Các phương pháp xử lý nước thải cho ngành thực phẩm

Nước thải ngành thực phẩm được phát sinh trong quá trình sản xuất thực phẩm, nhà bếp, khu nấu ăn,... Hoặc nước thải phát sinh từ các khu sơ chế nguyên liệu, vệ sinh máy móc, vệ sinh nhà xưởng,... Nguồn nước này có chứa hàm lượng BOD, COD cao và cần xử lý theo phương pháp chuyên biệt. 

Tầm quan trọng của việc xử lý nước cho ngành thực phẩm

Ngành công nghệ thực phẩm ở Việt Nam đang ngày càng phát triển. Cùng với đó là các cơ sở sản xuất chế biến thực phẩm ngày càng nhiều. Ngành thực phẩm có đóng góp rất lớn vào nền kinh tế nước nhà. Tuy nhiên nước thải của ngành thực phẩm chưa qua xử lý hay xử lý không đúng cách lại ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và con người. Vì vậy, xử lý nước cho ngành thực phẩm là một điều rất quan trọng hiện nay.

Đặc tính của nước thải ngành thực phẩm

Nước thải ngành thực phẩm được phát sinh trong quá trình sản xuất thực phẩm của công nhân, nhà bếp, khu nấu ăn, doanh nghiệp,... Hoặc nước thải phát sinh từ các khu sơ chế nguyên liệu, vệ sinh máy móc, vệ sinh nhà xưởng,.. liên quan đến thực phẩm.

Do sự đa dạng trong cách chế biến thực phẩm nên nước thải từ ngành này cũng chứa nhiều hóa chất và vi khuẩn. Đây là những chất gây hại cho môi trường tự nhiên và con người nếu không qua xử lý đúng cách.

Trong nước thải thực phẩm có chứa:

• Chất tạo màu, tinh bột, chất rắn lơ lửng, độ mặn,...
• Hàm lượng các chất: Nito, Photpho ở mức cao.
• Nồng độ TSS, BOD, COD cao.
• Nhiều loại vi khuẩn khác nhau bắt nguồn chủ yếu từ động vật hoặc thực phẩm hỏng.
• Các chất hữu cơ ít độc hại từ thực vật và động vật.

Ngoài ra, nước thải còn chứa một lượng lớn protein, chất béo, và dầu mỡ có nguồn gốc từ động vật.

Tác động của nước thải ngành thực phẩm chưa qua xử lý

Nước thải ngành thực phẩm khi xả trực tiếp ra môi trường sẽ có những tác động xấu. Nó dần dần hủy hoại môi trường đất, nước, không khí và các sinh vật sống. Đặc biệt, nước thải này còn có những ảnh hưởng đến đời sống và sức khỏe con người.

• Môi trường nước: Các chất có trong nước thải thực phẩm khi được xả ra các sông, suối, biển sẽ làm giảm lượng khí O₂ trong nước.
• Môi trường đất: Thay đổi sự phát triển và thành phần dinh dưỡng của cây trồng, vật nuôi ở đó.
• Con người: Mắc các bệnh liên quan đến da liễu, dạ dày, hô hấp,... và có thể bị ung thư do chất độc tích tụ lâu ngày.
• Chất lượng không khí: Nước thải ngành thực phẩm có chứa các hóa chất, dầu mỡ,... gây bốc mùi hôi thối, khó chịu. Ngoài ra, còn thu hút nhiều loại sinh vật gây bệnh như ruồi, muỗi,... Đây là một điều đặc biệt nghiêm trọng vì sẽ dẫn đến các dịch bệnh bùng phát bất cứ lúc nào.

Nước thải thực phẩm có tác động tiêu cực đến môi trường thiên nhiên và con người. Do đó, việc xử lý loại nước thải này theo đúng quy chuẩn là điều cần thiết.

Các phương pháp sinh học để xử lý nước cho ngành thực phẩm

Phương pháp sinh học thiếu khí

Trong xử lý nước thải, “Bể Anoxic” là bể quan trọng trong quá trình xử lý amoni và nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học. Công nghệ khử nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học phổ biến nhất hiện nay là: Nitrat hóa và khử Nitrat, diễn biến của quá trình này như sau:

Nitrat hóa

Nitrat hoá là một quá trình tự dưỡng (năng lượng cho sự phát triển của vi khuẩn được lấy từ các hợp chất oxy hoá của Nitơ, chủ yếu là Amoni. Ngược với các vi sinh vật dị dưỡng các vi khuẩn nitrat hoá sử dụng CO2 (dạng vô cơ) hơn là các nguồn Cacbon hữu cơ để tổng hợp sinh khối mới.

Sinh khối của các vi khuẩn nitrat hoá tạo thành trên một đơn vị của quá trình trao đổi chất nhỏ hơn nhiều lần so với sinh khối tạo thành của quá trình dị dưỡng.

Quá trình Nitrat hoá từ Nito Amoni được chia làm hai bước và có liên quan tới hai loại vi sinh vật, đó là Nitrosomonas và Vi khuẩn. 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–

Quá trình tổng hợp

Các vi khuẩn Nitrosomonas và Vi khuẩn Nitrobacter 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+ + 2O2 –> NO3– + 2H+ + H2O (*)

Cùng với quá trình thu năng lượng, một số ion Amoni được đồng hoá vận chuyển vào trong các mô tế bào. Quá trình tổng hợp sinh khối có thể biểu diễn bằng phương trình sau:

4CO2 + HCO3– + NH4+ + H2O –> C5H7NO2 + 5O2

C5H7NO2 tạo thành sinh khối. Toàn bộ quá trình oxy hóa và phản ứng tổng hợp được thể hiện qua phản ứng sau:

NH4+ + 1,83O2 + 1,98 HCO3 –> 0,021 C5H7NO2 + 0,98 NO3– + 1,041 H2O + 1,88 H2CO3

Lượng O2 cần thiết để oxy hóa 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. Giá trị 4,57 được xác định từ phản ứng (*) khi mà quá trình tổng hợp sinh khối tế bào không được xét đến.

Khử nitrit và nitrat

Trong môi trường thiếu O2 các loại vi khuẩn khử nitrit và nitrat Denitrificans (dạng kị khí tuỳ tiện) sẽ tách oxy của nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) để oxy hoá chất hữu cơ. Nitơ phân tử N2 tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.

Khử nitrat:

• NO₃^– + 1,08 CH₃OH + H⁺ –> 0,065 C₅H₇NO₂ + 0,47 N₂ + 0,76 CO₂ + 2,44 H₂O

Khử nitrit:

• NO₂^– + 0,67 CH₃OH + H⁺ –> 0,04 C₅H₇NO₂ + 0,48 N₂ + 0,47 CO₂ + 1,7 H₂O

Như vậy để khử nitơ công trình xử lý nước thải cần:

• Điều kiện thiếu khí (thiếu oxy tự do).
• Có nitrat (NO3- ) hoặc nitrit (NO_2-).
• Có vi khuẩn kị khí tuỳ tiện khử nitrat.
• Có nguồn Cacbon hữu cơ.
• Nhiệt độ nước thải không thấp.

Các vị trí của bể anoxic xử lý ni tơ trong hệ thống xử lý nước thải giàu amoni:

Bể anoxic đặt trước bể sinh học hiếu khí (aerotank) có các ưu điểm như: không cần bổ sung nguồn chất hữu cơ, dễ kiểm soát DO <1 mg/l. Nhược điểm của đặt bể anoxic trước bể aerotank là hàm lượng nitơ đầu vào thấp, cần phải hồi lưu nước thải từ bể aerotank về bể anoxic.

Phương pháp sinh học kỵ khí

Các sinh vật kỵ khí (yếm khí) có trong bể lọc giúp loại bỏ các thành phần ô nhiễm trong nước thải như BOD, COD, SS,... Có thể sử dụng bùn tự hủy, phân chuồng và vi sinh hoạt hóa. Bùn chết từ các bể lọc sẽ được rút về các bể chứa.

Phương pháp sinh học hiếu khí

Sau quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học thiếu khí, hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải giảm đi. Nước sẽ được dẫn đến bể Aerotank trong quy trình xử lý nước thải AAO. Máy thổi khí sẽ duy trì lượng khí oxy. Các sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy các chất hữu có còn lại, biến đổi chúng thành các chất vô cơ như CO₂, H₂O,...

Kết quả xử lý của bể Aerotank phụ thuộc vào BOD, nhiệt độ, hàm lượng oxy,... Các sinh vật hiếu khí giúp loại bỏ các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học.

Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải cho ngành thực phẩm

Quy trình 1

Nước thải được dẫn vào hệ thống thu gom và được lọc các loại rác thông qua các song chắn rác. Các song này có kích thước ≥10mm. Công đoạn này giúp giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn đường ống và bơm trong quá trình xử lý nước thải cho ngành thực phẩm. Sau khi được lọc qua rác và tạp chất, nước thải được chứa ở hố thu.

Do nước thải có chứa rất nhiều dầu mỡ nên sẽ được dẫn về bể tách dầu. Tại đây, tất cả các loại rác thô, lượng dầu mỡ thừa trong nước sẽ bị loại bỏ. Tránh gây ảnh hưởng đến hệ thống lọc, hỏng máy bơm và giảm chất lượng của quá trình xử lý nước. Dầu mỡ sau khi được tách sẽ chuyển qua bề chứa mỡ.

Hố thu được thiết kế sâu và rộng để chứa nước thải, trong hố thu có bơm chìm. Bơm chìm dùng để dẫn nước sang bể điều hòa, bể này giúp duy trì lưu lượng nước và nồng độ nước thải. Máy thổi khí duy trì khí liên tục cho bể điều hòa. Nước thải trong bể điều hòa được xáo trộn nhờ máy thổi khí để tránh hiện tượng lắng đọng gây mùi của nước.

Quy trình 2

Sau đó nước thải được dẫn đến bể phân phối nước. Từ đây nước được dẫn đến bể kỵ khí UASB. Quá trình phân hủy kỵ khí UASB trải qua 4 giai đoạn.

• Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các chất hữu cơ cao phân tử. Ở giai đoạn này, các chất thải hữu cơ như protein, chất béo, lignin,... bị phân hủy. Các chất này sẽ được cắt mạch để tạo thành những phân tử có cấu trúc đơn giản để dễ dàng phân hủy.
• Giai đoạn 2: Axit hóa. Quá trình này giúp chuyển hóa thành axit axetic, H₂ và CO₂. Và các chất béo dễ bay hơi như axit axetic, axit propionic và axit lactic. Quá trình cắt mạch carbohydrates còn tạo ra CO2 và H2O, methanol, các rượu đơn giản khác. Vi sinh vật phân giải methane phân huỷ một số loại chất như CO₂ + H₂, formate, acetate, methanol, CO.
• Giai đoạn 3: Acetate hoá. Các chất của quá trình axit hóa sẽ được chuyển hóa các chất thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới nhờ Vi khuẩn acetic.
• Giai đoạn 4: Methane hoá. Quá trình methane hóa làm Axetic, H2, CO2, axit fomic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới.

Sau 4 giai đoạn này nước thải được đẩy đến bể thiếu khí Anoxic. Bể Anoxic và Aerotank giúp khử BOD, nitrat hóa, khử NH4+ và khử NO3- thành N2. Bể bùn hoạt tính xử lý kết hợp đan xen với quy trình xử lý thiếu khí, hiếu khí sẽ giúp tiết kiệm hơn.

Quy trình 3

Ở bể sinh học hiếu khí Aerotank, hai máy thổi khí cung cấp không khí hoạt động luân phiên và liên tục. Vi sinh vật trong bể Aerotank được bổ sung định kỳ từ bùn tại bể lắng. ACsc vi sinh vật này phân hủy các chất hữu cơ thành nước và CO2. Giúp làm giảm độ bẩn trong nước thải thực phẩm.

Ngoài ra, trong bể này còn được trang bị vật liệu tiếp xúc, giúp tăng tỉ lệ tiếp xúc giữa vi sinh vật với nước. Đây cũng là môi trường cho vi sinh vật phát triển.

Quy trình 4

Sau khi được xử lý bằng phương pháp sinh học, nước thải được dẫn qua bể lắng. Để bùn trong nước thải lắng xuống. Phần nước sẽ di chuyển trong ống trung tâm về đáy bể. Sau đó được dẫn ngược từ dưới lên trên và vào máng thu nước để chuyển qua bể khử trùng.

Phần bùn còn lại được chuyển về bể sinh học thiếu khí và hiếu khí để duy trì nồng độ bùn. Phần bùn dư không sử dụng sẽ được di chuyển về bể chứa bùn.

Quy trình 5

Bơm định lượng sẽ bơm Javen vào nước thải trong bể khử trùng. Các chất oxy hóa mạnh sẽ tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật có trong nước thải, đảm bảo chất lượng nước đầu ra. Sau đó, nước thải được đưa vào bể lọc áp lực để loại bỏ các cặn bẩn còn lại, đảm bảo độ trong của nước. Nước thải thực phẩm sau khi qua xử lý nếu đặt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT, Cột B sẽ được xả ra.

Quy trình 6

Bùn dư từ bể lắng, các chất rác, dầu mỡ được di chuyển về bể chứa bùn. Tại đây, quá trình ổn định bùn kỵ khí được thực hiện để loại bỏ mùi hôi, giúp bùn dễ lắng. Sau đó, máy ép bùn sẽ làm giảm thể tích bùn, chuyển bùn ướt thành bùn khô và mang đi xử lý.

Do nước thải thực phẩm đem đến những tác hại đến cả môi trường sống và con người. Vì vậy việc xử lý nước thải là một điều cần thiết đối với tất cả cá nhân và tổ chức. Việc lựa chọn một cơ sở lắp đặt hệ thống xử lý nước thải là một điều cần thiết. Bởi nước thải nếu không được xử lý đúng cách thì vẫn đem lại những ảnh hưởng không ngờ.

Nếu bạn đang muốn lắp đặt hệ thống xử lý nước thải thực phẩm nhưng chưa biết nên sử dụng hệ thống của công ty nào. Vậy thì hãy liên hệ ngay với Công ty Toàn Á. Công ty Toàn Á với hơn 17 năm kinh nghiệm hoạt động trong ngành, chắc chắn sẽ giúp bạn lắp đặt và tối ưu hóa quá trình vận hành xử lý nước một cách tốt nhất.