Dựa trên các cơ sở dữ liệu thu thập đƣợc, từ đó tính toán đầu vào, đầu ra của một hoạt động sản xuất, trên cơ sở đó xây dựng cân bằng vật chất. Định luật “Bảo toán vật chất” đƣợc ứng dụng nhƣ là một công cụ quan trọng để thực hiện việc kiểm toán chất thải công nghiệp.
a. Lý thuyết chung về cân bằng vật chất
Theo định luật bảo toàn vật chất, khi có một quá trình biến đổi vật chất xảy ra, chất này mất đi thì phải sinh ra chất khác, vật chất không bao giờ mất đi. Từ định luật này chúng ta có thể thiết lập đƣợc các phƣơng trình tính toán sự biến đổi chất ô nhiễm từ nơi này di chuyển sang nơi khác.
Phân tích cân bằng vật chất phụ thuộc vào khu vực, không gian cụ thể. Giả thiết rằng khu vực nghiên cứu có một đƣờng biên giới hạn, ta có thể xác định đƣợc lƣợng vật chất đi qua cũng nhƣ lƣợng vật chất bị hấp thụ, tích tụ trong phạm vi khu vực đó. Một chất nào đó đi vào phạm vi khu vực nghiên cứu (biên của hệ) sẽ biến đổi thành ba dạng: một phần giữ nguyên tính chất và đi ra khỏi khu vực, một phần tích tụ trong khu vực và có thể một phần bị hấp thu biến đổi thành vật chất khác. Nhƣ vậy ta có thể thiết lập đƣợc phƣơng trình cân bằng vật chất theo thời gian nhƣ sau (hình 2.1):
Lƣợng chất đầu vào = Lƣợng chất đầu ra + Lƣợng chất tích tụ + Lƣợng chất tiêu hủy
b. Cân bằng vật chất sử dụng thuật toán
Vấn đề cân bằng vật chất rất đa dạng bao gồm các vấn đề đơn giản hoặc các vấn đề phức tạp. Đối với các vấn đề đơn giản thƣờng liên quan đến một dòng vật chất hay các quá trình chuyển hóa bậc 1 và chỉ cần tính toán đơn giản để tìm ra các đại lƣợng chƣa biết. Trong các trƣờng hợp quy trình sản xuất có nhiều công đoạn và quá trình chuyển hóa xảy ra phức tạp qua nhiều giai đoạn (bậc 2, 3), khi đó tính toán cân bằng vật chất sẽ phức tạp hơn. Để giải quyết cân bằng vật chất trong các
Tích tụ + Tiêu hủy
Đầu vào Đầu ra
trƣờng hợp này cần áp dụng các phƣơng pháp toán học để giải các phƣơng trình tuyến tính hoặc không tuyến tính. Trong các trƣờng hợp này cần viết cân bằng vật chất cho mỗi bộ phận thiết bị và cho toàn bộ quá trình.
Trong thực tế cân bằng vật chất chung thƣờng là tổng hợp của các cân bằng của mỗi bộ phận thiết bị. Cân bằng riêng này có thể độc lập với nhau hoặc phụ thuộc tuyến tính. Ngoài ra, cân bằng vật chất chung thƣờng liên quan đến các điểm giao của các bộ phận thiết bị. Do vậy để dễ tính toán có thể thiết lập cân bằng vật chất tại điểm giao của các dòng vật chất (hình 2.2).
c. Cân bằng vật chất cho toàn bộ quy trình sản xuất
Dƣới đây là sơ đồ cân bằng vật chất của một quy trình sản xuất (hình 2.3). Theo hình này thì các yếu tố đầu vào của một cơ sở sản xuất bao gồm:
- Nhiên liệu - Nguyên liệu thô - Nƣớc cấp - Hóa chất
Trong khi đó đầu ra của cơ sở sản xuất sẽ bao gồm: - Các sản phẩm (sản phẩm chính/ sản phẩm phụ)
- Các loại chất thải: nƣớc thải, khí thải, chất thải rắn và các loại chất thải khác (nhiệt độ, tiếng ồn…)
Dòng b
Dòng a Dòng c
Điểm giao
Hình 2. 3: Sơ đồ cân bằng vật chất của một quá trình sản xuất 2.2.4. Tính toán, phân tích và đánh giá tổng hợp
Dựa trên các số liệu thu thập đƣợc và các phép tính toán, đánh giá và dự báo những vấn đề liên quan. Các số liệu thu thập đƣợc xử lý, phân loại thống kê, so sánh với nhau và với các tiêu chuẩn môi trƣờng, từ đó đƣa ra những kết luận hợp lý về các vấn đề môi trƣờng mà nhà máy đang mắc phải, đồng thời kiến nghị các giải pháp thích hợp nhằm cải thiện môi trƣờng và nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên cho nhà máy.
2.3. CƠ SỞ SỐ LIỆU
Số liệu nghiên cứu áp dụng tại nhà máy chế biến tinh bột sắn Bá Thƣớc chủ yếu đƣợc cung cấp từ phòng kỹ thuật của nhà máy. Trên cơ sở tƣ liệu hóa phân tích các thông tin tài liệu có liên quan nhƣ báo cáo kết quả giám sát môi trƣờng, các số liệu này đƣợc sử dụng làm cơ sở để tính toán và đánh giá các số liệu quan trắc sau khi nhà máy đi vào hoạt động và đồng thời cũng là cơ sở cho việc tính toán trong tài liệu này.
Nguyên liệu thô
Quy trình sản xuất Sản phẩm Nƣớc/ không khí Nhiên liệu Chất phụ gia Nƣớc thải Khí thải Chất thải rắn Chất thải khác
Tiêu chuẩn dùng để so sánh và đánh giá:
- Quyết định số 16/2008/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2008 của Bộ trƣởng Bộ Tài nguyên môi trƣờng về việc ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trƣờng:
+ QCVN 08 : 2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc mặt;
+ QCVN 09 : 2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc ngầm;
+ QCVN 14 : 2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc thải sinh hoạt;
+ QCVN 40 : 2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Căn cứ tiêu chuẩn về chất lƣợng môi trƣờng không khí:
+ QCVN 05 : 2013/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng không khí xung quanh;
+ QCVN 06 : 2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về một số chất độc hại trong không khí xung quanh;
+ QCVN 26 : 2010/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về tiếng ồn; + Tiêu chuẩn ban hành theo quyết định số 3733 : 2002/BYT ngày 10/10/2002 của Bộ Y Tế về việc ban hành 21 tiêu chuẩn vệ sinh lao động, 5 nguyên tắc và 7 thông số vệ sinh lao động.
CHƢƠNG 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT TẠI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN BÁ THƢỚC BỘT SẮN BÁ THƢỚC
3.1.1. Quy trình sản xuất tinh bột sắn
Công nghệ chế biến tinh bột sắn của nhà máy (hình 3.1) là công nghệ chế biến của Thái Lan gồm các công nghệ: công nghệ tách phân rã và ly tâm phun tách bã, phun sấy, vận hành theo nguyên tắc liên tục, khép kín và tự động. Phƣơng pháp này tạo ra hiệu quả cạnh tranh cao, chất lƣợng tốt, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu ra thị trƣờng quốc tế.
Mô tả chi tiết các công đoạn sản xuất chính
Công đoạn 1: Nạp nguyên liệu
Củ sắn tƣơi đƣợc chứa tại sân của nhà máy và chuyển vào phễu chứa bằng băng tải. Thời gian xử lý củ sắn tƣơi từ khi thu hoạch đến khi đƣa vào chế biến càng nhanh càng tốt để tránh tổn thất tinh bột. Thực hành tại nhà máy là không quá 48 giờ.
Phễu tiếp liệu thƣờng đƣợc chế tạo với mặt nghiêng để đảm bảo cho nguyên liệu có thể trƣợt xuống dễ dàng. Cấu trúc phễu cứng và chắc, cho phép đổ sắn củ tới đầy miệng phễu. Bên dƣới phễu có một sàng rung, sàng này hoạt động tạo rung từ trục cam quay bằng mô tơ điện. Sàng rung có nhiệm vụ tiếp tục tách một phần đất đá còn bám vào củ sắn.
Công đoạn 2: Tách tạp chất, bóc vỏ và rửa củ
Công đoạn này đƣợc tiến hành nhằm loại bỏ các tạp chất có trên vỏ củ sắn bao gồm các bƣớc rửa sơ bộ, tách đất đá, tách vỏ cứng và rửa lại bằng nƣớc.
Máy bóc vỏ đƣợc dùng để tách vỏ cứng ra khỏi củ. Củ sắn đƣợc đƣa từ bồn chứa đến máy bóc vỏ bằng một băng tải. Tại đây cát, đất và chất thải khác tiếp tục đƣợc loại bỏ trong điều kiện ấm. Máy bóc vỏ đƣợc thiết kế theo hình ống có gắn thanh thép trên thành ống nhƣ một lồng xoáy có khe hở rộng khoảng 1cm.
Củ sắn sau khi bóc vỏ đƣợc chuyển đến máy rửa gồm 2 máng nƣớc. Quá trình rửa đƣợc tiến hành bằng cách phun nƣớc lên nguyên liệu sắn củ với những
bánh chèo đặt trong máng nƣớc. Tại đây, quá trình rửa và làm sạch có nhiệm vụ loại bỏ lớp vỏ ngoài cũng nhƣ mọi tạp chất khác.
Công đoạn 3: Băm và nghiền sắn củ
Mục đích của quá trình này nhằm làm vỡ củ, tạo thành các mảnh nhỏ, làm tăng khả năng tinh bột hòa trong nƣớc và tách bã.
Củ sắn khi ra khỏi máy rửa, qua băng tải, đƣợc băm thành những mảnh nhỏ khoảng 10 – 20 cm tại máy băm. Sau khi băm, nguyên liệu đƣợc chuyển vào máy nghiền bằng vít tải. Nghiền xong đƣợc bơm nƣớc sạch vào khuấy trộn để tạo thành một hỗn hợp bã – bột – nƣớc trƣớc khi chuyển đến công đoạn tiếp theo.
Công đoạn 4: Ly tâm tách bã
Ly tâm đƣợc thực hiện nhằm cô đặc dịch sữa là loại bã xơ. Tẩy màu đƣợc tiến hành ngay sau khi hình thành dịch sữa. Trong quá trình này, tinh bột đƣợc tách khỏi sợ xenluloza, làm sạch sợi mịn trong bột sữa và tẩy trắng tinh bột để tránh lên men và làm biến màu. Để tẩy trắng tinh bột, ngƣời ta đƣa vào một lƣợng SO2 tùy theo yêu cầu độ trắng của sản phẩm.
Việc tách bã đƣợc tiến hành ba lần bằng công nghệ và thiết bị ly tâm liên tục. Tinh bột sữa sau khi đi qua bộ phận ly tâm đầu tiên với kích thƣớc khe hở hợp lý sẽ đƣợc tiếp tục bơm sang các bộ phận ly tâm tiếp theo.
Lần 1: Tách bã thô
Hỗn hợp bã - nƣớc - bột từ bể chứa đƣợc bơm qua thiết bị tách bã thô. Đây là thiết bị ly tâm kiểu nón đứng, hỗn hợp đƣợc tách làm hai phần.
- Phần không bị lọt lƣới gồm xơ lớn, mảnh vụn đƣợc tách riêng và thu gom vào máng dẫn đƣa đến hệ thống tách tinh bột tận dụng.
- Phần tinh bột tự do và xơ mịn lọt lỗ lƣới qua ống dẫn vào thùng chứa sau đó đƣợc tách dịch bào.
Lần 2: Tách dịch bào
Đây là công đoạn nhằm tách dịch bào lẫn trong dịch sữa tinh bột, nhằm ngăn chặn quá trình tạo màu và giữ đƣợc màu trắng tự nhiên của bột thành phẩm. Để tách
đến máy ly tâm, dịch tinh bột đƣợc phân riêng qua ống dẫn xuống thùng chứa và bơm qua công đoạn tiếp theo. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lần 3: Tách bã mịn
Sau khi tách xác lần cuối, dịch sữa bột chảy xuống thùng chứa và bơm đến thiết bị tách bã mịn để tách dịch bã còn lại. Lƣợng bã thô tinh và mịn đƣợc đƣa đến thiết bị tách xác tận dụng dịch sữa thu đƣợc ở đây có nồng độ tinh bột thấp đƣợc bơm về công đoạn nghiền để làm nhỏ và quay trở lại các thiết bị tách chiết suất để tận thu tinh bột.
Bã sau đó đƣợc chuyển đến bằng chuyền ép xoắn vít và thiết bị ép bã nhão nhằm loại bỏ bớt nƣớc, sau đó nhờ băng chuyền xích chuyển tải ra ngoài.
Sữa bột thu hồi từ các giai đoạn chiết tách trên chuyển đến các bồn nhỏ để hòa trộn với nƣớc, sau đó đƣợc bơm đến thiết bị chiết tách tinh thể để loại bỏ các cặn bã nhỏ, thu hồi loại sữa bột đồng nhất.
Sữa bột đồng nhất đƣợc chuyển đến bồn chứa lớn hòa trộn với nƣớc tạo thành dung dịch sữa bột.
Công đoạn 5: Ly tâm rút nước –Thu hồi tinh bột
Sau giai đoạn ly tâm tách bã, dịch sữa tinh bột đƣợc đƣa vào các thiết bị ly tâm liên tục. Mục đích của quá trình tách tinh bột là tách bớt nƣớc ra khỏi tinh bột, đƣa khối lƣợng tinh bột về độ ẩm thích hợp để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sấy tiếp theo. Trong quá trình tách tinh bột diễn ra sự tách nƣớc ra khỏi các hạt tinh bột dƣới tác dụng của trọng lực hay lực ly tâm.
Sau quá trình ly tâm tách nƣớc, tinh bột thu đƣợc đạt độ ẩm 38%, đƣợc chuyển sang công đoạn sau dƣới dạng bánh tinh bột.
Công đoạn 6: Công đoạn sấy
Bánh tinh bột sau khi đƣợc tách ra từ công đoạn trên đƣợc làm tơi và sấy khô để tiếp tục tách nƣớc nhằm mục đích bảo quản lâu dài.
Việc làm tơi tinh bột ƣớt là rất cần thiết để tăng bề mặt tiếp xúc với không khí trong quá trình sấy. Để làm tơi, bột đƣợc dẫn đến bộ phận vít tải làm tơi và bộ
Tinh bột đƣợc sấy bằng máy sấy nhanh. Tinh bột ƣớt đƣợc nạp vào máy sấy nhanh để đạt hàm lƣợng ẩm 10 – 13%. Quá trình sấy sử dụng không khí nóng đƣợc cung cấp từ hệ thống khí xoáy nóng. Lƣợng không khí đƣợc sấy nóng đi qua bộ phận lọc để làm sạch, khử bụi, tạp chất bẩn trong không khí. Không khí cấp vào máy sấy ở nhiệt độ 180 – 200oC. Quá trình sấy đƣợc hoàn tất trong thời gian rất ngắn đảm bảo cho tinh bột không bị vón và không bị cháy.
Việc giảm nhiệt độ tinh bột ngay sau khi sấy có ý nghĩa quan trọng. Vì vậy máy sấy đƣợc lắp bộ phận quạt nguội đặc biệt để hạ nhanh nhiệt độ sản phẩm.
Công đoạn 7: Đóng bao sản phẩm
Tinh bột sau khi sấy khô đƣợc tách ra khỏi dòng khí nóng, đƣợc làm nguội ngay bởi quá trình lốc xoáy gió và hoạt động đồng thời của van quay. Sau đó tinh bột này đƣợc đƣa qua rây hạt để bảo đảm tạo thành hạt tinh bột đồng nhất, không kết dính vón cục, tạo tiêu chuẩn đồng đều về độ mịn. Tinh bột sau khi rây đƣợc bao thành gói thành phẩm.
Hình 3. 1: Quy trình sản xuất tinh bột sắn kèm dòng thải Nhà máy chế biến tinh bột sắn Bá Thƣớc Sắn củ tƣơi Nạp nguyên liệu Tách tạp chất, bóc vỏ Rửa củ Băm và nghiền củ Tách, chiết suất: Công đoạn 1: tách bã thô Công đoạn 2: tách dịch bào Công đoạn 3: tách bã mịn Ly tâm tách nƣớc Sấy khô Sàng và đóng bao Sản phẩm Nƣớc thải Nƣớc thải Bã sắn Nƣớc thải Nhiệt thải
Vật liệu bao gói hỏng Bụi tinh bột
Năng lƣợng Nƣớc sạch
3.1.2. Tiêu thụ nguyên nhiên liệu
a. Nhu cầu về nguyên liệu
Để có 1 tấn tinh bột sắn thành phẩm chất lƣợng cao cần khoảng 4 tấn sắn củ tƣơi nguyên liệu. Nhƣ vậy với công suất 9.000 tấn thành phẩm tinh bột sắn chất lƣợng cao/ năm cần khoảng 36.000 tấn sắn củ tƣơi/ năm.
Lƣợng sắn đƣợc các đơn vị và nhân dân trong vùng nguyên liệu cung cấp cho nhà máy chế biến.
b. Nhu cầu vật tƣ bao bì
Nhà máy sử dụng bao bì PP và PE đạt tiêu chuẩn loại 50Kg/túi. Số lƣợng hàng năm khi nhà máy đi vào hoạt động sản xuất ổn định là 180.000 cái/năm.
c. Nhu cầu về điện
Có đƣờng điện lƣới quốc gia 35KV đi qua nhà máy, nhà máy đầu tƣ thêm một trạm biến thế 650KVA và 200m đƣờng dây 35/0,4KV và đƣờng điện hạ thế khoảng 100m sẽ đáp ứng đủ nhu cầu sản xuất của nhà máy.
Để đảm bảo ổn định sản xuất, nhà máy đã lắp đặt một máy phát có công suất 500KVA để phòng khi mất điện.
- Điện năng tiêu thụ cho 1 tấn sản phẩm là 130KW/h. - Nhu cầu điện cho sản xuất 1 ngày là :
130KW/h × 50 TSP/ngày = 6.500 KW/ngày.
- Điện cho sinh hoạt = 5% lƣợng điện sản xuất (tƣơng đƣơng với 7KW/TSP = 27KW/ngày) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
d. Nhu cầu về nƣớc
- Lƣợng nƣớc cần dùng: 30 ÷ 35 m3/TSP.
- Mỗi ngày lƣợng nƣớc phục vụ sản xuất là 1500 m3.
- Nƣớc dùng cho sinh hoạt: 77 ngƣời × 100 lít/ngày = 7.700 lít/ngày. Tổng lƣợng nƣớc cần dùng: 1500 m3 + 7,7 m3 = 1507,7 m3/ngày.
Nguồn nƣớc đƣợc dùng trong sản xuất lấy từ sông Mã đã qua xử lý lắng, lọc và khử trùng. Nƣớc dùng sinh hoạt đƣợc lấy từ nguồn nƣớc giếng khoan.
e. Nhu cầu vật tƣ khác
- Hóa chất (lƣu huỳnh): tùy theo chất lƣợng sản phẩm có đạt độ trắng