Nước thải tinh bột sắn - Nguồn gốc, đặc điểm và cách xử lý

Nước thải tinh bột sắn là nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất tinh bột từ củ sắn. Quá trình sản xuất tinh bột sắn bao gồm các giai đoạn như rửa, nghiền, tách bột và làm sạch. Mỗi giai đoạn này đều tạo ra một lượng lớn nước thải chứa nhiều chất hữu cơ và các chất khác. Để xử lý nước thải tinh bột sắn, các bạn có thể tham khảo quy trình xử lý trong bài viết này của Đông Á.

Nguồn gốc phát sinh nước thải tinh bột sắn

Nước thải tinh bột sắn chủ yếu phát sinh từ quá trình rửa củ và tách tinh bột:

Giai đoạn rửa củ

Nnước thải thải ra có độ pH dao động từ 5 - 5,6. Vì loại bỏ các chất bẩn bám trên bề mặt vỏ củ mà hàm lượng SS trong nước thải ở giai đoạn này cũng rất cao, khoảng từ 220 – 3.389 mg/l. Nước thải thường đục, có mùi hôi và chua. Hàm lượng chất hữu cơ thì tương đối thấp, khoảng từ 324 – 519 mg/l.

Giai đoạn tách tinh bột

Nước thải có độ pH dao động từ 4,9 - 5,7, tổng COD từ 7.000 – 14.234 mg/l và COD (nhu cầu oxy hóa học) hòa tan từ 3.974 – 9.993 mg/l, BOD (nhu cầu oxy sinh học) từ 6.200 – 13.200 mg/l và hàm lượng SS (chất rắn lơ lửng) dao động từ 500 – 3.080 mg/l. Tổng hàm lượng phospho dao động từ 10 - 45 mg/l còn CN– từ 19 - 28 mg/l.

Các chất dinh dưỡng trong giai đoạn tách tinh bột sắn cũng khá cao với hàm lượng N-NH₃ từ 45 - 71 mg/l, còn N-org thì từ 90-367 mg/l.

Chính vì những điều này mà việc xử lý nước thải tinh bột sắn là việc làm rất cần thiết.

Đặc điểm nước thải tinh bột sắn là gì?

Nước thải tinh bột sắn có những đặc trưng sau:

Hàm lượng chất hữu cơ cao: Nước thải tinh bột sắn chứa nhiều chất hữu cơ như tinh bột dư thừa, đường, protein và các hợp chất hữu cơ khác. Chỉ số COD và BOD thường rất cao, phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ.
Chất rắn lơ lửng (TSS): Nước thải chứa nhiều chất rắn lơ lửng, bao gồm các hạt tinh bột, sợi sắn và các chất cặn bã khác. Hàm lượng TSS cao có thể làm tăng độ đục của nước.
Chất dinh dưỡng: Nước thải có thể chứa lượng lớn các chất dinh dưỡng như nitơ (N) và photpho (P) do các hợp chất protein và photphat từ củ sắn.
Độ pH: Độ pH của nước thải tinh bột sắn thường dao động trong khoảng từ 4.5 - 6.5, có thể hơi axit do các hợp chất hữu cơ phân hủy và lên men.
Màu sắc và mùi: Nước thải thường có màu đục hoặc màu nâu và có mùi hôi khó chịu, đặc biệt khi các chất hữu cơ trong nước thải bị phân hủy kỵ khí, tạo ra các khí như amoniac và hydrogen sulfide.
Chất độc hại: Ngoài các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng, nước thải có thể chứa các hợp chất hóa học độc hại nếu các chất phụ gia hoặc hóa chất xử lý được sử dụng trong quá trình sản xuất.
Vi sinh vật: Nước thải có thể chứa một lượng lớn vi sinh vật, bao gồm vi khuẩn và nấm men, từ quá trình lên men và phân hủy hữu cơ.
Nước thải còn có thể chứa chất độc xyanua tồn tại trong nước ở dạng HCN-. Đây là một chất độc gây nguy hiểm cho con người và sinh vật, khiến cho quá trình phân hóa của hệ thần kinh bị ảnh hưởng.

Tác động của nước thải tinh bột sắn đến môi trường

Nước thải tinh bột sắn có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường nếu không được xử lý đúng cách. Các tác động này bao gồm:

Ô nhiễm nước mặt và nước ngầm

Nước thải chưa xử lý có chứa nhiều chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng và chất dinh dưỡng như nitơ và photpho. Những chất này có thể làm ô nhiễm các nguồn nước mặt (như sông, hồ) và nước ngầm. Điều này có thể làm giảm chất lượng nước, ảnh hưởng đến đời sống của các sinh vật thủy sinh và gây hại cho con người nếu sử dụng nước bị ô nhiễm.

Gây mùi hôi thối

Chất hữu cơ trong nước thải có thể bị phân hủy kỵ khí (thiếu oxy) tạo ra các hợp chất như metan, amoniac và hydrogen sulfide, gây ra mùi hôi khó chịu. Mùi hôi này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng không khí mà còn gây khó chịu cho cư dân xung quanh khu vực sản xuất.

Eutrophication (phù dưỡng hóa)

Chất dinh dưỡng như nito và photpho trong nước thải có thể thúc đẩy sự phát triển quá mức của tảo và thực vật thủy sinh khi xả vào các nguồn nước tự nhiên. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng phù hóa dưỡng, gây thiếu oxy trong nước, suy giảm chất lượng nước và làm chết các sinh vật thủy sinh.

Ảnh hưởng đến hệ sinh vật thủy sinh

Nước thải tinh bột sắn gây ô nhiễm môi trường nước

Sự thay đổi đột ngột về chất lượng nước do nước thải chưa xử lý có thể ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh. Độ pH của nước thải quá thấp sẽ ức chế sự phát triển của vi sinh vật tự nhiên trong nước, khiến nguồn nước tiếp nhận mất khả năng làm sạch tự nhiên. Không những thế, nước có tính axit sẽ có tính ăn mòn, làm mất cân bằng trao đổi chất tế bào, ức chế sự phát triển bình thường sinh vật sống. Các sinh vật sống trong nước có thể bị chết hoặc bị ảnh hưởng đến khả năng sinh sản, gây mất cân bằng hệ sinh thái.

Chi tiết quy trình xử lý nước thải tinh bột sắn

Quy trình xử lý nước thải tinh bột sắn sẽ diễn ra như sua:

Bể gom

Nước thải tinh bột sắn từ các quá trình sản xuất sẽ được thu gom về bể tiếp nhận nước thải. Trước khi vào bể gom, nước thải sẽ được cho qua song chắn rác đặt trong bể gom để loại bỏ hết các rác lớn có kích thước lớn hơn 10mm, tránh gây tắc nghẽn đường ống và hệ thống xử lý nước thải.

Bể Biogas

Trước khi chảy qua bể kỵ khí (biogas), nước thải từ bể gom sẽ được bơm qua thiết bị tách rác tinh dạng trống quay (kích thước khe hở là 2mm) để loại bỏ tiếp rác thải có kích thước nhỏ.

Bể biogas giúp phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong điều kiện kị khí nhờ các vi sinh vật thuộc nhóm vi khuẩn metan. Quá trình này sẽ diễn ra theo 2 giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: Thủy phân các chất hữu cơ cao phân tử thành các axit hữu cơ, CO₂ và H₂ dưới tác động của enzym cellulosase.
Giai đoạn 2: Các axit hữu cơ, CO₂ và H₂ tiếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn metan theo các phản ứng sau:

CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O

CO + 3H₂ → CH₄ + H₂O

4CO + 2H₂ → CH₄ + 3CO₂

4HCCOH → 3CO₂ + 3H₂O + CH₄

4CH₃OH → CO₂ + 2H₂O + 3CH₄

CH₃COOH → H₂O + CH₄

Bể điều hòa

Nước thải sau khi được xử lý tại bể kỵ khí sẽ được dẫn tới bể điều hòa. Nhiệm vụ của bể này là điều hòa lưu lượng và nồng độ chất hữu cơ trong nước thải, tránh gây hiện tượng quá tải vào giờ cao điểm và thời điểm mà lượng nước gia tăng đột ngột.

Hệ thống sục khí trong bể điều hòa sẽ làm nước thải bị xáo trộn đều, tránh sự lắng cặn trong bể cũng như tránh hiện tượng phân hủy kỵ khí tạo mùi hôi. Để bơm nước thải sang bể thiếu khí (Anoxic), 2 bơm chìm được lắp trong bể điều hòa sẽ hoạt động luân phiên nhau.

Bể thiếu khí

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí đem lại hiệu quả cao đối với các chất ô nhiễm BOD, COD và oxy hóa ammonia thành nitrite NO₂^-, sau đó là nitrate NO₃^-. Chất dinh dưỡng được cung cấp theo tỷ lệ BOD:N:P là 100:5:1 để tăng hiệu quả xử lý nito. Quá trình xử lý sinh học này tồn tại đồng thời giữa vùng hiếu khí và thiếu khí là điều kiện thích hợp để các quá trình xử lý nito trong nước thải xảy ra. Quá trình xử lý N diễn ra như sau:

Quá trình nitrat hóa

NH₄⁺+ 1,863O₂ + 0,098CO₂ → 0,0196C₅H₇O₂N + 0,98NO₃^- +1,98H⁺ + 0,0941H₂O

Quá trình khử nitrat

CHONS + NO₃^- → N₂ + CO₂ + C₅H₇O₂N + OH^- + H₂O

Nitrat được sinh ra từ quá trình nitrat hóa trong điều kiện hiếu khí sẽ được khuếch tán sang vùng thiếu khí cùng với các cơ chất, tạo điều kiện thích hợp cho quá trình khử nitrat diễn ra trong cùng một bông bùn. Sự kết hợp của quá trình nitrat hóa và khử nitrat giúp làm giảm nồng độ nitơ trong nước thải.

Không chỉ giúp khử nito, bể thiếu khí còn giúp chống lại hiện tượng bùn nổi do vi khuẩn dạng sợi gây ra.

Bể sinh học hiếu khí

Xử lý nước thải tinh bột sắn

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

Các tạp chất hữu cơ hòa tan, không hòa tan còn lại sau khi xử lý thiếu khí tiếp tục được xử lý và chuyển hóa thành dạng bông bùn sinh học. Các máy thổi khí hoạt động luân phiên sẽ cung cấp oxi cho bể sinh học. Lượng khí cung cấp sẽ giúp các vi sinh vật hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ thành nước và cacbonic, chuyển hóa nito hữu cơ và amonia thành nitrat NO₃-.

Bên cạnh quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ thành khí CO₂ và nước, vi khuẩn hiếu khí Nitrisomonas và Nitrobater còn oxy hóa NH₃ thành NO₂^- và cuối cùng NO₃^-.

Bể lắng bùn sinh học

Bể lắng sinh học được thiết kế để tạo môi trường tĩnh cho bông bùn lắng xuống đáy bể và được gom vào trung tâm nhờ hệ thống gom bùn lắp đặt dưới đáy bể. Bùn sau khi lắng có hàm lượng SS là khoảng 8.000 mg/l, một phần sẽ tuần hoàn trở lại bể sinh học để giữ ổn định mật độ vi khuẩn trong đó, đồng thời ổn định nồng độ MLSS về khỏag 3000 mg/l. Độ ẩm bùn lúc này sẽ dao động trong khoảng 98.5 - 99.5%.

Vì bùn sinh học khó lắng hơn bùn hoá lý nên bể lắng bùn sinh học sẽ có kích thước lớn hơn. Phần nước trong sau lắng sẽ được thu lại bằng hệ máng thu nước đã được bố trí trên bề mặt bể, sau dpds được dẫn sang bể keo tụ tạo bông để thực hiện tiếp quá trình keo tụ tạo bông bậc.

Xử lý bùn

Lượng bùn vi sinh phát sinh trong quá trình xử lý sinh học và xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ cũng sẽ được thu gom và đưa về bể chứa nước mũ.

Đó là một quy trình xử lý nước thải tinh bột sắn mà bạn đọc có thể tham khảo. Các biện pháp này giúp giảm bớt tác động tiêu cực của nước thải tinh bột sắn đối với môi trường và có thể tái sử dụng nước sau khi xử lý.