Đồ án So sánh khả năng xử lý nước thải chứa tinh bột ở quy mô phòng thí nghiệm của một số chế phẩm xử lý nước thải tinh bột hiện nay trên thị trường

vòng một phút ở 300C, pH là 4.8. Enzyme bị ức chế ở 600C bởi ion kim loại nặng và các chất dễ liên kết với nhóm –SH. Enzyme β-amylase được tạo ra từ một chuỗi mạch polypeptide duy nhất, có khối lượng phân tử 60000 Da. Nghiên cứu các chuỗi acid amin này đã phát hiện thấy có một tỷ lệ giống nhau khoảng 32%, đặc biệt với hai vùng tham gia vào quá trình thủy phân. Có hai nhóm tiol, trong đó có một nhóm hoạt động hơn, tham gia trực tiếp hay gián tiếp vào quá trình thủy phân, đặc biệt chúng có khả năng gắn chặt các chất kìm hãm hoạt động của enzyme như các dẫn xuất của thủy ngân hay các peptide. Tham gia vào cơ chế tác dụng của β-amylase thường có một nhóm carboxyl thể hiện tính chất ái nhân và một nhóm imidazol thể hiện tính chất ái electron. Sự nghịch đảo hình thể của carbon anome (C1) được thực hiện nhờ việc tạo thành hợp chất đồng hóa trị trung gian kiểu este-axetal giữa carbon anome và nhóm carboxyl của tâm hoạt động. Sau đó este này bị phân hủy bởi tác động của một phân tử nước lên nhóm este để giải phóng ra α-maltose và hoàn nguyên nhóm carboxyl của enzyme. Các enzyme β-amylase có pH tối ưu nằm trong khoảng 5 – 6 và nhiệt độ tối ưu khoảng 500C. Tuy nhiên các β-amylase vi khuẩn thường có tính bền nhiệt hơn so với β-amylase có nguồn gốc thực vật. Hình 2.5 Cấu trúc không gian của β-amylase Bảng 2.2 Các đặc tính của β-amylase Các nguồn enzyme pH Nhiệt độ (Tp) Phân tử lượng (kD) Đại mạch 5.2 - 56 Lúa mì 5.2 – 5.6 55 64.2 Đỗ tương 5.4 55 57 Khoai lang 5.0 – 6.0 50 – 55 50 B. cerus 7.0 40 48 B. polymyxa 7.5 40 42 B. megaterium 6.5 40 – 65 58 β-amylase từ thực vật (mầm mạch và đậu tương): được sử dụng trong quá trình đường hóa tạo siro maltose. Tùy thuộc vào nguyên liệu đường hóa nhận được bằng phương pháp thủy phân acid hay enzyme xúc tác mà sản phẩm đường hóa do enzyme β-amylase xúc tác thường chứa khoảng 2 – 8% glucose, 45 – 60% maltose, 10 – 25% maltotriose. Hỗn hợp có độ tương đương dextrose DE là 35 – 50. Đơn vị hoạt tính của β-amylase là DP0. Enzyme β-amylase dạng dịch thường chứa 1500 DP0/ml, hoạt động ở pH tối ưu là 5.3. Enzyme ổn định ở pH 6 – 7 trong thời gian 6 tháng nếu được bảo quản ở 40C. Ví dụ glucose có DE là: 100, maltose có DE là: 50, tinh bột có DE là: 0… β-amylase từ vi sinh vật: thu nhận từ khá nhiều loài vi sinh vật như B.cereus, B.megaterium, P.seudomonas và Stretomyces. Hiện β-amylase phổ biến nhất là từ B.subtillis được cài gen chịu nhiệt của B.stearothermophilus hoạt động ở pH tối ưu 5.0 nhiệt độ tối ưu 750C. 2.1.2.2 Amyloglycosidase (α-1,4 glucan-glucohydrolase) Đóng vai trò chủ yếu trong sản xuất dịch glucose cũng như để phân giải tinh bột tạo dịch lên men. Amyloglycosidase từ nấm mốc là các protein có khối lượng phân tử dao động rất lớn từ 27000 – 112000Da tùy thuộc vào nguồn gốc của enzyme. Các kết quả nhận được về các chuỗi acid amin của nhiều enzyme glucoamylase cho thấy có sự dao động đáng kể tùy nguồn gốc enzyme. Các amyloglycosidase đều có chứa các gốc metionin, trytophan và một nữa gốc cystein. Tuy nhiên, mối quan hệ giữa chuỗi acid amin, cấu trúc bậc 3 và hoạt động của enzyme vẫn chưa được làm sáng tỏ. Tất cả các amyloglycosidase từ nấm mốc đều là glucoprotein, chứa 5 – 20% gluxit trong đó chủ yếu là các monosaccharide glucose, mannose, galactose, glucosamin. Ở amyloglycosidase cũng giống như các enzyme amylolytic khác, việc cắt đứt liên kết glycoside được thực hiện do sự tạo thành oxycarbonium trung gian, tiếp theo là sự nghịch đảo hình thể của carbon C1 của glucose vừa giải phóng. Các nhóm tyrozin, trytophan, histidin và amin đã có vai trò trong việc gắn cơ chất, trong khi đó nhóm COOH và COO- lại tham gia vào xúc tác hóa học. Enzyme glycoamylase có thể thủy phân được cả liên kết α-1,4 glycoside và α-1,6 glycoside có lẽ là do các nhóm đảm nhận việc cố định cơ chất mà không phải là do các nhóm tham gia vào xúc tác hóa học. Các amyloglycosidase chủ yếu được tạo ra từ hai iso enzyme I và II, khác nhau bởi khả năng thủy phân tinh bột ở trạng thái rắn và bởi độ bền của chúng. Amyloglycosidase I tự hấp thụ và thủy phân được tinh bột dạng rắn, ngược lại amyloglycosidase II không có cả hai tính chất này. Tính chất của amyloglycosidase phụ thuộc vào nguồn gốc của enzyme. Hoạt động tối ưu của enzyme nằm trong khoảng pH 4.5 – 5.5 và nhiệt độ 40 – 600C. Sự có mặt của các oligosaccharide trong môi trường có tác dụng ổn định enzyme. Ngược lại sự có mặt của ion Ca2+ kìm hãm chúng và làm biến tính enzyme. Hình 2.6 Cấu trúc không gian của Amyloglycosidase 2.2 Cơ chế của quá trình phân hủy tinh bột 2.2.1 Cơ chế tác dụng của enzyme α-amylase Enzme α-amylase có khả năng thủy phân các liên kết α-1,4 glycoside nằm ở phía bên trong phân tử cơ chất (tinh bột hoặc glycogen) một cách ngẫu nhiên, không theo một trật tự nào cả. Enzyme α-amylase không chỉ thủy phân hồ tinh bột mà nó thủy phân cả hạt tinh bột nguyên song với tốc đột rất chậm. Các giai đoạn quá trình thủy phân tinh bột của α-amylase. Giai đoạn dertrin hóa: Tinh bột α-amylase dertrin phân tử lượng thấp. Giai đoạn đường hóa: Dertrin tetra và trimaltose di-monosaccharide Amylase oligosaccharide polyglucose Maltose maltotriose maltotetrose. Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa): Chỉ một số phân tử cơ chất bị thủy phân tạo thành một lượng lớn dextrin phân tử thấp (α-dextrin), độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh (các amylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh). Sang giai đoạn 2 (giai đoạn đường hóa): Các dextrin phân tử thấp tạo thành bị thủy phân tiếp tục tạo ra các tetra-trimaltose không cho màu với iodine. Các chất này bị thủy phân rất chậm bởi α-amylase cho tới disaccharide và monosaccharide. Dưới tác dụng của α-amylase, amylose bị phân giải khá nhanh thành oligosaccharide gồm 6 – 7 gốc glucose (vì vậy người ta cho rằng α-amylase luôn phân cắt amylose thành từng đoạn 6 – 7 gốc glucopiranose 1). Sau đó, các polyglucose này bị phân cách tiếp tục tạo nên các mạch polyglucose colagen cứ ngắn dần và bị phân giải chậm đến maltotetrose và maltotriose và maltose. Qua một thời gian tác dụng dài, sản phẩm thủy phân của amylose chứa 13% glucose và 87% maltose. Tác dụng của α-amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự nhưng vì không phân cắt được liên kết α-1,6 glycoside ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amylopectin nên dù có chịu tác dụng lâu thì sản phẩm cuối cùng, ngoài các đường nói trên (72% maltose và 19% glucose) còn có dextrin phân tử thấp và isomaltose 8%. Tóm lại, dưới tác dụng của α-amylase, tinh bột có thể chuyển thành maltotetrose, maltose, glucose và dextrin phân tử thấp. Tuy nhiên, thông thường α-amylase chỉ thủy phân tinh bột thành chủ yếu là dextrin phân tử thấp không cho màu với iodine và một ít maltose. Khả năng dextrin hóa cao của α-amylase là tính chất đặc trưng của nó. Vì vậy, người ta thường gọi loại amylase này là amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa. 2.2.2 Cơ chế tác dụng của enzyme β-amylase Enzyme này xúc tác thủy phân các liên kết α-1,4 glycoside của amylose và amylopectin ở đầu không khử của mạch và giải phóng ra maltose có dạng β. Tác động của enzyme sẽ ngừng lại ở chỗ sát với liên kết α-1,6 glycoside. Amylose thường bị thủy phân hoàn toàn trong khi đó, trong cùng điều kiện thì chỉ có 55% amylopectin được chuyển thành β-maltose. Phần còn lại của sự thủy phân amylopectin là một β-dextrin giới hạn có phân tử lượng cao và có chứa tất cả các liên kết α-1,6 glycoside của phân tử ban đầu. Tinh bột β-amylase maltose (54 – 58%) + β-dextrin (42 – 46%) Các enzyme β-amylase tác dụng theo cơ chế tấn công bội, có nghĩa là enzyme sẽ thủy phân lần lượt nhiều liên kết glycoside của cùng một chuỗi trước khi được rời ra khỏi môi trường. Số lần tác động lặp lại của enzyme lên cùng một chuỗi mạch α-glucan phụ thuộc vào kích thước của chuỗi mạch này, thường khoảng bằng 4 đối với chuỗi mạch ngắn và tăng lên đối với chuỗi mạch dài hơn. 2.2.3 Cơ chế tác dụng của Amyloglycosidase Amyloglycosidase có thể giải phóng ra β-D glucose bằng cách thủy phân lặp lại nhiều lần các liên kết α-1,4 glycoside của mạch α-glucan từ đầu không khử. Chúng cũng thủy phân được các liên kết α-1,6 glycoside và α-1,3 glycoside nhưng mức độ rất chậm (chậm hơn 10 – 30lần). Tốc độ thủy phân cũng phụ thuộc vào bản chất của liên kết kề cận với liên kết glycoside được thủy phân, cũng như vào kích thước và cấu trúc của cơ chất bị thủy phân. Nhất là với các α-glucan mạch dài thì bị thủy phân nhanh hơn là với các maltodextrin và các oligosaccharide. Có lẽ đây là enzyme duy nhất có khă năng chuyển hóa hoàn toàn tinh bột thành glucose. Tuy nhiên, khi nồng độ β-glucose trong môi trường tăng lên do sự thủy phân các mạch α-glucan thì các amyloglycosidase có thể xúc tác ngưng tụ nhiều đơn vị glucose để tạo ra maltose và isomaltose. Một số amyloglycosidase kiểu I có khả năng tự hấp thụ vào hạt tinh bột sống và thủy phân từng phần. CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY TINH BỘT MÌ 3.1 Tình trạng ô nhiễm từ ngành sản xuất tinh bột mì hiện nay Thời gian gần đây số lượng các nhà máy chế biến tinh bột bị đình chỉ hoạt động như nhà máy chế biến tinh bột sắn Vedan tại Hà Tĩnh, nhà máy tinh bột sắn Thanh Chương Nghệ An; các nhà máy bị lên án về tình trạng ô nhiễm môi trường do xả nước thải chưa qua xử lý hay xả nước thải chưa đạt tiêu chuẩn ra môi trường như: nhà máy tinh bột sắn Intimex tỉnh Nghệ An; Nhà máy tinh bột sắn Pococev tỉnh Thừa Thiên Huế, cơ sở chế biến tinh bột mì Ngọc Thạch tỉnh Bình Thuận; Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Tịnh Phong, nhà máy chế biến tinh bột sắn Đalak,…Điều đó chứng tỏ rằng nước thải của nhà máy chế biến tinh bột mì gây tác động rất tiêu cực đến môi trường. Tại Việt Nam, các cơ sở chế biến tinh bột tập trung thành làng nghề với trang thiết bị còn lạc hậu và quy mô sản xuất nhỏ nên hầu như không có hệ thống xử lý nước thải riêng và đúng kỹ thuật. Còn các nhà máy sản xuất với quy mô lớn tuy đã trang bị hệ thống xử lý nước thải nhưng mới chỉ có rất ít hệ thống hoàn chỉnh có khả năng xử lý triệt để nước thải trước khi xả ra môi trường. Gần đây nhất là hậu quả tác động lên sông Thị Vải của Nhà máy Vedan – Đồng Nai. Theo kết quả mô phỏng của Viện Tài nguyên Môi trường, khu vực ô nhiễm khiến hoạt động nuôi trồng, đánh bắt thủy sản bị ảnh hưởng nặng có diện tích gần 2000ha thuộc địa bàn các xã Phước An, Long Thọ (huyện Nhơn Trạch), Long Phước, Phước Thái (huyện Long Thành) của tỉnh Đồng Nai cùng các xã Mỹ Xuân, Phước Hòa và thị trấn Phú Mỹ của huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Vùng ô nhiễm gây ảnh hưởng nhẹ đến nuôi trồng, đánh bắt thủy sản có diện tích gần 700ha thuộc các xã Phước An, Vĩnh Thanh (huyện Nhơn Trạch, Đồng Nai), Phước Hòa (huyện Tân Thành, Bà Rịa - Vũng Tàu) và xã Thạnh An, huyện Cần Giờ, TP.HCM. Trong đó, diện tích bị ảnh hưởng của xã Thạnh An ước tính chỉ gần 84ha. Trên sông Vàm Cỏ - Tây Ninh, chỉ tính riêng khu vực xã Phước Vinh, tháng 5/2009 đã có hơn 150000 con cá lăng nha 10 tháng tuổi và 1 tháng tuổi nuôi trong bè chết, gây thiệt hại nhiều tỷ đồng. Đầu tháng 4/2010 vừa qua, khoảng 80000 con cá nuôi của 16 hộ tại ấp Phước Lập, Phước Trung lại tiếp tục chết. Tại Báo cáo kết quả kiểm tra mẫu nước mặt trên sông Vàm Cỏ Ðông đoạn Ðồi Thơ - khu vực ranh giới giữa huyện Châu Thành và huyện Tân Biên (nơi có hai nhà máy chế biến khoai mì thường xuyên xả nước thải ra sông vào ban đêm) cho thấy hàm lượng COD vượt gấp 2.2 lần, hàm lượng BOD5 vượt 3.5 lần so với QCVN 08:2008/BTNMT quy định cho cấp nước sinh hoạt. Nguyên nhân chết cá nuôi ở những khu vực này được xác định do nước thải từ hơn 80 nhà máy sản xuất mì trong khu vực. 3.2 Chất thải nhà máy sản xuất tinh bột mì 3.2.1 Thành phần các chất thải Các chất thải từ công nghệ chế biến tinh bột khoai mì bao gồm: nước thải, khí thải, chất thải rắn. 3.2.1.1 Nước thải Trong công nghiệp chế biến tinh bột, nước sử dụng trong quá trình sản xuất chủ yếu là ở công đoạn rửa củ, ly tâm, sàng loại xơ, khử nước. Bảng 3.1 Thành phần tính chất nước thải từ sản xuất tinh bột mì Công đoạn sản xuất pH Cặn lơ lửng (mg/l) BOD5 (mg/l) COD (mg/l) Độ kiềm (mg/l) Rửa củ 6.5 995 1350 1687 122 Lọc thô 4.5 660 3850 4812 122 Lọc tinh 4.05 660 3850 4800 122 Hỗn hợp 6.1 1655 5200 6499 140 Trong công đoạn rửa, nước được sử dụng cho việc rửa khoai mì trước khi lột vỏ để loại bỏ các chất bẩn bám trên bề mặt. Nếu rửa không đầy đủ, bùn bám trên củ sẽ làm cho tinh bột có màu rất xấu. Trong công đoạn ly tâm và sàng lọc xơ, nước được sử dụng nhằm mục đích rửa và tách tinh bột từ bột xơ củ mì. Ngoài ra, nước còn được sử dụng trong quá trình nghiền củ mì nhưng với khối lượng không đáng kể. 3.2.1.2 Chất thải rắn Chất thải rắn là nguồn có khả năng gây ô nhiễm môi trường lớn thứ hai cả về hai yếu tố: khối lượng và nồng độ chất bẩn. Các loại chất thải phát sinh trong quá trình chế biến tinh bột khoai mì gồm có: - Vỏ gỗ củ mì và đất cát khối lượng sinh ra đạt tỷ lệ 3% nguyên liệu: chứa rất ít nước, khó bị phân hủy và thường dính đất cát là chủ yếu. - Vỏ thịt và sơ bã khối lượng sinh ra đạt 24% nguyên liệu: chứa nhiều nước có độ ẩm 78 – 80%, lượng tinh bột còn lại 5 – 7%, sản phẩm có dạng bột nhão và ngậm nước. Lượng tinh bột còn lại trong xơ bã rất dễ bị phân hủy gây mùi chua và hôi thối. 3.2.1.3 Khí thải Tùy thuộc vào loại nhiên liệu được sử dụng, quy mô công nghệ được sử dụng, quy mô công nghệ sản xuất, các loại thiết bị được sử dụng và hoạt động tổng thể của nhà máy sản xuất, các nguồn ô nhiễm không khí có thể là: Khí thải từ nguồn đốt lưu huỳnh (trong công đoạn tẩy trắng bột khoai mì) thành phần chủ yếu là SO2 và lưu huỳnh không bị oxy hóa hết. Khí thải lò đốt dầu (lấy nhiệt cho vào lò sấy tinh bột) và máy phát điện. Cả hai thiết bị này điều dùng dầu FO. Khí thải chứa NOx, SOx, CO và bụi. Mùi hôi thối sinh ra trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hồ sinh học, hoặc từ sự phân hủy các chất thải rắn thu được không kịp thời hoặc từ sự lên men chất hữa cơ có trong nước thải. Ô nhiễm bụi và tiếng ồn gây ra trong quá trình sản xuất. Ngoài ra, việc vận chuyển một khối lượng lớn nguyên liệu để sản xuất và thành phẩm của nhà máy bằng các phương tiện vận tải cũng sẽ phát sinh một lượng khí thải tương đối lớn. 3.2.2 Tác động của chất thải đến môi trường 3.2.2.1 Ảnh hưởng của nước thải Độ pH thấp: Độ pH của nước thải quá thấp sẽ làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn nước tiếp nhận do các vi sinh vật có tự nhiên trong nước bị kìm hãm phát triển. Ngoài ra, khi nước thải có tính acid sẽ có tính ăn mòn, làm mất cân bằng trao đổi chất tế bào, ức chế sự phát triển bình thường của quá trình sống. Hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học cao: Nước thải chế biến tinh bột có hàm lượng chất hữu cơ cao, khi xả ra nguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Nồng độ oxy hòa tan dưới 50% bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng đến sự phát triển của sinh vật khác (tôm, cá). Oxy hòa tan giảm không chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. Hàm lượng chất lơ lửng cao: Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục màu và có màu, không những làm mất vẻ mỹ quan mà quan trọng nó hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của tảo, rong rêu,… giảm quá trình trao đổi oxy và truyền sáng, dẫn nước đến tình trạng kị khí. Mặt khác một phần cặn lắng xuống đáy gây bồi lắng lòng sông, cản trở sự lưu thông nước và tàu bè đồng thời thực hiện quá trình thủy phân kị khí giải phóng ra mùi hôi thối gây ô nhiễm cho khu vực xung quanh. Hàm lượng chất dinh dưỡng cao: nồng độ các chất nito, phospho cao gây ra hiện tượng phát triển bùng nổ các loài tảo, đến mức độ giới hạn tảo sẽ bị chết và phân hủy gây ra hiện tượng thiếu oxy. Nếu nồng độ oxy giảm đến 0 gây ra hiện tượng thủy vực chết ảnh hưởng đến chất lượng nước của thủy vực. Ngoài ra, các loài tảo nổi trên mặt nước tạo thành lớp màng khiến cho bên dưới không có ánh sáng. Quá trình quang hợp của thực vật tầng dưới bị ngưng trệ. Tất cả các hiện tượng trên gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng tới hệ thủy sản và cấp nước. Amonia rất độc cho tôm, cá dù ở nồng độ rất nhỏ. Nồng độ làm chết tôm, cá từ 1.2 – 1.3 mg/l. Mức độ ô nhiễm của một số loại nước thải tinh bột điển hình được trình bày trong các bảng 3.2, 3.3 và 3.4. Bảng 3.2 Thành phần nước thải nhà máy chế biến tinh bột mì (Nguồn: Báo cáo Dự án cấp Nhà nước (KC.05.11–2005), Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy Nông nghiệp) Các chỉ tiêu Đơn vị tính Giá trị BOD5 mg/l 5500 – 12500 COD - 13300 – 20000 SS - 1970 – 3850 Nito hữu cơ - 81 – 170 Phospho - 74 – 87 pH - 3.8 – 5.2 Nhiệt độ 0C 28 – 30 Bảng 3.3 Thành phần nước thải cơ sở tinh chế tinh bột mì làng nghề Mỹ Đức (Nguồn: Đề tài nghiên cứu khoa học (QMT06.03), Đại học Quốc gia Hà Nội) Thông số Hàm lượng COD 4768 mg/l BOD5 3190 mg/l BOD5/COD 0.76 NH4+ 37.69 mg/l NO2- 0.61 mg/l pH 3.54 Bảng 3.4 Thành phần nước thải cơ sở sản xuất bún (Nguồn: Đề tài nghiên cứu khoa học (QMT06.03), Đại học Quốc gia Hà Nội) Thông số Hàm lượng COD 3076.3 mg/l BOD5 2154.2 mg/l BOD5/COD 0.7 NH4+ 29.89 mg/l NO2- 0.56 mg/l pH 4.91 3.2.2.2 Ảnh hưởng của chất thải rắn Củ mì tươi có chứa một lượng chất độc dưới dạng glucoside linamarin C10H17O6N. Dưới tác dụng của dịch vị, chất này phân hủy và tạo thành acid cyanohydric (HCN) có hại đối với người. Liều lượng gây độc đối với người lớn là 20mg HCN/50kg thể trọng. Liều lượng gây chết là 50mg HCN/50kg thể trọng. Sau khi ăn vài giờ, có thể xuất hiện các hiện tượng ngộ độc như đau bụng, ói mửa, mất sự kiểm soát cơ bắp, co giật. Tùy thuộc vào giống mì, điều kiện đất đai, phương thức canh tác, thời gian thu hoạch mà hàm lượng HCN có khác nhau: Thời tiết, điều kiện đất cũng ảnh hưởng đến hàm lượng HCN: hạn nhiều, đất rừng mới khai thác hàm lượng HCN thường tăng. Đất bón nhiều đạm sẽ làm tăng HCN, nhưng nếu bón Kali hoặc phân chuồng sẽ làm giảm hàm lượng HCN. Trong cây mì non 3 – 6 tháng tuổi, HCN ít hơn trong củ nhưng nhiều trong lá. Trong cây mì 11 – 18 tháng tuổi hàm lượng HCN sẽ tăng trong củ và giảm bớt trong lá. Trong quá trình sản xuất, bã mì từ giai đoạn lọc được chất thành đống, các đống chất thải này gây mùi khó chịu trong thời gian lưu trữ và phơi khô. Nước rỉ từ các đống bã thải gây ô nhiễm lan truyền xuống nguồn nước. Nếu thời gian trữ bã kéo dài nước rỉ có thể ngấm vào mạch nước ngầm ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước. 3.2.2.3 Ảnh hưởng của khí thải Trong công nghệ sản xuất của nhà máy sản xuất tinh bột, hơi nóng sẽ được sử dụng để sấy khô bột khoai mì thành phẩm. Nhiện liệu thường sử dụng là dầu FO. Bên cạnh đó, dầu DO cũng được sử dụng để vận hành máy phát điện trong trường hợp mất điện, gây nên tình trạng ô nhiễm cho môi trường xung quanh. Đồng thời là bụi, chủ yếu phát sinh tại các khu vực tập kết nguyên liệu và từ phòng đóng bao thành phẩm (bụi bột mì). Bảng 3.5 Nồng độ bụi tại nhà máy chế biến khoai mì Vị trí đo Nhà máy chế biến tinh bột mì Tân Châu – Tây Ninh Cơ sở sản xuất tinh bột mì Phong Phú – Đồng Nai Khu nguyên liệu 1.2 mg/m3 1.6 mg/m3 Vào bao thành phẩm 6.3 mg/m3 6.5 mg/m3 3.3 Các phương pháp xử lý nước thải tinh bột 3.3.1 Một số phương pháp xử lý cơ bản 3.3.1.1 Phương pháp cơ học Trong nước thải thường có các loại tạp chất rắn kích cỡ khác nhau bị cuốn theo: rơm, cỏ, lá, gỗ, mẫu bao bì, chất dẻo, giấy, dẽ, dầu mỡ, cát, sỏi,…Mục tiêu của phương pháp cơ học là loại bỏ cặn có kích thước lớn và những vật liệu thô có thể làm tắc những thiết bị trong nhà máy. Các công trình trong xử lý cơ học như: song chắn rác, lắng cát, các loại bể lắng, vớt lọc dầu,… 3.3.1.2 Phương pháp hóa lý Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý là áp dụng các quá trình vật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hoà tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường. Giai đoạn xử lý hoá lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hoá học, sinh học trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh. Một số phương pháp hóa lý như: keo tụ, hấp thụ, hấp phụ…với các bể tuyển nổi, tháp hấp phụ 3.3.1.3 Phương pháp hóa học Các phương pháp hoá học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hoà, oxy hoá và khử. Tất cả các phương pháp này đều dùng các tác nhân hoá học nên là phương pháp đắt tiền. Người ta sử dụng các phương pháp hoá học để khử các chất hoà tan và trong các hệ thống cấp nước khép kín. Đôi khi các phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn. Các phương pháp hóa học bao gồm: phương pháp trung hòa, oxi hóa khử,... 3.3.1.4 Phương pháp sinh học Phương pháp xử lý sinh học là sử dụng khả năng sống, hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Khi đó, chúng oxy hoá các chất hữu cơ dạng keo và hoà tan, những chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hoá và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước. Các công trình xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên như cánh đồng tưới, hồ sinh học,…và các công trình nhân tạo như bể lọc sinh học, bể bùn hoạt tính,… 3.3.1.5 Phương pháp xử lý cặn Sau mỗi quá trình xử lý, các tạp chất vô cơ, hữu cơ thu tạo thành một lượng lớn bùn cặn. Bùn cặn thu được ở công đoạn xử lý sơ bộ (cấp I) sau các khối xử lý cơ học, hoá học là các cặn vô cơ, bùn cặn thu được ở lắng II sau khối xử lý sinh học là các tạp chất hữu cơ, chứa nhiều sinh khối vi sinh vật. Các công trình xử lý cặn gồm: bể metan, sân phơi bùn, trạm xử lý cơ học bùn cặn,… 3.3.2 Phương pháp sinh học trong xử lý nước thải tinh bột Với đặc trưng hàm lượng COD và BOD của loại nước thải này rất cao, tỷ lệ BOD/COD khoảng từ 0.5 – 0.7 và thành phần gồm các chất hữu cơ dễ phân hủy nên thích hợp cho quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học, kết hợp giữa xử lý kị khí và hiếu khí. Nước thải 1 Nước thải 2 Rác thô, tinh bột, gluten Kênh dẫn kết hợp với song chắn rác Vỏ, rễ củ, bùn đất Kênh dẫn kết hợp với song chắn rác Nước thải BOD cao Nước thải BOD thấp Hồi lưu về rửa củ Hệ thống ao xử lý sinh học Chế phẩm sinh học Chế phẩm sinh học Nước thải đạt tiêu chuẩn loại B Hình 3.1 Quy trình tổng quát xử lý nước thải chứa tinh bột bằng phương pháp sinh học Tuy nhiên, nước thải sản xuất tinh bột có chứa hàm lượng độc đố CN-, là yếu tố gây ức chết hoạt động của vi sinh vật. Do đó, trong quá trình xử lý, trước hết phải loại bỏ độc tố này. Phương pháp hiệu quả nhất là lên men acid dưới tác dụng của vi sinh vật trong bùn tự hoại. Một số quy trình xử lý áp dụng phương pháp xử lý sinh học được trình bày như sau: 3.3.2.1 Quy trình xử lý nước thải tinh bột truyền thống Cặn tinh bột mịn Nước thải chế biến tinh bột Song chắn rác Bể tiếp nhận Bể điều hòa Bể lắng 1 Bể acid Khử CN- Bể trung hòa Bể UASB Bể bùn hoạt tính Bể lắng 2 Hồ hiếu khí Nguồn tiếp nhận Khí nén Bùn thải Vôi Biogas Bùn hoàn lưu Bùn dư Hình 3.2 Quy trình xử lý nước thải tinh bột theo truyền thống Thuyết minh quy trình Nước thải chế biến tinh bột khoai mì được cho qua song chắn rác rồi đến bể tiếp nhận. Song chắn rác có tác dụng loại bỏ các tạp chất gây tắt nghẽn hệ thống xử lý. Nước thải từ bể tiếp nhận được bơm lên bể điều hòa. Bể điều hoà giữ chức năng điều hoà nước thải về lưu lượng và nồng độ. Nước thải tiếp tục được đưa vào bể lắng 1 để loại bỏ cặn tinh bột mịn có khả năng lắng được. Nước thải được dẫn vào bể acid với 2 ngày lưu nước nhằm mục đích khử độc tố CN- và chuyển hóa các hợp chất khó phân hủy thành các hợp chất đơn giản dễ phân hủy sinh học. Vi sinh vật hoạt động trong bể acid được lấy từ bùn tự hoại. Sau khi được xử lý ở bể acid, nước thải được trung hòa bằng vôi về pH khoảng 6.5 – 7.5 tại bể trung hòa nhằm tạo điều kiện cho quá trình xử lý sinh học tiếp theo. Nước thải sau khi trung hòa được dẫn đển bể lọc sinh học kị khí (UASB) nhằm phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản hơn và chuyển hóa chúng thành CH4, CO2, H2S,… Sau đó, nước thải được xử lý tiếp bằng bể bùn hoạt tính, bể này vừa có nhiệm vụ xử lý tiếp phần BOD5, COD còn lại vừa làm giảm mùi hôi có trong nước thải. Sau khi xử lý ở bể lọc sinh học hiếu khí nước thải tiếp tục chảy sang bể lắng 2 để lắng bùn hoạt tính. Lượng bùn này được rút khỏi bể lắng bằng hệ thống bơm bùn và tuần hoàn về bể lọc sinh học hiếu khí, bùn dư được dẫn về bể nén bùn. Nước thải từ bể lắng 2 tiếp tục chảy qua hồ hiếu khí với thời gian lưu nước 10 ngày nhằm ổn định nguồn nước thải. Sau khi ra khỏi hồ nước thải sẽ đạt tiêu chuẩn TCVN 5945 – 2005 loại A, B rồi thải ra nguồn tiếp nhận. 3.3.2.2 Quy trình xử lý nước thải tinh bột của nhà máy sản xuất tinh bột Bình Dương Nước thải Song chắn rác Bể gạn bột Bể lắng cát Bể acid hóa Bể UASB Bể Aerotank Bể lắng 2 Hồ sinh học Nguồn tiếp nhận Bể nén bùn Xe hút bùn định kỳ Thiết bị làm sạch Thu CH4 Bãi chôn Bể chứa bột Sân phơi cát Rác Bột Cát Dung dịch NaOH 20% Thổi khí Hình 3.3 Quy trình xử lý nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột Bình Dương Thuyết minh quy trình: Nước thải từ quy trình công nghệ được dẫn qua song chắn rác để loại bỏ tạp chất thô có kích thước lớn sau đó nước thải được dẫn qua bể gạn bột để thu hồi lượng tinh bột còn sót lại sau công đoạn ly tâm, lượng tinh bột này thường nhẹ hơn nước, nổi lên được vớt đem bán cho làm thức ăn gia súc, nước thải được dẫn qua bể lắng cát, tại đây những hạt cát có kích thước lớn hơn 0.2 mm sẽ được giữ lại để tránh ảnh hưởng đến hệ thống bơm ở các công trình phía sau. Nước thải được dẫn qua bể acid hóa để khử CN- với thời gian lưu nước là hai ngày, sau khi ra bể acid hóa, nước thải được hòa trộn NaOH và chất dinh dưỡng để tạo môi trường thuận lợi cho công trình xử lý sinh học phía sau. Nước thải tiếp tục đưa sang bể UASB, pH thuận lợi cho hoạt động của bể UASB là 6.7 – 7.5. Tại bể UASB, các vi sinh vật ở dạng kị khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải, hiệu suất xử lý của bể UASB tính theo COD, BOD đạt 60 – 80% thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản và khí biogas (CO2, H2S, CH4, NH3…) theo phản ứng sau: Chất hữu cơ + vi sinh vật kị khí ® CO2 + CH4 + H2S + sinh khối mới. Phần CN- còn lại tiếp tục được phân hủy ở bể UASB. Sau bể UASB được thải dẫn qua bể Aerotank xử lý triệt để các hợp chất hữu cơ. Tại bể Aerotank diễn ra quá trình sinh học hiếu khí được duy trì từ máy thổi khí. Tại đây các vi sinh vật ở dạng hiếu khí (bùn hoạt tính) sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ dạng đơn giản như: CO2, H2O,… Theo phản ứng sau: Sự oxy hóa tổng hợp: COHNS + O2 + dinh dưỡng ® CO2 + NH3 + C5H7 NO2 + các sản phẩm khác. Phân hủy nội bào: C5H7NO2 + 5O2 ® 5CO2 + NH3 + H2O + năng lượng. Quá trình phân hủy của các vi sinh vật phụ thuộc vào các điều kiện sau: pH, nhiệt độ, các chất dinh dưỡng, nồng độ bùn và tính chất đồng nhất của nước thải. Do đó cần phải theo dõi các thông số này trong bể Aerotank. Hiệu quả xử lý COD trong bể đạt từ 90 – 95%. Từ bể Aerotank nước thải dẫn sang bể lắng, tại đây diễn ra quá trình phân tách giữa nước và bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính lắng xuống đáy. Nước thải được đưa đến hồ sinh vật trước khi được xả ra nguồn tiếp nhận. Bùn hoạt tính ở đáy bể lắng một phần được bơm tuần hoàn về bể Aerotank nhằm duy trì hàm lượng vi sinh vật trong bể. Bùn dư được bơm vào bể nén bùn trọng lực để làm giảm thể tích. Sau đó được bơm đến ngăn khuấy trộn của máy lọc ép băng tải để khuấy trộn cùng polymer, rồi đi qua hệ thống băng tải ép bùn. Bùn thải ra có dạng bánh đem đi chôn lấp hoặc sử dụng làm phân bón. 3.3.2.3 Quy trình xử lý nước thải của nhà máy Vedan Nước thải Song chắn rác Bể chứa Ngăn keo tụ Bể phản ứng Ngăn ổn định pH Bể điều hòa Bể UASB Hồ sinh học Nguồn tiếp nhận Sinh hấp thụ CO2 Khí CH4 Bể lắng Dung dịch phèn Dung dịch NaOH Không khí Nước từ bể lắng bột Hình 3.4 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải của nhà máy Vedan Thuyết minh quy trình: Nước thải sau khi được thu gom thì cho qua hệ thống song chắn rác nhằm loại bỏ các tạp chất có kích thước quá lớn. Rồi cho qua bể chứa và ngăn keo tụ, trong ngăn keo tụ thì bổ sung dung dịch phèn nhằm để tạo bông. Sau đó nước thải được đưa qua bể lắng, trong bể này các hạt tạo bông sẽ được lắng xuống và nước thải tiếp tục chảy qua bể điều hòa, ở bể điều hòa thì ta sục khí để tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển và phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải, đồng thời ta cũng điều chỉnh pH trước khi nước thải được đưa qua bể điều hòa bằng dung dịch NaOH 20%. Tiếp đến nước thải được đưa qua hệ thống xử lý UASB, trong hệ thống này xảy ra các quá trình xử lý của các vi sinh vật kị khí sinh ra các chất khí CO2, CH4,... các chất khí này được thu lại bởi hệ thống gom khí. Cuối cùng nước thải đưa qua hệ thống hồ sinh học, ở đây nước thải được xử lý bởi các yếu tố sinh học và được đưa ra nguồn tiếp nhận theo tiêu chuẩn loại B. 3.4 Một số chế phẩm sinh học dùng trong xử lý nước thải nhà máy sản xuất tinh bột mì 3.4.1 Chế phẩm Emic Công ty Cổ phần công nghệ vi sinh và môi trường. Địa chỉ: 138/31 Nguyễn Xí - Phường 26 - Quận Bình Thạnh - TP HCM. 3.4.1.1 Thành phần   Emic là hỗn hợp các vi sinh vật hữu ích có khả năng phân giải mạnh cellulose, tinh  bột, protein,… có khả năng phân hủy rác sinh hoạt thành các chất có lợi cho cây trồng và môi trường. Vi sinh vật tổng số > 109  (cfu/g) và chất mang. Bảo quản bằng cách để nơi khô ráo thoáng mát trong 12 tháng. 3.4.1.2 Tác dụng Xử lý cho bể hiếu khí. Phân giải nhanh chất hữu cơ  trong nước thải. Thúc đẩy nhanh quá trình làm sạch nước thải. Làm giảm tối đa mùi hôi thối của chất thải hữu cơ. Diệt mầm bệnh sinh vật có hại trong chất thải. Phân giải nhanh rác thải phế thải nông nghiệp, mùn bã hữu cơ, phân bắc và phân chuồng làm phân bón hữu cơ vi sinh. Phân hủy nhanh rác thải hữu cơ. Phân hủy nhanh vỏ cà phê (dùng trong ủ vỏ cà phê) 3.4.1.3 Cách dùng Xử lý nước thải: Cấy mới 40g/1m3  bể. Sử dụng bổ sung hàng ngày 2 – 4g /1m3 /ngày đêm nước thải hữu cơ. Xử lý chất thải làm phân bón: Hoà 1 – 2 gói vào nước tưới đều cho 1tấn nguyên liệu. Ủ thành đống có che phủ, cứ 7 – 10 ngày đảo trộn một lần. Ủ khoảng 20 – 30 ngày. Emic là chế phẩm trung tính, an toàn không độc hại đối với người, gia súc và môi trường. Đối với nước thải công nghiệp, bệnh viện cấy vi sinh ban đầu 40g/1m3 thể tích bể, sử dụng bổ sung hàng ngày hoặc 1 tuần 1 lần với lượng là 2 – 4g/1m3/ngày đêm nước thải đầu ra. Hệ thống sục khí vận hàng đảm bảo để vi sinh vật hoạt động và sinh khối tốt (đưa vào bể điều hòa và bể hiếu khí) 2g/1m3 bể điều hòa và 2g/1m3 bể hiếu khí Hình 3.5 Chế phẩm Emic 3.4.2 Chế phẩm Gem-P1 Công ty Cổ phần sinh học và môi trường Biển Cờ. Địa chỉ: 01 Nguyễn Thế Lộc - Phường 12 - Quận Tân Bình - TP HCM 3.4.2.1 Thành phần Lactobacillus sp., Rhodopseudomonas sp., Aspergillus Oryzae, Saccharomyces Cerevisiae và chất Hữu cơ          3.4.2.2 Công dụng Sử dụng được cho bể hiếu khí và kị khí. Bổ sung chủng loại vi sinh vật hữu ích vào rác thải, nước thải. Kích hoạt hệ vi sinh tự nhiên nên làm tăng mật độ vi sinh có ích trong hệ thống xử lý. Tiết kiệm được chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải vì rút ngắn thời gian khởi động ban đầu, giảm thời gian sục khí. Tăng khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ, đặc biệt hiệu quả để phân hủy các chất hữu cơ mạch vòng khó phân hủy sinh học trong điều kiện bình thường. Làm giảm từ 25 – 80% các thông số ô nhiễm như COD, BOD, SS, H2S, NH3,…trong nước thải. Kích thích quá trình phát sinh khí biogas nhanh hơn, làm giảm hàm lượng chất thải rắn đến 50%. 3.4.2.3 Cách dùng Bổ sung Gem-P1 vào bể kị khí, hiếu khí của hệ thống xử lý nước thải theo tỷ lệ 1 kg Gem-P1/5 – 10m3 nước thải. Bổ sung Gem-P1 vào trong hầm biogas, hầm cầu,… theo tỷ lệ 1kg Gem-P1 cho 1 m3 nước thải. Định kỳ 2 – 3 tháng bổ sung chế phẩm một lần. Hình 3.6 Chế phẩm Gem-P1 3.4.3 Chế phẩm vi sinh Jumbo-Clean. Công ty TNHH TM – DV Môi trường thế giới xanh Địa chỉ: 75/6A21 Quang Trung - Phường 8 - Quận Gò Vấp - TP HCM. 3.4.3.1 Thành phần Chế phẩm vi sinh Jumbo-Clean dạng lỏng, 30l/can chứa hỗn hợp các chủng vi khuẩn có lợi như: Bacillus sp, Lactobacillus sp, Aspergillus sp, xạ khuẩn, nấm mốc,… và các enzyme amylase, protease, lipase. Mật độ vi sinh  > 1010  (cfu/ml). 3.4.3.2 Công dụng Chế phẩm vi sinh Jumbo-Clean có khả năng xử lý mùi hôi, phân huỷ protein, carbohydrate, cellulose,…có trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp. 3.4.3.3 Cách dùng Men vi sinh Jumbo-Clean: hòa  tan 1 lít  chế phẩm vi sinh Jumbo-Clean với 100 lít nước sạch sau đó  phun hoặc đổ  đều  khắp bề  mặt khu vực  ô nhiễm, bãi chứa chất thải, hệ thống đường ống, hồ sinh học,… Hình 3.7 Chế phẩm Jumbo-clean 3.4.4 Men xử lý bể phốt DW.97 Công ty Cổ phần công nghệ vi sinh và môi trường. Địa chỉ: 426A Xô Viết Nghệ Tĩnh - Phường 25 - Quận Bình Thạnh - TP HCM. 3.4.4.1 Thành phần Men xử lý bể phốt DW.97 là tổ hợp các vi sinh vật có khả năng phân huỷ nhanh các thành phần khó tiêu trong cặn bã của bể phốt (protein, tinh bột, cellulose, kitin, lipit và một số chất có hoạt tính sinh học khác,...) Mật độ vi sinh > 5×1010 (cfu/g) 3.4.4.2 Công dụng Men xử lý bể phốt DW.97 là chế phẩm không độc hại, trung tính, không ăn mòn và giữ hoạt tính ổn định lâu dài. Khử mùi hôi, tiêu diệt trứng giun sán và một số vi sinh vật gây bệnh. Xử lý nhanh cặn bùn, nước thải của các cơ sở và các làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm. Tăng cường hiệu suất sinh biogas ở các hầm ủ khí sinh học và rút ngắn thời gian ủ. Hoại mục nhanh các chất thải hữu cơ rắn: rác thải sinh hoạt, các phế thải nông nghiệp thành mùn hữu cơ làm phân bón. Xử lý nhanh nguồn nước nhiễm bẩn hữu cơ cao (nước thải chế biến nông sản thực phẩm, nước thải bệnh viện). 3.4.4.3 Cách dùng Đổ thẳng vào bô rồi xả nước vào cuối ngày. Một gói cho 1m3 bể phốttrong 4 tháng hoặc đổ dự phòng 8 tháng 1 lần. Hình 3.8 Chế phẩm DW.97 CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM SO SÁNH KHẢ NĂNG PHÂN HỦY TINH BỘT CỦA MỘT SỐ CHẾ PHẨM 4.1 Mục đích thí nghiệm Khảo sát khả năng xử lý nước thải chứa tinh bột của hai chế phẩm sinh học Emic và Gem-P1 trên thị trường hiện nay. 4.2 Vật liệu và phương pháp 4.2.1 Vật liệu 4.2.1.1 Mẫu kiểm nghiệm Mẫu nước thải tinh bột được lấy từ nhà máy sản xuất nui Mê Kông, quận Tân Phú, TP Hồ Chí Minh. Lúc 7 giờ ngày 1/6/2010. Mẫu chế phẩm sinh học Emic và Gem-P1 được mua về trong tình trạng: ở dạng bột mịn, được bao bì và bảo quản tốt. 4.2.1.2 Dụng cụ và hóa chất Các dụng cụ và hóa chất cần cho phân tích các chỉ tiêu môi trường Các dụng cụ và hóa chất cần cho thí nghiệm xử lý nước thải 4.2.2 Phương pháp thí nghiệm 4.2.2.1 Phương pháp xác định DO a. Ý nghĩa môi trường DO là lượng oxy hòa tan trong nước. Sự có mặt của oxy trong nước rất quan trọng vì nó đảm bảo sự sống của các vi sinh vật trong nước. Đồng thời, oxy để oxy hóa các hợp chất hữu cơ trong nước hoặc khử hóa các tác nhân. DO còn là cơ sở kiểm tra BOD nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải. b. Nguyên tắc Chỉ số DO bình thường đảm bảo sự sống cho các vi sinh vật trong nước thải. Nếu giá trị DO thấp hơn thì nước bị ô nhiễm. Nhiệt độ càng tăng thì lượng DO càng giảm và nó bằng 0 khi ở 1000C. Xác định DO bằng phương pháp Iot của Winker. Kiểm tra có oxy hòa tan hay không dựa vào phản ứng: Mn 2+ + 2OH- = Mn(OH)2 (màu trắng, chứng tỏ không có DO) Mn 2+ + 2OH- + ½ O2 = MnO2 (màu nâu đen, chứng tỏ có DO) Gạn lấy kết tủa MnO2, hòa tan trong acid H2SO4: MnO2 + 4H+ + 2I- = Mn 2+ + 2H2O + I2. Chuẩn độ Iot bằng Na2S2O3: I2 + Na2S2O3 = Na2S4O6 + 2NaI (không màu) c. Cách tiến hành Lấy mẫu vào chai DO 300ml, đậy nút đổ bỏ phần trên ra. Không được để bọt khí bám quanh thành chai. Mở nút, lần lượt thêm 2ml dung dịch MnSO4, 2ml Idour-Azur kiềm . Đậy nút, đảo chai ít nhất 20giây cho kết tủa lắng yên khoảng 2/3 chai. Đợi kết tủa lắng yên, mở nút cẩn thận cho 2ml dung dịch H2SO4 đậm đặc. Đóng nút đảo mạnh chai. Khi kết tủa đã tan hoàn toàn, dùng ống đong 100ml rót bỏ 97ml dung dịch. Định phân lượng còn lại bằng dung dịch Na2S2O3 đến khi có màu vàng nhạt rồi thêm 5 giọt chỉ thị hồ tinh bột. Tiếp tục định phân cho đến khi dung dịch mất màu xanh. 1ml Na2S2O3 0.025N = 1ml O2/l 4.2.2.2 Phương pháp xác định COD a. Ý nghĩa môi trường COD là nhu cầu oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong điều kiện oxy mạnh và nhiệt độ cao thành CO2 và H2O. COD là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng nước thải. Chất hữu cơ trong nước thải bị oxy hóa càng nhiều thì lượng oxy cần thiết để oxy hóa càng lớn. b. Nguyên tắc Lượng oxy tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa, và được xác định bằng các sử dụng một tác nhân oxy hóa mạnh trong môi trường acid: Chất hữu cơ + Cr2O72- + H+ Ò CO2 + H2O + 2Cr 3+ Lượng Cr2O72- được chuẩn độ bằng Fe(NH4)2(SO4)2 (dung dịch FAS 0.1M), dùng dung dịch feroin làm chất chỉ thị cho điểm kết thúc của quá trình chuẩn độ (chuyển màu từ màu xanh lam sang đỏ nhạt). c. Cách tiến hành Cho 2.5ml mẫu nước thải vào ống nghiệm, thêm 1.5ml dung dịch K2Cr2O7 0.0167M vào, cẩn thận cho thêm 3.5ml H2SO4 reagent vào bằng cách cho acid chảy dọc từ từ theo thành bên trong ống nghiệm. Đậy nắp vặn ngay, đặt ống nghiệm vào rổ inox và cho vào tủ sấy (sấy ở 1500C trong 2 giờ). Để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ vào erlen, tráng ống COD bằng nước cất và đổ vào erlen sau đó thêm 1 – 2 giọt chỉ thị feroin và chuẩn độ bằng dung dịch FAS 0.1M. Dứt điểm khi mẫu chuyển từ xanh lam sang đỏ nhạt. COD (mg/l) = (A – B) ×M ×8000 Vmẫu Trong đó: A: thể tích FAS dùng cho ống thử không B: thể tích FAS dùng cho mẫu thử thật M: nguyên chuẩn độ của FAS (M = 0.1) 4.2.2.3 Phương pháp xác định BOD a. Ý nghĩa môi trường BOD là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí. b. Nguyên tắc Sử dụng chai DO có thể tích 300ml. Đo hàm lượng DO ban đầu và sau 5 ngày ủ ở 200C. Lượng oxy chênh lệch do vi sinh vật sử dụng chính là BOD. c. Cách tiến hành Chiết nước đã pha loãng vào 2 chai. Cho mẫu vào mỗi chai bằng cách nhúng pipet xuống đáy chai thả từ từ mẫu vào chai cho đến khi đạt thể tích cần sử dụng, lấy nhanh pipet ra khỏi chai và đậy nhanh nút lại. Một chai đậy kín ủ 5 ngày (DO5). Chai ủ trong tủ 200C đậy kỹ, niêm bằng nước mỏng trên chỗ loe miệng chai (không để nước cạn). BOD (mg/l) = (DO0 – DO5) × f Trong đó: DO0: oxy hòa tan đo được ngày đầu tiên DO5: oxy hòa tan đo được sau 5 ngày f: hệ số pha loãng 4.3 Bố trí thí nghiệm Mẫu nước thải Xác định các thông số đầu vào (COD, BOD, N, P,….) Điều chỉnh pH, BOD Không bổ sung N và P Lắc 120 vòng/phút Bổ sung N và P Lắc 120 vòng/phút Gem-P1 Emic Gem-P1 Emic Đo các giá trị COD, BOD trong thời điểm sau 24h, 48h và 72h Hình 4.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm Mẫu nước thải lấy từ nguồn của nhà máy sản xuất tinh bột mì sẽ được đưa về phòng thí nghiệm, tiến hành đo các thông số đầu vào cho nước thải. Điều chỉnh giá trị COD và pH về mức có thể áp dụng phương pháp xử lý sinh học với các chế phẩm. (COD từ 400 – 600 mg/l, pH từ 6 – 7 và BOD/COD từ 0.5 – 0.7). Theo hướng dẫn sử dụng của chế phẩm sinh học Emic: cấy mới là 40g/1m3 bể. Do đó, cân 0.004g chế phẩm Emic cho 100ml nước thải xử lý ở quy mô phòng thí nghiệm. Theo hướng dẫn sử dụng của chế phẩm sinh học Gem-P1: bổ sung Gem-P1 vào bể kị khí, hiếu khí của hệ thống xử lý nước thải theo tỷ lệ 1kg/5-10m3 bể. Do đó, cân 0.01g chế phẩm Gem-P1 cho 100ml nước thải xử lý ở quy mô phòng thí nghiệm. Để có thể xử lý bằng phương pháp sinh học, bên cạnh giá trị COD trong giới hạn cho phép, tỷ lệ BOD, N và P cũng phải đạt yêu cầu BOD:N:P = 100:5:1. Tuy nhiên, cả hai chế phẩm đều không có yêu cầu của nhà sản xuất về việc điều chỉnh tỷ lệ này. Vì vậy, chúng tôi thực hiện việc bổ sung chế phẩm thử nghiệm trên hai mẫu nước thải: Mẫu 1: nước thải chỉ điều chỉnh giá trị pH và COD Mẫu 2: nước thải điều chỉnh giá trị pH, COD và tỷ lệ BOD:N:P Ở thí nghiệm với mẫu 2, sử dụng N bổ sung từ hợp chất NH4NO3 và P từ hợp chất K2HPO4. Mỗi thí nghiệm được lặp lại hai lần và đo các thông số COD, BOD vào thời điểm sau 24h, 48h và 72h. 4.4 Kết quả và nhận xét 4.4.1 Kết quả các thông số đầu vào Nước thải nhà máy sản xuất nui có nồng độ COD khá cao nên ở 3 nồng độ pha loãng là 10, 20 và 30 lần, chúng tôi không xác định được giá trị COD. Ở nồng độ pha loãng 50 lần và 70 lần, giá trị COD trung bình là 9600 mg/l nước thải. Kết quả này phù hợp với các công trình nghiên cứu cho thấy nước thải tinh bột đều có giá trị COD trong khoảng 2500 – 17000 mg/l. Để xử lý sinh học, giá trị BOD phải gấp khoảng 0.5 – 0.7 lần giá trị COD của nước thải đầu vào. Với kết quả COD là 9600 mg/l nước thải, nồng độ pha loãng của mẫu để đạt được tỷ lệ BOD/COD = 0.5 là 50 lần. Thể tích nước thải dùng là 1ml trong 49ml dung dịch pha loãng. Kết quả BOD đo được là 5760 mg/l nước thải, tỷ lệ BOD/COD là 0.61. Kết quả này cũng phù hợp với một số kết quả phân tích BOD trong nước thải tinh bột là từ 2120 – 14750 mg/l. Từ đường chuẩn và giá trị độ hấp thụ của mẫu, chúng tôi tính được nồng độ P tổng là 4.35 mg/l. Kết quả này là không cao và nằm trong giới hạn cho phép các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp loại B. (QCVN 24: 2009/BTNMT). Hàm lượng N tổng số cũng khá thấp (39.76 mg/l) so với các công trình nghiên cứu về nước thải tinh bột khác (136 – 300 mg/l) và nằm trong giới hạn cho phép các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp loại B (QCVN 24: 2009/BTNMT). Bảng 4.1 Kết quả các thông số đầu vào của nước thải chứa tinh bột Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả Kết quả của các công trình nghiên cứu khác QCVN 24: 2009/BTNMT pH - 4.2 – 4.6 4.2 – 5.1 5.5 – 9.0 COD mg/l 9600 2500 – 17000 50 – 100 BOD5 mg/l 5760 2120 – 14750 30 – 50 N mg/l 39.76 136 – 300 15 – 30 P mg/l 4.35 4 – 70 4 – 6 Như vậy, để xử lý bằng chế phẩm sinh học, chúng tối tiến hành pha loãng mẫu 20 lần, điều chỉnh pH về 6.5 – 7.0 bằng dung dịch NaOH. Ở thí nghiệm với mẫu 2, để có tỷ lệ BOD:N:P là 100:5:1, chúng tôi bổ sung thêm 30ml K2HPO4 nồng độ 1% và 71ml NH4NO3 nồng độ 1%. 4.4.2 Kết quả thí nghiệm với mẫu 1 - không bổ sung N và P Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm mẫu nước thải không bổ sung N và P Thời gian Mẫu nước thải Hàm lượng COD (mg/l) Hiệu quả xử lý (%) COD đầu vào (mg/l) Sau 24h Đối chứng 490 - 475 Có Emic 381 19.8 Có Gem-P1 432 9.1 Sau 48h Đối chứng 475 0 475 Có Emic 288 39.4 Có Gem-P1 384 19.1 Sau 72h Đối chứng 455 4.3 475 Có Emic 192 59.6 Có Gem-P1 336 29.3 Bảng 4.3 Biểu đồ hàm lượng COD của mẫu nước thải không bổ sung N và P 24 48 72 COD là nhu cầu oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí. Giá trị COD càng thấp chứng tỏ lượng chất hữu cơ trong nước thải càng thấp, nghĩa là hiệu quả xử lý càng cao. Kết quả cho thấy ở mẫu đối chứng (cùng điều kiện thí nghiệm nhưng không bổ sung chế phẩm) giá trị COD sau 24h có tăng hơn so với COD đầu vào (490 mg/l so với 475 mg/l), sau đó, giá trị COD giảm dần đến 455 mg/l sau 72h. Có thể trong 24h đầu tiên, một số lượng vi sinh vật trong mẫu chết vì chưa thích nghi được với nước thải nên làm tăng giá trị COD trong bình thí nghiệm. Sau đó, những vi sinh vật thích nghi được với nước thải sẽ phát triển và thực hiện các quá trình phân hủy sinh học, làm giảm giá trị COD của mẫu. Quá trình tự làm sạch này do vi sinh vật có sẳn trong mẫu nước thải ban đầu, nên cần thời gian lâu và hiệu quả phân hủy các chất không cao (6.4%) Các mẫu xử lý với chế phẩm Emic và Gem-P1 đều cho thấy có sự giảm dần giá trị COD sau các khoảng thời gian. Mẫu có Emic có giá trị COD là 192mg/l sau 72h xử lý, hiệu quả xử lý đạt 59.6%. Mẫu có Gem-P1 có giá trị COD là 336 mg/l sau 72h xử lý, hiệu quả xử lý đạt 29.3% So với mẫu đối chứng thì các chế phẩm vi sinh bổ sung vào mang lại hiệu quả xử lý cao hơn, đặc biệt là với chế phẩm Emic. Tuy nhiên, khi so sánh với chỉ tiêu nước thải đầu ra theo QCVN 24: 2009/BTNMT, nước thải sau 72h xử lý vẫn chưa đạt được tiêu chuẩn xả thải loại B là COD ít hơn 100 mg/l. 4.4.3 Kết quả thí nghiệm với mẫu 2 - có bổ sung N và P Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm mẫu nước thải có bổ sung N và P Thời gian Mẫu nước thải Hàm lượng COD (mg/l) Hiệu quả xử lý (%) COD đầu vào (mg/l) Sau 24h Đối chứng 338 29.6 480 Có Emic 432 10 Có Gem-P1 336 30 Sau 48h Đối chứng 370 23 480 Có Emic 339 29.4 Có Gem-P1 288 40 Sau 72h Đối chứng 408 14.1 480 Có Emic 288 39.4 Có Gem-P1 216 54.5 Bảng 4.5 Biểu đồ hàm lượng COD của mẫu nước thải có bổ sung N và P 48 72 24 Đối với mẫu đối chứng có bổ sung N, P nhưng không bổ sung chế phẩm, giá trị COD lại tăng dần qua các thời điểm thí nghiệm. Theo chúng tôi, có thể trong quá trình bổ sung N, P vào, vi sinh vật có sẵn trong nước thải đã không thích nghi được với thành phần môi trường nước mới, có thể vì vậy lượng vi sinh bị chết nhiều làm gia tăng hàm lượng chất hữu cơ dẫn đến kết quả tăng giá trị COD của mẫu đối chứng. Đối với mẫu thí nghiệm bổ sung chế phẩm, giá trị COD cũng giảm dần tương tự kết quả của thí nghiệm không bổ sung N, P. Tuy nhiên, giá trị COD cao hơn, cụ thể sau 72h, mẫu bổ sung Emic có COD là 288 mg/l, đạt 39.4% xử lý, mẫu bổ sung Gem-P1 có COD là 216 mg/l đạt 54.5% xử lý, nghĩa là hiệu quả xử lý của cả hai chế phẩm này đều thấp hơn so với thí nghiệm không bổ sung N, P. Đồng thời, giá trị COD này cũng vẫn chưa đạt được yêu cầu xả thải theo QCVN 24: 2009/BTNMT. So sánh giữa 2 chế phẩm với nhau, nhận thấy ở thí nghiệm không bổ sung N, P, chế phẩm EMIC cho hiệu quả xử lý cao hơn (59.6%), còn trong thí nghiệm có bổ sung N, P, chế phẩm Gem-P1 lại cho hiệu quả xử lý cao hơn (54.5%). Có thể thành phần vi sinh vật trong chế phẩm không thích hợp sử dụng nguồn N từ NH4NO3 và P từ K2HPO4. Như vậy, kết quả thí nghiệm cho thấy các chế phẩm vi sinh này vẫn chưa đạt yêu cầu khi xử lý đối với nước thải nhà máy sản xuất tinh bột. Theo chúng tôi, có thể có nhiều nguyên nhân. Thứ nhất, đây là các chế phẩm vi sinh dùng trong phân hủy hiếu khí nước thải có hàm lượng hữu cơ cao, nhưng không phải là sản phẩm dùng chuyên biệt cho các nhà máy sản xuất tinh bột. Do đó, thành phần vi sinh vật trong chế phẩm cần đa dạng để có thể phân hủy nhiều loại chất hữu cơ khác nhau, và như vậy lượng vi sinh vật có khả năng phân hủy mạnh tinh bột sẽ giảm, khi sử dụng cho nước thải tinh bột, cần một thời gian để các vi sinh vật thích nghi mới có khả năng xử lý được. Thứ hai, có thể trong điều kiện thử nghiệm, với 100ml nước thải và hệ thống lắc tại phòng, chúng tôi chưa tạo đầy đủ điều kiện tối ưu để vi sinh vật hoạt động. Tuy nhiên, giá trị COD đo được giảm dần theo thời gian, chứng tỏ quá trình phân hủy chất hữu cơ có xảy ra và các chế phẩm đều đã phần nào xử lý được lượng chất này trong môi trường. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Nước thải nhà máy sản xuất tinh bột mì có hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học tương đối cao nên việc áp dụng biện pháp xử lý sinh học là biện pháp đúng đắn. Đây là phương pháp đã chứng minh được nhiều ưu điểm thân thiện, không gây độc hại cho môi trường, chi phí đầu tư và vận hành thấp, phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam. Việc sử dụng các chế phẩm sinh học trong xử lý nước thải nói chung và nước thải tinh bột nói riêng có tiềm năng phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, cần có sự chuyên biệt cho mỗi loại nước thải để quá trình thích nghi và phân hủy của vi sinh vật đạt hiệu quả cao hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Văn Hoàng, Trương Thị Minh Hạnh. Tinh bột – khai thác và ứng dụng. NXB Đà Nẵng 2. Nguyễn Văn Khôi.(2007). Polyme ưa nước – hóa học và ứng dụng. NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ 3. Lê Ngọc Tú. (2002). Hóa sinh công nghiệp. NXB Khoa học và kỹ thuật. 4. PGS.TS Nguyễn Tiến Thắng. Giáo trình công nghệ enzyme. 5. Th.S Lâm Vĩnh Sơn. Giáo trình xử lý nước thải. 6. TS. Trần Cẩm Vân. (2005). Giáo trình vi sinh vật môi trường. NXB ĐH Quốc gia Hà Nội Tài liệu Internet 1. 2. 3. 4. PHỤ LỤC Bảng 1: Kết quả thí nghiệm lần 1 của mẫu nước thải chưa bổ sung N và P Thời gian Mẫu nước thải Hàm lượng COD (mg/l) Sau 24h Đối chứng 500 Có Emic 375.5 Có Gem-P1 436 Sau 48h Đối chứng 462 Có Emic 305 Có Gem-P1 376.5 Sau 72h Đối chứng 460 Có Emic 210.5 Có Gem-P1 342.5 Bảng 2: Kết quả thí nghiệm lần 2 của mẫu nước thải chưa bổ sung N và P Thời gian Mẫu nước thải Hàm lượng COD (mg/l) Sau 24h Đối chứng 480 Có Emic 350.5 Có Gem-P1 428 Sau 48h Đối chứng 488 Có Emic 271 Có Gem-P1 391.5 Sau 72h Đối chứng 450 Có Emic 173.5 Có Gem-P1 329.5 Bảng 3: Kết quả thí nghiệm lần 1 của mẫu nước thải có bổ sung N và P Thời gian Mẫu nước thải Hàm lượng COD (mg/l) Sau 24h Đối chứng 405 Có Emic 425.5 Có Gem-P1 357 Sau 48h Đối chứng 376.5 Có Emic 345 Có Gem-P1 293 Sau 72h Đối chứng 412 Có Emic 305 Có Gem-P1 262 Bảng 4: Kết quả thí nghiệm lần 2 của mẫu nước thải có bổ sung N và P Thời gian Mẫu nước thải Hàm lượng COD (mg/l) Sau 24h Đối chứng 371 Có Emic 438.5 Có Gem-P1 315 Sau 48h Đối chứng 363.5 Có Emic 333 Có Gem-P1 283 Sau 72h Đối chứng 404 Có Emic 271 Có Gem-P1 170 Bảng 5: Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5945:2005. Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn A B C Nhiệt độ 0C 40 40 45 pH 6 – 9 5.5 – 9 5 – 9 Mùi Không khó chịu Không khó chịu - BOD5 mg/l 30 50 100 COD mg/l 50 80 400 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100 200 Asen mg/l 0.05 0.1 0.5 Thủy ngân mg/l 0.005 0.01 0.01 Chì mg/l 0.1 0.5 1 Đồng mg/l 2 2 5 Kẽm mg/l 3 3 5 Sắt mg/l 1 5 10 Thiết mg/l 0.2 1 5 Niken mg/l 0.2 0.5 2 Xianua mg/l 0.07 0.1 0.2 Phenol mg/l 0.1 0.5 1 Clorua mg/l 500 600 1000 Florua mg/l 5 10 15 Sunfua mg/l 0.2 0.5 1 Tổng Nito mg/l 15 30 60 Tổng Phospho mg/l 4 6 8 Coliform MPN/100 ml 3000 5000 -