Áp dung sản xuất sạch hơn cho nhà máy mía đường bình định

•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. 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 : NMĐ Việt Trì và Sông Lam (350 tấn míangày) và NMĐ Vạn Điểm (1.000 tấn míangày). Hiện nay ở nước ta có hơn 50 NMĐ với công suất lớn. Ví dụ: NMĐ Quãng Ngãi công suất 4500 tấn míangày, NMĐ Tây Ninh Pháp công suất 8000 tấn míangày, NMĐ Lam Sơn công suất 6000 tấn míangày, NMĐ Thanh Hóa Đài Loan 6000 tấn míangày…3•Trong những năm gần đây, do sự đầu tư công nghệ và thiết bị hiện đại, các NMĐ đã không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, hoạt động sản xuất đường đã gây ra những vấn đề về môi trường như nước thải, khí thải, chất thải rắn,... Do đó các doanh nghiệp cần có các biện pháp để giảm ô nhiễm môi trường. Một trong những biện pháp vừa tiết kiệm được chi phí, tăng lợi nhuận và giảm ô nhiễm môi trường đó là áp dụng SXSH.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA MÔI TRƯỜNG

o Ly tâm đường: là giai đoạn tách tinh thể đường ra khỏi mật bằng lực ly tâm trong

các thùng quay có tốc độ cao Ly tâm đường dùng máy ly tâm lọc, thành có đục lỗ,bên trong có hai lớp loc Khi làm việc, tinh thể đường được giữ lại trên bề mặt lướilọc tạo thành lớp bã, mật chui qua vách ngăn ra ngoài thùng

o Mật rỉ: là chất lỏng đặc sánh còn lại sau khi đã rút đường bằng phương pháp cô

và kết tinh Mật rỉ đường là một phụ phẩm trong quá trình sản xuất đường nhưng lại có tác dụng rất đa dạng trong nông nghiệp, công nghiệp, xử lý môi trường, đặc biệt sử dụng mật rỉ đường làm thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm không chỉ giúp giảm chi phí thức ăn chăn nuôi mà còn cung cấp đủ dinh dưỡng cần thiết, tăng độ ngon miệng thức ăn cho vật nuôi

o Độ pol: khối lượng đường saccaroza gần đúng có trong 100 phần dung dịch

đường

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Công ty Đường Bình Định……….6

Hình 2: Hình ảnh minh họa về mía……….7

Hình 3: Quy trình sản xuất mía đường… ……… 9

Hình 4: Thu gom mía……… ……… 10

Hình 5: Dây chuyền công nghệ mía đường……… ……… 10

Hình 6: Sơ đồ công nghệ làm sạch mía……….11

Hình 7: Sơ đồ nấu đường……… ….……… 12

Hình 8: Mật rỉ………… ……… 14

Hình 9: Đường cát trắng của công ty cổ phần đường Bình Định……….………….14

Hình 10: Nước thải xả trực tiếp ra nguồn nước gây ô nhiễm môi trường……….17

Hình 11: Xả khí ồ ạt ra môi trường………18

Hình 12: Tỉ lệ các chất thải………18

Hình 13: Sơ đồ cân bằng vật chất dòng sacarozo……… …………20

Hình 14: Sơ đồ cân bằng vật chất dòng CaO……… 21

DANH MỤC BẢNG: Bảng 1: Thành phần hóa học của mía……… 8

Bảng 2: Một số định nghĩa được sử dụng: (TCVN7268-2003)……… 15

Bảng 3: Thông số ô nhiễm nước thải của nhà máy đường……… 15

Bảng 4: Giá trị BOD5 trong nước thải ngành mía đường……… 16

Bảng 5: Đặc tính nước thải ở các công đoạn sản xuất……… 16

Bảng 6: Thành phần hóa học chất thải rắn từ sản xuất mía đường……… 19

vụ 2013/14 (USDA) và đạt mức tăng trưởng trung bình khoảng 2%/năm (CreditSuise) Đường có thể được sản xuất từ hai loại nguyên liệu chính: Mía (75-80% lượngcung toàn cầu, trồng chủ yếu tại các nước nhiệt đới) và củ cải đường (được trồng ởkhí hậu ôn đới, chủ yếu ở các nước phát triển) [1].

• Trong 2014/2015, sản lượng đường thế giới lên tới khoảng 175.100.000 tấn Trongthời gian này, châu Á là khu vực sản xuất đường lớn nhất thế giới, năng suất khoảng66.120.000 tấn đường Ấn Độ, Trung Quốc và Thái Lan là nhà sản xuất đường hàngđầu của khu vực [2]

1.2 Việt Nam:

• Việt Nam là một quốc gia có truyền thống sản xuất đường mía từ lâu đời Cùng với sựphát triển của ngành đường trên thế giới, ngành công nghiệp sản xuất đường ở nước tacũng phát triển mạnh 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 : NMĐ Việt Trì và Sông Lam (350 tấn mía/ngày) và NMĐVạn Điểm (1.000 tấn mía/ngày) Hiện nay ở nước ta có hơn 50 NMĐ với công suấtlớn Ví dụ: NMĐ Quãng Ngãi công suất 4500 tấn mía/ngày, NMĐ Tây Ninh- Phápcông suất 8000 tấn mía/ngày, NMĐ Lam Sơn công suất 6000 tấn mía/ngày, NMĐThanh Hóa- Đài Loan 6000 tấn mía/ngày…[3]

• Trong những năm gần đây, do sự đầu tư công nghệ và thiết bị hiện đại, các NMĐ đãkhông ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, hoạt động sản xuất đường đãgây ra những vấn đề về môi trường như nước thải, khí thải, chất thải rắn, Do đó cácdoanh nghiệp cần có các biện pháp để giảm ô nhiễm môi trường Một trong nhữngbiện pháp vừa tiết kiệm được chi phí, tăng lợi nhuận và giảm ô nhiễm môi trường đó

là áp dụng SXSH

2 Giới thiệu công ty Cổ phần Đường Bình Định (Theo Hiệp hội mía đường Việt Nam)

Hình 1: Công ty Đường Bình Định

• Công ty Đường Bình Định là tiền thân của Công ty Cổ phần Đường Bình Định đượcthành lập vào ngày 08/3/1995 theo quyết định số 387/QĐ-UB của UBND tỉnh BìnhĐịnh Thực hiện chương trình cổ phần hoá DNNN, ngày 31/3/2003, UBND tỉnh BìnhĐịnh có quyết định số 62/2003/QĐ-UB chuyển Công ty Đường Bình Định thànhCông ty Cổ phần Đường Bình Định, với vốn điều lệ là 34 tỷ đồng hoạt động tại xãTây Giang, huyện Tây Sơn, tỉnh Bình Định với diện tích 8 ha

• Vùng mía nguyên liệu của nhà máy tương đối tập trung, với tổng diện tích được quyhoạch là 16.000 ha, có năng suất và chất lượng cao, cự ly vận chuyển trung bình40km Công ty đã ban hành nhiều chính sách phát triển vùng nguyên liệu về cả năngsuất và chất lượng, đưa cơ giới vào công việc canh tác, đốn chặt mía, được bà connông dân hết sức tin tưởng và phấn khởi

• Từ năng lực sản xuất ban đầu là 1.000 tấn mía/ngày, hiện nay công suất ép của công

ty đã được tăng lên 5.000 tấn mía/ngày

• Sản phẩm chính của Công ty hiện nay là đường cát trắng và ván dăm Bên cạnh đó,còn có các sản phẩm phụ như phân vi sinh, bao bì các loại và ván ép

II NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT:

1 Mía [1]:

Hình 2:Hình ảnh minh họa cho mía đường

• Đường chúng ta sử dụng hàng ngày được chế biến từ mía hay củ cải đường Cây míathường trồng ở khu vực nhiệt đới, chủ yếu là các nước đang phát triển, củ cải đườngtrồng ở vùng khí hậu ôn đới (phần lớn là các nước phát triển) Từ năm 1915, đườngchủ yếu được sản xuất từ mía (60%)

Mỗi tấn mía tạo ra được khoảng 100 kg đường tinh luyện Thu hoạch mía trung bìnhkhoảng 60 tấn/ha Tuy nhiên, ở các nước khá phát triển, do áp dụng tiến bộ kỹ thuậtvào nông nghiệp, lượng mía thu được lên đến 80 tấn/ha

• Mía được thu hoạch khi chín Mía chín là lúc hàm lượng đường trong thân mía đạt tối

đa và lượng đường khử còn lại ít nhất (cùng lúc đó tỉ lệ nước thấp, tỉ lệ xơ có phầntăng) Các biểu hiện đặc trưng của thời kỳ mía chín là:

+ Hàm lượng đường giữa gốc và ngọn xấp xỉ nhau

+ Hàm lượng đường khử dưới 1%, có khi chỉ còn 0,3%

+ Lá chuyển vàng, độ dài của lá giảm, các lá sít vào nhau, dóng ngắn dần

+ Hàm lượng đường đạt cao nhất khi thu hoạch đúng thời vụ của giống mía đó

• Khi hàm lượng đường đạt tối đa, tùy giống mía và điều kiện thời tiết, lượng đườngnày duy trì khoảng 15 ngày đến 2 tháng Sau đó lượng đường bắt đầu giảm gọi là míaquá lứa hoặc quá chín Ở nước ta, mía chín khi thời tiết bắt đầu lạnh và khô Nơi nào

có mùa khô rõ ràng nhất thì dễ đạt hàm lượng đường cao hơn nơi khác Do đó, đối vớivùng có hệ thống tưới tiêu nhân tạo, người ta thúc mía chín bằng cách ngừng tướinước vài tuần trước khi thu hoạch

• Sau thu hoạch mía hàm lượng đường saccharose giảm nhanh, do đó mía cần được vậnchuyển về nhà máy và ép càng sớm càng tốt.

1.1 Phân loại mía [3]:

 Cây mía thuộc họ hoà thảo, giống sacarum, được chia làm 3 nhóm chính:

 Nhóm Sacarum officinarum: là giống thường gặp và bao gồm phần lớn các chủng

đang trồng phổ biến trên thế giới

 Nhóm Sacarum violaceum: Lá màu tím, cây ngắn cứng và không trổ cờ.

 Nhóm Sacarum simense: Cây nhỏ cứng, thân màu vàng nâu nhạt, trồng từ lâu ở

Trung Quốc

 Do mía là cây công nghiệp và chính theo mùa vụ nên công nghệ sản xuất đườngsaccharose từ mía được chia làm hai nhánh là “Sản xuất đường thô và Tinh luyệnđường” Khi mía chín, các nhà máy tập trung chủ yếu vào ép mía, lọc sơ bộ và kếttinh để thu được đường thô Ngoài các vụ mía, các nhà máy sẽ hòa tan đường thô, tinhlọc để sản xuất đường tinh luyện

1.2 Thành phần mía và nước mía [4]:

• Thành phần hóa học của mía phụ thuộc vào giống mía, đất đai, khí hậu, mức độ chín,sâu bệnh,…

Bảng 1: Thành phần hóa học của mía.

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

+ Phản ứng với axit photphoric tạo Ca3(PO4)2

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

 Khí SO2:

+ Trung hòa lượng vôi thừa: Ca(OH)2+ H2SO3 = CaSO3+H2O

+ Làm giảm độ kiềm, độ nhớt của dung dịch

+ Tẩy màu và ngăn ngừa sự tạo màu

 P2O5: Tạo kết tủa Ca3(PO4)2 có tỷ trọng lớn có khả năng hấp phụ chất keo và chất màucùng kết tủa giúp làm sạch mía

 Hóa chất tẩy màu: penton- kết hợp giữa nước oxy già với sắt sunphat

III QUY TRÌNH:

Hình 3: Quy trình sản xuất mía đường

Giải thích công nghệ:

Hình 4: Thu gom mía [5]

Mía cây sau khi qua quá trình thu mua, cân kiểm cả về số lượng và chất lượng,mía cây được xếp vào bãi chứa Từ đây, mía được nạp vào hệ thống băm và xé tơi nhằmnâng cao lượng xử lý mía và hiệu suất ép Sau khi khử một phần các tạp chất còn trong

đó, mía được chuyển tới các trục ép mía

Hình 5: Dây chuyền công nghệ mía đường[6]

1. Quy trình ép

Quy trình ép được sử dụng theo phương pháp thẩm thấu ngược, nhằm tận thu đượchết lượng nước mía còn lại trong bã mía Nước mía từ máy ép 3 được quay về thẩm thấutrước máy ép 2 Nước mía từ máy ép 4 được thẩm thấu về trước máy ép 3 Trước máy ép

4 dùng nước nóng có nhiệt độ khoảng 65 - 750C để thẩm thấu lại Trong quá trình ép,lượng nước thẩm thấu là 22-25% so với nước mía, qua đó, làm tăng hiệu suất thu hồinước mía của máy ép thông qua bộ trục và đồng thời, ta thu được nước mía hỗn hợp và

bã Bã mía còn lại được dùng để tạo hơi, chạy máy phát điện cung cấp cho quá trình sảnxuất Nước mía sau khi ép kiệt được đưa sang khâu hóa chế Tại đây các hóa chất đượcthêm vào bao gồm: bổ sung lượng sữa vôi nhằm khống chế pH (6,4- 6,6), tiếp theo làH3PO4 để nồng độ P2O5 là 350- 400ppm [7]

2. Công đoạn làm sạch: có tác dụng:

- Loại tối đa chất không đường ra khỏi nước mía hỗn hợp đặc biệt là những chất cóhoạt tính bề mặt và chất keo

- Trung hoà nước mía hỗn hợp

- Loại tất cả những chất rắn dạng lơ lửng trong nước mía

Hình 6: Sơ đồ công nghệ làm sạch mía

Nước mía hỗn hợp được gia vôi sơ bộ (pH= 6,4- 6,6) nhằm giảm sự chuyển hóa đường

do pH thấp (ở điều kiện axit đường saccaroza sẽ bị chuyển hóa thành fructoza vàglucoza), đồng thời, tạo nhiều ion Ca2+

Gia nhiệt lần 1, tăng nhiệt độ dung dịch 55- 60oC nhằm tăng quá trình ngưng tụ keo Sau

đó, xông SO2 lần 1 để đưa pH về trung tính, tránh sự chuyển hóa saccaroza và phân hủyđường Gia nhiệt lần 2 ở 103- 105oC để tiếp tục tạo kết tủa, giảm độ nhớt và tăng độ lắng.Qua quá trình lắng, ta thu được nước lắng trong và nước bùn Nước bùn qua lọc chânkhông thu lại được lượng nước lọc trong, quay lại tham gia tiếp quá trình gia nhiệt 3 ở115- 117oC Lượng bùn thải sẽ được đem sử dụng làm phân bón cho mía, cà phê, cao su.Sau khi gia nhiệt, toàn bộ lượng dung dịch đem bốc hơi, cô đặc đường thành dạng mậtchè, chuẩn bị cho công đoạn nấu đường Trong quá trình bốc hơi, do tác dụng của nhiệt

độ cao và cô đặc dung dịch đường nên thường xảy ra các quá trình hóa học Điều đó ảnhhưởng đến chất lượng sản phẩm, thu hồi và giảm hiệu năng bốc hơi

Lúc này bán thành phẩm thu được là chè thô có lẫn màu tạp chất Chè thô sau khi qua thiết bị xông SO2 để loại bỏ các tạp chất màu được gọi là chè tinh, chúng được tiếp tục được đưa sang khâu nấu đường [8,9]

3. Công đoạn nấu đường:

Nhiệm vụ của nấu đường là tách nước từ mật chè, đưa dung dịch đến quá bão hòa Sản phẩm nhận được khi nấu gọi là đường non gồm tinh thể đường và mật cái Quá trình nấu đường được thực hiện trong nồi nấu chân không để giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, tránh hiện tượng caramen hóa và phân hủy đường [10]

Hình 7: Sơ đồ nấu đường

Sau khi có được mật chè tinh ta bơm mật chè tinh vào nồi nấu Nấu đường theo hệ thống nấu 3 hệ Mật chè tinh dùng để nấu đường non A và nấu giống (tạo mầm tinh thể) Giống được nấu riêng một nồi: dùng một lượng bột đường nghiền nhỏ 20-150µm cho vào nồi nấu để tạo nhân tinh thể, mầm tinh thể tạo thành đưa sang nấu đường A Đường non A sau khi trợ tinh, ly tâm ra được đường kính trắng và mật A1, A2 Đường kính trắng được phân loại và kiểm tra sau đó nhập kho Còn mật A1 bơm đi nấu non B và giống B,C còn

mật A2 bơm đi nấu non A, non B Đường non B sau khi trợ tinh ly tâm ta ra được đường

B và mật B, đường cát B sau đó thùng chứa hồ B rồi bơm lên làm giống nấu non A còn mật B được bơm đi nấu non C, đường non C sau khi trợ tinh ly tâm ta ra được đường cát

C và mật C Đường cát C ta dùng nước mía lắng trong làm chè hồi dung trở lại sông SO2 lần 2 hòa lẫn mật chè tinh bổ sung cho nấu A và giống B,C Còn mật C vì độ thuần khiết quá thấp không tái sử dụng được ta bơm đi thùng chứa mật phế (gọi là mật rỉ)

Thời gian nấu các loại đường:

4. Công đoạn ly tâm:

Đường non A, B, C sau khi trợ tinh xong được đưa xuống bộ phận ly tâm Đây là giai đoạn tách tinh thể đường ra khỏi mật bằng lực ly tâm với tốc độ cao, sau ly tâm ta nhận được đường Cát A, Cát B, Cát C, mật nâu và mật trắng Đường non sau khi được trợ tinh

xả xuống máng phân phối, khuấy đều và phân phối về các máy ly tâm Quá trình ly tâm:

Mở máy ly tâm quay khi đạt tốc độ ly tâm cho đường non vào phân phối đều trong thùng,khi máy đạt tốc độ cực đại phần lớn mật trong đường non được tách ra(mật rỉ)

Hình 8: Mật rỉ [12]

Sau đó đường A (thành phẩm) được rửa nước và rửa hơi để rửa nước mật rỉ còn bám trên mặt đường, ta được đường trắng thành phẩm Đường non B, C được thực hiện theo quá trình trên Đường sau khi ly tâm được đưa xuống sàng lắc rồi được gầu tải chuyển xuống máy sấy Sấy đường làm cho hạt đường khô (tách phần nước trên bề mặt hạt đường), bóng , sáng màu, không biến chất khi bảo quản Đường sấy xong được làm nguội đến nhiệt độ phòng.

Sau khi sấy và được làm nguội được băng tải chuyển đến bộ phận đóng bao (50kg/bao), đường thành phẩm được bảo quản trong kho chứa đủ tiêu chuẩn đảm bảo đường không bị

ẩm hay bị biến chất

Chè tinh sau khi nấu bao gồm có đường non A, đường non B, đường non C Cả ba loạiđường này khi cho qua thiết bị ly tâm sẽ thu được mật A, B, C; đường B, đường C và sảnphẩm chính là đường cát trắng sẽ được đưa sang khâu sấy, phân loại rồi đem đóng bao vànhập kho

hỗn hợp Hỗn hợp nước mía ép từ các máy ép.

Bã mía Phần còn lại sau khi mía đi qua toàn bộ dàn ép (Dựa theo thứ tự máy ép,

ta có được bã máy ép I, bã máy ép II… bã máy ép cuối gọi là bã mía).Nước bùn Hỗn hợp thu được ở đáy thiết bị lắng

Nước mía

lọc trong

Nước mía thu được từ nước bùn sau khi qua lọc

Hình 9: Đường cát trắng của công

ty cổ phần đường Bình Định [13]

Nước mía

trong Nước mía thu được sau khi xử lý làm sạch.

Bùn lọc Phần còn lại của nước bùn sau khi tách nước mía lọc trong

non Hỗn hợp tinh thể đường và mẫu dịch khi xả đường từ nồi nấu đường chânkhông Dựa theo thứ tự nấu đường có được đường non A, B, C

IV CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG:

1 Nước thải:

Trong quá trình sản xuất, Công ty Cổ phần Mía đường Bình Định đã sử dụng một

lượng nước lớn Đặc trưng của nước thải ngành mía đường:

Bảng 3: Thông số ô nhiễm nước thải của nhà máy đường [14]

STT Chỉ Tiêu Đơn Vị Gía Trị Chất lượng(loại B)

Bảng 4: Giá trị BOD 5 trong nước thải ngành mía đường [15]

Các loại nước thải NM đường

thô(mg/L)

NM tinh chếđường(mg/L)

Nước rửa xe các loại - 15000-18000

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 từcác quy trình khác có tổng chất rắn lơ lửng không đáng kể Chỉ có một phần than hoạttính bị thất thoát theo nước, một ít bột trợ lọc, vải lọc do mục nát tạo thành các sợi nhỏ lơlửng trong nước Nhưng trong điều kiện các thiết bị lạc hậu, bị rò rỉ thì hàm lượng cácchất rắn huyền phù trong nước thải có thể tăng cao

Ngoài các chất đã nói trên, trong nước thải nhà máy đường còn thất thoát lượngđường khá lớn, gây thiệt 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 tụccác cột tẩy màu resin và các chất không đường dạng hữu cơ(các axit hữu cơ), dạng vôcơ(Na2O, SiO2, P2O5, Ca, Mg và K2O) Trong nước thải xả rửa các cột resin thường cónhiều ion H+, OH-

Tính chất và đặc trưng nước thải qua các công đoạn không giống nhau, có khi có biếnđộng rất lớn:

Bảng 5: Đặc tính nước thải ở các công đoạn sản xuất [16]

Nước thải từ đáy tháp chưng cất 24500-95600 5500-22500

-Các chất hữu cơ và đường có trong nước thải dễ phân hủy, vì vậy gây kiệt oxy trong nước, làm ảnh hưởng đến hoạt động của HST thủy sinh của lưu vực tiếp nhận Các chất này dễ bị phân hủy bởi các vsv gây mùi hôi thối, làm ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận

Phần lớn chất rắn lơ lửng ở dạng vô cơ, khi thải ra môi trường tự nhiên các chất này có thể lắng và tạo thành một lớp trầm tích đáy, phá hủy hệ sinh vật làm nguồn 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 gây mùi thối, CO2 và CH4 là những khí gây ra hiệu ứng nhàkính

Ngoài ra, nước thải nhà máy đường,từ các công đoạn làm mát, thường có nhiệt độ cao, làm ức chế hoạt động của vsv và các loài động thực vật thủy sinh