Nghiên cứu thu hồi tái sử dụng tinh bột khoai mì từ nguồn nước thải làm nguyên liệu sản xuất giấy góp phần làm giảm chi phí sản xuất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THU HỒI TÁI SỬ DỤNG TINH BỘT KHOAI MÌ TỪ NGUỒN NƯỚC THẢI LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GIẤY GĨP PHẦN LÀM GIẢM CHI PHÍ SẢN XUẤT Ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn : Th.S LÂM VÍNH SƠN Sinh viên thực MSSV: 1411090457 : NGUYỄN THỊ KIẾN TRÚC Lớp: 14DMT03 TP Hồ Chí Minh, 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học Th.S Lâm Vĩnh Sơn Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xáét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài luận văn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường đại học Công Nghệ TP.HCM không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây trình thực TP Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Thị Kiến Trúc LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp đại học cố gắng thân, em nhận giúp đỡ tập thể, cá nhân Viện Khoa Học Ứng Dụng Hutech, Trường đại học Cơng Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh Em xin chân thành cảm ơn ban Giám hiệu nhà trường, thầy cô Viện Khoa Học Ứng Dụng Hutech tạo điều kiện giúp đỡ em trình thực khóa luận tốt nghiệp Thực tế ln cho thấy thành công gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ người xung quanh giúp đỡ hay nhiều, trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt thời gian từ bắt đầu làm khóa luận tốt nghiệp đến nay, em nhận quan tâm, bảo, giúp đỡ thầy cơ, gia đình bạn bè Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Th.S Lâm Vĩnh Sơn tận tâm bảo hướng dẫn em qua buổi thảo luận đề tài nghiên cứu Nhờ có lời hướng dẫn, dạy bảo luận văn em hoàn thành cách suất sắc Mặc dù cố gắng hoàn thiện khóa luận tốt nghiệp, nhiên em khơng tránh khỏi thiếu sót, xin thầy giúp đỡ dạy Em xin chân thành cảm ơn TP.HCM, ngày… tháng… năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Thị Kiến Trúc MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN Sinh viên thực LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU 1 ĐẶT VẤN ĐỀ NỘI DUNG ĐỒ ÁN Error! Bookmark not defined ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined Phương pháp thực nghiệm: Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ VÀ NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GIẤY 1.1 Tổng quan tinh bột mì 1.1.1 Giới thiệu khoai mì 1.1.2 Thời vụ thu hoạch khoai mì 1.1.3 Cấu tạo củ khoai mì 1.1.4 Thành phần tính chất hóa học củ khoai mì 1.2 1.3 Ứng dụng tinh bột khoai mì đời sống 13 Tổng quan ngành sản xuất tinh bột mì 18 1.3.2 Tình hình sản xuất tinh bột mì Việt Nam 20 1.3.4 Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung 21 Quy trình sản xuất tinh bột mì Thái Lan 22 1.3.5 1.5 Nước thải chế biến tinh bột mì 25 1.5.1 Nguồn phát sinh 25 1.5.2 Thành phần tính chất nước thải 26 1.3.3 Vi sinh vật nước thải tinh bột mì 26 1.6 Nguyên liệu sản xuất giấy 27 Công nghệ sản xuất giấy 29 1.6.1 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THU HỒI 35 2.1 Vật liệu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.1 Nước thải tinh bột mì 35 2.1.2 Dụng cụ hóa chất 35 2.2 Phương pháp thu hồi 35 2.2.1 Phương pháp phân tích mẫu 35 2.2.2 Phương pháp thực nghiệm 36 2.2.2.1 Mơ hình thực nghiệm 36 Phương pháp khảo sát điều kiện tối ưu 37 2.2.3 2.2.3.1 Thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu 37 2.2.3.2 Thí nghiệm xác định pH tối ưu 39 2.2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 39 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.1 Thí nghiệm thu hồi tinh bột mì phương pháp hóa lý 41 3.1.1 Thi nghiệm ảnh hưởng phèn nhôm đến hiệu thu hồi tinh bột mì 41 3.1.2 Thí nghiệm ảnh hưởng pH đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì 47 Tính kinh tế rình thu hồi tinh bột mì phương pháp keo tụ: 53 3.2 Thí nghiệm thu hồi tinh bột mì phương pháp học 53 3.2.1 Thí nghiệm thu hối tinh bột lưới lọc 53 3.2 Sản phẩm giấy phương pháp thủ công 55 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD: (Biochemical Oxygen Demand) Hàm lượng chất thải có khả phân hủy theo phương pháp sinh học COD: (Chemical Oxygen Demand) Hàm lượng chất thải có khả phân hủy theo phương pháp hóa học DO: (Dessolved Oxygen) Nồng độ oxi hòa tan TSS: Turbidity & Suspendid Solids (Suspended Solid) Chất rắn lơ lửng DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân loại khoai mì Bảng 1.2: Thành phần hóa học khoai mì Bảng 1.3: Thành phần hóa học vỏ củ khoai mì bả mì Bảng 1.4: Thành phần hóa học củ khoai mì tươi Bảng 1.5: Hàm lượng tinh bột số loại củ Bảng 1.6: Công nghệ xử lý nước thải số nhà máy chế biến tinh bột khoai mì Bảng 2.1: Các thơng số quan trắc hiệu xử lý trình thực nghiệm Bảng 2.2: Quy trình thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu Bảng 2.3: Quy trình thí nghiệm xác định pH tối ưu Bảng 3.1: Khảo sát ảnh hưởng phèn nhôm đến hiệu suất xử lý độ màu Bảng 3.2: Khảo sát ảnh hưởng phèn nhôm đến hiệu suất xử lý COD Bảng 3.3: Kết nghiên cứu ảnh hưởng lượng phèn nhơm đến hiệu thu hồi tinh bột mì Bảng 3.4: Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý độ màu Bảng 3.5: Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý COD Bảng 3.6: Kết nghiên cứu ảnh hưởng pH đến hiệu thu hồi tinh bột mì DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cây khoai mì Hình 1.2: Cấu tạo củ khoai mì Hình 1.3: Phản ứng phân hủy CN- từ Linamarin Hình 1.4: Ứng dụng tinh bột mì Hình 1.5: Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung Hình 1.6: Quy trình sản xuất tinh bột mì Thái Lan Hình 3.1: Biểu đồ ảnh hưởng lượng phèn nhơm đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì Hình 3.2: Biểu đồ ảnh hưởng giá trị pH đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì Hình 3.3 Xây nhuyễn hỗn hợp Hình 3.4 Xeo giấy Hình 3.5 Sản phẩm giấy làm từ tinh bột mì Hình 3.6 Sản phẩm ứng dụng lý bắt đầu giảm Do pH nước thải giảm tăng nồng độ phèn nên tăng lượng phèn nhôm giảm khả xử lý thu hồi lượng tinh bột mì giảm.Vì mơi trường acid phèn nhôm thủy phân tồn dạng Al3+ xử lý + 2− Phèn nhôm thủy phân: Al2 (SO4 )3 + 6H 2O → Al (OH )3 + 6H + 3SO4 Khi dư phèn nhôm, pH nước có tính acid, keo Al(OH)3 dạng Al3+(aq): Al (OH )3 (s) + 6H 2O(aq) → Al 3+ (aq) + H 2O 3.1.2 Thí nghiệm ảnh hưởng pH đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì Điều kiện thi nghiệm Nồng độ CODvào: 2418 (mgO2/L) Độ màu 0.283 pH thay đổi từ – Giai đoạn phản ứng đông tụ: Thời gian khuấy 20 phút với tốc độ 140 vòng/phút; Giai đoạn tạo bơng: Thời gian khuấy 15 phút với tốc độ 40 vòng/phút; Lượng phèn nhơm thay đổi từ 200 (mg/l) Bảng 3.4: Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý độ màu PH Độ màu ban đầu Lần 0.281 0.281 0.281 0.281 0.281 0.281 Lần 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 Lần 0.280 0.280 0.280 0.280 0.280 0.280 47 TB 0.283 0.283 0.283 0.283 0.283 0.283 0.3 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 0.283 0.281 0.28 0.283 0.281 0.28 0.283 0.281 0.28 0.283 0.281 0.28 0.283 0.281 0.28 0.283 0.281 0.28 0.295 0.29 0.285 0.28 0.275 0.27 pH= pH= Lần pH=5 Lần pH= pH= pH= Trung bình Lần Hình 3.6: Biểu đồ thể độ màu ban đầu nước thải tinh bột mì Bảng 3.5: Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý độ màu PH Độ màu lúc sau Lần 0.109 0.080 0.075 0.050 0.070 0.065 Lần 0.119 0.089 0.072 0.059 0.067 0.071 48 Lần TB 0.117 0.090 0.076 0.06 0.071 0.075 0.114 0.087 0.074 0.057 0.069 0.07 0.5 0.45 0.114 0.4 0.35 0.087 0.117 0.3 0.25 0.2 0.074 0.09 0.119 0.089 0.15 0.1 0.057 0.076 0.109 0.059 0.08 0.07 0.071 0.075 0.067 0.071 0.07 0.065 0.06 0.072 0.075 0.05 0.069 0.05 pH= pH= Lần pH=5 Lần pH= Lần pH= pH= Trung bình Hình 3.7: Biểu đồ thể độ màu lúc sau nước thải tinh bột mì Nhận xét: pH ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý COD khi pH =7 pH tối ưu độ màu giảm nhiều 0.057 giảm gấp 79.72 lần Bảng 3.6: Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý COD pH COD Lần ban đầu 2512 2512 2512 2512 2512 2512 Lần 2433 2433 2433 2433 2433 2433 49 Lần TB 2310 2310 2310 2310 2310 2310 2418 2418 2418 2418 2418 2418 2550 2500 2450 2400 2512 2512 2512 2512 2512 2512 2433 2418 2433 2418 2433 2418 2433 2418 2433 2418 2433 2418 2310 2310 2310 2310 2310 2310 2350 2300 2250 2200 pH= pH= Lần pH=5 Lần pH= Lần pH= pH= Trung bình Hình 3.8: Biểu đồ thể COD ban đầu nước thải tinh bột mì Bảng 3.7: Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý COD PH COD Lần Lúc sau 1681 1512 1428 1083 1301 1412 Lần 1856 1619 1236 1227 1157 1493 Lần 1790 1423 1254 1120 1045 1568 50 TB 1776 1518 1306 1143 1168 pH=5 pH= pH= pH= 1491 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 pH= pH= Lần Lần Lần Trung bình Hình 3.9: Biểu đồ thể COD lúc sau nước thải tinh bột mì Nhận xét: pH ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý COD khi pH =7 la pH tối ưu COD giảm nhiều 1143 giảm gấp 52.72 lần Bảng 3.8: Kết nghiên cứu ảnh hưởng pH đến hiệu thu hồi tinh bột mì Nước thải sau xử lý S T Lượng T Al2(SO4)3.18H2O pH (mg/L) COD (mg/L) Hiệu suất COD (%) Độ màu Hiệu suất Lượng khử màu tinh (%) bột thu hồi(g) 200 1776 26.57 0.114 59.43 7.20 200 1518 37.23 0.087 69.04 8.67 51 200 1306 46.00 0.074 73.66 10.45 200 1143 52.72 0.057 79.72 12.34 200 1168 51.72 0.069 75.44 12.12 200 1491 38.35 0.07 75.09 11.97 90 80 79.72 75.44 73.66 70 75.09 69.04 60 59.43 52.72 50 51.72 Hiệu suất COD 46 40 38.35 37.23 30 Hiệu suất Độ màu 26.57 20 10 Hình 3.10: Biểu đồ ảnh hưởng giá trị pH đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì Nhận xét: Theo đồ thị hiệu suất độ màu COD đề tăng dần đạt cực đạt pH = chế keo tụ tạo phèn nhôm thủy phân nước tạo thành dạng keo Al(OH)3 hấp thụ tạo cặn lắng xuống pH =7 thu hồi tinh bột tối ưu 12.34g Acid : Al(OH ) (s) + 6H O(aq) → Al3+ (aq) + 6H O Base : Al(OH ) (aq) + OH (aq) → Al(OH )− (aq) 2 52 Tính kinh tế rình thu hồi tinh bột mì phương pháp keo tụ: Phèn nhôm NaOH lượng sử dụng 16,67g/l 5g/l nước thải Tổng Đơn giá 40000/500g 35000/500g Thành tiền (đồng) 2000 1000 3000 Chi phí hóa chất cho lít nước thải q trình thu hồi tinh bột mì phương pháp keo tụ 3.2 Thí nghiệm thu hồi tinh bột mì phương pháp học 3.2.1 Thí nghiệm thu hối tinh bột lưới lọc Điều kiện thi nghiệm Lưu lượng 300 ml Nồng độ CODvào: 2418 (mgO2/L) Độ màu 0.281 pH = Sau đem nước thải lọc qua lưới thu kết Nồng độ CODsau lọc = 1038 Hiệu suất đạt 57.07% Độ màu = 0.057 Hiệu suất đạt 79.72% Lượng tinh bột thu hồi = 12.23g Nhận xét: Theo kết thấy sau lọc lượng tinh bột thu đạt 12.23 gần so với thu hồi keo tụ tạo chênh lệch thu hồi keo tụ tạo bơng có chứa hóa chất Ngồi hiệu suất COD độ màu đạt 57.07% 79.72% 53 3.2.2 Thí nghiệm thu hồi tinh bột phương pháp tự lắng Điều kiện thi nghiệm Lưu lượng 300 ml Nồng độ CODvào: 2418 (mgO2/L) Độ màu 0.281 pH = Sau đem nước thải tự lắng thu kết Nồng độ CODsau lọc =1440 Hiệu suất đạt 40.45% Độ màu = 0.154 Hiệu suất đạt 45.13% Lượng tinh bột thu hồi = 7.78g 90 79.72 80 70 60 57.07 50 Hiệu suất COD 45.13 40.45 Hiệu suất Độ màu 40 Lượng tinh bột 30 20 12.23 7.78 10 Lưới lọc Tự lắng Hình 3.11 Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý lưới lọc tự lắng Nhận xét: Theo kết thu sau tự lắng thấy hiệu suất COD độ màu thấp so với lọc lưới có nhiều hạt nước thải không tự lắng mà thời gian tự lắng lâu thu lượng tinh bột thấp 54 3.2 Sản phẩm giấy phương pháp thủ công Nguyên liệu: • Bột mì • Giấy qua sử dụng • Nước Dụng cụ: • Khn để xeo giấy Các bước tiến hành: Bước1: Ngâm tinh bột mì ngày cho tinh bột mì nở ra.Sau cho tro bếp giấy qua sử dụng đêm xây nhuyễn thành hỗn hợp đêm hỗn hợp cho vào cối giã nhuyễn lần Hình 3.12 Xây nhuyễn hỗn hợp Bước 2: Lấy khuôn bỏ vào nước đem hỗn hợp trộn tràn khuôn gỗ (lắc cho hỗn hợp trải đều) 55 Hình 3.13 Xeo giấy Bước 3: Nhấc khuôn lên khỏi nước nghiên nhẹ khuôn cho nước chảy hết Đem hong khô sau dùng vải chà nhẹ bề mặt cho mịn Bước 4: Nhấc nhẹ lớp giấy khỏi khuôn đem phơi Sau khơ hồn tồn thu giấy thành phẩm Hình 3.14 Sản phẩm giấy làm từ tinh bột mì 56 Nhận xét: Sản phẩm giấy từ tinh bột thu hồi từ lọc lưới đạt chất lượng tốt hơn, giấy thu mỏng, mềm không thô ráp dày sản phẩm giấy từ tinh bột mì thu hồi keo tụ, trình thu hồi tinh bột mì keo tụ chứa hóa chất nên chật lượng giấy khơng tốt tinh bột mì thu hồi lọc lưới Sản phẩm làm từ tinh bột sau keo tụ Sản phẩm làm từ tinh bột sau lọc lưới Tỉ lệ: TB: BG = 1:1 (5g : 5g) Tỉ lệ: TB : BG = 1:1( 5g : 5g) Kích thước: L x B x H= 90 x 70 x Kích thước: L x B x H= 150x 1(mm) 95x0.5(mm) Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau keo Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau lọc tụ độ mềm thấp, màu sắc giấy có màu lưới độ mềm khá, màu sắc giấy có màu xám vàng, bề mặt giấy khơng phẳng, không trắng ngà, bề mặt giấy phẳng ghồ ghề mịn 57 Tỉ lệ: TB : BG = 1:2 ( 2g : 4g) Tỉ lệ: TB : BG = 1:2 ( 3g : 6g) Kích thước: L x B x H= 85x 50x1(mm) Kích thước: L x B x H= 120x Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau keo tụ độ mềm thấp, màu sắc giấy có màu 80x0.5(mm) Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau lọc vàng trắng, bề mặt giấy sạm, ghồ ghề không lưới độ mềm khá, màu sắc giấy có màu trắng sáng, bề mặt giấy phẳng, láng độ mịn dẻo Tỉ lệ: TB : BG = 2:1 ( 4g : 2g) Tỉ lệ: TB : BG = 2:1 ( 6g : 3g) Kích thước: L x B x H= 127x Kích thước: L x B x H= 97x 45x1(mm) 44x0.5(mm) Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau keo Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau lọc tụ độ mềm thấp, màu sắc giấy có màu lưới độ mềm khá, màu sắc giấy có màu xám vàng, bề mặt giấy nhăn, không mịn, trắng ngà, bề mặt giấy không phẳng độ cứng dẻo khá, độ lắng chưa đạt 58 Nhận xét chung: qua sản phẩm giấy làm theo tỷ lệ ta thấy sản phẩm giấy làm từ tnh bột lọc lưới đạt tốt độ sáng, độ phẳng độ dẻo nhiên độ lắng chưa đạt cần phải qua mài nhẵn hơn, độ dày cần phải qua máy ép mỏng Sản phẩm ứng dụng: Hình 3.15 Sản phẩm ứng dụng 59 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết thí nghiện cho thấy nước thải tinh bột chứa nhiều tinh bột không gây ô nhiễm môi trường mà thu hồi lượng lớn để làm giảm chi phí sản xuất chi phí xử lý Thu hồi tinh bột nước nước thải để làm giấy giúp thân thiện mơi trường mang lại lợi ích kinh tế cho nhà sản xuất Bài nghiên cứu đưa giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước ngành cơng nghiệp sản xuất tinh bột mì đưa biện pháp làm giấy thủ công từ tinh bột mì Tuy nhiên cần phải nghiên cứu thêm ứng dụng khác thân thiện với môi trường 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO I TIẾNG VIỆT Bảo quản chế biến sắn, Cao Văn Hùng, 200, [5] Quản lý công nghiệp ngành chế biến tinh bột sắn Việt Nam, Lê Văn Khoa, 2002,[6] Lê Văn Khoa, SanderBoot, (2002), Quản lý môi trường ngành chế biến tinh bột sắn Việt Nam Công ty môi trường Ngọc Lân, “Xử lý nước thải tinh bột sắn”, http://xulymoitruong.com/xu-ly-nuoc-thai-tinh-bot-san-2283/ Viện khoa học kỹ thuật Miền Nam, Ngày 03/03/2014 “Sản xuất sắn giới Việt Nam”, http://iasvn.org/chuyen-muc/San-xuat-San-tren-thegioi-&-Viet-Nam-4373.html II TIẾNG ANH Gary W Vanloon and Stephen j Duffy, (2000), Environmental Chemistry A Global Perspective, Oxfỏd University press, New York Paper JAAPU PO Bõ 154 Eltehes planad 2, FIN – 00131 HELSINKI Finald 61 ... Nghiên cứu thu hồi tái sử dụng tinh bột mì từ nguồn nước thải nguyên liệu sản xuất giấy góp phần giảm thiểu chi phí sản xuất với mong muốn góp phần vào phát triển bền vững ngành chế biến tinh. .. biến tinh bột khoai mì Mục đích đồ án Thu hồi tái sử dụng tinh bột mì từ nguồn nước thải làm nguyên liệu sản xuất giấy góp phần giảm thiểu chi phí Mục tiêu đồ án - Thông qua nghiên cứu đề tài... tiễn Thu hồi lượng tinh bột mì nước thải góp phần làm tăng khả xử lý nước thải tốt giảm chi phí sản xuất cho doanh nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ VÀ NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GIẤY