Xử lý nước thải chế biến thực phẩm: Tiếp cận bền vững với trách nhiệm bảo vệ môi trường

Nước thải từ quá trình chế biến thực phẩm có tính đa dạng về thành phần và nồng độ ô nhiễm, đòi hỏi các nhà máy sản xuất cần áp dụng công nghệ thiết kế phù hợp. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các nguồn phát sinh nước thải trong ngành chế biến thực phẩm và cách ARK Việt Nam đề xuất những giải pháp xử lý bền vững.

Các nguồn phát sinh nước thải chế biến thực phẩm

1. Quá trình sơ chế thực phẩm ban đầu như chọn lọc và làm sạch nguyên liệu.
2. Quá trình chế biến sản phẩm từ nguyên liệu.
3. Vệ sinh máy móc thiết bị chế biến và nhà xưởng sản xuất.
4. Nước thải sinh hoạt, vệ sinh và tắm rửa của công nhân và nhân viên.
5. Nước thải từ khu vực nấu nướng và ăn uống trong nhà máy.

Tính chất của nước thải chế biến thực phẩm

Do tính đa dạng của ngành sản xuất thực phẩm và nguyên liệu đầu vào, tính chất của nước thải cũng rất đa dạng. Các loại nước thải chế biến thực phẩm thường chứa:

1. Hàm lượng Nito và Phospho cao.
2. Nồng độ các thành phần TSS, BOD, COD, và vi khuẩn khá cao.
3. Một số loại nước thải có chứa độ mặn, màu, và tinh bột.
4. Lưu lượng tương đối lớn và ổn định.
5. Chất hữu cơ (thường ít độc) có nguồn gốc từ động vật và thực vật.

Bảng thông số ô nhiễm của nước thải chế biến thực phẩm

Thông số	Đơn vị	Giá trị đầu vào	QCVN 40:2011/BTNMT Cột A	QCVN 40:2011/BTNMT Cột B
pH	–	6,5 – 8,5	6 – 9	5,5 – 9
BOD5	mg/l	700 – 2000	30	50
COD	mg/l	1000 – 3500	75	150
TSS	mg/l	350 – 700	50	100
Tổng Nitơ	mg/l	100 – 350	20	40
Tổng Photpho	mg/l	30 – 100	4	6
Dầu mỡ		50 – 200	5	10
Tổng Coliform	MPN/100ml	104– 105	3,000	5,000

Công nghệ xử lý nước thải chế biến thực phẩm thường dùng

ARK Việt Nam đề xuất những giải pháp xử lý nước thải chế biến thực phẩm phù hợp với tính chất đa dạng của nước thải:

1. Công nghệ Tuyển nổi – Hiếu khí, có thể kết hợp lọc tiếp xúc: Đối với nước thải chứa nhiều chất hữu cơ như từ sản xuất rau, củ, quả, quá trình này hiệu quả trong loại bỏ BOD, dầu mỡ và cặn lơ lững.
2. Công nghệ Tuyển nổi – Kỵ khí – Thiếu khí – Hiếu khí: Sử dụng cho nước thải chế biến thức ăn nhanh, thủy hải sản, chế biến cá viên – bò viên, chứa CHC cao, Ni tơ, dầu mỡ hoặc độ cặn cao.
3. Công nghệ Tách mỡ – Kỵ khí – Thiếu khí – Hiếu khí MBBR, kết hợp lọc áp lực: Áp dụng cho nước thải có CHC cao, Ni tơ, dầu mỡ và độ cặn thấp, như ngành chế biến nước mắm.
4. Các phương pháp xử lý hóa lý và cơ học: Áp dụng trong các ngành có thông số ô nhiễm cao như giết mổ gia xúc hoặc chế biến nước mắm, có thể kết hợp với các phương pháp xử lý hóa lý như keo tụ tạo bông và tuyển nổi DAF.

Quy trình xử lý nước thải chế biến thực phẩm

Xử lý nước thải chế biền thực phẩm tại nhà máy được thực hiện qua các giai đoạn Bể gom, Bể điều hòa, Xử lý hóa lý – tuyển nổi và Xử lý sinh học. Bằng cách này, chất thải được xử lý hiệu quả và đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng nước trước khi xả ra môi trường.

1. Xử lý sơ bộ

Giai đoạn Bể gom

• Trước khi vào bể gom, nước thải được loại bỏ rác lớn bằng song chắn rác thô.
• Bể gom là nơi tiếp nhận nguồn nước thải sinh hoạt và sản xuất từ các xưởng trong nhà máy.
• Nước thải được bơm qua bể điều hòa bằng bơm chìm.
• Bơm nước thải hoạt động luân phiên theo hai chế độ: Tự động và Chạy tay.
• Phao được kết nối với bơm bể gom để báo tín hiệu mỗi khi bể đầy hoặc cạn.

Giai đoạn Bể điều hòa

• Bể điều hòa giúp điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải để tránh tình trạng sốc tải vi sinh.
• Nước thải sau đó được bơm vào thiết bị giàn xoắn cao tốc bằng hai bơm chìm để bắt đầu chu trình xử lý hóa lý – tuyển nổi.
• Hai bơm nước thải hoạt động luân phiên theo hai chế độ: Tự động và Chạy tay.
• Phao được kết nối với bơm bể điều hòa để báo tín hiệu mỗi khi bể đầy hoặc cạn.

2. Giai đoạn Xử lý hóa lý – tuyển nổi

• Nước thải được cân bằng pH thông qua hệ thống châm NaOH để đảm bảo hiệu quả keo tụ cao.
• Hóa chất keo tụ PAC được châm vào để tạo bông cặn từ các hạt cặn có tính “keo”.
• Chất keo tụ A. Polymer cũng được châm vào để liên kết các bông cặn lại với nhau, tạo thành các bông cặn lớn hơn và nâng cao hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm.
• Nước thải từ giàn xoắn cao tốc được dẫn qua bể tuyển nổi để tiếp tục quá trình xử lý.

Không khí được hòa tan dưới áp lực vào trong nước thải và bơm trực tiếp vào bể tuyển nổi. Sau khi vào bể, áp suất không khí được tạo ra và kết hợp với nước, sẽ bão hòa với các bong bóng khí có kích thước nhỏ hơn 100 micro. Các bong bóng không khí li ti tạo ra một lực hấp dẫn cụ thể bám dính vào các phần tử rắn lơ lững trong nước và nâng các hạt lơ lửng nổi lên bề mặt chất lỏng, tạo thành một lớp bùn nổi được loại bỏ bởi dàn cào ván mặt. Lượng ván này được đưa sang bồn chứa bùn hóa lý.

3. Giai đoạn Xử lý sinh học

• Bể hiếu khí theo mẻ SBR là giai đoạn xử lý sinh học chính.
• Bể SBR hoạt động theo chu kỳ tuần hoàn với 5 pha: Làm đầy, Sục khí, Lắng, Rút nước và Nghỉ.
• Trong giai đoạn sục khí, nước thải được sục khí để tạo phản ứng sinh học giữa nước thải và bùn hoạt tính hoặc để cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp.
• Quá trình nitrat hóa từ Nitơ Amoni diễn ra trong giai đoạn này.
• Giai đoạn lắng sinh học giúp lắng các bông bùn vi sinh xuống đáy, đồng thời thu gom nước trên bề mặt bể.
• Bùn phát sinh trong quá trình xử lý được đưa về bồn chứa bùn và sau đó được ép và xử lý theo quy định.

Quá trình nitrat hóa

Quá trình Nitrat hoá từ Nitơ Amoni được chia làm hai bước và có liên quan tới hai loại vi sinh vật, đó là vi khuẩn Nitơsomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria. Ở giai đoạn đầu tiên amoni được chuyển thành nitrit và ở bước thứ hai nitrit được chuyển thành nitrat

• Bước 1. NH₄^– + 1,5 O₂ –> NO₂^– + 2H⁺ + H₂O
• Bước 2. NO₂^– + 0,5 O₂ –> NO₃^–

Các vi khuẩn Nitơsomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria sử dụng năng lượng lấy từ các phản ứng trên để tự duy trì hoạt động sống và tổng hợp sinh khối. Có thể tổng hợp quá trình bằng phương trình sau:

NH₄^– + 2 O₂ → NO₃^– + 2H⁺ + H₂O (*)

Quá trình tổng hợp sinh khối mới

• Quá trình Oxy hóa và phân hủy chất hữu cơ:

Chất hữu cơ (BOD) + O₂ → CO₂ + H₂O + năng lượng

• Quá trình tổng hợp tế bào mới:

Chất hữu cơ (BOD) + O₂ + NH₃ → Tế bào vi sinh vật + CO₂ + H₂O + năng lượng

• Quá trình phân hủy nội sinh:

C₅H₇O₂N + O₂ → CO₂ + H₂O + NH₃ + năng lượng

Toàn bộ quá trình ôxy hoá và phản ứng tổng hợp được thể hiện qua phản ứng sau

NH₄+ + 1,83O₂ + 1,98 HCO₃– –> 0,021C₅H₇O₂N + 0,98NO₃– + 1,041H₂O + 1,88H₂CO₃

Lượng ôxy cần thiết để ôxy hoá amoni thành nitrat cần 4,3 mg O₂/ 1mg NH₄+. Giá trị này gần bằng với giá trị 4,57 thường được sử dụng trong các công thức tính toán thiết kế.

4. Giai đoạn Xử lý hoàn thiện

Bể khử trùng

• Bể khử trùng có nhiệm vụ chứa nước và khử trùng tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh. Hóa chất được sử dụng để khử trùng nước thải là các hợp chất của Javen.
• NaOCl là chất khử trùng được sử dụng phổ biến do hiệu quả diệt khuẩn cao và giá thành tương đối rẻ sẽ được sử dụng cho công trình này.
• Quá trình khử trùng nước xảy ra qua 2 giai đoạn: đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt.
• Nước đầu ra đạt Cột B, QCVN 40-MT : 2011/BTNMT_Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp trước khi đưa vào hệ thống dẫn nước thải tập trung của khu công nghiệp.

Xử lý bùn

• Bùn phát sinh trong quá trình xử lý hóa lý và sinh học sẽ đưa về bồn chứa bùn.
• Tại đây, bùn lắng hóa lý và bùn sinh học sẽ được bổ sung chất trợ ép bùn Polymer và đưa vào máy ép bùn.
• Bùn sau ép được các đơn vị xử lý chất thải thu gom xử lý theo quy định.

Kết Luận

Xử lý nước thải chế biến thực phẩm là một thách thức đối với ngành công nghiệp thực phẩm. Tuy nhiên, với sự áp dụng của các công nghệ tiên tiến và hiện đại, như hóa lý – tuyển nổi, bể hiếu khí SBR và bể khử trùng, ARK Việt Nam đảm bảo rằng quá trình xử lý nước thải diễn ra hiệu quả và bền vững, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường.