Tóm tắt đồ án "Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Ngành Mía Đường"

Tài liệu này trình bày một phân tích sâu sắc về vấn đề ô nhiễm do nước thải từ ngành công nghiệp mía đường tại Việt Nam và đề xuất một giải pháp xử lý toàn diện. Ngành mía đường, dù chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế, nhưng đang là một nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, chủ yếu do công nghệ sản xuất lạc hậu, thiết bị cũ kỹ và tình trạng thiếu vắng các hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn.

Nước thải từ các nhà máy đường có đặc tính phức tạp, nổi bật với hàm lượng chất hữu cơ (BOD, COD), chất rắn lơ lửng và đường rất cao và dao động lớn. Khi xả thẳng ra môi trường, dòng thải này gây suy giảm oxy hòa tan nghiêm trọng, tạo mùi hôi thối, phá hủy hệ sinh thái thủy sinh và gây thiệt hại kinh tế do thất thoát đường.

Để giải quyết vấn đề này, một quy trình công nghệ xử lý nước thải đa bậc đã được thiết kế với mục tiêu đưa chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại B (TCVN 5945-1995). Trọng tâm của giải pháp là sự kết hợp giữa hai công nghệ sinh học tiên tiến:

1. Xử lý Kỵ khí Sơ bộ: Sử dụng bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) để xử lý hiệu quả nguồn nước thải có tải lượng COD đầu vào rất cao (lên đến 7000 mg/l), giúp giảm tải đáng kể cho các công đoạn xử lý phía sau và thu hồi khí biogas làm năng lượng.

2. Xử lý Hiếu khí Triệt để: Sử dụng bể Aerotank bùn hoạt tính để oxy hóa và loại bỏ gần như hoàn toàn lượng chất hữu cơ còn lại, đảm bảo chất lượng nước đầu ra đáp ứng các quy định nghiêm ngặt về môi trường.

Tài liệu cung cấp đầy đủ các thông số thiết kế, cơ sở tính toán kỹ thuật chi tiết cho từng công trình đơn vị, và một bản ước tính chi phí đầu tư xây dựng và thiết bị, cho thấy tính khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế của dự án. Giải pháp này không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành mía đường Việt Nam.

--------------------------------------------------------------------------------

1. Bối Cảnh và Vấn Đề

1.1. Tầm Quan Trọng Kinh tế và Thách thức Môi trường

Ngành công nghiệp mía đường chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước với sản lượng đạt 700.000 tấn đường vào năm 1998. Trong những năm gần đây, ngành đã có những bước tiến trong việc đầu tư công nghệ và thiết bị hiện đại để nâng cao chất lượng sản phẩm.

Tuy nhiên, song song với sự phát triển là những thách thức nghiêm trọng về môi trường. Nước thải từ ngành này luôn chứa một lượng lớn các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học (hợp chất của cacbon, nitơ, phốt pho), gây mùi hôi thối và làm ô nhiễm nặng nề nguồn nước tiếp nhận.

1.2. Hiện trạng Công nghệ tại Việt Nam

Nhìn chung, ngành đường của Việt Nam còn khá lạc hậu so với thế giới.

• Thiết bị: Hầu hết thiết bị sản xuất đều cũ kỹ, chắp vá, thường xuyên gặp sự cố kỹ thuật và bị rò rỉ, dẫn đến khối lượng nước thải phát sinh rất lớn.

• Thiếu hệ thống xử lý: Phần lớn các nhà máy đường, đặc biệt là các cơ sở sản xuất nhỏ, chưa có hệ thống xử lý nước thải. Nước thải thường được xả thẳng ra môi trường.

• Các nguồn ô nhiễm khác: Ngoài nước thải, ngành mía đường còn gây ô nhiễm từ các nguồn khác như bụi khói lò hơi, bùn lọc, và khí thải từ các tháp phản ứng.

1.3. Tác động Môi trường của Nước thải Chưa qua Xử lý

Việc xả thải trực tiếp đã và đang gây ra những hậu quả nghiêm trọng:

• Suy kiệt Oxy: Lượng đường và chất hữu cơ cao trong nước thải khi bị vi sinh vật phân hủy sẽ làm cạn kiệt oxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng đến sự sống của các loài thủy sinh.

• Ô nhiễm thứ cấp: Các chất rắn lơ lửng, chủ yếu là vô cơ, lắng xuống đáy nguồn nước, tạo thành lớp bùn dày. Quá trình phân hủy kỵ khí lớp bùn này sinh ra các khí độc như H2S, CO2, CH4, làm nước có màu đen và mùi hôi thối.

• Phá hủy hệ sinh thái: Nhiệt độ cao của nước thải cũng ức chế hoạt động của vi sinh vật trong nước. Một trường hợp điển hình được ghi nhận là tình trạng ô nhiễm tại Rạch Bà Lụa (Bình Dương) do Nhà máy đường Bình Dương gây ra, khiến thực vật nước không phát triển được và một số loài thủy sinh bị chết.

Biện pháp hữu hiệu nhất là quản lý tốt quy trình sản xuất và áp dụng các quy trình xử lý nước thải triệt để trước khi xả ra môi trường.

2. Phân Tích Nguồn Thải và Đặc Trưng Nước Thải

2.1. Nguồn Gốc và Phân Loại

Nước thải phát sinh từ nhiều công đoạn trong quy trình sản xuất đường thô và tinh luyện, bao gồm:

• Khu ép mía: Nước dùng để ngâm ép đường và làm mát ổ trục, có chỉ số BOD cao và chứa dầu mỡ.

• Rửa lọc, làm mát, rửa thiết bị và sàn: Nước rửa lọc có lưu lượng nhỏ nhưng BOD và chất lơ lửng cao. Nước làm mát có lưu lượng lớn, thường nhiễm bẩn một số chất hữu cơ bay hơi. Nước rò rỉ và rửa sàn có lưu lượng thấp nhưng BOD rất cao.

• Khu lò hơi: Nước thải được xả định kỳ, có đặc điểm là chất rắn lơ lửng cao, BOD thấp và mang tính kiềm.

Dựa trên mức độ ô nhiễm, nước thải có thể được phân thành 3 nhóm:

• Nhóm A: Độ nhiễm bẩn không cao, chủ yếu chứa chất lơ lửng vô cơ.

• Nhóm B: Chứa nhiều chất hữu cơ, cần được tách riêng để xử lý triệt để.

• Nhóm C: Nước ngưng tụ không bị nhiễm bẩn, có thể dùng để pha loãng nước thải sau xử lý.

2.2. Đặc Trưng Thành Phần Nước Thải

Đặc trưng lớn nhất của nước thải nhà máy đường là có giá trị BOD cao và dao động nhiều. Các thông số ô nhiễm chính của nước thải tổng hợp đầu vào hệ thống xử lý được tổng kết như sau:

Stt	Chỉ tiêu	Đơn vị	Giá trị đầu vào	Tiêu chuẩn xả thải (Loại B)
1	pH	-	7,5 - 8	5,5 - 9
2	SS (Chất rắn lơ lửng)	mg/l	1250	100
3	BOD5 (Nhu cầu oxy sinh hóa)	mg/l	5000	50
4	COD (Nhu cầu oxy hóa học)	mg/l	7000	100
5	N (Tổng Nitơ)	mg/l	16,4	60
6	P (Tổng Phốt pho)	mg/l	7,5	6

Ngoài ra, trong nước thải còn có thất thoát một lượng đường khá lớn, các chất tạo màu, các axit hữu cơ và các chất vô cơ khác.

3. Công Nghệ Xử Lý Đề Xuất

3.1. Lựa chọn Công nghệ

Dựa trên đặc tính nước thải có nồng độ chất hữu cơ rất cao, một quy trình xử lý sinh học kết hợp được lựa chọn. Giữa hai phương án sử dụng bể Aerotank và bể Biofilter, phương án sử dụng bể Aerotank được đánh giá là khả thi hơn do yêu cầu về diện tích mặt bằng xây dựng nhỏ hơn.

3.2. Sơ đồ và Thuyết minh Quy trình

Nước thải sản xuất được dẫn theo đường riêng ra hệ thống xử lý tập trung, đi qua các công đoạn sau:

1. Song chắn rác: Giữ lại các tạp chất có kích thước lớn như bã mía.

2. Bể lắng cát: Loại bỏ cát và các chất rắn vô cơ nặng.

3. Hầm tiếp nhận: Thu gom nước thải trước khi bơm lên các công trình tiếp theo.

4. Bể điều hòa: Điều hòa lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm, đảm bảo dòng thải vào hệ thống xử lý sinh học được ổn định. Bể được sục khí để xáo trộn và làm thoáng sơ bộ.

5. Bể lắng 1: Loại bỏ một phần chất rắn lơ lửng (SS) và chất hữu cơ (BOD5, COD), tạo điều kiện thuận lợi cho công đoạn xử lý sinh học phía sau.

6. Bể kỵ khí UASB: Đây là công trình xử lý chính cho giai đoạn đầu. Vi sinh vật kỵ khí trong bể sẽ phân hủy phần lớn chất hữu cơ có nồng độ cao, chuyển hóa thành khí sinh học (biogas).

7. Bể hiếu khí Aerotank: Nước thải sau khi qua bể UASB tiếp tục được đưa sang bể Aerotank. Tại đây, vi sinh vật hiếu khí trong bùn hoạt tính, với sự cung cấp oxy liên tục, sẽ phân hủy triệt để các chất hữu cơ còn lại.

8. Bể lắng 2: Tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải. Một phần bùn được tuần hoàn trở lại bể Aerotank, phần bùn dư được đưa đi xử lý.

9. Bể khử trùng: Nước trong sau khi ra khỏi bể lắng 2 được khử trùng bằng Clo để tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.

10. Xử lý bùn: Bùn dư từ các bể lắng được đưa đến bể chứa bùn, sau đó được làm đặc bằng bể nén bùn trọng lực và làm khô bằng máy ép bùn băng tải, tạo thành bánh bùn có thể dùng làm phân bón hoặc chôn lấp hợp vệ sinh.

4. Thông Số Thiết Kế và Tính Toán Kỹ Thuật

Hệ thống được thiết kế để xử lý lưu lượng nước thải Q = 800 m³/ngày đêm, với các thông số ô nhiễm đầu vào như đã nêu ở Bảng trên, và đầu ra đạt tiêu chuẩn loại B (TCVN 5945-1995).

4.1. Hiệu quả Xử lý Dự kiến

• Bể UASB: Hiệu quả xử lý COD đạt 82,5%, giảm nồng độ COD từ 4000 mg/l xuống còn 700 mg/l.

• Bể Aerotank: Hiệu quả xử lý BOD5 hòa tan đạt 95%.

• Toàn hệ thống: Hiệu quả xử lý BOD5 tổng cộng đạt 90%, giảm từ 5000 mg/l xuống dưới 50 mg/l.

4.2. Tóm tắt Kích thước các Công trình chính

Các công trình đơn vị chính trong hệ thống được tính toán và thiết kế với các thông số cơ bản sau:

Công Trình	Số lượng	Kích thước / Thể tích	Ghi chú
Bể UASB	2	5m x 5m x 7,5m (mỗi bể)	Tổng thể tích thực 375 m³
Bể Aerotank	1	15,3m x 4m x 4,4m	Thể tích 269,5 m³
Bể Điều Hòa	1	8m x 5m x 5,5m	Thể tích 200 m³ (thời gian lưu 6 giờ)
Bể Lắng I	1	Đường kính 5,7m, cao 4,2m	Thể tích lắng 73,4 m³
Hố thu (Hầm bơm)	1	2,2m x 2,2m x 2,5m	Thể tích 10 m³

5. Ước Tính Chi Phí và Kết Luận

5.1. Phân Tích Chi Phí

Chi phí đầu tư dự kiến cho việc xây dựng và lắp đặt toàn bộ hệ thống xử lý nước thải được ước tính như sau:

Hạng mục	Thành tiền (VNĐ)
Chi phí Xây dựng	1.277.400.000
Chi phí Thiết bị	234.500.000
Chi phí Phát sinh	75.595.000
Tổng cộng	1.579.495.000

5.2. Kết Luận

Nước thải ngành mía đường với đặc trưng là nồng độ chất hữu cơ rất cao đòi hỏi một hệ thống xử lý sinh học mạnh mẽ và hiệu quả.

• Công nghệ đề xuất kết hợp giữa bể UASB và bể Aerotank đã được chứng minh là có khả năng xử lý triệt để các chất ô nhiễm, đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép.

• Việc thiết kế và vận hành đúng kỹ thuật, đặc biệt là việc cung cấp đủ oxy cho bể Aerotank và duy trì trạng thái lơ lửng của bùn trong bể UASB, là yếu tố quyết định đến hiệu quả của toàn hệ thống.

• Đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải là một yêu cầu cấp thiết không chỉ để tuân thủ các quy định về môi trường mà còn để đảm bảo sự phát triển bền vững cho ngành mía đường, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và cộng đồng xung quanh. Hơn nữa, việc xử lý chất thải còn mở ra cơ hội tái tạo tài nguyên, như sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ bã bùn, một mô hình đã được áp dụng thành công tại Nhà máy đường Sóc Trăng.
https://drive.google.com/file/d/1Ci4I4UYHqaIqRpqJ8HnYSpf9t70rjQuA/view?usp=sharing