Đề tài Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến 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 ==== ==== BÀI TẬP LỚN Đề tài: THIẾT KẾ HOÀN THIỆN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN Giáo viên hướng dẫn : Lý Bích Thủy Sinh viên thực hiện : Lê Doãn Dương -20080547 Mai Văn Dương-20080551 Trần Hà Giang -20080808 Lê Duy Phong -20081962 Nguyễn Ngọc Thể -20082506 Lớp : CNVL Silicat K53 Hà Nội, Tháng 4 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. Để hạn chế những tác động đến con người và môi trường từ hoạt động của các 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 các nhà máy chế biến tinh bột sắn là việc làm hết sức cần thiết và cấp bách. Vì vậy bài tập lớn nhóm em chọn đề tài: “hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn”. 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 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN 1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN 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 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. 2. 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 vỡ cấu trúc tế bào và thu hồi tinh bột. Quy trình sản xuất gián đoạn , thiết bị cũ 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: Nước thải Đất,cát,vỏ Bã sắn Nước thải Sản Phẩm CHUƠNG II: HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN 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 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); 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. 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. Chương III: CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC 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. 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 2. Các biện pháp áp dụng xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn 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. 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. 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 sử 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... 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, axeton. Thành phần của các sản phẩm trong giai đoạn lên men phụ thuộc vào bản chất các chất ô nhiễm, tác nhân sinh học và điều kiện môi trường. Ngoài ra trong giai đoạn này các acid ammin hình thành do thủy phân protein cũng được khử ammin, một phần gốc ammin được các vi sinh vật sử dụng cho quá trình sinh trưởng và phát triển, một phần được khử. + Giai đoạn 3: Giai đoạn lên men tạo acid axetic. Các sản phẩm lên men phân tử lượng lớn như axit béo, axit lactic... sẽ được chuyển hóa đến axit axetic. CH3-CHOH-COOH 2CH3-CH2-COOH + CH3-COOH + CO2 + H2O + Giai đoạn 4: Giai đoạn metan hóa. Đây là giai đoạn quan trọng nhất của toàn bộ quá trình xử lý yếm khí thu Biogas. Hiệu quả xử lý sẽ cao khi các sản phẩm trung gian được khí hóa hoàn toàn. Quá trình hình thành khí mêtan thường xãy ra theo 2 cơ chế chủ yếu sau: • Sự hình hành khí mêtan do decacboxy hóa. CH4 được hình thành do decacboxy acid axetic. CH3COOH CH4 + CO2 CH4 được hình thành do decacboxy hóa các axit hữu cơ khác 4CH3-CH2-COOH + 2H2O 7CH4 + 5CO2 2CH3-(CH2)2-COOH + 2H2O 5CH4 + 3CO2 CH4 cũng có thể được hình thành do decacboxy các chất trung tính 2C2H5OH 3CH4 + CO2 CH3-CO-CH3 + H2O 2CH4 + CO2 • Sự hình thành CH4 theo cơ chế khử CO2, Hydro được hình thành do Quá trình lên men acid hữu cơ trong điều kiện yếm khí sẽ được các vi khuẩn Methanogene sử dụng như là chất nhượng hydro để khử CO2. quá trình khử có thể xãy ra dưới 2 dạng. Khử bằng hydro phân tử CO2 + 4H2 CH4 + H2O Khử bằng oxy hóa khử. CO2 CH4 + 2H2O. ™ Xử lý nước thải bằng phương pháp yếm khí có rất nhiều ưu điểm: + Có thể xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ rất cao và có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng lớn, cấu trúc phức tạp mà các phương pháp khác hầu như không xử lý được. + Chi phí năng lượng cho xử lý thấp + Lượng bùn tạo ra nhỏ + Sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ trong quá trình xử lý là khí sinh học (biogas), thành phần chủ yếu là CH4, CO2 ™ Tuy nhiên cũng có một số nhược điểm + Thời gian lưu nước thải lâu, nên chi phí cho xây dựng lớn + Thời gian ổn định công nghệ dài + Quy trình vận hành khá phức tạp + Hiệu quả xử lý thường chỉ đạt 75 – 90% + Bùn có mùi đặc trưng Nước thải tinh chế bột sắn có hàm lượng ô nhiễm rất cao, hàm lượng cặn lơ lửng lớn. Với đặc trưng của nước thải như vậy nên sử dụng phương pháp yếm khí để xử lý. Tuy nhiên dòng thải sau khi xử lý yếm khí cần được xử lý tiếp bằng phương pháp hiếu khí... để đạt TCCP trước khi ra nguồn tiếp nhận. 2. Phương pháp xử lý hiếu khí Phương pháp hiếu khí là phương pháp sử dụng vi sinh vật để oxy hoá các hợp chất hữu cơ có trong nước thải. Thông thường phương pháp này chỉ áp dụng cho nước thải có hàm lượng BOD thấp (BOD < 1500mg/l) ™ Cơ chế của quá trình xử lý hiếu khí: - Oxy hoá các hợp chất hữu cơ không chứa nitơ (Gluxit, hyđrocacbua, pectin, axit hữu cơ, các chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ khác…) x y z 2 2 C H O + ( x + y − z )O vsv xCO + 4 2 y H2O 2 - Oxy hoá các hợp chất hữu cơ có chứa Nitơ (Protein, Peptit, axitamin…) x y z C H O N + ( x + y − z + 4 2  )O2 vsv xCO2 + 3 4 y − 3 2  H2O + NH3 + - Quá trình oxy hoá luôn kèm theo quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào, tức là sinh khối của vi sinh vật tăng lên (Quá trình đồng hoá) x y z 3 2 5 7 2 2 C H O N + NH + ( x + y − z - 5)O vsv C H NO +(x – 5)CO + 4 2 + NH3 + E y − 4 2  H2O - Quá trình tự hủy của bùn: C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2 H2O + NH3 + E NH4+ NO3- Ngoài ra trong hệ thống còn xảy ra các quá trình nitrit và nitrat hoá: - Nitrit hoá : NH4+ + 3/2 O2 + H2O vi sinh vật NO2- + 2 H3O+ + E. - Nitrat hoá: NO2- + ½ O2 vi sinh vật NO3- Phương trình tổng quát : NH4+ +2 O2 + H2O vi sinh vật NO3- + 2 H3O+ Quá trình phản nitrat xảy ra ở vùng thiếu oxy hoặc ở trong bể lắng thứ cấp. - Oxy hoá các hợp chất vô cơ S hữu cơ SO4 2- (S có trong các coenzim) Phữu cơ PO4 3- Fe2+ Fe3+(Sự chuyển hoá thành Fe3+ giúp cho ezim tái tạo thường xuyên ) ™ Ưu điểm: + Tốc độ oxy hoá nhanh + Thời gian lưu trong hệ thống ngắn + Không gây mùi như xử lý yếm khí ™ Nhược điểm: + Tốn năng lượng cho sục khí + Chỉ xử lý nước thải có hàm lượng ô nhiễm thấp + Sau xử lý sinh ra lượng bùn lớn Trong quá trình sản xuất tinh bột sắn có nước thải rửa củ sau khi xử lý sơ bộ cùng với nước thải sau xử lý yếm khí có thể đưa vào tập trung xử lý hiếu khí. Trong các phương pháp xử lý hiếu khí như: Lọc sinh học, Aeroten, hồ hiếu khí, ...Sử dụng hệ thống Aeroten là có hiệu quả và phổ biến nhất. Ngoài ra hồ sinh học cũng được sử dụng để xử lý nhưng để đạt hiệu quả cao ta bố trí thêm hệ thống cấp khí nhân tạo để chủ động được trong quá trình xử lý. III.4. GIỚI THIỆU MỘT SỐ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT SẮN III.4.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải bằng các hồ sinh học (Hình III.1) Nước thải được đưa vào bể điều hoà và lắng lọc sơ bộ để tách các tạp chất thô, sau đó được cho qua hệ thống hồ sinh học. Nước thải trong các hồ được làm sạch nhờ các quá trình phân huỷ tự nhiên của các vi sinh vật yếm khí và tuỳ tiện. Các hồ có độ sâu khoảng 3m, nước thải sau khi xử lý được qua hồ đối chứng rồi thải ra nguồn tiếp nhận. + Ưu điểm: Vốn đầu tư không lớn; vật tư trang thiết bị đơn giản; dễ vận hành; chi phí vận hành thấp; quá trình xử lý chủ yếu làm sạch tự nhiên nên tự động hoá không cao. + Nhược điểm: Diện tích xây dựng lớn; Hiệu quả xử lý không cao do phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên; Thời gian lưu nước trong các hồ kéo dài (30 – 60 ngày) nên nước thải và bùn tích tụ trong các hồ lâu ngày gây mùi hôi thối, ảnh hưởng đến môi trường không khí. Phương pháp xử lý này được áp dụng tại một số nhà máy như nhà máy tinh bột sắn Thừa Thiên Huế, Nhà máy tinh bột sắn Đaklak, nhà máy tinh bột sắn Quảng Ngãi… III.4.2. Xử lý nước thải kết hợp hoá lý và sinh học hiếu khí (Hình III.2) Nước thải trước khi vào hệ thống xử lý được thu gom vào bể điều hoà để điều chỉnh lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm, sau đó nước thải được đưa qua bể keo tụ và lắng cấp I để tạo bông và lắng tách hàm lượng chất lơ lửng. Sau đó nước thải được đưa qua xử lý hiếu khí bằng bể Aeroten, sau đó nước thải được tách bùn tại bể lắng cấp 2. Để đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra ngoài môi trường nước thải được keo tụ và lắng ở bể lắng cuối. Bùn từ các bể lắng được đưa đến bể nén bùn, tại bể nén bùn nước được đưa về bể điều hoà xử lý tiếp còn bùn được đưa đến sân phơi để tách nước và đem chôn lấp. + Ưu điểm: Hiệu quả xử lý cao rất thích hợp với nước thải sản xuất tinh bột sắn. + Nhược điểm: Giá thành xử lý của phương pháp này tương đối cao do sử dụng nhiều hoá chất. Quá trình keo tụ tương đối phức tạp, nếu quá trình keo tụ không tốt sẽ ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng bể Aeroten, và ảnh hưỏng đến môi trường do sử dụng hoá chất keo tụ có hàm lượng kim loại. Phương pháp này được áp dụng tại nhà máy tinh bột sắn Văn Yên – Yên Bái Hình III.1 Sơ đồ xử lý nước thải bằng các hồ sinh học: Nước thải tinh chế bột Bể lắng cát Nước thải rửa củ Bể điều hoà và điều chỉnh pH Bể phản ứng lắng và tách cặn Chất keo tụ Hồ yếm khí 1 Sân phơi bùn Hồ yếm khí 2 Hồ yếm khí 3 Hồ yếm khí 4 Hồ tuỳ tiện 1 Hồ tuỳ tiện 2 Hồ đối chứng Nguồn tiếp nhận Hình III.2 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng hoá lý kết hợp sinh học: Nước thải điều hoà, điều chỉnh pH Hoá chất phản ứng, Bể phản ứng keo tụ Bể nén bùn chất keo tụ Sân phơi bùn Bể lắng cấp I Chôn lấp Bể Aeroten Bể lắng cấp 2 Bùn dư Hoá chất phản ứng keo tụ Bể phản ứng keo tụ Bùn dư Bể lắng cuối Khử trùng clo Nước thải sau xử lý CHƯƠNG IV: ĐỀ XUẤT HOÀN THIỆN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN QUÃNG NGÃI IV.1. HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN QUẢNG NGÃI IV.1.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi Hệ thống xử lý nước thải được hình thành từ khi nhà máy bắt đầu hoạt động với công suất thiết kế 1500m3/ngày. Cho đến nay hệ thống vẫn còn hoạt động nhưng không có hiệu quả Nước thải tinh chế bột Bể điều hoà Bể lắng cặn Bể trung hoà Nước rửa củ Tách vỏ cặn Bể lắng cát Hồ yếm khí Hồ tuỳ nghi 1 Hồ tuỳ nghi 2 Hồ tuỳ nghi3 Hồ điều hoà Nước thải ra Suối Bản Thuyền Hình IV.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi Nước rửa củ được đưa qua lưới chắn rác bằng thùng quay để tách vỏ, sau đó được đưa qua bể lắng đất, cát trước khi hoà trộn vớí dòng nước trích ly để xử lý sinh học. Nước từ quá trình tinh chế bột có chứa nhiều chất hữu cơ và có tính axít được trung hòa rồi cho qua hệ thống tách cặn lắng. Sau đó được hoà trộn với dòng nước thải rửa củ tại bể trung gian để giảm hàm lượng hữu cơ trong nước trước khi vào hệ thống xử lý bằng hồ sinh học nhằm giúp cho quá trình xử lý tốt hơn, nước sau khi xử lý được thải ra Suối Bản Thuyền. Đặc trưng nước thải vào hệ thống xử lý hiện tại. Bảng IV.1. Đặc trưng nước thải vào hệ thống xử lý Thông số Đơn vị Nước thải tinh chế Nước rửa củ Q m3//ngày đêm 2500 2000 pH 5,5 – 6,0 6,3 – 6,5 SS mg/l 3000 1200 BOD5 mg/l 7000 800 COD mg/l 10000 1500 Tổng N mg/l 130 Tổng P mg/l 23 IV.1.2. Nhận xét về hiện trạng hoạt động của hệ thống Nhìn chung hệ thống xử lý nước thải hiện tại của nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi không đạt hiệu quả xử lý. Thời gian lưu nước thải trong hệ thống các hồ sinh học không đảm bảo cho quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ. Đối với nước thải rửa củ trước khi vào hệ thống xử lý được tách bằng thùng quay với khe rộng mắt lưới 25mm. Như vậy một lượng lớn các xơ sắn, vỏ, cùi, vụn sắn nhỏ bị vở trong quá trình rửa củ sẽ theo nước thải vào hệ thống xử lý, làm kém hiệu quả xử lý. Nước thải tinh bột sắn có hàm lượng chất hữu cơ quá cao. • Nước thải trích ly: COD = 1000mg/l BOD = 7000 mg/l SS = 3000 mg/l • Nước thải rửa củ: COD = 1300mg/l BOD = 800 mg/l SS = 1200 mg/l Trong khi đó hệ thống xử lý sơ bộ không đạt hiệu quả, hệ thống hồ sinh học không đáp ứng được khả năng xử lý các chất hữu cơ dẫn đến tình trạng nước vào hồ quá trình phân huỷ yếm khí xảy ra, khí sinh ra quá nổi lên nhiều, kéo theo bùn trên thành váng thoát ra theo nước thải gây đục và ô nhiễm nguồn nước. Bùn sinh ra quá nhiều lâu ngày trong hệ thống gây mùi hôi thối ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Bùn sinh ra từ các hồ sinh học được nạo vét phơi ngay trên bờ của hồ. Nên vào những ngày trời mưa bùn theo nước chảy xuống hồ gây vẩn đục và ảnh hưởng tới quá trình xử lý của hồ.Chính vì vậy nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi cần phải có giải pháp về nguồn nước thải này nhưng cũng cần phải có sự cân nhắc các biện pháp xử lý thích hợp để đảm bảo được vấn đề môi trường và lợi ích kinh tế. Nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi cần phải có một hệ thống xử lý nước thải hoàn thiện hơn đảm bảo được tiêu chuẩn nước thải công nghiệp ra môi trường theo TCVN 5945 – 2005. IV.2. ĐỀ XUẤT VÀ HOÀN THIỆN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN QUẢNG NGÃI IV.2.1. Đề xuất công nghệ xử lý nước thải Hệ thống xử lý nước thải hiện tại của nhà máy không đảm bảo được yêu cầu xử lý nước thải của nhà máy, nước thải đầu ra không đạt tiêu chuẩn. Do đó ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường xung quanh. Chính vì vậy nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi cần phải có một giải pháp về môi trường, đặc biệt là môi trường nước đó là một hệ thống xử lý nước thải phù hợp và xử lý hiệu quả đem lại lợi ích kinh tế. Trước hiện trạng về môi trường của nhà máy như vậy em đề xuất phương án xử lý nước thải như sau Hình IV.2: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi: Nước thải tinh chế bột Nước thải rửa củ Song chắn Song chắn Bể điều hoà Bể lắng cát kết hợp lắng Bể keo tụ và lắng Bể điều hoà 30% Q Bể UASB Bể chứa nước Bể keo tụ và lắng rửa củ Két thu Bể xử lý bùn khí Hồ sinh học Hồ chứa Sân phơi bùn Nước sau xử lý thải ra suối IV.2.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ Nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi do có đặc tính ô nhiễm của các dòng thải khác nhau. Vì vậy nước thải được phân làm hai luồng: - Nước thải tinh chế bột: Có lưu lượng Q = 2500m3/ngày, nồng độ các chất ô nhiếm cao COD = 10000mg/l; BOD = 7000mg/l: SS = 3000mg/l - Nước thải rửa củ: Có nồng độ các chất ô nhiễm thấp hơn, lưu lượng nước thải Q = 2000m3/ngày; COD = 1500mg/l; BOD = 800mg/l; SS = 1200mg/l. Hệ thống xử lý nước thải được thực hiện qua 3 công đoạn: a. Công đoạn I: Xử lý cơ học và hoá lý • Đối với nước thải tinh chế bột: Nươc thải có độ ô nhiễm cao và hàm lượng cặn lơ lửng lớ hàm lượng cặn lơ lửng lớn do tinh bột thất thoát thoát, xơ mịn …, với lưu lượng nước Q = 2500m3/ngày. Sau khi được tách bằng song chắn bã được chuyển về bể chứa bã, nước thải được chuyển về bể điều hoà kết hợp lắng, trước khi điều hoà nước thải được lắng thu hàm lượng tinh bột làm thức ăn cho gia súc (nước thải trích ly chứa nhiều hàm lượng tinh bột), nước thải vào bể điều hoà để điều chỉnh lưu lượng và nông độ, đảm bảo cho quá trình xử lý hóa lý và sinh học. Sau đó nước thải được đưa sang bể keo tụ. Chất keo tụ dùng là phèn nhôm và bổ sung thêm chất trợ lắng PAA. Sau khi hỗn hợp được hoà trộn và phản ứng tạo bông hình thành, nước thải đưa sang bể lắng tách cặn. Cặn lắng được chuyển về bể xử lý bùn. • Đối với nước thải rửa củ: Nước thải rửa củ có độ ô nhiễm thấp hơn so với nươc thải trích ly, nhưng nồng độ ô nhiễm cũng tương đối lớn. Dòng nước thải từ công đoạn rửa củ chứa nhiều vỏ lụa, các mảnh củ bị vở trong quá trình rửa nên được tách bằng song chắn trước khi qua bể lắng cát để tách đất cát. Sau đó nước thải được sang bể điều hoà để điều chỉnh lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm. Tại đây nước thải được tách 30% xử lý tiếp bằng hồ sinh học, còn 70% lưu lượng nước thải được chuyển sang bể keo tụ, chất keo tụ dùng là phèn nhôm, và chất trợ lắng PAA. Sau khi hỗn hợp được hoà trộn và phản ứng tạo bông được hình thành, nước thải được đưa sang bể lắng tách cặn. Cặn lắng được chuyển sang bể xử lý bùn, còn nước trong tuần hoàn lại cho công đoạn rửa củ. b. Công đoạn II: Xử lý sinh học yếm khí và hiếu khí Đối với nước thải trích ly sau khi xử lý ở công đoạn I được xử lý yếm khí bằng bể UASB. Hiệu quả xử lý đạt 85%, nước thải sau bể UASB có COD biến động từ 500 - 600mg/l. Khí sinh học (biogas) tạo thành chủ yếu là CH4 (60 – 70%) và CO2 (30 – 40%). Khí được qua hệ thống xử lý để loại tạp chất khí và hơi nước, sau đó được nén vào két chứa dùng làm nhiên liệu cấp nhiệt cho sấy khô tinh bột thành phẩm. Nước thải sau xử lý yếm khí (2500m3/ngày) cùng với nước thải rửa củ đã qua xử lý ở công đoạn I (600m3/ngày) được dẫn vào hồ hiếu khí. Không khí được cấp vào hồ bằng thiết bị cơ khí làm thoáng bề mặt đặt tại tâm của mỗi ô trong hồ. Khí làm thoáng cung cấp vào nước ở mật độ cao và một lượng oxy cần thiết sẽ được cung cấp cho bùn hoạt tính để loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải. Hồ hiếu khí có thời gian lưu khoảng 5 ngày, hiệu suất xử lý đạt 80 – 90% . Nước từ hồ hiếu khí được đưa sang hồ lắng để lắng cặn và nước được thải ra Suối Bản Thuyền. Cặn từ hồ lắng được lấy hằng năm và đưa đến sân phơi. c. Công đoạn III: Xử lý bùn Cặn từ các bể lắng, bùn từ bể UASB được chuyển về bể nén bùn. Sau khi cô đặc bùn đưa đến sân phơi bùn, còn nước bùn được tuần hoàn lại hồ hiếu khí để xử lý tiếp. Bùn sau khi phơi được đem chôn lấp hoặc làm phân bón cùng với vỏ sắn. Ưu điểm của công nghệ như sau: Với phương pháp xử lý hóa lý có tác dụng tách hàm lượng cặn lơ lửng lớn (tinh bột, xơ mịn, các tạp chất khác…) làm giảm đáng kể hàm lượng các chất ô nhiễm cho quá trình xử lý sinh học tiếp theo. Đồng thời sử dụng chất trợ lắng có nguồn gốc hữu cơ (PAA). Đây là chất khá phổ biến, rẽ tiền, dễ sử dụng và đặc biệt là không gây ô nhiễm thứ cấp do tự huỷ trong trong thời gian ngắn. Phương pháp sinh học có thu hồi biogas: Bậc một là xử lý yếm khí UASB để giảm tải lượng khí ô nhiễm (nước thải có độ ô nhiễm rất cao) trước khi vào xử lý yếm khí bậc hai là hồ hiếu khí làm việc trong điều kiện sục khí liên tục. Phương pháp xử lý sinh học tận dụng thu được khí biogas sinh ra trong quá trình xử lý vào nhiều mục đích khác nhau. KẾT LUẬN Tinh bột sắn là một trong những ngành công nghiệp hiện nay rất được quan tâm đối với hầu hết các nước đang phát triển. Đây cũng là một trong những ngành sản xuất sử dụng nước tương đối lớn và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải cao. Vì vậy nước thải này cần đặc biệt được quan tâm và cần phải có giải pháp cụ thể để đảm bảo được môi trường và lợi ích kinh tế.