MỞ ĐẦU Nƣớc ta đang trong quá trình công nghiệp hóa với mục tiêu phấn đấu đến năm 2020, về cơ bản Việt Nam sẽ trở thành một nƣớc công nghiệp và tất yếu là sự đô thị hóa ở các thành phố lớn. Theo dự báo, đến năm 2020 tỷ lệ đô thị hóa của nƣớc ta sẽ đạt 45% tƣơng ứng với quy mô dân số là khoảng 46 triệu ngƣời [79]. Tuy nhiên kèm theo đó là vấn đề môi trƣờng ngày càng trở nên bức xúc và cần phải đƣợc giải quyết. Từ thực tế của ngành sản xuất tinh bột sắn là một trong những ngành công nghiệp tiêu thụ nhiều nƣớc và năng lƣợng.
Hàng năm lƣợng nƣớc xả thải ra môi trƣờng của ngành khá lớn (15 m3/tấn sắn tƣơi) [48]; nƣớc thải chứa nhiều các chất hữu cơ, chất độc cyanua có độc tính cao. gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng nếu không có biện pháp xử lý hiệu quả. Với đặc trƣng của nƣớc thải chế biến tinh bột sắn có hàm lƣợng chất hữu cơ cao khi phân hủy có thể tạo thành khí metan, CO2 là những khí có thể gây hiệu ứng nhà kính, nên xu hƣớng trên thế giới ngày nay, không chỉ tập trung vào khía cạnh xử lý nƣớc thải mà còn xem xét, kết hợp việc xử lý nƣớc thải với việc tận thu, giảm phát thải khí nhà kính theo hƣớng tiếp cận cơ chế phát triển sạch – CDM. Ở Việt nam bƣớc đầu đã có một số nghiên cứu khả quan về xử lý nƣớc thải ngành tinh bột sắn theo xu thế trên nhƣng nhìn chung mới là bƣớc đầu và chƣa đạt hiệu quả cao.
Trong khi đó, ngành công nghiệp sản xuất tinh bột sắn ở nƣớc ta lại rất phát triển, đã đóng góp một phần không nhỏ vào tốc độ tăng trƣởng kinh tế. Vì vậy, việc xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn theo xu hƣớng trên là hoàn toàn có triển vọng để mở rộng và áp dụng phổ biến trong tƣơng lai. Tuy nhiên, vẫn cần phải có những nghiên cứu cụ thể hơn và phù hợp với điều kiện hiện nay của nƣớc ta. Đặc biệt là vận dụng các phƣơng pháp luận do Ủy ban Liên Chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) hƣớng dẫn để tính toán giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý nƣớc thải ngành tinh bột sắn.
Đỗ Thị Hải Vân 1 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, trong luận văn này đã tiến hành thực hiện đề tài : “Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng tiếp cận Cơ chế phát triển sạch (CDM)” với mục tiêu: xử lý ô nhiễm môi trƣờng (nƣớc thải chế biến tinh bột sắn) kết hợp thu khí giảm phát thải khí nhà kính nhằm bảo vệ môi trƣờng và tăng hiệu quả kinh tế. Nội dung nghiên cứu của luận văn: - Nghiên cứu hệ thống xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn tại cơ sở sản xuất tinh bột sắn làng nghề Dƣơng Liễu, Hà Nội đảm bảo đạt quy chuẩn xả thải theo QCVN 40/2011 BTNMT, mức B - Tính toán giảm phát thải khí nhà kính khi thu hồi và tận dụng khí metan hình thành từ quá trình phân hủy yếm khí của hệ thống xử lý nƣớc thải - Ƣớc tính hiệu quả kinh tế từ bán chứng chỉ giảm phát thát (CER) và khi thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch (than) bằng khí sinh học thu hồi. Đỗ Thị Hải Vân 2 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ Chƣơng 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Ngành chế biến tinh bột sắn 1.1 Quy trình chế biến tinh bột sắn Quy trình chế biến tinh bột sắn đƣợc thể hiện trong Hình 1.1 Quá trình chế biến tinh bột sắn cần sử dụng một lƣợng lớn nƣớc chủ yếu cho quá trình rửa và lọc. Lƣợng nƣớc thải ra trung bình 15 m3 khi sản xuất 1 tấn sắn tƣơi.
Sau khi lọc bột sắn đƣợc sấy khô bằng không khí nóng để giảm lƣợng nƣớc từ 35 - 40% xuống 11 - 13%. Quá trình này đòi hỏi nhiều năng lƣợng. Thông thƣờng nhu cầu năng lƣợng điện và năng lƣợng nhiệt cho 1 kg sản phẩm là 0,320 – 0,939 MJ và 1,141 - 2,749 MJ tƣơng đƣơng 25% và 75% tổng năng lƣợng [48]. Sắn củ tƣơi Nƣớc Bóc vỏ, rửa sạch Nƣớc thải Nghiền Vỏ sắn Nƣớc Lọc thô Bã thải rắn Lắng lần 1 Lắng lần 2 Nƣớc thải Thu tinh bột Thu bột đen Nhiệt lƣợng Phơi sấy khô Hơi nƣớc Sản phẩm Hình 1.
Quy trình chế biến tinh bột sắn [24, 45] Đỗ Thị Hải Vân 3 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ + Rửa - bóc vỏ: là công đoạn làm sạch nguyên liệu, đồng thời loại bỏ lớp vỏ Quá trình rửa nguyên liệu đƣợc thực hiện nhờ thiết bị rửa hình trống quay hoặc máy rửa có guồng. Máy rửa hình trống quay, gồm một buồng hình trụ mở, đƣợc bọc bằng mắt lƣới thô, quay với tốc độ 10 ÷ 15 vòng/phút. Thiết bị làm việc gián đoạn theo mẻ, nguyên liệu đƣợc cho vào lồng. Khi lồng quay nƣớc đƣợc tƣới vào trong suốt quá trình nhờ bộ phận phân phối nƣớc.
Khi lồng quay các củ sắn chuyển động trong lồng va chạm vào nhau và va chạm vào thành lồng, do đó đất cát cà vỏ đƣợc tách ra [27, 45, 78]. Sau khi bóc vỏ, củ sắn thƣờng đƣợc ngâm trong máng nƣớc để loại bỏ các chất hoà tan trong nguyên liệu nhƣ: độc tố, sắc tố, tanin,… + Nghiền: Sau khi ngâm, sắn đƣợc đƣa vào thiết bị nghiền thành bột nhão, phá vỡ tế bào củ và giải phóng tinh bột. Bột nhão sau nghiền gồm tinh bột, xơ và các chất hoà tan nhƣ đƣờng, chất khoáng, protein, enzym và các vitamin [27, 45, 78]. + Lọc thô: là công đoạn quan trọng, phải sử dụng nhiều nƣớc có thể lọc thủ công hoặc dùng máy lọc.
- Lọc thủ công dùng lƣới lọc, bột nhão đƣợc trộn đều trong nƣớc, đƣợc chà và lọc trên khung lọc, dịch bột lọc chảy qua lƣới lọc vào bể còn bã sắn ở trên đƣợc lọc lần 2 để tận thu tinh bột. - Máy lọc: là một thùng quay trong đó có đặt lƣới lọc, làm việc gián đoạn theo mẻ. Nƣớc và bột nhão đƣợc cấp vào thùng, khi thùng quay bột nhão đƣợc đảo đều trong nƣớc nhờ cánh khuấy, sữa bột chảy xuống dƣới qua khung lƣới lọc trƣớc khi vào bể lắng. Lƣới lọc ngoài thùng quay giữ lại các hạt bột có kích thƣớc lớn, phần bột này sẽ đƣợc đƣa trở lại thiết bị lọc.
còn phần xơ bã đƣợc xả ra ngoài qua cửa xả bã [27, 45, 78]. + Lắng : Tinh bột có đặc điểm dễ lắng và dễ tách, sau 8 ÷ 15h có thể lắng hoàn toàn. Khi bột đã lắng, từ từ tháo nƣớc tránh gây sáo trộn tạp chất (bột đen) trên bề mặt lớp bột. Lớp bột đen sẽ đƣợc loại bỏ để đảm bảo chất lƣợng của bột thành phẩm.
Đỗ Thị Hải Vân 4 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ Để thu đƣợc tinh bột có chất lƣợng cao, tinh bột sắn thô đƣợc tinh chế một lần nữa theo quy tình sau: Bột thô có độ ẩm từ 55 ÷ 60% cho vào bể, bơm nƣớc vào với tỉ lệ bột và nƣớc là 1/6. Dùng máy khuấy cho đồng nhất, để bột lắng lại sau 8 ÷ 15h tháo nƣớc trong và hớt lớp bột đen nổi lên trên. Có thể rửa 3 đến 4 lần để loại bỏ hết tạp chất, sau khi rửa xong dùng tro thấm nƣớc và đem bột ra phơi hoặc sấy khô [27, 45, 78]. Nước thải ngành chế biến tinh bột sắn Lƣợng nƣớc thải sinh ra từ trong quá trình chế biến tinh bột sắn là rất lớn, trung bình 10 -30 m3/tấn sản phẩm [48].
Căn cứ vào qui trình chế biến bột sắn, có thể chia nƣớc thải thành 2 dòng: - Dòng thải 1: là nƣớc thải ra sau khi phun vào guồng rửa sắn củ để loại bỏ các chất bẩn và vỏ ngoài củ sắn. Loại nƣớc thải này có lƣu lƣợng thấp (khoảng 2m3 nƣớc thải /tấn sắn củ), chủ yếu chứa các chất có thể sa lắng nhanh (vỏ sắn, đất, cát…). Do vậy với nƣớc thải loại này có thể cho qua song chắn, để lắng rồi quay vòng nƣớc ở giai đoạn rửa. Phần bị giữ ở song chắn (vỏ sắn) sau khi phơi khô đƣợc làm nhiên liệu chất đốt tại các gia đình sản xuất.
- Dòng thải 2: là nƣớc thải ra trong quá trình lọc sắn, loại nƣớc thải này có lƣu lƣợng lớn (10m3 nƣớc thải/tấn sắn củ), có hàm lƣợng chất hữu cơ cao, hàm lƣợng rắn lơ lửng cao, pH thấp, hàm lƣợng xianua cao, mùi chua, màu trắng đục. Nƣớc thải chế biến tinh bột sắn bao gồm các thành phần hữu cơ nhƣ tinh bột, protein, xenluloza, pectin, đƣờng có trong nguyên liệu củ sắn tƣơi là nguyên nhân gây ô nhiễm cao cho các dòng nƣớc thải của nhà máy sản xuất tinh bột sắn [1, 18]. Nƣớc thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông số đặc trƣng: pH thấp, hàm lƣợng chất hữu cơ và vô cơ cao, thể hiện qua hàm lƣợng chất rắn lơ lửng (SS), các chất dinh dƣỡng chứa N, P, các chỉ số về nhu cầu oxy sinh học (BOD5), nhu cầu oxy hoá học (COD), …với nồng độ rất cao [17, 18]. Nồng độ ô nhiễm của nƣớc thải tinh bột sắn thể hiện cụ thể ở Bảng 1.
Đỗ Thị Hải Vân 5 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ Bảng 1. Chất lƣợng nƣớc thải từ sản xuất tinh bột sắn [48] QCVN TT Thông số Đơn vị Giá trị 40:2011, mức B 1 pH - 3.0 5,5-9 2 COD mg/l 7000 – 40000 150 3 BOD5 mg/l 6000 – 23000 50 4 TSS mg/l 4000 – 8000 100 5 ∑N mg/l 42 - 262 40 6 ∑P mg/l 11 - 46 6 7 CN- mg/l 10 - 40 0,1 Số liệu ở bảng 1.1, cho thấy khoảng cách dao động về các chỉ tiêu nƣớc thải cao hơn nhiều lần so với QCVN 40 :2011/ BTNMT cột B. Cụ thể, COD cao hơn 200 lần; BOD cao hơn gần 500 lần; tổng nitơ và tổng photpho cao hơn 7 lần…so với QCVN 40:2011/BTNMT. Khi tính riêng cho 52 nhà máy qui mô lớn, ƣớc tính lƣợng nƣớc thải sinh ra hàng ngày khi vào mùa vụ khoảng 140000 m3/ngày với tải lƣợng SS khoảng 1000 tấn/ngày; BOD khoảng 3.000 tấn/ngày; COD khoảng 5000 tấn/ngày; CN - khoảng 5 tấn/ngày [48].