Thiết kế hệ thống xlnt nhà máy tinh bột sắn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG ==== ==== Giáo viên hướng dẫn : PGS. TS Nguyễn Ngọc Lân Sinh viên thực hiện : Ngô Thị Vũ Lệ Lớp : Công nghệ Môi Trường K48 – QN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ HOÀN THIỆN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN QUẢNG NGÃI Hà Nội, Tháng 6/2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Độc lập - Tự do - Hạnh Phúc ----***---- ------------------- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên : Ngô Thị Vũ Lệ Số hiệu sinh viên: 20036219 Lớp : Công nghệ Môi Trường Khoá : 48 Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường Ngành: Công nghệ Môi Trường 1. Đầu đề thiết kế Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi 2. Các số liệu ban đầu Số liệu tại nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi, các thông số COD, BOD, pH, SS, tổng Nitơ, tổng phốtpho. 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán - Tổng quan về ngành công nghiệp chế biến tinh bột sắn - Hiện trạng môi trường quá trình sản xuất tinh bột sắn - Các phương pháp xử lý nước thải ngành tinh bột sắn - Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước - Tính toán chi phí xây dựng và vận hành hệ thống 4. Các bản vẽ (ghi rõ các loại bản vẽ và kích thước các loại bản vẽ): - Bản vẽ sơ đồ mặt bằng, sơ đồ công nghệ, các bản vẽ chi tiết thiết bị chính - 5 bản vẽ A3 5. Cán bộ hướng dẫn PGS. TS Nguyễn Ngọc Lân 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 7. Ngày hoàn thành đồ án: Ngày tháng năm 2008 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2008 Người duyệt (Ký, ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Ngọc Lân đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án. Em cũng gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong Viện Khoa Học Và Công Nghệ Môi Trường đã cung cấp những kiến thức hết sức qúy báu trong thời gian qua. Ngoài ra em cũng gửi lời cảm ơn đến các anh chị phòng kỹ thuật nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập. Bên cạnh đó em cũng gửi lời đến bạn bè gia đình đã giúp đỡ, động viên và đóng góp ý kiến cho em rất nhiều trong quá trình làm đồ án. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 16 tháng 07 năm 2005 Sinh Viên Ngô Thị Vũ Lệ KÍ HIỆU VIẾT TẮT BOD: Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầuọoxi sinh hoá, mg/l COD: Chemical Oxygen Đeman – Nhu cầu ôxi hoá học, m/l SS : Suspended Solid - Chất rắn lơ lửng, mg/l DO : Dissolved Oxygen – Oxi hoà tan, mgO2/l UASB: Upflow Anaerobic Susdge Blanket - Xử lý yếm khí ngược dòng có lớp bùn lơ lửng FAO: Tổ chức lương thực Thế giới TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TBS: Tinh bột sắn Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 1 - MỞ ĐẦU Trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước như hiện nay, môi trường là vấn đề bất cập không chỉ riêng quốc gia nào mà là vấn đề của toàn cầu. Phát triển kinh tế xã hội là nhu cầu của mỗi quốc gia nhưng cần phải có sự phát triển bề vững, phát triển luôn cân bằng giữa ba yếu tố: Kinh tế - môi trường – xã hội. Trong các ngành công nghiệp trọng điểm của đất nước, tinh bột sắn là một ngành kinh tế đang được sự chú trọng và thu hút đầu tư của các nhà sản xuất và nền công nghiệp này ngày càng phát triển. Đây cũng là ngành sản xuất sử dụng nước tương đối lớn, nước thải từ quá trình chế biến tinh bột sắn gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận chất hữu cơ, dòng thải bị phân huỷ sinh ra mùi hôi thối và một số chất khí làm ảnh hưởng đến môi trường không khí. Nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi đã tạo công ăn việc làm cho người dân và đã góp phần vào việc đóng góp ngân sách nhà nước, nhà máy ngày càng được mở rộng và công suất ngày càng tăng. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của nhà máy kèm theo nhiều vấn đề bức thiết cần giải quyết, vấn đề môi trường của nhà máy cần được quan tâm, trong đó nước thải là được nhà máy đặt lên hàng đầu. Để hạn chế những tác động đến con người và môi trường từ hoạt động của nhà máy, đặc biệt là ô nhiễm nước thải gây ra. Việc thiết kế một hệ thống xử lý nước thải phù hợp, xử lý hiệu quả và đem lại lợi ích về mặt kinh tế cho nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi là việc làm hết sức cần thiết và cấp bách. Vì vậy đồ án tốt nghiệp em chọn đề tài: “Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quãng Ngãi ”. Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 2 - CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN I.1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM I.1.1. Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và khu vực Châu Á Sắn được sử dụng khá phổ biến để sản xuất tinh bột, đây là nguồn nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp dệt, thực phẩm, may mặc, bánh kẹo, sản xuất lên men cồn, sản xuất acid hữu cơ,... Sắn là loại cây lương thực quan trọng ở nhiều nước trên thế giới. Sắn có xuất xứ từ Trung – Nam Mỹ. Sau đó phát triển sang Châu Phi, Châu Á, Cùng với sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp cây sắn ngày càng trở nên có giá trị kinh tế cao. Hiện nay sắn được trồng ở hơn 100 quốc gia trên thế giới với diện tích khoảng 18,96 triệu ha. Năm 2006 sản lượng sắn thế giới đạt 211,26 triệu tấn củ tươi, nhưng đến năm 2007 sản lượng sắn trên thế giới đạt 226,34 triệu tấn. Như vậy, sản lượng sắn thế giới tăng 15,08 triệu tấn [2]. Khi phân chia sản lượng sắn theo các lục địa, tổ chức lương thực thế giới (FAO) ước tính sản lượng sắn ở Châu Phi năm 2000 là 92,7 triệu tấn tăng không đáng kể so với năm 1999, mặc dù ở Châu lục này sắn được trồng ở 39 quốc gia song có tới 70% sản lượng sắn được trồng ở Nigeria, công gô, Tanzania. Khu vực Châu Mỹ La Tinh và vùng Caribê: Theo ước tính sản lượng sắn của vùng chiếm 20% sản lượng sắn toàn cầu. Năm 2000 toàn khu vực có sản lượng sắn 32,1 triệu tấn, tăng 10% so với năm 1999 có được chủ yếu do sự mở rộng thêm diện tích trồng sắn và áp dụng kỹ thuật tiên tiến trong quá trình tưới tiêu. Trong đó phải kể đến sự đóng góp không nhỏ của Brazil nước chiếm 70% tổng sản lượng sắn toàn khu vực đã tăng thêm 12% tổng diện tích trồng sắn trong năm 2000. Giá sắn tăng cao đã khuyến khích người dân sản xuất mở rộng qui mô và diện tích trồng sắn. Sắn được trồng nhiều nhất tại Châu phi khoảng 11,82 triệu ha (chiếm 57% diện tích sắn toàn cầu), tiếp theo là Châu Á 3,78 triệu ha (chiếm 25%), Châu Mỹ La Tinh 2,7 triệu ha (chiếm 18%). Nước có sản lượng sắn lớn nhất thế giới là Nigeria 45,72% triệu tấn, tiếp theo là Thái Lan: 22,58 triệu tấn, Inđonesia: 19,92 triệu tấn. Nước có năng suất cao nhất thế giới là Ấn Độ: 31,43 tấn củ/ha, tiếp theo là Thái Lan 21,09 tấn/ha, so với năng suất bình quân của thế giới là 12,15 tấn/ha [2] Thái Lan là nước mà toàn bộ sắn thu hoạch đều được sử dụng trong công nghiệp với các sản phẩm chính là sắn lát, sắn viên và tinh bột sắn. Trên 55% sản lượng sắn của Thái Lan được sử dụng dưới dạng sắn lát phơi khô làm thức ăn cho. Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 3 - gia súc. Trong đó 99% trực tiếp được xuất khẩu sang châu Á, chỉ có 10% tiêu thụ trong nội địa, mặc dù sản lượng sắn củ tươi chỉ chiếm khoảng 18 triệu tấn trên sản lượng toàn cầu là 175 triệu tấn [1]. Bảng I.1. Bảng sản lượng sắn củ tươi năm 2001 trên thế giới [1]. STT Nước Sản lượng (Tấn/ha) 1 Nigeria 33854000 2 Brazil 24481356 3 Thái Lan 18283000 4 Congo 15959000 5 Indonesia 15800000 6 Ghana 7845440 7 Tanzania 5757968 8 Âna Độ 5800000 9 Mozambique 5361974 10 Trung Quốc 3750900 11 Các nước khác 38723751 12 Tổng cộng 175617389 Khả năng thu lợi cao từ việc xuất khẩu tinh bột sắn khiến các nước xuất khẩu chủ yếu, sẽ thay đổi các giống sắn truyền thống bằng các giống sắn mới cho năng suất cao, hàm lượng tinh bột lớn thích hợp với chế biến công nghiệp. Có như vậy mới đáp ứng được nhu cầu trong nước cũng như ngoài nước đang gia tăng. I.1.2. Tình hình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam Việt Nam hiện đang sản xuất hằng năm hơn 2 triệu tấn sắn củ tươi, đứng thứ 11 trên thế giới về sản lượng sắn, nhưng lại là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ ba trên thế giới sau Thái Lan và Indonesia. Trong chiến lược toàn cầu cây sắn đang được xem là một loại cây lương thực dễ trồng, thích hợp với những vùng đất cằn cỗi, đây cũng là cây công nghiệp triển vọng có khả năng cạnh tranh với nhiều loại cây trồng khác. Ở nước ta, cây sắn đang chuyển đổi nhanh chóng đóng vai trò là cây công nghiệp. Sự hội nhập đang mở rộng thị trường sắn, tạo nên những cơ hội chế biến tinh bột, tinh bột biến tính bằng hoá chất và Enzim, sản xuất sắn lát, sắn viên để xuất khẩu và sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, trong sản xuất thức ăn gia súc và làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác, góp phần vào sự phát triển Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 4 - kinh tế của đất nước. Tinh bột sắn ở Việt Nam đã trở thành một trong bảy mặt hàng xuất khẩu mới có triển vọng được chính phủ và các địa phương quan tâm. Hiện nay cả nước có 53 nhà máy chế biến tinh bột sắn đi vào hoạt động và 7 nhà máy đang được xây dựng. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam được thể hiện dưới bảng sau. Bảng I.2. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam [4]. Năm 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Diện tích (1000ha) 227 235 250 337 372 384 426 475 Năng suất (tấn/ha) 7,9 8,6 8,3 13,2 14,3 14,5 15,8 16,2 Sản lượng (triệu tấn) 1,8 2,0 2,0 4,4 5,3 5,6 6,7 7,7 I.2. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN I.2.1. Giới thiệu công nghệ sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và Việt Nam + Sản xuất tinh bột sắn ở các hộ gia đình: Công việc sản xuất hoàn toàn bằng các dụng cụ thủ công thô sơ. Trong sắn, ngoài tinh bột còn có thành phần chất khô khác như: Chất xơ, chất hòa tan, chất tạo màu...Vì vậy nhiệm vụ của quá trình sản xuất tinh bột sắn là lấy tinh bột tới mức tối đa bằng cách phá vỡ tế bào giải phóng tinh bột và tách tinh bột ra khỏi các chất hoà tan cũng như các chất không hoà tan khác. Phương pháp thủ công này áp dụng ở quy mô hộ gia đình, phương pháp này cho năng suất thấp, chất lượng sản phẩm kém. Kỹ thuật sản xuất đơn giản và gián đoạn. + Sản xuất ở quy mô nhỏ bằng các thiết bị bán cơ giới: Phương pháp này ưu việt hơn so với phương pháp thủ công. Ở phương pháp này sử dụng máng lắng lớn nên khó đạt năng suất cao, kết hợp với công đoạn tách xơ, đạm muối vô cơ ra khỏi tinh bột trên máng lắng nên chất lượng sản phẩm không đạt hiệu quả, hiệu suất thu hồi tinh bột thấp, lao động vất vã khó đảm bảo vệ sinh công nghiệp. + Sản xuất tinh bột sắn bằng phương pháp trích ly: Đây là phương pháp dùng thiết bị ly tâm để thực hiện quá trình tách, phương pháp này cho chất lượng sản phẩm cao, năng suất lớn, quá trình sản xuất được tự động hoá, đảm bảo vệ sinh công nghiệp. Hiện nay phương pháp này được sử dụng ở Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 5 - nhiều nước trên thế giới như: Thái Lan, Trung Quốc, Việt Nam,... ™ Giới thiệu các quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn Giới thiệu quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Thái Lan, Trung Quốc và Việt Nam. + Thái Lan là nước đứng đầu thế giới về xuất khẩu tinh bột sắn. Do đó quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Thái Lan cũng rất phát triển, có rất nhiều công ty sản xuất về công nghệ này (Hình I.1). + Trung Quốc không phải là nước trồng nhiều sắn, nhưng do nhu cầu sử dụng tinh bột sắn ngày càng cao nhất là trong những năm gần đây. Do đó Trung Quốc phải nhập các sản phẩm từ sắn, nhất là sắn lát khô, chính vì vậy nên công nghệ chế biến tinh bột sắn ở Trung Quốc cũng phát triển. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc (Hình I.2). Đặc điểm của công nghệ chế biến tinh bột sắn Trung Quốc so với các công nghệ khác là trong khâu tẩy trắng không dùng SO2 ( hoặc sử dụng với số lượng không đáng kể). I.2.1.1. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Thái Lan. Ưu điểm chính của công nghệ Thái Lan: Công đoạn trích ly chiết suất được thực hiện qua nhiều giai đoạn, kết hợp với xử lý bột bằng SO2. Do đó quy trình công nghệ của Thái Lan cho tỷ lệ thu hồi hồ tinh bột cao, lượng tinh bột tạo ra theo bã có thể hạn chế tới mức thấp nhất. Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 6 - Sắn củ Băm nhỏ Rửa củ Bóc vỏ, tách tạp chất Nghiền nhỏ Trích ly, tách xơ Phân ly Ly tâm tách nước Sấy khô Sàng đóng bao Sản phẩm Bã sắn Nén ép Bã khô Nước Nước thải Vỏ sắn, tạp chất Khí thảiKhí nóng N ư ớ c tu ần h oà n Nước sạch N ư ớ c tá i s ử d ụn g Hình I.1: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn kèm theo dòng thải cuả Thái Lan [5] H2SO4 Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 7 - I.2.1.2. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Trung Quốc Tách tạp chất Bóc vỏ, rửa củ Nghiền lần I Sàng lọc Tẩy trắng Nghiền lần II Trích ly (chiiết xuất) Ly tâm tách nước Sàng bột Sấy khô Đóng gói Sản phẩm Bã sắn Ép bã Bã khô Nước thải Tách tạp chất Lò đốt lưu huỳnh Lưu huỳnh Sắn củ tươiNước sạchSắn lát khô Vỏ, tạp chất Nước thải Hình I.2: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn kèm theo dòng thải của Trung Quốc [5] SO2 Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 8 - I.2.1.3. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam 1. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở quy mô công nghiệp Nhà máy sản xuất tinh bột sắn được sản xuất với công nghệ và thiết bị hiện đại cho năng suất thu hồi tinh bột cao và định mức tiêu hao nguyên nhiên liệu thấp. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn thường nhập từ nước ngoài. Một số nhà máy áp dụng công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Thái lan như: Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Đaklak, Quảng Ngãi, Việt Nam tapioca (Tây ninh)…; Áp dụng công nghệ của Trung Quốc như: Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Thừa Thiên Huế … 2. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại các làng nghề Sản xuất tinh bột sắn bằng thủ công được thực hiện ở các công đoạn hết sức đơn giản chỉ cần phá vở cấu trúc tế bào và thu hồi tinh bột. Quy trình sản xuất gián đoạn , thiết bị củ kỹ, lạc hậu, thô sơ không đồng bộ nên mức độ cơ giới hoá thấp. Vì vậy hiệu quả thu hồi tinh bột không cao. Sơ dồ quy trình công nghệ: Hình I.3. Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn thủ công ở Việt Nam Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 9 - I.2.2. Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn Quy trình sản xuất tinh bột sắn có thể được chia thành các công đoạn cơ bản sau: 1. Công đoạn rửa củ và bóc vỏ Sắn củ tươi sau khi thu mua phải được chế biến ngay, sắn từ khi thu hoạch cho đến khi chế biến khoảng hai ngày. sắn được đưa vào phểu phân phối nhằm cung cấp cho dây chuyền sau một cách từ từ. Sắn được băng chuyền xích đưa vào thùng quay hình trụ, nằm ngang. Tại đây dưới sự va đập của các củ sắn với nhau và củ sắn va đập vào thành lồng, vỏ lụa, đất cát được loại bỏ, đồng thời nước được phun vào để rửa củ. Công đoạn này càng làm sạch càng tốt để tránh ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 2. Công đoạn nghiền Tại đây sắn được chặt nhỏ và nghiền để phá vở cấu trúc tế bào nhằm giải phóng tinh bột thành các hạt riêng biệt và không bị hư hại ra khỏi các thành phần không tan khác. Quá trình nghiền càng mịn thì hiệu suất thu hồi tinh bột càng hiệu quả và ngược lại. tuy nhiên cũng không nên nghiền quá mịn sẽ tốn năng lượng và chất xơ trở nên quá mịn dẫn đến khó tách chúng ra khỏi tinh bột. Sắn củ tươi sau khi bóc vỏ và rửa củ được băng chuyền đưa đến máy nghiền hoặc máy băm và mài có lắp các răng cưa, tại đây sắn được làm tơi kết hợp với nước được bơm vào tạo thành hỗn hợp bã - nước - bột, hỗn hợp này được đưa đến hồ chứa. Sau khi nghiền hay mài củ sắn gồm các alkaloid, các cyanide được giải phóng. Hydrogen cyanide có khả năng bay hơi ở nhiệt độ 27oC, phần còn lại nằm trong khối bột nhão. Khi cấu trúc tế bào bị phá vở chúng phản ứng ngay với oxy ngoài không khí tạo ra các hợp chất có màu và có khả năng bám chặc vào tinh bột làm giảm chất lượng sản phẩm. Do vậy người ta thêm dung dịch NaSO3, H2SO3 hoặc sục khí SO2 vào để khử các hợp chất màu nhờ vào thế khử của các hợp chất sunfua. Ngoài ra SO2 còn hạn chế sự phát triển của vi sinh vật. 3. Công đoạn tách chiết xuất Đây là công đoạn quan trọng nhất quyết định tỷ lệ thu hồi và chất lượng của tinh bột, công đoạn này thường được tiến hành qua nhiều công đoạn. a. Công đoạn 1: Tách bã thô Hỗn hợp bã - nước - bột từ bể chứa được bơm qua thiết bị tách bã thô. Đây là thiết bị ly tâm kiểu nón đứng, hỗn hợp được tách làm hai phần. + Phần không bị lọt lưới gồm xơ lớn, mảnh vụn được tách riêng và thu gom vào máng dẫn đưa đến hệ thống tách tinh bột tận dụng. Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 10 - + Phần tinh bột tự do và xơ mịn lọt lỗ lưới qua ống dẫn vào thùng chứa sau đó được tách dịch bào. b. Công đoạn 2: Tách dịch bào Đây là công đoạn nhằm tách dịch bào lẫn trong dịch sữa tinh bột, nhằm ngăn chặn quá trình tạo màu và giữ được màu trắng tự nhiên của bột thành phẩm. Để tách dịch bào người ta dùng máy ly tâm. Dịch sữa tinh bột sau khi tách bã thô được bơm đến máy ly tâm, dịch tinh bột được phân riêng qua ống dẫn xuống thùng chứa và bơm qua công đoạn tiếp theo. c. Công đoạn 3: Tách bã mịn Sau khi tách xác lần cuối dịch sữa bột chảy xuống thùng chứa và bơm đến thiết bị tách bã mịn để tách dịch bã còn lại. Lượng bã thô tinh và mịn được đưa đến thiết bị tách xác tận dụng dịch sữa thu được ở đây có nồng độ tinh bột thấp được bơm về công đoạn nghiền để làm nhỏ và quay trở lại các thiết bị tách chiết suất để tận thu tinh bột. Bã thu được từ công đoạn tách chiết suất có hàm lượng nước rất cao (70 – 75%) và còn chứa 12 – 14% tinh bột. Do vậy phần lớn các nhà máy sản xuất tinh bột sắn đều dùng bã sắn để sản xuất cồn hoặc làm thức ăn cho gia súc. 4. Ly tâm tách nước Mục đích của công đoạn này là tách bớt nước trong dịch sữa bột ra để giúp cho công đoạn sấy khô được nhanh hơn. Phần nước dịch lọt qua vãi và lưới lọc của máy ly tâm có hàm lượng tinh bột thấp và được đưa vào máy mài để thu hồi lượng tinh bột và tiết kiệm được nguồn nước.Tinh bột thu được sau ly tâm có độ ẩm 31 – 34%. 5. Công đoạn sấy khô Bột nhão ướt thu được ở công đoạn tách nước chuyển sang sấy nhanh theo nguyên lý sấy phun, ở đây dưới tác dụng của dòng khí nóng với vận tốc 15 – 20 m/s tinh bột sẽ được xé tơi và làm khô rất nhanh (2 – 3 giây), sấy ở nhiệt độ 45 – 50oC do vậy tinh bột không bị hào hóa. Sau khi được làm khô tại đây hỗn hợp tinh bột và khí nóng được đưa qua cyclone. Ở đây tinh bột được tách ra khỏi tác nhân sấy - khí nóng. 6. Sàng, phân loại, đóng bao Để nâng cao tính đồng nhất của sản phẩm, tinh bột thu được sau công đoạn sấy được đưa vào sàng phân loại. Ở đây những hạt nhỏ mịn, đạt tiêu chuẩn được đưa tới thùng chứa để đóng bao, những hạt to được đưa qua máy nghiền nhỏ, sau đó lại được đưa quay trở lại sàng để phân loại tiếp. Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 11 - CHUƠNG II: HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN Chất thải từ ngành công nghiệp chế biến thực phẩm nói chung và ngành công nghiệp sản xuất tinh bột sắn nói riêng luôn là vấn đề bức xúc của mỗi quốc gia, không chỉ ảnh hưởng đến môi trường đất, nước, không khí, gây mất mỹ quan khu vực xung quanh mà còn ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ của cộng đồng. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn làm phát sinh cả ba dạng chất thải: Khí thải, nước thải, chất thải rắn. II.1. KHÍ THẢI Khí thải phát sinh trong quá trình sản xuất tinh bột sắn không lớn. Tuy nhiên cũng có thể kể đến các loại khí sau: + Trong sản xuất tinh bột sắn, hợp chất cyanegenic glucozit thuỷ phân giải phóng HCN, đây là acid dễ bay hơi, chúng phát tán vào không khí gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và gia súc. + Sản xuất tinh bột sắn ở quy mô công nghiệp thường có lò cấp nhiệt cho quá trình sấy khô sản phẩm, quá trình chạy máy phát điện. Do vậy khí ô nhiễm có thể phát sinh do quá trình đốt dầu, thành phần chính của các loại khí này: NO2, NOx, SOx, bụi,... + Để tẩy trắng tinh bột ở qui mô sản xuất lớn có thể đốt lưu huỳnh tạo sunfua- đioxit, quá trình này phát sinh SO2. Ngoài ra SO2 còn phát sinh từ khu vực nghiền bột trong trường hợp định lượng quá nhiều SO2 vào dung dịch sữa bột. + Ô nhiễm khí còn phát sinh từ quá trình thuỷ phân các hợp chất hữu cơ trong bã thải rắn hoặc trong nước thải từ các hồ sinh học như: H2S, NH3, Indol, xeton...Có khả năng gây các bệnh về đường hô hấp, ung thư, nguy hiểm cho con người. + Không khí còn bị ô nhiễm bởi bụi của quá trình vận chuyển nguyên liệu về bãi chứa của nhà máy, bụi trong quá trình sàng, sấy khô và đóng bao sản phẩm. + Ngoài ra còn có ô nhiễm tiếng ồn từ các máy rữa, máy nghiền, máy ly tâm... II.2. NƯỚC THẢI II.2.1. Nguồn phát sinh và đặc trưng của nước thải sản xuất tinh bột sắn Quá trình sản xuất tinh bột sắn là một quy trình công nghệ có nhu cầu sử Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 12 - dụng nước khá lớn khoảng 25 – 40 m3/tấn sản phẩm, tuỳ thuộc vào công nghệ khác nhau. Lượng nước thải từ quá trình này chiếm 80 – 90% tổng lượng nước sử dụng. Nước thải từ công đoạn rửa củ và tinh chế bột là hai nguồn gây ô nhiễm chính trong công nghệ chế biến tinh bột sắn. + Nước thải từ công đoạn rửa củ và bóc vỏ chiếm khoảng 30% tổng lượng nước sử dụng chứa chủ yếu là: cát, sạn, hàm lượng hữu cơ không cao, pH ít biến động khoảng 6,5 – 6,8. + Nước thải từ công đoạn tinh chế bột có hàm lượng ô nhiễm chất hữu cơ cao (COD: 10000 – 13000mg/l; BOD: 4000 – 9000mg/l), hàm lượng cặn lơ lửng, cặn khó chuyển hoá lớn (gồm xơ mịn, pectin và các cặn không tan khác), pH = 5,7 – 6; lượng nước này chiếm khoảng 60% + Ngoài hai nguồn ô nhiễm trên còn có khoảng 10% nước thải từ quá trình rửa sàng, thiết bị, nước từ phòng thí nghiệm, từ sinh hoạt...Nước thải loại này có COD khoảng 2000 – 2500 mg/l; BOD khoảng 400 – 500mg/l. Bảng II.1. Đặc trưng nước thải sản xuất tinh bốt sắn [8]. Thành phần Rửa củ Nước thải tinh chế bột TCVN 5945-2005,B pH 6,5 - 6,8 5,7- 6 5,5 - 9 COD(mg/l) 1500 - 2000 1000 - 15000 80 BOD(mg/l) 500 - 1000 4000 - 9000 50 SS(mg/l) 1150 - 2000 1360 - 5000 100 CN-(mg/l) 11 32 0,1 ∑N (mg/l) 122 - 270 30 ∑P (mg/l) 24 - 31 6 Nhận xét các chỉ tiêu nước thải như sau: Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải ở các công đoạn chính đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép (TCVN5945 - 2005) rất nhiều lần. + Nước thải rửa củ có pH gần như trung tính, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao từ 1150 – 2000 mg/l; BOD = 500 – 1000 mg/l; COD = 1500 – 2000. Vượt quá tiêu chuẩn cho phép đối với SS gấp 15 lần; BOD gấp 20 lần; COD gấp 25 lần. + Nước thải tinh chế bột có pH = 5,7 - 6 SS = 1360 - 5000 mg/l (gấp khoảng 14 - 50lần so với TCCP); BOD = 4000 – 9000 mg/l (gấp khoảng 87 lần so với TCCP); Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 13 - COD = 10000 – 15000 mg/l (gấp 140 lần TCCP). Với đặc trưng của nước thải sản xuất tinh bột sắn như trên cho thấy nếu nước thải không được xử lý trước khi thải vào môi trường sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và tác động xấu tới sức khoẻ con người: + Nước thải chế biến tinh bột sắn có hàm lượng chất hữu cơ cao làm giảm oxy hoà tan trong nước, thúc đẩy quá trình phân hủy yếm khí các vi sinh vật trong nước phát sinh mùi hôi thối ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng môi trường và gây mất mỹ quan. + Bên cạnh đó, quá trình chuyển hoá tinh bột thành acid hữu cơ làm cho pH trong nước thải giảm, pH thấp trong nước thải có tác dụng xấu tới các động vật thủy sinh, đặc biệt các loài vốn ưa môi trường kiềm, làm chết tảo, cá di chuyển nơi sống, làm chua đất. + Hàm lượng SS trong nước thải cao là nguyên nhân gây lắng đọng và thu hẹp diện tích các mương dẫn và các dòng tiếp nhận nước thải. Như vây có thể khẳng định trong chế biến tinh bột sắn nước thải là vấn đề đặc biệt được quan tâm. II.2.2. Hiện trạng xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn Hiện nay vấn đề xử lý nước thải trong quá trình sản xuất tinh bột sắn được quan tâm nhiều ở các làng nghề thủ công. Nước thải trong quá trình sản xuất tinh bột sắn nhất là tại các làng nghề cùng với nước thải sinh hoạt và chăn nuôi đã được xử lý bằng hầm Biogas ở một số hộ gia đình. Tuy nhiên số hộ gia đình sử dụng phương pháp này rất ít, chủ yếu nước thải vẫn thải thẳng ra mương dẫn chung mà không qua bất kỳ quá trình xử lý sơ bộ nào, dẫn đến tình trạng ách tắc mương dẫn, gây mùi hôi thối, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân và gây mất mỹ quan. Đối với các cơ sở sản xuất qui mô công nghiệp: Tình trạng ô nhiễm môi trường trong chế biến tinh bột sắn đang ở mức báo động, một số nhà máy đã có hệ thống xử lý nhưng hoạt động không hiệu quả hay chưa có hệ thống xử lý. Các cơ sở sản xuất mặc nhiên để nước thải chảy ra suối, hoặc xử lý sơ bộ bằng các ao hồ sinh học nhưng phần lớn chỉ để đối phó với các cơ quan quản lý nhà nước về môi trường. II.3. CHẤT THẢI RẮN II.3.1. Nguồn phát sinh và đặc trưng của chất thải rắn Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 14 - Trong sản xuất tinh bột sắn từ củ tươi, chất thải rắn chủ yếu phát sinh từ các công đoạn rửa củ, bóc vỏ và các công đoạn lọc. Chất thải rắn từ khâu rửa củ bao gồm đất, cát, lớp vỏ lụa và một phần thịt củ bị vỡ do va chạm mạnh hoặc do sắn nguyên liệu bị dập, thối, lượng chất thải này chiếm khoảng 5% sắn nguyên liệu. Trong công đoạn tách bã, phần còn lại là nguồn phát sinh chất thải rắn vô cùng lớn, chiếm khoảng 40% sắn nguyên liệu [15] Có thể mô tả cân bằng vật chất trong quá trình sản xuất tinh bột sắn như sau. Hình II.1. Sơ đồ cân bằng vật chất trong quá trình sản xuất tinh bột sắn [15] Kết hợp cân bằng vật chất trên và số liệu thống kê với khoảng 60% sản lượng sắn cả nước, 7700 triệu tấn (năm 2006) được làm nguyên liệu thì lượng tạp chất chiếm 383 triệu tấn, lượng bã thải là 3218 triệu tấn, lượng tinh bột chiếm 3659 triệu tấn Bảng II.2. Thành phần trong bã thải rắn [5] Thông số Bã rắn pH Hàm ẩm % Chất khô % Tinh bột % 6,5 80 – 90 11,1 – 15 5,09 – 7 Sắn củ triệu tấn (100%) Vỏ tạp chất 0,05 tấn (5%) Nước thải từ rửa củ 0,05 tấn (5%) Bột nghiền 0,95 tấn (95%) Bã rắn 0,4 tấn (40%) Tinh bột 0,5 tấn (50%) Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 15 - Từ bảng II.2 cho thấy bã sắn với hàm lượng tinh bột chiếm 5,09 – 7 % trọng lượng bã, ước tính mỗi năm ngành sản xuất tinh bột từ củ sắn bị thất thoát khoảng 50,8 – 69,8 nghìn tấn bột sắn. Nếu không xử lý kịp thời các chất hữu cơ trong bã thải sẽ phân hủy gây mùi khó chịu, làm ô nhiễm môi trường không khí, ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. Ngoài ra hàm lượng nước trong bã cao, hàm lượng chất khô thấp gây khó khăn trong bảo quản và sử dụng bã thải. II.3.2. Hiện trạng xử lý chất thải rắn Chất thải rắn cũng là mối quan tâm về vấn đề môi trường, trong ngành chế biến tinh bột sắn không chỉ riêng tại các làng nghề mà ngay cả nhà máy trong nước và trên thế giới. Chất thải rắn từ quá trình sản xuất tinh bột sắn gồm các loại sau: + Vỏ củ và tạp chất (đất, đá.. ) ở công đoạn rửa củ và bóc vỏ. + Bả sắn từ công đoạn trích ly, chiết xuất. + Bùn từ công đoạn xử lý nước thải. Đối với các nhà máy lớn thì vấn đề xử lý chất thải rắn tương đối thuận lợi do từ khi hình thành nhà máy chất thải rắn đã có phương án xử lý. Vỏ cùi và các tạp chất ở công đoạn rửa củ, bóc vỏ được thiết kế khu chôn lấp riêng trong khuôn viên nhà máy. Bã sắn từ công đoạn trích ly chiết suất hầu hết các nhà máy đều ký kết với các cơ sở sản xuất thức ăn gia súc và hằng ngày bã sắn được chở đi liên tục, do đó giảm đáng kể về môi trường. Đối với các làng nghề, vấn đề xử lý bã thải gặp rất nhiều khó khăn. Mặt dù đã có những biện pháp tích cực trong giải quyết vấn đề chất thải rắn nhưng ý thức của người dân chưa cao dẫn đến ô nhiễm môi trường do bã thải là đáng kể. Bã thải chất đống trên đường đi, thậm chí nhiều khi còn thải thẳng cùng với nước thải. Nếu không được chuyển kịp thời, nhất là vào mùa hè khi nhiệt độ lên cao các chất hữu cơ trong nước thải bị phân hủy gây mùi khó chịu, làm ô nhiễm môi trường không khí, ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. Còn về mùa mưa, cùng với đất cát và phương tiện giao thông bã thải góp phần làm cho đường xá lầy lội, gây khó khăn trong việc đi lại và lưu thông hàng hoá. Sự yếu kém trong việc quy hoạch bãi chôn lấp và ý thức của người dân còn làm mất mỹ quan làng xã bên cạnh những yếu kém còn tồn tại, hiện nay tại một số làng nghề (Dương liễu) cũng có những hình thức xử lý chất thải rắn khá hiệu quả: Bả sắn được sử dụng làm thức ăn trong chăn nuôi, vỏ được tận dụng làm phân hữu cơ. Đây là cách tận dụng tốt nhất, vừa đảm bảo kinh tế vừa đảm bảo vệ sinh môi trường. Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 16 - II.4. HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG TẠI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN QUẢNG NGÃI Nhà máy chế biến tinh bột sắn Quãng Ngãi là một trong những cơ sở chế biến tinh bột sắn qui mô lớn ở Miền Trung. Nhà máy từ khi xây dựng và hoạt động cho đến nay đã khẳng định được vị trí, vai trò của mình trong việc giải quyết đầu ra của cây sắn. Công suất ban đầu của nhà máy là 50 tấn sản phẩm/ngày nhưng hiện nay nhà máy đã hoạt động với công suất 200 tấn sản phẩm/ngày. Hoạt động của nhà máy đã góp phần chuyển dịch cơ cấu kinh tế miền núi, tạo việc làm cho một bộ phận lao động tại tỉnh và góp phần phủ xanh đất trống đồi trọc...Bên cạnh những lợi ích về kinh tế, xã hội do nhà máy mang lại thì hoạt động sản xuất của nhà máy cũng không tránh khỏi gây ô nhiễm môi trường. Chất thải của nhà máy gồm các dạng: Chất thải rắn; Nước thải: Khí thải. Những dạng chất thải này cần được qua tâm và có biện pháp xử lý. Trong đó nước thải là vấn đề rất cấp thiết nhà máy cần phải có biện pháp xử lý. II.4.1. Khí thải Khí thải của nhà máy tinh bột sắn phát sinh từ các nguồn: + Khí thải từ lò đốt dầu tạo khí nóng để sấy khô sản phẩm. Nhà máy dùng dầu FO để đốt lò tạo không khí nóng cho quá trình sấy khô thành phẩm. + Bụi phát sinh cho hoạt động của các phương tiện giao thông ra vào nhà máy, trong quá trình xe chạy và bốc xếp nguyên liệu, sản phẩm cũng gây ô nhiễm bụi cho khu vực xung quanh nhà máy. + Bụi phát sinh từ khu vực tập kết nguyên liệu và đóng bao thành phẩm lượng tinh bột này thu lại để tái sử dụng. + Các khí phát sinh do quá trình phân huỷ sinh học từ các hồ sinh học, các chất thải rắn thường chứa các thành phần H2S, CH4, mecaptan...Tạo mùi hôi thối khó chịu. Tuy nhiên lượng khí thải này phát sinh không lớn và phạm vi ảnh hưởng hẹp. II.4.2. Chất thải rắn Chất thải rắn phát sinh từ các nguồn sau: + Vỏ củ và tạp chất (đất, cát...) ở công đoạn rửa và bóc vỏ, lượng chất thải này nhà máy xử lý bằng chôn lấp. + Bã sắn từ công đoạn tách, trích ly chiết suất. Bã này dùng làm thức ăn gia súc, hoặc phân bón hữu cơ vi sinh. Nhà máy ký kết bán bã sắn với một số công ty chế Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 17 - biến thức ăn cho gia súc. + Bùn từ công đoạn xử lý nước thải hiện nay chưa được xử lý, mà chủ yếu thải ra suối gần nhà máy và nạo vét bỏ tại bờ các hồ sinh học. II.4.3. Nước thải Cùng với khí thải và chất thải rắn, nước thải là vấn đề cần xử lý quan trọng nhất đối với nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi hiện nay. Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Quảng Ngãi có công suất 200 tấn sản phẩm/ ngày theo công nghệ của Thái Lan. Đây là công nghệ có quy trình sử dụng nước khá hợp lý. Định mức vật tư, nhiên liệu sản xuất tinh bột sắn Quãng Ngãi được thể hiện dưới bảng sau. Bảng II.3. Định mức vật tư, nhiên liệu, nguyên liệu (cho một tấn sản phẩm) [8]. Tên vật tư Đơn vị Định mức tiêu hao Sắn củ tươi Nước Dầu FO Điện Bao bì tấn m3 l kw/h cái 3,4 – 3,7 32 39 175 20 Với định mức 32m3 nước/tấn sản phẩm, nước được sử dụng chủ yếu trong quá trình phân ly tách dịch một phần lượng nước này được tái sử dụng cho công đoạn rửa củ, bóc vỏ. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn kèm theo dòng thải thể hiện ở hình II.2 [8]. Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 18 - Sắn củ tươi Bóc vỏ, tách tạp chất Rửa củ Băm nhỏ và mài Tách bã thô Tách dịch bào Tách bã tinh Phân ly Ly tâm tách nước Sấy khô Đóng bao Sản phẩm Nước thải rửa củ Vỏ lụa, tạp chất Bã tươi dùng làm làm thức ăn cho gia súc Nước sạch Nước thải Hình II.2.Sơ đồ công nghệ sản xuất tinh bột sắn kèm theo dòng thải tại nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 19 - Nước thải từ nhà máy được phân làm hai luồng: nước thải rửa củ và nước thải tinh chế bột. + Nước rửa củ có COD khoảng 1500mg/l; SS khoảng 1200mg/l; BOD khoảng 800mg/l + Nước thải tinh chế bột có COD khoảng 10000mg/l; BOD khoảng 7000mg/l; SS khoảng 3000 mg/l. Nói chung nước thải sản xuất tinh bột sắn có độ ô nhiễm cao vượt quá TCCP. Vì vậy nhà máy chế bến tinh bột sắn cần thiết phải xử lý trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. ™ Nhìn chung hệ thống xử lý nước thải hiện tại của nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi không đạt hiệu quả trong quá trình xử lý. Công nghệ xử lý chưa phù hợp, hệ thống xử lý không đáp ứng được khả năng xử lý của nước thải như hiện nay. Do đó tình trạng ô nhiễm về môi trường tại khu vực nhà máy và các khu vực xung quanh nhà máy rất nghiêm trọng chủ yếu là do nguồn nước thải gây ra. Nên vấn đề xử lý nước thải hiện nay của nhà máy rất cấp thiết. Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 20 - CHƯƠNG III: CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU MÔI TRƯỜNG TRONG NGÀNH CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN III.1. CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ III.1.1 Giảm thiểu ô nhiễm môi trường do bụi a. Đối với ô nhiễm bụi tại công đoạn đóng bao thành phẩm Công đoạn chứa bột thành phẩm từ silô chứa bột và bao bì sẽ được thực hiện với các thiết bị có bố trí hệ thống chụp kín ngay tại đầu ống rút bột, tạo áp suất âm để thu hồi bột tại thiết bị xử lý. Thiết bị xử lý được dùng hầu hết các nhà máy chế biến tinh bột sắn là thiết bị lọc túi vải (được bố trí bên ngoài phòng đóng bao thành phẩm). Dòng khí chứa bụi bột khi đi qua thiết bị lọc bụi túi vải, bụi sẽ được giữ lại và thu hồi để tái sử dụng, không khí sạch được thải ra ngoài môi trường qua màng thải trên cao của thiết bị. Bụi bột chỉ giới hạn trong phòng đóng bao sản phẩm, nên không ảnh hưởng đến môi trường không khí ở các khu vực lân cận. Bụi bột có khả năng thoát ra môi trường bên ngoài chỉ xãy ra khi có người ra vào phòng. Do đó việc hạn chế ra vào đối với những người không có nhiện vụ cũng là một biện pháp hạn chế ảnh hưởng của nguồn ô nhiễm này. b. Đối với ô nhiễm bụi do hoạt động giao thông và khu vực thu mua nguyên vật liệu Bụi phát sinh do hoạt động của các phương tiện giao thông ra vào nhà máy, bụi từ các khu vực tập trung nguyên liệu và vận chuyển sản phẩm. Do đây là nguồn ô nhiễm phân tán nên thường dùng biện pháp phun nước tại khu vực bãi nguyên liệu và khu vực có hoạt động giao thông để khống chế nguồn ô nhiễm này. III.1.2. Giảm thiểu ô nhiễm khí thải từ lò cấp nhiệt sấy tinh bột Hiện nay hầu hết các nhà máy chế biến tinh bột sắn dùng nhiên liệu dầu FO tạo hơi nóng cấp nhiệt để sấy khô tinh bột. Khí thải từ quá trình đốt dầu phát sinh khí ô nhiễm như bụi, SO2, NOx, ...Tuy nhiên biện pháp giảm thiểu hữu hiệu nhất có thể giảm thiểu ô nhiễm khí độc là thay thế nhiên liệu này bằng các nhiên liệu sạch như gas, năng lượng mặt trời ... Năng lượng này có thể thu hồi từ khí Biogas sinh ra trong quá trình xử lý nước thải yếm khí thu hồi biogas. III.1.3. Giảm thiểu ô nhiễm mùi từ bãi chứa chất thải rắn và nước thải Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 21 - + Bố trí nhà xưởng thoáng, tạo điều kiện thông gió tự nhiên tại các vị trí phát sinh mùi hôi + Giảm thiểu bã thải rắn tồn đọng lâu ngày, thường xuyên dọn vệ sinh mặt bằng + Vấn đề quản lý nội vi được chú trọng, vệ sinh nhà xưởng sạch sẽ, không để nước tù đọng gây ô nhiễm mùi + Hệ thống cống dẫn nước thải phải được khơi thông thường xuyên tránh gây tác nghẽn, công nghệ xử lý nước thải phù hợp + Xử lý nước thải triệt để đạt TCCP III.2. BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU CHẤT THẢI RẮN VÀ Bà THẢI Đối với chất thải rắn phát sinh từ quá trình sản xuất tinh bột sắn, có thể áp dụng các biện pháp sau để giảm thiểu tác động của chúng đến môi trường. + Đối với bã sắn có độ ẩm cao từ 80 – 90%, tinh bột chứa 5 – 7% ,11 – 15% chất khô. Thông thường bã sắn được xử lý theo các cách sau: • Chế biến làm thức ăn cho gia súc • Làm phân bón vi sinh • Lên men để sản xuất cồn… + Đối với vỏ cùi có hàm lượng tinh bột chiếm từ 5 – 8% nhưng vỏ cùi chứa nhiều độc tố nên hạn chế làm thức ăn gia súc. Vỏ cùi có thể tách riêng ủ làm phân bón. Riêng vỏ lụa, đất, cát nên thiết kế bãi chôn lấp hoặc đốt. + Đối với bùn, cặn từ hệ thống xử lý nước thải: Sau khi được làm khô nước lượng bùn cặn này có thể làm phân bón hay đem đi chôn lấp. III.3. CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC II.3.1. Tái sử dụng nước thải và sử dụng nước sạch Ở hầu hết các doanh nghiệp chế biến tinh bột sắn tiết kiệm nước bằng việc tái sử dụng nguồn nước thải. Một số nhà máy lớn đã tái sử dụng nước thải, như nước thải của quá trình phân ly có thể được sử dụng lại cho công đoạn rửa củ. Ở một số công đoạn khác chẳng hạn như rửa củ, nước sạch được sử dụng khá lãng phí, không tuần hoàn. Nước sạch sẽ giảm đáng kể trong công đoạn này nếu nước rửa được tuần hoàn lại nhiều lần tạo vòng khép kín. Việc sử dụng nước sẽ làm giảm lượng nước sạch sử dụng và làm giảm lượng nước thải. Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 22 - ™ Các biện pháp nội vi cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu nước thải + Kiểm tra thường xuyên đường ống, mặt bích, nối, van,...để giảm rò rỉ, khoá các vòi nước không cần thiết + Sửa chữa và phát hiện kịp thời những chỗ rò rỉ nước và hơi từ các đường ống, van, các bích nối... + Giảm tối đa thời gian vận hành thiết bị trong dây chuyền khi đã chuyển các bán sản phẩm ra khỏi thiết bị + Chọn thông số vận hành tối ưu của thiết bị trong dây chuyền nhà máy + Cải tiến qui trình xử lý nguyên liệu để giảm tỉ lệ thất thoát III.3.2. Các biện pháp áp dụng xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn III.3.2.1. Phân luồng dòng thải Cần phân luồng dòng thải để giảm tải lượng nước thải cần xử lý, giảm thể tích bể cần xử lý.Việc phân luồng dòng thải trước khi xử lý sẽ tiết kiệm được chi phí đầu tư xây dựng, giảm diện tích mặt bằng cần thiết cũng như chi phí vận hành sau này. Nước thải trong nhà máy chế biến tinh bột sắn có hai nguồn chính là nước thải rửa củ và nước thải trong quá trình tinh chế bột, ngoài ra còn có một lượng nước thải trong quá trình rửa sàn nhà, phòng thí nghiệm, nước thải sinh hoạt của nhà máy. Vì vậy có thể phân luồng như sau: + Dòng nước thải ít ô nhiễm: Nước thải thu được trong quá trình rửa sắn củ tươi chứa chủ yếu là đất, cát và một lượng nhỏ sắn bị vỡ do va đập trong quá trình rửa củ. Lượng nước này do có độ ô nhiễm không cao nên được xử lý chủ yếu bằng cơ học: Lắng lọc để tách đất, cát và vỏ sắn. Nước sau xử lý được quay trở lại cùng với nước sạch để rửa sắn nguyên liệu. Phần các tạp chất còn lại được đưa đi chôn lấp. + Dòng nước thải ô nhiễm vừa: Nước rửa nhà sàn, thiết bị, nước thải từ phòng thí nghiệm, từ sinh hoạt của cán bộ công nhân viên... + Dòng nước thải ô nhiễm nặng: Nước thải trong quá trình sàng lọc và trích ly chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, hàm lượng cặn lơ lửng lớn, pH thấp, nước thải sản xuất tinh bột sắn còn chứa các chất khó hoặc chậm chuyển hoá như: Dịch bào, xơ sắn, pectin... Việc phân luồng dòng thải tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý và xử lý có hiệu quả. Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 23 - III.3.2.2. Các biện pháp áp dụng xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn Nước thải sau khi phân luồng được xử lý theo các phương án khác nhau với nước thải đặc trưng của nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn có hàm lượng chất hữu cơ, chất lơ lửng cao, nước thải sản xuất tinh bột còn chứa các chất khó hoặc chậm chuyển hoá như: Dịch bào, xơ sắn, pectin...Vì vậy công nghệ xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn tương đối phức tạp. Phương pháp xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn hiệu quả nhất là phương pháp sinh học. Tuy nhiên để nâng cao hiệu quả xử lý người ta thường kết hợp với các biện pháp cơ học và hóa lý. Việc lựa chọn phương pháp cũng như biện pháp, công trình cụ thể để áp dụng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải phụ thuộc vào đặc điểm tính chất nước thải, mức độ cần thiết làm sạch. a. Phương pháp xử lý cơ học Bao gồm các quá trình xử lý sơ bộ, lắng, lọc. Phương pháp này thường được sử dụng trong giai đoạn tiền xử lý nhằm tách các vật nổi có kích thước lớn, tách các tạp chất lắng ra khỏi nước thải để đảm bảo cho bơm, đường ống, hoạt động hiệu quả không bị tắc đồng thời giảm tải lượng ô nhiễm. + Đối với nước thải rữa củ tinh bột sắn có chứa nhiều đất, cát, sạn, vỏ... Ta có thể áp dụng phương pháp lắng lọc cơ học để xử lý nước thải này trước khi đưa đến các công trình xử lý tiếp theo. Những tạp chất này có kích thước tương đối lớn, dễ dàng tách ra khỏi nước thải, Phần cặn lơ lửng có kích thước nhỏ hơn được tách nhờ lọc. Như vậy ta có thể sử dụng bể lắng cát để xử lý nước thải rửa củ. + Đối với nước thải tinh chế bột: nước thải này có hàm lượng tinh bột và zenluloza lớn, nước thải này cũng cần lắng để tách cặn thô trước khi xử lý sơ cấp. Nước sau khi lắng có hàm lượng SS, TS giảm, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý tiếp theo. Cặn lắng chứa xơ mịn và tinh bột có thể tận dụng làm thức ăn gia súc hoặc làm phân bón. b. Xử lý hoá lý Các phương pháp xử lý nước thải đều dựa trên quá trình đông tụ và keo tụ, tuyển nổi, trao đổi ion, tách bằng màng, điện hoá. Các phương pháp hoá lý thường được ứng dụng để tách các chất ô nhiễm ở dạng keo, hoà tan, chất hoạt động bề mặt hay kim loại nặng trong nước thải. Trong đó keo tụ là phương pháp đơn giản, xử lý hiệu quả nước thải có hàm lượng cặn lơ lửng lớn, nên đối với nước thải trích ly của nhà máy chế biến tinh bột sắn được áp dụng xử lý. Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 24 - Tác nhân keo tụ được sử dụng để xử nước thải tinh bột sắn thường là các chất có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp. Trong nước thải tinh bột sắn ta nên dùng polymer hữu cơ (PAA) vì chất này khá phổ biến và rẻ tiền, dễ sử dụng đặc biệt là không gây ô nhiễm thứ cấp, dễ dàng tự hủy trong thời gian ngắn. Sau khi keo tụ tạo thành các bông có kích thước lớn nên dễ dàng tách nhờ quá trình lắng. c. Phương pháp sinh học Đây là phương pháp xử lý có hiệu quả nhất đối với ngành chế biến thực phẩm và các dạng nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao nói chung. Phương pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân giải các chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước thải. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng để xây dựng tế bào, đồng thời để khai thác năng lượng cho quá trình sống. Nhờ hoạt động sống của vi sinh vật, các chất ô nhiễm được chuyển hoá và nước thải được làm sạch. Ưu điểm của phương pháp: + Khá đơn giản, rẻ tiền + Hiệu quả xử lý BOD, COD cao + Không gây ô nhiễm thứ cấp + Ngoài ra còn thu Biogas trong quá trình phân huỷ sinh học làm nhiên liệu khí đốt. Phương pháp sinh học được chia làm hai phương pháp: Xử lý sinh học yếm khí và xử lý sinh học hiếu khí. 1. Phương pháp xử lý yếm khí Phương pháp xử lý yếm khí là phương pháp sử dụng vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải. Sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ của quá trình xử lý yếm khí là khí sinh học(Biogas), chủ yếu là CH4 và CO2 có thể làm khí đốt. Thông thường phương pháp này chỉ áp dụng cho nước thải có hàm lượng ô nhiễm cao (BOD > 1800mg/l; SS ≥3000mg/l). Cơ chế của quá trình xử lý yếm khí: Quá trình phân giải yếm khí các hợp chất hữu cơ thường xãy theo 4 giai đoạn: + Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân các hợp chất hữu cơ Các hợp chất hữu cơ phân tử lượng lớn như protein, gluxit, lipit...bị phân hủy dưới tác dụng của các Enzim hydrolaza của vi sinh vật thành các chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ như đường đơn, axit ammin... Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi – Ngô Thị Vũ Lệ - Lớp CNMT-K48.Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường (INEST) ĐHBKHN -Tel(84.4) 8681686 – Fax(84.4) 8693551 - 25 - Trong giai đoạn thủy phân, các hợp chất gluxit phân tử lượng nhỏ được phân hủy nhanh, các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ (protein) phân hủy nhanh hơn, trong khi các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng lớn như tinh bột, các axit béo được phân hủy chậm, đặc biệt là zenlulo và lignozenlulo chuyển hóa rất chậm và không triệt để do cấu trúc phức tạp. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình thủy phân phụ thuộc vào các chất ô nhiễm đầu vào và các đặc trưng khác của nước thải. + Giai đoạn 2: Lên men các axit hữu cơ. Các sản phẩm thủy phân sẽ được các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa trong điều kiện yếm khí, sản phẩm phân giải là các acid hữu cơ phân tử lượng nhỏ như acid propionic, acid butyric, acid lactic, các chất trung tính như rượu, andehyt, ax