Đề tài Áp dụng sản suất sạch hơn cho nhà máy mía đường Bình Định

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG ˜&™ ĐỀ TÀI ÁP DỤNG SẢN SUẤT SẠCH HƠN CHO NHÀ MÁY MÍA ĐƯỜNG BÌNH ĐỊNH Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thị Thúy NHÓM 2: DANH MỤC VIẾT TẮT: SXSH Sản xuất sạch hơn NMĐ Nhà máy đường HST Hệ sinh thái MỘT SỐ THUẬT NGỮ: Ly tâm đường: là giai đoạn tách tinh thể đường ra khỏi mật bằng lực ly tâm trong các thùng quay có tốc độ cao. Ly tâm đường dùng máy ly tâm lọc, thành có đục lỗ, bên trong có hai lớp loc. Khi làm việc, tinh thể đường được giữ lại trên bề mặt lưới lọc tạo thành lớp bã, mật chui qua vách ngăn ra ngoài thùng. Mật rỉ: là chất lỏng đặc sánh còn lại sau khi đã rút đường bằng phương pháp cô và kết tinh.  Mật rỉ đường là một phụ phẩm trong quá trình sản xuất đường nhưng lại có tác dụng rất đa dạng trong nông nghiệp, công nghiệp, xử lý môi trường, đặc biệt sử dụng mật rỉ đường làm thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm không chỉ giúp giảm chi phí thức ăn chăn nuôi mà còn cung cấp đủ dinh dưỡng cần thiết, tăng độ ngon miệng thức ăn cho vật nuôi. Độ pol: khối lượng đường saccaroza gần đúng có trong 100 phần dung dịch đường. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Công ty Đường Bình Định.6 Hình 2: Hình ảnh minh họa về mía.7 Hình 3: Quy trình sản xuất mía đường............9 Hình 4: Thu gom mía....10 Hình 5: Dây chuyền công nghệ mía đường.......10 Hình 6: Sơ đồ công nghệ làm sạch mía.11 Hình 7: Sơ đồ nấu đường......12 Hình 8: Mật rỉ....14 Hình 9: Đường cát trắng của công ty cổ phần đường Bình Định..14 Hình 10: Nước thải xả trực tiếp ra nguồn nước gây ô nhiễm môi trường.17 Hình 11: Xả khí ồ ạt ra môi trường18 Hình 12: Tỉ lệ các chất thải18 Hình 13: Sơ đồ cân bằng vật chất dòng sacarozo..20 Hình 14: Sơ đồ cân bằng vật chất dòng CaO....21 DANH MỤC BẢNG: Bảng 1: Thành phần hóa học của mía.. 8 Bảng 2: Một số định nghĩa được sử dụng: (TCVN7268-2003)... 15 Bảng 3: Thông số ô nhiễm nước thải của nhà máy đường..... 15 Bảng 4: Giá trị BOD5 trong nước thải ngành mía đường... 16 Bảng 5: Đặc tính nước thải ở các công đoạn sản xuất... 16 Bảng 6: Thành phần hóa học chất thải rắn từ sản xuất mía đường... 19 MỤC LỤC: TỔNG QUAN: Sơ lược về ngành sản xuất mía đường: Thế giới: Tính đến nay, ngành sản xuất đường là một trong những ngành công nghiệp chế biến nông sản lâu đời nhất trên thế giới, với hơn 100 quốc gia và vùng lãnh thổ tham gia vào chuỗi giá trị. Quy mô sản lượng đường toàn cầu khoảng 174,8 triệu tấn trong mùa vụ 2013/14 (USDA) và đạt mức tăng trưởng trung bình khoảng 2%/năm (Credit Suise). Đường có thể được sản xuất từ hai loại nguyên liệu chính: Mía (75-80% lượng cung toàn cầu, trồng chủ yếu tại các nước nhiệt đới) và củ cải đường (được trồng ở khí hậu ôn đới, chủ yếu ở các nước phát triển) [1]. Trong 2014/2015, sản lượng đường thế giới lên tới khoảng 175.100.000 tấn. Trong thời gian này, châu Á là khu vực sản xuất đường lớn nhất thế giới, năng suất khoảng 66.120.000 tấn đường. Ấn Độ, Trung Quốc và Thái Lan là nhà sản xuất đường hàng đầu của khu vực. [2] Việt Nam: Việt Nam là một quốc gia có truyền thống sản xuất đường mía từ lâu đời. Cùng với sự phát triển của ngành đường trên thế giới, ngành công nghiệp sản xuất đường ở nước ta cũng phát triển mạnh. Trong thời kỳ Pháp thuộc, nước ta chỉ có 2 nhà máy đường: Hiệp Hòa (miền Nam) và Tuy Hòa (miền Trung). Trong những năm 1958 – 1960, nước ta xây dựng thêm : NMĐ Việt Trì và Sông Lam (350 tấn mía/ngày) và NMĐ Vạn Điểm (1.000 tấn mía/ngày). Hiện nay ở nước ta có hơn 50 NMĐ với công suất lớn. Ví dụ: NMĐ Quãng Ngãi công suất 4500 tấn mía/ngày, NMĐ Tây Ninh- Pháp công suất 8000 tấn mía/ngày, NMĐ Lam Sơn công suất 6000 tấn mía/ngày, NMĐ Thanh Hóa- Đài Loan 6000 tấn mía/ngày[3] Trong những năm gần đây, do sự đầu tư công nghệ và thiết bị hiện đại, các NMĐ đã không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, hoạt động sản xuất đường đã gây ra những vấn đề về môi trường như nước thải, khí thải, chất thải rắn,... Do đó các doanh nghiệp cần có các biện pháp để giảm ô nhiễm môi trường. Một trong những biện pháp vừa tiết kiệm được chi phí, tăng lợi nhuận và giảm ô nhiễm môi trường đó là áp dụng SXSH. Giới thiệu công ty Cổ phần Đường Bình Định (Theo Hiệp hội mía đường Việt Nam) Hình 1: Công ty Đường Bình Định Công ty Đường Bình Định là tiền thân của Công ty Cổ phần Đường Bình Định được thành lập vào ngày 08/3/1995 theo quyết định số 387/QĐ-UB của UBND tỉnh Bình Định. Thực hiện chương trình cổ phần hoá DNNN, ngày 31/3/2003, UBND tỉnh Bình Định có quyết định số 62/2003/QĐ-UB chuyển Công ty Đường Bình Định thành Công ty Cổ phần Đường Bình Định, với vốn điều lệ là 34 tỷ đồng hoạt động tại xã Tây Giang, huyện Tây Sơn, tỉnh Bình Định với diện tích 8 ha. Vùng mía nguyên liệu của nhà máy tương đối tập trung, với tổng diện tích được quy hoạch là 16.000 ha, có năng suất và chất lượng cao, cự ly vận chuyển trung bình 40km. Công ty đã ban hành nhiều chính sách phát triển vùng nguyên liệu về cả năng suất và chất lượng, đưa cơ giới vào công việc canh tác, đốn chặt mía, được bà con nông dân hết sức tin tưởng và phấn khởi. Từ năng lực sản xuất ban đầu là 1.000 tấn mía/ngày, hiện nay công suất ép của công ty đã được tăng lên 5.000 tấn mía/ngày. Sản phẩm chính của Công ty hiện nay là đường cát trắng và ván dăm. Bên cạnh đó, còn có các sản phẩm phụ như phân vi sinh, bao bì các loại và ván ép. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT: Mía [1]: Hình 2:Hình ảnh minh họa cho mía đường Đường chúng ta sử dụng hàng ngày được chế biến từ mía hay củ cải đường. Cây mía thường trồng ở khu vực nhiệt đới, chủ yếu là các nước đang phát triển, củ cải đường trồng ở vùng khí hậu ôn đới (phần lớn là các nước phát triển). Từ năm 1915, đường chủ yếu được sản xuất từ mía (60%). Mỗi tấn mía tạo ra được khoảng 100 kg đường tinh luyện. Thu hoạch mía trung bình khoảng 60 tấn/ha. Tuy nhiên, ở các nước khá phát triển, do áp dụng tiến bộ kỹ thuật vào nông nghiệp, lượng mía thu được lên đến 80 tấn/ha. Mía được thu hoạch khi chín. Mía chín là lúc hàm lượng đường trong thân mía đạt tối đa và lượng đường khử còn lại ít nhất. (cùng lúc đó tỉ lệ nước thấp, tỉ lệ xơ có phần tăng). Các biểu hiện đặc trưng của thời kỳ mía chín là: Hàm lượng đường giữa gốc và ngọn xấp xỉ nhau. Hàm lượng đường khử dưới 1%, có khi chỉ còn 0,3%. Lá chuyển vàng, độ dài của lá giảm, các lá sít vào nhau, dóng ngắn dần. Hàm lượng đường đạt cao nhất khi thu hoạch đúng thời vụ của giống mía đó. Khi hàm lượng đường đạt tối đa, tùy giống mía và điều kiện thời tiết, lượng đường này duy trì khoảng 15 ngày đến 2 tháng. Sau đó lượng đường bắt đầu giảm gọi là mía quá lứa hoặc quá chín. Ở nước ta, mía chín khi thời tiết bắt đầu lạnh và khô. Nơi nào có mùa khô rõ ràng nhất thì dễ đạt hàm lượng đường cao hơn nơi khác. Do đó, đối với vùng có hệ thống tưới tiêu nhân tạo, người ta thúc mía chín bằng cách ngừng tưới nước vài tuần trước khi thu hoạch. Sau thu hoạch mía hàm lượng đường saccharose giảm nhanh, do đó mía cần được vận chuyển về nhà máy và ép càng sớm càng tốt. Phân loại mía [3]: Cây mía thuộc họ hoà thảo, giống sacarum, được chia làm 3 nhóm chính: Nhóm Sacarum officinarum: là giống thường gặp và bao gồm phần lớn các chủng đang trồng phổ biến trên thế giới. Nhóm Sacarum violaceum: Lá màu tím, cây ngắn cứng và không trổ cờ. Nhóm Sacarum simense: Cây nhỏ cứng, thân màu vàng nâu nhạt, trồng từ lâu ở Trung Quốc. Do mía là cây công nghiệp và chính theo mùa vụ nên công nghệ sản xuất đường saccharose từ mía được chia làm hai nhánh là “Sản xuất đường thô và Tinh luyện đường”. Khi mía chín, các nhà máy tập trung chủ yếu vào ép mía, lọc sơ bộ và kết tinh để thu được đường thô. Ngoài các vụ mía, các nhà máy sẽ hòa tan đường thô, tinh lọc để sản xuất đường tinh luyện. Thành phần mía và nước mía [4]: Thành phần hóa học của mía phụ thuộc vào giống mía, đất đai, khí hậu, mức độ chín, sâu bệnh, Bảng 1: Thành phần hóa học của mía. Thành phần Hàm lượng (%) Nước 70 – 75 Đường 9 – 15 Xơ 10 – 16 Đường khử 0.01 – 2 Chất không đường khác 1- 3 Hóa chất làm trong và tẩy màu [4] Vôi: Có tác dụng trung hòa các axit hữu cơ có trong nước mía Phản ứng với axit photphoric tạo Ca3(PO4)2 Làm kết tủa các hợp chất tạo màu gốc chlorophyll và anthocyanin Khí SO2: Trung hòa lượng vôi thừa: Ca(OH)2+ H2SO3 = CaSO3+H2O Làm giảm độ kiềm, độ nhớt của dung dịch Tẩy màu và ngăn ngừa sự tạo màu. P2O5: Tạo kết tủa Ca3(PO4)2 có tỷ trọng lớn có khả năng hấp phụ chất keo và chất màu cùng kết tủa giúp làm sạch mía. Hóa chất tẩy màu: penton- kết hợp giữa nước oxy già với sắt sunphat. QUY TRÌNH: Hình 3: Quy trình sản xuất mía đường Giải thích công nghệ: Hình 4: Thu gom mía [5] Mía cây sau khi qua quá trình thu mua, cân kiểm cả về số lượng và chất lượng, mía cây được xếp vào bãi chứa. Từ đây, mía được nạp vào hệ thống băm và xé tơi nhằm nâng cao lượng xử lý mía và hiệu suất ép. Sau khi khử một phần các tạp chất còn trong đó, mía được chuyển tới các trục ép mía. Hình 5: Dây chuyền công nghệ mía đường[6] Quy trình ép Quy trình ép được sử dụng theo phương pháp thẩm thấu ngược, nhằm tận thu được hết lượng nước mía còn lại trong bã mía. Nước mía từ máy ép 3 được quay về thẩm thấu trước máy ép 2. Nước mía từ máy ép 4 được thẩm thấu về trước máy ép 3. Trước máy ép 4 dùng nước nóng có nhiệt độ khoảng 65 - 750C để thẩm thấu lại. Trong quá trình ép, lượng nước thẩm thấu là 22-25% so với nước mía, qua đó, làm tăng hiệu suất thu hồi nước mía của máy ép thông qua bộ trục và đồng thời, ta thu được nước mía hỗn hợp và bã. Bã mía còn lại được dùng để tạo hơi, chạy máy phát điện cung cấp cho quá trình sản xuất. Nước mía sau khi ép kiệt được đưa sang khâu hóa chế. Tại đây các hóa chất được thêm vào bao gồm: bổ sung lượng sữa vôi nhằm khống chế pH (6,4- 6,6), tiếp theo là H3PO4 để nồng độ P2O5 là 350- 400ppm [7]. Công đoạn làm sạch: có tác dụng: Loại tối đa chất không đường ra khỏi nước mía hỗn hợp đặc biệt là những chất có hoạt tính bề mặt và chất keo. Trung hoà nước mía hỗn hợp. Loại tất cả những chất rắn dạng lơ lửng trong nước mía. Hình 6: Sơ đồ công nghệ làm sạch mía Nước mía hỗn hợp được gia vôi sơ bộ (pH= 6,4- 6,6) nhằm giảm sự chuyển hóa đường do pH thấp (ở điều kiện axit đường saccaroza sẽ bị chuyển hóa thành fructoza và glucoza), đồng thời, tạo nhiều ion Ca2+. Gia nhiệt lần 1, tăng nhiệt độ dung dịch 55- 60oC nhằm tăng quá trình ngưng tụ keo. Sau đó, xông SO2 lần 1 để đưa pH về trung tính, tránh sự chuyển hóa saccaroza và phân hủy đường. Gia nhiệt lần 2 ở 103- 105oC để tiếp tục tạo kết tủa, giảm độ nhớt và tăng độ lắng. Qua quá trình lắng, ta thu được nước lắng trong và nước bùn. Nước bùn qua lọc chân không thu lại được lượng nước lọc trong, quay lại tham gia tiếp quá trình gia nhiệt 3 ở 115- 117oC. Lượng bùn thải sẽ được đem sử dụng làm phân bón cho mía, cà phê, cao su. Sau khi gia nhiệt, toàn bộ lượng dung dịch đem bốc hơi, cô đặc đường thành dạng mật chè, chuẩn bị cho công đoạn nấu đường. Trong quá trình bốc hơi, do tác dụng của nhiệt độ cao và cô đặc dung dịch đường nên thường xảy ra các quá trình hóa học. Điều đó ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, thu hồi và giảm hiệu năng bốc hơi. Lúc này bán thành phẩm thu được là chè thô có lẫn màu tạp chất. Chè thô sau khi qua thiết bị xông SO2 để loại bỏ các tạp chất màu được gọi là chè tinh, chúng được tiếp tục được đưa sang khâu nấu đường [8,9]. Công đoạn nấu đường: Nhiệm vụ của nấu đường là tách nước từ mật chè, đưa dung dịch đến quá bão hòa. Sản phẩm nhận được khi nấu gọi là đường non gồm tinh thể đường và mật cái. Quá trình nấu đường được thực hiện trong nồi nấu chân không để giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, tránh hiện tượng caramen hóa và phân hủy đường [10]. Hình 7: Sơ đồ nấu đường Sau khi có được mật chè tinh ta bơm mật chè tinh vào nồi nấu. Nấu đường theo hệ thống nấu 3 hệ. Mật chè tinh dùng để nấu đường non A và nấu giống (tạo mầm tinh thể). Giống được nấu riêng một nồi: dùng một lượng bột đường nghiền nhỏ 20-150µm cho vào nồi nấu để tạo nhân tinh thể, mầm tinh thể tạo thành đưa sang nấu đường A . Đường non A sau khi trợ tinh, ly tâm ra được đường kính trắng và mật A1, A2. Đường kính trắng được phân loại và kiểm tra sau đó nhập kho. Còn mật A1 bơm đi nấu non B và giống B,C còn mật A2 bơm đi nấu non A, non B. Đường non B sau khi trợ tinh ly tâm ta ra được đường B và mật B, đường cát B sau đó thùng chứa hồ B rồi bơm lên làm giống nấu non A còn mật B được bơm đi nấu non C, đường non C sau khi trợ tinh ly tâm ta ra được đường cát C và mật C. Đường cát C ta dùng nước mía lắng trong làm chè hồi dung trở lại sông SO2 lần 2 hòa lẫn mật chè tinh bổ sung cho nấu A và giống B,C. Còn mật C vì độ thuần khiết quá thấp không tái sử dụng được ta bơm đi thùng chứa mật phế (gọi là mật rỉ). Thời gian nấu các loại đường: Đường non A từ 2,5 - 4h Đường non B từ 4 - 6h Đường non C từ 8 - 12h Đường non A, B, C không thể kết thúc quá trình kết tinh trong nồi nấu được vì độ nhớt cao, thời gian nấu kéo dài, caramen hóa cao, hiệu suất kém. Vì vậy sau khi nấu đến nồng độ cô đặc 92-93% ta cho đường non vào thiết bị trợ tinh để tiết tinh thêm, đồng thời thích ứng với quá trình ly tâm tiếp theo. Khi nhiệt độ giảm độ hòa tan Saccaroza giảm dung dịch đạt bão hòa thích hợp với sự lớn lên của tinh thể, giảm độ tinh khiết của mặt cái. Đối với đường non A, B do mật A, B còn dùng phối liệu nấu lại nên việc trợ tinh không cần phải nghiêm ngặt lắm. Thiết bị trợ tinh có tác dụng như một thùng chứa trước khi li tâm. Còn đối với đường C cần phải qua quá trình trợ tinh vì mật C là mật cuối, nhiều tạp chất, độ nhớt lớn, không dùng nấu lại được, cần làm tinh thể đường hấp thụ phần đường trong mẫu dịch ở mức độ cao nhất để giảm tổn thất đường trong mật. Do đó trợ tinh đường non C được xem là một trong những khâu quan trọng nhất để tăng hiệu suất thu hồi, giảm tổn thất cho nhà máy. Thời gian trợ tinh là 22 ÷ 32 giờ [11]. Công đoạn ly tâm: Đường non A, B, C sau khi trợ tinh xong được đưa xuống bộ phận ly tâm. Đây là giai đoạn tách tinh thể đường ra khỏi mật bằng lực ly tâm với tốc độ cao, sau ly tâm ta nhận được đường Cát A, Cát B, Cát C, mật nâu và mật trắng. Đường non sau khi được trợ tinh xả xuống máng phân phối, khuấy đều và phân phối về các máy ly tâm. Quá trình ly tâm: Mở máy ly tâm quay khi đạt tốc độ ly tâm cho đường non vào phân phối đều trong thùng, khi máy đạt tốc độ cực đại phần lớn mật trong đường non được tách ra(mật rỉ). Hình 8: Mật rỉ [12] Sau đó đường A (thành phẩm) được rửa nước và rửa hơi để rửa nước mật rỉ còn bám trên mặt đường, ta được đường trắng thành phẩm. Đường non B, C được thực hiện theo quá trình trên. Đường sau khi ly tâm được đưa xuống sàng lắc rồi được gầu tải chuyển xuống máy sấy. Sấy đường làm cho hạt đường khô (tách phần nước trên bề mặt hạt đường), bóng , sáng màu, không biến chất khi bảo quản. Đường sấy xong được làm nguội đến nhiệt độ phòng. Sau khi sấy và được làm nguội được băng tải chuyển đến bộ phận đóng bao (50kg/bao), đường thành phẩm được bảo quản trong kho chứa đủ tiêu chuẩn đảm bảo đường không bị ẩm hay bị biến chất. Chè tinh sau khi nấu bao gồm có đường non A, đường non B, đường non C. Cả ba loại đường này khi cho qua thiết bị ly tâm sẽ thu được mật A, B, C; đường B, đường C và sản phẩm chính là đường cát trắng sẽ được đưa sang khâu sấy, phân loại rồi đem đóng bao và nhập kho. Hình 9: Đường cát trắng của công ty cổ phần đường Bình Định [13] Bảng 2: Một số định nghĩa được sử dụng: (TCVN7268-2003) Nước thẩm thấu Nước nóng và / hoặc nước mía loãng phun vào bã mía để hòa tan đường còn lại trong bã mía. Nước mía hỗn hợp Hỗn hợp nước mía ép từ các máy ép. Bã mía Phần còn lại sau khi mía đi qua toàn bộ dàn ép. (Dựa theo thứ tự máy ép, ta có được bã máy ép I, bã máy ép II bã máy ép cuối gọi là bã mía). Nước bùn Hỗn hợp thu được ở đáy thiết bị lắng. Nước mía lọc trong Nước mía thu được từ nước bùn sau khi qua lọc. Nước mía trong Nước mía thu được sau khi xử lý làm sạch. Bùn lọc Phần còn lại của nước bùn sau khi tách nước mía lọc trong Mật chè (xirô) Phần còn lại của nước mía sau khi bốc hơi có nồng độ 60 Bx - 65 Bx. Mật chè thô (xirô thô) Mật chè chưa qua xử lý làm sạch. Mật chè tinh Mật chè thô đã qua xử lý làm sạch. Đường non Hỗn hợp tinh thể đường và mẫu dịch khi xả đường từ nồi nấu đường chân không. Dựa theo thứ tự nấu đường có được đường non A, B, C. CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG: Nước thải: Trong quá trình sản xuất, Công ty Cổ phần Mía đường Bình Định đã sử dụng một lượng nước lớn. Đặc trưng của nước thải ngành mía đường: Bảng 3: Thông số ô nhiễm nước thải của nhà máy đường [14] STT Chỉ Tiêu Đơn Vị Gía Trị Chất lượng(loại B) 1 SS mg/l 1250 100 2 BOD mg/l 5000 50 3 COD mg/l 7000 80 4 N mg/l 16,4 30 5 P mg/l 7,5 6 Do đó nước thải sinh ra cũng khá lớn. Đặc trưng lớn nhất của nước thải nhà máy mía đường là có giá trị BOD cao và dao động lớn. Bảng 4: Giá trị BOD5 trong nước thải ngành mía đường [15] Các loại nước thải NM đường thô(mg/L) NM tinh chế đường(mg/L) Nước rửa mía cây 20-30 Nước ngưng tụ 30-40 4-21 Nước bùn lọc 2900-11000 730 Chất thải than - 750-1200 Nước rửa xe các loại - 15000-18000 Phần lớn chất rắn lơ lửng là chất vô cơ. Nước rửa mía cây chủ yếu chứa các hợp chất vô cơ. Trong điều kiện công nghệ bình thường, nước làm nguội, rửa than và nước thải từ các quy trình khác có tổng chất rắn lơ lửng không đáng kể. Chỉ có một phần than hoạt tính bị thất thoát theo nước, một ít bột trợ lọc, vải lọc do mục nát tạo thành các sợi nhỏ lơ lửng trong nước. Nhưng trong điều kiện các thiết bị lạc hậu, bị rò rỉ thì hàm lượng các chất rắn huyền phù trong nước thải có thể tăng cao. Ngoài các chất đã nói trên, trong nước thải nhà máy đường còn thất thoát lượng đường khá lớn, gây thiệt hại đáng kể cho nhà máy. Ngoài ra còn có các chất màu anion và cation(chất màu của các axit hữu cơ, muối kim loại tạo thành) do việc xả rửa liên tục các cột tẩy màu resin và các chất không đường dạng hữu cơ(các axit hữu cơ), dạng vô cơ(Na2O, SiO2, P2O5, Ca, Mg và K2O). Trong nước thải xả rửa các cột resin thường có nhiều ion H+, OH-. Tính chất và đặc trưng nước thải qua các công đoạn không giống nhau, có khi có biến động rất lớn: Bảng 5: Đặc tính nước thải ở các công đoạn sản xuất [16] Công đoạn sản xuất COD(mg/L) BOD5 (mg/L) TSS(mg/L) Nước làm mát trục ép 277-290 245-255 - Nước rửa trục ép 2374-4762 1300-1600 814-3494 Nước thải lò hơi 100-800 - - Nước thải tại cống chung 223-982 75-667 1672 Nước thải từ đáy tháp chưng cất 24500-95600 5500-22500 - Các chất hữu cơ và đường có trong nước thải dễ phân hủy, vì vậy gây kiệt oxy trong nước, làm ảnh hưởng đến hoạt động của HST thủy sinh của lưu vực tiếp nhận. Các chất này dễ bị phân hủy bởi các vsv gây mùi hôi thối, làm ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận. Phần lớn chất rắn lơ lửng ở dạng vô cơ, khi thải ra môi trường tự nhiên các chất này có thể lắng và tạo thành một lớp trầm tích đáy, phá hủy hệ sinh vật làm nguồn thức ăn cho cá. Lớp bùn lắng này còn chứa các chất hữu cơ có thể làm cạn kiệt oxy trong nước và tạo ra các loại khí như H2S gây mùi thối, CO2 và CH4 là những khí gây ra hiệu ứng nhà kính. Ngoài ra, nước thải nhà máy đường,từ các công đoạn làm mát, thường có nhiệt độ cao, làm ức chế hoạt động của vsv và các loài động thực vật thủy sinh. Hình 10: Nước thải xả trực tiếp ra nguồn nước gây ô nhiễm môi trường [17] Khí thải: [17] Các chất gây ô nhiễm môi trường không khí của quá trình sản xuất đường không lớn. Khí thải phát sinh chủ yếu từ lò hơi dùng bã mía làm nhiên liệu, từ quá trình xử lý nước mía bằng CO2 và SO2 của công đoạn bổ sung. Khói của lò đốt bã mía và than. Đây là nguồn ô nhiễm chính mà bất kỳ nhà máy sản xuất công nghiệp nào cũng cần lưu ý để xử lý. Khi đốt lò tạo ra CO2, tro và khí than. Trong mía không có các kim loại nặng và chất độc hại, chủ yếu là lượng khí than thải vào không khí. Hơi của lò đốt lưu huỳnh khi gặp sự cố có thể thoát 1 phần ra ngoài. Khí SO2 rất độc cho người, hấp thụ hơi nước tạo thành axit H2SO4 gây ăn mòn các bề mặt kim loại. Sự tỏa hơi của nước mía có chứa một lượng đường nhỏ phát tán vào không khí và bụi đường ở các công đoạn sàng, đóng bao Hình 11: Xả khí ồ ạt ra môi trường [18] Chất thải rắn:[19] Rỉ đường: sản phẩm phụ của sản xuất đường. Lượng mật th ường chiếm 5% lượng mía ép, mật rỉ sử dụng để sản xuất cồn, sản xuất mì chính, nấm men ... Bã mía: chiếm 26,8% - 32% lượng mía ép, với lượng ẩm khỏang 50%. Phần chất khô khoảng 46% Zenluloza và 24,6% Hemizenluloze Bùn lọc: Là cặn thải của công đoạn làm trong nước mía thô. Bùn có độ ẩm 75-77% chiếm 3,82-5.07 lượng mía ép Tro lò hơi: chiếm 1,2% lượng bùn mía. Thành phần chính của tro là SiO 2 chiếm 71 - 72%. Ngoài ra còn có Fe2O3, Al2O3, K2O, Na2O, P2O5, CaO, MnO ... Cùng với bùn, tro được dùng để sản xuất phân hữu cơ. Hình 12: Tỉ lệ thành phần các chất thải[2] Bảng 6: Thành phần hóa học chất thải rắn từ sản xuất mía đường (Đơn vị: phần trăm theo khối lượng) [19] Mật rỉ Bùn lọc Bã mía Nước 26 Nước 75 Nước 50 Đường 51 Sáp, chất béo 3,5 Zenlulo 22,5 Chất khử 3 Xơ 7,5 Pentoza 16 Hợp chất Nito 4,5 Đường 4 Lignin 9 Axit hữu cơ 5,6 Protein 3 Sáp, protein 1,5 Tro 10,6 Tro 7 Tro 1 Chất màu 0,5 4. Ô nhiễm mùi Mỗi ngày hàng trăm tấn bã thải được thải ra ngoài. Đây là nguồn chất thải dễ lên men, hôi thối và dễ bị khuếch tán theo gió, trôi theo mưa nên việc không thu gom chế biến sẽ gây ô nhiễm nặng môi trường xung quanh Cân bằng dòng vật chất: Dòng sacarozo: Hình 13: Sơ đồ cân bằng vật chất dòng sacarozo Tính toán cân bằng dòng vật chất- dòng saccarozo (cho trọng lượng 5000 tấn mía ngày): Các thông số ban đầu: Hàm lượng đường saccarozo trong mía: 11,2% Hiệu suất ép: 97% Pol bùn= 2,5% Khối lượng bùn là 210tấn Mật rỉ 175 tấn. Lượng đường saccarozo thành phẩm = 460,72 tấn Hàm lượng đường saccarozo ban đầu trong mía = (5000*11,2)/100 = 560 tấn Khối lượng saccarozo trong nước mía hỗn hợp= khối lượng saccarozo trong mía x hiệu suất ép = 560*97/100 = 543,2 tấn Khối lượng saccarozo trong bã = 560-543,2=16.8 tấn. Khối lượng saccarozo tổn thất theo bùn= khối lượng bùn x pol bùn= 5,25 tấn Khối lượng saccarozo trong mật chè = khối lượng saccarozo trong nước mía hỗn hợp- khối lượng saccarozo trong bùn= 537,95 tấn Hàm lượng đường saccaroza trong mật rỉ chiếm 44% nên hàm lượng saccarozo trong mật rỉ= 77 tấn. Hàm lương saccarozo còn lại trong đường tinh thể = 537,95- 77=460.95 tấn. Lượng saccarozo thất thoát = 460,95-460,72= 0,23 tấn Áp dụng sản xuất sạch hơn ở giai đoạn ép: Dòng CaO : Tính toán cân bằng dòng vật chất- dòng CaO: Hình 14: Sơ đồ cân bằng vật chất dòng CaO Các thông số đầu vào: Khối lượng mía đầu vào: 5000 tấn. Khối lượng vôi: 7,5 tấn. Phần trăm CaO trong vôi: 75%. Tỉ lệ CaO cho vào nước mía: 1/5. Khối lượng P2O5: 0,825 tấn. Khối lượng SO2: 6 tấn. Hiệu suất hấp thụ SO2: 75%. %CaO trong nước rửa giải vôi: 0.02%. Thể tích nước rửa giải vôi: 720 lít. Khối lượng mật rỉ: 175 tấn. Phần trăm CaO trong mật rỉ: 0.32%. %CaO trong đường là 0% Các phản ứng xảy ra: 3Ca2+ + 2PO43- = Ca3(PO4)2 Ca(OH)2 + H2SO3= CaSO3 +2H2O Cách tính: Khối lượng CaO đầu vào: 7,5 * 75% = 5,625 (tấn). Khối lượng CaO cho vào nước mía: 5,625 * 1/5 = 1,125 (tấn). Khối lượng CaO dùng trong làm sạch: 5,625 – 1,125 = 4,5 (tấn). Khối lượng CaO phản ứng trong nước mía: (0,825/142) *2* 56 * 3/2= 0,976 (tấn). Khối lượng CaO trong nước rửa giải vôi: 720 * 0,02% = 0,144 (tấn). Khối lượng CaO đưa sang công đoạn làm sạch: 1,125 – 0,144 - 0,976 = 0,005(tấn). Khối lượng CaO trong công đoạn làm sạch là: 4,5+ 0.005 = 4,505 (tấn). Khối lượng CaO trong bùn: (6/64) * 75% * 56 = 3,9375 (tấn). Khối lượng CaO đưa sang giai đoạn nấu đường là: 4,505- 3,9375=0.5675(tấn) Khối lượng CaO trong mật rỉ: 175* 0,32% = 0,56(tấn). Khối lượng CaO thất thoát ở các giai đoạn (giai đoạn mà có hàm lượng CaO nhỏ không có số liệu tính toán) là: 0,5675 – 0,56 = 0,0075 (tấn). Ta thấy công đoạn làm sạch cần dùng nhiều CaO nhất nên cần áp dụng sản xuất sạch hơn vào giai đoạn này bằng cách cải tiến phương pháp làm sạch. Giải pháp sản xuất sạch hơn: Tăng hiệu suất ép bằng cách kết hợp với khuếch tán Đầu tư cơ giới vận chuyển mía từ vùng nguyên liệu về nhà máy nhanh để hàm lượng đường trong mía cao Bảo trì máy móc- khắc phục tình trạng gỉ sắt trong đường Cải tiến trang thiết bị Công đoạn rửa giải vôi cũng làm hao 1 lượng CaO khá lớn có thể thay đổi loại thùng chứa nước mía chống bám dính cặn. Thay đổi vôi có hàm lượng CaO cao( cân nhắc về kinh tế) TÀI LIỆU THAM KHẢO: Trương Thị Minh Hạnh, Giáo trình công nghệ sản xuất đường – bánh – kẹo. Phạm Lê Duy Nhân, Báo cáo ngành mía đường, 4/2014. Hoàng Minh Nam, Báo cáo quy trình công nghệ sản xuất đường mía. Vũ Thị Thanh Đào, TLGD Công nghệ sản xuất đường mía, 3/2013. Noname, Báo cáo chuyên đề “ ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH LỒNG GHÉP ĐÁNH GIÁ SẢN XUẤT SẠCH HƠN VÀ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIỆU QUẢ TẠI CÔNG TY CP ĐƯỜNG BÌNH ĐỊNH” Vũ Thị Thanh Đào, 2013, “TLGD CÔNG NGHIỆP MÍA ĐƯỜNG” Noname, báo cáo “QUY TRÌNH SẢN XUẤT MÍA ĐƯỜNG” TS Trương Minh Hạnh, GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG- BÁNH- KẸO Nguyễn Thế Bá, 2013, “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG KẾ HOẠC HACCP CHO QUY TRÌNH SẢN XUẤT ĐƯỜNG MÍA” C. Gallert, J. Winter, Mesophilic and thermophilic anaerobic digestion of source-sorted organic wastes: effect of ammonia on glucose degradation and methane production