Sản xuất và tiêu thụ bột sắn

iệt đới, hầu hết sắn sản xuất ra được sử dụng làm thức ăn cho người, phần còn lại làm thức ăn cho gia súc và sử dụng trong công nghiệp tinh bột…Có thể nói sắn được coi là cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao trong các cây có củ. I.1 Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và trong khu vực Sắn là cây lương thực quan trọng ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước có khí hậu nhiệt đới ở châu Á, châu Phi và Mỹ La Tinh. Cùng với sự phát triển của công nghệ chế biến, cây sắn càng trở nên có giá trị kinh tế cao. Củ sắn chứa nhiều tinh bột, tại các nước trồng sắn trên thế giới, phần lớn sắn được sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc. Một lượng không nhỏ được sử dụng trong công nghiệp như: chế biến thực phẩm, dệt may, sản xuất dung môi, cồn nhiên liệu… Thái Lan là nước có ngành công nghệ chế biến sắn phát triển, toàn bộ sắn thu được đều được sử dụng trong công nghiệp với các sản phẩm chính là sắn lát khô, tapioca và tinh bột sắn. Trên 55% sản lượng sắn của Thái Lan được sử dụng ở dạng lát khô làm thức ăn gia súc. Trong đó 90% được xuất khẩu trực tiếp sang Châu Âu, chỉ có 10% tiêu thụ trong nội địa, mặc dù sản lượng sắn củ tươi trung bình chỉ chiếm khoảng 18 triệu tấn trên tổng sản lượng toàn cầu là 175 triệu tấn.[1] 1. Về sản xuất Hiện nay, trên toàn thế giới, diện tích trồng sắn có khoảng 14,15 triệu ha tập trung ở châu Phi (57%), châu Á (25%) và châu Mỹ La Tinh (18%) với tổng sản lượng khoảng 175 triệu tấn/năm. Những nước trồng nhiều nhất là Brazil, Nigerria, Indonesia và Thái Lan. Ở châu Phi, sắn luôn chiếm tỉ trọng cao trong cơ cấu lương thực, trung bình sắn được sử dụng tới 96 kg/người/năm. Trên thế giới mức tiêu thụ trung bình là 18 kg/người/năm. [2] Các nước nằm ở giữa vùng ôn đới và nhiệt đới như Hàn Quốc ,Đài Loan, Trung Quốc… vụ sắn thường kéo dài, năng xuất thu hoạch bình quân từ 24 ÷ 25 tấn/ ha, với hàm lượng tinh bột từ 22 ÷ 33%. Ở khu vực Đông Nam Á, do có khí hậu thuận lợi cho cây sắn phát triển nên diện tích cây sắn đứng thứ ba sau cây lúa và cây ngô. Tuy nhiên sản lượng sắn có xu hướng giảm dần: Năm cao nhất (1989) đạt 55 triệu tấn, năm 1994 đạt 49,1 triệu tấn, năm 1996 chỉ còn 47,8 triệu tấn, giảm 27% so với năm 1994. Nguyên nhân chính là do sản lượng sắn của Thái Lan giảm. Thái Lan là nước có sản lượng sắn cao nhất trong khu vực, từ 17,7 ÷ 19,1 triệu tấn/năm. [2] Năm 2002 sản lượng sắn củ thế giới đạt 184 triệu tấn, trong đó ở châu Phi, đã chiếm tới 53,86% (91,1 triệu tấn), châu Á đạt 51,5 triệu tấn (~ 28%). Sản lượng sắn cao nhất thuộc về Nigeria: 33,6 triệu tấn, tiếp đến là Brazil: 23,1 triệu tấn. Nước đứng đầu châu Á về sản lượng sắn củ tươi vẫn là Thái Lan: 17,3 triệu tấn.(Bảng I.1) [3] b. Thị trường tinh bột sắn Tinh bột sắn là nguyên liệu chính của một số ngành công nghiệp như đã nêu ở trên, do vậy nhu cầu về tinh bột sắn ngày càng tăng, cung không đáp ứng đủ cầu. Hơn nữa một số nước xuất khẩu tinh bột sắn với số lượng lớn, hiện đang mở rộng các ngành công nghiệp sử dụng tinh bột sắn làm nguyên liệu chính. Vì vậy giá cả tinh bột sắn trên thị trường thế giới có chiều hướng gia tăng. Khoảng 85% sản lượng sắn tiêu thụ ở các nước trồng sắn (trong đó 58% được sử dụng làm lương thực, 28% làm thức ăn gia súc, 3% làm nguyên liệu cho công nghiệp), 15% sản lượng còn lại được xuất khẩu. Các nước có nhu cầu nhập khẩu tinh bột sắn với số lượng lớn như Đài Loan, Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Mỹ, một số nước châu Âu và Liên Xô cũ, dưới dạng tinh bôt sắn, tapioca và sắn lát khô. [2] Trong khu vực, Thái Lan và Indonesia vẫn là hai nước xuất khẩu mạnh các sản phẩm từ sắn. Năm 1996, xuất khẩu các sản phẩm từ sắn của Thái Lan đạt 5 triệu tấn, tăng 22% so với năm 1995, nhưng gần đây giảm 14% so với năm 1994. Theo tổ chức lương thực thế giới (FAO), năm 1997 sản xuất phục hồi ở các nước sản xuất sắn chủ yếu ở châu Á. Khả năng thu lợi nhuận từ việc xuất khẩu bột và tinh bột sắn khiến cho các nước xuất khẩu chủ yếu sẽ thay đổi các giống sắn truyền thống sang các giống sắn mới có năng suất và hàm lượng tinh bột cao hơn để đáp ứng nhu cầu thị trường và phục vụ con người. BảngI.1: Sản lượng sắn củ tưoi trên Thế Giới (triệu tấn) [3] Năm 1985 1990 1997 1999 2000 2001 2002 Thế Giới 136,6 150,0 165,3 166,7 176,7 180,8 184,0 Châu Phi 58,2 64,1 85,8 85,8 95,3 96,6 99,1 Châu Á 48,5 52,0 47,5 50,2 50,4 52,3 51,5 Châu Mỹ Latinh 29,6 33,7 31,8 30,8 31,3 31,7 33,2 Nigeria 13,2 17,6 31,0 30,4 32,0 32,6 33,6 Brazil 23,1 25,4 23,0 22,5 23,3 22,5 23,1 Thailand 19,3 21,9 19,0 20,3 19,1 18,3 17,3 Indonesia 14,0 16,3 16,0 15,4 16,1 17,1 16,7 Congo 15,0 16,0 15,4 14,9 Ghana 3,1 3,0 8,4 8,1 9,0 9,9 Ấn Độ 5,7 4,6 5,5 6,2 6,2 7,0 7,1 Tanzania 6,8 5,5 6,0 5,8 5,6 5,8 Việt Nam 1,8 2,0 2,5 3,5 3,9 I.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ tinh bột sắn ở Việt Nam Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực có sản lượng đứng thứ hai sau cây lúa. Sản lượng sắn rất lớn góp phần cân đối lương thực, ngoài ra sắn là nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp và xuất khẩu. Với diện tích đất trồng khoảng 423.800 ha (chiếm khoảng 25 ÷ 30% diện tích đất canh tác nông nghiệp), sản lượng ước tính đạt 6,65 triệu tấn củ tươi/ năm. Sắn chiếm khoảng 35 ÷ 40% sản lượng quy ra thóc trong tổng số các cây hoa màu lương thực, khoảng 20 ÷ 25% sắn dược sử dụng trong công nghiệp, sản xuất một số sản phẩm như tinh bột, cồn, đường glucose, bánh kẹo, mì chính…, khoảng 10 ÷ 20% dùng làm lương thực, 32% làm thức ăn gia súc và khoảng 20% cho các nhu cầu khác. [4] Từ năm 1988, công tác nghiên cứu chọn giống sắn ở Việt Nam có quan hệ chặt chẽ với CIAT. Trong suốt 18 năm qua (1988 - 2005), chương trình sắn Việt Nam đã phối hợp với CIAT chọn lọc và phát triển hai giống sắn mới KM60 và KM94 ra sản xuất. Đây là hai giống sắn có năng suất cao (25 ÷ 40 tấn/ha), có tỷ lệ tinh bột cao, thích hợp với chế biến tinh bột. Cũng từ năm 1993 trở lại đây nhiều nhà máy chế biến tinh bột sắn được xây dựng - cây sắn đã chuyển sang hướng sản xuất hàng hoá. Do đó các giống sắn mới đã và đang được phát triển mạnh ở cả hai miền Nam - Bắc. Việc giới thiệu và phát triển hai giống sắn mới này vào sản xuất, đã là bước đột phá trong nghề trồng sắn ở Việt Nam, đưa tổng diện tích trồng giống sắn mới toàn quốc đến nay đạt khoảng 200.000 ha (số liệu chương trình sắn Việt Nam). Đưa năng suất sắn trung bình toàn quốc đạt 15,68 tấn/ha vào năm 2005, với diện tích 423,8 nghìn ha, sản lượng đạt 6,65 triệu tấn củ tươi. So với năm 2000, diện tích tăng 1,8 lần, năng suất tăng 2 lần, sản lượng tăng 3,2 lần. Tốc độ tăng bình quân hàng năm là 16% về diện tích, 25% về năng suất và 44% về sản lượng (bảng I.2). [4] Bảng I.2: Diện tích, năng suất sản lượng sắn ở Việt Nam [4] Năm Diện tích (ha) Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (triệu tấn) 2003 371.700 14,07 5,23 2004 370.500 14,49 5,37 2005 423.800 15,68 6,65 Sản xuất tinh bột sắn quy mô công nghiệp ở nước ta chủ yếu tập trung ở các tỉnh phía Nam, Tây Nguyên và một số tỉnh miền núi phía Bắc như Lào Cai, Yên Bái, Hà Tây, Vĩnh Phúc, Hoà Bình. Hiện nay nước ta đã có khoảng 45 nhà máy chế biến tinh bột sắn với công nghệ tiên tiến, trang thiết bị hiện đại và sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuất khẩu ra thị trường thế giới. Một số nhà máy có sản lượng khá lớn Vedan - Đồng Nai (200 tấn SP/ngày), nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình Yên Bái: 160 tấn SP/ngày, Tân Châu và ThaiWah - Tây Ninh có sản lượng 100 tấn SP/ngày. (Bảng I.3) BảngI.3 : Một số nhà máy chế biến tinh bột sắn ở Việt Nam [5] TT Tên nhà máy Công suất (tấn SP/ngày) 1 Nhà máy ThaiWah – Tây Ninh 100 2 Nhà máy Tân Châu – Tây Ninh 100 3 Nhà máy Vedan - Đồng Nai 200 4 Nhà máy Gia Lai 50 5 Nhà máy An Giang 60 6 Nhà máy Quảng Ngãi 50 7 Nhà máy Quảng Nam 50 8 Công ty vật tư tổng hợp Thanh Hoá 60 9 Công ty chế biến lâm nông sản Yên Bái 50 10 Nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình 160 11 Nhà máy chế biến tinh bột sắn Lào Cai 80 12 Nhà máy tinh bột sắn Phú Thọ 50 13 Nhà máy Toàn Năng - Tây Ninh 70 14 Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Đắk Lắk 80 15 Nhà máy SXTB sắn Krong Bong - Đắk Lắk 90 16 Công ty liên doanh TAPIOCA Việt Nam 165 17 Nhà máy SXTB sắn Thừa Thiên Huế 120 Các nhà máy này đã thu mua được nguyên liệu tại chỗ, hoạt động đạt hiệu quả kinh tế cao và có xu hướng đầu tư nâng cao công suất hoạt động. Với sự phát triển mạnh mẽ của các nhà máy chế biến tinh bột sắn. Hàng năm Việt Nam hiện khoảng 4 triệu tấn sắn củ tươi, đứng hàng thứ 11 trên thế giới về sản lượng sắn. Nhưng lại là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng hàng thứ 3 trên thế giớí chỉ sau Thái Lan và Indonesia. Trong chiến lược toàn cầu, cây sắn được tôn vinh là một trong những cây lương thực dễ trồng, thích hợp với những vùng đất cằn cỗi và là loại cây công nghiệp triển vọng, có khả năng cạnh tranh cao với nhiều loại cây trồng khác. Ở nước ta, cây sắn đang chuyển đổỉ nhanh chóng vai trò từ cây lương thực truyền thống sang cây công nghiệp. Sự hội nhập đang mở ra thị trường cho sắn, tạo nên những cơ hội để phát triển ngành chế biến tinh bột, tinh bột biến tính (bằng hoá chất và enzym), sản xuất sắn lát, sắn viên để xuất khẩu và sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, trong sản xuất thức ăn gia súc và làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác, góp phần vào sự phát triển kinh tế đất nước. CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN VÀ CÁC CHẤT THẢI II.1 Đặc trưng nguyên liệu Sắn là cây lương thực phổ biến, ưu ấm, dễ trồng và có thể sinh trưởng được ngay cả ở những nơi đất cằn cỗi. Với khí hậu nhiệt đới gió mùa, tính chất thổ nhưỡng của Việt Nam, rất thích hợp cho cây sắn phát triển. Tuy nhiên, sắn chỉ được trồng tập trung nhiều nhất ở các tỉnh miền núi, trung du phía Bắc, Tây Nguyên và miền Đông Nam Bộ. Đây là một trong những loại cây màu quan trọng trong cơ cấu lương thực ở nước ta và là nguồn nguyên liệu chính cho sản xuất tinh bột. Sắn được thu hoạch tập trung vào tháng 9 đến tháng 4 năm sau. II.1.1. Các giống sắn truyền thống ở nước ta [1] a. Sắn đắng Sắn đắng, còn gọi là sắn dù hay sắn say, có đặc điểm: Thân cây có màu xanh nhạt, đốt ngắn, cuống lá đỏ thẫm, vỏ gỗ màu nâu sẫm, vỏ cùi và thịt củ sắn đều có màu trắng. Sắn đắng cho năng suất cao, củ mập, nhiều tinh bột, nhiều nhựa nhưng có hàm lượng axit xyanhydric (HCN) cao. Sắn đắng không nên dùng tươi, chủ yếu được dùng để sản xuất tinh bột hay sắn cắt lát để loại độc tố. b. Sắn ngọt Sắn ngọt gồm các loại sắn có hàm lượng HCN thấp, có thể ăn tươi được, có hàm lượng tinh bột thấp và dễ chế biến. Các loại sắn ngọt gồm: + Sắn vàng (sắn nghệ): Cây non, có thân xanh thẫm, cuống lá nhỏ có sọc nhạt, vỏ gỗ màu nâu, vỏ cùi màu trắng còn thịt củ sắn màu vàng. + Sắn đỏ: có đặc điểm là thân cây cao, màu xanh thẫm, cuống và gân lá đỏ thẫm. Củ dài và to, vỏ gỗ màu nâu đậm, vỏ cùi dày, màu đỏ, thịt củ màu trắng. + Sắn trắng: có thân cao, khi non thì có màu xanh nhạt, củ ngắn và mập, vỏ gỗ xám nhạt, vỏ cùi và thịt củ màu trắng. II.1.2 Các giống sắn mới (sắn cao sản) Từ năm 2002 trở lại đây, cùng với sự phát triển chung của ngành sản xuất sắn trong cả nước, diện tích sắn giống mới ở miền Bắc đang phát triển mạnh mẽ, hàng loạt nhà máy chế biến tinh bột sắn và các cơ sở chế biến sắn thủ công được xây dựng, kéo theo việc phát triển các vùng nguyên liệu sắn.Quy mô diện tích đất trồng sắn đã được nâng lên. Các giống sắn truyền thống có năng suất thấp đã dần được thay thế bằng các giống sắn cao sản như: KM94, KM60…Các giống sắn này có đặc điểm sau: + Giống sắn KM94 [4]: Có tên dòng là MKUC28-77-3, được nhập nội từ Thái Lan (tên Kasesart 50), được chương chình sắn Việt Nam đánh giá tuyển chọn và phát triển ra sản xuất. Giống có những đặc điểm sau: - Thân xanh, hơi cong, ngọn tím, không hoặc chỉ phân một cấp cành - Tiềm năng năng suất cao : 25 ÷ 50 tấn/ha - Tỷ lệ chất khô : 38 ÷ 40% - Hàm lượng tinh bột : 27 ÷ 30% - Thời gian sinh trưởng : > 8 tháng - Ưa thâm canh và đất tốt + Giống sắn KM60 [4]: Tên gốc Rayong 60, nhập nội từ Thái Lan. Giống có đặc điểm sau: - Thân xanh vàng, phân cành ngọn - Năng suất cao từ : 25 ÷ 45 tấn/ha - Tỷ lệ chất khô : 37 ÷ 38% - Hàm lượng tinh bột : 26 ÷ 28% - Thời gian sinh trưởng : 07 ÷ 08 tháng - Chịu hạn và thích ứng rộng II.1.3 Củ sắn a. Cấu tạo củ sắn [6] Củ sắn được cấu tạo từ 4 thành phần chính: - Vỏ gỗ: Vỏ gỗ là một lớp mỏng, thành phần chủ yếu là xenluloza và Hemixenluloza, không có tinh bột và có nhiệm vụ bảo vệ củ. Vỏ gỗ chiếm 0,5 ÷ 2% trọng lượng toàn củ sắn và được loại bỏ khi chế biến. - Vỏ cùi: Vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm từ 5 ÷ 8% trọng lượng củ. Vỏ cùi được cấu tạo từ những tế bào có thành là xenluloza, chứa hạt tinh bột từ 5 ÷ 8%, pectin, hợp chất chứa nitơ và dịch bào. Trong dịch bào có tanin, sắc tố, các tiền Xianhydric ở dạng Glucozit (gọi là Phazeolunatin – C10H17O6), các enzim, …Trong sản xuất tinh bột, vỏ cùi được loại bỏ. - Thịt củ: chiếm từ 77 ÷ 94% trọng lượng toàn củ, thành phần chủ yếu là các tế bào nhu mô, thành mỏng. Vỏ tế bào là xenluloza, bên trong là các hạt tinh bột, nguyên sinh chất, Glucid hoà tan và các chất vi lượng. Hàm lượng tinh bột trong mô thịt củ giảm dần từ ngoài vào trong tâm củ. Ngoài ra, trong thịt củ còn có các tế bào thành cứng, không chứa tinh bột, cấu tạo từ xenluloza rất cứng, được gọi là xơ.Xơ tập trung ở đầu hoặc cuối củ sắn. - Lõi củ: chiếm 0,1 ÷ 1,0% trọng lượng củ. Lõi sắn nằm ở trung tâm dọc củ, ở phần cuống lõi to nhất và nhỏ dần đến đuôi củ. Lõi cấu tạo từ Xenluloza và Hemixenluloza. Ngoài ra, củ sắn còn có phần cuống rễ và chuôi củ. Các phần này được loại bỏ trước khi chế biến để giảm lượng tạp chất, làm cho quá trình tinh chế đơn giản hơn. b. Thành phần hoá học của củ sắn Thành phần hoá học của củ sắn dao động trong khoảng khá rộng, phụ thuộc vào giống, loại đất trồng, điều kiện chăm sóc, thời điểm thu hoạch. Nhìn chung, sắn củ tươi có hàm lượng ẩm tương đối cao, khoảng 70%. Hàm lượng tinh bột chiếm chủ yếu trong phần khô củ sắn. tuỳ giống sắn, hàm lượng tinh bột biến động từ 20 ÷ 40%. Nhìn chung sắn là loại củ nghèo protein (1,0 ÷ 1,1%) và lipit (0,2 ÷ 1,0%), (Bảng II.1) Bảng II.1: Thành phần hoá học của củ sắn tươi và sắn khô (tính cho 100g) [3] TT Thành phần Đơn vị Củ sắn tươi Sắn khô 1 Nước (%) 60 ÷ 75 11 ÷ 16 2 Protein (g) 1,0 ÷ 1.1 1,4 ÷ 6,2 3 Lipit (g) 0,2 ÷ 1,0 0,2 ÷ 2,3 4 Tinh bột (g) 20 ÷ 40 72 ÷ 89 5 Xenlulo (g) 1,1 ÷ 2,2 1,2 ÷ 4,9 6 Tro (g) 0,9 ÷ 2,5 0,9 ÷ 5,8 7 Hàm lượng đường (g) - 3,6 ÷ 6,2 8 Đường khử (g) - 0,1 ÷ 2,8 9 Canxi (mg) 26 96 10 Phốtpho (mg) 32 81 11 Sắt (mg) 0,9 7,9 12 Lưu huỳnh (mg) 2,0 - 13 Kali (mg) 394 - 14 Vitamin B2 (mg) 0,04 0,06 15 Vitamin C (mg) 34 0 16 Axit Nicotinic (Niacin) (mg) 0,6 0,8 18 Độc tố (%) 0,001 ÷ 0,04 - Các số liệu trên cho thấy, về mặt dinh dưỡng sắn có khả năng cung cấp năng lượng khá lớn. Tuy nhiên, sắn có hàm lượng đường, đạm, chất béo thấp, tỷ lệ tinh bột khá cao nên rất phù hợp cho việc sản xuất tinh bột. II.2 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn Sắn là một trong số nguồn nguyên liệu giàu tinh bột. Củ sắn chứa đến 30% tinh bột và có rất ít protein, cacbohydrate hoà tan và các chất béo. Do đó việc tách tinh bột sắn là một quy trình đơn giản, dễ làm và không phức tạp như sản xuất tinh bột từ ngô, tinh bột mì hoặc các tinh bột ngũ cốc khác. Qui trình này có thể được áp dụng ở các hộ gia đình, cũng như ở qui mô sản xuất lớn hoặc nhỏ. Công nghiệp sản xuất tinh bột sắn đủ quan trọng để thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu cũng như các nhà xuất khẩu ở các nước dang phát triển. Thực tế cho thấy khoảng 85% lượng tinh bột xuất khẩu của các quốc gia này là tinh bột sắn. Tuy nhiên thị phần tinh bột sắn trong thị phần tinh bột thế giới chỉ chiếm khoảng 8%. [1] II.2.1 Một số loại hình công nghệ sản xuất tinh bột sắn Sắn củ tươi là sản phẩm có thể bảo quản được. Tuy nhiên, trong bảo quản hàm lượng tinh bột của sắn bị giảm nhẹ, đặc biệt là sau thu hoạch một số enzym hoạt động mạnh như: Linamarase (phân huỷ phazeolunatin thành gluco, axeton và axit xiandryc. Các enzym polyphenoloxydaza xúc tác quá trình oxy hoá polyphenol tạo octokinol và từ đó tạo ra các sản phẩm có màu sẫm (vết đen), thường gọi là sắn chảy nhựa. Vì vậy củ sắn phải được chế biến ngay trong vòng 24h kể từ khi thu hoạch. Quá trình sản xuất tinh bột sắn có thể được chia thành các công đoạn cơ bản như sau: - Bước 1: Rửa và bóc vỏ để loại bỏ đất dính vào củ và lớp biểu bì bảo vệ. - Bước 2: Nạo hoặc nghiền để phá vỡ cấu trúc tế bào, làm vỡ thành tế bào nhằm giải phóng tinh bột thành các hạt riêng biệt và không bị hư hại khỏi các thành phần không tan khác. - Bước 3: Sàng hoặc trích ly để phân tách phần bột nhão đã được nghiền nhỏ thành hai phần, phần xơ bỏ đi và phần sữa tinh bột. - Bước 4: Tinh sạch và loại bỏ nước để tách các hạt tinh bột rắn khỏi huyền phù của chúng trong nước nhờ lắng đọng hoặc ly tâm. - Bước 5: Sấy khô để loại bỏ ẩm từ bánh tinh bột ẩm thu được trong giai đoạn phân tách nhằm giảm độ ẩm từ 34 ÷ 35% xuống 12 ÷ 14% - Bước 6: Bột khô được sàng và đóng vào bao. Ở một số nước đang phát triển như Indonesia, Thái Lan, Ấn Độ, Việt Nam…, việc sản xuất tinh bột sắn được thực hiện dưới ba dạng sau: + Sản xuất quy mô nhỏ ở hộ gia đình + Sản xuất quy mô vừa bằng các thiết bị bán cơ giới +Sản xuất công nghiệp II.2.1.1 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô hộ gia đình Sản xuất tinh bột sắn quy mô hộ gia đình. Công việc được thực hiện hoàn toàn bằng các dụng cụ thủ công thô sơ. Mỗi hộ gia đình có thể sản xuất được 50 ÷ 60 kg tinh bột trong một ngày. 1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn bằng phương pháp thủ công truyền thống. Sắn củ tươi Rửa, bóc vỏ Nghiền thủ công Lọc tách bã Lắng tách bột Bẻ vụn, sấy khô Sản phẩm Nước Bã sắn Nước thải Nước Vỏ sắn Nước thải Hình II.1: Sơ đồ sản xuất tinh bột sắn bằng phương pháp thủ công truyền thống 2. Mô tả công nghệ Củ sắn được rửa bằng tay sau đó gọt vỏ bằng dao cầm tay. Tiếp theo chúng được nạo thủ công thành bột nhão trên một bàn nạo, bàn nạo này chỉ là một tấm thiếc hoặc sắt mềm được đục lỗ bằng đinh sao cho có các gờ sắc ở một bên. Sau đó bột nhão được cho vào một tấm vải buộc bốn góc và được rửa mạnh với nước bằng tay. Cuối cùng, xơ được vắt khô còn sữa tinh bột được thu hồi và để lắng. Khi các hạt tinh bột đã lắng, người ta gạn bỏ phần nước bên trên, phần tinh bột ẩm được bẻ vụn và phơi khô. Ở một số nơi, sữa tinh bột được vắt để loại bỏ nước qua một tấm vải dày hoặc được treo qua đêm để loại bỏ nước nhờ lực trọng trường, sau đó phơi khô phần tinh bột còn lại. Quy trình đơn giản này được sử dụng nhiều ở vùng nông thôn tại các nước trong khu vực nhiệt đới. (sơ đồ hình II.1) II.2.1.2 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô nhỏ bằng các thiết bị bán cơ giới. Sản xuất tinh bột sắn ở các cơ sở sản xuất tại các làng nghề. Do công nghệ đã được cải tiến, thiết bị đã được cơ khí hoá ở một số công đoạn như rửa củ, bóc vỏ và mài. Vì vậy công suất đã cao hơn rõ rệt. Công suất có thể đạt từ 50 đến 60 tấn củ/ngày.cơ sở. 1. Sơ đồ quy trình công nghệ Lọc tách bã Lắng bột tách nước Xay nghiền Bóc vỏ, rửa sạch Vớt bột đen Sấy khô Rửa bột Nước Nước Nước Bã sắn Nước thải Nước thải Bột đen Nước thải Sắn củ tươi Vỏ sắn Sản phẩm Hình II.2: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô nhỏ bằng các thiết bị bán cơ giới 2. Thuyết minh quy trình công nghệ Quy trình công nghệ (hình II.2) thường được áp dụng ở các cơ sở sản xuất có quy mô nhỏ. Thiết bị đã được khí hoá ở một số khâu. Hiện công nghệ này được áp dụng phổ biến ở các làng nghề sản xuất tinh bột tập trung như Dương Liễu, Minh Khai, Hoài Đức Hà Tây, làng nghề tinh bột Bình Minh - Đồng Nai… + Rửa - bóc vỏ: là công đoạn làm sạch nguyên liệu, đồng thời loại bỏ lớp vỏ Quá trình rửa nguyên liệu được 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, được bọc bằng mắt lưới thô, quay với tốc độ 10 ÷ 15 vòng/phút. Thiết bị làm việc gián đoạn theo mẻ, nguyên liệu được cho vào lồng. Khi lồng quay nước được tưới vào trong suốt quá trình nhờ bộ phận phân phối nước. 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 được tách ra. Sau khi bóc vỏ, củ sắn thường được ngâm trong máng nước để loại bỏ các chất hoà tan trong nguyên liệu như: độc tố, sắc tố, tanin,… + Nghiền: Sau khi ngâm, sắn được đưa 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 như đường, chất khoáng, protein, enzym và các vitamin. + Lọc tách bã: là công đoạn quan trọng, phải sử dụng nhiều nước có thể lọc thủ công hoặc dùng máy lọc. - Lọc thủ công dùng lưới lọc, bột nhão được trộn đều trong nước, được chà và lọc trên khung lọc, dịch bột lọc chảy qua lưới lọc vào bể còn bã sắn ở trên được lọc lần 2 để tận thu tinh bột. - Máy lọc: là một thùng quay trong đó có đặt lưới lọc, làm việc gián đoạn theo mẻ. Nước và bột nhão được cấp vào thùng, khi thùng quay bột nhão được đảo đều trong nước nhờ cánh khuấy, sữa bột chảy xuống dưới qua khung lưới lọc trước khi vào bể lắng. Lưới lọc ngoài thùng quay giữ lại các hạt bột có kích thước lớn, phần bột này sẽ được đưa trở lại thiết bị lọc. còn phần xơ bã được xả ra ngoài qua cửa xả bã. + Lắng tách bột: Đây là công đoạn đầu tiên trong tinh chế bột. 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 nước tránh gây sáo trộn tạp chất (bột đen) trên bề mặt lớp bột. Lớp bột đen sẽ được loại bỏ để đảm bảo chất lượng của bột thành phẩm + Làm khô bột: Bột đen được tách riêng, còn bột trắng được lấy ra đặt lên gạch phơi khô tự nhiên, sản phẩm thu được là tinh bột sắn thô. - Tinh chế tinh bột: Để thu được tinh bột có chất lượng cao, tinh bột sắn thô được tinh chế một lần nữa theo quy tình sau: Bột thô có độ ẩm từ 55 ÷ 60% cho vào bể, bơm nước vào với tỉ lệ bột và nước là 1/6. Dùng máy khuấy cho đồng nhất, để bột lắng lại sau 8 ÷ 15h tháo nước 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 nước và đem bột ra phơi hoặc sấy khô. (Hình II.3). Tinh bột thô Rửa (3 ÷ 4 lần) Phơi , sấy Bột khô Nước Nhiệt Nước thải Bột đen Hơi nước Hình II.3: Quy trình tinh chế tinh bột sắn kèm dòng thải II.2.1.3 Quy trình chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp Sản xuất tinh bột sắn ở các nhà máy có công suất lớn với công nghệ thiết bị hiện đại, hầu hết các công đoạn đã được tự động hoá. Nguồn nguyên liệu ổn định, công suất có thể đạt từ 50 ÷ 200 tấn sản phẩm /ngày. Cá biệt nhà máy sản xuất tinh bột của công ty VEDAN Đồng Nai có công suất lên tới 200 tấn sản phẩm/ngày, tương đương với 700 tấn sắn củ tươi/ngày. Hiện có hai công nghệ sản xuất tinh bột từ sắn được sử dụng ở nước ta đó là công nghệ của Trung Quốc và công nghệ của Thái Lan. Phần lớn các nhà máy sản xuất tinh bột ở phía Nam áp dụng phương pháp công nghệ của Thái Lan. 1. Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Thái Lan a. Quy trình công nghệ Rửa, Tách tạp chất và bóc vỏ Băm nhỏ Làm nguội Nghiền mài nhỏ Trích ly, tách bã Sấy khô Sàng - Đóng bao Ly tâm tách nước Tinh lọc Ép nén Bã sắn H2SO3 Sắn củ tươi Sản phẩm Nước Nước thải Nước thải Nước Khí nóng Bã thải Nước thải Vỏ sắn Nước Hình II.4: Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến tinh bột sắn kèm dòng thải b.Thuyết minh quy trình công nghệ Quy trình sản xuất tinh bột sắn công nghệ của Thái Lan (hình II.4) gồm có các công đoạn sau: + Nạp nguyên liệu, bóc vỏ và rửa sạch: Sắn củ tươi được băng chuyền đưa vào thiết bị bóc vỏ và rửa. Thiết bị bóc vỏ có dạng trống quay, đường kính khoảng 40 ÷ 50 cm với các lưỡi dao kiểu răng cưa được bố trí xung quanh chu vi của trống. Các lưỡi dao có từ 8 ÷ 10 răng cưa và được cài đặt cách nhau từ 6 ÷ 10 mm. Tốc độ quay của trống khoảng 1000 vòng/phút. Trong thiết kế, nước với áp suất cao được xịt từ các đầu phun vào củ. Việc bóc vỏ được thực hiện cùng lúc trong máy rửa. Hoạt động kết hợp của các dòng nước áp suất cao, sự cọ xát của các củ sắn với nhau và vào vách trống giúp loại bỏ hầu hết lớp vỏ và rửa sạch trước khi đi vào công đoạn sau. + Nghiền mài củ sắn Sắn củ tươi được bóc vỏ và rửa sạch được băng chuyền đưa vào máy nghiền búa, dưới tác dụng của búa quay với tốc độ lớn khoảng 3000 vòng/phút, sắn được đập nhỏ, kết hợp với nước bơm vào tạo thành hỗn hợp bã - bột - nước. Hỗn hợp này được đưa đến bể chứa, để nâng cao hiệu quả thu hồi tinh bột, sắn càng được nghiền nhỏ càng tốt, vì vậy ở công đoạn nghiền được thực hiện hai lần liên tiếp. Đối với sắn lát khô (không cần đến công đoạn bóc vỏ, rửa), được đưa qua sàng tách tạp chất và sau đó đi vào máy nghiền hai lần. Hỗn hợp bã - bột - nước đưa vào bể ngâm trong khoảng 48h, rồi tiếp tục chế biến như sắn củ tươi. + Tách và tinh chế: Đây là công đoạn quan trọng nhất quyết định tỷ lệ thu hồi và chất lượng sản phẩm. Công đoạn này được tiến hành qua các giai đoạn sau: - Sàng tách tinh bột ra khỏi bã: Hỗn hợp bã - bột - nước từ bể chứa, được bơm hút với áp lực cao (3 ÷ 4 at) vào sàng cong áp lực tĩnh và máy ly tâm trục đứng, mặt sàng có dạng hình cong và có các khe hở kích thước nhỏ (0,05 ÷ 0,10 mm). Khi trượt trên mặt sàng, dưới tác dụng của lực ly tâm, tinh bột và nước được tách ra khỏi bã. Quá trình này được tiến hành liên tục qua nhiều máy nên sữa bột thu được khá thuần khiết. Hơn nữa, đây là sàng cong áp lực tĩnh, không có bộ phận chuyển động nên làm việc rất ổn định, hiệu suất tách tinh bột cao, bền, dễ thao tác trong sử dụng và bảo dưỡng. - Trích ly, chiết suất loại bỏ tạp chất Sữa bột lỏng thu được sau sàng cong áp lực tĩnh, chứa nhiều các chất hoà tan, xơ mịn và tạp chất vô cơ. Do vậy hỗn hợp này được bơm hút đưa vào thiết bị Cyclon để tách các tạp chất này, sau đó đưa vào máy ly tâm dạng đĩa, nhằm loại bỏ các bã nhỏ để thu được tinh bột đồng nhất. Để có tinh bột có chất lượng cao, công đoạn này cũng được thực hiện hai lần liên tiếp. Bã loại ra được hoà trộn với nước và đưa trở lại máy nghiền để làm nhỏ và quay trở lại thiết bị tách, chiết suất nhằm tận thu tinh bột. Sau khi qua tất cả các công đoạn này ta thu được 84 ÷ 86% lượng tinh bột có trong sắn nguyên liệu. Để có độ trắng theo yêu cầu thì hỗn hợp sữa bột phải qua thiết bị khử cát, bụi kết hợp tẩy bằng dung dịch H2SO3. - Ly tâm tách nước: Tinh bột được đưa qua thiết bị ly tâm tách nước trong dung dịch sữa bột để giúp công đoạn sấy khô nhanh hơn. Sau khi qua thiết bị ly tâm tách nước hỗn hợp bột có độ ẩm từ 36 ÷ 38%. Thông thường thiết bị này được điều khiển tự động để đảm bảo cho máy làm việc với hiệu suất tách nước cao nhất. - Sấy khô - Sàng - Đóng bao sản phẩm Tinh bột ẩm thu được sau ly tâm tách nước được vít tải chuyển đến thiết bị sấy nhanh, theo nguyên lý sấy phun bằng khí nóng, rồi chuyển đến Cyclon để tách hạt. Tinh bột ẩm vào khoang sấy có dạng ống thẳng đứng với tiết diện thay đổi, dưới tác dụng của dòng khí nóng với vận tốc 15 ÷ 20 m/s, ở nhiệt độ khoảng 1500C tới bộ lọc Cyclon, ở đó các hạt tinh bột đã sấy khô được tách khỏi dòng khí. Thời gian lưu trong thiết bị chỉ khoảng vài giây và tinh bột thu được từ hệ thống sấy khí động này có dạng bột mịn với độ ẩm cuối cùng từ 10 ÷ 13%. Qua thiết bị Cyclon, tinh bột được chuyển đến hệ thống sàng phân loại. Bột đủ tiêu chuẩn sẽ được đóng bao, còn những hạt tinh bột có kích thước lớn sẽ được quay trở lại máy nghiền. 2. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc Công nghệ của Trung Quốc có hai nguồn phát sinh nước thải: công đoạn rửa củ và tách nước. Trong khi công nghệ của Thái Lan chỉ có một dòng thải do nước tách bột được tái sử dụng cho quá trình rửa củ. a. Quy trình công nghệ Nghiền lần 2 Tẩy trắng Nghiền lần 1 Rửa sạch Trích ly, tách bã Sấy khô - Làm nguội Rây mịn - Đóng bao Ly tâm tách nước Ép nén Bã sắn SO2 Bã thải Tách tạp chất, bóc vỏ Tách tạp chất Sắn củ tươi Sắn lát khô Nước Nước thải Nước thải Sản phẩm Nước tuần hoàn Nước thải Vỏ sắn Nước Nước Hình II.5: Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến tinh bột sắn của Trung Quốc b. Thuyết minh quy trình công nghệ Quy trình công nghệ của Trung Quốc khác với công nghệ của Thái Lan là bóc vỏ khô. Sắn củ tươi được đưa lên băng chuyền, vào phễu nạp liệu có hệ thống sàng rung, nhằm loại bỏ đất cát và các tạp chất khác. Sau đó củ được băng chuyền chuyển đến thiết bị bóc vỏ, bóc vỏ xong củ được đưa đến thiết bị rửa sạch. Từ hai sơ đồ công nghệ trên ta thấy: Với công nghệ của Thái Lan thì bóc vỏ và rửa sạch cùng chung một công đoạn. Nước được cấp vào thiết bị bóc vỏ, tách tạp chất và được rửa sạch trước khi đi vào thiết bị nghiền. Các công đoạn tiếp theo được trình bày trong phần thuyết minh quy trình công nghệ của Nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình. II.2.2 Nhu cầu nguyên, nhiên liệu, năng lượng và vật tư trong sản xuất tinh bột sắn. Trong qúa trình sản xuất tinh bột sắn, tùy theo quy mô sản xuất và công nghệ chế biến khác nhau sẽ có nhu cầu nguyên, nhiên liệu, năng lượng khác nhau. Ở quy mô sản xuất nhỏ bằng các thiết bị bán cơ giới như ở làng nghề thường tiêu thụ một khối lượng nước lớn. Nước phục vụ cho sản xuất chủ yếu là nước giếng khoan và một phần là giếng đào, nhiều hộ sản xuất sử dụng nước không qua xử lý sơ bộ. Đôi khi nước sản xuất còn được lấy từ ao làng, không đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Nhu cầu sử dụng nước rất lớn: nước cấp cho công đoạn rửa củ 15%, lọc tách bã 50%, rửa trắng bột 30% và 5% cho rửa cọ bể chứa, thiết bị. Định mức nước thải cho 1 tấn nguyên liệu khoảng 5 ÷ 5,5 m3. Ở quy mô sản xuất công nghiệp, các công đoạn được cơ khí hoá và tự động hoá hầu như hoàn toàn, cho nên tận dụng được tối đa các nguyên vật liệu, nước sử dụng cho sản xuất có thể tuần hoàn một phần ở công đoạn tách bột đưa lên làm nước rửa củ. Bảng II.2: So sánh dịnh mức tiêu thụ nguyên, nhiên liệu, điện nước cho sản xuất tinh bột sắn quy mô nhỏ bằng các thiết bị bán cơ giới và quy mô công nghiệp TT Nguyên, nhiên liệu và điện nước Đơn vị Định mức Sả._.n xuất quy mô nhỏ Sản xuất quy mô công nghiệp 1 Sắn củ tươi tấn/tấn SP 2,13 3,5 ÷ 4,0 2 Nước m3/tấn SP 22 20 3 Điện kWh/tấn SP 13,4 120 Các số liệu trên (bảng II.2) cho thấy công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô nhỏ bằng các thiết bị bán cơ giới tại các làng nghề tiêu thụ nước nhiều hơn so với quy mô công nghiệp. Tuy nhiên nhu cầu điện năng trong quy mô công nghiệp lớn hơn, vì hầu hết các công đoạn đều sử máy móc, thiết bị. II.3 Các chất thải từ quá trình sản xuất tinh bột sắn Công nghệ chế biến tinh bột sắn gây phát sinh các chất thải như: khí thải, chất thải rắn và đặc biệt là nước thải. Quá trình tách tinh bột ra khỏi củ sắn cần một lượng lớn nước thải. Phần lớn các nhà máy sản xuất tinh bột sắn nằm gần sông, hồ. Do đó sông, hồ dễ trở thành nơi để các nhà máy xả nước thải vào. Đây chính là mối nguy cơ đe doạ môi trường và chất lượng sống của dân cư quanh vùng. II.3.1 Chất thải rắn [7] Chất thải rắn từ sản xuất tinh bột sắn bao gồm vỏ và bã của củ sắn, có lần đất cất. Bã sắn chứa chủ yếu là xơ (xenlulo) và một lượng nhỏ tinh bột. Vỏ lụa của sắn chứa chủ yếu là pectin, tinh bột và xơ. Có thể xác định khối lượng chất thải rắn sinh ra theo lượng nguyên liệu đầu vào qua sơ đồ cân bằng vật chất (hình II.6) Sắn củ 1 tấn (100%) Bột nghiền 0,95 tấn (95%) Vỏ, đất, cát xả ra 0,05 tấn (5%) Bã sắn 0,4 tấn (40%) Theo nước thải 0,05 tấn (5%) Tinh bột 0,5 tấn (50%) Hình II.6: Sơ đồ dòng vật chất trong sản xuất tinh bột sắn Định mức thải trung bình của 1 tấn sắn là: 0,4 tấn bã, 0,05 tấn vỏ và đất cát. Bảng II.3 Thành phần bã thải sản xuất tinh bột sắn [8] TT Thành phần Bã sắn 1 pH 6,67 2 Nước (%) 88,9 3 Chất khô (%) 11,1 4 Tinh bột (%) 0,62 5 ∑N 0,013 6 ∑P 0,026 Từ (bảng II.3) cho thấy đặc trưng bã thải sản xuất tinh bột sắn chứa hàm lượng nước lớn (88,9%), đặc biệt vẫn còn một lượng tinh bột nhất định nên khi bị phân huỷ gây mùi xú uế. Nguồn thải này góp phần đáng kể làm ô nhiễm môi trường đất và trực tiếp gây ô nhiễm môi trường không khí cũng như ảnh hưởng lớn đến chất lượng nước mặt, nước ngầm ở khu vực xung quanh các nhà máy sắn. II.3.2 Nước thải. Trong quá trình sản xuất tinh bột sắn, nhu cầu sử dụng nước cho sản xuất là rất lớn khoảng 20 m3/tấn sản phẩm nên cũng thải ra một lượng nước thải khá lớn. Nước thải chứa hàm lượng lớn các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ hoà tan, bã (xơ) có kích thước nhỏ và tinh bột thất thoát. Ngoài ra còn chứa một lượng đường khử, nitrogen và phosphorus đáng kể. Nhiều vi vật cũng được tìm thấy ở các nhà máy sản xuất tinh bột sắn như vi khuẩn, nấm men, nấm mốc xạ khuẩn. Lượng vi khuẩn và nấm men được tìm thấy nhiều hơn trong nước thải ở những giai đoạn sau của quá trình sản xuất, trong khi nấm mốc và xạ khuẩn lại xuất hiện nhiều trong nước thải chính của nhà máy. Nguyên nhân là do sự có mặt của các chất xơ (cellulose) trong nước thải đã kích thích sự phát triển của các loài vi sinh vật này.[1] Một trong những điểm cần chú ý là nước thải từ các nhà máy chế biến tinh bột sắn có chứa hàm lượng cyanide cao. Cyanide là một hợp chất độc hại gây nhiều khó khăn trong xử lý nước thải. Nước thải trong sản xuất tinh bột sắn thường có pH thấp (pH = 3,0 ÷ 3,8) và được chia ra làm hai loại chủ yếu, đó là nước thải công đoạn rửa củ và nước thải ở công đoạn tách bột. Ở nhà máy chế biến tinh bột sắn Yến Bình, nước rửa củ có hàm lượng ô nhiễm rất cao do có sự tuần hoàn một lượng nước sau tách bột (COD khoảng 10.000 ÷ 14.000 mg/l). Do đó nước sau rửa củ có COD cao biến động từ 12.000 ÷ 15.000 mg/l). Lượng nước thải lớn và có độ ô nhiễm cao này không được xử lý triệt để đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường. Bảng II.4: Định mức nước thải trong sản xuất tinh bột (tính cho 1 tấn nguyên liệu củ tươi) [8] Mục đích sử dụng Lượng (m3) Tỷ lệ Rửa củ 1,25 23 Tách bột 4 72,5 Rửa thiết bị 0,25 4,5 Tổng 5,5 100 Từ (bảng II.4) cho thấy nước sử dụng cho công đoạn tinh chế bột (tách bã) chiếm khối lượng lớn (từ 60 ÷ 75%). Nước thải từ công đoạn này cũng là nước thải có độ ô nhiễm cao nhất. CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN XUẤT KHẨU YÊN BÌNH - TỈNH YÊN BÁI III.1 Vài nét về nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình Được sự quan tâm chỉ đạo của UBND tỉnh Yên Bái và huyện Yên Bình, qua đánh giá tình hình và tính hiệu quả xã hội. Công ty TNHH thương mại và đầu tư Yên Bình, quyết định đầu tư xây dựng nhà máy chế biến tinh bột sắn xuất khẩu Yên Bình theo quyết định giấy phép kinh doanh số 1602000051 cấp ngày 20.02.2003 của Sở kế hoạch và đầu tư tỉnh Yên Bái. Với lĩnh vực kinh doanh: + Chế biến, kinh doanh và xuất khẩu tinh bột sắn + Chế biến thức ăn gia súc + Xây dựng các công trình: dân dụng, công nghiệp. 1. Vị trí địa lý Nhà máy chế biến tinh bột sắn xuất khẩu Yên Bình của Công ty TNHH thương mại và đầu tư Yên Bình, được xây dựng trên mặt bằng diện tích 21,5ha tại Thôn Làng Mấy, xã Vũ Linh, huyện Yên Bình, tỉnh Yên Bái. Toạ độ tại trung tâm mặt bằng nhà máy: + Vĩ độ Bắc : 21o48’779’’ + Kinh độ Đông : 105o01’458’’ Toàn bộ nhà máy nằm trên khu đất bằng phẳng, xung quanh là núi, thung lũng và khe suối, gần trục đường giao thông: + Phía Bắc giáp quốc lộ 37 + Phía Nam giáp thung lũng, nối ra suối Thang Luồn + Phía Đông giáp đồi núi + Phía Tây giáp đồi núi, cách xa khoảng 2km đường chim bay là Hồ Thác Bà. 2. Đặc điểm tự nhiên Khí hậu nhiệt đới gió mùa, và chia làm hai mùa rõ rệt: - Mùa nóng bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10 gió Đông Nam - Mùa lạnh bắt đầu từ tháng 11 đến tháng 3, gió Đông Bắc, trời khô hanh + Nhiệt độ không khí: Nhà máy nằm ở phía Tây Bắc Bộ có nhiệt độ thấp. Nhiệt độ trung bình trong năm là: 22,9oC ÷ 23oC. Tháng nóng nhất vào tháng 7 và tháng 8 nhiệt độ lên tới 37 ÷ 38oC. + Độ ẩm: Độ ẩm trung bình trong năm là 84,5%. Biến trình độ ẩm không khí trong năm đạt cực đại vào tháng 3 và tháng 4 (87%) và đạt cực tiểu vào tháng 11 và tháng 12 (81%). + Lượng mưa lớn trung bình: 1537 mm, mùa nóng là mùa mưa. Lượng mưa trung bình trong mùa mưa là: 1500 ÷ 2200 mm. + Điều kiện thuỷ văn: Trong khu vực đặt nhà máy chế biến tinh bột sắn có nguồn nước ngọt khá phong phú, đó là nguồn nước từ Hồ Thác Bà và các khe suối. Suối Thang Luồn nằm ở phía Nam và Tây Nam, là nơi tiếp nhận nước thải của Nhà máy. 3. Cơ cấu tổ chức, quản lý Nhà máy chế biến tinh bột sắn xuất khẩu Yên Bình là một đơn vị sản xuất kinh doanh trực thuộc Công ty TNHH thương mại và đầu tư Yên Bình. Hệ thống tổ chức của nhà máy như sau: Giám đốc công ty TNHH thương mại và đầu tư Yên Bình Giám đốc Nhà máy Kế hoạch tài chính Kỹ thuật Xưởng sản xuất Nông vụ PGĐ kinh doanh Tổ chức hành chính PGĐ kỹ thuật Kế hoạch nghiệp vụ Hình III.1: Sơ đồ cơ cấu tổ chức, quản lý Nhà máy chế biến tinh bột sắn yên Bình - tỉnh Yên Bái 4. Quy mô sản xuất và đặc trưng sản phẩm a. Quy mô sản xuất Ngay từ ngày đầu thành lập công suất của nhà máy đạt 80 tấn sản phẩm/ ngày. Nhưng do có nguồn nguyên liệu dồi dào. Để đáp ứng được khâu tiêu thụ nguyên liệu sắn củ cho bà con nông dân, công ty TNHH thương mại và đầu tư Yên Bình đã mở rộng lắp mới dây chuyền II, nâng tổng công suất của Nhà máy lên 160 tấn sản phẩm / ngày, tương đương với 560 tấn sắn nguyên liệu / ngày. Thời gian sản xuất trong năm là 150 ngày, tương ứng với sản lượng 24.000 tấn sản phẩm / năm, tiêu thụ 96.000 tấn sắn nguyên liệu. Để đáp ứng được công suất hoạt động của nhà máy, công nhân phải làm việc 3 ca. Số công nhân trực tiếp sản xuất là 45 – 60 người/1ca, công suất 160 tấn sản phẩm / ngày. Có thể nói Nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình là một trong những nhà máy có công suất lớn nhất Việt Nam hiện nay. b. Đặc trưng sản phẩm Với dây chuyền công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc mà nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình đang sử dụng đã cho sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuất khẩu: Tinh bột đạt tiêu chuẩn [5] + Hàm lượng tinh bột : 85% tối thiểu + Độ ẩm : 13% tối đa + Hàm lượng tro : 0,2% tối đa + Độ pH : 5 – 7 + Độ dẻo : 700 BU + Hàm lượng Protein : 0,2% + Độ trắng : 96,5% III.2 Hiện trạng công nghệ và thiết bị III.2.1 Hiện trạng công nghệ Qua tìm hiểu công nghệ chế biến tinh bột sắn trên thế giới, cũng như giá chào hàng của các hãng cung cấp thiết bị lớn của Đức, Thái Lan, Trung Quốc…Công ty TNHH thương mại và đầu tư Yên Bình đã quyết định chọn dây chuyền công nghệ chế biến tinh bột sắn của nhà máy Tam Hoa - Trung Quốc. Công nghệ này hoạt động dưới dạng tách phân rã và trích ly, ly tâm phun vận hành theo nguyên tắc liên tục, khép kín và tự động. Đây là công nghệ tiên tiến mà thế giới đang sử dụng. Phương pháp này tạo ra sản phẩm đạt chất lượng thương phẩm loại 1 trên thị trường trong nước và quốc tế. Đáng chú ý là công nghệ này là tiêu tốn ít nhiên liệu và năng lượng, cho sản phẩm có đủ sức cạnh tranh trên thị trường cả về chất lượng và giá cả. 1. Sơ đồ công nghệ Tách tạp chất, bóc vỏ Rửa sạch Chất thải rắn Nước thải Máy nghiền búa Băng chuyển ép vít xoắn Chiết tách tinh bột Lắng bột sơ bộ Trích ly, ly tâm Sấy nhanh Làm nguội Nước thải Bã sắn Rây mịn, Đóng bao Sắn củ tươi Sản phẩm Nước Nước tuần hoàn Khí nóng Nước thải Nước Nước Hình III.2: Quy trình công nghệ chế biến tinh bột sắn của nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình 2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ sản xuất tinh bột sắn Các công đoạn trong dây chuyền công nghệ sản xuất tinh bột sắn được thể hiện trong sơ đồ (hình III.2), gồm: + Nạp liệu, bóc vỏ, rửa sạch Nguyên liệu củ sắn tươi sau thu hoạch tối đa trong vòng 3 ngày (72h), phải được đưa vào chế biến. Củ được đưa lên băng chuyền, vào phễu nạp liệu có hệ thống sàng rung, nhằm loại bỏ đất cát và các tạp chất. Sau đó củ được băng chuyền chuyển đến thiết bị bóc vỏ và củ được đưa đến thiết bị rửa sạch trước khi chuyển sang công đoạn tiếp theo + Thiết bị nghiền Củ sau khi rửa sạch được băng chuyền chuyển sang hệ thống sàng lọc để loại bỏ tạp chất lần cuối, và sau đó được chuyển đến thiết bị nghiền. Ở đây nước sạch được bơm vào và khuấy trộn để tạo thành một hỗn hợp (Bã - bột - nước) sau đó chuyển sang công đoạn tách bột + Tách chiết suất sữa bột và bã Hỗn hợp bã - bột - nước sau khi trộn đều được bơm vào hệ thống thiết bị chiết tách gồm: + Thiết bị chiết tách sơ bộ lần đầu, nhằm tách sữa bột. + Bã sắn sau khi chiết tách ở giai đoạn đầu xong, được hoà trộn với nước và được bơm lên thiết bị chiết - tách lần 2 và lần 3, nhằm tận thu phần tinh bột còn lại trong bã. + Bã sắn được bơm đến đi để tách nước cuối cùng bằng thiết bị ép bã vít tải. Băng chuyền xích tải chuyển bã ra nơi thu gom. Sữa bột thu hồi từ các giai đoạn chiết tách trên, được chuyển đến các bồn nhỏ để hoà trộn với nước. Sau đó được bơm đến thiết bị tinh chế, nhằm loại bỏ tạp, nâng cao chất lượng sản phẩm. + Trích ly và ly tâm rút nước Khi đã loại bỏ được tạp chất, thu được dung dịch sữa với 96 ÷ 97% tinh bột, dung dịch sữa bột này được đưa vào máy ly tâm tách nước hai lần, để thu hồi được tinh bột nhão có độ ẩm khoảng 38%, giúp cho công đoạn sấy khô được nhanh hơn. + Sấy và đóng gói Tinh bột nhão được băng chuyền chuyển đến thiết bị làm tơi, sau đó được đưa vào bunke phân phối, có tác dụng cung cấp bột vào hệ thống ống sấy nhanh bằng khí nóng. Khí nóng được cung cấp từ hệ thống gia nhiệt dạng ống để sấy khô bột, không khí nóng tiếp tục đẩy bột khô vào hệ thống làm mát, để hạ nhiệt độ bột. Bột khô được đưa vào bồn tồn trữ. Ở đây tinh bột tiếp tục được làm nguội một lần nữa, rồi đưa vào thiết bị sàng và đóng gói theo định lượng yêu cầu. III.2.2 Hiện trạng thiết bị Toàn bộ các máy móc, thiết bị của nhà máy đều được đầu tư mới. Các thiết bị trong dây chuyền công nghệ đều có tính năng tốt, chất lượng phù hợp với yêu cầu công nghệ nhằm tạo ra sản phẩm tinh bột sắn có chất lượng cao. Qua khảo sát và nghiên cứu dây chuyền máy móc thiết bị chế biến tinh bột sắn của nhà máy Tam Hoa - Trung Quốc.Công ty TNHH thương mại và đầu tư Yên Bình đầu tư mua dây chuyền công nghệ này. Hệ thống thiết bị của công ty có ưu điểm là giá thành thấp hơn đáng kể so với thiết bị của một số hãng cung cấp thiết bị khác (bảng III.1) BảngIII.1:Giá đầu tư một dây chuyền thiết bị sản xuất tinh bột sắn của một số hãng cung cấp [5] STT Tên hãng cung cấp thiết bị Công suất Giá thiết bị (USD) 1 Công ty SW - Thái Lan 60 TSP/ngày 2.120000 2 Công ty German - Thái Lan 80 TSP/ngày 2.710000 3 Công ty Rieckerman - Đức 52 TSP/ngày 6.314000 4 Nhà máy Tam Hoa - Trung Quốc 80 TSP/ngày 1.043000 Do vậy tiết kiệm được rất nhiều chi phí cho Công ty, giảm được chi phí ngoại tệ và khuyến khích phát triển trong nước. Hơn nữa máy móc thiết bị của Nhà may Tam Hoa - Trung Quốc lại phù hợp với điều kiện sản xuất của nước ta, phụ tùng thay thế có sẵn ở Châu Á. III.3 Nhu cầu nguyên liệu, nhiên liệu, điện, nước III.3.1 Nguyên vật liệu 1. Nguyên liệu sắn củ Nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình nằm trên địa phận huyện Yên Bình, tỉnh Yên Bái là vùng có tiềm năng đất đai, thổ nhưỡng và thời tiết khí hậu phù hợp để phát triển cây sắn. Diện tích quy hoạch vùng nguyên liệu sắn là 4000 ÷ 5000 ha tại huyện Yên Bình, với năng suất sắn bình quân từ 20 ÷ 25 tấn sắn củ tươi/ha. Đảm bảo cung cấp nguyên liệu cho nhà máy sản xuất và hoạt đông 150 ngày/năm Cây sắn là loại cây dễ trồng, ít sâu bệnh. Vốn đầu tư cho sản xuất trên một đơn vị diện tích trồng sắn thấp hơn nhiều so với các loại cây trồng khác, nhưng mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người trồng sắn, phù hợp với điều kiện kinh tế hộ gia đình. Từ khi nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình đi vào hoạt động. Bà con nông dân đã chuyển đổi nhanh chóng cơ cấu cây trồng, và trồng các loại sắn cao sản như KM94, KM95,… cho năng suất và hàm lượng tinh bột cao. Để có 1 tấn thành phẩm tinh bột sắn chất lượng cao, cần 4 tấn sắn củ tươi nguyên liệu. Nhu cầu sắn củ tươi cho 2 dây chuyền sản xuất trong 1 ngày là 640 tấn (tương ứng 96.000 tấn/năm). Sắn nguyên liệu của các đơn vị kinh doanh và bà con trồng sắn trong vùng nguyên liệu cung cấp cho nhà máy, thông qua hợp đồng kinh tế. Giá nguyên liệu sắn củ tươi nhập tại kho của nhà máy là 450 ÷ 550 VND/kg. 2. Nhu cầu vật tư bao bì Để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuất khẩu. Nhà máy đã dùng bao bì có kiểm định đạt tiêu chuẩn loại 50kg, hoặc loại 100kg. Bao bì được cung cấp bởi cơ sở sản xuất bao bì xuất khẩu trong nước theo lịch trình 3 tháng/lần, với tổng số lượng 400000 cái/năm. III.3.2 Nhiên liệu, năng lượng và nước 1. Cấp nước Nhà máy sử dụng nguồn nước từ hồ Thác Bà, qua xử lý sơ bộ đạt tiêu chuẩn nước công nghiệp thực phẩm. Nguồn nước hồ tương đối phong phú, đủ lượng nước phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt ổn định. Nhu cầu cấp nước khoảng 3500 m3/ngày. 2. Cấp điện Sử dụng nguồn điện lưới quốc gia 110 kV, qua nhà máy thuỷ điện Thác Bà. Để đáp ứng được nguồn điện phục vụ toàn bộ dây chuyền sản xuất, nhà máy xây dựng một trạm biến áp 700 kVA. Nhu cầu cấp điện 2.880.000 kWh/năm 3. Cấp nhiệt Trước đây nhà máy đã sử dụng dầu FO cung cấp nhiệt, nhưng do giá thành cao cho nên từ năm 2004, nhà máy đã đầu tư mua mới thiết bị cung cấp nhiệt đốt bằng than cám, với định mức than khoảng 90 ÷ 100 kg/tấn SP. III.4 Hiện trạng môi trường III.4.1 Các chất thải từ sản xuất tinh bột 1. Chất thải rắn Chất thải rắn của nhà máy phát sinh chủ yếu từ các nguồn sau: - Từ công nghệ gồm: bã sắn, vỏ sắn và xỉ than đốt lò - Bùn từ các bể lắng trong quá trình xử lý nước thải. Nhà máy có công suất 160 tấn SP/ngày tương ứng với khoảng 640 tấn sắn nguyên liệu/ngày. Lượng chất thải rắn từ sản xuất bao gồm (bã và vỏ sắn) ước tính khoảng: 288 tấn/ngày (tính theo hinh II.6) 2. Khí thải Các khí độc hại như CO, H2S, SO2, CO2… phát sinh chủ yếu từ lò đốt nhiên liệu cấp nhiệt cho quá trình sấy. Ngoài ra khí ô nhiễm còn phát sinh từ các hợp chất hữu cơ trong bã sắn hoặc nước thải bị phân huỷ. 3. Nước thải Nước thải sản xuất của nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình có lưu lượng khá lớn. Với công suất 160 tấn SP/ngày thì tổng lưu lượng nước thải của nhà máy khoảng 3200 m3/ngày. Nước thải được sinh ra từ hai công đoạn: rửa củ và tách bột, có độ pH thấp (pH = 3,15 ÷ 3,30), hàm lượng COD = 9936 ÷ 13327 mg/l, SS = 7240 ÷ 7472 mg/l. III.4.2 Hiện trạng xử lý nước thải Ngay từ những ngày đầu mới thành lập Nhà máy. Công ty TNHH thương mại và đầu tư Yên Bình đã đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải với tổng trị giá 3.465.490.000 VND do Viện Vật Lý và Điện Tử trực thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam thiết kế và thi công. Từ đặc trưng công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Nhà máy Tam Hoa - Trung Quốc xây lắp và vận hành cho nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình. Nước thải phát sinh chủ yếu ở hai công đoạn sau: rửa củ và công đoạn tách bột (tách mủ), với tổng lượng nước thải khoảng 3.200 m3/ ngày. Lượng nước thải chia làm hai dòng: + Dòng nước rửa củ ( chiếm 60% ~ 90 m3/h ). Với hàm lượng COD khoảng 12.000 ÷ 15.000 mg/l. + Dòng nước tách bột (tách mủ) (chiếm 40% ~ 60 m3/h). với hàm lượng COD là 10.000 ÷ 14.000 mg/l. Sở dĩ nước thải rửa củ có hàm lượng COD cao như vậy là do có tuần hoàn một phần nước tách bột. III.4.2.1 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đang sử dụng Hệ thống xử lý nước thải mà Viện Vật Lý Điện Tử thiết kế và xây dựng. Khi đi vào hoạt động, nước ra khỏi hệ thống xử lý vẫn không đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường. Nhà máy đã quyết định không vận hành hệ thống xử lý này nữa, do chi phí vận hành tốn kém, mà chỉ sử dụng một số công đoạn trong hệ thống xử lý. 1. Sơ đồ công nghệ hiện hành Hồ sinh học II Hồ sinh học I Bể yếm khí Nước thải tách bột Polime Bể hiếu khí Thải ra suối Nước thải rửa củ 1 3 4 2 Bể phản ứng keo tụ Hình III.3: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của Nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình đang sử dụng 2. Mô tả công nghệ Nước thải công nghệ gồm hai dòng chính: nước tách bột và rửa củ: Nước thải của công đoạn tách bột được chảy thẳng vào ABR (Anaerobic Baffled Reactor), bể yếm khí dựa trên nguyên lý dòng chảy ngược qua nhiều ngăn. Nước ra khỏi bể này được trộn với nước thải rửa củ. Dòng nước hỗn hợp này được bổ xung polime (C303 kết hợp với N208) và được lắng tách cặn keo tụ trong bể lắng xoáy. Sau đó được chảy vào bể xử lý hiếu khí, tiếp theo là hai hồ sinh học và thải ra môi trường. (hình III.5) Do nước thải có độ ô nhiễm rất cao; COD = 9.200 mg/l; BOD5 = 7000 mg/l; SS = 4040 mg/l, nước sau xử lý không đạt tiêu chuẩn cột B TCVN 5945 – 1995, CODra = 8188 mg/l gấp 81,88 lần TCCP, BOD5 = 6500 mg/l gấp 130 lần TCCP (bảng III.2) Bảng III.2: Đặc trưng nước thải trước và sau hệ thống xử lý của Nhà máy (Mẫu lấy ngày 11.03.2006) TT Chỉ tiêu Đơn vị M1 M2 TCVN 5945 – 1995 Cột B 1 pH 3,17 3,14 5,5 - 9 2 COD mg/l 9.200 8.188 100 3 BOD5 mg/l 7.000 6.500 50 4 TS mg/l 6.586 1.910 - 5 SS mg/l 4.040 498 100 6 ∑N mg/l 52,395 45,65 60 7 ∑P mg/l 12,27 10,12 6 Ghi chú: - M1: Mẫu nước thải rửa củ trộn với nước thải tách bột đã qua bể kị khí. - M2 : Mẫu nước thải đã qua hệ thống xử lý của Nhà máy Với bảng số liệu trên cho thấy hệ thông xử lý nước thải của Nhà máy hoạt động hoàn toàn không hiệu quả. Các chỉ tiêu thải ra môi trường đều vượt mức độ cho phép, gây ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng. III.2.2 Đề xuất công nghệ 1. Sơ đồ công nghệ Hồ sinh học 1 Nước tách bột Nước rửa củ Bể điều hoà 1 Bể UASB Bể điều hoà 2 Bể Aeroten Hồ sinh học 2 Song chắn rác Thải ra môi trường Nước thải vệ sinh nhà xưởng Hình III.4: Phương án đề xuất công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình 2. Mô tả công nghệ [hình III.4] - Nước thải rửa củ có hàm lượng COD khoảng 12000 ÷ 15000 mg/l, qua song chắn rác để loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn như (vỏ và các đầu mẩu của củ sắn), sau đó chảy vào bể điều hoà 1. - Nước thải ở công đoạn tách bột có hàm lượng COD khoảng từ 10000 ÷ 14000 được chảy thẳng vào bể điều hoà 1. Sau đó nước từ bể điều hoà 1 này được chảy vào thiết bị UASB. Nước ra sau bể UASB, cùng với nước rửa vệ sinh nhà xưởng được chảy vào bể điều hoà 2. Bể này vừa có tác dụng lắng các tạp chất có kích thước lớn, vừa điều chỉnh lưu lượng nước chảy vào bể Aeroten. Sau khi qua bể aeroten nước được đi vào hệ thống hai hồ sinh học và được thải ra môi trường. CHƯƠNG IV: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC DẠNG THIẾT BỊ XỬ LÝ YẾM KHÍ NƯỚC THẢI GIẦU CHẤT HỮU CƠ Xử lý sinh học nước thải thực chất là điều khiển và sử dụng các quá trình trao đổi chất của vi sinh vật để chuyển hoá các chất ô nhiễm dưới dạng các hợp chất hữu cơ và một số chất vô cơ hoà tan hoặc phân tán nhỏ có thể chuyển hoá sinh học được. Trong xử lý sinh học, vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm có trong nước thải như nguồn dinh dưỡng để khai thác năng lượng cho quá trình sinh trưỏng và phát triển, quá trình chuyển hoá các chất ô nhiễm có trong nước thải thực chất là quá trình ôxy hoá khử sinh học trong đó vi sinh vật là tác nhân quyết định.[9] Nước thải chế biến nông sản, thực phẩm có đặc tính chung là giàu chất hữu cơ, thành phần chủ yếu là tinh bột, xenlulo và các chất hoà tan khác nên có thể xử lý bằng phương pháp sinh học. Nước thải chế biến tinh bột sắn nói chung và nước thải của nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình Yên Bái nói riêng đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu xử lý sinh học có hiệu quả: Giàu chất hữu cơ, BOB5/COD ≥ 0,5 Không chứa chất độc đối với vi sinh vật Nước thải sản xuất tinh bột sắn có độ pH dễ dàng điều chỉnh được Tổng lượng muối ≤ 4,0 ÷ 5,0 g/l [9] Một bộ phận của nước thải sẳn xuất tinh bột có độ ô nhiễm rất cao nên xử lý yếm khí nhân tạo là phương pháp hiệu quả hơn. Xử lý sinh học bằng phương pháp yếm khí là quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, vô cơ có trong nước thải khi không có O2. Phương pháp yếm khí thường được sử dụng cho xử lý nước thải có hàm lượng BOD và cặn lơ lửng lớn (BOD > 1800 mg/l, SS > 300 ÷ 400 mg/l) Trong quá trình phân huỷ yếm khí, phần lớn các chất hữu cơ được chuyển hoá thành khí sinh học (biogas), chỉ một phần nhỏ 1 ÷ 5% được sử dụng cho quá trình tổng hợp sinh khối. Phương pháp xử lý yếm khí nước thải có nhiều ưu điểm: Nhu cầu năng lượng thấp hơn nhiều so với phương pháp hiếu khí lượng bùn và sinh khối tạo ra ít nên không cần đầu tư cho xử lý bùn - Có thể thu biogas làm nhiên liệu (biogas với thành phần chủ yếu là CH4, CO2 là sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ chứa cácbon). - Có thể xử lý nước thải hàm lượng chất ô nhiễm cao, phức tạp mà phương pháp hiếu khí không xử lý được. Tuy nhiên xử lý yếm khí cũng có những nhược điểm sau: - Thời gian lưu của nước thải lớn, do đó chi phí đầu tư cho xây dựng cơ bản cao. - Thòi gian ổn định công nghệ dài (từ 3 ÷ 6 tháng) - Quá trình vận hành tương đối phức tạp - Chưa xử lý triệt để, hiệu quả xử lý thường chỉ đạt 85 ÷ 90% - Bùn có mùi đặc trưng khi hệ thống không được quản lý tốt IV.1 Cơ chế và tác nhân IV.1.1 Cơ chế phân giải yếm khí Quá trình phân giải yếm khí các hợp chất hữu cơ là một quá trình phức tạp gồm nhiêu giai đoạn có thể tóm tắt trong sơ đồ sau: [9] Các chất hữu cơ phân tử lượng lớn (Gluxit, Protein, Lipit, hydrocacbua,…) Các chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ (Đường, acid amin, acid béo,…) Lên men acid hữu cơ và các chất trung tính Acid Propionic, acid butyric, rượu, andehyt, Axeton,… Các chất khí Axít axetic CO2, H2 NH3, H2S Khử CO2 Decacboxyl hoá CH4 CO2 8H+ Giai đoạn thuỷ phân Giai đoạn lên men axít hữu cơ Giai đoạn axetic hoá Giai đoạn lên men CH4 Hình IV.1: Quy trình phân giải yếm khí các hợp chất hữu cơ - Phản ứng cơ chế tổng quan: Vi sinh vật CxHyOz + (x - - )H2O ( - + )CO2 + ( + - )CH4 - Trong thực tế quá trình phân giải yếm khí thường xảy ra theo 4 giai đoạn: 1. Giai đoạn 1: Giai đoạn thuỷ phân Dưới tác dụng của các enzym hydrolaza do vi sinh vật tiết ra, các hợp chất hữu cơ phức tạp có phân tử lượng lớn như Protein, Gluxit, Lipit…được phân giải thành các chất hữu cơ đơn giản có phân tử lượng nhỏ như đường, Peptit, Glyxerin, acid amin, acid béo…Trong giai đoạn thuỷ phân, phần lớn các hợp chất Gluxit được phân huỷ nhanh, các hợp chất Protein được phân huỷ chậm hơn, các hợp chất hữu cơ phân tử lượng lớn như: Xenlulo thường được phân huỷ chậm và không triệt để do cấu trúc phức tạp. Peptidaza Proteaza Protein Peptit Acid amin Amylaza Tinh bột Đường Lypaza Lipit Glyxerin + Acid béo Xenlobioza Xenlulaza H2O Xenlulo C12H22O11 2C6H12O6 * 4 axit galacturonic Thuỷ phân Pectinaza * 2 (arabinoza + xyloza) 10H2O Pectin Hydratpectin * 1 đường galactoza * 1 axit axetic * 2 metanol + 2 CO2 2. Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men acid hữu cơ Các sản phẩm thuỷ phân sẽ được các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hoá, các sản phẩm thuỷ phân sẽ được phân giải yếm khí tiếo tục tạo thành acid hữu cơ phân tử lượng nhỏ như acid propionic, acid butyric, acid axetic,… các rượu, andehyt, axeton và cả một số aicd amin. Đặc biệt trong giai đoạn này các acid amin hình thàng trong thuỷ phân protein cũng sẽ được khử amin, một phần các amin (NH2) được vi sinh vật sử dụng cho sinh trưởng và phát triển, phần còn lại trong nước thải được chuyển hoá thành amôn NH4+. Thành phần của các sản phẩm lên men phụ thuộc vào bản chất các chất ô nhiễm, tác nhân sinh học và điều kiện môi trường. Trong giai đoạn này BOD5 và COD giảm không đáng kể nhưng pH của môi trường có thể giảm mạnh. Sự lên men của một số acid hữu cơ tiêu biểu (axit lactic, axit butyric, axit propionic) và các chất trung tính như etanol, axeton, butanol, pectin, và xenlulo [10] + Sự lên men axit lactic: - Lên men axit lactic theo kiểu điển hình: Cơ chế đơn giản tạo ra sản phẩm chủ yếu là axit lactic NAD NADH2 C6H12O6 2CH3COCOOH CH3CHOHCOOH axit pyruvic Pyruvat hidrogennaza axit Lactic - Lên men axit lactic theo kiểu dị hình: (kiểu đặc biệt) vì tạo nhiều sản phẩm. Axit sucxinic CH2COOH CH2COOH (10%) C6H12O6 NAD NADH2 CH3-CHOH-COOH (40% lactat) CO2 CH3CHO CH3CH2OH CH3COOH NADH2 NADH2 (20%) CH3COOH + HCOOH 2CH3COCOOH CO2 H2O CO2 Axit xetosucxinic NAD CH3COCH2COOH NAD H2 + Sự lên men axit butyric: (cơ chế đơn giản) CH3CH2CH2COOH CO2 C6H12O6 2CH3CHO Trùng hợp H2 2CH3COCOOH Axit butyric CH3COOH + HCOOH + Sự lên men axit propionic: (Cơ chế đơn giản) Axit propionic CH3CH2COOH C6H12O6 2CH3COCOOH 2CH3COCOOH CH3COOH + HCOOH + CO2 CH3CH2COOH + CH3COOH + CO2 CH3CHOHCOOH + Sự lên men etanol: Sản phẩm phụ thuộc rất lớn vào pH của môi trường, lên men etanol thông thường sản phẩm là etanol, phải duy trì pH = 4,5 ÷ 5,0. C6H12O6 NADH2 CH3COCOOH CO2 Pyruvat decacboxylaza CH3CH2OH CH3CHO NAD 3. Lên men tạo axit axetic Các sản phẩm lên men phân tử lượng lớn như axit béo, axit lactic sẽ được từng bước chuyển hoá thành axit axetic: 3CH3CHOHCOOH axit Propionic 2CH3CH2COOH + CH3COOH + CO2 + 2H2O axit Lactic Rn-1COOH + CH3COOH RnCH2CH2COOH axit axetic Các axit có phân tử lượng lớn được cắt từng bước tại nguyên tử Cβ: axit axetic axit béo mạch ngắn hơn Mùi của hỗn hợp lên men rất khó chịu do các sản phẩm trao đổi chất được hình thành đặc biệt từ quá trình phân giải Protein và các axit amin: H2S, Indol, statol và mercaptan. Trong phân giải yếm khí, dưới tác dụng của các enzym bùn, thường có màu đen. Quá trình khí hoá dễ làm cho bùn nổi thành màng do khí thoát ra kéo theo sinh khối. 4. Giai đoạn metan hoá: Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình xử lý yếm khí, nhất là khi xử lý yếm khí thu biogas. Hiệu quả xử lý sẽ cao khi các sản phẩm trung gian được khí hoá hoàn toàn. Dưới tác dụng của các vi khuẩn lên men metan, các axit hữu cơ bị decacboxyl hoá tạo khí metan. Trong xử lý yếm khí, khí metan được tạo thành theo hai cơ chế chủ yếu là khử CO2 và decacboxyl hoá. - Decacboxyl hoá: CH3COOH CH4 + CO2 2CH3(CH2)2COOH CH3COCH3 3CH4 + CO2 7CH4 + 5CO2 5CH4 + 3CO2 H2O 2CH4 + CO2 H2O 4CH3CH2COOH H2O 2CH3CH2OH Khoảng 70% CH4 được tạo thành do decacboxyl hoá axit hữu cơ và các chất trung tính. - Khử CO2 CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O CO2 4NADH2 4NAD CH4 + 2H2O Khoảng 30% CH4 được tạo thành do khử CO2 Trong giai đoạn này, các sản phẩm chậm hoặc khó phân giải như xenluloza, axit béo phân tử lượng lớn tiếp tục bị phân huỷ và tạo thành rất nhiều khí CO2 và CH4, pH của môi trường tăng và chuyển sang kiềm nhẹ. Các ion amin của môi trường tác dụng với CO2 tạo ra muối cacbonat làm cho môi trường có tính đệm.[11] IV.1.2 Tác nhân sinh học 1. Tác nhân sinh học của giai đoạn thuỷ phân và lên men axit hữu cơ Các chủng Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Bacterioides, Pseudomonas và Enterobacter chiếm đa số. Phần lớn các vi khuẩn thuỷ phân và lên men axit hữu cơ ít nhạy cảm với pH môi trường trong giải pH rộng: từ 2 ÷ 7 tuy nhiên pH tối ưu 5 ÷ 7. Nước thải sản xuất tinh bột sắn giàu cenlulose và tinh bột nên tác nhân chủ yế là: Bacillus, Pseudomonas, Alcaligenes, Micrococus, Corynebacterium, Lactobacillus, Actynomyces, Bifidobacterium, Clostridium Trong giai đoạn lên men axit hữu cơ, tác nhân sinh học gồm: - Vi sinh vật hô hấp yếm khí: Bacterioides (pH = 5,2 ÷ 7,5), Clostridium (pH = 5,8) đóng vai trò rất quan trọng trong giai đoạn này. - Vi sinh vật hô hấp tuỳ tiện: Bacillus, Pseudomonas. Do sự có mặt của một số loài vi sinh vật hô hấp tuỳ tiện nên chúng đã sử dụng hết phần oxy hoà tan có trong nước thải, điều này rất cần thiết cho các vi khuẩn yếm khí nghiêm ngặt sau này. 2. Tác nhân sinh học trong giai đoạn lên men tạo axit axetic: [9] Vi khuẩn tạo axit axetic (vi khuẩn Axetogene) thường phát triển trong môi trường cùng với vi khuẩn metan hoá. Vi khuẩn Axetogene tạo ra H2 trong quá trình lên men, nhưng nó lại bị chính sản phẩm này gây ức chế. Vì vậy trong môi trường có các vi khuẩn metan hoá, khí H2 hoặc H+ sẽ được sử dụng để khử CO2. Một số chủng vi khuẩn Axetogene có hiệu quả metan hoá cao: Syntrophobacter wolonii, Syntrophobacter wolfei và Syntrophobacter Buswellii, nhiệt độ tối ưu topt = 33 ÷ 400C, pH = 6 ÷ 8. Nhóm vi khuẩn khử sunfat: Selemonas, Clostridium, Riminoccocus, Desulfovibrio trong môi trường hỗn hợp với vi khuẩn metan hoá, tạo sản phẩm chủ yếu là axit axetic. Nhóm vi khuẩn homonacetogene tạo axit axetic từ CO2 và H2, nhóm vi khuẩn n._.1 (kg/ngày) - Lượng Nitơ sinh ra do quá trình tự phân huỷ của vi sinh vật MNtự huỷ = (kg/ngày) Px : Lượng bùn tạo thành (kg/ngày) k : Hệ số tự huỷ của bùn (k = 0,02) a : Hàm lượng Protein của bùn (a = 0,5) b : Hệ số chứa Nitơ của Protein vi khuẩn (b = 6,25) Vậy lượng Nitơ sinh rado quá trình tự huỷ của vi sinh vật là: MNtự huỷ = = 10,159 (kg/ngày) - Lượng Nitơ được cấp cho bể UASB theo dòng vào là: MNcấp = G : ()cấp = 503,3 (kg/ngày) - Lượng Nitơ được chuyển hoá thành N2 trong biogas: Nbiogas = c.Vk.dN [18] c : Phần thể tích N2 có trong biogas (%) Vk : Thể tích biogas, (Vk = 17336 m3/ngày) dN : Khối lượng riêng khí N2; dN = 1,2507 (kg/m3) Vậy Nbiogas = 0,01x17336x1,2507 = 216,82 (kg/ngày) - Lượng Nitơ còn thiếu: MNthiếu = MN + Nbiogas – MNcấp – MN tự huỷ = 1238,1 + 216,82 – 503,3 – 10,159 = 941,46 (kg/ngày) Vì vậy, có thể tính bùn tuần hoàn: Vbùn tuần hoàn = (m3/ngày) d : Khối lượng bùn khô trong 1m3 nước sau xử lý (d = 5kg/m3) Vậy : Vbùn tuần hoàn = 588,4 (m3/ngày) VI.1.4 Bể lắng sau UASB Bể lắng bùn sau UASB cũng là bể lắng đợt I cho hệ thống Aeroten kế tiếp nên lưu lượng nước thải vào bể lắng I có lưu lượng là: Q = QUASB + Q’ QUASB : Nước ra sau UASB (QUASB = 3200 m3/ngày) Q’ : Nước rửa thiết bị, vệ sinh nhà xưởng và nước thải sinh hoạt (Q’ = 200 m3/ngày). Vậy tổng lưu lượng nước thải vào bể lắng đợt I là: Q = 3400 m3/ngày. Chọn kiểu bể lắng ngang, không xây dựng bể điều hoà, tỷ số chiều dài trên chiều rộng là 4:1, chiều cao vùng lắng 2,5 m. Tải trọng bề mặt U0 = 35 m3/m2.ngày - Diện tích bề mặt cần thiết của bể lắng F = (m2) [17] Q : Lưu lượng nước thải vào bể lắng đợt I (m3/ngày) U0 : Tải trọng bề mặt (m3/m2.ngày) Thay số vào ta có: F = = 97 (m2) - Chiều rộng bể F = BxL (L = 4B) B : Chiều rộng bể (m) F : Diện tích bể (m2) L : Chiều dài bể; với cách chọn L:B = 4:1 F = 4B2 suy ra B = 4,92 (m); lấy tròn B = 5m Diện tích bể nằm ngang: F = 5x20 = 100 m2 - Thể tích bể lắng V = H.F = 2,5 x 100 = 250 (m3) Vậy chọn kích thước bể là: 20 x 5 x 3 (m); Vthực = 300 (m3) - Tải trọng bề mặt U = = = 34 (m3/m2.ngày) - Vận tốc giới hạn của nước trong vùng lắng vH = (m/s) [17] k : Hằng số phụ thuộc tính chất của cặn (ở bể lắng đợt I chọn k = 0,05) ρ : Tỷ trọng của hạt, chọn ρ = 1,25 g : Gia tốc trọng trường (g = 9,8 m/s2) d : Đường kính tương đương của hạt (chọn d = 10-4 m) f : Hệ số ma sát phụ thuộc đặc tính bề mặt hạt và số Reynol của hạt khi lắng f = 0,02 ÷ 0,03; chọn f = 0,025 Vậy vH = = 0,0626 (m/s) - Thời gian lưu của nước trong bể t = = = 2,12 (h) - Vận tốc nước thải trong vùng lắng: v = = 0,00321 (m/s) (< vH) - Máng thu nước ra Máng thu nước ra được bố trí 1 máng ngang chạy suốt 5 m chiều rộng bể và 3 máng vuông góc với máng ngang, mỗi máng dài 2m. Tổng chiều dài máng l = 5 + 3 x 2 = 11 m Tải trọng thuỷ lực của máng: q = = = 309 (m3/mdài.ngày) - Vận tốc nước chảy vào máng tại mặt cắt ngang với độ sâu 2,5 m (mặt tiếp giáp vùng chứa cặn) v = = = 0,004 (m/s) (< vH) - Hiệu quả khử BOD và SS + Hiệu quả khử BOD RBOD = (%) [17] a;b : là các hằng số thực nghiệm (a = 0,018; b = 0,02) t : Thời gian lưu ( t = 2,12) vậy : RBOD = = 35,10 (%) + Hiệu quả khử SS RSS = (%) [17] x, y : là các hằng số thực nghiệm (x = 0,0075; y = 0,014) RSS = = 57,02 (%) VI.1.5 Hệ thống thu gom và tận thu khí sinh học - Sự cần thiết của khí sinh học + Thành phần của khí sinh học Khí sinh học (biogas) là một hỗn hợp của nhiều chất khí, thành phần của khí sinh học tuỳ thuộc vào loại nguyên liệu và các điều kiện phân huỷ như nhiệt độ, pH, hàm lượng nước…Nó cũng tuỳ thuộc vào các giai đoạn phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong thiết bị Thành phần của khí sinh học như sau: 50 ÷ 70% CH4; 30 ÷ 45% khí CO2 và các khí tạp (H2S; N2; H2…) chiếm khoảng 3%. + Khí Metan (CH4): là thành phần chính của biogas. Nó là chất khí không màu, không mùi, nhẹ bằng nửa không khí và ít hoà tan trong nước. Metan là thành phần cháy chủ yếu của khí sinh học, khi cháy tạo thành ngọn lửa màu lơ nhạt, toả nhiều nhiệt. Hỗn hợp metan và oxy có thể nổ khi tỷ lệ O2:CH4 = 2:1 theo thể tích Nhiệt lượng do 1m3 khí toả ra khi cháy được gọi là nhiệt trị của khí đó. Metan có nhiệt trị là 35822 kJ/m3 (8570 kcal/m3). + Khí cacbonic (CO2): là chất khí không cháy, không màu, không mùi, nặng gần gấp rưỡi không khí. Tỷ lệ cacbonic cao trong khí sinh học sẽ làm cho chất lượng khí sinh học kém đi. + Khí Hydrosunfua (H2S): là khí có mùi trứng thối, khiến cho khí biogas cũng trở nên có mùi hăng, đây cũng là đặc trưng dễ nhận biết của khí sinh học. Tuy nhiên khí H2S cũng là khí cháy được nên khi đốt khí biogas sẽ hết mùi. Khí H2S rất độc, nếu ngửi nhiều sẽ đau đầu, buồn nôn, không phân biệt được các mùi khác nhau. + Lợi ích của biogas Từ thành phần của khí sinh học (KSH), có thể thấy KSH là một nguồn năng lượng giá trị cao, có thể phục vụ nhiều mục đích cho nhà máy: + Lợi ích về năng lượng Từ thành phần của biogas cho thấy biogas cháy được vì hàm lượng CH4 = 60 ÷ 70%: CH4 cháy khi có mặt của O2 theo phương trình phản ứng sau: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 212,79 kcal Nếu sử dụng trực tiếp biogas (khoảng 70% CH4) là nguồn nhiên liệu thì nhiệt trị của hỗn hợp khí khoảng (5124 kcal/m3). Một m3 khí biogas có thể cấp nhiệt tương đương 0,43 kg LPG (khí hoá lỏng) hoặc 0,52 lít dầu FO hay 0,62 lít dầu lửa hoặc 1,46 kg than đá. [19] + Tận thu CH4 và CO2 Việc tách và thu hồi riêng hai cấu tử này đòi hỏi phải có hệ thống thiết bị phức tạp. Khi các thành phần tạp chất được tách ra, có thể tận dụng CH4 như một nhiên liệu hay nguyên liệu cho các ngành công nghiệp hoá học. Khí CO2 thải ra môi trường hoặc hoá rắn để sử dụng cho công nghiệp ướp lạnh Từ những lợi ích trên của khí sinh học. Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình có thể thu hồi lượng biogas từ hệ thống UASB để tận dụng nhiệt phục vụ cho công đoạn sấy khô sản phẩm. Hiện tại nhà máy đang sử dụng đốt than cám (khoảng 100kg/tấn SP) để làm khô tinh bột. Do vậy, phương án đốt khí biogas phục vụ công đoạn sấy khô là khả thi và kinh tế. - Sơ đồ hệ thống thu gom khí sinh học Khí biogas được thu gom tại bể UASB nhờ hệ thống nối với đầu các vách thu khí và được quạt hút vào thiết bị ngưng tụ hơi nước. Tại đây hỗn hợp khí biogas được làm khô rồi được bơm hút vào lò đốt khí tạo nhiệt. - Lựa chọn các thiết bị trong hệ thống thu biogas + Thiết bị tách hơi nước Khí sinh học hình thành trong bể UASB khi được thu gom sẽ cuốn theo một lượng hơi nước nhất định. Để loại hơi nước, biogas được cho qua thiết bị tăng áp, giảm nhiệt khi đó hơi nước sẽ ngưng tụ và được tách ra khỏi khí sinh học. + Thiết bị đốt tạo nhiệt: Khí biogas sau khi loại hơi nước được cấp trực tiếp cho lò đốt tạo nhiệt với phản ứng: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O Từ phương trình phản ứng đốt cháy trên có thể thấy thể tích O2 cần cấp để đốt cháy hoàn toàn gấp 2 lần thể tích CH4. Như vậy để đốt cháy 1m3 biogas cần cấp khoảng 6 ÷ 7m3 không khí (O2 chiếm 21% thể tích không khí). Nhiệt độ của quá trình đốt có thể đạt được 9000C [19]. - Thiết kế hệ thống thu gom khí biogas từ bể UASB Mục đích thu gom khí sinh học để phục vụ qúa trình sấy khô tinh bột, để tiện lợi cho việc thu gom toàn bộ lượng biogas từ 12 bể UASB, cần bố trí các ống thu cho mỗi đơn nguyên, đường ống dẫn khí, quạt hút riêng cho 12 bể UASB. + Số lượng ống thu khí: 12 ống + Lưu lượng khí mỗi bể UASB: Tổng lượng biogas thu được là 17.336 m3/ngày tương đương với 0,2 m3/s, vậy lưu lượng khí cho mỗi bể là: vbe = vbiogas/1bể = = 0,0167 (m3/s) + Vận tốc khí lớn nhất tại mỗi đầu ống: vmax = (m/s) [20] Chọn đường kính ống D = 50 mm = 0,05 m Ta có: vmax = = 8,51 (m/s). + Cấu tạo ống thu gôm khí được thiết kế theo kiểu thẳng đứng, dùng ống nhựa PVC có D = 50 mm, đặt từ dưới nắp bể. (hình VI.1) - Tính quạt và máy nén khí + Bố trí quạt hút Mỗi bể được bố trí 1 quạt như (hình vẽ VI.1) Quạt Biogas 1 2 8 3 4 5 6 7 12 9 11 10 Hình VI. Sơ đồ bố trí hệ thống quạt hút cho các bể Mỗi quạt có công suất: + Năng suất mỗi quạt q = vbe = 0,0167 (m3/s) Chọn quạt ly tâm có công suất: Nthực = 6 (kW) Công suất động cơ điện: Ndc = k.Nthực (kW) k : Hệ số dự trữ (chọn k = 1,1) Vậy Ndc = 1,1.6 = 6,6 (kW) - Máy nén khí biogas Tổng lượng khí sinh học tạo ra là: 17.336 (m3/ngày) = 0,2 m3/s Chọn máy nén có công suất 8 kW Công suất hiệu dụng của máy nén: Nhd = fck : Hiệu suất cơ khí của máy nén (chọn fck = 0,95) suy ra: Nhd = = 8,4 (kW) Công suất cơ điện: Ndc = (kW) [20] β : hệ số dự trữ công suất, chọn β = 1,15 ηdc: hiệu suất động cơ, ηdc = 0,96 ηtr : hiệu suất truyền động, ηtr = 0,95 vậy Ndc = 1,15. = 10,09 (kW) Do đó chọn máy nén khí có công suất động cơ là: 11kW VI.2 Tính toán chi phí xây dựng và hiệu quả kinh tế VI.2.1 Khái toán chi phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình Bảng VI.1: Khái toán chi phí xây dựng và cải tạo hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình TT Hạng mục thiết bị Đơn vị Số lượng Đơn giá (nghìn VND) Thành tiền (triệu VND) I Phần xây dựng 1 Thiết bị chắn rác - Năm sản xuất: 2005 - Vật liệu chế tạo: Inox - Bao gồm: + Hệ thống truyền động băng tải + Hệ thống thu rác khô + Hệ thống điện + Thùng chứa rác cái 01 80 2 Bể điều hoà m3 150 217 33 3 Bể UASB (cải tạo lại bể ABR) - Betong đá và betong cốt thép - Vhiện tại= 3000 m3 m3 6480 239 1.549 4 Hệ thống mương, ống dẫn nước thải (cải tạo lại) 45 5 Bể lắng sau UASB Bêtông gạch m3 300 217 65 6 Bể Aeroten Đá hộc và betong cốt thép Vhiện tại = 30x1,5x3=135m3 Cải tạo lại m3 7 Hồ sinh học Cải tạo lại Xây kè quanh hồ bằng đá hộc Diện tích bề mặt 2250 m2 m3 11000 (2 hồ) 200/m2 450 Bảng V.I Khái toán chi phí xây dựng và cải tạo hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình (tiếp theo) TT Hạng mục thiết bị Đơn vị Số lượng Đơn giá (nghìn VND) Thành tiền (triệu VND) II Phần thiết bị vật tư 1 Bơm nước thải Bơm Italia Q = 30 m3/h Tận dụng lại Cái 06 2 Bơm bùn Q = 20 m3/h; N = 4,5kW Tận dụng lại Cái 02 3 Van và đường ống dẫn nước; bùn (Tính cho cả hệ thống) 35 4 Van và đường ống dẫn biogas (Tính cho cả hệ thống) 25 5 Quạt hút khí Q = 50 m3/h Cái 12 60 6 Máy nén khí Cái 02 90 7 Két chứa khí Thép đen V = 250 m3 Cái 03 450 8 Máy đo pH cầm tay Cái 01 20 9 Dụng cụ phân tích Bộ 01 15 10 Hoá chất phân tích 15 Tổng cộng 2.932 VI.2.2 Hiệu quả kinh tế và xã hội 1. Hiệu quả kinh tế Theo tính toán thực nghiệm mỗi ngày hệ thống xử lý được 3200 m3 nước thải có độ ô nhiễm cao và thu được 17.336 m3 biogas (thành phần CH4 dao động từ 62,44 ÷ 72,25%) So sánh nhiệt trị của than và khí biogas cho thấy 1m3 biogas tương đương với 1,46 kg than cám. Để sấy khô 1 tấn sản phẩm nhà máy đã sử dụng hết khoảng 100 kg than cám, mà công suất của nhà máy là 160 tấn SP/ngày. Như vậy định mức tiêu thụ than là 16000 kg/ngày, sẽ tương đương với 11000 m3 biogas. Đơn giá của 1kg than cám trên thị trường là 1000 VND/kg; Từ đó có thể suy ra, nếu nhà máy sử dụng khí biogas sinh ra từ hệ thống UASB làm nhiên liệu cho quá trình đốt lò để sấy tinh bột thì 1 ngày nhà máy có thể tiết kiệm được 16.000.000 VND. - Chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải của nhà máy: + 3 nhân công vận hành : 3 x 50.000 VND/ngày = 150.000 VND + Điện năng : 4kW/h.1000.24 = 96000 VND + Hoá chất nâng pH : 0,8kg/m3.4500.3200 = 11.500000 VND (từ 3,30 lên 5,50) + Chi phí bảo trì, bảo dưỡng: 100000 VND/ngày - Hiệu quả kinh tế mà nhà máy tiết kiệm trong 1 ngày là: Ytiết kiệm = ∑Ptiết kiệm do sử dụng biogas - ∑Chi phí vận hành hệ thống Ytiết kiệm = 1600000 – 11846000 = 4.154000 VND/ngày Trong 1 năm nhà máy sản xuất 150 ngày; vậy tổng số tiền tiết kiệm được t là: Y = 623.100.000 VND/năm - Thời gian hoàn vốn chi phí đầu tư hệ thống xử lý nước thải của nhà máy. Từ bảng khái toán chi phí đầu tư và xây dựng (bảng VI ) cho thấy tổng chi phí đầu tư xây dựng là: 2.932.000.000 (VND) Vậy thoàn vốn = ∑chi phí đầu tư/Ytiết kiệm = 4,7 (năm) = 56 tháng 2. Hiệu quả xã hội và bảo vệ môi trường Nhà máy xây dựng hệ thống xử lý nước thải thu biogas không những đem lại hiệu quả kinh tế mà còn mang lại hiệu quả xã hội và bảo vệ môi trường - Hiệu quả xã hội: Môi trường cải thiện, nhà máy có thể yên tâm sản xuất, tạo công ăn việc làm cho người dân xung quanh, góp phần xoá đói giảm nghèo ở một huyện miền núi phía Bắc. Khi dùng khí biogas sẽ giảm độc hại và bụi than cho các công nhân trong nhà máy. - Hiệu quả bảo vệ môi trường Giảm mùi hôi thối khó chịu và ô nhiễm môi trường Giảm phát thải khí nhà kính do đốt than, giảm lượng CH4 phát thải trong điều kiện phân huỷ tự nhiên. KẾT LUẬN Trong những năm gần đây sản lượng sắn Việt Nam tăng nhanh rõ rệt. Năm 2005 nước ta có khoảng 423.800 ha trồng sắn với năng suất bình quân là 15,68 tấn/ha và sản lượng sắn củ tươi khoảng 6,65 triệu tấn, có khoảng 25 ÷ 30 % sản lượng này được chế biến công nghiệp trong gần 45 nhà máy sản xuất tinh bột sắn khác nhau. Cùng với sự phát triển của ngành chế biến nông sản, ngành sản xuất tinh bột sắn đã mang lại nhiều lợi ích cho xã hội, đặc biệt là xoá đói giảm nghèo ở những vùng kinh tế chậm phát triển. Bên cạnh những lợi ích kinh tế đó thì vấn đề ô nhiễm môi trường ở các nhà máy sản xuất tinh bột sắn đang rất được xã hội quan tâm. Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình - Yên Bái là một nhà máy có công suất 160 tấn SP/ngày, mỗi ngày nhà máy thải ra môi trường khoảng 3200 m3 nước thải có độ ô nhiễm cao (COD = 9936 ÷ 13247 mg/l; BOD5 = 5000 ÷ 7500 mg/l; pH = 3,15 ÷ 3,50), với hàm lượng chất hữu cơ cao, dễ phân huỷ sinh học, nếu không được xử lý sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường. Nên việc giải quyết vấn đề ô nhiễm nước thải của Nhà máy tinh bột sắn Yên Bình là một yêu cầu cấp thiết. Đề tài “ Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn của nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình – Yên Bái “ có thể góp phần xây dựng và hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải của nhà máy. Để có được những cơ sở thực nghiệm cho thiết kế. Em đã tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột bằng hệ thống UASB thu biogas. Trong quá trình nghiên cứu nước thải đã được lấy ở cơ sở sản xuất tinh bột sắn quy mô vừa bằng các thiết bị bán cơ giới tại làng nghề Dương Liễu, Hoài Đức, Hà Tây. Kết quả bước đầu cho thấy nước thải ở các cơ sở này có đặc trưng gần giống với nước thải của nhà máy. Do thời gian hạn hẹp nên đề tài được tiến hành nghiên cứu với các ảnh hưởng sau đến hiệu quả xử lý: - Ảnh hưởng hưởng của COD dòng vào đến hiệu quả xử lý; Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng COD dòng vào từ 6605mg/l lên 15130 mg/l thì hiệu quả xử lý và hiệu quả thu biogas tăng dần và đạt giá trị tối ưu là (YCOD = 97,64% và Ybiogas = 0,46 l/gCOD). Khi tiếp tục tăng COD dòng vào lên 15800 thì hiệu quả xử lý giảm xuống còn 93,50%; Ybiogas = 0,36 l/gCOD. Như vậy COD dòng vào tối ưu là 15130 mg/l. - Ảnh hưởng của thời gian lưu; Thí nghiệm được tiến hành nghiên cứu ở các thời gian giảm dần với COD dòng vào khoảng 15000 ÷ 15580 mg/l để tìm được thông số tối ưu. Kết quả nghiên cứu cho thấy với thời gian lưu 52h; cho YCOD cao nhất ở 97,90% và lượng biogas thu được là 96,42 l biogas/ngày. - Tải lượng COD có ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả xử lý và hiệu quả thu biogas; trong quá trình nghiên cứu tải trọng dòng vào luôn được nâng từ 98,17 ÷ 272,66 g/ngày. Ở tải lượng 230,52 g/ngày ứng với thời gian lưu là 52h và COD dòng vào 15368 mg/l, kết quả cho thấy hiệu quả khử COD rất cao 97,90% và hiệu quả thu biogas đạt 0,42 l/gCOD. Khi tăng tải lượng lên 272,66 g/ngày, ứng với thời gian lưu 48 h thì hiệu quả thu biogas giảm đi rõ rệt 0,36 l/gCOD. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm sẽ cho ta các thông số tối ưu trong tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình - Yên Bái. + Bể điều hoà có dung tích 150 m3 ( kích thước 10x7,5x2) + Hệ thống bể yếm khí UASB: Tổng diện tích là 6335 m3 Hệ thống gồm 12 đơn nguyên (dung tích mỗi bể là 540 m3; thời gian lưu nước thải là 52h. + Tổng chi phí xây mới và cải tạo lại các hạng mục thiết bị vật tư của nhà máy hết 2.932.000.000 VND; + Tuy nhiên hệ thống xử lý yếm khí hàng ngày sinh ra 17336 m3 biogas, có thể thay thế nguồn nhiên liệu than cám mà nhà máy đang sử dụng trong quá trình sấy tinh bột. + Lợi ích mà khí biogas từ quá trình xử lý yếm khí đã tiết kiệm cho nhà máy mỗi ngày 4.154.000 VND. Do đó nhà máy có thể hoàn vốn đầu tư cho hệ thống xử lý này trong vòng 56 tháng. Từ kết quả nghiên cứu đến tính toán hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải của nhà máy cho thấy Đề tài nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn của nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình - Yên Bái hoàn toàn khả thi và đạt hiệu quả kinh tế cao. PHỤ LỤC Bảng 1: Kết quả phân tích xử lý nước thải bằng hệ thống UASB thực nghiệm TT Ngày TN Lưu lượng (l/ng) pH COD YCOD (%) Tải lượng (g/ng) Tải trọng (g/l.ng) Biaogas (l/ngày) YCOD (l/g COD) pHvào pHra CODvào (mg/l) CODra (mg/l) 1 23/3 220 2 24/3 10 7,00 6,80 4700 340 92,77 47,00 1,16 5,05 0,12 3 25/3 10 7,00 6,80 4500 752 83,29 45,00 0,78 4,23 0,14 4 26/3 10 7,00 6,90 4600 780 83,04 46,00 1,07 5,87 0,13 TB 10 7,00 6,83 4600 564 86,37 46,00 1,00 5,05 0.13 5 27/3 10 6,50 6,95 4750 700 85,26 47,50 1,21 8,64 0,17 6 28/3 10 6,50 7,15 4940 625 87,35 49,40 1,29 23,78 0,46 7 29/3 10 6,50 7,25 5010 532 89,38 50,10 1,35 29,07 0,54 TB 10 6,50 7,12 4900 619 87,33 49,00 1,28 20,50 0,39 8 30/3 10 6,00 7,30 6764 537 91,70 67,64 1,78 22,90 0,34 9 31/3 10 6,00 7,25 6246 502 91,96 62,46 1,67 28,02 0,44 10 01/4 10 6,00 7,44 6804 533 92,17 68,04 1,77 31,70 0,50 TB 10 6,00 7,33 6605 524 91,56 66,05 1,74 26,03 0,43 11 02/4 10 5,70 7,33 8360 462 94,47 83,60 2,31 50,79 0,59 12 03/4 10 5,70 7,42 10886 384 96,47 108,86 3,06 53,56 0,48 13 04/4 10 5,70 7,55 10206 316 96,69 102,06 2,87 60,58 0,58 TB 10 5,70 7,43 9817 387 95,88 98,17 2,75 54,98 0,55 14 05/4 10 5,50 7,30 10000 408 95,92 100,00 2,60 60,80 0,57 15 06/4 10 5,50 7,56 10368 346 96,66 103,68 2,91 66,50 0,63 16 07/4 10 5,50 7,37 10272 216 97,90 102,72 2,83 63,06 0,61 TB 10 5,50 7,41 10213 323 96,83 102,13 2,78 63,45 0,60 17 08/4 10 5,50 7,34 13100 367 97,20 131,00 3,53 69,80 0,55 18 09/4 10 5,50 7,36 13153 350 97,34 131,53 3,67 72,10 0,54 19 10/4 10 5,50 7,44 13047 382 97,07 130,47 3,60 71,65 0,55 TB 10 5,50 7,38 13100 366 97,20 131,00 3,60 71,18 0,55 20 11/4 10 5,50 7,50 15150 346 97,72 151,50 4,26 68,74 0,45 21 12/4 10 5,50 7,35 15240 370 97,57 152,40 4,23 71,23 0,47 22 13/4 10 5,50 7,38 15000 357 97,62 150,00 4,19 69,21 0,46 TB 10 5,50 7,41 15130 358 97,64 151,30 4,23 69,73 0,46 23 14/4 10 5,50 7,25 15930 980 93,84 159,30 3,83 50,87 0,37 24 15/4 10 5,50 7,30 15785 995 93,69 157,85 4,21 55,06 0,35 25 16/4 10 5,50 7,24 15685 1100 92,98 156,85 4,09 55,14 0,36 TB 10 5,50 7,26 15800 1025 93,50 15800 4,04 53,69 0,36 Kết quả phân tích xử lý nước bằng hệ thống UASB thực nghiệm (tiếp theo) TT Ngày TN Lưu lượng (l/ng) pH COD YCOD (%) Tải lượng (g/ng) Tải trọng (g/l.ng) Biaogas (l/ngày) YCOD (l/g COD) pHvào pHra CODvào (mg/l) CODra (mg/l) 26 17/4 12 5,50 7,46 13250 350 97,36 159,00 4,42 64,20 0,40 27 18/4 12 5,50 7,35 13122 282 97,85 157,46 4,45 66,50 0,42 28 19/4 12 5,50 7,34 13608 292 97,85 163,30 4,56 72,23 0,44 TB 12 5,50 7,38 13327 308 97,69 159,92 4,48 67,64 0,42 29 20/4 12 5,50 7,89 14701 282 98,08 176,41 4,95 80,30 0,46 30 21/4 12 5,50 7,31 16320 307 98,12 195,84 5,47 83,70 0,43 31 22/4 12 5,50 7,30 15180 413 97,28 182,16 5,00 90,57 0,51 TB 12 5,50 7,50 15400 334 97,83 184,80 5,14 84,86 0,47 32 23/4 15 5,50 7,25 15175 350 97,69 227,63 6,39 95,96 0,42 33 24/4 15 5,50 7,48 15560 293 98,12 233,40 6,58 97,59 0,42 34 25/4 15 5,50 7,37 15368 322 97,90 230,52 6,43 95,72 0,42 TB 15 5,50 7,37 15368 322 97,90 230,52 6,47 96,42 0,42 35 26/4 17,5 5,50 7,56 15530 950 93,88 271,78 7,17 97,16 0,37 36 27/4 17,5 5,50 7,43 15630 1100 92,96 273,53 7,19 97,45 0,36 TB 17,5 5,50 7,50 15580 1025 93,42 272,66 7,18 97,31 037 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TS. Hoàng Kim Anh PGS.TSKH. Ngô Kế Sương - PGS.TS Nguyễn Xích Liên Tinh bột sắn và các sản phẩm từ tinh bột sắn. NXB Khoa học và kỹ thuật 2005. 2. UBND tỉnh Đắk-Lắc Dự án đầu tư xây dựng nhà máy tinh bột sắn 10.000 tấn SP/năm – 1998 3. Truong Quy Tung Biotreatment of cassava starch processing wastewater by Filamentous Fungi University of Shizuoka - Japan, March 2005 4. Trịnh Thị Phương Loan Một số kết quả nghiên cứu chọn giống sắn và xây dựng mô hình canh tác sắn bền vững ở Miền Bắc Việt Nam (tr.11) - Báo cáo khoa học hội thảo Chế biến sắn sau thu hoạch và tác động đến môi trường Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội 05/2006. 5. Công ty TNHH thương mại và đầu tư Yên Bình Dự án mở rộng dây chuyền II, chế biến tinh bột sắn xuất khẩu (công suất 80 tấn SP/ngày) - 2004. 6. PGS. TS Trần Minh Tâm Bảo quản chế biến nông sản sau thu hoạch NXB Nông nghiệp TPHCM 1997 7. PGS.TS Đặng Kim Chi (chủ biên) PGS.TS Nguyễn Ngọc Lân - Ths Trần Lệ Minh Làng nghề Việt Nam và môi trường (tr.267) NXB Khoa Học và Kỹ Thuật 2005 8. PGS.TS Nguyến Thị Sơn Hiện trạng sản xuất và môi trường làng nghề chế biến tinh bột sắn (tr.65) - Báo cáo khoa học hội thảo chế biến sắn sau thu hoạch và tác động đến môi trường Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội 05/2006 9. PGS.TS Nguyễn Thị Sơn – PGS.TS Nguyễn Ngọc Lân Kỹ thuật xử lý nước thải sản xuất Đường Viện Khoa Học và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBK Hà Nội 2001 10. PGS.TS Nguyến Thị Sơn Bài giảng môn học Hoá Sinh và Vi Sinh trong công nghệ môi trường Viện Khoa Học và Công Nghệ Môi Trường - ĐHBK Hà Nội 2001 11. GS.TS Trần Hiếu Nhuệ Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp NXB Khoa Học và Kỹ Thuật 1999 12. PGS. TSKH Ngô Kế Sương - GS.TS Nguyễn Lân Dũng Sản xuất khí đốt (biogas) bằng kỹ thuật lên men kị khí NXB Nông nghiệp TPHCM 1997 13. GS.TS Trần Hiếu Nhuệ - TS Trần Đức Hạ - GV Lê Hiền Thảo Quá trình vi sinh vật trong công trình cấp thoát nước NXB Khoa Học và Kỹ Thuật 1996 14. Trần Văn Nhân - Ngô Thị Nga Giáo trình công nghệ xử lý nước thải NXB Khoa Học và Kỹ Thuật 2002 15. Nguyễn Quang Khải - Nguyễn Vũ Thuận Công nghệ khí sinh học Bộ NN và PTNN - Cục Nông Nghiệp 2003 16. John Wiley & Sons Organic Waste Recycling Baffins Lane, Chichester, West Sussex, Po19 Jud – England 1996 17. TS Trịnh Xuân Lai Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải NXB Xây Dựng – 2000 18. Gabriel Bilton Wastewater Microbiology (Second Edition) NXB Wiley 1999 19. Avtar Singh Hanbook of Biogas Technology Ludhiana 2000 20. Trần Xoa - Nguyễn Trọng Khuông và các tác giả Sổ tay công nghệ và thiết bị hoá chất - tập 2 NXB Khoa Học và Kỹ Thuật 2000 CHƯƠNG I: HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ TINH BỘT SẮN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1 I.1 Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và trong khu vực 1 1. Về sản xuất 1 b. Thị trường tinh bột sắn 2 I.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ tinh bột sắn ở Việt Nam 3 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN 5 VÀ CÁC CHẤT THẢI 5 II.1 Đặc trưng nguyên liệu 5 II.1.1. Các giống sắn truyền thống ở nước ta [1] 5 a. Sắn đắng 5 b. Sắn ngọt 5 II.1.2 Các giống sắn mới (sắn cao sản) 5 II.1.3 Củ sắn 6 a. Cấu tạo củ sắn [6] 6 b. Thành phần hoá học của củ sắn 6 II.2 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn 7 II.2.1 Một số loại hình công nghệ sản xuất tinh bột sắn 7 II.2.1.1 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô hộ gia đình 9 1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn bằng phương pháp thủ công truyền thống. 9 2. Mô tả công nghệ 9 II.2.1.2 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô nhỏ bằng các thiết bị bán cơ giới. 10 2. Thuyết minh quy trình công nghệ 11 II.2.1.3 Quy trình chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp 12 1. Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Thái Lan 13 a. Quy trình công nghệ 13 b.Thuyết minh quy trình công nghệ 14 2. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc 16 a. Quy trình công nghệ 16 b. Thuyết minh quy trình công nghệ 17 II.2.2 Nhu cầu nguyên, nhiên liệu, năng lượng và vật tư trong sản xuất tinh bột sắn. 17 II.3 Các chất thải từ quá trình sản xuất tinh bột sắn 18 II.3.1 Chất thải rắn [7] 18 II.3.2 Nước thải. 19 CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN XUẤT KHẨU YÊN BÌNH - TỈNH YÊN BÁI 20 1. Vị trí địa lý 20 2. Đặc điểm tự nhiên 20 3. Cơ cấu tổ chức, quản lý 21 4. Quy mô sản xuất và đặc trưng sản phẩm 21 a. Quy mô sản xuất 21 b. Đặc trưng sản phẩm 22 III.2 Hiện trạng công nghệ và thiết bị 22 III.2.1 Hiện trạng công nghệ 22 1. Sơ đồ công nghệ 23 2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ sản xuất tinh bột sắn 24 III.2.2 Hiện trạng thiết bị 25 III.3 Nhu cầu nguyên liệu, nhiên liệu, điện, nước 25 III.3.1 Nguyên vật liệu 25 1. Nguyên liệu sắn củ 25 2. Nhu cầu vật tư bao bì 26 III.3.2 Nhiên liệu, năng lượng và nước 26 1. Cấp nước 26 2. Cấp điện 26 3. Cấp nhiệt 26 III.4 Hiện trạng môi trường 26 III.4.1 Các chất thải từ sản xuất tinh bột 26 1. Chất thải rắn 26 2. Khí thải 26 3. Nước thải 26 III.4.2 Hiện trạng xử lý nước thải 27 III.4.2.1 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy đang sử dụng 27 1. Sơ đồ công nghệ hiện hành 27 2. Mô tả công nghệ 27 III.2.2 Đề xuất công nghệ 28 1. Sơ đồ công nghệ 28 Hình III.4: Phương án đề xuất công nghệ xử lý nước thải 28 nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình 28 2. Mô tả công nghệ [hình III.4] 29 CHƯƠNG IV: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC DẠNG THIẾT BỊ XỬ LÝ YẾM KHÍ NƯỚC THẢI GIẦU CHẤT HỮU CƠ 30 IV.1 Cơ chế và tác nhân 31 IV.1.1 Cơ chế phân giải yếm khí 31 1. Giai đoạn 1: Giai đoạn thuỷ phân 31 2. Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men acid hữu cơ 32 3. Lên men tạo axit axetic 34 4. Giai đoạn metan hoá: 34 IV.1.2 Tác nhân sinh học 35 1. Tác nhân sinh học của giai đoạn thuỷ phân và lên men axit hữu cơ 35 2. Tác nhân sinh học trong giai đoạn lên men tạo axit axetic: [9] 35 3. Tác nhân sinh học trong giai đoạn lên men metan [9] 35 IV.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý yếm khí 36 IV.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 36 IV.2.2 Ảnh hưởng của pH 37 IV.2.3 Ảnh hưởng của thành phần cơ chất (tỷ lệ C/N) [10] 37 IV.2.4 Ảnh hưởng của các chất kìm hãm 37 1. Các ion kim loại và kim loại nặng: 37 2. Các hợp chất chứa Nitơ 38 3. Các hợp chất chứa lưu huỳnh [13] 38 IV.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng khác: 38 1. Độ oxy hoà tan: 38 2. Sản phẩm trao đổi chất. 39 3. Thời gian lưu của nước thải và tải lượng dòng vào thiết bị yếm khí 39 4. Ảnh hưởng của thế oxi hoá khử (hàm lượng H2) trong giai đoạn tạo axit axetic. 39 IV.3 Một số dạng thiết bị xử lý yếm khí điển hình 40 IV.3.1 Thiết bị yếm khí tiếp xúc 40 1. Cấu tạo: 40 2. Ưu nhược điểm 40 a. Ưu điểm 40 b. Nhược điểm 41 IV.3.2 Thiết bị yếm khí giả lỏng 41 1. Sơ đồ thiết bị: 41 2. Nguyên tắc hoạt động: 41 3. Ưu nhược điểm 41 a. Ưu điểm 41 b. Nhược điểm 41 IV.3.3 Thiết bị yếm khí dạng tháp đệm 42 1. Sơ đồ thiết bị 42 2. Nguyên tắc hoạt động 42 3. Ưu nhược điểm 42 a. Ưu điểm 42 b. Nhược điểm 42 IV.3.4 Thiết bị yếm khí hai giai đoạn 43 IV.3.5 Thiết bị UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 43 1. Sơ đồ thiết bị 43 2. Nguyên tắc hoạt động 44 CHƯƠNG V: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN THU BIOGAS 45 V.1 Mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu 45 V.1.1 Mục đích và nội dung nghiên cứu 45 1. Mục đích nghiên cứu 45 2. Đối tượng nghiên cứu 45 3. Nội dung nghiên cứu 45 V.1.2 Phương pháp nghiên cứu 45 1. Các phương pháp phân tích 45 a. Định lượng COD (Chemical Oxygen Demand) 45 b. Định lượng BOD5 (Bio-Chemical Oxygen Demand) 46 c. Định lượng hàm lượng chất rắn lơ lửng SS (Suspended Solids) 46 d. Định lượng tổng chất rắn TS (Total solils) 46 e. Định lượng Nitơ tổng 47 f. Định lượng phốtpho tổng: 48 h. Định lượng axit tổng (AT) 48 i. Định lượng axit bay hơi 49 k. Xác định hàm lượng CH4 thông qua CO2 49 2. Thiết bị nghiên cứu 51 a. Cấu tạo thiết bị 51 b. Nguyên tắc hoạt động 51 V.2 Kết quả nghiên cứu 52 V.2.1 Kết quả khảo sát, đặc trưng nước thải sản xuất tinh bột sắn của Nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình - Yên Bái 52 V.2.2 Kết quả nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn có độ ô nhiễm cao thu Biogas bằng hệ thống UASB thực nghiệm 52 V.2.2.1 Ảnh hưởng của COD dòng vào đến hiệu quả xử lý 54 V.2.2.2 Ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả xử lý 55 V.2..2.3 Ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu quả xử lý 56 CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ HOÀN THIỆN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN THU BIOGAS CỦA NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN YÊN BÌNH - YÊN BÁI VỚI CÔNG SUẤT 160 TẤN SẢN PHẨM/NGÀY 57 VI.1 Tính toán các thiết bị 57 VI.1.1 Song chắn rác 57 VI.1.2 Bể điều hoà 58 VI.1.3 Bể UASB 58 1. Thông số tính toán thiết kế bể UASB: 58 2. Lưu lượng dòng vào mỗi đơn nguyên 59 3. Vận tốc dòng chảy ngược trong bể UASB 59 4. Lượng bùn tạo thành 59 5. Lượng khí biogas tạo thành 60 a. Theo lý thuyết: 60 b. Theo thực nghiệm 60 6. Lượng bùn tuần hoàn 60 VI.1.4 Bể lắng sau UASB 62 VI.1.5 Hệ thống thu gom và tận thu khí sinh học 63 VI.2 Tính toán chi phí xây dựng và hiệu quả kinh tế 66 VI.2.1 Khái toán chi phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình 66 Bảng VI.1: Khái toán chi phí xây dựng và cải tạo hệ thống 66 xử lý nước thải của Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình 66 VI.2.2 Hiệu quả kinh tế và xã hội 68 1. Hiệu quả kinh tế 68 2. Hiệu quả xã hội và bảo vệ môi trường 69 KẾT LUẬN 69 PHỤ LỤC 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 ._.