Công nghệ xử lý nước thải mía đường

Ngành công nghiệp mía đường Việt Nam: Tiềm năng và thách thức môi trường và những công nghệ xử lý nước thải mía đường tân tiến, hiệu quả.

1. Tiềm năng phát triển ngành mía đường tại Việt Nam

Việt Nam, với vị trí địa lý nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có điều kiện thổ nhưỡng và khí hậu vô cùng thuận lợi cho sự phát triển của cây mía. Nhiều vùng đất trải dài từ Bắc vào Nam, đặc biệt là các tỉnh ven biển miền Trung và Đông Nam Bộ, đã trở thành những vùng trồng mía trọng điểm của cả nước. Điều này đã tạo nên một nền tảng vững chắc, đưa ngành sản xuất đường mía trở thành một trong những ngành công nghiệp có tiềm năng phát triển kinh tế to lớn.

Vào những năm cuối thế kỷ 20, cụ thể là năm 1998, ngành mía đường Việt Nam đã đạt sản lượng ấn tượng lên tới 700.000 tấn đường, đáp ứng hiệu quả nhu cầu tiêu dùng nội địa. Tuy nhiên, thời điểm đó, các nhà máy đường phần lớn còn sử dụng các thiết bị và dây chuyền công nghệ cũ kỹ, lạc hậu. Trong những năm gần đây, với sự đầu tư mạnh mẽ vào công nghệ sản xuất hiện đại, các nhà máy đã không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm, tối ưu hóa quy trình và tăng cường năng lực cạnh tranh trên thị trường.

2. Tổng quan về quy trình sản xuất đường mía và các loại chất thải

Quá trình sản xuất đường từ mía là một chuỗi các công đoạn phức tạp, từ khâu tiếp nhận mía nguyên liệu đến ép, làm sạch, cô đặc, kết tinh và cuối cùng là sản phẩm đường hoàn chỉnh. Cùng với quá trình này, một lượng lớn chất thải cũng được tạo ra, bao gồm ba dạng chính: chất thải rắn, khí thải và đặc biệt là nước thải.

• Khí thải: Lượng khí thải phát sinh từ các nhà máy đường không gây ô nhiễm môi trường không khí quá lớn. Nguồn phát thải chính đến từ các lò hơi sử dụng bã mía làm nhiên liệu, hoặc từ quá trình xử lý nước mía bằng SO2 hoặc CO2. Để giảm thiểu ô nhiễm, các nhà máy hiện nay thường trang bị hệ thống cyclone tách bụi ẩm hoặc cyclone thủy lực hiện đại, có hiệu suất tách bụi cao, giúp không khí thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn.
• Chất thải rắn: Các chất thải rắn trong sản xuất đường bao gồm bã mía, tro lò hơi và bùn lọc.
  • Bã mía: Chiếm khoảng 26.8 – 32% lượng mía ép, với độ ẩm khoảng 50%. Đây là nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, được các nhà máy tận dụng triệt để để đốt lò hơi và chạy máy phát điện. Bã mía còn là nguyên liệu quý giá để sản xuất giấy, ván ép và các vật liệu xây dựng khác, góp phần tạo nên một nền kinh tế tuần hoàn trong ngành công nghiệp này.
  • Tro lò hơi: Chiếm khoảng 1.2% lượng bã mía. Thành phần chủ yếu của tro là SiO2 (71-72%), cùng với các khoáng chất khác như Fe2O3, Al2O3, K2O, Na2O, P2O5, CaO, MnO. Kết hợp với bùn lọc, tro lò hơi được dùng để sản xuất phân bón hữu cơ, giúp cải tạo đất và giảm thiểu lượng chất thải ra môi trường.
  • Bùn lọc: Là cặn lắng từ công đoạn làm trong nước mía thô, chiếm 3.82 – 5.07% lượng mía ép. Bùn lọc có độ ẩm cao (75-77%) và chứa nhiều chất hữu cơ, được tái sử dụng để sản xuất phân bón.
• Mật rỉ: Là sản phẩm phụ quan trọng, chiếm khoảng 5% lượng mía ép. Mật rỉ có giá trị kinh tế cao, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cồn, mì chính, nấm men và các sản phẩm lên men khác. Việc tận dụng mật rỉ giúp các nhà máy đường tối ưu hóa lợi nhuận và giảm thiểu chất thải lỏng ra môi trường.

3. Đặc điểm và mức độ ô nhiễm của nước thải mía đường

Trong tất cả các loại chất thải, nước thải từ quá trình sản xuất mía đường được đánh giá là nguồn ô nhiễm nặng nhất và cần phải được xử lý triệt để trước khi xả ra môi trường. Nước thải của ngành này có những đặc điểm nổi bật sau:

• Hàm lượng chất hữu cơ cao: Nước thải mía đường chứa một lượng lớn chất hữu cơ, bao gồm các hợp chất của nito, cacbon, đường (saccharose, glucose, fructose), axit hữu cơ và các chất không đường khác. Những chất này rất dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật, gây ra mùi hôi thối đặc trưng và làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nguồn nước tiếp nhận. Điều này dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái thủy sinh và sức khỏe con người.
• Chất rắn lơ lửng (SS): Nước thải mía đường thường có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao. Phần lớn là chất hữu cơ và vô cơ như đất, cát, vụn mía, cặn bã từ quá trình rửa mía cây. Mặc dù trong điều kiện công nghệ sản xuất hiện đại, chất rắn lơ lửng không đáng kể, nhưng với các thiết bị cũ kỹ, lạc hậu hoặc bị rò rỉ, hàm lượng này có thể tăng cao đột biến.
• Độ pH thấp: Nước thải từ các nhà máy đường thường có tính axit, do sự hiện diện của các axit hữu cơ. Tuy nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt, pH có thể tăng cao do có lẫn CaCO3 hoặc nước xả rửa cột resin.
• Nhiệt độ cao: Nước thải từ các công đoạn làm mát, rửa thiết bị thường có nhiệt độ cao. Khi xả trực tiếp ra môi trường, nhiệt độ cao này có thể gây “sốc nhiệt” cho các sinh vật thủy sinh và làm thay đổi cân bằng sinh thái của nguồn nước.

Theo các khảo sát thực tế, định mức tiêu hao nước trong các nhà máy đường dao động từ 13 – 15 m3/tấn mía ép. Trong đó, nước rửa nhà sàn, nước làm mát, nước vệ sinh thiết bị và nước giặt băng tải tách bùn là những nguồn có hàm lượng chất hữu cơ cao nhất, chiếm khoảng 6 – 10% tổng lượng nước thải mía đường.

4. Các phương pháp xử lý nước thải mía đường hiệu quả

Để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do nước thải mía đường, các nhà máy cần áp dụng các công nghệ xử lý tiên tiến. Có ba phương pháp xử lý chính thường được kết hợp trong một hệ thống xử lý hoàn chỉnh:

• Phương pháp cơ học: Đây là giai đoạn tiền xử lý, nhằm loại bỏ các chất rắn có kích thước lớn và các chất không tan. Các công trình cơ học bao gồm:
  • Song chắn rác và lưới lọc: Giữ lại các vật rắn thô như vụn mía, bã mía, giấy rác, v.v., bảo vệ các thiết bị phía sau.
  • Bể lắng cát: Loại bỏ cát và các hạt rắn có trọng lượng riêng lớn.
  • Bể điều hòa (Bể điều chỉnh lưu lượng): Giúp điều chỉnh lưu lượng và nồng độ chất thải, đảm bảo quá trình xử lý sinh học phía sau diễn ra ổn định.
  • Bể lắng: Lắng các chất rắn lơ lửng có thể lắng được, làm giảm tải trọng ô nhiễm đáng kể cho các công đoạn sau.
• Phương pháp hóa lý: Được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm không thể xử lý bằng phương pháp cơ học, thường là các chất màu, chất keo, chất lơ lửng mịn. Các công nghệ phổ biến bao gồm:
  • Trung hòa: Điều chỉnh độ pH của nước thải về mức trung tính (pH 6.5-8.5), tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hoạt động trong quá trình xử lý sinh học.
  • Keo tụ – Tạo bông: Sử dụng các hóa chất keo tụ (như PAC, phèn) và chất trợ keo tụ (polyme) để kết dính các hạt lơ lửng mịn và chất keo thành các bông cặn lớn hơn, dễ lắng.
  • Hấp phụ: Sử dụng than hoạt tính hoặc các vật liệu hấp phụ khác để loại bỏ các chất màu, mùi và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy.
  • Trao đổi ion: Sử dụng các hạt nhựa trao đổi ion để loại bỏ các ion kim loại nặng hoặc các chất hữu cơ mang điện tích.
• Phương pháp sinh học: Đây là công đoạn xử lý cốt lõi, sử dụng các vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ hòa tan. Tùy thuộc vào điều kiện, có hai phương pháp sinh học chính:
  • Phương pháp hiếu khí: Sử dụng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất hữu cơ khi có mặt oxy. Các công trình hiếu khí phổ biến là bể Aerotank, SBR, MBR. Phương pháp này có hiệu suất xử lý cao, nhưng tiêu tốn nhiều năng lượng cho quá trình cấp khí.
  • Phương pháp kỵ khí: Sử dụng vi sinh vật kỵ khí để phân hủy chất hữu cơ trong môi trường không có oxy. Phương pháp này thường được áp dụng cho nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao, giúp tạo ra khí biogas (khí sinh học) có thể tái sử dụng làm nhiên liệu. Các công nghệ kỵ khí phổ biến là UASB, EGSB.

5. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mía đường điển hình

Một quy trình xử lý nước thải mía đường hoàn chỉnh thường là sự kết hợp của các phương pháp trên để đạt hiệu quả tối ưu. Dưới đây là sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mía đường tham khảo, thể hiện sự phối hợp giữa các công đoạn:

1. Nước thải từ nhà máy: Nước thải mía đường được thu gom từ các nguồn khác nhau trong nhà máy, đưa vào hệ thống xử lý.
2. Hố thu và song chắn rác: Nước thải mía đường đi qua hố thu để tập trung và sau đó qua song chắn rác để loại bỏ các vật rắn có kích thước lớn.
3. Bể lắng cát và tách dầu mỡ: Loại bỏ cát và các chất không tan có trọng lượng riêng lớn, đồng thời tách lớp dầu mỡ nổi trên bề mặt.
4. Bể điều hòa: Nước thải mía đường được bơm vào bể điều hòa để ổn định lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm, chuẩn bị cho quá trình xử lý sinh học.
5. Bể UASB (Kỵ khí): Nước thải mía đường được đưa vào bể kỵ khí (công nghệ UASB) để phân hủy phần lớn chất hữu cơ. Bể này có hiệu suất cao, giúp giảm tải trọng ô nhiễm đáng kể và thu hồi khí biogas.
6. Bể Aerotank (Hiếu khí): Sau khi qua bể UASB, nước thải tiếp tục được xử lý hiếu khí trong bể Aerotank. Tại đây, vi sinh vật hiếu khí sẽ sử dụng oxy để tiếp tục phân hủy các chất hữu cơ còn lại.
7. Bể lắng sinh học: Hỗn hợp bùn và nước từ bể Aerotank được đưa vào bể lắng để tách bùn hoạt tính ra khỏi nước. Bùn lắng sẽ được tuần hoàn lại bể Aerotank để duy trì mật độ vi sinh vật.
8. Bể khử trùng: Nước thải mía đường sau khi qua bể lắng được khử trùng bằng các hóa chất như Javen hoặc tia cực tím để tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh trước khi xả ra môi trường.
9. Nguồn tiếp nhận: Nước thải mía đường sau xử lý đạt chuẩn (thường là cột A theo QCVN 14: 2008/BTNMT) được xả ra nguồn tiếp nhận như sông, hồ, kênh mương.

6. Hiệu quả và tiêu chuẩn xả thải đối với nước thải mía đường

Một hệ thống xử lý nước thải mía đường hiệu quả cần đạt được các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về chất lượng nước đầu ra. Hiệu suất xử lý của các công trình có thể được đánh giá dựa trên các thông số như:

• BOD (Nhu cầu oxy sinh học): Giảm từ 800-1500 mg/l xuống dưới 50 mg/l.
• COD (Nhu cầu oxy hóa học): Giảm từ 1500-2500 mg/l xuống dưới 100 mg/l.
• TSS (Tổng chất rắn lơ lửng): Giảm từ 300-500 mg/l xuống dưới 50 mg/l.
• pH: Điều chỉnh về mức 6.5-8.5.

Các công nghệ xử lý hiện đại, được cải tạo và nâng cấp liên tục, đã giúp nhiều nhà máy đường đạt được chất lượng nước thải sau xử lý loại A theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp mía đường QCVN 14: 2008/BTNMT của Bộ Tài nguyên và môi trường (Nay là Bộ Nông Nghiệp và Môi Trường Việt Nam). Việc tuân thủ nghiêm ngặt quy chuẩn này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn thể hiện trách nhiệm xã hội và cam kết phát triển bền vững của doanh nghiệp.

7. Kết luận

Ngành công nghiệp mía đường tại Việt Nam có tiềm năng phát triển to lớn, nhưng đi kèm với đó là những thách thức về môi trường, đặc biệt là việc xử lý nước thải. Nước thải mía đường chứa hàm lượng chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng và các chất ô nhiễm khác rất cao, đòi hỏi phải có một quy trình xử lý hiệu quả.

Sự kết hợp giữa các phương pháp xử lý cơ học, hóa lý và sinh học trong một hệ thống đồng bộ là giải pháp tối ưu để đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn. Việc đầu tư vào công nghệ xử lý nước thải không chỉ giúp các nhà máy tuân thủ quy định pháp luật mà còn góp phần vào việc bảo vệ nguồn tài nguyên nước và xây dựng một nền sản xuất mía đường thân thiện với môi trường và bền vững trong tương lai.

Để có được công nghệ xử lý nước thải tốt nhất, với chi phí hợp lý và chất lượng nước đầu ra đạt chuẩn, các doanh nghiệp cần tìm đến các công ty môi trường uy tín, có kinh nghiệm chuyên sâu trong lĩnh vực này.

Hiệu suất xử lý của công trình:

Các công nghệ xử lý nước thải mía đường trên đều do công ty môi trường Ngọc Lân chúng tôi tham gia làm mới, cải tạo. Nước thải sau xử lý đều đạt loại A theo QCVN 14: 2008/BTNMT.

Nếu muốn hiểu rõ hơn về nước thải cũng như phương thức xử lý, hãy liên hệ với công ty môi trường Ngọc Lân để có công nghệ xử lý nước thải tốt nhất, giá thành rẻ nhất, chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn.

Hotline : 0905.555.146 / M.r.Hào

Xem thêm:

• Xử lý nước thải nuôi tôm