Công nghệ xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn

• Facebook
• LinkedIn
• YouTube

Dựa trên thực tế của ngành sản xuất tinh bột sắn, chúng ta nhận thấy đây là một ngành công nghiệp tiêu thụ lượng nước và năng lượng đáng kể. Mỗi năm, lượng nước thải từ ngành này cũng rất lớn (khoảng 15m³ cho mỗi tấn sắn tươi). Nước thải này chứa nhiều chất độc Cyanua có tính độc cao, có thể gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không áp dụng biện pháp xử lý hiệu quả.

Với đặc trưng tính chất nước thải của chế biến tinh bột sắn, khi phân huỷ, sẽ tạo thành khí metan và CO₂, hai loại khí gây hiệu ứng nhà kính. Do đó, xu hướng hiện nay trên toàn cầu không chỉ tập trung vào xử lý nước thải mà còn kết hợp việc tận thu nguồn thải và giảm phát thải khí nhà kính, theo hướng tiếp cận cơ chế phát triển sạch – clean development mechanism (CDM).

Nguồn thải và đặc tính dòng thải

Theo số liệu từ Tổng cụ Hải quan, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, trong 2 tháng đầu năm 2023, kim ngạch xuất khẩu sắn đạt gần 900 nghìn tấn, với kim ngạch 375,7 triệu USD, tăng 19% so với cùng kỳ năm trước, đưa sắn trở thành mặt hàng xuất khẩu lớn thứ 5 trong nhóm nông sản (sau cà phê, rau quả và gạo). Lượng nước thải phát sinh ra từ quá trình chế biến tinh bột sắn là rất lớn trung bình 10 – 30 m³/tấn sản phẩm. 

Căn cứ vào quy trình chế biến bột sắn, có thể chia nước thành 2 dòng thải:

• Dòng thải 1: nước thải phát sinh sau khi phun vào guồng rửa sẵn củ để loại bỏ các chất bẩn và vỏ ngoài củ sắn. Loại nước thải này có lưu lượng thấp (khoảng 2 m³ nước thải/tấn sắn củ), chủ yếu chứa các chất có thể lắng nhanh (vỏ sắn, đất, cát,…). Do vậy với nước thải loại này có thể cho qua song chắn, để lắng rồi quay vòng nước ở giai đoạn rửa. Phần bị giữ lại ở song chắn (vỏ sắn) sau khi phê khổ được sử dụng làm nhiên liệu đốt. 
• Dòng thải 2: nước thải phát sinh trong quá trình lọc sắn, loại nước thải này có lưu lượng lớn (10 m³ nước thải/ tấn sắn củ), có hàm lượng chất hữu cơ cao, hàm lượng rắn lơ lửng cao, pH thấp, hàm lượng Cyanua (CN^–) cao, mùi chua, màu trắng đục. 

Đặc tính ô nhiễm của nước thải sản xuất tinh bột sắn

Nước thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông số đặc trưng: pH thấp, hàm lượng chất hữu cơ và vô cơ cao, thể hiện qua hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), TSS rất cao, các chất dinh dưỡng chứa N, P, BOD₅, COD, …với nồng độ rất cao và trong thành phần của vỏ sắn và lõi củ sắn có chứa Cyanua (CN^–) một trong những chất độc hại có khả năng gây ung thư.

STT	Chỉ tiêu	Đơn vị	Nước thải sản xuất tinh bột sắn*	QCVN 40:2011/BTNMT. Cột B**	QCVN 63:2017/BTNMT, Cột B***
1	pH	–	5.7 – 6	5 – 9	5,5 – 9
2	TSS	mg/L	13200	100	100
3	COD	mg/L	14800	150	200
	BOD5	mg/L	6200	50	50
4	Tổng Nitơ	mg/L	333	40	60
6	Tổng Photpho	mg/L	45.9	6	20

Đề xuất phương án công nghệ

Theo các chuyên gia môi trường, một trong những nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm môi trường trong ngành sản xuất tinh bột sắn là do thiếu hệ thống xử lý nước thải theo cơ chế phát triển sạch. Mùi hôi từ quá trình sản xuất tinh bột sắn chủ yếu được sinh ra từ bể lắng cặn và bể kỵ khí bậc 1.

Do đó, trong báo cáo đề xuất phương án này, ARES đặt ra tình huống cụ thể như sau:

• Vùng địa lý: các vùng nơi phía Bắc, Việt Nam – nơi tập trung của các nhà máy chế biến tinh bột sắn và điều kiện nhiệt độ vào tháng mua động xuống thấp <15^oC.
• Công suất: 3000 m³/ngày – theo một công trình thực tế ARES đã triển khai.
• Nồng độ ô nhiễm: nồng độ ô nhiễm đặc trưng về chỉ tiêu SS, COD, BOD, tổng Nitơ và tổng Photpho được thể hiện cụ thể tại Bảng 2.

STT	Chỉ tiêu	Đơn vị	Nước thải sản xuất tinh bột sắn	So với QCVN 40:2011/BTNMT Cột B	Vượt chuẩn so với chuẩn QCVN
1	pH	–	5.7 – 6	5 – 9	–
2	TSS	mg/L	13200	100	Vượt 132 lần
3	COD	mg/L	14800	150	Vượt 99 lần
4	BOD5	mg/L	6200	50	Vượt 124 lần
5	Tổng Nitơ	mg/L	333	40	Vượt 8.3 lần
6	Tổng Photpho	mg/L	45.9	6	Vượt 7.6 lần

Mục tiêu công nghệ

Với những tính chất về nồng độ ô nhiễm và công suất đã đề xuất, ARES sẽ đề xuất phương án công nghệ ứng dụng “Hệ thống xử lý nước thải theo cơ chế phát triển sạch – clean development mechanism (CDM)”. Với phương án này, doanh nghiệp có thể được hưởng các lợi ích như: 

• Giải pháp tận thu nguồn thải: thu hồi khí biogas để đốt lò thay thế cho đốt than cấp nhiệt cho công đoạn sấy khô tinh bột sắn; nước thải sau xử lý được tái sử dụng và tuần hoàn cho cho công đoạn rửa sắn; lượng bã sắn thô được thu hồi giúp giảm nồng độ ô nhiễm trong nước thải và bã sắn được thu hồi trở thành nguyên liệu cho sản xuất thức ăn, nhờ đó giảm được giá thành sản phẩm. 
• Đón đầu “xu hướng xanh hoá” nhằm giảm thiểu tác động đến biến đổi khí hậu cùng với nâng cao uy tín thương hiệu thông qua bước đầu thực hành tiêu chuẩn ESG (tiêu chuẩn bền vững: môi trường – xã hội – quản trị). Từ đó, giúp nâng cao uy tín thương hiệu.

Với mong muốn bám sát tình sản xuất tạo điều kiện để doanh nghiệp có nguồn thông tin chất lượng khi ra quyết định đầu tư phát triển xanh, phương án đề xuất của ARES sẽ giải quyết nhưng nội dung như sau:

• Đề xuất giải pháp và khái toán chi phí đầu tư xây dựng và vận hành hệ thống xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn với công suất 3000 m³/ngày để đạt chất lượng nước cột B, QCVN 40:2011/BTNMT kết hợp hệ thống lọc sinh học bằng đảo cỏ nhân tạo và thực vật thuỷ sinh, tảo trên hồ ổn định để nâng cao chất lượng nước từ cột B lên cột B⁺⁺.
• Đề xuất giải pháp và khái toán chi phí đầu tư xây dựng và vận hành hệ thống tái sử dụng tuần hoàn nước cho công đoạn rửa sắn công suất 200 m³/giờ, giúp giảm lượng nước thải.
• Đề xuất giải pháp và khái toán chi phí đầu tư xây dựng thiết bị tận thu bã sắn thô còn trong nước thải để làm nguyên liệu cấp cho quá trình chế biến thức ăn chăn nuôi.
• Ước tính chi phí xây dựng hồ phân huỷ kỵ khí có khả năng thu hồi khí biogas để sử dụng thay thế lò đốt than trong công đoạn sấy khô tinh bột sắn, giúp giảm phát thải khí nhà kính và tiết kiệm năng lượng.
• Sử dụng vật liệu HPDE với khả năng chịu lực, chịu nhiệt, không bị rò rỉ làm lớp lót cho các hồ thay cho vật liệu bê tông cốt thép để cắt giảm chi phí đầu tư xây dựng.
• Công nghệ vận hành đơn giản, đảm bảo hoạt động liên tục, tiết kiệm chi phí vận hành và bảo trì bảo dưỡng. 
• Thiết bị điều khiển tự động hoá: hệ thống Scada, cảm biến đầu dò tự động, tủ điều khiển tự động, hệ thống quan trắc nước thải.  

Thuyết minh công nghệ

1. Bể gom + tách cát

Nước thải từ quá trình sản xuất sẽ được thu gom về bể tiếp nhận nước thải. Trước khi vào bể gom, nước thải được tách rác bằng song tách rác đặt trong bể gom để loại bỏ hết các rác lớn có kích thước lớn hơn 10mm ra khỏi nước thải, tránh gây tắc nghẽn đường ống và gây hại đến thiết bị hệ thống.

Bể gom được thiết kế đảm bảo thu gom toàn bộ lượng nước thải phát sinh của quá trình sản xuất. 

2. Thiết bị tách rắn lỏng

Nước thải từ bể gom sẽ được bơm qua thiết bị tách rắn lỏng (với kích thước khe hở 2mm) để loại bỏ các tạp chất, rác có kích thước nhỏ trước khi chảy qua bể kỵ khí (biogas). Các loại rác nhỏ này sẽ ảnh hưởng đến bơm cũng như hệ vi sinh phía sau nếu không được loại bỏ ra khỏi nước thải.

Hơn nữa, thiết bị sử dụng loại màng chắn đặc biệt ứng dụng công nghệ Nhật Bản “màng chắn dây nêm”. Thiết kế của loại màng này có hình tam giác, đây là đặc điểm quan trọng giúp chất rắn đi qua các điểm tiếp xúc nhỏ và các khe hở được mở rộng về phía sau, do đó hạn chế tối đa chất rắn bị tắc nghẽn. Hơn nữa, thiết bị tách rắn lỏng không sử dụng động lực, diện tích sử dụng nhỏ nhưng năng suất xử lý rất lớn.

Hình 3. Mô phỏng bố trí thiết bị tách rắn lỏng.

3. Hầm ủ biogas

Bể biogas giúp phân huỷ hợp chất hữu cơ trong điều kiện kị khí. Quá trình sinh học diễn ra nhờ các vi sinh vật thuộc nhóm vi khuẩn metan, các quá trình phản ứng diễn ra như sau:

• Giai đoạn 1: dưới sự tác động của enzym cellulosase thủy phân các chất hữu cơ cao phân tử thành các acid hữu cơ, CO₂ và H₂.
• Giai đoạn 2: các acid hữu cơ, CO₂ và H₂ tiếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn metan, các quá trình phản ứng diễn ra. Nước thải sau khi qua bể kỵ khí sẽ được dẫn tới bể lắng bùn kỵ khí.

4. Bể lắng bùn kỵ khí

Bể lắng bùn kỵ khí có chức năng lắng các bùn cặn trôi ra từ hầm ủ biogas để hạn chế vào bể sinh học. Ngoài ra bể lắng bùn kỵ khí còn chức năng điều hòa lưu lượng giúp tránh tình trạng quá tải cho hệ thống sinh học phía sau. Nước sẽ được phân phối vào cụm bể sinh học thông qua hệ thống bơm.

5. Bể Anoxic

Nitrat sinh ra từ quá trình nitrat hóa trong điều kiện hiếu khí được khuếch tán sang vùng thiếu khí cùng với cơ chất, tạo điều kiện thích hợp cho quá trình khử nitrat xảy ra trong cùng một bông bùn. Với sự kết hợp của quá trình nitrat hóa và khử nitrat, nồng độ nitơ trong nước thải được xử lý hiệu quả bởi sự kết hợp giữa bể sinh học thiếu khí và bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính.

Bể thiếu khí còn đóng vai trò là một hệ chọn lọc vi sinh để chống lại hiện tượng bùn nổi do vi khuẩn dạng sợi gây ra. Nước sau bể thiếu khí sẽ tự chảy sang bể hiếu khí. 

6. Bể sinh học hiếu khí

Trong bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo trong nước thải dưới sự tham gia của các vi sinh vật hiếu khí. Vi sinh vật hiếu khí dưới dạng hỗn hợp bùn hoạt tính ở hàm lượng MLSS khoảng 3000 – 4000 mg/l sẽ sử dụng cơ chất có trong nước thải trong nước thải sinh trưởng và phát triển hình thành quần thể vi sinh vật và sẽ được loại bỏ tại bể lắng. Máy thổi khí sẽ cung cấp khí cho quá trình hoạt động của vi sinh vật hiếu khí. Hiệu quả khử BOD có thể đạt 80 – 90%. 

7. Bể lắng sinh học

Quá trình xử lý sinh học sẽ làm gia tăng liên tục lượng bùn vi sinh trong bể đồng thời lượng bùn ban đầu sau thời gian sinh trưởng phát triển sẽ giảm khả năng xử lý chất ô nhiễm trong nước thải và chết đi. Do đó, bể lắng bùn sinh học được thiết kế để thu gom lượng bùn này và giữ lại lượng bùn có khả năng xử lý tốt.

Bể lắng sinh học được thiết kế đặc biệt tạo môi trường tĩnh cho bông bùn lắng xuống đáy bể và được gom vào tâm nhờ hệ thống gom bùn lắp đặt dưới đáy bể. Bùn sau khi lắng có hàm lượng SS = 8.000 mg/L, một phần sẽ tuần hoàn trở lại bể sinh học (25-75% lưu lượng) để giữ ổn định mật độ cao vi khuẩn tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ, đồng thời ổn định  nồng độ MLSS  = 3000 mg/L. Độ ẩm bùn dao động trong khoảng 98.5 – 99.5%.

8. Bể keo tụ + tạo bông 1

Các chất keo thụ thông thường sử dụng trong thực tế là Phèn nhôm, phèn sắt, PAC.. Các chất keo tụ sẽ được trộn đều trong bể keo tụ. Nhằm tăng quá trình keo tụ, trong một số trường hợp người ta thêm vào hòa chất trợ keo tụ để quá trình keo tụ diễn ra nhanh hơn, hiệu quả hơn. 

Dưới tác dụng của cánh khuấy nhưng với tốc độ nhỏ hơn thì các bông cặn nhỏ tiến hành liên kết với nhau tạo thành bông cặn lớn hơn. Các bông cặn có khối lượng lớn thắng được trọng lực nên lắng được.

9. Bể lắng hóa lý 1

Bể lắng được sử dụng để tách các chất rắn/ bông cặn được tạo thành từ quá trình keo tụ, tạo bông theo nguyên lý lắng trọng lực. Bùn lắng trong hố thu bùn sẽ được bơm về hệ thống xử lý bùn trong khi nước sau lắng sẽ tự chảy đến bể xử lý kế tiếp.

10. Khử trùng + chứa sau xử lý

Nước sau lắng sẽ được đưa qua bể khử trùng để loại bỏ các vi sinh gây bệnh, hóa chất khử trùng sẽ được châm vào. Nước sau bể khử trùng được lưu tại bể chứa sau xử lý và  một phần thoát ra bên ngoài (nước thải đạt chuẩn cột B theo QCVN 40:2011/BTNMT). Phần còn lại sẽ được đưa về hệ thống keo tụ tạo bông kết hợp lắng 2 và lọc để tái sử dụng cho mục đích rửa củ (nguyên lý hệ thống tái sửu dụng giống như hệ thống keo tụ tạo bông 1 và lắng hóa lý 1).

11. Đảo cỏ nhân tạo

Nguồn nước sau xử lý được dẫn qua ao sinh thái trước khi ra nguồn tiếp nhận. Ao sinh thái có thả bèo và bãi cọc vù chúng có tác dụng xử lý bổ sung đối với các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trước khi điều hoà nguồn nước thải. Điều này làm tăng hiệu quả xử lý, tạo sự ổn định và an toàn cho hệ thống đảm bảo nguồn nước luôn đạt chuẩn trước khi thải ra môi trường.

Ưu điểm công nghệ xử lý nước thải

Stt	Hạng mục	Mô tả
1	Ưu điểm công nghệ	– Phủ HDPE cho các hồ để đạt hiệu quả về chi phí xây dựng, các bể sẽ được phủ HPDE bao gồm: hầm biogas; hồ lắng bùn kỵ khí; hồ thiếu khí; hồi hiếu khí; hồ chứa nước sau xử lý; hồ chứa bùn; hồ chưa nước sạch; – Ứng dụng công nghệ sinh học 3 bậc AAO kết hợp hoá lý cho toàn bộ hệ thống giúp tiết kiệm năng lượng và giảm các chất ô nhiễm đáng kể; – Đường ống phân phối khí 100% inox 304; – Bố trí thiết bị hoạt động luân phiên duy trì tuổi thọ và vẫn duy trì hoạt động khi có sự cố thiết bị; – Quá trình vận hành được thiết lập tự động, dễ dàng thao tác vận hành và bảo trì bảo dưỡng; – Hoá chất thông dụng dễ tìm kiếm trên thị trường.
2	Máy tách rắn lỏng	– Thời gian thu hồi vốn <2 năm. – Năng suất xử lý trên mỗi đơn vị diện tích lớn;Chịu được nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn; – Cấu tạo đơn giản dễ bảo dưỡng; – Thiết kế dòng chảy nhỏ giọt hai chiều đảm bảo công suất hoạt động cao hơn 30% so với các loại thiết bị thông thường; – Không phát sinh chi phí năng lượng vận hành; – Diện tích sàn lắp đặt rất nhỏ, hạn chế về lắp đặt ít.
3	Hầm biogas phủ bạt HDPE	– Thời gian thi công nhanh chóng và thích hợp cho các công trình xử lý nước thải có công suất lớn.Xử lý nước ô nhiễm hữu cơ (COD và BOD) ở nồng độ cao, COD có thể đạt đến >15.000 mg/L. – Phù hợp với môi trường Việt Nam: Hầm Biogas phủ bạt HDPE có độ bền tương đối cao. Do đó mà có thể chịu đựng, chống chọi với điều kiện môi trường của Việt Nam, đặc biệt là vào mùa hè hanh nóng có nhiệt độ tăng cao. – Độ bền cao do chất bạt phủ ở hầm có độ bền cao, có thể sử dụng lên đến 70 năm.Vào mùa lạnh tại các vùng núi phía bắc, khí biogas sẽ được giá nhiệt để làm tăng nhiệt độ nước.
4	Công nghệ sinh học hiếu khí	– Hệ vi sinh xuất xứ Canada bền: các giá thể vi sinh tạo cho màng sinh học một môi trường bảo vệ. Do đó, các hệ vi sinh xử lý dễ được phục hồi; – Mật độ vi sinh cao: mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao hơn so với hệ thống xử lý bằng bể thổi khí thông thường; – Tiết kiệm năng lượng; – Năng suất xử lý cao. – Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%, giúp loại bỏ được Nitơ có trong nước thải; – Dễ vận hành, dễ dàng nâng cấp.
5	Lọc áp lực	– Chi phí đầu tư và vận hành tương đối thấp, giúp tiết kiệm tài chính trong xử lý nước thải. – Dễ dàng thay vật liệu lọc giúp tiết kiệm chi phí bảo trì bảo dưỡng. Không cần phải sử dụng máy bơm mà vẫn có thể đảm nhận tốt vai trò đẩy nước vào trong bể một cách dễ dàng, đơn giản. – Không xảy ra hiện tượng chân không trong lớp lọc, không kéo cát ra bên ngoài theo dòng nước. – Xử lý được khối lượng lớn nước thải, công suất cao, thời gian hoạt động liên tục. – Hệ thống nhỏ gọn tiết kiệm diện tích.
6	Hồ ổn định kết hợp đảo cỏ nhân tạo	– Tăng khả năng xử lý các chất ô nhiễm: TSS, COD, BOD5, TP và TN.  – Tạo cảnh quan sinh thái với hệ thống cây xanh, tiểu cạnh được bố trí xen kẽ dọc theo các trạm xử lý nước.  – Đảm bảo nước sau xử lý luôn đạt chuẩn trước khi xa ra nguồn tiếp nhận.
7	Hệ thống tủ điện tự động	– Được lập trình theo yêu cầu công nghệ, đáp ứng thời gian thực. – Đo lường và điều khiển chính xác giúp tiết kiệm chi phí hoá chất. – Chương trình linh hoạt tránh tình trạng thiết bị chạy/dừng liên tục đảm bảo tuổi thọ của thiết bị. – Lắp đặt thiết bị hoạt động song song khi thiết bị có sự cố thì tự động chuyển sang thiết bị khác.

Ebook công nghệ xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn

Với 20 năm hoạt động trong lĩnh vực môi trường, đội ngũ ARES biên soạn Ebook này với mong muốn đồng hành hỗ trợ Chủ doanh nghiệp ngành sản xuất tinh bột sắn dây trong khi quyết định đầu tư hướng đến tối ưu chi phí vận hành nhưng vẫn đảm bảo tuân thủ đúng quy định của pháp luật Việt Nam và hướng đến phát triển bền vững.

---