Đang tải... (xem toàn văn)
LUẬN VĂN THẠC SĨ KINH TẾ
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 1 CHƯƠNG MỞ ĐẦU Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 2 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài Ô nhiễm môi trường từ nước thải sản xuất cồn đang là vấn đề bức thiết cần giải quyết. Thực trạng hiện nay, hầu như không có nhà máy cồn nào đạt tiêu chuẩn thải cho phép do hàm lượng hữu cơ quá cao (50.000 - 100.000 mg/l). chủ yếu là xác nấm men, carbonhydrate, một số chất hữu cơ khoa phân huỷ chất tạo màu, độ đục lớn có màu đen thẩm, mùi đường và mùi chua đặt trưng, nhiệt độ cao và là mối quan tâm của. xã hội và các nhà môi trường vì tải lượng ô nhiễm khá cao. Do đó việc giảm thiểu nồng độ ô nhiễm đạt tiêu chuẩn là hết sức khó khăn, đòi hỏi phải kết hợp nhiều phương pháp và nhiều ban ngành và chính vì thế mới có sự ra đời của đề tài này . Hiện nay, nhiều công nghệ xử lý nước thải sản xuất cồn đã được áp dụng ở nước ta như: áp dụng phương pháp sinh học kò khí (UASB), phương pháp hoá lý (keo tụ) kết hợp phương pháp sinh học hiếu khí (bùn hoạt tính), hồ sinh học (kò khí, tùy nghi, hiếu khí). Tuy nhiên, thực tế cho thấy các hệ thống hoạt động không hiệu quả và khá phức tạp. Vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu một công nghệ xử lý vừa có hiệu quả về mặt kinh tế và phù hợp với điều kiện sản xuất ở nước ta. Mô hình UASB kết hợp lọc sinh học kò khí (USBF) có thể đáp ứng được điều này, đặc biệt công nghệ trên chưa được nghiên cứu trên nước thải sản xuất cồn 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu xử lý nước thải cồn bằng công nghệ sinh học kò khí, đánh giá khả năng thu hồi năng lượng từ nguồn thải ô nhiễm hữu cơ cao 1.3. Phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Thu thập tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu. Khảo sát thực tế ô nhiễm nước thải sản xuất cồn. Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 3 Tổng quan cơ sở lý thuyết sử dụng USBF để xử lý nước thải sản xuất cồn rượu. Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lập kế hoạch nghiên cứu xử lý. Xác đònh giới hạn nghiên cứu và phương án thực nghiệm. 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Xác đònh thành phần và đặc tính nước thải sản xuất cồn Lập kế hoạch thực nghiệm 1.3.4 Phương pháp thống kê, xử lý số liệu Dựa trên các lý thuyết về xác suất thống kê, xử lý các số liệu nhận được trong quá trình thí nghiệm 1.4. Nội dung nghiên cứu Tổng quan về công nghệ sản xuất cồnvà một số công nghệ xử lý đang được áp dụng ở nước ta. Tổng quan về xử lý kò khí và công nghệ USBF. Xác đònh thành phần, tính chất nước thải sản xuất cồn. Thiết lập và nghiên cứu mô hình USBF. Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT CỒN TỪ MẬT RỈ ĐƯỜNG Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 5 1.1 TIỀM NĂNG CỦA NGÀNH SẢN XUẤT CỒN TRONG TƯƠNG LAI 1.1.1 Ưu điểm của nhiên liệu ethanol Giá thành rẻ, tác động tích cực đến môi trường (lượng khí CO 2 do xe hơi chạy bằng cồn lỏng thải ra chỉ bằng 1/12 so với xe chạy bằng xăng. Tổng hợp các chỉ số ô nhiễm môi trường cho thấy, mức độ ô nhiễm môi trường của xe chạy bằng cồn chỉ bằng 30% của xe chạy xăng. Nếu xe sử dụng nhiên liệu hỗn hợp cồn xăng thì sẽ giảm được 20-30% lượng khí CO, giảm khoảng 25% lượng khí thải CO 2 , đồng thời còn giảm bớt được lượng khí thải các chất có hại như chì…) 1.1.2 Ethanol – nguồn nhiên liệu thay thế đầy triển vọng Nguồn dầu mỏ thế giới đang cạn kiệt dần, cộng với tình hình bất ổn tại các khu vực giàu dầu mỏ như Iran, Irag, Nigeria… khiến nguồn cung không đảm bảo liên tục gây lo ngại cho các nước “khát dầu” phục vụ cho nền kinh tế phát triển. Vì thế, tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế đang được các nước đặt lên hàng đầu. Trong số những nhiên liệu thay thế, ethanol nổi lên như một ứng cử viên sáng giá nhất, đáp ứng được những tiêu chuẩn như giá rẻ, dễ sản xuất, thân thiện với môi trường. Ethanol là chất phụ gia để tăng trò số Octane (trò số đo khả năng kích nổ) và giảm khí thải độc hại của xăng trong chính sách năng lượng của các nước khối EU, Mỹ, Australia, Trung Quốc, Nhật Bản… đều chú trọng đến ứng dụng ethanol. Mỹ là nước sử dụng nhiều dầu mỏ nhất thế giới. Trong những phát biểu gần đây, tổng thống Mỹ Bush kêu gọi dân chúng “cai nghiện” dầu mỏ. ng đặt vấn đề nghiên cứu tìm nhiên liệu thay thế để bớt lệ thuộc nước ngoài. Xăng ở Mỹ được pha ethanol phổ biến là E10 (hỗn hợp gồm 10% ethanol và 90% xăng không chì) và E85. Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 6 Hình 1.1 Một trụ bơm xăng E85 ở thành phố Lexington-Mỹ Tuy Mỹ và những nước tiên tiến khác rất chú trọng phát triển nhiên liệu ethanol nhưng Brazil mới là nước dẫn đầu và nếu muốn bắt kòp Brazil trong sản xuất và tiêu thụ ethanol thì Mỹ cần cả thập niên nữa. 1.1.3 Ethanol – niềm tự hào của Brazil Brazil là nước xuất khẩu đường đứng hàng đầu trên thế giới. Điều đáng chú ý là song song với việc duy trì vò trí dẫn đầu trên thò trường đường, Brazil đã tận dụng được phần rỉ đường để sản xuất ethanol. Chỉ cần mất 3 ngày chế biến là đã có được nhiên liệu ethanol sẵn sàng cho người tiêu dùng. Hiện nay, ở đất nước Nam Mỹ này, cứ 100 chiếc xe hơi bán ra thì có tới 80 chiếc là xe “lai”-chạy bằng xăng hay ethanol đều được. Hai thứ nhiên liệu này dễ mua và ethanol rẻ hơn 1/3 so với xăng dầu nên rất được thò trường ưa chuộng. Các loại xăng được sử dụng ở đây đều được pha chế 25% ethanol (E25). Brazil hiện có 17 triệu ô tô sử dụng E25 và 3 triệu ô tô sử dụng 100% ethanol. Brazil đặt chỉ tiêu sản xuất 16.6 tỷ lít nhiên liệu ethanol năm 2006. Khoảng 80% sản lượng sẽ được dùng cho thò trường xe hơi trong nước. Brazil có thể tiết kiệm được 400 tỷ USD tiền nhập khẩu xăng dầu. Hơn thế nữa, Brazil sẽ thu về nguồn ngoại tệ lớn khi xuất khẩu ethanol sang các nước khác. Trước mắt, Nhật Bản đang xem xét kí hợp đồng nhập khẩu 6 tỷ lít ethanol của Brazil. Nắm bắt thời cơ, từ nay Một trụ bơm xăng E85 ở thành phố Lexington-Mỹ Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 7 đến năm 2012, Brazil sẽ đưa vào hoạt động trên 70 nhà máy chuyên sản xuất ethanol. 1.1.4 Triển vọng cho ethanol Những nhà phân tích cho rằng muốn cạnh tranh với ethanol thì giá dầu phải hạ xuống còn 35USD/thùng. Điều này hầu như không thể xảy ra trong tình hình thế giới hiện nay. Người ta dự báo nhu cầu nhiên liệu ethanol toàn cầu đến năm 2010 có thể tăng gấp 4 lần, lên khoảng 80 tỷ lít, và chỉ trong 2 đến 3 năm nữa các con tàu khổng lồ chở ethanol sẽ xuôi ngược khắp các đại dương, như hình ảnh tàu chở dầu hiện nay. 1.1.5 Chiến lược nhiên liệu sạch cho Việt Nam Việt Nam được đánh giá là nước có những tiềm năng để sản xuất nhiên liệu sinh học. Về nguồn nguyên liệu cho sản xuất cồn: năm 2003 cả nước có 7.45 triệu ha trồng lúa, thu hoạch được 34.5 triệu tấn thóc, năng suất trung bình 4.63 triệu tấn/ha; có 910000 ha trồng ngô, thu hoạch 2.933 triệu tấn; có 220000 ha trồng khoai, năng suất 7.24 tấn/ha, 2 vụ; có 372000ha trồng sắn (có khả năng tăng diện tích lên 500000 ha), năng suất 14.1 tấn/ha (hiện đang trồng thử giống mới năng suất 40 tấn/ha); có 50 nhà máy chế biến sắn thành tinh bột xuất khẩu, sử dụng 100000 tấn/năm cho sản xuất cồn; có 306400 ha trồng mía, năng suất bình quân 54 tấn/ha, thu hoạch 16.5 triệu tấn mía, hàm lượng đường 12-14%, đến cuối năm 200, cả nước có 43 nhà máy đường, tổng công suất 82450 tấn mía/ngày, 592000 tấn rỉ đường, sản xuất được 200 triệu lít cồn. Theo thông tin từ trung tâm xúc tiến thương mại và đầu tư TPHCM: Việt Nam sẽ đẩy mạnh phát triển nhiên liệu sinh học và mục tiêu dự kiến đến năm 2025 sẽ sản xuất và đưa vào sử dụng xăng E5 (95% xăng khoáng và 5% ethanol) và dầu B5 (95% diesel khoáng và 5% diesel sinh học) trên phạm vi cả nước, đáp ứng đủ nhu cầu thò trường. Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 8 Theo lộ trình được tiến só Nguyễn Xuân Dinh – Vụ phó Vụ Năng lượng và dầu khí – Bộ Công Thương đưa ra, đến năm 2015 sẽ sử dụng phổ cập toàn quốc xăng E5 và B5, các hệ thống biogas, suất khẩu E100 và B100. Đến năm 2025, nhiên liệu sinh học sẽ cung cấp 10% nhu cầu nhiên liệu lỏng, sử dụng phổ biến nhiên liệu E10 và B10 trên toàn quốc. Đặc biệt theo tiến só Đặng Tùng, Vụ trưởng Vụ Khoa học và Công nghệ (Bộ Công thương), sang năm 2007, nhiều nhà máy sản suất cồn công nghiệp để sản xuất nhiên liệu đã được dồn dập triển khai ở Việt Nam. Cụ thể, công ty cổ phần Cồn sinh học Việt Nam đã đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất cồn công nghiệp với công suất 66000m 3 / năm tại Đắc Lắc. Bên cạnh đó các dự án đầu tư liên doanh liên kết giữa Công ty đường Biiên Hòa với công ty của Singapore kí kết hợp tác tháng 8/2007 đầu tư nhà máy sản xuất cồn sinh học công suất 50000tấn/năm. Mặc dù chưa thật sự phát triển rầm rộ và nhiên liệu sinh học chưa được ứng dụng rộng rãi nhưng việc đầu tư phát triển nhiên liệu sinh học ở Việt Nam được coi là hướng đi tất yếu. 1.2 TÌNH HÌNH CHUNG 1.2.1 Thế giới Công nghiệp cồn rượu là một ngành xuất hiện từ rất lâu trên thế giới, nó là nguồn nguyên liệu, được ứng dụng trong một số ngành công nghiệp khác. Hiện nay, sản lượng cồn rượu hàng năm vẫn tiếp tục gia tăng ở các nước trên thế giới. 1.2.2 Việt Nam Ngành sản xuất cồn rượu theo kiểu công nghiệp ở nước ta xuất hiện từ năm 1898 do người Pháp thiết kế và xây dựng. Khi đó, ở nước ta chỉ có một số nhà máy rượu như: Hà Nội, Nam Đònh, Bình Tây, Chợ Quán .Tổng năng suất của tất cả các nhà máy lớn nhỏ vào khoảng 15 triệu lit /năm. Đến thời điểm 1980 – 1985 thì hàng Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 9 năm ta có thề sản xuất trên 30 triệu lit cồn. Có thể nói, thời gian này hàm lượng cồn rượu trong cả nước đạt mức cao nhất. Vào những năm 1986 – 1987, do đổi mới cơ chế quản lý nên hàng loạt phân xưởng, nhà máy phải đóng cửa. Trong hội thảo “Dự án chiến lược phát triển khoa học công nghệ ngành rượu bia nước giải khát”, theo đề nghò của các chuyên gia đến năm 2005 nước ta có khả năng sản xuất khoảng 180 đến 200 triệu lit cồn tinh khiết. Trong đó, cồn từ nguồn nguyên liệu tinh bột chiếm 30 – 40%, còn lại là cồn từ mật rỉ. Bảng 1.1 . Tình hình sản xuất cồn của một số doanh nghiệp STT Tên công ty Sản lượng (triệu lit) Cồn thô (triệu lit) Cồn tinh luyện (triệu lit) 1. Đường Quảng Ngãi 5 5 2. Tây Ninh 10 2 8 3. Đắc Lắc 5 5 4. Bình Dương 3 1 2 5. Khánh Hoà 3 3 6. Miền Tây 4 4 Trong chiến lược và mục tiêu phát triển ngành rượu Việt Nam của Bộ Công nghiệp trình Chính phủ duyệt, nhu cầu về sản lượng cồn rượu và mức tiêu thụ bình quân đầu người từ năm 2000 đến năm 2005 được đưa ra trong bảng 1.2 sau: Bảng 1.2. Nhu cầu về sản lượng cồn rượu và mức tiêu thụ bình quân đầu người từ năm 2000 đến năm 2005 STT Chỉ số Đơn vò Năm 2000 Năm 2005 1 Mức tiêu thụ bình quân đầu người/năm Lit 8.03 7.69 2 Mức tăng trưởng trung bình/năm % 0.77 0.91 3 Sản lượng cồn Triệu lit 50 150 4 Sản lượng rượu Triệu lit 10 30 Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 10 Bảng 1.3. Nhu cầu cồn tinh chế STT Tên công ty Sản lượng tiêu thụ cồn tinh luyện (triệu lit) 1 Công ty dược phẩm 26 1 2 Công ty NGK Chương Dương 0.5 3 Công ty Hiram Walker 1 Tiềm năng của thò trường Việt Nam: theo ước tính thò trường Việt Nam có sức tiêu thụ khoảng 30 triệu lit rượu mỗi năm. Đây là một khối lượng tương đối lớn. Điều này mang lại cho ngành công nghiệp cồn rượu một cơ hội và cũng là thử thách. Ở các nước và cả ở Việt Nam, cồn được dùng để pha chế rượu và cho các nhu cầu khác nhau như: y tế, nhiên liệu đốt, nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác. 1.3 NGUYÊN LIỆU Mật rỉ đường: là thứ phẩm trong quá trình sản xuất đường (là chất lỏng đặc sánh lại sau khi đã rút đường bằng phương pháp cô và kết tinh, chiếm tỷ lệ 3 – 5% tuỳ thuộc vào chất lượng mía, điều kiện canh tác và điều kiện sản xuất. Thông thường, hàm lượng chất khô trong mật rỉ đường là 70 – 85%, nước chiếm 15 – 30%.Trong đó, đường chiếm khoảng 60%, bao gồm 35 - 40% saccarosa, 20 – 25% đường khử; lượng còn lại là chất phi đường: 30 – 32% là hợp chất hữu cơ và 8 – 10% là chất vô cơ. Chất hữu cơ không chứa N gồm có pectin, chất nhầy furfunol, acid . Ngoài ra còn có các hợp chất không lên men được như caramen, chất màu. Hợp chất hữu cơ chứa N chủ yếu là ở dạng amin như acid glutamic, alanine . Lượng N trong mật rỉ đường mía chỉ khoảng 0.5 đến 1%. Do chứa ít N nên khi lên men mật rỉ đường, chúng ta thường bổ sung nguồn nitrogen ở dạng urê hoặc amoni sulfate. 1.4 QUY TRÌNH SẢN XUẤT Nghiên cứu quá trình sản xuất là điều quan trọng và cần thiết để đánh giá tổng quát các loại chất thải sẽ tồn tại trong nước thải đồng thời đánh giá sơ bộ nồng độ [...]... Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn lo lửng trong nước thải tuy nhiên chi phí xử lý cao, do đó áp dụng phương pháp này không hiệu quả về mặt kinh tế 2.1.3.2 Tuyển nổi Phương pháp tuyển nổi dùng để tách các hạt rắn hoặc các hạt lỏng ra khỏi nước thải Trong nhiều trường hợp tuyển nổi còn được sử dụng để tách các tạp chất tan như các chất hoạt động bề mặt Trong xử lý nước thải được dùng để... men acid, trong khi đó quá trình thứ tư gọi là lên men methane Hai điểm quan trọng đối với các giai đoạn khác nhau diễn ra trong quá trình phân hủy kỵ khí là: 1) Khử chất hữu cơ – COD trong giai đoạn lên men acid bò giới hạn vào việc giải phóng khí H2 Chỉ có khoảng 30% chất hữu cơ chuyển hóa thành khí CH4 theo con đường hydrogenotrophic Do đó, điều kiện cần thiết để khử chất hữu cơ hiệu quả trong hệ... caramel; sunfat, kali và amonia trong thành phần nước thải cao, hơn nữa, tỉ lệ BOD5/COD dao động trong khoảng 0,5-0,6 kết Trang 14 Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF quả này cho thấy hiệu quả xử lý bằng phương pháp sinh học có thể đạt khoảng 70% 1.6 TÁC ĐỘNG CỦA NƯỚC THẢI SẢN XUẤT CỒN TỪ MẬT RỈ ĐƯỜNG LÊN MÔI TRƯỜNG XUNG QUANH Qua kết quả phân tích thí nghiệm, ta... sạch nhờ các vi sinh vật trên màng phân huỷ hiếu khí các chất hữu cơ có trong nước 2.1.4.4 Đóa quay sinh học Trang 22 Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Gồm các đóa tròn, phẳng được lắp trên một trục Các đóa này được đặt ngập một phần trong nước và có tốc độ quay chậm khi làm việc Khi quay màng sinh học bám dính trên bề mặt đóa tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước... khuấy đảo liên tục Trong điều kiện Trang 21 Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF như thế bùn phát triển ở trạng thái lơ lửng và cho hiệu suất phân huỷ các chất hữu cơ khá cao Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật có trong nước thải kết cụm và tạo thành các cụm bông bùn có khả năng hấp thụ và phân huỷ các chất hữu cơ khi có mặt oxy hoà tan Các bông này có màu... tăng trưởng của vi khuẩn và các vi khuẩn trong bể Biogas tùy thuộc loại cơ chất sử dụng và điều kiện nhiệt độ Trang 25 Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose: Những vi khuẩn này đều có enzym cellulosase và nằm rải rác trong các họ khác nhau, hầu hết các trực trùng, có bào tử Chúng có mặt trong các họ: Clostridium, Plectridium, Caduceus,...Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF của từng loại chất thải đó trong nước thải, từ đó giúp ta đề xuất và tiến hành quá trình nghiên cứu hiệu quả, giải quyết tốt các sự cố xảy ra khi vận hành mô hình Quy trình công nghệ sản xuất cồn từ mật rỉ đường gồm các giai đoạn cơ bản sau: 1.4.1 Chuẩn bò dòch đường lên men (xử lý mật rỉ) Trong mật rỉ đường có những... thành các hạt Trang 19 Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF có kích thước lớn từ đó lắng dễ dàng hơn Các chất keo tụ thông thường là phèn nhôm, phèn sắt… được kết hợp sử dụng với polymer trợ keo tụ để tăng hiệu quả xử lý cho quá trình Các chất này trung hoà điện tích các hạt keo trong nước, ngăn cản sự chuyển động hỗn loạn của các ion giúp việc liên kết tạo bông... kiện cho các vi khuẩn metan phát triển mạnh là phải có lượng CO2 đầy đủ trong môi trường, có nguồn nitơ (khoảng 3,5 mg/g bùn lắng), tỷ lệ C/N = 1:20 tốt nhất là cung cấp nitơ từ cacbonnat amon, clorua amon Trong quá trình lên men kỵ khí các loài vi sinh vật gây bệnh bò tiêu diệt không phải do nhiệt độ mà do tác động tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó có mức độ kỵ khí, tác động của các sản... diệt các vi sinh vật gây bệnh trong quá trình kỵ khí từ 80 đến 100% (đối với Myobacterium: thời gian lưu trong bể biogas từ 6-20 ngày).Việc thống kê 2 nhóm vi khuẩn trên là cơ sở cho việc lựa chọn các chế phẩm sinh học tham gia xử lý nước thải với mục tiêu tăng tải trọng và thu hồi hiệu quả hàm lượng khí sinh học Quá trình phân hủy kò khí chất hữu cơ chia làm 4 giai đoạn Trang 26 Nghiên cứu hiệu quả . cồn rượu trong cả nước đạt mức cao nhất. Vào những năm 1986 – 1987, do đổi mới cơ chế quản lý nên hàng loạt phân xưởng, nhà máy phải đóng cửa. Trong hội. sunfat, kali và amonia trong thành phần nước thải cao, hơn nữa, tỉ lệ BOD 5 /COD dao động trong khoảng 0,5-0,6. kết Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải
