Xem mẫu
Nghiên cứu công nghệ và thiết bị xử lý chất thải chế biến tinh bột sắn quy mô làng nghề hoặc tập trung
1. Mở đầu
Trong những năm qua, nhiều làng nghề truyền thống đã được khôi phục và phát triển mạnh mẽ, đem lại thu nhập lớn cho nông dân. Các làng nghề chế biến tinh bột sắn vài năm trở lại đây phát triển nhanh, góp phần không nhỏ vào việc thúc đẩy sự phát triển kinh tế của cả nước. Tuy nhiên, do các làng nghề chế biến tinh bột sắn phát triển một cách tuỳ tiện, công nghệ lạc hậu và sản xuất manh mún, chất thải của quá trình chế biến không qua xử lý thải ra gây ô nhiễm và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống và sức khoẻ cộng đồng. Để các làng nghề phát triển một cách bền vững, việc tìm kiếm giải pháp công nghệ thích hợp nhằm giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường, từng bước cải thiện các làng nghề là việc làm cần thiết. Việc nghiên cứu quy trình công nghệ và hệ thống thiết bị xử lý chất thải từ quá trình chế biến tinh bột sắn quy mô làng nghề hoặc tập trung là nhằm giải quyết một phần tính bức xúc của vấn đề này.
2. Tổng quan tình hình sản xuất tinh bột sắn, chất thải và xử lý chất thải.
2.1. Tình hình sản xuất tinh bột sắn
Việt nam hiện được xem là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới sau Thái Lan và Inđônêxia (Bộ NN&PTNT, 2002). Năm 2001, nước ta đã xuất 160.000 tấn tinh bột sắn, chiếm 60% tổng sản lượng, còn 40% được dùng cho nội tiêu như trong công nghiệp chế biến bột ngọt, bánh kẹo, dược phẩm, thức ăn gia chăn nuôi,...
Cả nước hiện có khoảng 41 nhà máy chế biến tinh bột sắn với thiết bị tương đối hiện đại, trong đó có 24 nhà máy ở phía Nam và 17 nhà máy ở phía Bắc với tổng công suất 3130 tấn sản phẩm/ngày). Tuy nhiên ở phía Bắc mới chỉ có 4 nhà máy đi vào hoạt động. Ngoài ra có trên 2000 cơ sở với quy mô nhỏ nằm rải rác ở các vùng trồng sắn và các làng nghề với tổng công suất từ 60.000 - 80.000 tấn củ tươi/năm. Các tỉnh Hà Tây, Thừa Thiên Huế và Tây Ninh có các cơ sở chế biến quy mô nhỏ nhưng khá tập trung. Theo báo cáo của Sở Nông nghiệp Hà Tây(Sở NN & PTNT Hà Tây, 2002), toàn tỉnh có 1900 máy chế biến hầu hết là quy mô hộ với côngsuất 1 – 3 tấn củ/h, tạo ra khoảng100.000 tấnbột ướt/năm, tập trungở các xã Dương Liễu, Minh Khai, Cát Quế của huyện HoàiĐức.
Như vậy, trừ một số nhà máyquy mô lớn mớixây dựng, hầu hết các cơ sở chế biến tinhbột sắn ở phía Bắc vẫn là các cơ sở chế biến quy mô nhỏ với côngsuất 5 - 7 tấn củ tươi/ngày.
2.2. Tình hình chất thải
Lượng bã thải ra trong quá trình chế biến của các cơ sở chế biến ở phía Nam là rất lớn (30% so với lượng nguyên liệu ở các nhà máy lớn, và 35% ở các cơ sở nhỏ). Thống kê lượng bã thải ra ở các tỉnh phía Nam là 18.000 – 20.000 tấn/ngày. Nước sử dụng trong chế
biến tinh bột sắn tập trung chủ yếu ở công đoạn rửa củ và lọc lắng tinh bột. Với công nghệ chế biến sắn ở các làng nghề hiện nay, mức tiêu thụ nước khoảng 4–5 m3/tấn củ tươi.
Gây ô nhiễm đáng kể nhất là các cơ sở chế biến ở các làng nghề, nơi tập trung đông dân cư. Bã sắnở các cơ sở cơ sở nhỏ và làngnghềthườngchất đốngđểtự phânhủytheothờigian, còn nướcthảithườngđược xảthẳngra cốngrãnhkhông nắp, trànrađườnglàng và vàođồng ruộng, ảnh hưởngđếntầng nướcmặt chotướitiêuvà mạchnướcngầm chosinhhoạt,đồngthời gâymùi hôi thối, mất mỹquan và là nơi ruồi muỗi sinhnở và pháttriển.
2.3. Tổng quan về xử lý chất thải
2.3.1. Với bã thải
Cho tới nay, trên thế giới và trong nước chưa có tài liệu nào nói về công nghệ xử lý chất thải từ quá trình chế biến sắn để có thể áp dụng trực tiếp giải quyết ô nhiệm tại các làng nghề ở Việt Nam. Ở Thái Lan, nơi có sản lượng sắn được chế biến nhiều nhất thế giới cũng chỉ bó hẹp trong việc sử dụng bã sắn ở dạng phơi khô làm thức ăn gia súc.
Công ty Vedan đã từng chở bã sắn đổ ra biển để tôm cá ăn, gây ô nhiễm nước biển. Sau đó công ty lại chở bã chôn ở các hố sâu trên vùng núi xa của tỉnh (thực chất là phân tán ô nhiễm). Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam phối hợp với công ty Vedan đã tiến hành chôn bã sắn cho hoại mục hay lên men vi sinh để làm phân bón, nhưng không mang lại kết quả. Gần đây, công ty đã sấy khô bã sau khi vắt sơ bộ. Tuy nhiên việc sấy rất tốn kém do bã không được vắt đến độ ẩm phù hợp. Một số cơ sở chế biến nhỏ vắt bã sơ bộ rồi phơi 5 – 7 ngày nắng vào mùa khô, hoặc 10 -15 ngày vào mùa mưa để bán bã khô cho cơ sở chế biến thức ăn chăn nuôi.
2.3.2. Với nước thải
Các tài liệu về xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn hầu như hiếm, chỉ có một số về các nghiên cứu xử lý nước thải cho các chế biến nông sản khác. Nhà máy chế biến cà phê San
Juannillo của Costa Rica xử lý nước thải theo công nghệ kỵ khí của Hà Lan, công suất 8 kg COD/m3 nước thải, hiệu suất xử lý tách được 80% COD. Công ty NGK của Nhật Bản giới thiệu hệ thống xử lý nước thải trong chế biến đậu tương, tuy nhiên lại đòi hỏi nước thải phải được gia nhiệt tới 550C trước khi qua tháp xử lý kỵ khí UASB. Các công ty Fujikasui và Kubaru của Nhật giới thiệu những hệ xử lý UASB để xử lý nước thải chế biến đường, đậu tương, rượu bia, mật ong, ...
Hầu hết các cơ sở chế biến tinh bột sắn nước ta chưa có khâu xử lý nước thải, kể cả các nhà máy công suất lớn. Riêng công ty Vedan có chú ý tới xử lý nhưng hoàn toàn dùng hồ sinh học nên rất tốn kém, mặt khác các hồ sinh học này không có biện pháp chống thấm vào mạch nước ngầm. Tuy nhiên trong các ngành công nghiệp chế biến khác đã có nhiều hệ thống thiết bị xử lý nước thải. Viện nghiên cứu Rượu bia - Nước giải khát đã nghiên cứu và áp dụng công nghệ xử lý bằng sinh học: kỵ khí - hiếu khí để xử lý nước thải tại Công ty liên hợp thực phẩm Hà Tây. Công ty cà phê Tân Lâm, Quảng Trị đã nghiên cứu và xử lý
nước thải chế biến cà phê theo công nghệ sinh học (Ian C. E. and Ken C. C. 2002): xử lý kỵ khí UASB, hồ sinh học yếm khí/hiếu khí kết hợp (gồm đầm trồng cói, sậy và hồ bèo tây để lọc nước). Trung tâm công nghệ môi trường ECO đã nghiên cứu và áp dụng công nghệ xử lý với bể kỵ khí UASB cho nước thải bệnh viện, dệt nhuộm, chế biến mủ cao su.
3. Mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu
3.1. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng quy trình công nghệ xử lý chất thải từ quá trình chế biến tinh bột sắn quy mô làng nghề hoặc tập trung nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường, từ đó thiết kế chế tạo các thiết bị xử lý chất thải, xây dựng mô hình ứng dụng cho một cơ sở chế biến.
3.2. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu tình hình, quy mô chế biến tinh bột sắn và tình hình xử lý chất thải của các cơ sở hiện nay. Lựa chọn cơ sở chế biến có quy mô phổ biến để xây dựng mô hình.
- Thí nghiệm vắt và sấy bã sắn với các thiết bị khác nhau, thí nghiệm xử lý nước thải. Phân tích rút ra quy trình xử lý phù hợp với chế biến quy mô làng nghề, sản xuất nhỏ.
- Thiết kế và chế tạo các thiết bị vắt và sấy bã sắn, thiết bị xử lý nước thải. Xây dựng mô hình ứng dụng.
3.3. Phương pháp nghiên cứu
Sửdụngphươngphápđánhgiánhanhmôitrường,phương pháp thực nghiệm trên dàn thí nghiệm vắt ép, mô hình sấy khí động, mô hình thiết bị thí nghiệm kỵ khí - hiếu khí và hồ sinh học, phương pháp phân tích hóa học và hóa lý, phương pháp thống kê xử lý số liệu.
4. Kết quả và thảo luận
4.1. Xử lý bã sắn
4.1.1. Lựa chọn nguyên lý, thiết kế, chế tạo máy vắt bã sắn
Phân tích thành phần của bã sắn và nguyên lý làm việc của một số máy vắt, đã tiến hành thử nghiệm vắt bã sắn trên một số thiết bị như: máy ly tâm, máy ép trục vít có lưới lọc, máy ép trục cán, máy ép dạng piston-xilanh lọc, dàn thúi nghiệm vắt ép băng tải lọc. Kết quả cho thấy hầu hết các máy ly tâm và ép đều không có hiệu quả với bã sắn. Với dàn thí nghiệm ép băng tải lọc, bã được ép thành giải băng liên tục, độ ẩm sau vắt hầu như không phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu và đạt 57 2% đảm bảo yêu cầu cho phơi sấy tiếp theo nên nguyên lý ép băng tải lọc được chọn để thiết kế máy vắt bã sắn.
Máy vắt bã sắn VBS-3 được thiết kế có năng suất 3 tấn/giờ, đường kính cũng như chiều dàitang trống ép bọc cao su là 500 mm, công suất lắp đặt 1,1 kW.
4.1.2. Lựa chọn nguyên lý, thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị sấy bã sắn
Phối hợp với các cơ sở chế biến làm khô bã trên nhiều thiết bị: phơi nắng, sấy tĩnh, sấy thùng quay và sấy khí động nhằm lựa chọn công nghệ và thiết bị sấy phù hợp.
Phơi nắng bã sau vắt với mật độ khoảng 25 – 40 kg/m2, thời gian để giảm ẩm từ 55 -58% xuống 14 - 15% là 3 ngày. Sấy trên máy sấy tĩnh SHG-4 cho thời gian sấy rút ngắn hơn 3 lần so với phơi nắng và giá thành sấy khoảng 120 đ/kg bã khô. Sấy trên máy sấy thùng quay cho năng suất cao, thời gian sấy nhanh (1 giờ), độ ẩm không đồng đều, giá thành cao (250 – 300 đ/kg bã khô).
Quạt sấy của giai đoạn 1 và 2 có lưu lượng 7.000, 5.000 m3/h, áp lực 350, 300 mmH2O, và công suất 7,5 và 5,0 kW tương ứng. Cả hai giai đoạn, chiều dài và đường kính của ống sấy 1 là L1 = 11 m, d = 350 mm, và của ống sấy 2 là L2= 10 m, D = 1000 mm.
4.2. Xử lý nước thải
4.2.1. Tính chất của nước thải từ quy trình chế biến tinh bột sắn
Mức độ ô nhiễm hữu cơ được đo bằng nhu cầu ôxy sinh hoá BOD và nhu cầu ôxy hoá học COD. Nước thải từ quá trình chế biến tinh bột sắn gồm 3 nguồn chính. Khâu tách vỏ gỗ và rửa củ, khâu lọc và lắng bột, và khâu vắt bã. Kết quả phân tích các mẫu nước thải của các công đoạn chế biến khác nhau ở các hộ gia đình có quy mô sản xuất 5 tấn sắn củ/ngày cho thấy thành phần trong tất cả các mẫu đều có hàm lượng cao, vượt quá tiêu chuẩn môi trường cho phép của Việt Nam (TCVN 5945 C - 1995) nhiều lần.
Hàm lượng các chất của mẫu nước thải hỗn hợp giữa lắng lọc và vắt bã là: độ pH thấp (5,24) do quá trình lắng bột kéo dài trong 8 - 14 h. Hàm lượng các chất hữu cơ gây ô nhiễm là lớn (COD = 12300 mg/l, BOD5 = 8484 mg/l), chủ yếu là tinh bột và các chất
hoà tan trong nước. Tổng chất rắn cao (TSS = 2456 mg/l), hàm lượng cặn lơ lửng tuy thấp hơn nhưng vẫn còn ở mức cao (SS = 906 mg/l). Hàm lượng CN-, N tổng, P tổng đều cao hơn so với tiêu chuẩn cho phép rất nhiều (CN- = 0,98 mg/l, N tổng = 76 mg/l, P tổng = 11 mg/l).
4.2.2. Xử lý bằng phương pháp sinh học trên cơ sở vi sinh vật tự nhiên
Nước thải từ khâu rửa củ có hàm lượng COD, BOD5 và TSS nhỏ hơn nhiều so với khâu lọc và lắng tinh bột được dẫn theo đường riêng qua song chắn rác tới bể xử lý hiếu khí, làm giảm lưu lượng cho khâu xử lý kỵ khí, do đó giảm được thể tích của tháp kỵ khí UASB. Để giảmbớttảitrọngchohệthống, bướcđầutiếnhànhlọc cát đểloại bớt các chất thải
rắn. Donướcthải banđầu có độpHthấp khôngthuậnlợichoquá trìnhphân huỷkỵ khí, nước thải đượctrunghoà bằngxôđa (Na2CO3 nồng độ 150 – 200g/m3) đểnângpHlêntrên6,5.
Xửlý kỵkhí bằngUASB chothấyhàm lượng chất hữu cơ trong nước thải giảm nhanh trong 24 giờ đầu tiên (COD, BOD5, TSS, SS từ 8200, 6020, 1620, 704 giảm xuống còn 4860, 3540, 724, 422 mg/l), sau đó giảm rất chậm. Do đó thời gian xử lý kỵ khí chọn là
24 giờ. Sau đó nước thải được đưa vào xử lý hiếu khí. Trong 24 giờ đầu của quá trình xử lý hiếu khí, hàm lượng chất hữu cơ trong nước giảm nhanh, sau đó chậm lại. Nếu tiếp
tục xử lý hiếu khí thì phảisau72 giờ mớiđạt tiêu chuẩn môitrường Việt Nam TCVN5945 C –1995. Để giảm chiphí nănglượng, thời gian xử lý hiếu khí được chọn là 24 giờ, sau đó nướcthải đượcxử lý tiếp bằngao sinhhọc. Sauquá trình xử lý trong ao sinh học thả bèo 72
giờ, hàm lượng các thành phần có trong nước sau xử lý là: COD = 116 mg/l, BOD5 = 96 mg/l, TSS = 108 mg/l, SS = 90 mg/l và CN- = 0,11 mg/l, đều đạt tiêu chuẩn TCVN 5945
C – 1995.
4.2.3. Xử lý bằng phương pháp sinh học trên cơ sở vi sinh vật tuyển chọn
Sau khi phân lập các vi sinh vật, nhận thấy chế phẩm TD28, sản phẩm có sẵn của Viện là
một tổ hợp các chủng vi sinh, trong đó có các loài Bacillus licheniformis và Bacillus subtilis để tổng hợp enzyme -amalyza cho phân giải tinh bột thành glucoza và các loài Trichoderma reseii và Clostridium thermocellum để tổng hợp enzym xenluloza đẻ phân giải xenlulo. Vì vậy, chế phẩm này được sử dụng cho quá trình thí nghiệm xử lý.
Kết quả cho thấy xử lý trong tháp kỵ khí UASB tốt nhất chỉ trong giai đoạn 20-24 giờ đầu, và sau đó tốc độ xử lý giảm dần. Nước thải sau 12 giờ xử lý kỵ khí có giá trị các thành phần tương đương xử lý kỵ khí sau 24 giờ trong trường hợp sử dụng bùn hoạt tính với vi sinh vật tự nhiên. Nếu lấy nước thải ở giai đoạn này đưa vào xử lý hiếu khí thì đòi hỏi thời gian xử lý hiếu khí dài, dẫn đến chi phí vận hành cao mặc dù chi phí đầu tư ban đầu giảm do thiết bị UASB nhỏ. Vì vậy chọn thời gian xử lý kỵ khí 24 giờ. Trong 18 giờ đầu của xử lý hiếu khí, hàm lượng chất hữu cơ giảm nhanh so với khoảng thời gian xử lý tiếp sau do sự hấp phụ chất hữu cơ lên bề mặt vi sinh vật trong bùn hoạt tính diễn ra mạnh, và như vậy thời gian xử lý hiếu khí chọn là 18 giờ. Nước thải được tiếp tục xử lý trong ao sinh học thả bèo, và sau 60 giờ nước có hàm lượng các thành phần đạt tiêu chuẩn
TCVN 5945 C – 1995: COD = 105 mg/l, BOD5 = 86 mg/l, TSS = 69 mg/l, SS = 64 mg/l và CN- = 0,09 mg/l.
Như vậy, việc sử dụng thêm chế phẩm vi sinh TD28 đã làm tăng khả năng xử lý, giảm thời gian cho các khâu xử lý hiếu khí và sinh học sau đó, làm giảm 25% chi phí vận hành của khâu xử lý hiếu khí (giảm khoảng 10% chi phí vận hành của cả hệ thống).
4.3. Đề xuất giải pháp công nghệ xử lý chất thải chế biến tinh bột sắn
4.3.1. Đối với bã sắn
Các kết quả thực nghiệm cho thấy bã sắn thải ra từ quá trình chế biến tinh bột sắn cần được xử lý theo phương pháp làm khô để tận dụng làm thức ăn gia súc. Làm khô bã sắn cần qua 2 giai đoạn: bằng máy vắt ép băng tải lọc để giảm nhanh lượng nước trong bã, giúp giai đoạn sấy diễn ra nhanh hơn.
...
- tailieumienphi.vn
nguon tai.lieu . vn