Đã có rất nhiều nhà môi trường trong và ngoài nước nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột bằng các công nghệ khác nhau như:
JESUITAS (1966) ở Thái Lan lần đầu tiên nghiên cứu xử lý nước thải chứa tinh bột bằng aeroten. Khi nghiên cứu khả năng xử lý trên mô hình thí nghiệm, tác giả thu lượng các chất bẩn hữu cơ theo COD giảm 70% và đã quan sát thấy giá trị pH của nƣớc thải tăng dần tới giá trị trung hoà sau 20 giờ thổi khí. Tác giả đồng thời cũng nghiên cứu sự ảnh hưởng của pH đến chế độ o xy và cho thấy tốc độ tiêu thụ Oxy cao nhất khi pH đạt giá trị 7, lúc đó hiệu quả giảm COD cao hơn 70%.
AZIZ (1969) tiếp tục nghiên cứu công trình của JESUITAS (1966) và phát hiện hiệu quả giảm COD hoà tan có thể đạt tới 96% trong điều kiện tỷ lệ giữa COD: N=20:1, sự bổ sung phốt pho là không cần thiết. Việc dùng K2HPO4 để hiệu chỉnh pH trong quá trình thổi khí mang lại hiệu quả xử lý cao.
TONGKASAME (1968) nghiên cứu xử lý trong các hồ kỵ khí và bể mê tan. Hồ kỵ khí có khả năng giảm các chất bẩn hữu cơ ở giá trị cao nhất khi pH được điều chỉnh trong khoảng giá trị từ 6,5 - 8,0 và phải được bổ xung chất dinh dưỡng. Tác giả đã phát hiện ra được rằng ở tải trọng BOD5 = 0,05kg/m2 - ngđ với thời gian nƣớc lƣu lại trong hồ 16 ngày, BOD5 bị khử là 137 kg/ngđ. Các bể mê tan cho hiệu quả giảm BOD5 thấp hơn trong hồ kỵ khí với cùng tải trọng. Tuy nhiên tác giả đã không xác định được tải trọng tối ưu.
UDIN (1970) đã chỉ ra rằng hiệu quả xử lý của các hồ kỵ khí tăng khi tăng tải trọng BOD5, tuy nhiên với nƣớc thải sản xuất tinh bột thì giá trị pH chính là yếu tố giới hạn tải trọng BOD5 đƣợc xử lý. Tác giả đã tìm thấy với các hồ kỵ kí, khi tải trọng lên tới 0,7 kg/m2 - ngđ thì khả năng giảm BOD5 cao nhất 0,4kg/m2 - ngđ với thời gian nƣớc lƣu lại là 5 ngày trong trường hợp không điều chỉnh giá trị pH và cũng không bổ sung chất dinh dưỡng. Tác giả cũng đồng thời công bố hiệu quả xử lý của các hồ tiếp theo thấp hơn so với cùng loại hồ đó ở bậc đầu tiên. Tải trọng tối ƣu cho các hồ bậc 2 và bậc 3 là 0,73kg/m2 -ngđ và thời gian nƣớc lƣu lại 5 ngày trong trường hợp không điều chỉnh giá trị pH và cũng không bổ sung chất dinh dưỡng. Trong nghiên cứu của UDIN, ở hồ bậc 3, hiệu quả khử BOD5 là 84%. Tuy nhiên BOD5 ở dòng chảy ra vẫn còn khá cao, tác giả đã định ra rằng với hệ thống hồ kỵ khí 5 bậc và sau đó là hồ kỵ khí tuỳ tiện thì hiệu quả giảm BOD5 sẽ đạt giá trị 99%.
WU(1974) đã nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột bằng nấm men Torula. Tác giả đã báo cáo rằng loại nấm này sống thích nghi trong nước thải sản xuất tinh bột và vì vậy BOD5 trong nước thải giảm. Tuy nhiên trong nước thải vẫn còn chứa một lượng bẩn chất hữu cơ cao và cần thiết phải xử lý tiếp tục trước khi xả.
PESCOD (1975) đã nghiên cứu ứng dụng thiết bị lọc sinh học dạng trống quay như một dạng của phương pháp sinh học hiếu khí tốc độ cao để xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn và đã kết luận rằng phương pháp này rất phù hợp trong trường hợp điều kiện đất đai không có. Tuy nhiên phương pháp này cho giá thành cao.
các thí nghiệm đã được tiến hành bằng cách dùng các tế bào hoạt tính có thể tích110 ml và 200 ml, diện tích hoạt tính là 15,2 - 28,7cm3 .
ZEEVALKINK và các cộng sự (1986) đã nghiên cứu xử lý nước thải chứa tinh bột trong mô hình bể lọc kỵ khí với dòng chảy ngược qua bông bùn hoạt tính. Hiệu quả phân huỷ chất bẩn hữu cơ đạt từ 83,6% đến 91,1% với tải trọng chất bẩn nạp vào 5kg COD/m3-ngđ đến 15 kgCOD/m3-ngđ, năng lƣợng thu hồi đƣợc từ quá trình lên men là 163000 MJ/ngđ (tương đương với 25 thùng nhiên liệu). Tuy nhiên cần thiết phải lưu tâm tới các vấn đề sau:
- Sự quá tải của các chất cặn không hoà tan trong các giờ cao điểm. - Sự ức chế hoạt động của vi khuẩn mê tan do ảnh hưởng của nồng độ các chất độc hại có trong sản phẩm tinh bột.
TANTICHAROEN và các cộng sự (1987) đã nghiên cứu xử lý nước thải từ công nghệ sản xuất tinh bột bằng phƣơng pháp lọc kỵ khí. Kết quả cho thấy hiệu quả
giảm COD đạt từ 54% đến 92% với lƣợng khí thu đƣợc tối đa là 2m3 khí/ m3 dung tích bể trong ngày đêm ở tải trọng 3kg COD/m3 - ngđ, thời gian nƣớc lƣu lại là 5 ngày và yêu cầu phải xử lý tiếp tục sau quá trình lọc kỵ khí.
PUETPAIBOON. U (1988) đã nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột bằng lọc kỵ khí với quá trình tách qua màng lọc và đã kết luận rằng nếu dùng UF để xử lý sau lọc kỵ khí thì cho hiệu quả giảm COD là 85% và lƣợng khí thu đƣợc là 0,74 m3/kg COD bị khử với tải trọng chất bẩn hữu cơ là 1,76 kg COD/m3 -ngđ.
RICHARD. F và các cộng sự (1992) đã tiếp tục công trình của BUNCHUEYDEE, 1984 nghiên cứu xử lý nước thải từ quá trình chế biến tinh bột sắn bằng lên men kỵ khí trong điều kiện phòng thí nghiệm để xác định khả năng tạo khí mê tan đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng của vi lượng Cyanua trong vỏ của sắn tới quá trình phân huỷ kỵ khí. Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp lên men kỵ khí các chất thải tinh bột sắn cho hiệu quả giảm COD tới 90% và hoàn toàn có thể được xem như một nguồn thu hồi năng lượng tại chỗ. Các tác giả đồng thời cũng cho biết với lượng cyanua CN = 0,09 ppm trong nước thải hoàn toàn không gây ra những bất lợi trong quá trình lên men. Tuy nhiên vấn đề này còn cần phải nghiên cứu tiếp tục.
Từ 1992 đến nay việc nghiên cứu ứng dụng bể lọc kỵ khí với dòng chảy ngược (UASB) qua bông bùn hoạt tính để xử lý nước thải từ công nghiệp chế biến tinh bột sắn đã được áp dụng ở một số nước khí hậu nhiệt đới như Hồng Kông, Thái Lan, Đài Bắc, Nam Triều Tiên (ENVIROASIA TD)... các bể này được thiết kế với tải trọng từ 5- 15kgCOD/m3 -ngđ, hiệu quả khử CODlà 85% và hàm lƣợng khí mêtan 65%.
A.P.Annachhtre và A.AmoRnkaew đã nghiên cứu khá chi tiết hiệu quả công nghệ xử lý nước thải chế biến tinh hột bằng bể UASB. Dây chuyền thiết bị xử lý gồm: 01 máy bơm nước vào bể, 01 máy bơm tuần hoàn nước thải, 01 bể UASB, 01 thiết bị thu khí. Khí tạo ra được thu và bình nhờ hệ tách khí trên đỉnh bể UASB bình phễu ngược, nƣớc đƣợc đẩy lên với vận tốc 0,45km/h được giữ ổn định đảm bảo sự khuấy trộn lớp cặn ở phần đáy bể. Sau một thời gian thí nghiệm 402 ngày (được chia thành 5 giai đoạn), với phương pháp này tác giả đã nghiên cứu khả năng tách chất Cyanide ra khỏi thành phần nước thải. Cyanide có chứa nhiều trong củ sắn (400 700kg/1kg sắn) và tồn tại dưới dạng Cyanide Glucoside, linamavin, lotaustralin là một chất rất độc hại nhất là đối với động thực vật dưới nước. Trung bình làm lượng CN trong nước thải chế biến tinh bột là 10mg/l, trong khi chỉ cần 01 lượng CN- = 0,3mg/l nước là làm cho cá chết hàng loạt. Phƣơng pháp này đã cho phép tách 93 98% CN ra khỏi dung dịch nƣớc thải (hàm lƣợng CN- ban đầu là 10mg/l), tốc độ sinh khí là 7,5m3/ngày với tốc độ nạp COD là 30 40kg/m3 ngày.
Các nhà khoa học của học viện công nghệ châu Á (AIT) đã nghiên cứu xử lý nước thải từ chế biến trong tinh bột bằng hệ thống kết tủa hoạt hoá yếm khí (anaerolic - Oxic activated sludye process). AOSP cho phép vùng yếm khí có thể nhận cả dòng thải chưa được xử lý và dòng đã được lọc. AOSP được chia thành các ngăn với tỷ lệ vùng yếm khí/ hiếu khí = 3:1 . Cơ chế xử lý của phương pháp này dựa trên nguyên lý sau: Sự tiếp xúc của các chất hữu cơ với lớp bùn cặn trong điều kiện yếm khí sẽ kích thích hợp chất hữu cơ polyphotphat có chứa các vi sinh vật tạo
polyphotphat gia tăng và hàm lượng BOD giảm xuống. Trong điều kiện có oxy, các vi sinh vật có chứa polyphotphat ô xy hoá, BOD vốn đã được nó hấp thụ từ trước ở vùng yếm khí và dùng năng lượng đó để tách các chất phôtphát có cấp độ dưới 1 PPM khỏi nước thải. Năng lượng này cũng được dùng để tái tổng hợp polyphotphat trong các vi sinh vật và sản sinh ra các phân tử mới.
Kết quả nghiên cứu của Viện Công nghệ châu á (AIT) về tổng quan ngành công nghiệp sản xuất tinh bột và công nghệ xử lý nước thải cho thấy xử lý bằng phương pháp yếm khí là một qui trình xử lý có nhiều ưu điểm đặc biệt là với lượng nước thải chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị vi khuẩn phân huỷ. Phương pháp này có các ưu điểm chi phí thiết kế thấp, chi phí vận hành thấp, tạo ra nhiên liệu đốt (Khí mê tan), có lượng chất thải lắng thấp. Trong thời gian tới, việc xử lý nước thải bằng phương pháp ỵếm khí sẽ được phổ biến rộng rãi do có những ưu điểm là giảm lượng chất thải và chất cặn, thu được khí đốt (đặc biệt là khí mê tan) do nhu cầu năng lượng. Tuy nhiên cũng có một số vấn đề có thể phát sinh khi sử dụng phương pháp này là các phân tử tinh bột không tan trong dòng nước thải có thể gây ra quá tải ở bộ phận tạo khí mêtan, hàm lượng SO2 cao phát sinh từ quá trình ngâm nước hạn chế hoạt động của các vi khuẩn sản xuất khí mêtan, một số sản phẩm thu được từ quá trình ôxi hoá tinh bột có thể có nồng độ cao và độc hại (Zeevalkink,1986). Người ta cũng thấy rằng đối với xử lý nước thải công nghiệp CBTB từ sắn, hiệu quả của việc loại bỏ BOD và chất rắn lơ lửng ở các bể yếm khí lần lượt là 60% và 80%. Lượng nước thải sau xử lý ở các bể này có lượng BOD trong khoảng từ 1.800 mg/l đến 1.400 mg/l và chất rắn lơ lửng từ 360 mg/l đến 180 mg/l.
Các tác giả Nemerow và Agaroly (1998) cũng đã chỉ ra phƣơng pháp xử lý nƣớc thải từ chế biến tinh bột có hiệu quả và phù hợp là phƣơng pháp sinh học. Tuy vậy, phương pháp này yêu cầu tạo ra môi trường phù hợp cho các vi sinh vật, sự vận chuyển tuần hoà liên tục của dòng nước thải, khống chế nhiệt độ, điều chỉnh pH…Các tác giả đã kết luận xử lý nước thải bằng màng lọc yếm khí cho hiệu quả loại BOD và các chất dưới dạng huyền phù là 60 - 80%.
Hien (1999) đề xuất 01 công nghệ xử lý bằng bể USAB kết hợp bể ô xi hoá, hiệu quả xử lý giảm 90 - 95% (từ 13.444mg/l giảm xuống còn 264 - 780mg/l).
ESCAP( 1982) Đã đưa ra các công nghệ thích hợp xử lý nước thải từ CBTB giảm ô nhiễm hiện nay và giá thành trên cơ sở rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện, đặc biệt tại AIT và khẳng định các kết quả này chắc chắn có thể áp dụng ở các nước khác trong khu vực Đông Nam Á như sau:
Giai đoạn 1 của quá trình xử lý nước thải từ CBTB sắn mà có hàm lượng BOD và chất huyền phù cao, sử dụng ao yếm khí. Bồn yếm khí là loại bồn đất kín mà các chất thải được giữ lại trong vài ngày tiếp xúc với các chất rắn lơ lửng trong bồn đất. Người ta thấy rằng đối với các nhà máy chế biến tinh bột công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp, hiệu quả loại trừ BOD và chất huyền phù tương ứng vào khoảng 60% và 82%. Dòng nước thải ra khỏi bồn yếm khí có hàm lượng BOD từ 1800 mg/l đến 1400 mg/l và hàm lượng chất huyền phù từ 360 mg/l đến 180 mg/l. Hệ thống này được nghiên cứu trên cơ sở chi phí thấp và sự sẵn có của đất.
Giai đoạn 2 của quá trình xử lý nước thải (xử lý dòng ra khỏi ao yếm khí), công đoạn xử lý hiếu khí trong các bồn ô xi hoá, bồn hiếu khí, trống quay sinh hoá (bio-drum), và màng hạt hoạt hoá đã được nghiên cứu.
Tại xưởng sản xuất tinh bột sắn - Thái Lan: có quy mô chế biến 200 tấn củ/ngày đã áp dụng công nghệ xử lý nước thải qua hệ thống các hồ yếm khí và tuỳ tiện trước khi chứa vào hồ nước thải được pha trộn với chế phẩm vi sinh. Nước thải sau khi xử lý đảm bảo tiêu chuẩn xả vào nguồn.
Tại nhà máy sản xuất bột sắn Chao Khun, Thái Lan đã ứng dụng dây chuyền công nghệ xử lý gồm xử lý bậc 1 bằng các bể kỵ khí và bể BIOGAS, xử lý bậc 2 là hồ sinh học tuỳ tiện (hình 2.1). Nước thải khi ra khỏi hồ có thành phần như sau: pH = 8,2; COD = 143
thống xử lý nước thải khép kín trong ngành Công nghiệp sắn ở Việt nam. Kết quả cho thấy việc khép kín quá trình xử lý nước thải trong các Nhà máy chế biến sắn tỏ ra là một sự lựa chọn rất hứa hẹn cho việc loại bỏ ô nhiễm và tái sử dụng nước thải cũng như chất thải rắn.Hệ thống được nghiên cứu và hiện đã đang được ứng dụng trên thực tế bao gồm bể lắng sơ bộ, xử lý thiếu khí bằng bể phản ứng UASB, các bể xử lý hiếu khí bằng việc sử dụng bể phản ứng tăng trưởng và hệ thống các ao ô xi hoá. Trong điều kiện phòng thí nghiệm, tốc độ nạp chất hữu cơ của bể phản ứng UASB đạt tới 40,35 kg COD/m3.ngày với hiệu quả xử lý là 90-95%, giảm hàm lượng COD từ 13.449mg/l xuống chỉ còn 624-780mg/l. Sau khi được xử lý tại hệ thống các ao (Hệ thống này gồm 5 ao chứa trên diện tích 5ha) với thời gian lưu nước từ 12 - 20 ngày thì hàm lượng COD của nước thải giảm xuống chỉ còn <10mg/l. Nước thải sau xử lý phù hợp cho cả mục đích sử dụng trong nông nghiệp cũng như trong các nhà máy. Các tác giả đã kiến nghị ứng dụng bể UASB như một giải pháp xử lý trước khi đưa vào hệ thống ao ôxy hoá nhằm ngăn chặn việc ô nhiễm nước ngầm.
Hình 1.8. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn tại nhà máy Chao Khun - Thái Lan [2,8]
Nước thải ở công đọạn rửa củ, Q = 600m3/ng.đ, COD =
10.859 mg/l
Nước thải ở công đọạn lắng lọc, Q = 480m3/ng.đ, COD =
25.600 mg/l
Bể lắng 01 Hố Biogas, dung tích W = 10.400 m3
Bể lắng 02
Hiện nay có rất nhiều kết quả nghiên cứu của các tác giả trong nước về phương pháp xử lý các loại hình nước thải vùng nông thôn khác nhau như
Nguyễn Văn Hợp và CS- Trƣờng đại học Khoa Học Huế (1998) đã nghiên cứu xử lý nước thải từ sản xuất tinh bột sắn xã Thuỷ Dương- Hương Thuỷ- tỉnh Thừa Thiên Huế bằng tổ hợp các giải pháp: xử lý hoá học, lắng cơ học nhờ hệ thống hố ga, kết hợp xử lý bằng bể sinh học kỵ khí. Mô hình này áp dụng để xử lý cho cụm dân cư 20 hộ gia đình. Hiệu quả xử lý BOD5 giảm 67% sau giai đoạn xử lý hoá học và lắng cơ học và giảm tiếp 19% sau khi xử lý ở bể sinh học kỵ khí, độ pH của nước thải nâng đến mức trung tính. Hiệu quả xử lý BOD5 của toàn bộ hệ thống là giảm 76%.
Lê Thị Kim Cúc, Lê Hồng Hải và cộng sự- Viện khoa học thuỷ lợi (1997) nghiên cứu mô hình tiêu thoát và xử lý nước thải từ sản xuất tinh bột dong tại xã Minh Khai - Hoài Đức- Hà Tây bằng phương pháp xử lý lắng cơ học tại các hố ga tại hộ