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

Nguồn gốc nước thải tinh bột sắn

Nguồn gốc nước thải tinh bột sắn

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

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

• Giai đoạn tách tinh bột

Nước thải có độ pH từ 4,9 – 5,7, COD tổng từ 7.000 – 14.234 mg/l và COD hòa tan (nhu cầu oxy hóa học) từ 3.974 – 9.993 mg/l, BOD (nhu cầu oxy sinh học). nghiên cứu) từ 6.200 – 13.200 mg/l và hàm lượng SS (chất rắn lơ lửng) dao động từ 500 – 3.080 mg/l. Hàm lượng phốt pho tổng số dao động từ 10 – 45 mg/l và 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, N-org từ 90-367 mg/l.

Chính vì những lý do trên nên việc xử lý nước thải tinh bột sắn là rất cần thiết.

Nước thải tinh bột sắn có đặc điểm gì?

Nước thải tinh bột sắn có những đặc điểm 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 cặn khác. Mức TSS cao có thể làm tăng độ đục của nước.
• Chất dinh dưỡng: Nước thải có thể chứa một lượng lớn chất dinh dưỡng như nitơ (N) và phốt pho (P) do các hợp chất protein và photphat có trong củ sắn.
• pH: Độ pH của nước thải tinh bột sắn thường dao động trong khoảng 4,5 – 6,5, có thể mang tính axit nhẹ do quá trình phân hủy và lên men các hợp chất hữu cơ.
• Màu sắc, mùi hôi: Nước thải thường có màu đục hoặc nâu và có mùi khó chịu, nhất là khi các chất hữu cơ trong nước thải bị phân hủy yếm khí tạo ra các loại khí như amoniac, hydro sunfua.
• 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 sử dụng phụ gia hoặc hóa chất xử lý trong quá trình sản xuất.
• Vi sinh vật: Nước thải có thể chứa một lượng lớn vi sinh vật, bao gồm cả vi khuẩn và nấm men, từ quá trình lên men và phân hủy hữu cơ.
• Nước thải còn có thể chứa xyanua tồn tại trong nước dưới dạng HCN-. Đây là chất độc hại gây nguy hiểm cho con người và động vật, ảnh hưởng đến quá trình biệt hóa của hệ thần kinh.

Ảnh hưởng của nước thải tinh bột sắn tới 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. Những tác động này bao gồm:

• Ô nhiễm nước mặt và nước ngầm

Nước thải chưa qua xử lý chứa nhiều chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng và chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho. Những chất này có thể gây ô nhiễm 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 dưới nước và gây hại cho con người nếu sử dụng nước bị ô nhiễm.

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

• Hiện tượng phú dưỡng (eutrophication)

Các chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho trong nước thải có thể thúc đẩy sự phát triển quá mức của tảo và thực vật thủy sinh khi thải vào nguồn nước tự nhiên. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, gây thiếu oxy trong nước, làm giảm chất lượng nước và giết chết các sinh vật dưới nước.

• Ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh

Nước thải tinh bột sắn gây ô nhiễm môi trường nước

Những thay đổi đột ngột về chất lượng nước do nước thải chưa được xử lý có thể ảnh hưởng đến hệ sinh thái dưới nước. Nếu độ pH của nước thải quá thấp sẽ ức chế sự phát triển của các vi sinh vật tự nhiên trong nước, khiến nguồn nước tiếp nhận mất khả năng làm sạch tự nhiên. Không những vậy, nước có tính axit sẽ có tính ăn mòn, gây mất cân bằng trong quá trình trao đổi chất của tế bào, ức chế sự phát triển bình thường của sinh vật sống. Các sinh vật sống trong nước có thể chết hoặc khả năng sinh sản của chúng bị ảnh hưởng, 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 được tiến hành như sau:

Bể thu gom

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

Bể khí sinh học

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

Bể biogas giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện kỵ 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 axit hữu cơ, CO2 và H2 dưới tác dụng của enzyme xenluloza.
• Giai đoạn 2: Các axit hữu cơ, CO2 và H2 tiếp tục bị vi khuẩn metan tác động 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

Bình điều hòa

Nước thải sau khi xử lý tại bể kỵ khí sẽ được dẫn về bể điều hòa. Nhiệm vụ của bể này là điều tiết lưu lượng và nồng độ chất hữu cơ trong nước thải, tránh tình trạng quá tải vào những giờ cao điểm và những thời điểm lượng nước tăng đột ngột.

Hệ thống sục khí trong bể điều hòa sẽ trộn đều nước thải, tránh lắng cặn trong bể cũng như tránh phân hủy kỵ khí tạo mùi hôi. Để bơm nước thải vào bể anoxic, 2 máy bơm chìm lắp đặt trong bể điều hòa sẽ luân phiên hoạt động.

Bể thiếu không khí

Xử lý sinh học hiếu khí có hiệu quả cao chống lại các chất ô nhiễm BOD và COD và oxy hóa amoniac thành nitrit NO2-, sau đó là nitrat NO3-. Các chất dinh dưỡng được cung cấp với tỷ lệ BOD:N:P là 100:5:1 để tăng hiệu quả xử lý nitơ. Quá trình xử lý sinh học này tồn tại đồng thời giữa vùng hiếu khí và vùng thiếu khí, là điều kiện thích hợp để quá trình xử lý nitơ trong nước thải diễn ra. Quá trình xử lý N diễn ra như sau:

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

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

Nitrate sinh ra từ quá trình nitrat hóa trong điều kiện hiếu khí sẽ khuếch tán đến vùng thiếu khí cùng với các chất nền, tạo điều kiện thích hợp cho quá trình khử nitrat diễn ra trong cùng một khối bùn. Sự kết hợp giữa quá trình nitrat hóa và khử nitrat giúp giảm nồng độ nitơ trong nước thải.

Không chỉ giúp loại bỏ nitơ, bể anoxic còn giúp ngăn chặn cặn 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 keo có trong nước thải sẽ diễn ra với sự tham gia của các vi sinh vật hiếu khí. Vi sinh vật này tồn tại dưới dạng hỗn hợp bùn hoạt tính với hàm lượng MLSS dao động từ 3000 – 4000 mg/l sử dụng chất nền trong nước thải để sinh trưởng và phát triển. Quần thể vi sinh vật hình thành sẽ bị loại bỏ trong bể lắng. Hiệu suất loại bỏ BOD ở đây có thể đạt tới 80 – 90%. Bùn sinh ra từ quá trình này sẽ được lắng tại bể lắng.

Các tạp chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan còn lại sau khi xử lý thiếu khí tiếp tục được xử lý và chuyển hóa thành bông cặn sinh học. Máy thổi khí hoạt động luân phiên sẽ cung cấp oxy cho bể sinh học. Khí được cung cấp sẽ giúp các vi sinh vật hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ thành nước và carbon dioxide, đồng thời chuyển hóa nitơ hữu cơ và amoniac thành nitrat NO3-.

Ngoài việc 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 là NO3-.

Bể lắng bùn sinh học

Bể lắng sinh học được thiết kế tạo môi trường tĩnh để bùn lắng xuống đáy bể và được thu gom về trung tâm nhờ hệ thống thu gom bùn được lắp đặt ở đáy bể. Bùn sau khi lắng có hàm lượng SS khoảng 8.000 mg/l, một phần sẽ được tuần hoàn trở lại bể sinh học để giữ mật độ vi khuẩn ở đó ổn định, đồng thời ổn định nồng độ MLSS khoảng 3000 mg/l. Độ ẩm bùn lúc này sẽ dao động trong khoảng 98,5 – 99,5%.

Do bùn sinh học khó lắng hơn bùn lý hóa nên bể lắng bùn sinh học sẽ có kích thước lớn hơn. Nước trong sau khi lắng sẽ được thu gom bằng hệ thống máng thu nước bố trí trên bề mặt bể. Sau đó, dpds sẽ được dẫn đến bể keo tụ để tiếp tục quá trình keo tụ từng bước.

Xử lý bùn

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

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

Xem thêm: Clo là gì? Những ứng dụng nổi bật của Clo trong đời sống hiện nay

Nguyễn Lân Dũng

Giáo sưNguyễn Lân Dũnglà nhà khoa học hàng đầu Việt Nam trong lĩnh vực vi sinh vật học (wiki), với hơn nửa thế kỷ cống hiến cho giáo dục và nghiên cứu. Ông là con trai Nhà giáo Nhân dân Nguyễn Lân, thuộc gia đình nổi tiếng hiếu học. Giáo sư giữ nhiều vai trò quan trọng như Chủ tịch Hội các ngành Sinh học Việt Nam, Đại biểu Quốc hội và đã được phong tặng danh hiệu Nhà giáo Nhân dân năm 2010.