BK
TP.HCM
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
TINH BỘT KHOAI MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ
HYBRID UASB - LỌC KỴ KHÍ
CBHD: TH.S NGUYỄN THỊ THANH PHƯNG
SVTH: HÁN THỊ HIỆP
MSSV: 90200851
Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua bộ môn
Ngày tháng năm
Chủ nhiệm bộ môn Người hướng dẫn chính
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
Phần dành cho Khoa, Bộ môn
Người duyệt:.....................................................
Ngày bảo vệ: ....................................................
Điểm tổng kết:..................................................
Nơi lưu trữ luận án:...........................................
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
TP.HCM, ngày…….tháng…....năm…….
Giáo viên phản biện
i
FDEG
Luận văn tốt nghiệp là sự đúc kết cả quá trình học tập trên giảng đường đại học,
đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong cuộc đời của người sinh viên. Trong quá
trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của tất cả mọi người.
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô khoa Môi trường –
Trường Đại học Bách khoa TP.HCM – những người đã tận tâm truyền đạt những kiến
thức q báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt, em xin gửi đến Th.S Nguyễn Thò
Thanh Phượng lời trân trọng cảm ơn cô đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình thực
hiện luận văn tốt nghiệp.
Xin cảm ơn q thầy cô phản biện đã dành thời gian quan tâm đến luận văn và
đóng góp những ý kiến quý báu để luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin cảm ơn các cô chú, các anh chò tại cơ sở chế biến tinh bột khoai mì Thủ Đức
đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn.
Xin cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo của các anh chò làm việc trong phòng Thí nghiệm
Khoa Môi trường - Trường Đại học Bách khoa TP.HCM.
Xin cảm ơn tập thể lớp MO02KMT và đặc biệt là các bạn đã cùng tôi thực hiện
luận văn tại phòng thí nghiệm đã cùng tôi trải qua những năm tháng khó quên trong
iii
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
TÓM TẮT LUẬN VĂN..................................................................................................ii
MỤC LỤC.......................................................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG......................................................................................................vii
DANH MỤC HÌNH......................................................................................................viii
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT.............................................................................xi
CHƯƠNG MỞ ĐẦU........................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN TINH BỘT KHOAI MÌ.......4
1.1 Tổng quan về khoai mì....................................................................................... 5
1.1.1 Cấu trúc của khoai mì .......................................................................... 6
1.1.2 Thành phần hoá học.............................................................................7
1.1.3 Công dụng của khoai mì.......................................................................8
1.2 Các công nghệ chế biến tinh bột khoai mì ...................................................... 8
1.2.1 Các công đoạn chủ yếu trong quy trình chế biến tinh bột khoai mì .... 8
1.2.2 Quy trình chế biến tinh bột khoai mì trên thế giới...............................9
3.1.4 Công nghệ lai hợp: ADI-MBR ........................................................... 38
3.1.5 Công nghệ lai hợp trickling filter - thẩm thấu ngược.........................39
v 3.1.6 Công nghệ lai hợp lọc kò khí - UASB.................................................39
3.1.7 Công nghệ lai hợp lọc sinh học kò khí kết hợp lọc sinh học hiếu
khí.................................................................................................................... 39
3.1.8 Công nghệ lai hợp trao đổi ion - lọc màng......................................... 40
3.1.9 Công nghệ lai hợp EGSB - AF........................................................... 40
3.1.10 Công nghệ lai hợp: acid hoá kết hợp lọc kò khí .................................40
3.2 Tổng quan về công nghệ hybrid uasb - lọc kò khí..........................................40
3.2.1 Sự ra đời của USBF............................................................................. 40
3.2.2 Cơ chế xử lý kỵ khí của công nghệ USBF.......................................... 42
3.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của bể USBF ...........49
3.2.4 Một số nghiên cứu về công nghệ USBF.............................................54
3.2.5 Đánh giá về USBF ..............................................................................58
3.2.6 Thiết kế sơ bộ USBF...........................................................................60
3.3 Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý....................................................................... 60
CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...............................63
4.1 Đối tượng nghiên cứu.....................................................................................644
4.1.1 Nước thải tinh bột mì.........................................................................644
4.1.2 Bùn nuôi cấy .....................................................................................644
4.1.3 Vật liệu lọc – xơ dừa......................................................................... 644
4.2 Mô hình thí nghiệm ........................................................................................ 666
4.3 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................68
4.3.1 Tiến trình thí nghiệm........................................................................... 68
vii
Bảng 1.1 Thành phần hoá học của khoai mì
Bảng 1.2 Thành phần tính chất nước thải tinh bột khoai mì phát sinh từ các công
đoạn chế biến
Bảng 4.1 Thành phần nước thải tinh bột mì
Bảng 5.1 Biến thiên pH và COD trong giai đoạn thích nghi
Bảng P.1 Bảng kết quả vận hành ở COD vào 1000 mg/l
Bảng P.2 Bảng kết quả vận hành ở COD vào 2000 mg/l
Bảng P.3 Bảng kết quả vận hành ở COD vào 4000 mg/l
Bảng P.4 Bảng kết quả vận hành ở COD vào 6000 mg/l
Bảng P.5 Số liệu khảo sát theo chiều cao ở nồng độ COD = 1000 mg/l
Bảng P.6 Số liệu khảo sát theo chiều cao ở nồng độ COD = 2000 mg/l
Bảng P.7 Số liệu khảo sát theo chiều cao ở nồng độ COD = 4000 mg/l
Bảng P.8 Số liệu khảo sát theo chiều cao ở nồng độ COD = 6000 mg/l
viii
Hình 5.7 Đồ thò biến thiên COD theo chiều cao ở nồng độ COD =1000 mg/ l
Hình 5.8 Đồ thò ïbiến thiên pH theo chiều cao ở nồng độ COD = 1000 mg/l
Hình 5.9 Đồ thò biến thiên độ kiềm theo chiều cao ở nồng độ COD =1000 mg/l
Hình 5.10 Đồ thò biến thiên N-NH3 theo chiều cao ở nồng độ COD =1000 mg/l
Hình 5.11 Đồ thò biến thiên VFA theo chiều cao ở nồng độ COD =1000 mg/l
Hình 5.12 Đồ thò biến thiên COD theo thời gian ở nồng độ COD = 2000 mg/l
Hình 5.13 Đồ thò biến hiệu quả xử lýû COD theo thời gian ở nồng độ COD = 2000
mg/l
Hình 5.14 Đồ thò biến thiên pH theo thời gian ở nồng độ COD = 2000 mg/l
Hình 5.15 Đồ thò biến thiên độ kiềm theo thời gian ở nồng độ COD = 2000 mg/l
Hình 5.16. Đồ thòï biến thiên N-NH
3
theo thời gian ở nồng độ COD = 2000 mg/l
Hình 5.17 Đồ thòï biến thiên COD theo chiều cao ở nồng độ COD =2000 mg/l
Hình 5.18 Đồ thòï biến thiên pH theo chiều cao ở nồng độ COD = 2000 mg/l
Hình 5.19 Đồ thò biến thiên độ kiểm theo chiều cao ở nồng độ COD =2000 mg/l
Hình 5.20 Đồ thòï biến thiên N-NH
3
theo chiều cao ở nồng độ COD =2000 mg/l
Hình 5.21 Đồ thò biến thiên VFA theo chiều cao ở nồng độ COD =2000 mg/l
Hình 5.22 Đồ thò biến thiên COD theo thời gian ở nồng độ COD = 4000 mg/l
Hình 5.23 Đồ thò biến thiên hiệu quả khử COD theo thời gian ở nồng độ COD =
4000 mg/l
Hình 5.24 Đồ thò biến thiên pH theo thời gian ở nồng độ COD = 4000 mg/l
Hình 5.25 Đồ thò biến thiên độ kiềm theo thời gian ở nồng độ COD = 4000 mg/l
Hình 5.26 Đồ thò biến thiên N-NH
3
theo thời gian ở nồng độ COD = 4000 mg/l
-xi-
AF
Anaerobic Filter – lọc sinh học kỵ khí
BOD
Biological oxygen demand – Nhu cầu oxy sinh hóa
COD
Chemical oxygen demand – Nhu cầu oxi hóa học
HRT
Hydraulic retention time – Thời gian lưu nước
HQXL
Hiệu quả xử lý
MLSS
Mixed Liquor Suspended Solid – Cặn lơ lửng của hỗn dòch bùn
NT
Nước thải
RBC
Rotating biological contactor – Bể lọc sinh học tiếp xúc quay
SBR
Sequencing batch reactor – Bể phản ứng theo mẻ
SS
Suspended Solid : Chất rắn lơ lửng.
SVI
Chỉ số thể tích bùn
TF
Trickling filter – Bể lọc sinh học nhỏ giọt
TSS
Total Suspended Solid – Tổng chất rắn lơ lửng
UASB
-2-
1. Đặt vấn đề
Ước tính trung bình hằng năm gần đây ngành chế biến tinh bột khoai mì (bao
gồm nhà máy chế biến và hộ gia đình) đã thải ra môi trường 500.000 tấn thải bã và
15 triệu m
3
nước thải. Thành phần của các loại chất thải này chủ yếu là các hợp
chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng khi thải ra môi trường _ trong điều kiện khí hậu
của nước ta- nhanh chóng bò phân hủy gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường
đất, nước, không khí, ảnh hưởng đến môi trường sống của cộng đồng dân cư trong
khu vực.
Hiện nay, ở một số nhà máy chế biến tinh bột nồng độ COD trong nước thải
lên đến 13.000 mg/l, vượt gấp trăm lần so với chỉ tiêu cho phép. Nguy hiểm hơn,
các cơ sở sản xuất nằm sát hoặc ngay tại nhà dân và chất thải hoàn toàn chưa có
biện pháp xử lý nên đã lan truyền và gây ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm
trọng. Sự ô nhiễm môi trường không chỉ ảnh hưởng đến điều kiện sinh hoạt, sức
khỏe của người dân mà còn ảnh hưởng đến các hoạt động sản xuất khác như trồng
trọt, chăn nuôi. Điều này cho thấy ngành tinh bột đang đứng trước nhu cầu phải
phát triển nhưng môi trường khu vực hiện tại và tương lai lại phải đứng trước nguy
cơ gánh chòu hậu quả do chất thải tinh bột mang lại.
Đứng trước thực trạng này, việc tìm ra công nghệ xử lý nước thải phù hợp có
ý nghóa hết sức thiết thực nhằm cải thiện điều kiện môi trường sống, khắc phục
hiện trạng ô nhiễm.
2. Sự cần thiết của đề tài
Hiện nay, nhiều công nghệ xử lý nước thải tinh bột khoai mì đã được áp dụng
ở nước ta như: áp dụng phương pháp sinh học kò khí (UASB), phương pháp hoá lý
(keo tụ)ï kết hợp phương pháp sinh học hiếu khí (bùn hoạt tính), hồ sinh học (kò khí,
tùy nghi, hiếu khí). Tuy nhiên, thực tế cho thấy các hệ thống hoạt động không hiệu
quả và khá phức tạp. Vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu một công nghệ xử lý vừa có
hiệu quả về mặt kinh tế và phù hợp với điều kiện sản xuất thủ công, quy mô nhỏ lẻ
Chương 1: Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
-4-
FDEG
TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN TINH
BỘT KHOAI MÌ
Chương 1: Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
-5-
Chương 1: Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
-6-
1.1.1 Cấu trúc củ khoai mì
Củ khoai mì thường có dạng hình trụ, vót hai đầu, kích thước thì tuỳ
thuộc vào điều kiện mà dao động trong khoảng 2 – 10 cm đường kính. Cấu trúc
gồm 4 phần chính như hình 1.1
Hình 1.1 Cấu trúc củ khoai mì theo lát cắt ngang
Vỏ gỗ gồm nhiều tế bào xếp sít, thành phần chủ yếu là cenlulose và
hemi_cenlulose, không có tinh bột. Vỏ gỗ thường chiếm 0.5 – 5% trọng lượng
củ, khi chế biến vỏ gỗ thường kết dính với đất đá và các chất hữu cơ khác.
Lớp vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 5 – 20 % trọng lượng củ. Cấu
tạo gồm các tế bào thành dày, thành tế bào chủ yếu là cenlulose,bên trong tế
bào là các hạt tinh bột, các chất chứa Nitrogen và dòch bào. Trong dòch bào có
Tanin,sắc tố, độc tố, enzyme …. Vỏ cùi có nhiều tinh bột nên khi chế biến nếu
tách bỏ thì sẽ tổn thất một phần tinh bột đáng kể còn nếu giữ lại thì nhiều chất
trong dòch bào làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Thòt củ khoai mì là thành phần chủ yếu trong củ, bao gồm các tế bào nhu
mô thành mỏng là chính, thành phần chủ yếu là cenlulose, pentosan. Bên trong
tế bào là các hạt tinh bột, nguyên sinh chất, glucose hoà tan và các nguyên tố vi
lượng khác. Những tế bào xơ bên ngoài thòt củ chứa nhiều tinh bột, càng vào sâu
bên trong lượng tinh bột càng giảm dần. Ngoài tế bào nhu mô còn có các tế bào
thành cứng không chứa tinh bột, cấu tạo từ cenlulose nên cứng như gỗ gọi là xơ.
Lõi củ khoai mì nằm ở trung tâm dọc suốt theo thân củ, chiếm khoảng
0.3 – 1 % trọng lượng củ. Thành phần chứa trong củ hầu như toàn bộ đều là
cenlulose và hemi-cenlulose.
Lớp vỏ gỗ
Lớp vỏ cùi
Đường trong củ khoai mì chủ yếu là glucese, mantose, saccarose. Khoai
mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm, trong chế biến, đường hoà tan vào
nước thải ra ngoài theo nước dòch.
Ngoài các thành phần có giá trò dinh dưỡng, trong củ khoai mì còn có
tanin, sắc tố và các hệ enzyme phức tạp. Trong số các enzyme thì
polyphenoloxydaza xúc tác quá trình oxy hoá polyphenol thành orthoquinol sau
trùng hợp với các chất không có gốc phenol như acid_amine tạo thành các chất
màu. Những chất này gây khó khăn trong việc chế biến và chất lượng của sản
phẩm.
Phaseolutanin tập trung ở vỏ cùi, dễ tách trong quá trình chế biến, hoà
tan trong nước. Vì vậy khi chế biến, độc tố hoà tan theo nước thải ra ngoài.
Trong chế biến nếu không tách dòch bào nhanh thì acid cyanhydric sẽ tác dụng
với sắt trong củ hoặc trong nước tạo thành ferroxy cyanate có màu xám làm ảnh
hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Chương 1: Tổng quan về ngành chế biến tinh bột khoai mì
-8-
Trong thành phần khoai mì có chứa độc tố chính là Cyanide ( CN
-
).
Cyanide là nguyên tố chính gây độc tính cao đối với sức khoẻ con người. CN
ngăn cản quá trình chuyển hoá các ion vào da, túi mật, thận, ảnh hưởng đến quá
trình phân hoá tế bào trong hệ thần kinh. Ở hàm lượng cao, CN gây ảnh hưởng
đến tim mạch, ảnh hưỡng đến mạch máu não. Hàm lượng CN
-
trong nước thải
tinh bột khoai mì trung bình khoảng 5 – 25 mg/l. Trong điều kiện thông thường,
CN
-
tạp chất theo nước thải ra ngoài và được thu gom ở lưới chắn rác.
Nghiền nguyên liệu và tách bã:
Nguyên liệu sau khi rửa và cắt khúc qua máy mài chuyền thành dạng bột
nhão, sau đó vào máy rây tách bã. Ở máy rây, nước sạch cũng được bơm vào
liên tục với mục đích rửa sạch lớp bột bám trên bã. Nước dòch sữa bột sau khi
qua máy rây được đưa về thùng chứa và trộn với dung dòch H
2
SO
3
để tẩy trắng
bột.
Tách tinh bột:
Từ thùng chứa sữa bột được bơm vào máy bơm ly tâm sau đó lại được trộn
với dung dòch tẩy H
2
SO
3
hoặc được bơm vào máy ly tâm tách dòch lần 2. Máy ly
tâm hoạt động liên tục, tinh bột được tháo ra liên tục. Nước sau khi qua ly tâm
tách dòch ra ngoài. Lượng nước sạch được phun vào trong khi ly tâm dưới dạng
tia nước áp lực cao để rửa bột. Bể lắng cũng được dùng để lắng bột nhưng hiệu
suất kém hơn chỉ phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ. Qua giai đoạn ly tâm tách
dòch đồng thời rửa sạch tinh bột, sản phẩm sau khi qua ly tâm có độ trắng đạt
yêu cầu. Hiệu suất thu hồi bột đạt xấp xỉ 90%. Tinh bột ướt có độ ẩm khoảng
40% sau đó được ly tâm một lần nữa để tách bớt nước và được sấy khô, làm
nguội, đóng bao.
1.2.2 Quy trình chế biến tinh bột khoai mì trên thế giới
Khoai mì là thực phẩm cho hơn 500 triệu người trên Thế giới (theo
Cock,1985,Jackson & Jackson, 1990). Tinh bột mì cung cấp 37% calories trong
thực phẩm của Châu Phi, 11% ở Mỹ Latinh và 60% ở các nước Châu Á
Hình 1.2 Quy trình sản xuất tinh bột mì tại Inđonesia.
Khoai
mì
Copyright: Tài liệu đại học ©