Công nghệ xử lý nước thải trong ngành công nghiệp chế biến cà phê

Theo dõi MTĐT trên

Quy trình sản xuất cà phê hoàn chỉnh

Theo thống kê sơ bộ của Tổng cục Hải quan, xuất khẩu cà phê trong tháng 1/2018 ước đạt 173.438 tấn, đạt 338 triệu USD.

Xuất khẩu cà phê của Việt Nam năm 2018 được dự báo sẽ tăng 7,1% và tiêu thụ cà phê thế giới niên vụ 2017 - 2018 dự báo cũng sẽ tăng 1,3% so với niên vụ trước.
Nửa đầu tháng 1/2018, giá cà phê Robusta và Arabica toàn cầu biến động mạnh trước những thông tin dự báo về cung - cầu thế giới. Tính đến ngày 12/1/2018, giá cà phê tăng nhẹ so với cuối tháng trước.
Cụ thể: giá cà phê Arabica kỳ hạn tháng 5/2018 tại New York tăng 0,5% so với 2 tuần trước, đạt 127,6 UScent/pound; giá cà phê Robusta kỳ hạn tháng 3/2018 trên sàn London tăng 0,7% so với 2 tuần trước, đạt 1.724 USD/tấn. Tại Việt Nam, giá cà phê Robusta tăng 0,8% (13 USD) so với cuối tháng trước, lên 1.644 USD/tấn (FOB, Tp.HCM).
Cùng với sản lượng cà phê tang thì việc sản xuất cũng tăng theo. Quy trình công nghệ xử lý nước thải được đề xuất như sau:

Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Nước thải phát sinh từ hoạt động sản xuất của nhà máy theo hệ thống thu gom vào các hố gom trước khi bơm vào hệ thống xử lý nước thải;

Nước thải (NT) từ các xưởng sản xuất theo mạng lưới thoát nước riêng được dẫn đến bể gom có đặt song chắn rác. Song chắn rác tinh dạng trống quay với kích thước khe hở 1 – 2mm có nhiệm vụ loại bỏ các chất hữu cơ có kích thước như bao bì, vỏ cà phê… nhằm tránh gây hư hại bơm hoặc tắc nghẽn các công trình phía sau. Nước thải từ bể gom được bơm lên bể điều hòa sau khi qua thiết bị tách rác tinh.

Các lợi ích cơ bản của việc điều hòa lưu lượng là: (1) quá trình xử lý sinh học được nâng cao do giảm đến mức thấp nhất hiện tượng “shock” tải trọng, các chất ảnh hưởng đến quá trình xử lý có thể được pha loãng, pH có thể được trung hòa và ổn định; (2) chất lượng nước thải sau xử lý được cải thiện do tải trọng chất thải lên các công trình ổn định. Với trình độ kỹ thuật tự động hóa như hiện nay, thể tích bể điều hòa và chi phí điện năng tại nhà máy xử lý giảm đáng kể. Dung tích chứa nước càng lớn thì độ an toàn về nhiều mặt càng cao.

Từ bể điều hòa, nước thải được bơm đều và liên tục vào bể sinh học kỵ khí có vật liệu đệm cố định. Giá thể là vật liệu nhựa tổng hợp có cấu trúc thoáng, độ rỗng cao (95%) vi sinh dể bám dính. Tỉ lệ riêng diện tích bề mặt/thể tích của vật liệu thông thường dao động trong khoảng 100-220m2/m3. Trong bể sinh học tiếp xúc áp dụng quá trình sinh trưởng sinh học bám dính (Attached Growth). Bể sinh học kỵ khí vật liệu tiếp xúc, giá thể cho vi sinh vật sống bám, vật liệu thưòng là nhựa có hình dạng khác nhau,.. Bể có chiều cao từ 4-12m, nước thải được phân bố đều trên mặt lớp vật liệu bằng hệ thống quay hoặc vòi phun. Quần thể vi sinh sống bám trên giá thể tạo nên màng nhầy sinh học có khả năng hấp phụ và phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Quần thể vi sinh này có thể bao gồm vi khuẩn kị khí và tùy tiện, nấm, tảo và các động vật nguyên sinh. Tại bể sinh học kỵ khí vật liệu đệm, nước thải được phân phối đều từ dưới đáy qua lớp đệm bùn và sau đó là lớp bùn dính bám trên giá thể, khi qua lớp bùn này, chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí thành nước và khí biogas bay lên. Bể này thích hợp để xử lý nước thải có nồng độ COD cao và biến động (Metcalf & Eddy, 1995 & 2003). Bùn hoạt tính (vi sinh vật – vi khuẩn) kị khí được xáo trộn đều với nước thải và chuyển hóa ở tốc độ cao nhất các chất hữu cơ thành khí methan (CH4), nước (H2O), ammonia (NH3)

CHC + VSV kị khí  CH4 + CO2 + H2O + NH3 + VSV kị khí mới

Áp dụng quá trình kị khí phía trước là điều kiện đầu tiên để đạt hiệu quả xử lý phốtphot trong nước thải. Nước thải sau khi qua bể sinh học kỵ khí được dẫn sang bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính.

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể chia thành hai loại chính (1) quá trình xử lý sinh học tăng trưởng lơ lửng (suspended growth biological treatment processes), và (2) quá trình xử lý sinh học tăng trưởng dinh bám (attached growth biological treatment processes). Mỗi loại quá trình có nhiều công trình ứng dụng khác nhau, như quá trình (1) có các loại công trình (a) bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống, (b) bể bùn hoạt tính dạng mẻ liên tục SBR (sequencing batch reactor), (c) bể bùn hoạt tính từng bậc SASR (staged activated-sludge reactor,.., quá trình (2) có các loại công trình (d) bể lọc sinh học (trickling filter), (e) thiết bị sinh học quay RBC (rotating biological contactor, Sau khi đánh giá các quá trình và công trình xử lý về nhiều yếu tố, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống với các chức năng xử lý chất hữu cơ kết hợp với nitrate hóa được lựa chọn vì các ưu điểm sau: (1) có khả năng kết hợp các quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ, nitrate hóa và khử nitơ, (2) dễ vận hành, (3) các thiết bị dễ chọn lựa và thay thế, (4) trình độ công nhân vận hành không đòi hỏi cao, và (5) Việt Nam có nhiều kinh nghiệm với quá trình này.

Tại bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính, các tạp chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan còn lại sau quá trình xử lý sinh học kỵ khí tiếp tục được xử lý và chuyển hóa thành bông bùn sinh học. Hai máy thổi khí (Air Blower) hoạt động luân phiên và hệ thống phân phối dạng đĩa có hiệu quả cao với kích thước bọt khí nhỏ hơn 10m sẽ cung cấp oxi cho bể sinh học. Lượng khí cung cấp vào bể với mục đích cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ thành nước và carbonic, chuyển hóa nitơ hữu cơ và amonia thành nitrat NO3-. Mặt khác, hệ thống phân phối khí còn có chức năng xáo trộn đều nước thải và bùn hoạt tính, tạo điều kiện để vi sinh vật tiếp xúc tốt với các chất cần xử lý. Tải trọng chất hữu cơ của bể thổi khí thường dao dộng từ 0,32 -0,64 kg BOD/m3.ngày đêm và thời gian lưu nước dao động từ 4-12h.

Oxy hóa và tổng hợp
CHONS (chất hữu cơ) + O2 + Chất dinh dưỡng + vi khuẩn hiếu khí 
CO2 + H2O + NH3 + C5H7O2N (tế bào vi khuẩn mới) + sản phẩm khác
Hô hấp nội bào
C5H7O2N (tế bào) + 5O2 + vi khuẩn  5CO2 + 2H2O + NH3 + E

Quá trình xử lý sinh học sẽ làm gia tăng liên tục lượng bùn vi sinh trong bể đồng thời lượng bùn ban đầu sau thời gian sinh trưởng phát triễn sẽ giảm khả năng xử lý chất ô nhiễm trong nước thải và chết đi. Do đó, bể lắng 1 (hay còn gọi là bể lắng bùn sinh học) được thiết kế để thu gom lượng bùn này và giữ lại lượng bùn có khả năng xử lý tốt.

Kết luận: vì tính chất nước thải chủ yếu là ô nhiễm hữu cơ nên quy trình công nghệ chủ yếu xử dụng là quá trình sinh học. lượng bùn sinh ra dung để ép lấy nước tuần hoàn xử lý lại. mục đích giảm chi phí và lượng nước sinh ra.