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

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ XX NĂM 2018 TÊN CƠNG TRÌNH: NGHIÊN CỨU THU HỒI TÁI SỬ DỤNG TINH BỘT MÌ TỪ NGUỒN NƯỚC THẢI LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GÓP PHẦN GIẢM THIỂU CHI PHÍ SẢN XUẤT LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Tài nguyên Và Môi trường CHUYÊN NGÀNH: Kỹ thuật môi trường Mã số cơng trình: …………………………… (Phần BTC Giải thưởng ghi) MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU 10 Đặt vấn đề 10 Mục tiêu tổng quát 11 Mục tiêu cụ thể 11 Yêu cầu nghiên cứu 11 Ý nghĩa nghiên cứu 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ VÀ 13 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GIẤY 13 1.1 Tổng quan tinh bột mì 13 1.1.1 Giới thiệu khoai mì 13 1.1.2 Thời vụ thu hoạch khoai mì 14 1.1.3 Cấu tạo củ khoai mì 15 1.1.4 Thành phần tính chất hóa học củ khoai mì 16 1.2 Ứng dụng tinh bột khoai mì đời sống 22 1.3 Tổng quan ngành sản xuất tinh bột mì 27 1.3.1 Tình hình chế bến tinh bột mì giới khu vực Châu Á 27 1.3.2 Tình hình sản xuất tinh bột mì Việt Nam 29 1.3.4 Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung 30 1.3.5 Quy trình sản xuất tinh bột mì Thái Lan 31 1.4 Nước thải chế biến tinh bột mì 33 1.4.1 Nguồn phát sinh 34 1.4.2 Thành phần tính chất nước thải 34 1.4.3 Vi sinh vật nước thải tinh bột mì 35 1.5 Nguyên liệu sản xuất giấy 36 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THU HỒI 43 2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 43 2.1.2 Đối tượng nghiên cứu 43 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 43 2.1.3 Địa điểm thời gian đồ án 43 2.1.4 Dụng cụ hóa chất 43 2.2 Phương pháp nghiên cứu 44 2.2.1 Phương pháp khảo sát thu hồi keo tụ 44 2.2.1.1 Thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu 44 2.2.1.2 Thí nghiệm xác định pH tối ưu 45 2.2.2 Phương pháp khảo sát thu hồi học 47 2.2.2.1 Thí nghiệm thu hồi lọc lưới 47 2.2.3 Phương pháp thực nghiệm 47 2.2.4 Mơ hình thực nghiệm 48 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 3.1 So sánh tiêu nước thải tinh bột mì với 49 3.2Thí nghiệm thu hồi tinh bột mì phương pháp hóa lý 58 3.2.1 Kết ảnh hưởng phèn nhôm đến hiệu thu hồi tinh bột mì 58 3.2.2 Thí nghiệm ảnh hưởng pH đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì 65 3.3 Thí nghiệm thu hồi tinh bột mì phương pháp học 72 3.3.1 Thí nghiệm thu hối tinh bột lưới lọc 72 3.3.2 Thí nghiệm thu hồi tinh bột phương pháp tự lắng 73 3.3 Thí nghiệm sản phẩm giấy từ phương pháp thu hồi 75 3.3.1 Sản phẩm giấy từ phương pháp keo tụ 75 3.3.2 Sản phẩm giấy từ phương pháp học 81 3.4 Sản phẩm ứng dụng 92 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 I TIẾNG VIỆT 94 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: Phân loại khoai mì 14 Bảng 2: Thành phần hóa học khoai mì 17 Bảng 3: Thành phần hóa học vỏ củ khoai mì bả mì 17 Bảng 4: Thành phần hóa học củ khoai mì tươi 18 Bảng 5: Thành phần hóa học số loại gỗ 38 Bảng 1: Quy trình thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu .44 Bảng 2: Quy trình thí nghiệm xác định pH tối ưu 45 Bảng 1: Kết phân tích nước thải sở 49 Bảng 2: Kết phân tích nước thải sở 49 Bảng 3 : Kết phân tích nước thải sở 50 Bảng 4: Khảo sát độ màu ban đầu nước thải tinh bột mì 59 Bảng 5: Độ màu nước thải tinh bột mì sau hóa lý 60 Bảng 6: Khảo sát COD ban đầu nước thải tinh bột mì 62 Bảng 7: Khảo sát COD lúc sau nước thải tinh bột mì 63 Bảng 8: Kết nghiên cứu ảnh hưởng lượng phèn nhơm đến hiệu thu hồi tinh bột mì 64 Bảng 9: Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý độ màu 66 Bảng 3.10: Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý độ màu 67 Bảng 11: Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý COD 68 Bảng 12: Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý COD 69 Bảng 3.13: Kết nghiên cứu ảnh hưởng pH đến hiệu thu hồi tinh bột mì 70 Bảng 14: So sánh sản phẩm giấy thủ công hai phương án 91 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Cây khoai mì 13 Hình 2: Cấu tạo củ khoai mì 15 Hình 3: Ứng dụng tinh bột mì 26 Hình 4: Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung 30 Hình 5:Quy trình sản xuất tinh bột mì Thái Lan 33 Hình 1: Mơ hình Jartest 46 Hình 1: Biểu đồ thể độ pH nước thải tinh bột mì sở sản xuất 51 Hình 2: Biểu đồ thể hàm lượng COD nước thải sở sản xuất 52 Hình 3: Biểu đồ thể hàm lượng BOD5 nước thải sở 53 Hình 3.4: Biểu đồ thể hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng nước thải sở sản xuất 54 Hình 5: Biểu đồ thể tổng Nitơ nước thải sở sản xuất55 Hình 6: Biểu đồ thể tổng Phospho nước thải sở sản xuất 56 Hình 7: Biểu đồ thể hàm lượng Xyanua (CN-) nước thải sở 57 Hình 8: Biểu đồ thể độ màu ban đầu nước thải tinh bột mì 60 Hình 9: Biểu đồ thể độ màu sau hóa lý nước thải tinh bột mì 61 Hình 10: Biểu đồ thể COD đầu vào nước thải tinh bột mì 62 Hình 11: Biểu đồ thể COD sau hóa lý nước thải tinh bột mì 63 Hình 12: Biểu đồ thể hiệu suất COD độ màu sau hóa lý 65 Hình 13: Biểu đồ thể độ màu ban đầu nước thải tinh bột mì 67 Hình 14: Biểu đồ thể độ màu lúc sau nước thải tinh bột mì 68 Hình 3.15: Biểu đồ thể COD ban đầu nước thải tinh bột mì 69 Hình 16: Biểu đồ thể COD lúc sau nước thải tinh bột mì 70 Hình 3.17: Biểu đồ ảnh hưởng giá trị pH đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì 71 Hình 18: Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý lưới lọc tự lắng 73 Hình 19: Xây nhuyễn hỗn hợp 75 Hình 20: Xeo giấy 76 Hình 21: Sản phẩm giấy (TB : BG =1:1) 76 Hình 3.22: Xây nhuyễn hỗn hợp 77 Hình 3.23 : Xeo giấy 78 Hình 3.24: Sản phẩm giấy (TB : BG =1:2) 78 Hình 3.25: Xây nhuyễn hỗn hợp 79 Hình 3.26: Xeo giấy 80 Hình 3.27: Sản phẩm giấy (TB : BG =2:1) 80 Hình 28: Xây nhuyễn hỗn hợp 82 Hình 29: Xeo giấy 82 Hình 3.30: Sản phẩm giấy (TB : BG =1:1) 83 Hình 3.31: Xây nhuyễn hỗn hợp 83 Hình 32: Xeo giấy 84 Hình 3.33: Sản phẩm giấy (TB : BG =1:1) 84 Hình 3.34: Xây nhuyễn hỗn hợp 85 Hình 3.35: Xeo giấy 86 Hình 36: Sản phẩm giấy (TB : BG =1:1) 86 Hình 3.37: Xây nhuyễn hỗn hợp 87 Hình 38: Xeo giấy 88 Hình 3.39: Sản phẩm giấy (TB : BG =1:1) 88 Hình 3.40: Xây nhuyễn hỗn hợp 89 Hình 3.41: Xeo giấy 90 Hình 3.42: Sản phẩm giấy (TB : BG =1:1) 90 10 LỜI MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Sắn (hay cịn gọi khoai mì) có tên khoa học Manihot Esculenta lương thực ưa ẩm, phát nguồn từ lưu vực sơng Amazone Nam Mỹ Đến kỉ XVI trồng châu Á Phi Ở nước ta, khoai mì trồng khắp nơi từ nam chí bắc q trình sinh trưởng phát dục khoai mì kéo dài, khoai mì giữ đất lâu nên tỉnh trung du thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hịa Bình … điều kiện trồng trọt thích hợp Khoai mì Việt Nam bao gồm nhiều loại giống Nhân dân ta thường vào kích thước, màu sắc củ, thân, gân tính chất khoai mì đắng hay (quyết định hàm lượng axit HCN cao hay thấp) mà tiến hành phân loại Tuy nhiên công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại: khoai mì đắng khoai mì Chế biến khoai mì phổ biến nước ta từ kỷ 16 Những năm gần đây, yêu cầu phát triển ngành chăn ni ngành chế biến thực phẩm từ khoai mì gia tăng Sản lượng khoai mì năm đạt khoảng triệu Việc sản xuất nhiều lượng chất thải lớn Ước tính trung bình năm gần ngành chế biến tinh bột khoai mì (bao gồm nhà máy chế biến hộ gia đình) thải môi trường 500.000 thải bã 15 triệu m3 nước thải Lượng bột mì có nước thải chiếm 30% lượng đầu vào Nó làm cho chất thải chủ yếu hợp chất hữu cơ, chất dinh dưỡng nên thải môi trường _ điều kiện khí hậu nước ta nhanh chóng bị phân hủy gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường đất, nước, khơng khí, ảnh hưởng đến mơi trường sống cộng đồng dân cư khu vực làm tăng chi phí sản xuất Trong phạm vi hẹp, nhóm em chọn đề tài “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 80 Hình 3.26: Xeo giấy Bước 3: Nhấc khuôn lên khỏi nước nghiên nhẹ khuôn cho nước chảy hết Đem hong khơ 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 3.27: Sản phẩm giấy (TB : BG =2:1) 81 Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau keo tụ độ mềm thấp, màu sắc giấy có màu xám vàng, bề mặt giấy nhăn, không mịn, cứng 3.3.2 Sản phẩm giấy từ phương pháp học Nguyên liệu:  Tinh bột mì thu hồi  Giấy qua sử dụng  Nước Dụng cụ:  Khuôn để xeo giấy 3.3.2.1 Khảo xát tỷ lệ tinh bột : bột giấy = 1:1( 5g : 5g) Các bước tiến hành: Bước1: Ngâm 5g tinh bột mì ngày cho tinh bột mì nở Sau cho 5g giấy qua sử dụng đem xây nhuyễn thành hỗn hợp đem hỗn hợp cho vào cối giã nhuyễn lần 82 Hình 28: Xây nhuyễn hỗn hợp Bước 2: Lấy khuôn bỏ vào nước đem hỗn hợp trộn tràn khuôn gỗ (lắc cho hỗn hợp trải đều) Hình 29: 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 83 Hình 3.30: Sản phẩm giấy (TB : BG =1:1) Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau lọc lưới độ mềm khá, màu sắc giấy có màu trắng sáng, bề mặt giấy phẳng, láng độ dẻo 3.3.2.1 Khảo xát tỷ lệ tinh bột : bột giấy = 1:1( 5g : 5g) Các bước tiến hành: Bước1: Ngâm 5g tinh bột mì ngày cho tinh bột mì nở Sau cho 5g giấy qua sử dụng đem xây nhuyễn thành hỗn hợp đem hỗn hợp cho vào cối giã nhuyễn lần Hình 3.31: Xây nhuyễn hỗn hợp Bước 2: Lấy khuôn bỏ vào nước đem hỗn hợp trộn tràn khuôn gỗ (lắc cho hỗn hợp trải đều) 84  Hình 3: Xeo giấy Bước 3: Nhấc khuôn lên khỏi nước nghiên nhẹ khuôn cho nước chảy hết Đem hong khơ 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 3.33: Sản phẩm giấy (TB : BG =1:1) Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau lọc lưới độ mềm khá, màu sắc giấy có 85 màu trắng sáng, bề mặt giấy phẳng, láng độ dẻo 3.3.2.2 Khảo xát tỷ lệ tinh bột : bột giấy = 1:2 ( 3g : 6g) Các bước tiến hành: Bước1: Ngâm 5g tinh bột mì ngày cho tinh bột mì nở Sau cho 5g giấy qua sử dụng đem xây nhuyễn thành hỗn hợp đem hỗn hợp cho vào cối giã nhuyễn lần Hình 3.34: Xây nhuyễn hỗn hợp Bước 2: Lấy khuôn bỏ vào nước đem hỗn hợp trộn tràn khuôn gỗ (lắc cho hỗn hợp trải đều) 86  Hình 3.35: Xeo giấy Bước 3: Nhấc khuôn lên khỏi nước nghiên nhẹ khuôn cho nước chảy hết Đem hong khơ sau dùng vải chà nhẹ bề mặt cho mịn Bước 4: Nhấc nhẹ lớp giấy khỏi khn đem phơi Sau khơ hồn tồn thu giấy thành phẩm Hình 36: Sản phẩm giấy (TB : BG =1:1) Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau lọc lưới độ mềm khá, màu sắc giấy có màu trắng sáng, bề mặt giấy phẳng, láng độ dẻo 87 3.3.2.2 Khảo xát tỷ lệ tinh bột : bột giấy = 1:2 ( 3g : 6g) Các bước tiến hành: Bước1: Ngâm 5g tinh bột mì ngày cho tinh bột mì nở Sau cho 5g giấy qua sử dụng đem xây nhuyễn thành hỗn hợp đem hỗn hợp cho vào cối giã nhuyễn lần Hình 3.37: Xây nhuyễn hỗn hợp Bước 2: Lấy khn bỏ vào nước đem hỗn hợp trộn tràn khuôn gỗ (lắc cho hỗn hợp trải đều) 88  Hình 38: 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 3.39: Sản phẩm giấy (TB : BG =1:1) 89 Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau lọc lưới độ mềm khá, màu sắc giấy có màu trắng sáng, bề mặt giấy phẳng, láng độ dẻo 3.3.2.3 Khảo xát tỷ lệ tinh bột : bột giấy = 2:1 ( 6g : 3g) Các bước tiến hành: Bước1: Ngâm 5g tinh bột mì ngày cho tinh bột mì nở Sau cho 5g giấy qua sử dụng đem xây nhuyễn thành hỗn hợp đem hỗn hợp cho vào cối giã nhuyễn lần Hình 3.40: Xây nhuyễn hỗn hợp Bước 2: Lấy khuôn bỏ vào nước đem hỗn hợp trộn tràn khuôn gỗ (lắc cho hỗn hợp trải đều) 90  Hình 3.41: Xeo giấy Bước 3: Nhấc khn lên khỏi nước nghiên nhẹ khuôn cho nước chảy hết Đem hong khơ 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 3.42: Sản phẩm giấy (TB : BG =1:1) Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau lọc lưới độ mềm khá, màu sắc giấy có màu trắng sáng, bề mặt giấy phẳng, láng độ dẻo 91 Bảng 1: So sánh sản phẩm giấy thủ công hai phương án Sản phẩm tốt làm từ tinh bột sau Sản phẩm tót làm từ tinh bột sau hóa lý học 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 80x0.5(mm) mềm thấp, màu sắc giấy có màu vàng Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau lọc lưới độ trắng, bề mặt giấy sạm, ghồ ghề không mịn mềm khá, màu sắc giấy có màu trắng sáng, bề mặt giấy phẳng, láng độ dẻo 92 Nhận xét chung: qua sản phẩm giấy làm theo tỷ lệ ta thấy sản phẩm giấy làm từ tinh 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 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 cịn chứa hóa chất nên chật lượng giấy khơng tốt tinh bột mì thu hồi lọc lưới 3.4 Sản phẩm ứng dụng Hình 3.43: Sản phẩm ứng dụng ` 93 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết thí nghiện cho thấy nước thải tinh bột cịn chứa nhiều tinh bột khơng gây nhiễm mơi trường mà cịn 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 môi 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 công nghiệp sản xuất tinh bột mì đưa biện pháp làm giấy thủ cơng từ tinh bột mì Tuy nhiên cần phải nghiên cứu thêm ứng dụng khác thân thiện với môi trường 94 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-the-gioi-&-VietNam-4373.html I 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 ... hẹp, nhóm em chọn đề tài ? ?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 11 xuất? ?? với mong muốn góp phần vào phát triển bền... biến tinh bột khoai mì Mục tiêu tổng quát 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 cụ thể - Thông qua nghiên cứu đề... tài Thu hồi lượng tinh bột mì cịn nước thải góp phần làm tăng khả xử lý nước thải tốt giảm chi phí sản xuất cho doanh nghiệp 13 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ VÀ NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT