1. Tổng quan về ngành sản xuất mía đường
Việt Nam là một quốc gia có truyền thống sản xuất đường mía từ lâu đời. Cùng với sự phát triển của ngành đường trên thế giới, ngành công nghiệp sản xuất đường ở nước ta cũng phát triển mạnh.
Ngành công nghiệp mía đường Việt Nam bắt đầu hình thành tại miền Nam Việt Nam từ đầu thế kỷ thứ XX, tập trung nhiều ở miền Trung và miền Tây Nam Bộ. Tính đến năm 2012, Việt Nam có khoảng 50 nhà máy đường với tổng công suất thiết kế 127.600 tấn mía/ngày (TMN), sản xuất được hơn 1,45 triệu tấn đường/năm.
Hình: Công nghiệp sản xuất mía đường
2. Công nghệ sản xuất ngành mía đường
Sản xuất đường gồm nhiều công đoạn khác nhau, từ nguyên liệu ban đầu là cây mía (theo ước tính thì cứ 1 tấn mía nguyên liệu mới sản xuất được 100kg đường tinh luyện) và rất nhiều nguyên liệu đầu vào khác thì mới ra được sản phẩm. Công nghệ sản xuất đường được đánh giá là thải ra nước thải sản xuất nhiều, có khả năng gây ô nhiễm môi trường.
Quy trình công nghệ sản xuất gồm hai giai đọan chính là: sản xuất đường thô và sản xuất đường tinh luyện.
Công nghệ sản xuất đường thô
Công nghệ sản xuất đường thô bao gồm các công đoạn: ép mía, tinh chế nước mía, chưng cất, kết tinh đường và phân tách.
Đầu tiên người ta ép mía cây dưới các trục ép áp lực. Để tận dụng hết đường trong cây mía, người ta dùng nước hoặc mía phun vào bả mía để mía nhả đường. Bã mía ở máy ép cuối còn chứa một lượng nhỏ đường chưa lấy hết, xơ gỗ và khoảng 40 - 50% nước. Ngay khi mía được đem đi ép, người ta cắt chúng thành từng miếng nhỏ để thuận tiện cho việc thu nhận nước mía ở chu trình ép sau đó. Thông thường có 3 hay nhiều bộ nghiền 3 trục được sử dụng để ép nước mía ra khỏi cây mía. Các chất bã còn lại được tận dụng làm nhiên liệu cung cấp cho lò hơi.
Nước mía có tính axit (pH= 4,9 - 5,5), đục, có màu xanh lục (chứa 13 - 15% chất tan, trong chất khô chứa 82 - 85% đường saccaarosa). Nước mía được xử lý bằng các chất hóa học như: vôi, CO2, SO2, photphat rồi được đun nóng để làm trong. Qúa trình xử lý này có tác dụng làm kết tủa các chất rắn, huyền phù và lắng các chất bẩn.
Dung dịch trong được lọc qua máy lọc chân không. Bã lọc được loại bỏ, đem thải hoặc dùng làm phân bón. Nước mía sau khi lọc còn chứa khoảng 88% nước, sau đó được bốc hơi trong lò nấu chân không. Hỗn hợp tinh thể và mật mía được thu vào máy ly tâm để tách đường ra khỏi mật rỉ. Rỉ đường là dung dịch hóa học có độ nhớt cao, chứa khoảng 1/3 đường khử. Sản phẩm khử của quá trình sản xuất đường gồm có:
- Bột giấy, tấm xơ ép từ bã mía;
- Nhựa, bê tông từ bã mía;
- Phân bón, thức ăn gia súc, alcohol, dấm, axeton, axitcitric,…và từ mật mía.
Lượng nước thải trong công nghiệp sản xuất đường thô rất lớn bao gồm: nước rửa mía cây và ngưng tụ hơi, nước rửa than, nước xả đáy lò hơi, nước rửa cột trao đổi ion, nước làm mát, nước rửa sàn và thiết bị, nước bùn bã lọc dung dịch đường rơi vãi trong sản xuất…
Công nghệ sản xuất đường tinh luyện
Quy trình công nghệ tinh luyện đường gồm 3 giai đọan chính: rửa hòa tan; làm trong và làm sạch; kết tinh và hoàn tất.
- Rửa và hòa tan:
+ Rửa: làm sạch lớp phim mạch bên ngoài hạt đường thô để nâng cao tinh độ của đường.
+ Hòa tan: Đường sau khi ly tâm được hòa tan vào nước thành dung dịch nước đường nguyên chất để đến khâu hóa chế
- Làm trong và làm sạch:
+ Làm trong: Nước đường nguyên chất được xử lý bằng các chất hóa học như vôi, H3PO4 để làm trong. Quá trình xử lý này có tác dụng làm kết tủa các chất rắn, huyền phù và làm lắng các chất bẩn.
+ Làm sạch: Nước đường sau khi lắng trong được cho thêm than hoạt tính và bộ trợ lọc để khử màu và tăng cường khả năng làm trong. Nước đường sau lọc gọi là siro tinh lọc.
- Kết tinh và hoàn tất:
Nhiệm vụ của nấu đường là tách nước từ siro tinh lọc và đưa dung dịch đến trạng thái bão hòa, sản phẩm sau khi nấu đường là đường non gồm tinh thế đường và mật cái.
3. Nguồn phát sinh nước thải nhà máy mía đường
Trong quá trình sản xuất, nước thải được phát sinh trong nhiều khâu và mức độ nhiễm bẩn của các loại nước thải này cũng khác nhau. Các nguồn phát sinh chủ yếu của các loại nước thải trong nhà máy mía đường chủ yếu từ các khâu sau:
- Nước thải phát sinh trong công đoạn băm, ép và hoà tan: Ở đây, nước dùng để ngâm và ép đường trong mía và làm mát ổ trục nên nước thải có chứa hàm lượng chất hữu cơ cao do chứa lượng đường thất thoát và do làm mát ổ trục nên nước thải bị ô nhiễm dầu nhớt.
- Nước thải phát sinh trong công đoạn làm trong và làm sạch: Làm mát lò hơi và ngưng tụ sau khi cấp nhiệt cho các thiết bị gia nhiệt, cô đặc, nấu đường, làm nguội máy, làm nguội đường thường dùng với số lượng lớn
- Nước thải phát sinh trong công đoạn kết tinh và hoàn tất: Nước thải do dùng làm lạnh các trang thiết bị. Rò rỉ mật.
- Nước thải do các nhu cầu khác: Nước thải từ các khu sinh hoạt của công nhân, phòng thí nghiệm và vệ sinh các trang thiết bị công nghiệp.
Theo tính toán lý thuyết cứ 100 kg mía nguyên liệu thì lượng nước thải là 775,5 kg (đối với công ty Bourbon Gia Lai).
4. Tính chất và ảnh hưởng tới môi trường của nước thải nhà máy mía đường
Nước thải từ quá trình sản xuất mía đường chứa nhiều hữu cơ là các hợp chất cacbon từ nguyên liệu như glucose, sacarozo và các hợp chất dễ phân hủy sinh học khác, lượng lớn N, P. Đặc điểm của nước thải loại này là hàm lượng BOD cao, và dao động nhiều.
Nước thải mía đường cũng chứa rất nhiều cặn lơ lửng là các chất vô quá từ quá trình rửa cây mía. Nếu trong điều kiện công nghệ lạc hậu, lượng chất rắn này có thể phát sinh rất nhiều
Ngoài các chất đã nói trên, trong nước thải nhà máy đường còn thất thoát lượng đường khá lớn, gây thiệt hại đáng kể cho nhà máy. Ngoài ra còn có các chất màu anion và cation (chất màu của các axit hữu cơ, muối kim loại tạo thành) do việc xả rửa liên tục các cột tẩy màu resin và các chất không đường dạng hữu cơ (các axit hữu cơ), dạng vô cơ (Na2O, SiO2,P2O5, Ca, Mg và K2O). Trong nước thải xả rửa các cột resin thường có nhiều ion H+, OH-. Các chất thải của nhà máy đường làm cho nước thải có tính axit.
Bảng: Thông số ô nhiễm nước thải của nhà máy đường
Nước thải mía đường có chứa đường và các hợp chất dễ phân hủy sinh học rất dễ phân hủy trong nước. Chúng có khả năng gây kiệt oxy trong nước, làm ảnh hưởng đến hoạt động của quần thể vi sinh vật trong nước. Trong quá trình công nghệ sản xuất đường, ở nhiệt độ cao hơn 550C các loại đường glucose và fructoze có thể bị phân hủy thành các hợp chất có màu rất bền. Ở nhiệt độ cao hơn 2000C, chúng chuyển thành caramen (C12 H18O9)n. Đây là dạng bột chảy hoặc tan vào nước, có màu nâu sẫm, vị đắng. Phần lớn các sản phẩm phân hủy của đường khử có phân tử lượng lớn nên khó thấm qua màng vi sinh. Để chuyển hóa chúng, vi sinh phải phân rã chúng thành nhiều mảnh nhỏ để có thể thấm vào tế bào. Quá trình phân hủy các sản phẩm đường khử đòi hỏi thời gian phân hủy dài hơn, nên sẽ ảnh hưởng đến quá trình tự làm sạch trong nguồn tiếp nhận. Các chất lơ lửng có trong nước thải còn có khả năng lắng xuống đáy nguồn nước. Quá trình phân hủy kỵ khí các chất này sẽ làm cho nước có màu đen và có mùi H2S.
5. Công nghệ xử lý nước thải nhà máy mía đường
6. Thuyết minh công nghệ xử lý nước thải nhà sản xuất mía đường
- Nước thải từ các quá trình sản xuất, được thu gom dẫn về bể lắng cát, trước khi đến bể lắng, nước thải có đi qua song chắn rác thô để loại bỏ các cặn có kích thước lớn, đảm bảo an toàn cho các công trình, thiết bị ở các công đoạn sau. Trong bể lắng cát, cặn có trong nước thải phát sinh từ nguyên liệu lắng xuống đáy, nước thải trên bề mặt. Từ bể lắng cát, nước thải được bơm tiếp đến hầm tiếp nhận qua song chắn rác tinh, ở đây, cặn có kích thước nhỏ, đường kính lớn hơn 5mm sẽ bị giữ lại.
- Từ hầm tiếp nhận, nước thải được bơm đến bể tách dầu, nước thải trong các ngành công nghiệp thường chứa nhiều dầu mỡ từ việc làm sạch máy móc, thiết bị sản xuất, lượng dầu sẽ nổi lên trên và được thu trên bề mặt.
- Từ bể tách dầu, nước thải chảy qua bể điều hòa, nhằm mục đích điều hòa lưu lượng, đặc biệt điều hòa chất lượng để đảm bảo cho công trình xừ lý sinh học phía sau. Trong bể được lắp đặt hệ thống thổi khí, nhằm trộn đều nước thải, xử lý một phần các chất hữu ngoài ra ta còn châm các hóa chất vào bể này để đảm bảo pH tối ưu cho quá trình xứ lý sinh học phía sau.
- Từ bể điều hòa nước thải được bơm sang bể sinh học kỵ khí UASB. Trong điều kiện kỵ khí và dòng chảy ngược, tạo điều kiện các vi sinh vật thực hiện quá trình sinh học kỵ khí, sử dụng các chất hữu cơ làm thức ăn, sinh ra các khí như metan, CO2, các chất hữu cơ đơn giản. Thông thường bể UASB xử lý khoàng từ 60 – 80 % lượng BOD, COD.
- Sau xử lý kỵ khí nước thải được dẫn qua bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước, tại đây diễn ra quá trình sinh học hiếu khí, các vi sinh vật hiếu khí dính bám trên bề mặt các vật liệu, nước thải được dẫn vào bể, chảy trên bề mặt các vật liệu, tạo điều kiện tiếp xúc cho các vi sinh vật hoạt động. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ làm thức ăn, sinh trưởng, phát triển tạo thành các màng sinh khối (biofilm) trên bề mặt vật liệu. Khi màng đầy, lớp sinh khối sẽ bị tách ra vật liệu, để đảm bảo điều kiện cho các vi sinh vật, trong bể có lắp đặt hệ thống phân phối khí để cung cấp oxi cho vi sinh vật.
- Sau khi được xử lý sinh học hiếu khí, hỗn hợp nước và bùn dẫn sang bể lắng để lắng để tách riêng nước và bùn, nước nổi lên trên, bùn lắng xuống đáy bể và được dẫn ra bể chứa bùn, đễ nén bùn, giảm lượng nước trong bùn.
- Phần nước thải sau bể lắng được dẫn sang bể keo tụ, tạo bông, nhằm xử lý lượng cặn còn lại, hóa chất phèn nhôm, được cho vào nhằm thực hiện phản ứng keo tụ, sau đó hóa chất polymer được thêm vào ở quá trình tạo bông, giúp liên kết, hình thành các bông cặn có kích thước lớn, đảm bảo quá trình lắng. Nước thải, cùng các bông bùn tạo thành sẽ chảy ra sang bể lắng hóa lý để tách bùn và nước riêng.
- Phần nước được tách tiếp tục được bơm đến hệ thống bể lọc áp lực nhằm loại bỏ lượng cặn còn sót lại, sau quá trình lọc áp lực nước thải chảy qua bể khử trùng để loại bỏ các vi khuẩn, vi sinh vật gây bệnh, đảm bảo vệ sinh.
- Sau khi khử trùng, nước thải đạt quy chuẩn môi trường QCVN 40/2011BTNMT cột A, xả thải vào nguồn tiếp nhận.
7. Ưu điểm công nghệ xử lý nước thải nhà máy mía đường
Công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất mía đường được Công ty môi trường Nguồn Sống Xanh thiết kế có nhiều ưu điểm, phù hợp với nồng độ ô nhiễm của nước thải nhà máy sản xuất đường, có tính linh hoạt cao, có cả bể lắng cát, điều hòa, tiếp nhận, phù hợp với lượng nước thải lớn và dao động của nước thải nhà máy đường. Công nghệ xử lý bao gồm có cả kỵ khí, hiếu khí, lọc, hóa lý, đảm bảo xử lý với tải trọng ô nhiễm cao. Công nghệ được thiết kế tối ưu về số lượng bể, diện tích mặt bằng, phù hợp với nhiều nhà máy sản xuất đường.
Rất mong được hợp tác với các nhà máy, cơ sở sản xuất mía đường, để đảm bảo được chất lượng môi trường.
Để được biết thêm chi tiết và tư vấn miễn phí hệ thống xử lý nước thải nhà máy mía đường, liên hệ công ty môi trường Nguồn Sống Xanh chuyên tư vấn thiết kế hệ thống xử lý nước thải với công nghệ hiện đại tiết kiệm chi phí.
CÔNG TY TNHH XÂY DỰNG DỊCH VỤ MÔI TRƯỜNG NGUỒN SỐNG XANH
53A Nơ Trang Long, phường 7, quận Bình Thạnh, Tp. Hồ Chí Minh
Hotline: Ms Hải 0909 773 264 hoặc 0283 5100 127
Email: greenlife@nguonsongxanh.vn
Website: khoahocmoi.vn - nguonsongxanh.vn
