Quy trình xử lý nước thải mía đường đạt chuẩn

Xử lý nước thải mía đường hiện nay tập trung vào việc kết hợp công nghệ sinh học, xử lý nâng cao và tái sử dụng nước theo mô hình tuần hoàn. Điều này không chỉ giúp doanh nghiệp tuân thủ quy chuẩn môi trường, mà còn mở ra cơ hội tiết kiệm chi phí

Ngồn gốc nước thải ngành mía đường

Ngành mía đường là một trong những ngành công nghiệp nông sản quan trọng của Việt Nam, đóng góp lớn vào chuỗi giá trị nông nghiệp và tạo việc làm cho hàng trăm nghìn lao động. Tuy nhiên, song song với sự phát triển đó, vấn đề xử lý nước thải mía đường đang trở thành thách thức lớn đối với môi trường.

Đặc điểm nước thải ngành mía đường:

• Hàm lượng COD, BOD cao → dễ gây thiếu oxy trong nguồn nước tiếp nhận.
• Có tính mùa vụ: chủ yếu phát sinh trong mùa ép mía (4–6 tháng/năm).
• Màu sắc và mùi: nước thải thường có màu sẫm, kèm mùi khó chịu.
  Chỉ số ô nhiễm: hàm lượng BOD rất cao, dao động từ 1.600 – 5.000 mg/L.
• Độ pH: đa phần mang tính axit, nhưng cũng có thể tăng khi có mặt CaCO₃ hoặc dung dịch rửa resin.
• Nhiệt độ: thường cao, gây ức chế hoạt động của nhiều loại vi sinh vật.

Trong quá trình vận hành, nhà máy mía đường có thể phát sinh nước thải từ nhiều khu vực khác nhau, cụ thể như:

• Nước thải sinh hoạt: phát sinh từ khu vực làm việc của nhân viên, phòng vệ sinh, khu căng tin và nhà ăn tập thể.
• Nước thải công nghiệp: chủ yếu đến từ các dây chuyền sản xuất, hoạt động rửa thiết bị và vệ sinh nhà xưởng.
• Nước mưa chảy tràn: cuốn theo bụi bẩn, dầu mỡ hoặc tạp chất từ bãi tập kết nguyên liệu và khuôn viên nhà máy.

Hệ thống xử lý nước thải mía đường & quy chuẩn xả thải 

Để có thể quản lý và xử lý nước thải mía đường một cách hiệu quả, trước tiên cần nắm rõ các công đoạn sản xuất của ngành này cũng như đặc điểm nước thải phát sinh.

Trong nhà máy, quá trình sản xuất đường thường được tiến hành qua nhiều bước liên tiếp, từ nguyên liệu đầu vào cho đến thành phẩm cuối cùng. Một quy trình điển hình sẽ bao gồm: làm sạch mía → ép tách nước mía → tinh chế dịch đường → cô đặc → kết tinh → ly tâm tách mật → sấy khô và đóng gói.

Trong suốt quá trình chế biến đường, lượng nước thải phát sinh mang theo nhiều loại tạp chất khác nhau. Thành phần chính vẫn là các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là cacbon có nguồn gốc từ đường khử (glucose, sucrose). Bên cạnh đó, nước thải cũng chứa một lượng đáng kể nitơ, photpho cùng các chất rắn lơ lửng, phần lớn tồn tại ở dạng vô cơ.

Ngoài ra, màu sắc đặc trưng của nước thải chủ yếu đến từ:

• Các hợp chất hữu cơ không phải đường (axit hữu cơ).
  
• Muối kim loại vô cơ như Na⁺, Si⁴⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ và K⁺.
  
• Nước xả rửa từ hệ thống cột trao đổi ion (resin), vốn chứa nhiều tạp chất màu.
  

Đặc biệt, trong nhiều trường hợp, do thất thoát nguyên liệu nên nước thải còn lẫn một lượng đường khá lớn.

Cần xử lý nước thải mía đường đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2025/BTNMT trước khi xả thải. Để tránh các tác động xấu đến môi trường và sức khỏe con người, sinh vật. Dưới đây là các thông số cơ bản cụ thể:

Giải pháp xử lý nước thải mía đường theo từng nguồn gốc

Trong các nhà máy chế biến đường, hệ thống xử lý nước thải thường được chia thành nhiều hạng mục khác nhau. Một trong số đó là xử lý nước mưa và nước thải sinh hoạt.

Thu gom và thoát nước mưa

• Lượng nước mưa trong khuôn viên nhà máy được dẫn theo độ dốc tự nhiên và tập trung về các hố thu. Các hố này thường xây bằng bê tông cốt thép, bố trí ở gần khu sản xuất và khu vực cơ khí.
  
• Từ hố thu, nước mưa sẽ chảy vào các tuyến mương, cống ngầm bằng bê tông đặt dọc theo tường rào. Sau đó, nước được thoát ra hệ thống kênh mương bên ngoài theo phương pháp tự chảy.

 Cách bố trí này vừa giúp thoát nước nhanh chóng, vừa hạn chế ngập úng trong khu vực sản xuất.

Xử lý nước thải sinh hoạt

• Đối với nước thải sinh hoạt phát sinh từ văn phòng, nhà bảo vệ hoặc khu nhà ở công nhân, giải pháp xử lý phổ biến là sử dụng bể tự hoại 3 ngăn.
  
• Nước thải từ khu vệ sinh và nhà ăn tập thể sẽ được dẫn vào các bể này để xử lý sơ bộ. Cấu trúc bể thường được xây bằng bê tông, có vách ngăn nhằm giữ lại chất rắn và lắng cặn.
  
• Sau khi qua bể tự hoại, nước thải sẽ tiếp tục chảy vào hệ thống xử lý tập trung để được xử lý triệt để trước khi thải ra ngoài môi trường.
  

 Nhờ vậy, lượng nước thải sinh hoạt trong nhà máy được xử lý đạt chuẩn, góp phần bảo vệ môi trường xung quanh.

Công nghệ xử lý tập trung nước thải mía đường

Trong thực tế, các nhà máy mía đường thường áp dụng hệ thống xử lý tập trung để kiểm soát toàn bộ lượng nước thải phát sinh. Để minh họa, có thể xem xét một dây chuyền xử lý nước thải với công suất khoảng 400 m³/ngày.

Công nghệ này được thiết kế theo nhiều giai đoạn, từ xử lý sơ bộ cho đến xử lý sinh học và khử trùng cuối cùng, nhằm đảm bảo nước thải đầu ra đạt chuẩn trước khi xả ra môi trường.

Các bước chi tiết trong quy trình xử lý sẽ được mô tả ở phần tiếp theo.

Mô tả các công nghệ xử lý nước thải mía đường

Hệ thống xử lý nước thải trong nhà máy mía đường được thiết kế theo nhiều công đoạn liên tiếp nhằm loại bỏ tạp chất và giảm thiểu ô nhiễm. Quy trình cơ bản được triển khai như sau:

• Hố bơm: Nước thải từ các khu sản xuất được thu gom vào hố bơm trung tâm. Tại đây, toàn bộ lưu lượng sẽ được bơm chuyển tiếp sang các công đoạn xử lý kế tiếp.
  
• Song chắn rác tinh: Nước thải đi qua lưới chắn bằng inox với khe hở nhỏ (~2mm) để giữ lại rác thô, xơ sợi và tạp chất lớn, bảo vệ các thiết bị phía sau.
  
• Bể lắng cát: Nhiệm vụ của công trình này là loại bỏ cặn vô cơ, đất cát và tạp chất nặng có trong nước thải, giúp giảm tải cho bể xử lý tiếp theo.
  
• Bể điều hòa: Tại đây, lưu lượng và nồng độ nước thải được điều hòa ổn định. Các cánh khuấy hoạt động liên tục để tránh hiện tượng phân hủy kỵ khí gây mùi hôi. Đồng thời, dung dịch NaOH được châm vào để điều chỉnh pH dao động trong khoảng 7,0 – 7,5, tạo điều kiện tối ưu cho vi sinh phát triển.
  
• Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): Đây là công trình kỵ khí quan trọng, nơi các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ thành khí sinh học (biogas) và các hợp chất đơn giản hơn. Phương pháp này giúp giảm mạnh hàm lượng BOD, COD trong nước thải.

Quá trình phân hủy kỵ khí trong xử lý nước thải mía đường:Trong hệ thống xử lý kỵ khí, các công đoạn phân hủy – lắng – tách khí được tích hợp trong cùng một bể, giúp hiệu quả xử lý cao và tiết kiệm diện tích. Quá trình này tạo ra lớp bùn hạt có mật độ vi sinh vật lớn, khả năng lắng nhanh hơn nhiều so với bùn hoạt tính hiếu khí thông thường.

Quy trình kỵ khí diễn ra qua ba giai đoạn chính:

• Giai đoạn 1 – Thủy phân: các hợp chất cao phân tử (protein, tinh bột, chất béo) bị cắt mạch thành những phân tử nhỏ hơn, dễ tan trong nước.
  
• Giai đoạn 2 – Axit hóa: các sản phẩm thủy phân tiếp tục được vi khuẩn chuyển hóa thành các axit hữu cơ dễ bay hơi.
  
• Giai đoạn 3 – Methane hóa: ở bước này, các axit bay hơi được chuyển đổi thành khí sinh học (chủ yếu là CH₄ và CO₂) nhờ nhóm vi sinh vật kỵ khí chuyên biệt.
  

 Các phản ứng điển hình trong giai đoạn methane hóa:

• CH₃COOH → CH₄ + CO₂
  
• 2C₂H₅OH + CO₂ → CH₄ + 2CH₃COOH
  
• CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O

Bể sinh học hiếu khí Aerotank là nơi diễn ra đồng thời hai quá trình: phân hủy các hợp chất hữu cơ và chuyển hóa Nitrat trong điều kiện được cung cấp khí oxy nhân tạo.

Quá trình phân hủy chất hữu cơ

Trong bể Aerotank, các vi sinh vật (VSV) hiếu khí sử dụng oxy để oxy hóa các hợp chất hữu cơ hòa tan trong nước thải. Kết quả, một phần chất hữu cơ được chuyển hóa thành sinh khối vi sinh vật mới, một phần khác thành khí CO₂ và NH₃. Quá trình này có thể mô tả bằng phản ứng:

VSV + C₅H₇NO₂ (chất hữu cơ) + 5O₂ → 5CO₂ + 2H₂O + NH₃ + VSV mới

Quá trình nitrat hóa

Nitrat hóa là quá trình oxy hóa các hợp chất chứa Nitơ. Đầu tiên, Ammonia (NH₄⁺) được oxy hóa thành Nitrit (NO₂⁻), sau đó Nitrit tiếp tục được oxy hóa thành Nitrat (NO₃⁻). Quá trình này diễn ra qua 2 giai đoạn, có sự tham gia của hai nhóm vi sinh vật chính: Nitrosomonas và Nitrobacter.

• Bước 1: Ammonium được Nitrosomonas chuyển thành Nitrit:
  NH₄⁺ + 1.5O₂ → NO₂⁻ + 2H⁺ + H₂O 
• Bước 2: Nitrit được Nitrobacter oxy hóa thành Nitrat:
  NO₂⁻ + 0.5O₂ → NO₃⁻ 

Hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải tạo thành dung dịch gọi là mixed liquor. Sau đó, hỗn hợp này sẽ chảy sang bể lắng để tách nước trong và bùn, hoàn thiện quá trình xử lý sinh học.

Bể lắng bùn sinh học

Bể lắng có vai trò tách riêng phần bùn hoạt tính và nước trong. Nước trong sau đó được dẫn sang bể keo tụ – tạo bông để xử lý tiếp. Lượng bùn lắng ở đáy bể lắng 2 có nồng độ MLSS khoảng 8000 – 12000 mg/L và được chia làm hai dòng: một phần được tuần hoàn trở lại bể Aerotank để duy trì nồng độ vi sinh, phần còn lại đưa sang bể nén bùn để xử lý.

Cụm bể keo tụ – tạo bông

Công đoạn keo tụ nhằm giảm độ đục, loại bỏ màu và cặn lơ lửng trong nước thải. Tại đây, hóa chất PAC được bổ sung và pH được điều chỉnh trước khi nước chảy qua bể tạo bông. Trong bể này, hóa chất trợ keo giúp kết dính và hình thành các bông cặn lớn hơn, dễ dàng tách ra ở công đoạn lắng tiếp theo, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý.

Bể lắng bùn hóa lý

Sau quá trình keo tụ – tạo bông, lượng bùn phát sinh nhiều nên cần bể lắng hóa lý để tách riêng. Bể được thiết kế đặc biệt để giữ các bông bùn lắng xuống đáy, sau đó gom lại bằng hệ thống thu bùn đặt sẵn. Bùn được chuyển về bể chứa bùn, còn phần nước trong phía trên sẽ được thu qua máng răng cưa và dẫn sang bể khử trùng.

Bể khử trùng

Nước thải sau khi lắng cần trải qua bước khử trùng để tiêu diệt vi sinh vật còn sót lại. Thông thường, Clo được sử dụng vì khả năng thẩm thấu qua màng tế bào, phá vỡ hoạt động trao đổi chất và tiêu diệt vi sinh. Sau khi khử trùng, nước đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (cột A) trước khi được xả ra kênh Bắc.

Xử lý bùn

• Trong quá trình sinh học, lượng bùn vi sinh sẽ tăng dần theo thời gian. Khi vi sinh vật phát triển quá mức, khả năng xử lý chất ô nhiễm giảm và một phần vi sinh sẽ chết đi, tạo thành bùn dư. Phần bùn này sẽ được gom và dẫn về bể nén bùn để xử lý.
  
• Ngoài bùn sinh học, hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ – tạo bông cũng sinh ra thêm lượng bùn hóa lý. Bùn này được thu gom riêng và đưa về bể nén để xử lý cùng với bùn sinh học.
  
• Tại bể nén bùn, sau một thời gian lưu, bùn được cô đặc lại để giảm thể tích và tăng nồng độ. Sau đó, bùn được đưa ra sân phơi nhằm tách nước, giúp dễ dàng gom lại và vận chuyển đi xử lý hoặc tiêu hủy theo đúng quy định môi trường.

Đặc điểm hệ thống thu gom và xử lý nước thải tại nhà máy

Toàn bộ nước thải phát sinh trong quá trình sản xuất được gom về bể tiếp nhận, sau đó chảy sang bể điều hòa để ổn định lưu lượng và nồng độ. Từ đây, nước được bơm lên hệ thống xử lý với công suất 400 m³/ngày đêm. Sau xử lý, nước đạt tiêu chuẩn cột A theo QCVN 40:2025/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp và được xả an toàn ra kênh tiếp nhận.