›

Đồ án Nghiên cứu thu hồi tái sử dụng tinh bột khoai mì từ nguồn nước thải làm nguyên liệu sản xuất giấy góp phần làm giảm chi phí sản xuất

pdf 71 trang thiennha21 13/04/2022 6850
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu thu hồi tái sử dụng tinh bột khoai mì từ nguồn nước thải làm nguyên liệu sản xuất giấy góp phần làm giảm chi phí sản xuất", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_nghien_cuu_thu_hoi_tai_su_dung_tinh_bot_khoai_mi_tu_ng.pdf

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu thu hồi tái sử dụng tinh bột khoai mì từ nguồn nước thải làm nguyên liệu sản xuất giấy góp phần làm giảm chi phí sản xuất

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THU HỒI TÁI SỬ DỤNG TINH BỘT KHOAI MÌ TỪ NGUỒN NƯỚC THẢI LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GIẤY GÓP PHẦN LÀM GIẢM CHI PHÍ SẢN XUẤT Ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn : Th.S LÂM VÍNH SƠN Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THỊ KIẾN TRÚC MSSV: 1411090457 Lớp: 14DMT03 TP. Hồ Chí Minh, 2018
  2. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của Th.S Lâm Vĩnh Sơn. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu trong bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xáét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo. Ngoài ra trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình. Trường đại học Công Nghệ TP.HCM không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện. TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Kiến Trúc
  3. LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp đại học này ngoài sự cố gắng của bản thân, em còn nhận được sự giúp đỡ của các tập thể, cá nhân tại Viện Khoa Học Ứng Dụng Hutech, Trường đại học Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh. Em xin chân thành cảm ơn ban Giám hiệu nhà trường, các thầy cô tại Viện Khoa Học Ứng Dụng Hutech đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Thực tế luôn cho thấy sự thành công nào cũng đều gắn liền với sự hỗ trợ, giúp đỡ của những người xung quanh dù cho sự giúp đỡ đó là ít hay nhiều, trực tiếp hay gián tiếp. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu làm khóa luận tốt nghiệp đến nay, em đã nhận được sự quan tâm, chỉ bảo, giúp đỡ của thầy cô, gia đình và bạn bè. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Th.S Lâm Vĩnh Sơn đã tận tâm chỉ bảo hướng dẫn em qua từng buổi thảo luận về đề tài nghiên cứu. Nhờ có những lời hướng dẫn, dạy bảo ấy bài luận văn này của em đã hoàn thành một cách suất sắc nhất. Mặc dù đã cố gắng hoàn thiện khóa luận tốt nghiệp, tuy nhiên em vẫn không tránh khỏi những thiếu sót, xin thầy cô giúp đỡ và chỉ dạy. Em xin chân thành cảm ơn. TP.HCM, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Kiến Trúc
  4. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1 Sinh viên thực hiện 1 LỜI CẢM ƠN 1 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG 5 DANH MỤC HÌNH 1 LỜI MỞ ĐẦU 1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 2. NỘI DUNG ĐỒ ÁN Error! Bookmark not defined. 3. ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined. Phương pháp thực nghiệm: Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ VÀ 4 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GIẤY 4 1.1 Tổng quan về tinh bột mì 4 1.1.1 Giới thiệu cây khoai mì 4 1.1.2 Thời vụ thu hoạch cây khoai mì 5 1.1.3 Cấu tạo củ khoai mì 6 1.1.4 Thành phần và tính chất hóa học của củ khoai mì 7 1.2 Ứng dụng của tinh bột khoai mì trong đời sống 13 1.3 Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột mì 18 1.3.2 Tình hình sản xuất tinh bột mì ở Việt Nam 20 1.3.4 Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung 21
  5. 1.3.5 Quy trình sản xuất tinh bột mì của Thái Lan 22 1.5 Nước thải chế biến tinh bột mì 25 1.5.1 Nguồn phát sinh 25 1.5.2 Thành phần và tính chất nước thải 26 1.3.3 Vi sinh vật trong nước thải tinh bột mì 26 1.6 Nguyên liệu sản xuất giấy 27 1.6.1 Công nghệ sản xuất giấy 29 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THU HỒI 35 2.1 Vật liệu nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 2.1.1 Nước thải tinh bột mì 35 2.1.2 Dụng cụ và hóa chất 35 2.2 Phương pháp thu hồi 35 2.2.1 Phương pháp phân tích mẫu 35 2.2.2 Phương pháp thực nghiệm 36 2.2.2.1 Mô hình thực nghiệm 36 2.2.3 Phương pháp khảo sát điều kiện tối ưu 37 2.2.3.1 Thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu 37 2.2.3.2 Thí nghiệm xác định pH tối ưu 39 2.2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 39 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.1 Thí nghiệm thu hồi tinh bột mì bằng phương pháp hóa lý 41 3.1.1 Thi nghiệm ảnh hưởng của phèn nhôm đến hiệu quả thu hồi tinh bột mì 41 3.1.2 Thí nghiệm ảnh hưởng pH đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì 47 Tính kinh tế của quá rình thu hồi tinh bột mì bằng phương pháp keo tụ: 53
  6. 3.2 Thí nghiệm thu hồi tinh bột mì bằng phương pháp cơ học 53 3.2.1 Thí nghiệm thu hối tinh bột bằng lưới lọc 53 3.2 Sản phẩm giấy bằng phương pháp thủ công 55 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61
  7. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD: (Biochemical Oxygen Demand) Hàm lượng chất thải có khả năng phân hủy theo phương pháp sinh học. COD: (Chemical Oxygen Demand) Hàm lượng chất thải có khả năng phân hủy theo phương pháp hóa học. DO: (Dessolved Oxygen) Nồng độ oxi hòa tan. TSS: Turbidity & Suspendid Solids (Suspended Solid) Chất rắn lơ lửng
  8. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân loại cây khoai mì Bảng 1.2: Thành phần hóa học của cây khoai mì Bảng 1.3: Thành phần hóa học trong vỏ củ khoai mì và bả mì Bảng 1.4: Thành phần hóa học trong củ khoai mì tươi Bảng 1.5: Hàm lượng tinh bột của một số loại củ quả Bảng 1.6: Công nghệ xử lý nước thải tại một số nhà máy chế biến tinh bột khoai mì Bảng 2.1: Các thông số quan trắc hiệu quả xử lý trong quá trình thực nghiệm Bảng 2.2: Quy trình thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu Bảng 2.3: Quy trình thí nghiệm xác định pH tối ưu Bảng 3.1: Khảo sát ảnh hưởng của phèn nhôm đến hiệu suất xử lý độ màu Bảng 3.2: Khảo sát ảnh hưởng của phèn nhôm đến hiệu suất xử lý COD Bảng 3.3: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng lượng phèn nhôm đến hiệu quả thu hồi tinh bột mì Bảng 3.4: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ màu Bảng 3.5: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD Bảng 3.6: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng pH đến hiệu quả thu hồi tinh bột mì
  9. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cây khoai mì Hình 1.2: Cấu tạo củ khoai mì Hình 1.3: Phản ứng phân hủy CN- từ Linamarin Hình 1.4: Ứng dụng của tinh bột mì Hình 1.5: Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung Hình 1.6: Quy trình sản xuất tinh bột mì của Thái Lan Hình 3.1: Biểu đồ ảnh hưởng lượng phèn nhôm đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì Hình 3.2: Biểu đồ ảnh hưởng của giá trị pH đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì Hình 3.3 Xây nhuyễn hỗn hợp Hình 3.4 Xeo giấy Hình 3.5 Sản phẩm giấy làm từ tinh bột mì Hình 3.6 Sản phẩm ứng dụng
  10. LỜI MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Sắn (hay còn gọi là khoai mì) có tên khoa học là Manihot Esculenta là cây lương thực ưa ẩm, nó phát nguồn từ lưu vực sông Amazone Nam Mỹ. Đến thế kỉ XVI mới được trồng ở châu Á và Phi. Ở nước ta, khoai mì được trồng ở khắp nơi từ nam chí bắc nhưng do quá trình sinh trưởng và phát dục của khoai mì kéo dài, khoai mì giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh trung du và thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình là điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả. Khoai mì Việt Nam cũng bao gồm nhiều loại giống. Nhân dân ta thường căn cứ vào kích thước, màu sắc củ, thân, gân lá và tính chất khoai mì đắng hay ngọt (quyết định bởi hàm lượng axit HCN cao hay thấp) mà tiến hành phân loại. Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại: khoai mì đắng và khoai mì ngọt. Chế biến khoai mì đã được phổ biến ở nước ta từ thế kỷ 16. Những năm gần đây, do yêu cầu phát triển của ngành chăn nuôi và ngành chế biến thực phẩm từ khoai mì gia tăng. Sản lượng khoai mì hằng năm đạt khoảng 3 triệu tấn. Việc sản xuất càng nhiều thì lượng chất thải càng lớn. Ước tính trung bình hằng năm gần đây ngành chế biến tinh bột khoai mì (bao gồm nhà máy chế biến và hộ gia đình) đã thải ra môi trường 500.000 tấn thải bã và 15 triệu m3 nước thải. Lượng bột mì có trong nước thải chiếm 30% lượng đầu vào. Nó làm cho chất thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng nên khi thải ra môi trường _ trong điều kiện khí hậu của nước ta - nhanh chóng bị phân hủy gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường đất, nước, không khí, ảnh hưởng đến môi trường sống của cộng đồng dân cư trong khu vực và làm tăng chi phí sản xuất. Trong phạm vi hẹp, nhóm em chọn đề tài “Nghiên cứu thu hồi tái sử dụng tinh bột mì từ nguồn nước thải là nguyên liệu sản xuất giấy góp phần giảm thiểu chi phí sản xuất” với mong muốn góp phần vào phát triển bền vững 1
  11. ngành chế biến tinh bột khoai mì. 2. Mục đích của đồ án Thu hồi tái sử dụng tinh bột mì từ nguồn nước thải làm nguyên liệu sản xuất giấy góp phần giảm thiểu chi phí. 3. Mục tiêu của đồ án - Thông qua nghiên cứu đề tài nắm được hiện trạng chất lượng nước thải tinh bột mì. - Xác định phương pháp thu hồi tinh bột mì trong nước thải đạt lượng tối ưu. - Đề xuất sản phẩm ứng dụng nhằm giảm chi phí cho sản xuất. 4. Yêu cầu của đồ án - Thông tin thu thập được chính xác,trung thực và khách quan. - Mẫu nghiên cứu và phân tích phải đảm bảo tính khoa học và tính đại diện. - Thu hồi được lượng tinh bột mì tối đa có trong nước thải bằng phương pháp thích hợp. - Giải pháp kiến nghị đưa ra phải thực tế, có tính khả thi và phù hợp nhằm giảm thiểu chi phí cho sản xuất. 5. Ý nghĩa của đồ án 5.1 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học - Giúp sinh viên có thể qpá dụng lý thuyết và thực tế, rèn luyện kỹ năng tổng hợp, phân tích số liệu. - Tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp thu và học hỏi các kinh nghiệm từ thực tế, đồng thời nâng cao kiến thức trong lĩnh vực nghiên cứu, khả năng tiếp cận và xử lý thông tin. - Củng cố thêm kiến thức chuyên nghành tạo điều kiện tốt hơn phục vụ 2
  12. Công tác sau ra trường 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Thu hồi được lượng tinh bột mì còn trong nước thải góp phần làm tăng khả năng xử lý nước thải tốt hơn vì thế giảm chi phí sản xuất cho doanh nghiệp. 3
  13. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ VÀ NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GIẤY 1.1 Tổng quan về tinh bột mì 1.1.1 Giới thiệu cây khoai mì Khoai mì (hay còn gọi là sắn) có tên khoa học Manihot Esculenta là cây lương thực ưa ẩm, có nguồn gốc từ lưu vực sông Amazone Nam Mỹ. Đến thế kỷ XVI mới được trồng ở châu Á và châu Phi. Ở nước ta, khoai mì được trồng ở khắp nơi từ Nam đến Bắc nhưng do quá trình sinh trưởng và phát triển của khoai mì kéo dài, giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh Trung du và thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình, là điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả. Khoai mì Việt Nam cũng bao gồm nhiều loại giống. Nhân dân ta thường phân loại khoai mì căn cứ vào kích thước, màu sắc củ, thân, gân lá và tính chất khoai mì đắng hay ngọt. Tính chất đắng hay ngọt của khoai mì quyết định bởi hàm lượng acid HCN cao hay thấp. Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân loại chỉ dựa trên tính chất: khoai mì đắng và khoai mì ngọt. Hình 1.1: Cây khoai mì (Nguồn: Internet) 4
  14. Bảng 1.1: Phân loại cây khoai mì Đặc điểm Khoai mì đắng Khoai mì ngọt Hàm lượng acid HCN (mg/kg củ) 60 – 150 20 – 30 Hình dáng của lá 7 cánh 5 cánh Hình dáng của thân Nhỏ và thấp To và cao 1.1.2 Thời vụ thu hoạch cây khoai mì Thông thường, nông dân thường trồng khoai mì chính vụ vào khoảng từ tháng 2 đến tháng 4. Và ở mỗi miền, thời gian thu hoạch khác nhau tùy thuộc điều kiện khí hậu từng vùng. Ở miền Bắc, trồng khoai mì vào tháng 3 là thuận lợi nhất vì lúc này có mưa xuân ẩm, trời bắt đầu ẩm, thích hợp cho cây sinh trưởng, hình thành và phát triển củ. Vùng Bắc Trung Bộ, tháng 1 thích hợp nhất cho việc trồng khoai mì. Nếu trồng sớm sẽ gặp mưa lớn làm thối hom chết mầm, còn trồng muộn khoai non gặp khô rét sẽ sinh trưởng kém. Vùng Nam Trung Bộ, khoai mì có thể trồng trong khoảng tháng 1 đến tháng 3, trong điều kiện nhiệt độ tương đối cao và thường có mưa đủ ẩm. Một số nơi bà con có thể trồng sớm hơn 1 – 2 tháng nhưng cùng thu hoạch vào tháng 9, tháng 10 trước mùa mưa lũ. Vùng Tây Nguyên, Đông Nam Bộ, khoai mì trồng chủ yếu vào cuối mùa khô, đầu mùa mưa (tháng 4 hay tháng 5) trong điều kiện nhiệt độ cao ổn định và có mưa đều. Những nơi có điều kiện chủ động nước ở đồng bằng sông Cửu Long, khoai mì thường trồng ngay từ đầu năm để kịp thu hoạch trước mùa lũ. 5
  15. 1.1.3 Cấu tạo củ khoai mì Hình 1.2: Cấu tạo củ khoai mì (Nguồn: Internet) Củ khoai mì thường có dạng hình trụ, nhỏ dần ở hai đầu (cuống và đuôi). Kích thước cũng như trọng lượng củ tùy thuộc vào giống, đất trồng, điều kiện canh tác và độ màu của đất mà nó dao động trong khoảng: dài 300 – 400mm, đường kính từ 20 – 100mm. Khoai mì là loại củ có lõi (tim củ) nối từ thân cây chạy dọc theo củ đến đuôi củ. Có cấu tạo: vỏ gỗ, vỏ cùi, thịt sắn, lõi sắn. So với các loại củ khác thì vỏ củ sắn là loại vỏ dễ phân biệt và dễ tách nhất. Lớp vỏ gỗ chiếm 0,5 – 3% khối lượng củ. Gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và hemicellulose, hầu như không có tinh bột. Vỏ gỗ là lớp ngoài cùng, sần sùi, màu nâu thẫm, chứa các sắc tố đặc trưng. Có tác dụng giữ cho củ rất bền, không bị tác động cơ học bên ngoài. Lớp vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8 – 20% trọng lượng củ. Gồm các tế bào được cấu tạo bởi cellulose và tinh bột (5 – 8%). Giữa các lớp vỏ là mạng lưới ống dẫn nhựa củ, trong mủ có nhiều tanin, enzyme và các sắc tố. Thịt khoai mì (ruột củ) là thành phần chiếm chủ yếu của củ, bao gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và pentozan, bên trong là các hạt tinh bột và 6
  16. nguyên sinh chất. Hàm lượng tinh bột trong ruột củ phân bố không đều. Kích thước hạt tinh bột koảng 15- 80mm. Khoai mì càng để già thì càng có nhiều xơ. Lõi khoai mì thường nằm ở trung tâm dọc theo thân củ, nối từ thân đến đuôi củ. Lõi chiếm từ 0,3 – 1% khối lượng củ. Thành phần cấu tạo chủ yếu là cellulose và hemicelluloses. 1.1.4 Thành phần và tính chất hóa học của củ khoai mì Thành phần hóa học trong củ khoai mì thay đổi tùy thuộc vào giống khoai, loại đất trồng, cách trồng, khí hậu, sinh trưởng và thời gian thu hoạch của từng vùng miền Cũng như phần lớn các loại hạt và củ, thành phần chính của củ khoai mì là tinh bột. Ngoài ra, trong khoai mì còn có các chất: đạm, muối khoáng, lipit, chất xơ và một số vitamin B1, B2. Như vậy, so với nhu cầu dinh dưỡng và sinh tố của cơ thể con người, khoai mì là một loại lương thực, nếu được sử dụng mức độ phù hợp thì có thể thay thế hoàn toàn nhu cầu đường bột của cơ thể. Bảng 1.2: Thành phần hóa học của cây khoai mì Thành phần Theo Đoàn Dự và các Theo Recent Process in (%) cộng sự, 1983 research and extension, 1998 Nước 70.25 63 – 70 Tinh bột 21.45 18 – 30 Chất đạm 1.12 1.25 Tro 0.4 0.85 Protein 1.11 1.2 Chất béo 5.13 0.08 7
  17. Bảng 1.3: Thành phần hóa học trong vỏ củ khoai mì và bả mì Thành phần Vỏ củ mì (mg/100g) Bả phơi khô (mg/100g) Độ ẩm 10.8 – 11.4 12.5 – 13 Tinh bột 28 – 38 51.8 – 63 Sợi thô 8.2 – 11.2 12.8 – 14.5 Protein thô 0.85 – 1.12 1.5 – 2.0 Độ Tro 1 – 1.45 0.58 – 0.65 Đường tự do 1 – 1.4 0.37 – 0.43 Bảng 1.4: Thành phần hóa học trong củ khoai mì tươi STT Thành phần Tỷ lệ (% ) 1 Nước 60- 74,2 2 Tinh bột 30- 34 3 Protein 0,8- 1,2 4 Chất béo 0,3- 0,4 5 Xenlulozo 1,0- 3,0 6 Đường 1,0- 3,1 7 Tro 0,54 8 Các polyphenol 0,1- 0,3 9 Độc tố 0,001- 0,04 (Nguồn: Bảo quản và chế biến sắn, Cao Văn Hùng, 2001) [5]. a. Tinh bột Tinh bột là thành phần quan trọng của củ khoai mì, nó quyết định giá trị sử dụng của chúng. Hạt tin bột hình trống, đường kinh khoảng 35 micromet. Tinh bột gồm 2 thành phần: Amylose (15- 25%) và amylopectin (75- 85%), tỷ 8
  18. lệ amylopectin trong tinh bột khoai mì cáo nên gel tinh bột có độ nhớt, độ kết dính cao và khả năng gel bị thoái hóa thấp. Hàm lượng tinh bột tập trung nhiều nhất ở phần sát vỏ bao, càng đi sâu vào lớp thịt sát lõi lượng tinh bột lại ít đi. Tinh bột có dạng hình cầu, hình trứng hoặc hình mũ, có một số hạt trũng, có màu rất trắng. Nên trong quá trình sản xuất nên loại bỏ vỏ để không tạo màu tối cho tinh bột. Tinh bột khoai mì có kích thước từ 5 đến 40µm với những hạt lớn 25- 35µm, hạt nhỏ 5- 15µm và nhiều hình dạnh, chủ yếu là hình tròn, bề mặt nhẵn, một bên mặt có chổ lõm hình nón và một núm nhỏ ở giữa. Dưới ánh sáng phân cực, các liên kết ngang với mật độ từ trung bình tới dày đặc có thể thấy rõ. Các nghiên cứu siêu cấu trúc bằng tia X cho thấy tinh bột khoai mì có cấu trúc tinh thể dạng A và hỗn hợp A, B. Khi hạt tinh bột khoai mì bị vỡ, có thể quan sát được các rãnh tạo cấu trúc xốp của hạt. Các rãnh vô định hình kéo dài từ bề mặt tới tâm của hạt tạo thành các lỗ xốp. Chính các lỗ xốp này giúp nước thâm nhập vào giúp trương nở tinh bột, phá vỡ các liên kết hidro giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể, tạo điều kiện cho tác dụng phân hủy của enzyme. Tinh bột khoai mì có cấu trúc hạt tương đối xốp, liên kết giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể yếu, vì vậy nó dễ bị phân hũy bởi các tác nhân như acid và enzyme hơn so với các loại tinh bột khác như bắp, gạo. Tinh bột khoai mì có hàm lượng amylopectin và phân tử lượng trung bình tương đối cao, 215.00g/mol so với 30.500, 130.000, 224.500 và 276.000 tương ứng ở amylose của bắp, tinh bột lúa mì, tinh bột khoai tây và tinh bột sáp. Hàm lượng amylose nằm trong khoảng 8-28%, nhưng nói chung đa số các giống khoai mì có tỷ lệ amylose 16-18%. Tinh bột khoai mì có những tính chất tương tự các loại tinh bột chứa nhiều amylosepectin như độ nhớt cao, xu hướng thoái hóa thấp và độ bền gel cao. Hàm lượng amylosepectin và amylose trong tinh bột khoai mì liên quan tới độ dính của củ nấu chính và nhiều tính chất trong các ứng dụng công nghiệp. 9
  19. Nhiệt độ hồ hóa tinh bột khoai mì trong khoảng 58.5-700C so với 56- 660C ở khoai tây và 62-720C ở tinh bột bắp. Việc tạo ra các dẫn xuất của tinh bột nhờ liên kết ngang hay việc thêm các chất có hoạt tính bề mặt có thể thay đổi nhiệt độ hồ hóa. Nhiệt độ hồ hóa cũng ảnh hưởng đến chất lượng nấu của tinh bột, nhiệt độ hồ hóa thấp thường làm chất lượng nấu thấp do tin bột dễ bị phá vỡ. Độ nhớt là tính chất quan trọng giúp tinh bột có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp vãi, giấy. Tinh bột khoai mì có độ nhớt rất cao. Độ nhớt cao thể hiện ở lực liên kết yếu giữa các phân tử tinh bột trong cấu trúc hạt. Xử lý hóa học, vật lý (gia nhiệt, xữ lý bằng áp suất hơi, thêm các chất hóa học, thay đổi pH của môi trường) cũng như sự có mặt của các chất như protein, chất béo, chất có hoạt tính bề mặt đều có ảnh hưởng đến tinh bột khoai mì. Độ nở và độ hòa tan của tinh bột cũng là tính chất quan trọng và cũng rất khác nhau giữa các dạng tinh bột. Tính chất này của tinh bột khoai mì phụ thuộc rất nhiều vào giống khoai mì, điều kiện môi trường sống, thời điểm thu hoạch nhưng lại không liên quan đến kích thước hạt hay trọng lượng phân tử tinh bột. Cấu trúc gel của tinh bột khoai mì có độ bền cao hơn so với nhiều loại ngủ cốc khác nên được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt với những sản phẩm phải bảo quản trong thời gian dài. b. Đường Đường trong khoai mì chủ yếu là glucoza và một ít maltoza, saccaroza. Khoai mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm. Trong chế biến, đường hoà tan trong nước được thải ra trong nước dịch. c. Protein Hàm lượng của thành phần protein có trong củ rất thấp nên cũng ít ảnh hưởng đến quy trình công nghệ. Tỉ lệ khoảng:1-1,2%. Từ ngoài vào trong hàm lượng đạm tăng lên một ít. 10
  20. d. Nước Lượng ẩm trong củ khoai mì tươi rất cao, chiếm khoảng 70% khối lượng toàn củ. Lượng ẩm cao khiến cho việc bảo quản củ tươi rất khó khăn. Vì vậy ta phải đề ra chế độ bảo vệ củ hợp lý tuỳ từng điều kiện cụ thể. e. Độc tố trong củ khoai mì Ngoài các thành phần có giá trị dinh dưỡng, trong củ khoai mì có chứa độc tố, tanin, sắc tố và cả hệ enzyme phức tạp. Người ta cho rằng trong các enzyme thì polyphenoloxydase xúc tác quá trình oxy hóa polyphenol thành orthoquinol sau đó trùng hợp với các chất không có gốc phenol (các acid amin) tạo thành chất có màu. Chất có màu này gây khó khăn cho việc chế biến và nếu quá trình công nghệ không thích hợp sẽ cho sản phẩm chất lượng kém. Độc tố trong khoai mì là CN-, nhưng khi củ chưa đào lên thì nhóm này nằm ở dạng glucoside gọi là linamarin (C10H17NO6). Dưới tác động của enzyme hay ở môi trường acid, chất này phân hủy thành glucose, acetone và acid cyanohydric. Như vậy, sau khi đào củ mì mới xuất hiện HCN tự do vì chỉ sau khi đào thì các enzyme trong củ mới bắt đầu hoạt động mạnh và đặc biệt xuất hiện nhiều trong khi chế biến và sau khi ăn vì trong dạ dày người hay động vật là môi trường acid và dịch trong chế biến cũng là môi trường acid. Linamarin tập trung ở vỏ cùi, dễ tách ra trong quá trình chế biến, hòa tan tốt trong nước, kém tan trong rượu, rất ít hòa tan trong chloroform và hầu như không tan trong ether. Vì hòa tan tốt trong nước nên khi chế biến, độc tố theo nước dịch ra ngoài, nên mặc dù giống khoai mì đắng có hàm lượng độc tố cao nhưng tinh bột và khoai mì lát chế biến từ khoai mì đắng vẫn sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc. Trong chế biến, nếu không tách dịch bào nhanh thì có thể ảnh hưởng đến màu sắc của tinh bột do acid cyanohydric tác dụng với nguyên tố sắc có trong củ tạo thành feroxy cyanate có màu xám. Tùy thuộc giống và đất nơi trồng mà hàm lượng độc tố trong khoai mì là khác nhau. 11
  21. + H2O Acetone cyanohydric Linamarin pH 3.5 – 6.0 0 Temperatures ≤ 65 C hydroxynitridelyase pH > 4 0 Temperatures > 30 C Spontaneous breakdown Hình 1.3: Phản ứng phân hủy CN- từ Linamarin 12
  22. f. Hệ enzyme Trong khoai mì, các chất polyphenil và hệ enzyme polyphenoloxydaza có ảnh hưởng nhiều tới chất lượng trong bảo quản và chế biến. Hàm lượng tannin trong khoai mì ít nhưng sản phẩm oxy hoá tannin là chất flobafen có màu sẫm đen khó tẩy. Khi chế biến, tannin còn có tác dụng với Fe tạo thành sắt tannat cũng có màu xám đen. Cả hai chất này đều ảnh huởng đến màu sắc của tinh bột nếu như trong chế biến không tách dịch bào nhanh và triệt để. 1.2 Ứng dụng của tinh bột khoai mì trong đời sống a. Nguồn nguyên liệu quan trọng trong đời sống Trong tự nhiên, tinh bột được tìm thấy trong các loại rau củ, hạt, quả của các loại cây trồng. Nó cũng là nguồn năng lượng quan trọng nhất của động vật và con người. Tinh bột mì đóng một vai trò sống còn trong cuộc sống của chúng ta. Từ các dữ liệu thống kê cho thấy ngày nay tinh bột càng có nhiều ứng dụng quan trọng và thiết yếu trong các ngành nông nghiệp, công nghiệp ước tính có 4 nghìn ứng dụng. Các loại tinh bột tự nhiên được sử dụng phổ biến và có giá trị thương mại chủ yếu bao gồm tinh bột khoai mì, tinh bột khoai tây và tinh bột lúa mì. Tuy nhiên, thành phần và đặc tính của tinh bột khoai mì là gần giống với tinh bột khoai tây và tốt hơn nhiều loại tinh bột bắp và tinh bột lúa mì. Nhưng về giá cả, tinh bột khoai mì thường có giá thấp hơn tinh bột khoai tây. Với các ưu điểm hấp dẫn về đặc tính và giá cả, hiện nay đang có nhu cầu tăng trưởng rõ rệt đối với tinh bột mì ở khắp nơi trên thế giới trong đó có cả Việt Nam. b. Những ứng dụng của tinh bột mì trong tinh bột thực phẩm và ngành công nghiệp khác • Các loại bánh - Tinh bột được sử dụng là một trong những nguồn nguyên liệu chính để 13
  23. sản xuất các loại bánh. Ngoài việc giảm giá thành sản xuất, tinh bột còn có chức năng làm đầy, làm láng và góp phần tạo nên một số tính chất công nghệ cho các sản phẩm bánh. - Một số sản phẩm tiêu biểu: các sản phẩm bánh snack, bánh quy, bánh rán - Bún, miến, mì ống, mì sợi, bánh tráng là những sản phẩm thực phẩm rất thông dụng ở quy mô làng xã được chế biến từ tinh bột sắn. • Tinh bột biến tính - Đặc trưng chủ yếu của tinh bột biến tính chính là nó có độ nhớt cao góp phần tạo độ sệt, độ đặc trong một số sản phẩm như nước sốt, nước chấm, súp - Ngoài ra tinh bột biến tính còn tạo ra độ mờ đục cho một số sản phẩm như nước sốt. • Sản xuất các sản phẩm thủy phân từ tinh bột - Bằng con đường thủy phân, tinh bột là nguyên liệu chính để sản xuất ra các loại sản phẩm như: mạch nha, glucose, sorbitol, maltodextrin, - Từ glucose bằng con đường lên men người ta có thể sản xuất rượu, cồn, mì chính - Sorbitol là phụ gia tạo cấu trúc rất thông dụng trong các sản phẩm thực phẩm. • Sản xuất đường glucose - Nguyên liệu: bột hoặc tinh bột các loại củ cũng như các loại hòa thảo. Ở các nước khác chủ yếu dùng tinh bột ngô, tinh bột khoai tây; ở nước ta dùng tinh bột sắn để sản xuất đường glucose. - Chất lượng tinh bột ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và hiệu suất thu hồi. Chất lượng tinh bột thấp quá trình đường hóa kéo dài, phản ứng không triệt để, sản phẩm có màu xấu khó khăn cho quá trình xử lý, hiệu suất thu hồi 14
  24. thấp. - Quá trình sản xuất gồm 3 giai đoạn chủ yếu: đường hóa dịch bột thành dịch, xử lý dịch đường hóa, kết tinh tinh thể từ mật và chế biến thành sản phẩm. • Sản xuất mì chính - Mì chính là muối mononatri của acid glutamic (C5H8NO4Na). Có 2 dạng: bột và tinh thể, là chất điều vị có giá trị trong công nghiệp thực phẩm, trong nấu nướng thức ăn hằng ngày. - Tinh bột được dùng trong sản suất mì chính bằng phương pháp lên men sử dụng những chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp các acid amin từ các nguồn glucid và đạm vô cơ sau đó tách lấy acid glutamic để sản xuất mì chính. Phương pháp này có nhiều ưu điểm: không cần sử dụng nguyên liệu protid, không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn, hiệu suất cao giá thành hạ. • Keo dán hoặc chất kết dính - Do tinh bột có thể tạo nên dung dịch có độ nhớt rất cao sau khi hồ hóa, do đó nó được ứng dụng trong sản xuất các loại hồ, keo dán. • Thức ăn gia súc - Thông thường thức ăn gia súc được sản xuất từ nguyên liêu củ có chứa nhiều tinh bột như bắp, khoai, sắn. - Ngoài ra tinh bột còn thường được sử dụng như chất độn bổ sung trong quá trình sản xuất thức ăn gia súc. • Dược phẩm - Tinh bột được sử dụng trong ngành dược phẩm chủ yếu là làm tá dược (chất độn), chất kết dính, hoặc được sử dụng làm màng bọc viên thuốc. • Dệt nhuộm - Tinh bột là chất lý tưởng để bổ sung vào trong quá trình dệt. Đó là lý 15
  25. do tại sao tinh bột được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất sợi, chỉ, vải cotton, và sợi polyester. Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong ba giai đoạn dệt, đó là: hồ vải, in và hoàn thiện. - Giai đoạn in: tinh bột được sử dụng nhằm ngăn cản các tác nhân gây ô nhiễm trong khi in. - Giai đoạn hoàn thiện: tinh bột thường sử dụng là tinh bột sắn, được cung cấp với những tỷ lệ khác nhau để vải bóng và bền, ví dụ vải cotton là 12%, vải tổng hợp là 18%, tơ nhân tạo là 8% • Sản xuất giấy - Tinh bột được dùng trong sản xuất giấy để làm khô bề mặt và bao phủ bề mặt của giấy. 16
  26. CỦ MÌ TƯƠI Cắt lát trực tiếp Bột Bột bán Gỗ, ván ép Hình 1.4: Ứng dụng của tinh bột mì 17
  27. 1.3 Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột mì 1.3.1 Tình hình chế bến tinh bột mì trên thế giới và khu vực Châu Á Sắn là loại cây lương thực quan trọng ở các nước nhiệt đới như Brazil, Nigeria, Thái Lan, Indonexia,, Việt Nam Củ sắn chứa nhiều tinh bột, hiện nay tại các nước trồng sắn trên thế giới phần lớn sắn được sử dụng làm thức ăn người và gia súc. Một lượng nhỏ sử dụng trong các lĩnh vực công nghiệp chế biến. Trong năm 2006, kim ngạch nhập khẩu tinh bột sắn của EU tăng khoảng 18%, ước đạt 14 triệu EUR, tương đương 32.000 tấn. Trong EU, nhập khẩu mặt hàng này lớn nhất là Đức, chiếm 25% thị phần nhập khẩu của EU và có tốc độ phát triển hàng năm là 46%. Đức nhập khẩu nhiều tinh bột sắn để làm nguồn nguyên liệu cho ngành sản xuất phụ gia thực phẩm trong nước. Việc sản xuất tinh bột sắn từ các nước đang phát triển hiện đang phải đối mặt với sự cạnh tranh gay gắt từ phía các công ty chế biến tinh bột của EU. Thái Lan là nước cung cấp tinh bột sắn hàng đầu cho thị trường EU, chiếm 45% thị phần nhập khẩu. Ngoài Thái Lan, các nước đang phát triển khác chỉ chiếm 2%, trong đó Việt Nam chiếm 1,7% tổng thị phần nhập khẩu tinh bột sắn của EU. Ở nước ta sắn được trồng khắp từ Nam tới Bắc, nhiều nhất là vùng trung du miền núi. Việt Nam hiện đang sản xuất hàng năm hơn 2 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 giới sau Thái Lan và Indonexia. Trong chiến lược toàn cấu cây sắn đang được tôn vinh là một trong những loại cây lương thực dể dàng 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 công nghiệp khác. Ở nước ta cây sắn đang chuyển đổi nhanh chóng vai trò từ cây lương thục truyền thống sang cây công nghiệp, sự hội nhập đang mở rộng thị trường sắn tạo nên những cơ hội chế biến tinh bột, tinh bột biến tính bằng hóa 18
  28. chất và enzim, góp phần vào sự phát triển kinh tế đất nước Từ cây lương thực "chống đói", cây sắn Việt Nam đã có khối lượng xuất khẩu đứng thứ 3 thế giới và trở thành cây "xóa đói giảm nghèo" của bà con nông dân. Tuy nhiên, cây sắn"lên ngôi" cũng đang nảy sinh nhiều vấn đề bất cập. Việt Nam có 41 nhà máy chế biến tinh bột sắn đã và đang xây dựng với tổng công suất thiết kế khoảng 3.130 tấn bột/ngày. Nhưng với gần 264.000 ha sắn hiện có, 41 nhà máy cũng chỉ đáp ứng được 39,6% sản lượng. Trong khi Bộ NN-PTNN, dự kiến diện tích trồng sắn sẽ đạt khoảng 300.000 ha vào năm 2005. Triển vọng khả quanTại hội thảo về sắn châu á lần thứ 6 họp tại TP.HCM, Việt Nam được đánh giá là nước có bước tiến lớn về phát triển cây sắn trong hơn 10 năm trở lại đây. Nhờ áp dụng nhiều giống mới có năng suất cao và hàm lượng bột lớn như các giống KM 60, KM 94, KM 98 Năng suất sắn bình quân cả nước từ 79,9 tạ/ha năm 1999 đã tăng lên 106,4 tạ/ha năm 2001 và tăng thêm 20 tạ cho mỗi ha vào năm 2002. Diện tích trồng sắn cũng không ngừng mở rộng, từ 220.000 ha năm 1999 lên 263.900 ha năm 2001 và đến tháng 9/2002 đã có 270.000 ha. Hiện nay khối lượng sắn xuất khẩu của Việt Nam đạt khoảng 200.000 tấn/năm, đứng hàng thứ ba thế giới, chỉ sau Thái Lan và Indonesia. Nhu cầu của thế giới đối với tinh bột sắn ngày càng gia tăng, nhất là tại các thị trường Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc và Nhật Bản, bên cạnh các thị trường tiêu thụ sắn khô truyền thống là EU và Mỹ. Trong đó, sắn khô chủ yếu làm lương thực (58%) và thức ăn gia súc (28%). Tinh bột sắn nhiều công dụng hơn, ngoài việc làm thực phẩm trực tiếp còn là nguyên liệu không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp lớn như để làm hồ, in, định hình và hoàn tất trong công nghiệp dệt, làm bóng và tạo lớp phủ bề mặt cho công nghiệp giấy. Đồng thời tinh bột sắn còn dùng trong sản xuất cồn, bột nêm, mì chính, sản xuất men và công nghệ lên men vi sinh và chế biến các thực phẩm khác như bánh phở, hủ tiếu, mỳ sợi 19
  29. 1.3.2 Tình hình sản xuất tinh bột mì ở Việt Nam Việt Nam hiện đang sản xuất hàng năm hơn 2 triệu tấn sắn (khoai mì) củ tươi, đứng thứ 11 trên thế giới về sản lượng sắn, nhưng lại là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới sau Thái Lan và Indonesia. Trong chiến lược toàn cầu cây sắn đang được xem là một loại cây lương thực dễ trồng, thích hợp với những vùng đất cằn cỗi, đây cũng là cây công nghiệp triển vọng có khả năng cạnh tranh với nhiều loại cây trồng khác. Ở nước ta, cây sắn đang chuyển đổi nhanh chóng đóng vai trò là cây công nghiệp. Sự hội nhập đang mở rộng thị trường sắn, tạo nên những cơ hội chế biến tinh bột, tinh bột biến tính bằng hóa chất và Enzim, 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 của đất nước. Tinh bột mì ở Việt Nam đã trở thành một trong bảy mặt hàng xuất khẩu mới có triển vọng được chính phủ và các địa phương quan tâm. nhỏ Rữa tinh bột pha 20
  30. 1.3.4 Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung Tách rửa tinh bột Hình 1.5: Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung 21
  31. Đầu tiên, củ được ngâm để hòa tan bớt dịch bào, làm mềm củ và rửa sơ bộ các tạp chất như đá, cát, đất và một phần vỏ. Sau đó tiến hành nghiền để phá vỡ tế bào, giải phóng tinh bột. Tách rửa tinh bột bằng rây để loại bỏ các phần tử lớn và dịch bào nhằm đảm bảo chất lượng tinh bột. Tách bã lớn, chủ yếu là cellulose và rửa tách tinh bột lẫn với bã. Tách dịch bào khỏi sữa tinh bột bằng ly tâm. Tinh chế sữa tinh bột và tách bã nhỏ. Rửa tinh bột để tách các tạp chất hoà tan và không hoà tan lần cuối bằng xiclon nước, bằng bể rửa, máng rửa hay bằng máy ly tâm. Trong sản xuất tinh bột từ củ, khi dịch bào vỏ thoát khỏi tế bào, tiếp xúc với oxy của không khí, thường nhanh chóng bị oxy hoá tạo thành những chất màu có tên gọi là Melanin. Mặt khác, tinh bột rất dễ dàng hấp thụ màu của dịch bào, trở nên không trắng và rất khó tẩy rửa hoàn toàn chất màu khỏi tinh bột bằng nước. Để đảm bảo tinh bột có màu trắng tự nhiên thì quá trình công nghệ phải ngắn và tách dịch bào càng sớm càng tốt. 1.3.5 Quy trình sản xuất tinh bột mì của Thái Lan Khoai mì được nghiền nát thành hỗn hợp lỏng và được bơm lên thùng chứa, vào hệ thống chiết xuất, vào thiết bị lắng lọc để lấy dịch sữa bột và tách bã riêng. Bã được đưa đi ép nén nhờ băng tải và thiết bị ép bã nhằm tách bớt lượng nước trong bã, sau đó mang đi phơi khô, sấy sử dụng làm thức ăn gia súc, hoặc phục vụ cho các nhu cầu khác. Dịch sữa bột được đưa qua hệ thống cyclone cát để tách cát trước khi đưa vào thiết bị phân ly. Dưới tốc độ cao 4500 vòng/phút, dịch tinh bột sẽ phân tách thành lớp nước dịch và tinh bột. Nước dịch sẽ được tách ra và nồng độ tinh bột được tăng cao, trước khi ra khỏi thiết bị phân ly cuối. Sữa bột sẽ tách nước nhờ máy ly tâm. Tại đây nước sẽ được tách ra và bột được giữ lại, sau đó chuyển qua hệ thống sấy khô trước khi qua ray lọc và đóng bao. Công đoạn sấy được sử dụng hệ thống sấy khí động, đảm bảo yêu cầu sấy khô bột nhưng không để bột bị hồ vón cục. 22
  32. Khi nhiệt độ đạt mức cho phép, tinh bột được thổi vào cyclone để lắng và làm nguội. Sau đó tinh bột được chuyển qua ray lọc và đóng bao. Bên cạnh những lợi ích của việc chế biến tinh bột từ khoai mì đem lại, thì ngành công nghiệp chế biến khoai mì đã gây ra nhiều mặt tiêu cực cho môi trường, gây ô nhiễm môi trường nước, làm mất cân bằng môi trường sống của một số loài thủy sinh, gây ảnh hưởng đến sức khỏe và đời sống của con người. Xả ra nguồn 23 tiếp nhận
  33. lý sơ bộ nén Hệ thống xử lý khói Đóng bao, vô kho 24
  34. Hình 1.6: Quy trình sản xuất tinh bột mì của Thái Lan 1.5 Nước thải chế biến tinh bột mì 1.5.1 Nguồn phát sinh Quy trình sản xuất khoai mì có nhu cầu sử dụng nước rất lớn (15 – 20 m3/tấn sản phẩm). Lượng nước thải mang theo một phần tinh bột không thu hồi hết trong sản xuất, các protein, chất béo, các chất khoáng Trong dịch bào của củ và các thành phần SO 2-, SO 2- từ công đoạn tẩy trắng sản phẩm. Lưu lượng 3 4 nước thải lớn và có nồng độ chất hữu cơ rất cao (16 – 20 kg COD/m3 nước thải) là một nguồn gây ô nhiễm lớn cho môi trường. Trong quy trinhg sản xuất này, nguồn gây ô nhiễm nước thải gồm nước thải rả củ, nước thải nghiền củ, ly tâm, sàn loại sơ, lọc thô, khử nước và nước thải tách dịch. - Trong công đoạn rửa, nước thải được sử dụng trong công đoạn rửa củ mì trước khi lột bỏ 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. Nước thải trong quá trình rửa củ mì, cắt vỏ có chứa bùn, đất, cát, mảnh vỏ, HCN tạo ra do phân hủy phazeolunatin trong vỏ thịt nhờ xúc tác của men cyanoaza - Nước thải trong quá trình nghiền củm lọc thô có nhiều tinh bột, protein và khoáng chất tách ra trong quá trình nghiền thô. - Nước thải tong quá tình tách dịch có nồng độ chất hữu cơ cao (BOD), các chất rắn lơ lửng nhiều. Ngoài ra trong nước thải này có chưa các dịch bào có Tanin, men và nhiều chất vi lượng có mặt trong củ mì. Tóm lại, lượng nước thải phát sinh từ nhà máy dự kiến có 10% bắt nguồn từ nước rửa củ và 90% xả ra từ công đoạn ly tâm, sàng lọc, khử nước. 25
  35. 1.5.2 Thành phần và tính chất 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 sẵn trong nước bị kìm hãm phất triển. Nước thải có tính axit sẽ có tính ăn mòn làm mất cân bằng trao đổi chất của tế bào, ức chế sự phát triển bình thường của quá trình sống. • Hàm lượng chất hữu cơ cao: Loại nước thải từ chế biến tinh bột mì là loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Loại nước thải này khi xử ra nguồn tiếp nhận sẽ làm cho nồng độ oxy bão hào tan trong nước giảm đi nhanh chóng. Nếu nồng độ Do tụt xuống dưới 3mg/l sẽ kìm hãm sự phát triển của thủy sinh vật và ảnh hưởng tới phát triển của hệ sinh thái thủy vực. Ngoài ra khi thỉa ra ngoài môi trường bị ứ đọng sẽ gây mùi hoii thối khó chịu do chất hữu cơ phân hủy kỵ khí tạo thành. • Hàm lượng chất lơ lửng cao: các chất kow lửng khi thải ra môi trường nước sẽ nổi trên mặt nước tạo thành lớp dầy lâu dần lớp đó sẽ ngả màu xám, không những làm mất vẻ mỹ quan mà quan trọng hơn chính là lớp này nổi lên sẽ cản trở quá trình trao đổi oxy và truyền sáng dẫn đến nước trong tình trạng kỵ kí. Ngoài ra còn lắng xuống đáy sẽ phân hủy trong điều kiện kỵ khí gây ra mùi hôi thối cho khu vực. • Hàm lượng chất dinh dưỡng cao: Nitrat là sản phẩm cuối cùng của sự phan hủy các chất chứa nito. Trong nước tự nhiên noongd độ nitrat thường nhỏ hơn 5mg/l. Trong vùng nước ô nhiễm nồng độ nitrat cao sẽ gây hiện tượng phú dưỡng hóa làm cho ảnh hưởng đén chất lượng nước. Photphat cũng là chất dinh dưỡng cho sự phát triển của rong tảo, nồng độ nhỏ hơn 0.01mg/l trong tự nhiên nhưng nguồn nước thải công nghiệp thì nồng độ photphat có thể đạt đến 0.5mg/l. 1.3.3 Vi sinh vật trong nước thải tinh bột mì Có nhiều dạng vi sinh vật cũng được tìm thaays trong nước thải của nhà 26
  36. máy sản xuất tinh bột mì. - Vi khuẩn: trực khuẩn Gram (+), Bacillus - Nấm men: Candiada sp, - Nấm mốc Do sự có mặt của các chất xơ cellulose trong nước thải ở những giai đoạn sản xuất đầu tiên đã kích thích sự phát triển của nấm mốc. 1.6 Nguyên liệu sản xuất giấy Sợi cenllulose là nguyên liệu thô chính cho công nghệ sản xuất giấy và bột giấy. Các tế bào thực vật , đặt biệt là tế bào gỗ , chứa rất nhiều sợi cenllulose. Trong công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy , sợi cenlulose chủ yếu được cung cấp từ các nguồn sau : - Các loại gỗ : bạch đàn , mở , keo - Các loại thực vật ngoài gỗ : tre nứa, bã nía, rơm rạ - Các vật liệu tái sinh : vải, giấy vụn , giấy đã sử dụng Trong đó, gỗ là nguồn cung cấp sợi quan trọng nhất. Thành phần hóa học cơ bản của gỗ bao gồm: a. Cenlulo Cenlulo là một carbohydrate, thành phần phân tử bao gồm các nguyên tố carbon, hydrogen và oxygen. Phân tử cenlulo do nhiều phân tử đường glucose tạo thành nên còn được gọi là polysaccharide. Công thức hóa học của cenlulo là (C6H10O5)n, cenlulo rất dễ thủy phân thành đường glucose (C6H10O5) trong môi trường axit. Tính chất của các vật liệu bằng cenlulo phụ thuộc nhiều vào khối lượng phân tử của nó. Khối lượng phân tử càng thấp thì độ bền của sợi cenlulo càng giảm. 27
  37. b. Hemicenlulo Các chuỗi cenlulo dạng dài được gọi là anpha cenlulo. Các chuỗi cenlulo ngắn hơn thường được gọi chung là hemicenlulo. Thông thường, người ta chia hemicenlulo thành 2 loại: • Beta cenlulo ( giá trị n nằm trong khoảng 15 – 90). • Gamma cenlulo ( giá trị n nhỏ hơn 15). Trái với cenlulo – là polymer của một đường đơn duy nhất ( glucose), hemicenlulo là các polimer của 05 loại đường khác nhau: • Hexoce: glucose, mannose, glactose. • Pentose: cylose, arabinose Một số hemicenlulo liên kết với các cenlulo, số còn lại chủ yếu là liên kết với lignin. Trong quá trình sản xuất bột giấy từ gỗ bằng phương pháp hóa học, số lượng, vị trí và cấu trúc của hemicenlulo thường thay đổi đáng kể. Thông thường, hemicenlulo dễ phân hủy và hòa tan hơn cenlulo nên hàm lượng của hcungs trong bột giấy luôn thấp hơn trong gỗ. c. Lignin Thuật ngữ holoxenlulo dùng để chỉ tổng lượng carbohydrate có trong sợi gỗ (cenlulovà hemicenlulo). Ngoài holocenlulo, trong gỗ còn chứa một chất cao phân tử, không có hình dạng xác định gọi là lignin. Lignin đóng vai trò là cầu nối các sợi với nhau.Về cấu tạo hóa học, lignin là một polymer thơm bao gồm các đơn vị phenyl propane liên kết với nhau trong không gian 03 chiều. d. Extractive Ngoài holoxenlulo và lignin, trong các sợi gỗ còn có chứa một số chất khác như acid béo, nhựa cây, phenol, rượu, protein, Hầu hết các chất này tan trong 28
  38. nước và được gọi chung là extractive. Bảng 1.5 Thành phần hóa học của một số loại gỗ Loại gỗ Gỗ Gỗ bạch đàn Gôc than bạch dương Thành phần Cenlulo (%) 46 38 43 Lignin (%) 29 25 23 Hemicenlulo 26 34 31 (%) Chất chiết ( %) 1,7 2,3 1,5 Tro ( %) 0,3 0,4 0,7 (Nguồn: giáo trình “Công nghệ xử lý nước thải “Trần Văn Nhân_ Ngô Thị Nga) 1.6.1 Công nghệ sản xuất giấy a) Thủ công Thời xưa, nguyên liệu làm giấy được cắt vụn ra và giã nhỏ trong nước thành bột lỏng. Các sợi được phân tán mỏng trong nước. Đầu tiên giấy được múc ra bằng một cái rây nổi trên mặt nước. Lưới ở dưới đáy rây được gắn chặt vào khung. Mỗi tờ giấy được múc ra phải được làm khô trong rây và chỉ được đem ra sau khi khô. Vì thế mà cần đến rất nhiều rây. Vào khoảng năm 600 kỹ thuật múc giấy cải tiến dùng loại rây múc lan truyền đến Triều Tiên và sau đó đến Nhật. Ở loại rây múc này khung rây có thể gỡ ra khỏi rây. Tờ giấy vừa được múc có thể được lấy ra khi còn ẩm và đem đi phơi khô. Kỹ thuật này còn được sử dụng cho đến ngày nay ở các loại giấy múc 29
  39. bằng tay và nói chung nguyên tắc sản xuất giấy (cắt vụn, giã nhỏ trong nước, múc và hong khô) vẫn không thay đổi cho đến ngày nay. b) Quy trình sản xuất giấy và bột giấy hiện đại Gia công nguyên liệu thô Bao gồm rửa sạch nguyên liệu, loại bỏ tạp chất và cắt mảnh theo kích cỡ thích hợp đáp ứng yêu cầu của phương pháp ssanr xuất bột giấy. Sản xuất bột giấy - Nghiền bột từ sợi tái chế Trong nhiều năm qua, việc sử dụng sợi tái chế để sản xuất bột giấy và xeo giấy đã trở nên phổ biến. Việc sử dụng loại vạt liệu này trong thời gian gần đây đã tăng lên đáng ker. Các phát triển công nghệ hiện đại tập trung chủ yếu vào việc nâng cấp chất lượng bột giấy từ các vật liệu tái chế và chính do thành công trong lĩnh vực này đã dẫn đến việc sử dụng rất rộng rãi loại bột giấy từ sợi tái chế. - Nghiền bột cơ học Trong nghiền bột cơ học, các sợi chủ yếu bị tách rời nhau do lực cơ học trong máy nghiền hoặc trong thiết bị tinh chế. Qui trình công nghệ nguyên thủy là gia công gỗ tròn bằng đá – gỗ được ép bằng đá nghiền quay trong. Công nghệ này làm ra mọi loại bột giấy có độ dai tương đối thấp. Ở các nhà máy tinh chế TMP ( Thermal Mechanical Pulping) và các máy nghiền áp lực cách xử lý cơ học được tiến hành ở áp lực và nhiệt độ cao, do vậy bột giấy có các thuộc tính độ dai tốt hơn bọt giấy cơ học truyền thống. Thực hiện qui trình công nghệ này ở các máy tinh chế có độ linh hoạt cao hơn trong việc lựa chọn nguyên liệu, vì sau đó có thể tận dụng vụn gỗ, cũng như các nguyên liệu , vì sau đó có thể tận dụng vụn gỗ, cũng như các nguyên liệu sợi ngoài gỗ. - Nghiền bột hóa học và bán hóa học 30
  40. Trong nghiền bột hóa học và bán hóa học, nguyên liệu sợi được xử lý với hóa chất ở nhiệt độ và áp lực cao ( nấu). Mục đích của quá trình xử lý này là nhằm hòa tan hoặc làm mềm thành phần chính của chất lignin liên kết các sợi trong nguyên liệu với nhau, đồng thời lại gây sự phá hủy càng ít càng tốt với thành phần cellulose ( tăng độ dai của các sợi). Cách xử lý này được tiến hành trong nồi áp suất ( nồi nấu), có thể vận hành theo chế độ liên tục hoặc từng mẻ. Có hai loại công nghệ nghiền bột hóa học chính: các quy trình kiềm hóa ( quy trình sulphate, quy trình xút) và quy trình sulphite.  Trong quá trình sulphate, dịch nấu có độ kiềm cao và các thành phần hoạt tính là các ion hydroxyl, sulphite và hydrogen sulphite. Các thành phần hoạt tính qua trình nghiền bột giấy bằng xút là hydroxyl và carbonate. Nghiền bột giấy sulphate tạo ra loại bột giấy dai nhất trong khi nghiên fbootj giấy xút thích hợp hơn với các nguyên liệu chứa lignin thấp như các loại cây một năm, tre nứa,  Các chất hoạt tính trng quy trình sulphite là sulphur dioxide tự do, sulphite hoặc ion hydrogen sulphite. Bột giấy sulphite có độ sáng không tẩy cao nhất nên thường chỉ cần hóa chất để tẩy hơn so với bột giấy sulphate và bột giấy xút. • Rửa bột Tách bột cellulose ra khỏi dịch nấu ( dịch đne). Dịch đen bao gồm các hợp chất chứa Na: Na2SO4, NaOH, Na2S, Na2CO3, lignin, Qúa trình rửa bột thường sử dụng nước sạch, lượng nước sử dụng cần hạn chế tới mức tối thiểu nhưng vẫn dảm bảo sao cho tách bột cellulose đtạ hiệu quả cao và nồng độ kiềm trong dịch đen là cao nhất. • Tẩy trắng. Mục đích của tẩy bộ giấy hóa học là làm sáng màu lignin tồn dư trong bột giấy sau khi nấu. Để khử được lignin nguwoif ta dùng cholrine, hypochlorite, 31
  41. chlorine dioxide, oxygen hoặc ozone và đặc biệt là peroxide. Một cách truyền thống, có thể nói rằng quy trình tẩy trắng bao gồm 03 giai đoạn chính: - Giai đoạn clo hóa, oxy hóa trong môi trường axit để phân hủy phần lớn lignin còn sót lại trong bột. - Giai đoạn thủy phân kiềm sản phẩm lignin hòa tan trong kiềm nóng được tách ra khỏi bột. - Giai đoạn tẩy oxy hóa để thay đổi cấu trúc các nhóm mang màu còn sót lại. Các tác nhân tẩy thường sử dụng: chlorine, hypocholorite, natri ( NaOCl), hypochlorite canxi (Ca(OCl)2), dioxit chlorite (ClO2), ozone (O3), 32
  42. Bảng 1.6: Chức năng của một số chất dùng trong công đoạn tẩy bột giấy Hóa Chức năng Ưu điểm Nhược điểm chất Cl2 Oxy hóa và clo hóa Khử lignin tốt, rẻ Nếu sử dụng không hợp lý có thể lignin. tiền. làm mất dộ dai của bột, tạo clo hữu cơ. NaOCl Oxy hóa, hoa Dễ làm và dễ sử Nếu sử dụng không hợp lý có thể ftanlignin, làm sáng dụng. làm mất độ dai của bột, tạo ra màu. cloroform. ClO2 Oxy hóa, hòa tan Đạt độ Tạo ra clo hữu cơ. lignin. trắng cao, không phân hủy bột. O3 sử dụng Oxy hóa, hòa tan Dòng thải Phải có thiết bị chuyên dùng để sản với NaOH lignin. không chứa clo, xuất ozone, có thể làm mất độ dai không gây độc của bột. hại. H2O2 Oxy hóa và làm Dễ sử dụng không Giá thành cao. sáng màu. gây độ hại. ( Nguồn: Giáo trình “ Công nghệ ử lý nước thải” Trần Văn Nhân_ Ngô Thị Nga) 33
  43. - Nghiền bột giấy Làm cho các xơ sọi được hydrat hóa, dẻo, dai, tăng bề mặt hoạt tính, giải phóng gốc hydroxyl làm tăng diện tích bề mặt, tăng độ mềm mại, hình thành độ bền của tờ giấy. Sau công đoạn nghiền bột, bột giấy được trộn với chất độn và làm chất phụ gia để đưa đến bộ phận xeo giấy. - Xeo giấy Tạo hình sản phẩm trên lưới và thoát nước để giảm độ ẩm của giấy. Sau đó giấy được thu qua sấy và có sản phẩm khô. - Thu hồi và xử lý các dịch dùng trong khâu tẩy Để có thể đạt được hiệu quả kinh tế cao, các quy tình công nghệ nghiền bột bằng phương pháp hóa học bắt buộc phải có hệ thống thu hồi háo chất và năng lượng hiệu quả. Các hệ thống thu hồi còn là chìa khóa để làm cho các nhà máy sản xuất bột giấy hóa học tương thích với môi tường, theo yêu cầu của công chúng, chính quyền và người tiêu dùng. Nhìn chung các quá trình thu hòi bao gồm các bước chủ yếu: - Cô đặc để giảm lượng nước. - Đốt dịch đã qua cô dặc ở nhiệt độ cao để tạo hơi nước va fthu hòi các chất vô cơ, một số trường hợp có khí nữa. - Chuyển hóa các chất vô cơ thành các háo chất nấu hoạt tính. Ví dụ về quá trình này là kiềm đó bằng dung dịch kiềm loãng và sữa vôi. Sau đó, tách bùn vôi và dung dịch trắng gồm NaOH, Na2S, Na2CO3, NaSO4 được thu hồi và tuần hoàn sử dụng lại cho công đoạn nấu. 34
  44. CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THU HỒI 2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu - Thu hồi lượng tinh bột mì có trong nước thải tinh bột mì của làng nghề sản xuất tinh bột mì quận Thủ Đức. - Góp phần làm chất phụ gia trong ngành giấy. 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu Nước thải tinh bột mì của làng nghề sản xuất tinh bột mì quận Thủ Đức. 2.1.3 Địa điểm và thời gian đồ án Địa điểm lấy mẫu: Nước thải tinh bột mì của làng nghề Thủ Đức Vị trí lấy mẫu: hố thu nước Thời gian lấy mẫu: 9h sáng (07/05/2018 đến 25/07/2018). Bảo quản mẫu: bảo quản ở pH < 2 2.1.4 Dụng cụ và hóa chất - Dung dịch H2SO4 10% - Dung dịch NaOH 5% - Dung dịch Al2(SO4)3.18H2O 5% - Dung dịch K2Cr2O7 0.0167M - Dung dịch PAC 30% - Chỉ thị Ferroin 2.2 Phương pháp thu hồi 2.2.1 Phương pháp phân tích mẫu Bảng 2.1: Các thông số quan trắc hiệu quả xử lý trong quá trình thực 35
  45. nghiệm STT Thông số Phương pháp 1 pH Đo bằng giấy đo pH 2 COD Phương pháp bicromat 3 Độ màu Đo bằng máy đo quang phổ Việc xác định độ màu trong nghiên cứu này được tiến hành trắc quang tại bước sóng 630 nm (A630). Hiệu suất xử lý độ màu (H, %) được xác định theo công thức: A − A H (%) = 0 t .100 A0 Với A0 và At tương ứng là giá trị độ hấp thu quang xác định tại bước sóng 630nm của mẫu nước thải ở thời điểm ban đầu (trước xử lý )và mẫu ở thời điểm t (sau t phút xử lý). 2.2.2 Phương pháp thực nghiệm Phương pháp nghiên cứu là phương pháp thực nghiệm dựa trên khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến thu hồi tinh bột mì trong nước thải bằng phương pháp lọc cơ học (lọc lưới) và phương pháp keo tụ. sau đó đánh giá chất lượng giấy làm được từ lượng tinh bột thu đươch qua hai phương pháp. 2.2.2.1 Mô hình thực nghiệm Mô hình Jartest: Dựa trên moo hình có sẵn trong phòng thí nghiệm Viện Khoa Học Ứng Dụng Hutech trường ĐH Công Nghệ Tp.HCM. Thiết bị gồm 6 36
  46. cách khuấy quay cùng tốc độ. Nhờ hộp số tốc độ quay có thể điiều chỉnh được ở khoảng 10 – 200 vòng/phút. Cánh khuấy dạng turbine gồm 2 bản nằm cùng mặt phawnhr đứng và đặt trong 6 cốc (beaker) với thể tích mỗi cốc là 1000 ml. 2.2.3 Phương pháp khảo sát điều kiện tối ưu Khảo sát sơ bộ với các lượng phèn khác nhau trong khoảng rộng dựa vào tham khảo tại mục 6 TCXDVN 33-2006 đối với phèn nhôm và phèn sắt. Sau khi khảo sát sơ bộ, dựa vào đồ thị chọn khoảng lượng phèn tối ưu. Tiếp tục tham khảo sát lượng phèn tối ưu xung quanh đã chọn. Phèn sử dụng là Al2(SO4)3.18H2O. Kết quả tối ưu được lấy trung bình từ các lần thí nghiệm Sau khi có kết quả tối ưu sẽ thu hồi lượng tinh bột tối ưu. 2.2.3.1 Thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu Điều kiện thí nghiệm: - pH: 7.0; - Giai đoạn phản ứng đông tụ: Thời gian khuấy 20 phút với tốc độ 140 vòng/phút; - Giai đoạn tạo bông: Thời gian khuấy 15 phút với tốc độ 40 vòng/phút; - Lượng Al2(SO4)3.18H2O: Thay đổi từ 50 - 300 (mg/L) Bảng 2.2: Quy trình thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu Mẫu 1 2 3 4 5 6 V (ml) mẫu NT 300 300 300 300 300 3 00 pH 7 7 7 7 7 7 Lượng Phèn (mg/L) 50 100 150 200 250 3 00 37
  47. Khuấy với tốc độ 140 vòng/phút trong 20 phút Cho vào mỗi cốc 1 ml PAC 30%, giảm tốc độ khuấy còn 40 vòng/phút trong 15 phút, sau đó để lắng 10 phút rồi đem đi lọc lấy lớp nước trong, đem đi đo độ màu ở bước sóng 455 nm 38
  48. 2.2.3.2 Thí nghiệm xác định pH tối ưu - Điều kiện thí nghiệm: - pH: Thay đổi từ 4.0 – 9.0 - Giai đoạn phản ứng đông tụ: Thời gian khuấy 20 phút với tốc độ 140 vòng/phút; - Giai đoạn tạo bông: Thời gian khuấy 15 phút với tốc độ 40 vòng/phút; - Lượng Al2(SO4)3.18H2O; Bảng 2.3: Quy trình thí nghiệm xác định pH tối ưu Mẫu 1 2 3 4 5 6 V (ml) mẫu NT 300 300 300 300 300 300 pH 4 5 6 7 8 9 Lượng Phèn (mg/L) Kết quả từ thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu Khuấy với tốc độ 140 vòng/phút trong 20 phút Cho vào mỗi cốc 1 ml PAC 30%, giảm tốc độ khuấy còn 40 vòng/phút trong 15 phút, sau đó để lắng 10 phút rồi đem đi lọc lấy lớp nước trong, đem đi đo độ màu ở bước sóng 455 nm 2.2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu - Sử dụng phần mêm Microsoft Excel 2016 để xử lý số liệu từ quá trình phân tích trong phòng thí nghiệm - Biểu diễn các thông số của quá trình xác định điều kiện tối ưu và quá trình chạy mô hình bằng đồ thị và bảng biểu. - Thu được lượng tinh bột mì tối ưu. 39
  49. - So sánh chất lượng giấy với phương pháp thu hồi tinh bột mì bàng lọc lưới 40
  50. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thí nghiệm thu hồi tinh bột mì bằng phương pháp hóa lý 3.1.1 Kết quả ảnh hưởng của phèn nhôm đến hiệu quả thu hồi tinh bột mì Điều kiện thi nghiệm Nồng độ CODvào: 2418 (mgO2/L) Độ màu 0.283 pH 7.0 Giai đoạn phản ứng đông tụ: Thời gian khuấy 20 phút với tốc đổi 140 vòng/phút; Giai đoạn tạo bông: Thời gian khuấy 15 phút với tốc độ 40 vòng/phút; Lượng phèn nhôm thay đổi từ 50 - 300 (mg/l) Bảng 3.1: Khảo sát độ màu ban đầu của nước thải tinh bột mì. Lượng 50 100 150 200 250 300 phèn Độ màu Lần 1 0.281 0.281 0.281 0.281 0.281 0.281 ban đầu Lần 2 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 Lần 3 0.280 0.280 0.280 0.280 0.280 0.280 TB 0.283 0.283 0.283 0.283 0.283 0.283 41
  51. 0.3 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 0.295 0.29 0.285 0.283 0.283 0.283 0.283 0.283 0.283 0.281 0.281 0.281 0.281 0.281 0.281 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.275 0.27 50 ml 100 ml 150 ml 200 ml 250 ml 300 ml Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Hình 3.1: Biểu đồ thể hiện độ màu ban đầu của nước thải tinh bột mì. Nhận xét: Bảng 3.2: Độ màu của nước thải tinh bột mì sau hóa lý. Lượng 50 100 150 200 250 300 phèn Độ màu Lần 1 0.114 0.071 0.070 0.055 0.060 0.075 lúc sau Lần 2 0.123 0.082 0.079 0.060 0.065 0.065 Lần 3 0.104 0.063 0.060 0.046 0.052 0.059 TB 0.114 0.072 0.070 0.053 0.059 0.067 42
  52. 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 50 ml 100 ml 150 ml 200 ml 250 ml 300 ml Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Hình 3.2: Biểu đồ thể hiện độ màu sau hóa lý của nước thải tinh bột mì. Nhận xét: : phèn nhôm ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý độ màu vì thế khi khi cho lượng phèn bằng 200 là lượng phèn tối ưu tối ưu khi độ màu giảm nhiều nhất là 0.053 giảm gấp 81.27 lần. Bảng 3.2: Khảo sát COD ban đầu của nước thải tinh bột mì. Lượng 50 100 150 200 250 300 phèn COD Lần 1 ban đầu 2512 2512 2512 2512 2512 2512 Lần 2 2433 2433 2433 2433 2433 2433 Lần 3 2310 2310 2310 2310 2310 2310 43
  53. TB 2418 2418 2418 2418 2418 2418 2550 2512 2512 2512 2512 2512 2512 2500 2450 2433 2433 2433 2433 2433 2433 2418 2418 2418 2418 2418 2418 2400 2350 2300 2310 2310 2310 2310 2310 2310 2250 2200 50 ml 100 ml 150 ml 200 ml 250 ml 300 ml Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Hình 3.3: Biểu đồ thể hiện COD đầu vào của nước thải tinh bột mì. Bảng 3.4: Khảo sát COD lúc sau của nước thải tinh bột mì. Lượng 50 100 150 200 250 300 phèn COD Lần 1 ban đầu 1685 1421 1115 1012 1280 1462 Lần 2 1705 1419 1075 981 1173 1325 Lần 3 1681 1387 1050 996 1209 1169 TB 1690 1409 1080 996 1221 1319 44
  54. 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 50 ml 100 ml 150 ml 200 ml 250 ml 300 ml Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Hình 3.4: Biểu đồ thể hiện COD sau hóa lý của nước thải tinh bột mì. Nhận xét: phèn nhôm ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý COD vì thế khi khi cho lượng phèn bằng 200 là lượng phèn tối ưu tối ưu khi COD giảm nhiều nhất là 996 giảm gấp 58.8 lần Bảng 3.5: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng lượng phèn nhôm đến hiệu quả thu hồi tinh bột mì Nước thải sau xử lý Lượng Hiệu Lượng S Hiệu Al2(SO4)3.18H2 COD suất tinh bột T pH suất Độ O (mg/ khử thu T COD màu (mg/L) L) màu hồi(g) (%) (%) 7.23 1 50 7.0 1690 30.10 0.114 59.72 45
  55. 9.13 2 100 7.0 1409 41.74 0.072 74.56 10.56 3 150 7.0 1080 55.34 0.070 75.27 14.31 4 200 7.0 996 58.80 0.053 81.27 12.76 5 250 7.0 1221 49.52 0.059 79.15 11.57 6 300 7.0 1319 45.47 0.067 76.33 90 80 81.27 79.15 74.56 75.27 76.33 70 60 59.72 58.8 55.34 50 49.52 45.47 40 41.74 Hiệu Hiệu suất 30 30.1 20 10 0 50 100 150 200 250 300 Hiệu suất COD 30.1 41.74 55.34 58.8 49.52 45.47 Hiệu suất Độ màu 59.72 74.56 75.27 81.27 79.15 76.33 Hình 3.5: Biểu đồ thể hiện hiệu suất COD và độ màu sau hóa lý của nước thải tinh bột mì. Nhận xét: Dựa vào đồ thị ta thấy khi tăng lượng phèn nhôm trong nước thải thì hiệu suất tăng. Hiệu suất COD và độ màu tại 58.8% và 81.27% tương ứng tại nồng độ 200mg/L thu hồi được lượng tinh bột mì tối ưu là 14.31g thì khả năng xử 46
  56. lý bắt đầu giảm. Do pH nước thải giảm khi tăng nồng độ phèn nên càng tăng lượng phèn nhôm sẽ giảm khả năng xử lý và thu hồi lượng tinh bột mì giảm.Vì ở môi trường acid phèn nhôm sẽ thủy phân tồn tại ở dạng Al3+ xử lý kém hơn. +−2 Phèn nhôm thủy phân: Al2( SO 4 ) 3+ 6 H 2 O → 2 Al ( OH ) 3 + 6 H + 3 SO 4 3+ Khi dư phèn nhôm, pH nước có tính acid, keo Al(OH)3 ở dạng Al (aq): 3+ Al( OH )3 ( s )+ 6 H 2 O ( aq ) → Al ( aq ) + 6 H 2 O 3.1.2 Thí nghiệm ảnh hưởng pH đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì Điều kiện thi nghiệm Nồng độ CODvào: 2418 (mgO2/L) Độ màu 0.283 pH thay đổi từ 4 – 9 Giai đoạn phản ứng đông tụ: Thời gian khuấy 20 phút với tốc độ 140 vòng/phút; Giai đoạn tạo bông: Thời gian khuấy 15 phút với tốc độ 40 vòng/phút; Lượng phèn nhôm thay đổi từ 200 (mg/l) Bảng 3.4: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ màu PH 4 5 6 7 8 9 Độ Lần 1 0.281 0.281 0.281 0.281 0.281 0.281 màu ban đầu Lần 2 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 Lần 3 0.280 0.280 0.280 0.280 0.280 0.280 47
  57. TB 0.283 0.283 0.283 0.283 0.283 0.283 0.3 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 0.298 0.295 0.29 0.285 0.283 0.283 0.283 0.283 0.283 0.283 0.281 0.281 0.281 0.281 0.281 0.281 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.275 0.27 pH= 3 pH= 4 pH=5 pH= 6 pH= 7 pH= 8 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Hình 3.6: Biểu đồ thể hiện độ màu ban đầu của nước thải tinh bột mì. Bảng 3.5: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ màu. PH 3 4 5 6 7 8 Độ Lần 1 0.109 0.080 0.075 0.050 0.070 0.065 màu lúc sau Lần 2 0.119 0.089 0.072 0.059 0.067 0.071 48
  58. Lần 3 0.117 0.090 0.076 0.06 0.071 0.075 TB 0.114 0.087 0.074 0.057 0.069 0.07 0.5 0.45 0.114 0.4 0.35 0.117 0.087 0.3 0.074 0.069 0.07 0.25 0.09 0.119 0.076 0.057 0.2 0.071 0.075 0.089 0.06 0.15 0.072 0.067 0.071 0.1 0.109 0.059 0.08 0.075 0.07 0.065 0.05 0.05 0 pH= 3 pH= 4 pH=5 pH= 6 pH= 7 pH= 8 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Hình 3.7: Biểu đồ thể hiện độ màu lúc sau của nước thải tinh bột mì. Nhận xét: pH ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý COD vì thế khi khi pH =7 là pH tối ưu khi độ màu giảm nhiều nhất là 0.057 giảm gấp 79.72 lần Bảng 3.6: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD pH 4 5 6 7 8 9 COD Lần 1 2512 2512 2512 2512 2512 2512 ban đầu Lần 2 2433 2433 2433 2433 2433 2433 49
  59. Lần 3 2310 2310 2310 2310 2310 2310 TB 2418 2418 2418 2418 2418 2418 2550 2512 2512 2512 2512 2512 2512 2500 2450 2433 2433 2433 2433 2433 2433 2418 2418 2418 2418 2418 2418 2400 2350 2300 2310 2310 2310 2310 2310 2310 2250 2200 pH= 3 pH= 4 pH=5 pH= 6 pH= 7 pH= 8 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Hình 3.8: Biểu đồ thể hiện COD ban đầu của nước thải tinh bột mì Bảng 3.7: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD PH 4 5 6 7 8 9 COD Lần 1 1681 1512 1428 1083 1301 1412 Lúc sau Lần 2 1856 1619 1236 1227 1157 1493 Lần 3 1790 1423 1254 1120 1045 1568 50
  60. TB 1776 1518 1306 1143 1168 1491 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 pH= 3 pH= 4 pH=5 pH= 6 pH= 7 pH= 8 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Hình 3.9: Biểu đồ thể hiện COD lúc sau của nước thải tinh bột mì Nhận xét: pH ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý COD vì thế khi khi pH =7 la pH tối ưu khi COD giảm nhiều nhất là 1143 giảm gấp 52.72 lần Bảng 3.8: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng pH đến hiệu quả thu hồi tinh bột mì Nước thải sau xử lý S T Lượng T Al2(SO4)3.18H2O pH COD Hiệu suất Độ màu Hiệu suất Lượng (mg/L) (mg/L) COD (%) khử màu tinh (%) bột thu hồi(g) 1 200 4 1776 26.57 0.114 59.43 7.20 2 200 5 1518 37.23 0.087 69.04 8.67 51
  61. 3 200 6 1306 46.00 0.074 73.66 10.45 4 200 7 1143 52.72 0.057 79.72 12.34 5 200 8 1168 51.72 0.069 75.44 12.12 6 200 9 1491 38.35 0.07 75.09 11.97 90 80 79.72 73.66 75.44 75.09 70 69.04 60 59.43 52.72 50 51.72 46 Hiệu suất COD 40 37.23 38.35 Hiệu suất Độ màu 30 26.57 20 10 0 4 5 6 7 8 9 Hình 3.10: Biểu đồ ảnh hưởng của giá trị pH đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì Nhận xét: Theo đồ thị hiệu suất độ màu và COD đề tăng dần và đạt cực đạt ở pH = 7 do cơ chế keo tụ tạo bông khi phèn nhôm thủy phân trong nước tạo thành dạng keo Al(OH)3 hấp thụ tạo bông cặn lắng xuống vì thế ở pH =7 thu hồi được tinh bột tối ưu là 12.34g. Acid : Al(OH ) (s) + 6H O(aq) → Al3+ (aq) + 6H O Base : Al(OH ) (aq) + OH (aq) 3 2 2 → Al(OH )− (aq) 3 4 52
  62. Tính kinh tế của quá rình thu hồi tinh bột mì bằng phương pháp keo tụ: Thành tiền lượng sử dụng Đơn giá (đồng) Phèn nhôm 16,67g/l 40000/500g 2000 NaOH 5g/l nước thải 35000/500g 1000 Tổng 3000 Chi phí hóa chất cho 1 lít nước thải trong quá trình thu hồi tinh bột mì bằng phương pháp keo tụ. 3.2 Thí nghiệm thu hồi tinh bột mì bằng phương pháp cơ học 3.2.1 Thí nghiệm thu hối tinh bột bằng lưới lọc Điều kiện thi nghiệm Lưu lượng 300 ml Nồng độ CODvào: 2418 (mgO2/L) Độ màu 0.281 pH = 5 Sau khi đem nước thải lọc qua lưới thu được kết quả Nồng độ CODsau lọc = 1038 Hiệu suất đạt được là 57.07% Độ màu = 0.057 Hiệu suất đạt được là 79.72% Lượng tinh bột thu hồi = 12.23g Nhận xét: Theo kết quả thấy sau khi lọc lượng tinh bột thu được đạt 12.23 gần bằng so với thu hồi bằng keo tụ tạo bông sự chênh lệch này do thu hồi bằng keo tụ tạo bông có chứa hóa chất. Ngoài ra hiệu suất COD và độ màu đạt 57.07% và 79.72%. 53
  63. 3.2.2 Thí nghiệm thu hồi tinh bột bằng phương pháp tự lắng Điều kiện thi nghiệm Lưu lượng 300 ml Nồng độ CODvào: 2418 (mgO2/L) Độ màu 0.281 pH = 5 Sau khi đem nước thải tự lắng thu được kết quả Nồng độ CODsau lọc =1440 Hiệu suất đạt được là 40.45% Độ màu = 0.154 Hiệu suất đạt được là 45.13% Lượng tinh bột thu hồi = 7.78g 90 79.72 80 70 60 57.07 50 45.13 Hiệu suất COD 40.45 Hiệu suất Độ màu 40 Lượng tinh bột 30 20 12.23 10 7.78 0 Lưới lọc Tự lắng Hình 3.11 Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý bằng lưới lọc và tự lắng Nhận xét: Theo kết quả thu được sau tự lắng thấy được hiệu suất COD và độ màu thấp so với lọc lưới do có nhiều hạt trong nước thải không tự lắng được mà thời gian tự lắng lâu thu được lượng tinh bột thấp. 54
  64. 3.2 Sản phẩm giấy bằng phương pháp thủ công Nguyên liệu: • Bột mì • Giấy qua sử dụng • Nước Dụng cụ: • Khuôn để xeo giấy Các bước tiến hành: Bước1: Ngâm tinh bột mì trong 3 ngày cho tinh bột mì nở ra.Sau đó cho tro bếp và giấy qua sử dụng rồi đêm xây nhuyễn thành hỗn hợp tiếp theo đêm hỗn hợp cho vào cối giã nhuyễn lần nữa. Hình 3.12 Xây nhuyễn hỗn hợp Bước 2: Lấy khuôn bỏ vào trong nước rồi đem hỗn hợp đã trộn tràn đều trên khuôn gỗ (lắc đều cho hỗn hợp trải đều). 55
  65. Hình 3.13 Xeo giấy Bước 3: Nhấc khuôn lên khỏi nước và nghiên nhẹ khuôn cho nước chảy ra hết. Đem hong khô sau đó dùng vải chà nhẹ trên bề mặt cho mịn. Bước 4: Nhấc nhẹ lớp giấy ra khỏi khuôn rồi đem đi phơi. Sau khi đã khô hoàn toàn thu được giấy thành phẩm. Hình 3.14 Sản phẩm giấy làm từ tinh bột mì 56
  66. Nhận xét: Sản phẩm giấy từ tinh bột thu hồi từ lọc lưới đạt chất lượng tốt hơn, giấy thu được mỏng, mềm không thô ráp và dày như sản phẩm giấy từ tinh bột mì thu hồi bằng keo tụ, do trong quá trình thu hồi tinh bột mì bằng keo tụ còn chứa hóa chất nên chật lượng giấy không tốt bằng tinh bột mì thu hồi bằng lọc lưới. Sản phẩm làm từ tinh bột sau keo tụ Sản phẩm làm từ tinh bột sau lọc lưới Tỉ lệ: TB: BG = 1:1 (5g : 5g) Tỉ lệ: TB : BG = 1:1( 5g : 5g) Kích thước: L x B x H= 90 x 70 x Kích thước: L x B x H= 150x 1(mm) 95x0.5(mm) Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau keo Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau lọc tụ độ mềm thấp, màu sắc của giấy có màu lưới độ mềm khá, màu sắc của giấy có màu xám vàng, bề mặt giấy không phẳng, không trắng ngà, bề mặt giấy phẳng nhưng ghồ ghề. mịn. 57
  67. Tỉ lệ: TB : BG = 1:2 ( 2g : 4g) Tỉ lệ: TB : BG = 1:2 ( 3g : 6g) Kích thước: L x B x H= 85x 50x1(mm) Kích thước: L x B x H= 120x 80x0.5(mm) Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau keo tụ độ mềm thấp, màu sắc của giấy có màu Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau lọc vàng trắng, bề mặt giấy sạm, ghồ ghề không lưới độ mềm khá, màu sắc của giấy có màu mịn. trắng sáng, bề mặt giấy phẳng, hơi láng độ dẻo khá. Tỉ lệ: TB : BG = 2:1 ( 4g : 2g) Tỉ lệ: TB : BG = 2:1 ( 6g : 3g) Kích thước: L x B x H= 127x Kích thước: L x B x H= 97x 45x1(mm) 44x0.5(mm) Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau keo Nhận xét: giấy làm từ tinh bột sau lọc tụ độ mềm thấp, màu sắc của giấy có màu lưới độ mềm khá, màu sắc của giấy có màu xám vàng, bề mặt giấy nhăn, không mịn, trắng ngà, bề mặt giấy không phẳng nhưng độ cứng. dẻo khá, độ lắng chưa đạt. 58
  68. Nhận xét chung: qua những sản phẩm giấy làm theo tỷ lệ ta thấy sản phẩm giấy làm từ tnh bột lọc lưới đạt tốt hơn về độ sáng, độ phẳng cũng như độ dẻo tuy nhiên độ lắng thì chưa đạt cần phải qua mài nhẵn hơn, độ dày cần phải qua máy ép mỏng hơn. Sản phẩm ứng dụng: Hình 3.15 Sản phẩm ứng dụng 59
  69. KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết quả thí nghiện cho thấy nước thải tinh bột còn chứa nhiều tinh bột không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn thu hồi một lượng lớn để làm giảm chi phí sản xuất cũng như chi phí xử lý. Thu hồi tinh bột trong nước nước thải để làm giấy giúp thân thiện môi trường và mang lại lợi ích kinh tế cho nhà sản xuất. Bài nghiên cứu đưa ra giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước trong ngành công nghiệp sản xuất tinh bột mì và đưa ra biện pháp làm giấy thủ công từ tinh bột mì. Tuy nhiên cần phải nghiên cứu thêm các ứng dụng khác thân thiện với môi trường. 60
  70. TÀI LIỆU THAM KHẢO I. TIẾNG VIỆT 1. Bảo quản và chế biến sắn, Cao Văn Hùng, 200, [5]. 2. Quản lý công nghiệp trong ngành chế biến tinh bột sắn ở Việt Nam, Lê Văn Khoa, 2002,[6]. 3. Lê Văn Khoa, SanderBoot, (2002), Quản lý môi trường trong ngành chế biến tinh bột sắn ở Việt Nam. 4. Công ty môi trường Ngọc Lân, “Xử lý nước thải tinh bột sắn”, 5. Viện khoa học kỹ thuật Miền Nam, Ngày 03/03/2014 “Sản xuất sắn trên thế giới và Việt Nam”, gioi-&-Viet-Nam-4373.html II. TIẾNG ANH 1. Gary W. Vanloon and Stephen j. Duffy, (2000), Environmental Chemistry A Global Perspective, Oxfỏd University press, New York. 2. Paper JAAPU. PO Bõ 154 Eltehes planad 2, FIN – 00131 HELSINKI Finald. 61