ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MÍA ĐƯỜNG docx

Ngành công nghiệp mía đường là một trong những ngành công nghiệpchiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế của nước ta Đến năm 1994, cả nước mới có 9 nhà máy đường, với tổng công suất gần

LỚP DH10QM



Báo cáo chuyên đề:

ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

MÍA ĐƯỜNG

Nguyễn Thị Loan Hoàng Tiến Trung Tôn Lương Thúc Khanh Nguyễn Thanh Toàn

TP.Hồ Chí Minh, Tháng 9 năm 2011

I.Giới thiệu 3

I.1 Đặt vấn đề 3

I.2 Mục tiêu 3

I.3 Ý nghĩa thực tiễn 3

II Nội dung 4

II.1 Tổng quan về ngành công ngiệp mía đường và hiện trạng ô nhiễm 4

II.1.1 Tổng quát về quy trình công nghệ sản xuất 4

II.1.2 Sơ lược hiện trạng ngành sản xuất đường ở Việt Nam 6

II.1.3 Nước thải ngành công nghiệp mía đường 7

II.1.4 Khả năng gây ô nhiễm nguồn nước của nước thải ngành mía đường 10

II.2 Ứng dụng của vi sinh vật trong quy trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy mía đường 11

II.2.1 Lựa chọn quy trình 11

II.2.2 Sơ đồ quy trình 12

II.2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ 14

II.2.4 Mô tả các công trình đơn vị 14

II.2.4.1 Song chắn rác 14

II.2.4.2 Hố thu gom 15

II.2.4.3 Bể lắng cát 15

II.2.4.4 Bể điều hòa 16

II.2.4.5 Bể lắng I 17

II.2.4.6 Bể UASB 18

II.2.4.7 Bể Aerotank 21

II.2.4.8 Bể lắng II 23

II.2.4.9 Bể lắng bùn 23

II.2.4.10 Bể lọc áp lực 24

II.2.4.11 Bể khử trùng 24

III Kết luận và Kiến nghị 24

IV Tài liệu tham khảo 25

I.Giới thiệu

I.1 Đặt vấn đề

Cây mía và nghề làm mật, đường ở Việt Nam đã có từ xa xưa, nhưng công nghiệp mía đường mớiđược bắt đầu từ thế kỷ thứ XX Ngành công nghiệp mía đường là một trong những ngành công nghiệpchiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế của nước ta

Đến năm 1994, cả nước mới có 9 nhà máy đường, với tổng công suất gần 11.000 tấn mía/ ngày và

2 nhà máy đường tinh luyện công suất nhỏ, thiết bị và công nghệ lạc hậu Hàng năm phải nhập khẩu từ300.000 đến 500.000 tấn đường

Năm 1995, với chủ trương “Đầu tư chiều sâu, mở rộng các nhà máy đường hiện có, xây dựng một

số nhà máy có quy mô vừa và nhỏ ở những vùng nguyên liệu ít”

Ở những vùng nguyên liệu tập trung lớn, xây dựng các nhà máy có thiết bị công nghệ tiên tiến hiệnđại, kể cả liên doanh với nước ngoài, sản lượng đường năm 2000 đạt khoảng một triệu tấn (Nghị QuyếtĐại hội Đảng toàn quốc lần thứ 8) Chương trình mía đường được chọn là chương trình khởi đầu để tiếnhành công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp nông thôn, xoá đói, giảm nghèo, giải quyết việc làmcho lao động nông nghiệp

Ngành công nghiệp mía đường chiếm vị trí rất quan trọng Tuy nhiên nước thải của ngành côngnghiệp mía đường luôn chứa một lượng lớn các chất hữu cơ bao gồm các hợp chất của cacbon, nitơ,phốtpho Các chất này dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật, gây mùi thối làm ô nhiễm nguồn nước tiếpnhận

Phần lớn chất rắn lơ lửng có trong nước thải ngành công nghiệp đường ở dạng vô cơ Khi thải ramôi trường tự nhiên, các chất này có khả năng lắng và tạo thành một lớp dày ở đáy nguồn nước, phá hủy

hệ sinh vật _ nguồn thức ăn cho cá Lớp bùn lắng này còn chứa các chất hữu cơ có thể làm cạn kiệt oxytrong nước và tạo ra các lọai khí như H2S, CO2, CH4 Ngoài ra, trong nước thải còn chứa một lượngđường khá lớn gây ô nhiễm nguồn nước

Chính vì thế xử lý nước thải mía đường là một vấn đề mang tính thực tế, và ứng dụng vi sinh vậtvào các giai đoạn xử lý nước thải mía đường sẽ góp phần bảo vệ môi trường và hoàn thiện ngành côngnghiệp mía đường của Việt Nam

I.2 Mục tiêu

Tìm hiểu vai trò vi sinh vật trong xử lý nước thải mía đường

Tìm hiểu một số phương pháp xử lý nước thải ngành công nghiệp mía đường bằng vi sinh vật

I.3 Ý nghĩa thực tiễn

Cho thấy được sự góp mặt của vi sinh vật trong một số quy trình của công nghệ xủ lý nước thải míađường

Hạn chế ô nhiễm do ngành mía đường gây ra

II Nội dung

II.1 Tổng quan về ngành công ngiệp mía đường và hiện trạng ô nhiễm

II.1.1 Tổng quát về quy trình công nghệ sản xuất

 Nguyên liệu sản xuất : Mía.

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 (phầnlớn là các nước phát triển) Sản xuất đường chiếm một vị trí khá quan trọng đối với ngành công nghiệp thực phẩm trên thế giới, với tổng sản lượng hàng năm khoảng 95 triệu tấn Nếu tính đến trước năm 1915 thì đa số đường được sản xuất ra từ củ cải đường, sau năm 1915, chiếm đa số là đường 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 thuđược lên đến 80 tấn/ha

Để đủ sức cạnh tranh, người ta sản xuất đường từ những nhà máy lớn, sản xuất theo dây chuyền, chế biến khoảng 0,5 - 2 triệu bao 60 kg/năm hay ít nhất 30.000 tấn đường tinh luyện/năm (60 kg x 500.000 bao) Để sản xuất được sản lượng này, phải thu hoạch trên 3.750 ha mía/năm

Hiện nay diện tích mía của cả nước đạt khoảng trên 300 ngàn ha với tổng sản lượng 15 triệu tấn mía /năm Dù đạt một số thành quả quan trọng , song những năm qua nông dân trồng mía vẫn có tập quán canh tác chủ yếu bằng thủ công,chưa đảm bảo về yêu cầu kĩ thuật ,chi phí đầu tư cao,hiệu quả kinh

Đường chưa kết tinh được tách ra từ đường trong các giỏ của thiết bị ly tâm được sử dụng để sản xuất cồn sau khi lên men và chưng cất Mỗi giỏ 60 kg đường tinh luyện cho 25 - 30 kg mật rỉ, sau khi lênmen và chưng cất cho 1 lít cồn có nồng độ 95 - 96 %

Mật rỉ có thể được sử dụng để sản xuất ra nhiều loại sản phẩm khác, ví dụ như men thức ăn gia súc, men làm bánh mì hay dùng trực tiếp làm thức ăn gia súc hoặc sử dụng như một nguồn cacbon hydrate dùng cho nhiều sản phẩm lên men khác Chất bã thu được ngoài việc sử dụng làm chất đốt, còn có thể sử dụng

làm các sản phẩm khác như bảng, bột giấy và giấy, nuôi gia súc và sản xuất gas.

tinh luyện

- Công nghệ sản xuất đường thô:

Bao gồm các công đoạn : ép mía, tinh chế nước mía, chưng cất, kết tinh đường và phân táchĐầu tiên người ta ép mía cây dưới các trục ép áp lực Để tận dụng hết đường có trong cây mía, người ta dùng nước hoặc nước mía phun vào bả mía để mía nhả đường Bã mía ở máy ép cuối còn chứa một lượng nhỏ đường chưa lấy hết, xơ gỗ và khoảng 40-50% nước Ngay khi mía được đem đi ép, người ta cắt chúng thành từng miếng nhỏ để thuận tiện cho vệc thu nhận nước mía ở chu trình ép sau đó.Thông thường có 3 hay nhiều bộ nghiền 3 trục được sử dụng để ép nước mía ra khỏi cây mía Các chất

bã còn lại được tận dụng làm nhiên liệu cho lò hơi

Nước mía có tính axit (pH =4,9-5,5), đục, có màu xanh lục (chứa 13-15% chất tan, trong chất khô chứa 82-85% đường saccarosa) Nước mía được xử lý bằng các chất hóa học như vôi, CO2, SO2, photphat rồi được đun nóng để làm trong Quá trình xử lý này có tác dụng làm kết tủa các chất rắn, huyền phù và lắng các chất bẩn Dung dịch trong được lọc qua máy lọc chân không Bã lọc được lọai bỏ, đem thải hoặc dùng làm phân bón Nước mía sau khi lọc còn chứa khỏang 88% nước, sau đó được bốc hơi trong lò nấu chân không Hỗn hợp tinh thể và mật được thu vào máy ly tâm để tách đường ra khỏi mật rỉ Rỉ đường là dung dịch óc độ nhớt cao, chứa khỏang 1/3 đường khử Sản phẩm phụ của quá trình sản xuất đường gồm có:

Lượng nước thải trong công nghiệp sản xuất đường thô rất lớn bao gồm nước rửa mía cây và ngưng tụ hơi, nước rửa than, nước xả đáy lò hơi, nước rửa cột trao đổi ion, nước làm mát, nước rửa sàn

và thiết bị, nước bùn bã lọc dung dịch đường rơi vãi trong sản xuất…

- Công nghệ sản xuất đường tinh luyện

Quy trình công nghệ tinh luyện đường gồm 3 giai đọan chính:

chất để đến khâu hóa chế

để làm trong Quá trình xử lý này có tác dụng làm kết tủa các chất rắn, huyền phù và làm lắng các chất bẩn.

để khử màu và tăng cường khả năng làm trong Nước đường sau lọc gọi là sirô tinh lọc

sirô tinh lọc và đưa dung dịch đến trạng thái bão hòa, sản phẩm nhận được sau khi nấu đường làđường non gồm tinh thể đường và mật cái

II.1.2 Sơ lược hiện trạng ngành sản xuất đường ở Việt Nam

Trước kia ngành mía đường của nước ta gặp nhiều khó khăn

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

Do trang thiết bị còn yếu kém, cũ kĩ, lạc hậu chưa được cơ giới hóa do sản xuất thủ công yếu kém

và chưa được đầu tư đúng mức

Mặt khác cây mía ở Việt Nam chưa đạt năng suất cao (bình quân chỉ khoảng 50 tấn mía/ha) như ở các nước khác (bình quân 80-90 tấn mía/ha) vì nhiều lý do, nhưng chung quy chỉ do thiếu một chính sách hữu hiệu khiến cho các biện pháp kỹ thuật đồng bộ cho cây mía cho đến giờ vẫn chỉ là nửa vời đối với người trồng mía Do đó các biện pháp kinh tế cho ngành mía đường đã không khuyến khích người trồng mía thiết tha với nghề này

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 : nhà máy đường Việt Trì và Sông Lam (350 tấn mía/ngày) và nhà máy đường Vạn Điểm (1.000 tấn mía/ngày)

Hiện nay ở nước ta có hơn 50 nhà máy đường với công suất lớn Ví dụ: Nhà máy đường(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…

Tuy nhiên ngành mía đường là ngành gây ô nhiễm nghiêm trọng nhất Phương pháp dùng vôi hầu hết còn dùng trong các cơ sở sản xuất nhỏ, trình độ kém, chủ yếu sản xuất mật vàng và mật trầm

Bảng 1: Các nhà máy lớn thuộc ngành công nghiệp đường ở miền Nam

II.1.3 Nước thải ngành công nghiệp mía đường

 Các nguồn phát sinh nước thải:

Trong quá trình sản xuất, nước thải được phát sinh trong nhiều khâu và mức độ nhiễm bẩn của các loại nước thải này cũng khác nhau Các nguồn phát sinh chủ yếu của các loại nước thải trong nhà máy mía đường chủ yếu từ các khâu sau:

Nhà

máy

Địa chỉ

Năng suất tấn/ngày

mức tiêu thụ/tấnđường

Nước thải m3/giờ

Ghi chúĐịa

Sunfit hóa

-Mía-Vôi tôi-Lưu hùynh

Sunfit hóa

-Mía-Vôi tôi-Lưu hùynh

Bà Lụa

Hiệp

Đường:125Mía: 1.500

Sunfit hóa

-Mía-Vôi tôi-Lưu hùynh

-Mía-Vôi

Nước thải phát sinh trong công đoạn băm, ép và hoà tan: Ở đây, nước dùng để ngâm và ép đường trong mía và làm mát ổ trục nên nước thải có chứa hàm lượng chất hữu cơ cao do chứa lượng đường thất thoát và do làm mát ổ trục nên nước thải bị ô nhiễm dầu nhớt.

Nước thải phát sinh trong công đoạn làm trong và làm sạch: Làm mát lò hơi và ngưng tụ sau khi cấp nhiệt cho các thiết bị gia nhiệt, cô đặc, nấu đường, làm nguội máy, làm nguội đường thường dùng với số lượng lớn

Nước thải phát sinh trong công đoạn kết tinh và hoàn tất: Nước thải do dùng làm lạnh các trang thiết bị Rò rỉ mật

Nước thải do các nhu cầu khác: Nước thải từ các khu sinh hoạt của công nhân, phòng thí nghiệm và

vệ sinh các trang thiết bị công nghiệp

Theo tính toán lý thuyết cứ 100 kg mía nguyên liệu thì lượng nước thải là 775,5 kg.( đối với công

ty bourbon gia lai)

Nước thải của các nhà máy sản xuất mía đường thường được chia thành các loại sau:

Ô nhiễm nặng từ quá trình lọc chân không, rửa các thiết bị sản xuất đường, rò rỉ mật đường

Có hàm lượng chất hữu cơ cao và pH thấp sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học của các công trình xử lý sau này

Đối với nước thải loại này nên xử lý cục bộ trước khi cho vào hệ thống xử lý sinh học để không ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của cả hệ thống.nước thải từ nguồn này có hàm lượng COD và BOD cao nên thích hợp quá trình xử lý kỵ khí

Nguồn nước thải phát sinh từ hệ thống xử lý khí thải của khu lò hơi đặc điểm của loại nước thải này là có hàm lượng BOD thấp nhưng hàm lượng SS lại cao,và mang tính kiềm Do đó, cần xử lý cục bộ trước khi đưa vào hệ thống xử lý chung.

Nước thải bị nhiễm dầu, nhớt và bột phấn bã mía sinh ra từ việc làm lạnh trục máy cán ép

Nước thải này nên xử lý riêng do có lớp dầu nhớt nổi lên mặt nước làm cản trở quá trình hoà tan oxi vào trong nước thải và hiệu quả xử lý không cao nếu không được tách riêng

Bảng2 : Thông số ô nhiễm nước thải của các nhà máy đường trong toàn quốc.

(Nguồn tài liệu do công ty TNHH mía đường Bourbon Gia Lai cung cấp.)

 Đặc trưng của nước thải nhà máy mía đường :

Đặc trưng lớn nhất của nhà máy mía đường là có hàm lượng BOD cao và dao động nhiều.

Bảng 3: BOD5 trong nước thải ngành công nghiệp đường

Các loại nước thải NM đường thô (mg/L) NM tinh chế đường (mg/L)

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

Các chất thải của nhà máy đường làm cho nước thải có tính axit Trong trường hợp ngoại lệ, độ pH

có thể tăng cao do có trộn lẫn CaCO3 hoặc nước xả rửa cột resin

Ngoài các chất đã nói trên, trong nước thải nhà máy đường còn thất thoát lượng đường khá lớn, gâythiệt 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-

II.1.4 Khả năng gây ô nhiễm nguồn nước của nước thải ngành mía đường

Với những thành phần và đặc tính nước thải của các nhà máy đường thì nếu lượng nước thải đó được thải trực tiếp ra môi trường mà không qua bất kì một phương pháp xử lý nào hay chỉ xử lý sơ bộ thìkhả năng gây ô nhiễm môi trường là khá lớn Nhưng ở nước ta hiện nay hầu hết các công ty sản xuất míađường không xây dựng hệ thống nước thải hoặc có xây dựng mà không hoạt, cũng có khi chỉ hoạt động

những lúc có thanh tra Như vậy lượng nước thải đó sẽ được thải trực tiếp ra sông suối làm ô nhiễm môi trường một cách nghiêm trọng.

Đường có trong nước thải chủ yếu là đường sucroza và các loại đường khử như glocose và

Fructose và Glucose, tan trong nước Đặc điểm của các loại đường này có khả năng phân huỷ trong nước

dễ dàng nên gây kiệt nguồn oxi trong nước, ảnh hưởng đến hoạt động của quần thể sinh vật sống trong môi trường nước mà nguồn nước thải này thải ra

Ngoài ra, trong quá trình sản xuất đường ở nhiệt độ cao nên các hợp chất đường có trong nước thải

thì chúng chuyển thành caramen(C12H18O9)n Đây là dạng bột chảy hoặc tan vào nước, có màu nâu sẫm, vị đắng Phần lớn các sản phẩm phân hủy của đường khử có phân tử lượng lớn nên khó thấm qua màng vi sinh Để chuyển hóa chúng, vi sinh phải phân rã chúng thành nhiều mảnh nhỏ để có thể thấm vào tế bào Quá trình phân hủy các sản phẩm đườngkhử đòi hỏi thời gian phân hủy dài hơn, nên sẽ ảnh hưởng đến quá trình tự làm sạch trong nguồn tiếp nhận làm cho nước ô nhiễm thì cứ tăng mà khả năng tự phục hồi của hệ sinh thái thì quá bé Các chất lơ lửng có trong nước thải còn có khả năng lắng xuống đáy nguồn nước Quá trình phân hủy kỵ khí các chấtnày sẽ làm cho nước có màu đen và có mùi H2S

Đồng thời nước thải của các nhà máy đường còn có nhiệt độ cao nên nếu không hạ nhiệt trước khi thải ra môi trường sẽ gây ức chế hoạt động của các vi sinh vật trong nước cũng ảnh hưởng đến thời gian làm sạch môi trường của các vi sinh vật

II.2 Ứng dụng của vi sinh vật trong quy trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy mía đường

II.2.1 Lựa chọn quy trình

Do nước thải mía đường có các yếu tố đặc trưng là chất lượng và lưu lượng nước thải tổng hợp của nhà máy đường thay đổi nhiều trong ngày, chất ô nhiễm hữu cơ đóng vai trò chủ yếu, thành phần nước thải của nhà máy đường trong nhiều công đoạn rất khác nhau Do đó quy trình được chọn là :xử lý sinh học sau giai đoạn xử lý cơ học

Hiện nay, theo yêu cầu xử lý nước thải mía đường người ta chia ra các mức:

chắn rác, bể lắng cát, bể lắng đợt I

dụng bể Aerotank cần chú ý tới liều lượng bùn, lưu lượng khí…, phải điều chỉnh ngay khi cần thiết

 Xử lý triệt để ( trước khi xả ra nguồn hoặc sử dụng lại ) bể lắng II, bể nén bùn, bể lọc áp lực

và khử trùng

II.2.2 Sơ đồ quy trình

Xả cặnNước Thải