu cơ sang khí sinh học
(biogas) đã có từ nhiều năm nay ở các nước đã và đang phát triển. Khí sinh học
thu được có thể dùng trực tiếp để nấu bếp hoặc thắp sáng, hoặc sử dụng gián tiếp
làm nhiên liệu đốt trong cho các động cơ. Trong bối cảnh giá nhiên liệu hóa thạch
(xăng, dầu...) ngày càng đắt đỏ như hiện nay thì nguồn năng lượng này càng trở
nên có ý nghĩa.
Do đó, đề tài "Nghiên cứu xử lý hỗn hợp chất thải nhiều dầu của nhà
máy chế biến mì ăn liền Uni President - Khu công nghiệp Sóng Thần 2 Bình Dương bằng phương pháp sinh học kỵ khí" được hình thành với mong
muốn vừa giảm thiểu ô nhiễm môi trường, vừa đem lại lợi ích kinh tế - xã hội.
I.2.

Đối tượng nghiên cứu

− Hỗn hợp chất thải nhiều dầu thực vật được lấy từ bể thu gom trong hệ thống

xử lý nước thải nhà máy sản xuất mì ăn liền Uni President
I.3.

Mục tiêu nghiên cứu

Xác định khả năng xử lý hỗn hợp chất thải nhiều dầu bằng phương pháp sinh
học kỵ khí trên mô hình phòng thí nghiệm.
I.4.

Nội dung nghiên cứu

− Thu thập các tài liệu liên quan đến quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ


 Thực nghiệm:
Xác định tính chất ô nhiễm cơ bản của hỗn hợp chất thải nhiều dầu.
Xây dựng mô hình thực nghiệm trên quy mô phòng thí nghiệm
Lập sơ đồ thực nghiệm
Vận hành mô hình thực nghiệm ứng với các tỷ lệ cơ chất/men giống khác
nhau và rút ra các kết luận về khả năng và hiệu quả xử lý hỗn hợp chất thải
nhiều dầu bằng phương pháp sinh học kỵ khí.

I.6.

Phạm vi nghiên cứu:

− Nghiên cứu trong điều kiện phòng thí nghiệm tại trường Đại học Kỹ thuật

công nghệ Tp.Hồ Chí Minh.

− Áp dụng cho hỗn hợp thải của nhà máy chế biến mì ăn liền Uni President.

SVTH: Trần Nguyễn Việt Linh
MSSV: 106018010

4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi

CHƯƠNG II:
TỔNG QUAN NGÀNH SẢN

MSSV: 106018010

6


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi

PHA TRỘN NGUYÊN LIỆU

CÁN THÀNH TẤM

CÁN TINH - CẮT SỢI

LÒ HƠI

HẤP

NƯỚC SÚP

NHÚNG NƯỚC SÚP

LÀM RÁO

CẮT ĐỊNH HÌNH

CHIÊN DẦU

LÀM NGUỘI

liền, các cơ sở sản xuất có thể pha trộn các thành phần phụ liệu khác nhau: mì súp
cua, mì thịt gà, mì thịt bò, mì tôm, mì chay...
II.1.2.2.

Bao bì

Bao bì đóng gói có nhiều hình thức như: mì kiếng, mì giấy, mì tô, mì cốc. Thùng
chứa bằng carton, giấy bóng cứng, bao bì cho các loại gói nêm bằng bao PE.
II.1.2.3.

Nhiên liệu sản xuất

Qui trình sản xuất có các khâu sử dụng nhiên liệu như sau:
−
−
−
−

Đốt lò hơi bằng dầu FO để cung cấp nhiệt cho các công đoạn nhúng súp.
Đốt dầu FO cung cấp nhiệt cho dầu shortening nóng sôi.
Đốt than, củi, dầu DO cho công đoạn nấu súp, sa tế, dầu nêm.
Nhiên liệu chủ yếu thường sử dụng cho nồi hơi là dầu đốt FO. Còn đối với
chảo chiên thường các cơ sở sản xuất cũng sử dụng nhiên liệu dầu đốt FO.
Ngoài các khâu vận hành khác của thiết bị sử dụng năng lượng điện.

II.2.

Một số vấn đề môi trường phát sinh trong quá trình sản xuất mì ăn
liền



Nhúng nước súp

Nước thải
(BOD, SS, dầu mỡ)

Nước súp

Cắt định hình

Nước thải
(BOD, SS, dầu mỡ)

Vô khuôn

Chiên

Làm nguội

Khói thải (SOx, NOx, Bụi)

Sản xuất gói nêm

Để gói nêm

Nước thải
(BOD, SS, dầu mỡ)

Đóng gói



Tổng quan về chất thải giàu dầu mỡ trong nhà máy sản xuất mì ăn
liền Uni President

II.3.1. Sơ lược về công ty sản xuất mì ăn liền Uni President
Từ những năm 1994 - 1997 tập đoàn Uni President đã đi đến nhiều khu vực,
vùng kinh tế trọng điểm của Việt Nam để khảo sát các khu công nghiệp. Cuối cùng
công ty TNHH Uni President đã chọn khu công nghiệp Sóng Thần 2 (tỉnh Bình
Dương) là điểm đầu tư lý tưởng do nhiều nguyên nhân như sau: Sóng Thần 2
mang tính an toàn cho một khu công nghiệp, gần Tp.HCM và các tỉnh Đồng bằng
Sông Cửu Long và đặc biệt là nằm gần quốc lộ 1, quốc lộ 13, xa lộ Đại Hàn và
đường xe lửa Nam - Bắc rất dễ dàng cho việc thông thương hàng hóa. Với sự nỗ
lực không ngừng, đến tháng 2/1999 công ty được cấp giấy phép đầu tư dưới hình
thức 100% vốn nước ngoài, hoạt động 50 năm.
Công ty Uni President có tổng vốn đầu tư trên 200 triệu USD, là công ty có vốn
đầu tư nước ngoài lớn nhất tại Việt Nam. Khu công nghiệp Sóng Thần 2 được
chọn làm địa điểm thiết lập nhà máy chế biến thức ăn gia súc - thủy sản, nhà máy
sản xuất mì ăn liền và nhà máy sản xuất bột mì. Toàn bộ dây chuyền sản xuất mì
gói của công ty đều nhập hoàn chỉnh theo công nghệ Châu Âu với tổng số vốn đầu
tư 20 triệu USD, năng lực sản xuất trên 50 triệu thùng/tháng. Thị trường xuất
khẩu chính: Mỹ, Châu Âu, Úc, Đông Nam Á.
II.3.2. Qui trình sản xuất
Qui trình sản xuất mì ăn liền tại công ty Uni President cũng tương tự các nhà
máy khác với sơ đồ qui trình đã nêu trên. (Hình 2.1.)

SVTH: Trần Nguyễn Việt Linh
MSSV: 106018010

10


Mẫu 2

Mẫu 3

6,7
1.084
725
1225
923

7,2
889
689
1386
875

8,3
815
672
1627
759

(Nguồn: Công ty TNHH Uni President Vietnam, 2007)
Ghi chú:
- Mẫu 1: mẫu lấy tháng 02/2007
- Mẫu 2: mẫu lấy tháng 04/2007
- Mẫu 3: mẫu lấy tháng 06/2007
Nói chung nước thải từ công nghiệp chế biến mì ăn liền có độ ô nhiễm khá cao,
vượt xa tiêu chuẩn thải cho phép. Tính chất ô nhiễm của nước thải sản xuất ngành
công nghiệp chế biến mì ăn liền có 2 đặc trưng cơ bản:


Bể đông/keo tụ

Bể tuyển nổi

Nước thải
Bình áp lực

Công suất hệ thống xử lý: 200 m3/ngày đêm

Bể nước sau xử lý

Xả ra nguồn

Bùn cặn nổi lắng

Khí nén

Bể lắng ly tâm

Bể Aeroten

Bùn tổng hợp
Bùn ép chở đến bãi rác

Thiết bị ép bùn

Bể chưa bùn

Nước tách bùn

Trong hệ thống xử lý nước thải lẫn dầu mỡ, phần dầu nổi lên trên mặt luôn
được tách riêng vì những nguyên nhân sau:
− Gây cản trở đến quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ hòa tan trong

nước thải tại bể hiếu khí do sự bao phủ của dầu lên các bông bùn hoạt tính là
nơi trú ngụ của hệ vi sinh vật nước, làm giảm khả năng trao đổi của vi sinh vật
với oxy.
− Dầu bao quanh các bông bùn hoạt tính khiến tỉ trọng bông bùn này giảm và

khả năng lắng của chúng trong bể lắng kém hơn.
− Sự dính bám và độ nhớt cao của dầu cũng có thể là nguyên nhân gây hỏng hóc
thiết bị trong hệ thống (kẹt bơm, máy sục khí...).
− Sự tích tụ và lắng đọng của dầu trong các đường ống làm thu hẹp tiết diện
đường ống, trở lực đường ống tăng lên.
− Một số acid béo trong thành phần dầu còn ức chế quá trình phân hủy sinh học.
II.3.5. Các tác động môi trường gây ra do hỗn hợp dầu thải của nhà máy
Thành phần chủ yếu của hỗn hợp dầu thải trong một số nhà máy chế biến mì ăn
liền, như tên gọi của nó, chủ yếu là dầu thực vật, cụ thể hơn là dầu cọ. Dầu cọ được
ép từ cùi thịt của quả cây cọ (thuộc loài E.Guineensis) thuộc họ Cau (Arecaceae).
Trong sản xuất mì ăn liền bằng công nghệ làm khô mì qua dầu thực vật, dầu cọ là
loại dầu được ưa chuộng hơn cả vì một số ưu điểm của nó so với các loại dầu khác
như: tính kháng oxy hóa tốt (ở nhiệt độ phòng) vì thành phần acid béo không no
nhiều nối đôi thấp do sợi mì đã qua dầu cọ chiên được bảo quản lâu hơn; giá
thành tương đối thấp; thành phần hóa học cân bằng giữa các acid béo no, không
no một nối đôi và không no nhiều nối đôi tương tự như thành phần trong các mô
mỡ cấu tạo cơ thể một người khỏe mạnh.
SVTH: Trần Nguyễn Việt Linh
MSSV: 106018010

13

nhưng gây nên béo phì, tuổi thọ ngắn và làm giảm khả năng sinh sản ở một số
loài động vật. Khả năng mắc bệnh ung thư của các động vật này tăng cao.
Động vật có vỏ cứng như trai hay sò lại ức chế phát triển khi bị phơi nhiễm với
dầu ngay cả ở nồng độ thấp.
− Ngoài ra, dầu có thể bao phủ lên thức ăn của cá và động vật khác. Khi động
vật tiêu thụ một lượng lớn dầu có lẫn trong thức ăn, nước đã bị nhiễm hoặc
khi chim rỉa lông có lẫn nhiều dầu có thể bị chết. Khi cơ thể bị bao phủ bởi lớp
dầu, sinh vật đòi hỏi tiêu thụ nhiều năng lượng hơn để duy trì thân nhiệt

SVTH: Trần Nguyễn Việt Linh
MSSV: 106018010

14


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi

chúng, nhất là trong điều kiện khí hậu lạnh. Khi đó, nếu không thể kiếm đủ
thức ăn đáp ứng nhu cầu, sinh vật chết nhanh chóng.
− Dầu có thể gây mùi ôi khó chịu và khi cá ăn phải sẽ gây ra chứng nhuận tràng
cho cá, làm tổn thương ruột cá.
− Có thể tồn lưu trong môi trường qua thời gian dài, khi điều kiện phân hủy
không mấy thuận lợi (pH, nhiệt độ, oxy không khí, tỷ lệ dinh dưỡng, nồng độ
chất nền...). Khi bị oxy hóa hay dưới tác động của nhiệt độ cao, có thể tạo ra
một số chất gây độc ngay cả ở nồng độ thấp (monomer mạch vòng, aldehyde,
ketone...). Các chất này gây độc cho tim, hồng cầu, ảnh hưởng đến hệ miễn dịch
của cơ thể, tác động lên quá trình trao đổi chất, làm giảm sự sinh sản, là
nguyên nhân gây ung thư và xơ vữa động mạch. Một số thành phần bị lẫn


GVHD: Th.S Võ Hồng Thi

II.4.3. Phân hủy hiếu khí có gia nhiệt
Chất thải nhiều dầu mỡ được đem đi phân hủy trong điều kiện có oxy ở nhiệt độ
cao (600C) tạo thành sản phẩm cuối là CO2, H2O và phân có thể sử dụng trong nông
nghiệp. Phương pháp này có ưu điểm là thời gian phân hủy ngắn nhưng lại đòi hỏi
tiêu hao nhiều năng lượng để thổi khí liên tục và gia nhiệt đến 60 0C. Do đó,
phương pháp này chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu và thử nghiệm.
II.4.4. Phân hủy kỵ khí
Các công nghệ sử dụng để chuyển chất hữu cơ sang khí sinh học (biogas) đã tồn
tại nhiều năm ở các nước đã và đang phát triển. Khí sinh học thu được có thể trực
tiếp để nấu bếp hoặc thắp sáng, hoặc sử dụng gián tiếp làm nhiên liệu đốt trong
các động cơ. Như vậy có thể tận dụng được nguồn chất hữu cơ và biến đổi thành
nhiệt năng. Chất thải sau khi phân hủy kỵ khí cũng trở nên ổn định về mặt sinh học
và có thể sử dụng như một nguồn phân bón cho cây trồng.

SVTH: Trần Nguyễn Việt Linh
MSSV: 106018010

16


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi

CHƯƠNG III:
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH
PHÂN HỦY SINH HỌC CHẤT

các thiết bị hâm nóng và khuấy đảo. Tuy nhiên, vì lúc đó giá thanh đá rẻ và trữ
lượng dầu mỏ còn rất lớn nên khí sinh học không được quan tâm, một phần do sự
phát triển mạnh mẽ của các hệ thống phân hủy kỵ khí. Quá trình công nghiệp hóa
cùng với giá điện rẻ đã dẫn tới kết quả là các kỹ thuật phân hủy hiếu khí chế biến
compost và chôn lấp trở thành lựa chọn để xử lý nước thải cho tới ngày nay. Trong
khi đó các hệ thống lên men kỵ khí cỡ nhỏ mọc lên rất nhiều tại các nước chậm
phát triển hơn như Trung Quốc, Ấn Độ chủ yếu tạo nguồn năng lượng phụ.
Rồi hai cuộc khủng hoảng năng lượng năm 1973 và năm 1979 đã phát động
mối quan tâm mới tới kỹ thuật phân hủy kỵ khí đơn giản thu methane làm năng
lượng. Tuy nhiên những hiểu biết về quá trình còn hạn chế đã dẫn tới sự thất bại
của 50% hầm ủ ở Ấn Độ, Trung Quốc và 80% hầm ủ ở Mỹ và Châu Âu. Tuy nhiên,
đó chính là động lực để thúc đẩy sự nghiên cứu sâu hơn về quá trình. Cùng với
thời gian, kỹ thuật phân hủy kỵ khí không chỉ được áp dụng để xử lý nước thải đô
thị hay công nghiệp (chế biến hóa chất, sản xuất thực phẩm các loại...). Gần đây kỹ
thuật phân hủy kỵ khí càng được lựa chọn nhiều hơn dưới áp lực của giá dầu mỏ
SVTH: Trần Nguyễn Việt Linh
MSSV: 106018010

18


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi

cao và những quy định ngày càng chặt chẽ về môi trường để kiểm soát khắt khe về
mùi và khối lượng của phần chất hữu cơ chôn lấp. Đức và Đan Mạch đã tăng sản
lượng khí sinh học sản xuất gấp đôi vào năm 2000 và gấp ba vào năm 2005.
Ở Việt Nam, sản xuất khí sinh học đã được giới thiệu và áp dụng từ hơn 20 năm
qua để thắp sáng do thiếu điện ở một số khu vực nông thôn. Một loạt các hầm ủ



Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi

Hiện nay, đã có hàng trăm nhà máy xử lý sinh học kỵ khí nước thải ở các nước
như: Hoa Kỳ, Hà Lan, Đức, Việt Nam,... đi vào hoạt động, do phương pháp này có
các ưu điểm sau:
Thiết kế đơn giản
−
−
−
−
−

Thể tích công trình nhỏ
Chiếm ít diện tích mặt bằng
Công trình có thiết kế đơn giản và giá thành không cao
Chi phí vận hành về năng lượng thấp
Khả năng thu hồi năng lượng cao, không đòi hỏi cung cấp nhiều chất dinh

dưỡng.
− Lượng bùn sinh ra ít hơn 10 - 20 lần so với phương pháp hiếu khí và có tính ổn
định tương đối cao.
− Có thể tồn trữ trong một thời gian dài và là một nguồn phân bón có giá trị.
− Tải trọng phân hủy chất bẩn hữu cơ cao.
− Chịu đựng được sự thay đổi đột ngột về năng lượng.
Tuy nhiên, ngoài những ưu điểm thì công nghệ này cũng gặp phải một số khó
khăn như:

Phản ứng tổng quát của quá trình có thể được viết:
Hợp chất hữu cơ + H2O Sinh khí + CH4 + CO2 + NH3
III.4.

Hóa sinh học của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ
khí

III.4.1. Giai đoạn thủy phân
Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của các men hydrolaza do vi sinh vật tiết ra
các chất hữu cơ phức tạp như chất béo, hydrat cacbon (chủ yếu là cenluloza và
tinh bột), protein được thủy phân thành những chất hữu cơ đơn giản dễ tan trong
nước như đường đơn, peptit, glycerin, acid béo, acid amin,... (để có thể thâm nhập
được vào tế bào vi khuẩn) với sự tham gia của các enzym ngoại bào của các vi
khuẩn thủy phân. Dưới tác dụng của các loại men khác nhau do nhiều loài vi sinh
vật tiết ra, các chất hữu cơ phức tạp như protein bị thủy phân thành acid amin
nhờ proteaza, hydratcacbon chuyển thành đường đơn nhờ cenllulaza, amylaza và
lipit được chuyển hóa thành các acid béo mạch dài tương ứng và glycerin nhờ vào
enzym lipaza.
SVTH: Trần Nguyễn Việt Linh
MSSV: 106018010

21


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Trần Nguyễn Việt Linh
MSSV: 106018010

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi


Acyl-CoA mạch ngắn hơn + Acetyl-CoA
Oxy hóa lặp lại liên tục

Acetyl-CoA + H2+ năng lượng tích lũy ATP
Acid acetic + Co-A

(Acyl ký hiệu cho nhóm RCO-)

Đối với chất béo, sản phẩm tạo thành chủ yếu là acid acetic nên đây cũng chính
là giai đoạn acetate hóa của chất thải dầu mỡ.
Khi phân giải cơ chất giàu mỡ thì điều khó khăn nhất là sự ức chế của các acid
béo dài tạo thành từ giai đoạn thủy phân có ảnh hưởng đến toàn bộ các giai đoạn
sau. Do đó quá trình phân giải kỵ khí chất béo có đặc điểm khác với quá trình
phân giải chất khác (đường, tinh bột...) ở tốc độ giai đoạn acid hóa chậm hơn.
SVTH: Trần Nguyễn Việt Linh
MSSV: 106018010

23


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi

III.4.3. Giai đoạn acetate hóa
Các vi khuẩn tạo methane không thể trực tiếp sử dụng các sản phẩm của quá
trình acid hóa nêu trên, ngoại trừ acid acetic, do vậy các phân tử này cần được
phân giải thành các phân tử đơn giản hơn nữa. Sản phẩm phân giải là acid acetic,
khí H2, CO2 được tạo thành bởi vi khuẩn acetate đồng hình.

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi

Quan hệ cộng sinh giữa vi khuẩn sinh hydro (vi khuẩn acetate hóa) với vi sinh
vật tiêu thụ hydro (chính là vi sinh vật tạo methane) là vô cùng quan trọng nhằm
duy trì áp suất hydro ở mức thấp từ 10-6 atm đến 10-4 atm để đảm bảo quá trình
tạo methane tiến triển bình thường.
Trong khi acetate (sản phẩm giai đoạn acetate hóa) là cơ chất mà vi khuẩn sinh
methane sử dụng trực tiếp thì chính sự tích tụ của nó sẽ gây ức chế sự phân giải
của các acid béo bay hơi khác, ví dụ 15 mmol acid acetic ức chế phân giải acid
propionic và 100 mmol acid aceic ức chế phân giải acid butyric, do đó làm chậm
tốc độ acid hóa. Bản thân acid acetic nồng độ quá cao cũng gây pH thấp và ảnh
hưởng tốc độ phân giải acid béo bay hơi. Nói chung, khoảng pH và nhiệt độ tối ưu
của giai đoạn này là 6,8 - 7,8 và nhiệt độ từ 35 - 420C.
Ngoài ra, một con đường acetate hóa khác có thể xảy ra bởi sự tham gia của
nhóm vi khuẩn homoacetogen từ hydro và cacbonic (tự dưỡng) hay từ các chất
hữu cơ (dị dưỡng). Tuy nhiên trong môi trường có nồng độ hydro thấp thì ái lực
với hydro của vi sinh vật sinh methane (từ hydro) mạnh hơn của homoacetogen,
nên lượng acid acetic tổng hợp từ con đường này là không đáng kể.
III.4.4. Giai đoạn tạo methane
Là giai đoạn cuối cùng trong cả quá trình phân hủy kỵ khí, trong giai đoạn này
sản phẩm của hai giai đoạn trên như acetate, hydrogen và cacbonate, formate hay
methanol được biến đổi tạo ra khí CO2, CH4 và một số chất khác.
Khí methane được tạo ra chủ yếu bằng tổ hợp các con đường sau. Mỗi con
đường ứng với nhóm cơ chất sử dụng và nhóm vi sinh vật sinh methane khác nhau
(trong tổng thể các cơ thể sinh methane).
 Con đường 1: 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O

Loại vi sinh vật Hydratgenotrophic Methanogen sử dụng cơ chất là hydro và
cacbonic. Dưới 30% lượng methane sinh ra bằng con đường này.
 Con đường 2: 4HCOOH CH4 + 3CO2 + 2H2O