Xử lý chất thải trong công nghiệp thực phẩm chủ đề trình bày và phân tích công nghệ xử lýnước thải sản xuất đường mía

Trong năm 1998, cả nước đãsản xuất được hơn 700.000 tấn đường, đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trongnước.Trước năm 1990, hầu hết trang thiết bị, máy móc, dây chuyền công nghệtrong các nhà

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA

Môn:

Xử lý chất thải trong công nghiệp thực phẩm

Chủ đề:

Trình bày và phân tích công nghệ xử lý

nước thải sản xuất đường mía

Nguyễn Văn Trường 2020603615

Trịnh Thị Hải Yến 2020603366

Hà nội, tháng 03, năm 2023

Mở đầu 3

I Tổng quan về ngành công nghiệp đường mía và hiện trạng ô nhiễm của ngành _4

1.1 Tổng quan quy trình sản xuất _4 1.1.1 Thành phần của mía và nước mía _4 1.1.2 Hóa chất làm trong và tẩy màu 5 1.1.3 Công nghệ sản xuất đường thô 6 1.1.4 Công nghệ sản xuất đường tinh luyện 7 1.2 Thực trạng ngành sản xuất đường ở Việt Nam. 8 1.3 Nước thải ngành công nghiệp sản xuất đường _9 1.3.1 Nước thải từ khu ép mía. _9 1.3.2 Nước thải rửa lọc, làm mát, rửa thiết bị và rửa sàn. _9 1.3.3 Nước thải khu lò hơi _9 1.4 Khả năng gây ô nhiễm nguồn nước của nước thải ngành công nghiệp đường _10

II Cơ sở lựa chọn công nghệ _11 III Thuyết minh quy trình công nghệ xử lý nước thải đường mía 13

Thuyết minh công nghệ xử lý: 13

Ưu, nhược điểm của công nghệ áp dụng 15

Kết luận _17 Tài liệu tham khảo 18

Mở đầu

Ngành công nghiệp đường mía là một trong những ngành công nghiệp chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế nước ta Trong năm 1998, cả nước đã sản xuất được hơn 700.000 tấn đường, đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước

Trước năm 1990, hầu hết trang thiết bị, máy móc, dây chuyền công nghệ trong các nhà máy đường đều cũ kĩ, lạc hậu, trình độ và chất lượng sản phẩm còn rất thấp Trong những năm gần đây, do sự đầu tư công nghệ và thiết bị hiện đại, các nhà máy đường đã không ngừng nâng cao chất lượng lẫn sản lượng sản phẩm

Bên cạnh đó, hoạt động của các nhà máy sản xuất đường mía phát sinh nhiều vấn đề về môi trường trong đó có vấn đề về nước thải Nước thải của ngành sản xuất đường chứa các chất hữu cơ bao gồm: các hợp chất của cacbon, nitơ, phốtpho Các chất này dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật, gây mùi thối làm ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận

Phần lớn chất rắn lơ lửng có trong nước thải ngành công nghiệp sản xuất đường mía ở dạng vô cơ Khi thải ra môi 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 làm thức ăn cho cá Lớp bùn lắng này còn chứa các chất hữu cơ có thể làm cạn kiệt oxy trong nước và tạo ra các loại khí như H2S, CO2, CH4 Ngoài ra, trong nước thải còn chứa một lượng đường khá lớn gây ô nhiễm nguồn nước

Ở các nước phát triển, vấn đề môi trường được quan tâm sớm hơn so với các nước chậm phát triển và đang phát triển Tại Việt Nam, mặc dù các vấn đề môi trường đang dần dần được quan tâm nhiều hơn nhưng do điều kiện kinh tế còn khó khăn và các vấn đề môi trường này chưa được quan tâm đúng mức

Chính vì tầm quan trọng của công tác bảo vệ môi trường, đề tài xử lý nước thải ngành công nghiệp sản xuất đường mía mang tính thực tế và thiết thực Đề tài sẽ góp phần đưa ra các quy trình xử lý chung cho nước thải, giúp cho các nhà máy, xí nghiệp có thể tự xử lý trước khi xả ra cống thoát chung, nhằm thực hiện tốt những quy định về môi trường của nhà nước

I.

3

I Tổng quan về ngành công nghiệp đường mía và hiện trạng ô nhiễm của ngành

I.1. Tổng quan quy trình sản xuất

Nguyên liệu để sản xuất là mía

Mía được trồng ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới Việc chế biến đường phải thực hiện nhanh, ngay trong mùa thu hoạch để trách thất thoát sản lượng và chất lượng đường Công nghiệp chế biến đường mía hoạt động theo mùa vụ do

đó lượng chất thải cũng tùy thuộc vào mùa thu hoạch Quy trình công nghệ sane xuất đường gồm hai gia đoạn: sản xuất đường thô và sản xuất đường tinh luyện

I.1.1 Thành phần của mía và nước mía

Thành phần của mía thay đổi theo vùng, nhưng dao động trong khoảng

Tro (phần lớn là K) : 0,3-0,8%

Nước mía có tính acid (pH= 4,9-5,5), đục (do sự hiện diện của các chất keo như sáp protein, nhựa, tinh bột và silic) và có màu xanh lục Thành phần của mía như sau:

Hợp chất Nito : 0,5-1%

Nước mía có màu thường do

Từ thân cây mía có màu do chlorophyl, anthocyanin, saccharetin và tanin

Do các phản ứng phân hủy hóa học:

Phản ứng hóa học khi cho nước vôi và nước mía, có thể dưới tác dụng của nhiệt độ, nước mía bị đổi màu

Do sự phản ứng của các chất không đường với những chất khác

Chlorophyl thường có trong cây mía, làm cho nước mía có màu xanh lục Trong nước mía, chlorophyl ở trạng thái keo, nó dễ dàng bị loại bỏ bằng phương pháp lọc

Anthocyanin chỉ có trong loại mía có màu sẫm, nó ở dạng hòa tan trong nước Khi thêm nước với, màu đỏ tía của anthocyanin bị chuyển sang màu xanh lục thẩm Màu này khó bị loại bỏ bằng cách kết tủa với vôi (vì lượng vội dùng trong công nghệ sản xuất đường không đủ lớn) hay với H2SO4

Saccharetin thưởng có trong vỏ cây mía Khi thêm vôi, chất này sẽ trở thành màu vàng được trích ly Tuy nhiên loại màu này không gây độc, ở môi trường pH <7,0 mẫu biên mặt

Tanin hòa tan trong nước mía, có màu xanh, khi phán ứng với muối sắt sẽ biến thành sẫm màu Dưới tác dụng của nhiệt độ tanin bị phân hủy thành catehol, kết hợp với kiếm thành protocatechuic Khi đun trong môi trường axit phân hủy thành các hợp chất giống saccharetin

Ở nhiệt độ cao hơn 200°C, đường sucrose và hai loại đường khử (glucose

và fructose) bị caramen hóa và tạo màu đen Ở nhiệt độ cao hơn 55°C, đường khi đã bị phân hủy thành các hợp chất có màu rất bền

Để loại bỏ các tạp chất trong nước mua có thể áp dụng trong các biện pháp sau:

Độ đục: được loại bằng phương pháp nhiệt và lọc

5

Nhựa và pectin, muối của các axit hữu cơ, vô cơ, chất tạo màu: được loại

bỏ bằng phương pháp xử lý với vôi

I.1.2 Hóa chất làm trong và tẩy màu

 Vôi CaCO 2 :

Có tác dụng trung hòa các axit hữu cơ có trong nước mía

Phản ứng với axit photphoric tạo Ca3(PO4)2

Kết hợp với hợp chất nitơ và pectin tạo kết tủa

Làm kết tủa các hợp chất tạo màu gốc chlorophyll và anthocyanin

Tác dụng với sucrose tạo saccharates, glucosates

 Khí SO2:

Trung hỏa lượng với thừa: CA(OH)2+H2SO3 CaSO3 + H O₂

Tây màu nước mía

 Khí CO2: Hấp phụ chất tạo màu.

 H 3 PO 4 : Kết hợp với với để làm trong nước mía.

 Hóa chất tẩy màu: Dùng Na2S2O4

I.1.3 Công nghệ sản xuất đường thô

Quy trình công nghệ sản xuất đường thô từ đầu 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

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 băng các chất hóa học như vôi, CO2, SO2, phốt phát 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 loại bỏ, đem thải hoặc dùng làm phân bón Nước mía sau khi lọc còn chứa

khoảng 88% nước sau đó được bốc hơi trong lò nấu chân không Hồn 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 khoảng 1/3 đường khử Sản phẩm phụ của quá trình sản xuất đường gồm có:

 Bột giấy, tâm xơ ép từ bà mía

 Nhựa, bê tông từ bã mía

 Phân bón, thức ăn gia súc, alcohol, dấm, axeton, axit citric, và từ mật mía

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…

Ngoài bã bùn được dùng để sản xuất phân hữu cơ, nước thải từ các công đọan trong nhà máy được phân thành các nhóm sau đây:

 Nhóm A: nước thải có độ nhiễm bẩn không cao, chủ yếu có nhiều chất lơ lửng ở dạng vô cơ nên chỉ cần lọc sơ bộ qua song chắn rác và lắng tiếp xúc để loại bỏ chất lơ lửng, sau đó trộn với nước thải

đã xử lý và nước ngưng tự rồi xả ra nguồn tiếp nhận

 Nhóm B: nước thải có nhiều chất hữu cơ cần được tách riêng

để xử lý

 Nhóm C: nước ngưng tụ từ lò hơi, không bị nhiễm bẩn nên dùng để pha loãng với nước thải (A+B) đã qua xử lý và thái ra nguồn tiếp nhận

I.1.4 Công nghệ sản xuất đường tinh luyện

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

 Rửa và hòa tan

 Làm sạch

 Kết tinh và hoàn tất

7

a Rửa và hòa tan.

Rửa: làm sạch lớp phim mạch bên ngoài hạt đường thô để nâng cao tinh

độ của đường

Hòa tan: Đường sau khi ly tâm được hòa tan vào nước thành dung dịch nước đường nguyên chất để đến khâu hóa chế

b Làm trong và làm sạch.

Làm trong: Nước đường nguyên chất được xử lý: bằng các chất hóa học như vôi, H3PO4 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

Làm sạch: Nước đường sau khi lắng trong đươc cho thêm than hoạt tính

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

c Kết tinh và hoàn tất.

Nhiệm vụ của nấu đường là tách nước từ siro tinh lịc và đưa dung dịch đến trạng thái bão hòa, sản phẩm nhận được sau khi nấu đường là đường non gồm tinh thể đường và mật cái

Quá trình kết tinh đường gồm có:

 Cô đặc siro

 Tạo mầm tinh thể

 Nuôi tinh thể

 Cô đặc cuối cùng

I.2. Thực trạng ngành sản xuất đường ở Việt Nam

Ngành đường của Việt Nam nhìn chung khá lạc hậu so với thế giới Trước

1954, toàn bộ miền Bắc không có nhà máy đường nào Sau 1975, ở miền Nam

đã phục hồi lại các nhà máy đường Bình Dương, Hiệp Hòa, Phan Rang, Khánh Hội, Biên Hòa: xây dựng mới các nhà máy đường La Ngà, Lam Sơn, Tây Ninh Ngoài các nhà máy lớn còn có nhiều cơ sở sản xuất đường mía thủ công, thô sơ, năng suất thấp ở các vùng trồng mía

Thiết bị sản xuất hầu hết là cũ kỹ, chắp vá, hay gặp sự cố kỹ thuật và bị rõ

rĩ, nên khối lượng nước thải rất lớn Hiện nay, chủ yếu có 3 phương pháp làm

trong bằng vôi, sunfit và cacbonat 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

Công nghiệp sản xuất mía đường ở Việt Nam là ngành gây ô nhiễm khá lớn do công nghệ lạc hậu, thiết bị rò rỉ nhiều lại không có bất cứ thiết bị xử lý nào, trong số các chất ô nhiễm có bụi khỏi lò hơi bùn lọc, nước thải, khi thoát ra

từ các tháp phần ứng sunfit hóa và cacbonat hóa Riêng bã mía được dùng làm nhiên liệu hoặc để sản xuất giấy bìa, còn mật rỉ được lên men để chế biến cồn

I.3 Nước thải ngành công nghiệp sản xuất đường

Do đặc điểm của công nghệ sản xuất đường, ngoài các bã lắng, bã bùn, bã lọc được tách riêng, nước thải được phân thành các nhóm

I.3.1 Nước thải từ khu ép mía.

Ở đây, nước dùng để ngâm ép đường trong mía và làm mát các ổ trục của máy ép Loại nước thải này nhỏ nhưng giá trị BODi cao (do có đường thất thoát)

và có chứa dầu mỡ

I.3.2 Nước thải rửa lọc, làm mát, rửa thiết bị và rửa sàn

Nước thải rửa lọc tuy có lưu lượng nhỏ nhưng giá trị BOD và chất lơ lửng cao

Nước làm mát được dùng với lượng lớn và thường được tuần hoàn hầu hết hoặc một phần trong quy trình sản xuất Nước làm mát thường nhiễm bẩn một số chất hữu cơ bay hơi từ nước đường đun sôi trong nồi nấu hoặc nồi chân không Nước chảy tràn từ các tháp làm mát thường có giá trị BOD thấp Tuy nhiên, do chế độ bảo dưỡng kém và điều kiện vận hành không tốt nên có lượng đường đáng kể thất thoát trong nước làm mát Lượng nước này sẽ được thải đi

Nước rò rỉ và nước rửa sàn, rửa thiết bị tuy có lưu lượng thấp và được xả định kỳ nhưng có hàm lượng BOD rất cao

9

I.3.3 Nước thải khu lò hơi

Nước thải khu lò hơi được xả định kỳ với đặc điểm là chất rắn lơ lửng cao

và giá trị BOD thấp, nước thải mang tính kiềm

I.4. Khả năng gây ô nhiễm nguồn nước của nước thải ngành công

nghiệp đường

Hiện nay, phần lớn các nhà máy đường và nhiều tổ hợp sản xuất tư nhân chưa có hệ thống xử lý nước thải Với lưu lượng lớn, hàm lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng cao, nước thải nhà máy đường đã và đang làm ô nhiễm các nguồn tiếp nhận

 Đường có trong nước thải chủ yếu là đường sucroza và các loại dường khử như glocose và fructoze, trong đó:

 Fructoze, C6H12O6 tan trong nước

 Sucroze, C12H22O11 là sản phẩm thủy phân cùm Fructose và Glucose, tan trong nước

Các loại dường này dễ phân hủy trong nước Chúng có khả năng gây kiệt oxy trong nước, làm ảnh hưởng đến hoạt động của quần thể vi sinh vật nước

Trong quá trình công nghệ sản xuất đường, ở nhiệt độ cao hơn 55℃ các loại đường glucose và fructoze bị phân hủy thành các hợp chất có màu rất bền

Ở nhiệt độ cao hơn 200°C, 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 mảng vi sinh Để chuyển hóa chúng, vi sinh phải phân rã chúng thành nhiều mảnh nhỏ dể

có thể thấm vào tế bào Quá trình phân hủy các sản phẩm đường khi đòi hỏi thời gian phân hủy dài hơn, nên sẽ ảnh hưởng đến quá trình tự làm sạch trong nguồn tiếp nhận Các chất lơ lửng có trong nước thải còn có khả năng lắng xuống đáy nguồn nước Quá trình phân hủy kỵ khi các chất này sẽ làm cho nước có màu đen và có mùi H2S

Ngoài ra, nước thải nhà máy đường còn có nhiệt độ cao, làm ức chế hoạt động của vi sinh vật nước Trong nước thải có chứa các sản phẩm của lưu huỳnh

và đôi khi có lẫn dầu mỡ của khu ép mía Ngày 26/11/1998, Chương trình công nghệ và môi trường Đài truyền hình tỉnh Bình Dương có báo động về tình hình ô nhiễm nước thải do nhà máy đường Bình Dương gây ra trên Rạch Bà Lụa, thuộc phường Phú Thọ, thị xã Thủ Dầu Một Với khối lượng lớn nước thải chưa xử lý được thải ra hàng ngày Rạch Bà Lụa không đủ khả năng tự làm sạch và hậu quả

là trong khu vực làn cận điểm xả, thực vật nước không phát triển được, một số loài thủy sinh bị chết Biện pháp hữu hiệu nhất là quản lý tốt quy trình sản xuất nhằm hạn chế tải lượng các chất ô nhiễm được đưa vào nước Ngoài ra, cần phải

xử lý nước thải nhà máy đường để góp phần bảo vệ môi trường

II Cơ sở lựa chọn công nghệ

Công nghệ xử lý nước thải đường mía là một chủ đề được quan tâm trong ngành công nghiệp đường mía Nước thải đường mía chứa nhiều chất độc hại, hữu cơ và khoáng chất, có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách

Hiện nay, có nhiều công nghệ được áp dụng để xử lý nước thải đường mía, bao gồm xử lý sinh học, xử lý vật lý và hóa học

Cơ sở lý thuyết của công nghệ xử lý nước thải đường mía bao gồm các phương pháp xử lý khác nhau để loại bỏ các chất độc hại và chất còn lại trong nước thải Các phương pháp này bao gồm:

Xử lý sinh học: phương pháp này sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất

hữu cơ trong nước thải thành các sản phẩm đơn giản và không độc hại Các loại

vi sinh vật thường được sử dụng bao gồm vi khuẩn và vi nấm

Xử lý vật lý-hóa học: phương pháp này sử dụng các kỹ thuật vật lý-hóa

học như lọc, kết tủa và phân tán để loại bỏ các chất độc hại và các hạt rắn trong nước thải

11