Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF
Trang 5
1.1 TIỀM NĂNG CỦA NGÀNH SẢN XUẤT CỒN TRONG TƯƠNG LAI
1.1.1 Ưu điểm của nhiên liệu ethanol
Giá thành rẻ, tác động tích cực đến môi trường (lượng khí CO
2
do xe hơi chạy
bằng cồn lỏng thải ra chỉ bằng 1/12 so với xe chạy bằng xăng. Tổng hợp các chỉ số
ô nhiễm môi trường cho thấy, mức độ ô nhiễm môi trường của xe chạy bằng cồn
chỉ bằng 30% của xe chạy xăng. Nếu xe sử dụng nhiên liệu hỗn hợp cồn xăng thì
sẽ giảm được 20-30% lượng khí CO, giảm khoảng 25% lượng khí thải CO
2
, đồng
thời còn giảm bớt được lượng khí thải các chất có hại như chì…)
1.1.2 Ethanol – nguồn nhiên liệu thay thế đầy triển vọng
Nguồn dầu mỏ thế giới đang cạn kiệt dần, cộng với tình hình bất ổn tại các khu
vực giàu dầu mỏ như Iran, Irag, Nigeria… khiến nguồn cung không đảm bảo liên
tục gây lo ngại cho các nước “khát dầu” phục vụ cho nền kinh tế phát triển. Vì
thế, tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế đang được các nước đặt lên hàng đầu.
Trong số những nhiên liệu thay thế, ethanol nổi lên như một ứng cử viên sáng giá
nhất, đáp ứng được những tiêu chuẩn như giá rẻ, dễ sản xuất, thân thiện với môi
trường.
Ethanol là chất phụ gia để tăng trò số Octane (trò số đo khả năng kích nổ) và
giảm khí thải độc hại của xăng trong chính sách năng lượng của các nước khối EU,
Mỹ, Australia, Trung Quốc, Nhật Bản… đều chú trọng đến ứng dụng ethanol.
Mỹ là nước sử dụng nhiều dầu mỏ nhất thế giới. Trong những phát biểu gần đây,
tổng thống Mỹ Bush kêu gọi dân chúng “cai nghiện” dầu mỏ. ng đặt vấn đề
nghiên cứu tìm nhiên liệu thay thế để bớt lệ thuộc nước ngoài. Xăng ở Mỹ được
pha ethanol phổ biến là E10 (hỗn hợp gồm 10% ethanol và 90% xăng không chì)
và E85.
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF
Trang 6
Hình 1.1 Một trụ bơm xăng E85 ở thành phố Lexington-Mỹ
Tuy Mỹ và những nước tiên tiến khác rất chú trọng phát triển nhiên liệu ethanol
nhưng Brazil mới là nước dẫn đầu và nếu muốn bắt kòp Brazil trong sản xuất và
tiêu thụ ethanol thì Mỹ cần cả thập niên nữa.
1.1.3 Ethanol – niềm tự hào của Brazil
Brazil là nước xuất khẩu đường đứng hàng đầu trên thế giới. Điều đáng chú ý là
song song với việc duy trì vò trí dẫn đầu trên thò trường đường, Brazil đã tận dụng
được phần rỉ đường để sản xuất ethanol. Chỉ cần mất 3 ngày chế biến là đã có
được nhiên liệu ethanol sẵn sàng cho người tiêu dùng. Hiện nay, ở đất nước Nam
Mỹ này, cứ 100 chiếc xe hơi bán ra thì có tới 80 chiếc là xe “lai”-chạy bằng xăng
hay ethanol đều được. Hai thứ nhiên liệu này dễ mua và ethanol rẻ hơn 1/3 so với
xăng dầu nên rất được thò trường ưa chuộng.
Các loại xăng được sử dụng ở đây đều được pha chế 25% ethanol (E25). Brazil
hiện có 17 triệu ô tô sử dụng E25 và 3 triệu ô tô sử dụng 100% ethanol.
Brazil đặt chỉ tiêu sản xuất 16.6 tỷ lít nhiên liệu ethanol năm 2006. Khoảng 80%
sản lượng sẽ được dùng cho thò trường xe hơi trong nước. Brazil có thể tiết kiệm
được 400 tỷ USD tiền nhập khẩu xăng dầu. Hơn thế nữa, Brazil sẽ thu về nguồn
ngoại tệ lớn khi xuất khẩu ethanol sang các nước khác. Trước mắt, Nhật Bản đang
xem xét kí hợp đồng nhập khẩu 6 tỷ lít ethanol của Brazil. Nắm bắt thời cơ, từ nay
Một trụ bơm xăng E85 ở thành
phố Lexington-Mỹ
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF
Trang 7
đến năm 2012, Brazil sẽ đưa vào hoạt động trên 70 nhà máy chuyên sản xuất
ethanol.
1.1.4 Triển vọng cho ethanol
Những nhà phân tích cho rằng muốn cạnh tranh với ethanol thì giá dầu phải hạ
xuống còn 35USD/thùng. Điều này hầu như không thể xảy ra trong tình hình thế
giới hiện nay. Người ta dự báo nhu cầu nhiên liệu ethanol toàn cầu đến năm 2010
có thể tăng gấp 4 lần, lên khoảng 80 tỷ lít, và chỉ trong 2 đến 3 năm nữa các con
tàu khổng lồ chở ethanol sẽ xuôi ngược khắp các đại dương, như hình ảnh tàu chở
dầu hiện nay.
1.1.5 Chiến lược nhiên liệu sạch cho Việt Nam
Việt Nam được đánh giá là nước có những tiềm năng để sản xuất nhiên liệu sinh
học. Về nguồn nguyên liệu cho sản xuất cồn: năm 2003 cả nước có 7.45 triệu ha
trồng lúa, thu hoạch được 34.5 triệu tấn thóc, năng suất trung bình 4.63 triệu
tấn/ha; có 910000 ha trồng ngô, thu hoạch 2.933 triệu tấn; có 220000 ha trồng
khoai, năng suất 7.24 tấn/ha, 2 vụ; có 372000ha trồng sắn (có khả năng tăng diện
tích lên 500000 ha), năng suất 14.1 tấn/ha (hiện đang trồng thử giống mới năng
suất 40 tấn/ha); có 50 nhà máy chế biến sắn thành tinh bột xuất khẩu, sử dụng
100000 tấn/năm cho sản xuất cồn; có 306400 ha trồng mía, năng suất bình quân 54
tấn/ha, thu hoạch 16.5 triệu tấn mía, hàm lượng đường 12-14%, đến cuối năm 200,
cả nước có 43 nhà máy đường, tổng công suất 82450 tấn mía/ngày, 592000 tấn rỉ
đường, sản xuất được 200 triệu lít cồn.
Theo thông tin từ trung tâm xúc tiến thương mại và đầu tư TPHCM: Việt Nam sẽ
đẩy mạnh phát triển nhiên liệu sinh học và mục tiêu dự kiến đến năm 2025 sẽ sản
xuất và đưa vào sử dụng xăng E5 (95% xăng khoáng và 5% ethanol) và dầu B5
(95% diesel khoáng và 5% diesel sinh học) trên phạm vi cả nước, đáp ứng đủ nhu
cầu thò trường.
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF
Trang 8
Theo lộ trình được tiến só Nguyễn Xuân Dinh – Vụ phó Vụ Năng lượng và dầu khí
– Bộ Công Thương đưa ra, đến năm 2015 sẽ sử dụng phổ cập toàn quốc xăng E5
và B5, các hệ thống biogas, suất khẩu E100 và B100. Đến năm 2025, nhiên liệu
sinh học sẽ cung cấp 10% nhu cầu nhiên liệu lỏng, sử dụng phổ biến nhiên liệu
E10 và B10 trên toàn quốc.
Đặc biệt theo tiến só Đặng Tùng, Vụ trưởng Vụ Khoa học và Công nghệ (Bộ Công
thương), sang năm 2007, nhiều nhà máy sản suất cồn công nghiệp để sản xuất
nhiên liệu đã được dồn dập triển khai ở Việt Nam.
Cụ thể, công ty cổ phần Cồn sinh học Việt Nam đã đầu tư xây dựng nhà máy sản
xuất cồn công nghiệp với công suất 66000m
3
/ năm tại Đắc Lắc. Bên cạnh đó các
dự án đầu tư liên doanh liên kết giữa Công ty đường Biiên Hòa với công ty của
Singapore kí kết hợp tác tháng 8/2007 đầu tư nhà máy sản xuất cồn sinh học công
suất 50000tấn/năm.
Mặc dù chưa thật sự phát triển rầm rộ và nhiên liệu sinh học chưa được ứng dụng
rộng rãi nhưng việc đầu tư phát triển nhiên liệu sinh học ở Việt Nam được coi là
hướng đi tất yếu.
1.2 TÌNH HÌNH CHUNG
1.2.1 Thế giới
Công nghiệp cồn rượu là một ngành xuất hiện từ rất lâu trên thế giới, nó là nguồn
nguyên liệu, được ứng dụng trong một số ngành công nghiệp khác. Hiện nay, sản
lượng cồn rượu hàng năm vẫn tiếp tục gia tăng ở các nước trên thế giới.
1.2.2 Việt Nam
Ngành sản xuất cồn rượu theo kiểu công nghiệp ở nước ta xuất hiện từ năm 1898
do người Pháp thiết kế và xây dựng. Khi đó, ở nước ta chỉ có một số nhà máy rượu
như: Hà Nội, Nam Đònh, Bình Tây, Chợ Quán Tổng năng suất của tất cả các nhà
máy lớn nhỏ vào khoảng 15 triệu lit /năm. Đến thời điểm 1980 – 1985 thì hàng
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF
Trang 9
năm ta có thề sản xuất trên 30 triệu lit cồn. Có thể nói, thời gian này hàm lượng
cồn rượu trong cả nước đạt mức cao nhất. Vào những năm 1986 – 1987, do đổi mới
cơ chế quản lý nên hàng loạt phân xưởng, nhà máy phải đóng cửa. Trong hội thảo
“Dự án chiến lược phát triển khoa học công nghệ ngành rượu bia nước giải khát”,
theo đề nghò của các chuyên gia đến năm 2005 nước ta có khả năng sản xuất
khoảng 180 đến 200 triệu lit cồn tinh khiết. Trong đó, cồn từ nguồn nguyên liệu
tinh bột chiếm 30 – 40%, còn lại là cồn từ mật rỉ.
Bảng 1.1 . Tình hình sản xuất cồn của một số doanh nghiệp
STT Tên công ty Sản lượng
(triệu lit)
Cồn thô
(triệu lit)
Cồn tinh luyện
(triệu lit)
1. Đường Quảng Ngãi 5 5
2. Tây Ninh 10 2 8
3. Đắc Lắc 5 5
4. Bình Dương 3 1 2
5. Khánh Hoà 3 3
6. Miền Tây 4 4
Trong chiến lược và mục tiêu phát triển ngành rượu Việt Nam của Bộ Công
nghiệp trình Chính phủ duyệt, nhu cầu về sản lượng cồn rượu và mức tiêu thụ bình
quân đầu người từ năm 2000 đến năm 2005 được đưa ra trong bảng 1.2 sau:
Bảng 1.2. Nhu cầu về sản lượng cồn rượu và mức tiêu thụ bình quân đầu người
từ năm 2000 đến năm 2005
STT Chỉ số Đơn vò Năm 2000 Năm 2005
1 Mức tiêu thụ bình quân đầu người/năm Lit 8.03 7.69
2 Mức tăng trưởng trung bình/năm % 0.77 0.91
3 Sản lượng cồn Triệu lit 50 150
4 Sản lượng rượu Triệu lit 10 30
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF
Trang 10
Bảng 1.3. Nhu cầu cồn tinh chế
STT Tên công ty Sản lượng tiêu thụ cồn tinh luyện
(triệu lit)
1 Công ty dược phẩm 26 1
2 Công ty NGK Chương Dương 0.5
3 Công ty Hiram Walker 1
Tiềm năng của thò trường Việt Nam: theo ước tính thò trường Việt Nam có sức tiêu
thụ khoảng 30 triệu lit rượu mỗi năm. Đây là một khối lượng tương đối lớn. Điều
này mang lại cho ngành công nghiệp cồn rượu một cơ hội và cũng là thử thách.
Ở các nước và cả ở Việt Nam, cồn được dùng để pha chế rượu và cho các nhu cầu
khác nhau như: y tế, nhiên liệu đốt, nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác.
1.3 NGUYÊN LIỆU
Mật rỉ đường: là thứ phẩm trong quá trình sản xuất đường (là chất lỏng đặc sánh
lại sau khi đã rút đường bằng phương pháp cô và kết tinh, chiếm tỷ lệ 3 – 5% tuỳ
thuộc vào chất lượng mía, điều kiện canh tác và điều kiện sản xuất.
Thông thường, hàm lượng chất khô trong mật rỉ đường là 70 – 85%, nước chiếm 15
– 30%.Trong đó, đường chiếm khoảng 60%, bao gồm 35 - 40% saccarosa, 20 –
25% đường khử; lượng còn lại là chất phi đường: 30 – 32% là hợp chất hữu cơ và 8
– 10% là chất vô cơ. Chất hữu cơ không chứa N gồm có pectin, chất nhầy furfunol,
acid Ngoài ra còn có các hợp chất không lên men được như caramen, chất màu.
Hợp chất hữu cơ chứa N chủ yếu là ở dạng amin như acid glutamic, alanine
Lượng N trong mật rỉ đường mía chỉ khoảng 0.5 đến 1%. Do chứa ít N nên khi lên
men mật rỉ đường, chúng ta thường bổ sung nguồn nitrogen ở dạng urê hoặc amoni
sulfate.
1.4 QUY TRÌNH SẢN XUẤT
Nghiên cứu quá trình sản xuất là điều quan trọng và cần thiết để đánh giá tổng
quát các loại chất thải sẽ tồn tại trong nước thải đồng thời đánh giá sơ bộ nồng độ
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF
Trang 11
của từng loại chất thải đó trong nước thải, từ đó giúp ta đề xuất và tiến hành quá
trình nghiên cứu hiệu quả, giải quyết tốt các sự cố xảy ra khi vận hành mô hình.
Quy trình công nghệ sản xuất cồn từ mật rỉ đường gồm các giai đoạn cơ bản sau:
1.4.1 Chuẩn bò dòch đường lên men (xử lý mật rỉ)
Trong mật rỉ đường có những thành phần và tính chất hóa học gây ảnh hưởng
không tốt cho quá trình lên men của nấm men (chất màu, chất keo). Để loại bỏ
những chất này, người ta thường sử dụng H
2
SO
4
đậm đặc. Vì thế nước thải ra
thường có pH rất thấp.
Ủ và lên men mật rỉ đường ở điều kiện thích hợp : Rỉ đường được ủ lên men ở
nhiệt độ 25 – 27
o
C trong các bồn lên men kín. Nấm men được sử dụng là nấm
men Saccharomyces cerevisea (nguồn cung cấp: Công ty men thực phẩm Mauri –
La Ngà). Ngay sau khi hàm lượng đường trong dung dòch lên men giảm xuống còn
5.5 – 6.0 g/ 100ml thì cho vi khuẩn Butylic granulobacter vào (2 – 3% thể tích
dòch) và sau đó giữ nhiệt độ lên men ở 29 – 30
o
C trong thời gian 2 ngày ở pH = 5.
Dòch lên men có chứa 4.8 – 5.8% rượu, được tách sinh khối nấm men và chưng
cất.
1.4.2 Chưng cất dòch lên men
Nhằm tách cồn và các chất dễ bay hơi ra khỏi dung dòch : người ta thường chưng
cất cồn trong những tháp chưng cất làm từ kim loại. Tháp được cấu tạo từ nhiều
đóa ngưng tụ khác nhau. Sau khi chưng cất đợt 1, ta thu được cồn thô. Cồn thô là
loại cồn chứa hàm lượng cồn không cao (nồng độ khoảng 40
o
), ngoài ra còn chứa
khá nhiều chất khi chưng cất bò cuốn theo vào cồn. Cồn thô không được sử dụng
trong công nghệ thực phẩm. Cồn thô chỉ được dùng trong sản xuất công nghiệp
hoá chất, dệt nhuộm, thuộc da, sơn, y tế.
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF
Trang 12
Bảng 1.4 Thành phần tính chất trong cồn thô sản xuất từ mật rỉ
Stt Thành phần Số lượng Stt Thành phần Số lượng
1
2
3
4
Nồng độ cồn (%V)
Ester (mg/l)
Dầu fusen (%)
Andehyd acetic (%)
89.1
276.5
0.43
0.004
5
6
7
Độ axit (mg/l)
Furfurol
Rượu metylic
60.6
Không
không
1.4.3 Chưng cất loại tạp chất và thu hồi cồn tinh
Sau khi chưng cất lần 2, cồn được tách khỏi dầu cao phân tử, loại bớt nước, khi đó
ta thu được cồn có nồng độ cao khoảng 96
o
-98
o
.
Hệ thống chưng cất bao gồm:
o Tháp chưng cất.
o Thiết bò ngưng tụ hồi lưu.
o Thiết bò làm lạnh
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF
Trang 13
Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ quy trình sản xuất cồn từ mật rỉ đường
Mật rỉ và nước
Lên men
Tháp chưng cất thô
Tháp chưng cất tinh
CO
2
làm sạch
hóa lỏng
Cồn tinh 96-98
o
Nước thải
Cồn thô 40 – 45
o
Xử lý mật rỉ
Pha loãng mật rỉ
Butylic granulobacter
Saccharomyces cerevisea
Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF
Trang 14
1.5 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI
Nước thải của ngành công nghiệp sản xuất cồn chứa hàm lượng chất hữu cơ rất
cao, chủ yếu là xác nấm men, carbonhydate, một số hợp chất hữu cơ khó phân
hủy, chất tạo màu, andehyde, phenol, melanine, độ đục lớn, có màu vàng đậm,
mùi đường và mùi chua đặc trưng, nhiệt độ cao (75-85
o
C).
Khi nước thải mới được lấy ra từ tháp chưng cất thường khá nóng, đậm mùi
đường và có màu đen.
Sau khoảng 2 ngày, nước thải trở nên chua, có màu vàng đậm, có váng nổi
màu trắng trên bề mặt, do khi được lấy ra từ tháp chưng cất nước thải có
cuốn theo ra một ít nấm men vì thế nấm men tiếp tục phân hủy tạo khí CO
2
nên có hiện tượng sủi bọt khí li ti.
Sau đó khoảng 1 tuần nước thải trở nên có mùi hăng và hôi nồng rất khó
chòu.
Bảng 1.5. Kết quả thành phần và tính chất của nước thải cồn rượu
Chỉ tiêu Khoảng giá trò QCVN 24
pH 4.26 – 5.03 5-9
COD (mg/l) 25114 – 86027 400
N Kjeldalh (mg/l) 999 – 1529 60
P tổng (mg/l) 18.41 – 86.20 8
BOD
5
(mg/l) 19750 – 58420 100
SS (mg/l) 132 – 586 200
Nguồn: PTN Công nghệ Môi trường, Viện Môi Trường & Tài Nguyên 2009
Nhìn chung, nước thải sản xuất cồn là một trong những nguồn thải gây ô
nhiễm nghiêm trọng nhất hiện nay. Theo khảo sát thực tế, hầu hết các nhà máy
sản xuất cồn đều không thể xử lý triệt để hàm lượng ô nhiễm hữu cơ. Nước đậm
đặc, hôi nồng. Độ màu, hàm lượng caramel; sunfat, kali và amonia trong thành
phần nước thải cao, hơn nữa, tỉ lệ BOD
5
/COD dao động trong khoảng 0,5-0,6. kết
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét