mô hình xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất thực phẩm

Công đoạn này là phân huỷ sinh học hiếu khí các chất hữu cơ, chuyển các chất hữu cơ dễ phân huỷ thành các chất vô cơ và chuyển các chất hữu cơ ổn định thành công cặn dễ loại bỏ ra khỏi n

Mục lục

1 Nguyên lý xử lý và Các mức độ xử lý nớc thải 2

1.1 Xử lý sơ bộ hay xử lý bậc I 2

1.2 Xử lý cơ bản hay xử lý bậc II 3

1.3 Xử lý bổ sung hay xử lý bậc III 4

2 Nớc thải các nhà máy sản xuất thực phẩm 4

2.1 Đặc tính của nớc thải của các nhà mày sản xuất thực phẩm 4

2.2 Phân tích và lựa chọn các phơng pháp xử lý nớc thải cho các nhà máy sản xuất thực phẩm 4

Phân tích lựa chọn phơng pháp xử lý 4

Các phơng pháp lý hoá 5

Các phơng pháp sinh học 9

3 Ví dụ mô hinh xử lý nớc thải của nhà máy chế biến sữa 13

3.1 Đặc tính nớc thải các xí nghiệp công nghiệp sản xuất chế biến sữa: 13

3.1.1 Nguồn gốc nớc thải 13

3.1.2 Đánh giá chất lợng nớc thải 13

3.2 Xử lý nớc thải trong xí nghiệp chế biến sữa 17

Danh sách hình vẽ

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý và các mức độ xử lý nớc thải

Hình 2 Thiết bị tách dầu mỡ

Hình 3 Hệ thống tuyển nổi bằng không khí hòa tan

Hình 4 Các phơng pháp sinh học làm sách nớc thải

Hình 5 Sở đồ sản xuất và thải trong nhà máy sữa

Hình 6 Sở đồ xử lý nớc thải chung của nhà máy sữa

Danh sách các bảng

Bảng 1 Hoá chất thờng dùng để điểu chỉnh pH nớc thải

Bảng 2 Nớc thải công nghiệp chế biến sữa

Bảng 3 Phân tích các sản phẩm sữa (g/l)

Mô hình xử lý nớc thải tại nhà máy sản xuất thực phẩm

1 Nguyên lý xử lý và Các mức độ xử lý nớc thải

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý và các mức độ xử lý nớc thải

1 Thanh hoặc lới chắn 2 Bể lắng cát 3 Bể lắng

4 Xử lý cấp II (hoạt hoá bùn hoặc lọc

sinh học)

5 Bể tầng Bẻ tiếp xúc clo

7 Bể lắng làm đặc bùn 8 Bể phân huỷ bùn kỵ khí 9 Thiết bị tách lọc nớc (lọc khung

bản hoặc lọc băng tải ) …

10 Bãi phơ bùn

Theo sơ đồ này ngời ta chia hệ thống xử lý nớc thải thành 3 công đoạn:

- Xử lý sơ bộ hay xử lý cấp I hoặc bậc I

- Xử lý cơ bản hay xử lý cấp II hoặc bậc II

- Xử lý bổ sung hày xử lý cấp III hoặc bậc III

1.1 Xử lý sơ bộ hay xử lý bậc I

Công đoạn này đôi khi ngời ta chia thành tiền xử lý và xử lý sơ bô Nói chung

là công đoạn này loại bỏ phần lớn các tạp chất thô, cứng, vất nổi, nặng (cát, đá, sỏi ),… dầu, mơ, để bảo vệ bơm, đ… ờng ống, thiết bị tiếp theo và đa nớc thải xử lý cơ bản có hiệu quả hơn

Các trang thiết bị của công đoạn này thờng là: song, lới chắn rác, có thể có máy nghiềm và cặn vụn rác, lắng cát, bể điều hoàn, bể trung hoàn tuyển nổi và lắng 1

Bể điều hoà đôi khi có trang bị sục khí, bổ sung clo để khử mùi, khử mầu và làm tăng cờng oxi hoá

Kết quả thông thờng của công đoạn này là loại đợc hầu hết tạp chất rơm rác, sợi, vật thô nổi, tạp chất nặng (cát, sỏi), một phần tạp chất ở dạng lơ lửng, chât lợng

n-ớc ra đáp ứng gần loại C Trờng hợp nn-ớc thải nhiễm bẩn ít, qua công đoạn xử lý sơ bộ

đã đạt đợc chỉ tiêu nếu không có các chất độc hại, chỉ tiêu vi sinh vật đạt yêu cầu thì có thể đổ thẳng vào nguồn, phun lên các cánh đồng tới, cho tái sử dụng (chỉ cần khử khuẩn qua bằng clo hoá)

1.2 Xử lý cơ bản hay xử lý bậc II

Xử lý cơ bản chủ yếu là ứng dụng các quá trình sinh học (đôi khi là quá trình hoá học hoặc cơ học hoặc kết hợp) Công đoạn này là phân huỷ sinh học hiếu khí các chất hữu cơ, chuyển các chất hữu cơ dễ phân huỷ thành các chất vô cơ và chuyển các chất hữu cơ ổn định thành công cặn dễ loại bỏ ra khỏi nớc

Các công trình và thiết bị trong công đoạn này thờng chia ra thành các nhóm:

- Bể hiếu khí với bùn hoạt tính

- Lọc sinh học hoặc cánh đồng lọc

- Địa quay sinh học

- Mơng (kênh) oxi hoá

- Ao hồ hiếu khí

- Lắng 2

Trong nhiều trờng hợp công đoạn này chỉ gồm có 1 trong các loại hình công trình hoặc thiết bị trên hợp với lắng 2

Ngời ta có thể dùng các loại hình trang thiết bị kỵ khí đóng vai trò xử lý cơ bản cho công đoạn này bao gồm:

- Bể phân huỷ kỵ khí

- Lên men metan

- Hồ kị khí

- Hồ tuỷ nghi

- Lọc kỵ khí

- …

Hoặc kết hợp kỵ khí trớc kết hợp với hiếu khí sau đối với nớc thải nhiễm bẩn nặng

Nớc thải qua lắng II có thể đạt loại B hoặc loại A Nếu trờng hợp không đạt yêu cầu nớc ra cần phải xử lý theo hai cách

- Cho quay lại để pha loãng với nớc thải đẩu vào Aeroten

- Cho tiếp tục xử lý bổ sung và có thể là xử li bâc III

1.3 Xử lý bổ sung hay xử lý bậc III

Thông thờng công đoạn này chỉ cần khử khuẩn để đảm bảo nớc trớc khi đổ v

ào các thuỷ vực không cò các vi sinh vật gây bênh; khử mầu, khử mùi và giảm nhu cầu oxi sinh học cho nguồn tiếp nhận

Các phơng pháp khử khuẩn thờng đợc dùng là: clo hoà nớc, ozon, tia cực tím Phơng pháp khử khuẩn bằng clo dạng khí, dạng lỏng, các hipoclorit là hay đợc dùng hơn cả

Ngoài ra, công đoạn này còn có thể tiếp tục nâng cao chất lợng nớc đã xử lý tái

sử dụng và để xả và nguồn tiếp nhân có yêu cầu cao Do đó các thiết bị ở đây cần trang bị:

- Vi lọc hoặc lọc cát, lọc qua màng …để lọc trong nớc

- Kết tủa hoá học và đông tụ

- Hấp phụ qua than hoạt tính để khử hết các loại kim loại năng, chất hữu cơ, các chất màu, mùi …

- Trao đổi ion, thẩm thấu ngợc, điện thẩm tích để ổn định chất l… ợng nớc

2 Nớc thải các nhà máy sản xuất thực phẩm

2.1 Đặc tính của nớc thải của các nhà mày sản xuất thực phẩm

Nớc thải của các nhà máy sản xuất thực phẩm có những đặc tính chung sau:

- Hàm lợng các bon hu cơ cao đồng nghĩa với nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD) cao

- Hàm lợng nitơ tổng (NT) và tổng phốt pho (TP) cao là sản phẩm phân huỷ từ các prôtêin

- Nớc thải có tính kiềm (pH>7)

- Thờng không có chất độc ức chế hoàn toàn hệ sinh vật trong nớc

2.2 Phân tích và lựa chọn các phơng pháp xử lý nớc thải cho các nhà máy sản xuất thực phẩm

Phân tích lựa chọn phơng pháp xử lý

Dựa trên những đặc tính nớc thải của các nhà máy sản xuất thực phẩm ở phấn trên ta thấy nớc thải này phù hợp với các phơng pháp xử lý sinh học Vì thế trong xử lý nớc thải của các nhà mày chế biến thực phẩm thờng chọn phơng pháp xử lý sịnh kết hợp với các phơng pháp hoá lý xử lý nớc thải của các nhà máy chế biến thực phẩm

Xử lý nớc thải bằng phơng pháp sinh học dựa trên hoạt động của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dỡng hoại sinh, có trong nớc thải Quá trình hoạt động của

chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn đợc khoáng hoá và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nớc Do vậy điều đầu tiên và vô cùng quan trọng là nớc thải phải là mội trờng sống của quẩn thể vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ có trong nớc thải Muốn đảm bảo điểu kiện này nớc thải phải:

- Không có chất độc làm chết hay ức chế hoàn toàn hệ vi sinh vật trong nớc thải Trong số các chất độc phải chú ý đến hàm lợng các kim loai nặng Theo mức độ độc hại của các kim loại, xếp theo th tự:

Sb>Ag>Cu>Hg>Cp>=Ni>=Pb>=Cr3+>V>Cd>Zn>Fe Muối của các kim loại này ảnh hởng nhiều tới đời sống của vi sinh vật, nếu quá nồng độ cho phép, các vi sinh vật không thể sinh trởng đợc và có thể bị chết Nh vậy, không thể tiến hành xử lý sinh học đợc Nồng độ muối của chúng thấp hơn giới hạn sẽ làm giảm tốc độ làm sạch nớc Trong trờng hợp nớc thải chứa nhiều hợp chất độc thì tính toán dựa vào chất có mức độ độc nhất

- Chất hữu cơ có trong nớc thải phải là cơ chất dinh dỡng nguồn cacbon và năng lợng cho vi sinh vật Các hợp chất hidratcacbon, protein, lipit hoà tan thờng là cơ chất dinh dỡng rất tốt cho vi sinh vật

- Nớc thải đa vào xử lý sinh học có 2 thông số đặc trng là COD và BOD Tỷ số của 2 thông số này phải là COD/BOD<=2 hoặc BOD/COD>=0,5 mới có thể

đa vào xử lý sinh học (hiếu khí) Nừu COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong đó gồm có xenlulozơ, hemixenlulozơ, protein, tinh bột cha ta thì phải xử lý sinh học kị khí

Bên cạnh các chất dễ bị phân huỷ nhu hidratcacbon, protein, còn rất nhiều chất chỉ bị oxi hoá một phần hoặc thậm chí hầu nh hoàn toàn không bị phân huỷ Các chất hữu cơ tự nhiên có lignin là khó bị phân huỷ, kitin hầu nh không bị phân huỷ, sừng móng, tóc cũng vậy Các chất hữu cơ tổng hợp từ hidrocacbon, alcol, aldehyt, este có chất bị phân huỷ chậm, có chất hầu

nh không bị phân huỷ Vi vây khi COD cao gấp nhiều lần BOD tức là các chất khó hoặc không bị phân huỷ bởi sinh vật cao lên sử dụng phơng pháp

xử lý sinh học hiếu khí là không có hiệu quả cao

Các phơng pháp lý hoá

Một số phơng pháp lý hóa thờng đợc sử dụng trong xử lý nớc thải của các nhà mày sản xuất thực phẩm là: lắng cát, Tách dầu mỡ, trung hòa, tuyển nổi

Lắng cát

Phơng pháp này dựa trên nguyên lý trọng lực, dòng nớc thải đợc cho chảy qua

“bẫy cát” Bộy cát là một loại bể, hồ, giếng cho nớc thải chảy vào theo nhiều cách

khác nhau: theo tiếp tuyến, theo dòng ngang, theo dòng từ trên xuống và tỏ ra chung quanh Nớc qua bể nắng cát (qua bẫy) dới tác dụng của trọng lực, cát nặng sẽ lắng xuống đáy và kéo theo một phần chất đông tụ

Các lắng ở bẫy cát thờng ít chất hữu cơ Sau khi lấy ra khỏi bể lắng cát, sỏi đợc loại bỏ

Các loại bể lắng cát thông dụng là bể lắng ngang Thờng thiết kế hai ngăn: một ngăn cho nớc đi qua, một ngăn cào cát sỏi lắng Hai ngăn ngày làm việc luôn phiên

Tách dầu mỡ

Nớc thải của một số xí nghiệp ăn uống và chế biến bơ sữa, cá lò mổ, xí nghiệp

ép dầu Thờng có lấn dầu mỡ Các chất này thờng nhẹ hơn nớc và nổi lên trên mặt

n-ớc Nớc thải sau khi xử lý không có lẫn dầu mỡ mới đợc phép chảy vào các thuỷ vực Hơn nữa, nớc thải có lẫn dầu mỡ khi vào xử lý sinh học sẽ làm bít các lỗ hổng ở vật liệu lọc, ở phin lọc và còn làm hỏng cấu trúc bùn hoạt tính trong aeroten

Ngoài cách làm các đơn giản bằng các tấm sợi quét trên mặt nớc, ngời ta chế tạo ra các thiết bị tách dầu, mỡ đặt trớc dây chuyền công nghê xử lý nớc thải (hình 2)

Hình 2 Thiết bị tách dầu mỡ

a Loại nằm ngang

1 Thân thiết bị 2 Bộ phận hút cặn bằng thuỷ lực 3 Lớp dầu, mỡ

4 Ông thu gom dầu,

mỡ

5 Vắch ngăn dầu, mỡ 6 Răng cào trên băng

tải

7 Hồ chứa cặn

b Thiết bị tách dầu, mỡ lớp mỏng

1 Cửa dẫn nớc thải sạch ra ống gom dầu, mỡ Vách ngăn

4 Tấm chất dẻo xốp nổi Lớp dầu ống dẫn nớc thải vào

7 Bộ phận lắng làm từ các tấm gợn

sóng

Bùm cặn

Trung hoà

Nớc thải thờng có giá trị pH khác nhau Muốn nớc thải đợc xử lý tốt bằng

ph-ơng pháp sinh học phải tiến hành trung hoà và điều chỉnh pH về vùng 6,6 -7,6

Trung hoà bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muốn axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hoà dung dịch nớc thải

Các hoá chất thờng dùng vào mục đích này đợc giới thiệu ở bảng 2.2.3.1

Bảng 1 Hoá chất thờng dùng để điểu chỉnh pH nớc thải

mg/l để trung hoà 1mg/l axit hoặc kiềm tính theo CaCO 3

(mg/l)

Vôi sống dolomit [CaO0,6MgO0,4] 0,497

Vôi tôi dolomit [(Ca(OH)2)0,6(Mg(OH)2) 0,4] 0,677

Axit clohydric HCl 0,72

Tuyển nổi

Phơng pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nớc có khả năng tự lắng kém, nhng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt

n-ớc Sau đó ngời ta tách các bọt khí cùng các phân tử dính ra khỏi nn-ớc Thực chất đây là quán trình tách bọt hoặc làm đặc bọt Trong một số trờng hợp, quá trình này cũng đợc dùng để tách các chất hoà tan nh các chất hoạt động bề mặt

Phơng pháp tuyển nổi đợc dùng rộng rãi trong luyện kim, thu hồi khoáng sản quý và cũng đợc dùng trong lĩnh vực xủ lý nớc thải

Quá trình này đợc thực hiện nhờ thổi không khí thành bọt nhỏ vào trong nớc thải Các bọt khí dính các hạt lơ lửng lắng kém và nổi lên mặt nớc Khi nổi lên các bọt khí tập hợp thành bông hạt đủ lớn, rồi tạo thành một lớp bọt chứa nhiều các hạt bẩn

Tuyển nổi bọt nhằm tách các chất lơ lửng không tan và một số chất keo hoặc hoà tan ra khỏi pha lỏng Ký thuật này có thể dùng cho xử lý nớc thải đô thị và nhiều lĩnh vực công nghiệp chế biến dầu béo, thuộc da, dệt, chế biến thịt

Tuyển nổi có thể đặt ở giai đoạn xử lý sơ bộ (bậc I) trớc khi xử lý cơ bản (bậc II) – Bể tuyển nổi có thể thay thế cho bể lắng, trong dây chuyền nó đứng tr ớc hoặc sau bể lắng đồng thời cũng có thể ở giai đoạn xử lý bổ xung (hay triệt đê - cấp III) sau

xử lý cơ bản

Có hai hình thức tuyển nổi với:

1 Sục khí ở áp suất khí quyển gọi là tuyển nổi bằng không khí

2 Bão hoà không khí ở áp suất khí quyển sau đó thoát khí ra khỏi nớc ở áp suất chân không gọi là tuyển nổi chân không

Hình 3 Hệ thống tuyển nổi bằng không khí hòa tan

Các phơng pháp sinh học

Cho đến nay ngời ta đã xác minh đợc rằng, các vi sinh vật có thể phân huỷ đợc tất cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo Mức độ phân huỷ và thời gian phân huỷ phụ thuộc trớc hết vào cấu tạo các chất hữu cơ,

độ hoà tan trong nớc và hàng loạt các yếu tố ảnh hởng khác

Vi sinh vật có trong nớc thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dỡng và tạo ra năng lợng Quá trình dinh dỡng làm cho chúng sinh sản, phát triển tăng số lợng té bào (tăng sinh khối), đồng thời làm sạch (có thể là gần hoàn toàn) các chất hữu cơ hoà tan hoặc các hạt keo phân tán nhỏ Do vậy, trong

xử lý sinh học, ngời ta phải loại bỏ các tạp chất phân tán thô ra khỏi nớc thải trong giai

đoạn xử lý sơ bộ Đối với các tạp chất vôi cơ có trong nớc thải thì phơng pháp xử lý sinh học có thể khử các chất sulfit, muối amon, nitrat các chất cha bị ôxy hoá hoàn toàn Sản phẩm của các quá trình phân huỷ này là khí CO2, nớc, khí N2, ion sulfat

Hình 4 Các phơng pháp sinh học làm sách nớc thải

Một số phơng pháp sinh học sau đây thờng đợc dùng để xử lý nớc thải của các nhà máy chế biến thực phẩn

Phơng pháp hiếu khí (Aerobic)

Là phơng pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí để xử lý các chất gây nhiễm bẩn trong nớc thải Để đảm bảo hoạt động của chúng cần cung cấp oxy liên tục cho chung và duy trì ở nhiệt độ khoảng 20-400C

Phơng pháp Bùn hoạt tính (Activated Sludge)

Trong nớc thải, sau một thời gian làm quen, các tế bào vi khuẩn bắt đầu tăng trởng, sinh sản và phát triển Nớc thải bao giờ cũng có các hạt chất rắn lơ lửng khó lắng Các tế bào vi khuẩn sẽ dính vào các hạt lơ lửng này và phát triển thành các hạt

Các phương pháp sinh học xử lý nước thải

Hiếu khí

Bùn hoạt

tính Địa quay sinh học Màng lọc sinh

học

Ao, hồ ổn

định nước thải

Bể kỵ khí

Bể lọc

kỵ khí

UASB

Khử nitrat

bông cặn có hoạt tính phân huỷ các chất hữu cơ nhiễm bẩn nớc thể hiện bằng BOD Các hạt bông này nếu đợc thổi khí và khuấy đảo sẽ lơ lửng ở trong nớc, và dần đợc lớn dần lên do hấp phụ nhiêu hạt chất rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động vật và các chất độ Nhng hạt bông này khi ngng thổi khí hoặc các chất hữu cơ làm cơ chất dinh dỡng cho vi sinh vật trong nớc cạn kiệt chũng sẽ lắng xuống đáy bể hoặc hồ thành bùn Bùn này đợc gọi là bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, kết lại thành dạng hạt bông với trung tâm là các hạt chất rắn lơ lửng ở trong nớc Các bông này có mầu vàng nâu dễ lắng có kích thớc từ 3 đến 150à Những bông này gồm các vi sinh vật sống và cặn rắn (khoảng 30-40% thành phần cầu tạo thành bông, nếu hiếu khí bằng thổi khí và khuấy đảo đầy đủ trong thời gian ngắn thì con số này khoảng 30%, thời gian dài khoảng 35% và kéo dài vài ngày có thế tới 40% Những vi sinh vật ở đấy chủ yếu là vi khuẩn, ngoài ra còn có nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh, dòi, giun

Các hạt keo dính trong khối nhầy của bùn hoạt tính hấp thụ các chất lơ lửng, vi khuẩn, các chất màu, mùi trong nớc thải Do vậy hạt bùn sẽ lớn dần và tổng lợng bùn cũng tăng dần lên, rồi từ từ lắng xuống đáy Kết quả là nớc sáng màu, giảm lợng ô nhiễm, các chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn và nớc đợc làm sạch

Bùn hoạt tính lắng xuống là “bùn già”, hoạt tính giảm Nếu đợc hoạt hoá (trong môi trờng thích hợp có sục khí đầy đủ) sẽ sinh trởng trở lại và hoạt tính sẽ đợc phục hồi

Ao hồ sinh học hày còn gọi là ao hồ ổn định nớc thải

Xử lý nớc thải trong các ao hồ ổn định là phơng pháp xử lý đơn giản nhất và

đ-ợc áp dụng từ xa xa Phơng pháp này không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu t ít, chi phí hoạt động rẻ tiền, quản lý đơn giản và hiệu quả cũng khá cao

Quy trình xử lý theo phơng pháp ao hồ sinh học khá đơn giản và đợc tóm tắt

nh sau:

Nớc thải  loại bỏ rác, cát sỏi  Các ao hồ ổn định  Nớc đã xử lý

Cơ sở khoa học của phơng pháp là dựa vào khả năng tự làm sạch của nớc, chủ yếu là vi sinh vật và các thuỷ sinh khác, các chất nhiễm bẩn bị phân huỷ thành các chất khí và nớc Nh vậy, quá trình làm sạch không phải thuần nhất là quá trình hiếu khí, ma còn có cả quá trình tuỳ tiện và kỵ khí

Phơng pháp này có một số u điểm nh sau: