Quản lí chất thải trong sản xuất sữa đậu nành

Bài Báo Cáo Về Vấn Đề Quản Lý Nước Thải Trong Công Nghệ Sản Xuất Sữa Đậu Nành. Hiện Trạng Chất Thải Hiện Nay Và Cách Khắc Phục. Tiêu biểu ở nhà máy VinaSoy Bắc Ninh..............................................................................................................................................................................

Xử lí nước thải trong quá trình chế biến sữa đậu nành

1 Tổng quan về sữa đậu nành, quy trình sản xuất sữa đậu nành và nguồn gốc chất thải trong quá trình sản xuất.

1.1 Tổng quan

Hiện nay, tại Việt Nam, ngành công nghiệp đồ uống phát triển mạnh để đáp ứng nhu cầu rất lớn về thức uống mang giá trị dinh dưỡng tốt cho sức khoẻ Đậu nành là một loại hạt có giá trị dinh dưỡng rất cao: prorein đậu nành đứng hàng đầu về đạm nguồn gốc thực vật không chỉ về hàm lượng protein cao mà cả về chất lượng protein Bởi vì protein đậu nành dễ tan trong nước và chứa nhiều acid amin không thay thế như lysin,

tryptophan

Gần đây, việc áp dụng ngày càng nhiều đậu nành và các thực phẩm chứa đậu nành là giảm tỷ lệ ung thư Một nhóm chất phytochemical, isoflavone, được tìm thấy trong đậu nành và đậu nành cho mục đích thực tế là nguồn duy nhất của isoflavone trong chế độ ăn uống của con người Hóa chất thực vật là các hóa chất thực vật không dinh dưỡng và thực vật sản xuất loại hóa chất có thể bảo vệ mình khỏi bệnh tật Nó đã được chứng minh rằng chất phytochemical cũng có thể giúp con người chống lại bệnh tật Với

số lượng ngày càng tăng của sữa đậu nành tiêu thụ, cần phải suy nghĩ xem chất thải phải được xử lý như thế nào

Sữa đậu nành là sản phẩm thu được từ quá trình nấu dịch sữa đậu (tức dung dịch thu được từ khi tiến hành trích ly hạt đậu nành) Đây là dạng nhũ tương có màu trắng đục như sữa bò Theo phương pháp truyền thống, sữa đậu nành thường được chế biến bằng cách ngâm đậu nành trong nước rồi tách vỏ, sau đó tiến hành nghiền ướt và lọc qua vải để thu dịch sữa đậu đem nấu Tuy nhiên, dung dịch thu được có mùi đậu Hiện nay, ở quy

mô công nghiệp, chúng ta có thể loại triệt để các mùi gây khó chịu và tạo ra những sản phẩm sữa đậu nành có chất lượng tốt hơn và mang giá trị dinh dưỡng cao hơn

1.2 Quy trình sản xuất sữa đậu nành và nguồn gốc chất thải

1.2.1 Nguồn gốc chất thải rắn

Thiết bị làm sạch, trích ly bã đậu nành Đất, cát, đá, kim loại, đậu nhỏ, Khu vực đóng hộp ,co lốc,đóng

thùng

Vỏ bao bì, vỏ hộp, ống hút hỏng, lõi Strip

Chất thải rắn sinh hoạt nilon…Giấy vụn, thức ăn thừa, túi

Chất thải nguy hại Bóng đèn hỏng, hộp mực in, dầu động Dầu thải, giẻ lau dính dầu mỡ,

cơ, hộp số…

1.2.2 Nguồn gốc chất thải lỏng

Nước rửa các bồn chứa và can

ở trạm tiếp nhận

Chất hữu cơ dễ phân huỷ, chất rắn lơ lửng

Nước tại công đoạn chế biến:

Nước vệ sinh công nghiệp (rửa thiết bị, nước thải từ nồi hơi, từ

máy làm

lạnh …)

Chất hữu cơ dễ phân hủy, chất rắn lơ lửng, đất, cát, kim loại, … Nước thải sinh hoạt hủy,… Chất rắn, chất hữu cơ dễ phân

Nước thải tại các công đoạn chế biến sữa chủ yếu bao gồm sữa hoặc các sản phẩm sữa bị mất trong các chu kỳ công nghệ

Nước thải vệ sinh công nghiệp thường đến từ các thiết bị giặt tiếp xúc trực tiếp với sữa hoặc các sản phẩm từ sữa Những nước thải này với số lượng lớn và bị ô nhiễm cao, do đó cần phải xử lý thêm Thêm vào đó là nước thải từ thiết bị rửa lon, hộp, …

Nước thải sinh hoạt được tìm thấy trong nhà vệ sinh, phòng tắm, …Nước thải sinh hoạt có thành phần tương tự như nước thải đô thị và thường được dẫn trực tiếp vào công trình nước thải Nó có thể được sử dụng làm nguồn nitơ cho nước thải sữa không cân bằng trước khi xử lý hiếu khí thứ cấp

2 Đặc điểm của chất thải trong quá trình sản xuất sữa đậu nành

2.1 Chất thải rắn

Chủ yếu là các tạp chất và những phần bỏ đi từ thực phẩm Thêm vào đó là vỏ các chai lọ đựng hóa chất, chất bảo quản, chất tẩy rửa Khi vệ sinh các dụng cụ sản xuất, những chất như dầu, chất kết dính hay chất bị kết dính phát sinh ra tạo thành những thành phần gây nguy hại cho đời sống sinh vật cũng như hệ sinh thái

Chất thải rắn ở các Nhà máy thường được chia thành 3 loại:

- Chất thải rắn sinh hoạt: Rác thải rắn phát sinh trong các hoạt động sinh hoạt, ăn uống của cán bộ công nhân viên trong Nhà máy Thành phần chủ yếu gồm: thức ăn dư thừa, bao bì, túi nilon, giấy, vỏ hộp, … Những chất hữu cơ dễ bị phân hủy, gây mùi khó chụi, gây mất vệ sinh và ảnh hưởng đến mỹ quan khu vực

- Chất thải rắn sản xuất: Các chất thải rắn phát sinh từ hoạt động của dây chuyền sản xuất Thành phần chủ yếu gồm: bã nguyên liệu, vỏ bao bì hỏng, …

- Chất thải nguy hại: Các chất thải đã được quy định trong danh mục các chất thải rắn nguy hại

2.2 Chất thải không khí

Trong quá trình hoạt động, nhà máy sử dụng nồi hơi phục vụ cho các công đoạn sản xuất như: trần, nấu, phối trộn ; tiệt trùng… Do vậy, sẽ phát sinh khí thải từ khu vực nồi hơi: SO2, NO2, CO, CO2, bụi…

Khí thải cũng phát sinh từ các phương tiện vận tải chuyên dụng trong Nhà máy Khí Clo sinh ra từ công đoạn khử trùng thiết bị, dụng cụ và nhà xưởng chế biến, khử trùng nguyên liệu và bán thành phẩm NH3 bị rò rỉ từ dàn ống của hệ thống lạnh Bụi sinh ra do quá trình vận chuyển và bốc dỡ nguyên liệu, bán thành phẩm…

Trong dây chuyền sản xuất, nhiệt độ phát sinh chủ yếu từ các vị trí có gia nhiệt Nhiệt độ sẽ đặc biệt cao ở các phân xưởng không được thông thoáng tốt Ô nhiễm nhiệt là ô nhiễm đặc trưng thường gặp ở các Nhà máy, xí nghiệp có công nghệ dùng nhiệt, đồng thời cũng là ô nhiễm đáng quan tâm do điều kiện khí hậu nhiệt đới, số ngày nắng trong năm

4

nhiều và độ ẩm cao Ngoài ra, trong các Nhà máy thực phẩm còn phát sinh mùi từ hệ thống

xử lý nước thải, khu lưu trữ chất thải rắn như do các chất hữu cơ bị phân hủy yếm khí: NH3; H2S; các hợp chất mercaptan CH3SH, CH3(CH2)SH; sunphit hữu cơ (CH3)2S, (C6H5)2S

2.3 Chất thải lỏng

Nồng độ các chất gây ô nhiễm thể hiện qua các chỉ tiêu pH, SS, BOD5, COD, tổng N, tổng P,dầu mỡ, Coliform Hàm lượng BOD đầu vào của nước thải ở mức độ trung bình

Nước thải chế biến sữa ban đầu thường trung tính hoặc hơi kiềm, nhưng có

khuynh hướng trở nên axit hoàn toàn nhanh chóng do sự thiếu hụt oxy tạo điều kiện lên men lactose thành axit lactic làm giảm pH và có khả năng gây ra sự kết tủa casein

Hàm lượng đường, protein, chất rắn lơ lửng cao

Nước rửa thiết bị váng sữa, ép và nước muối, dầu mỡ từ thiệt bị và các chất thải rắn hữu cơ Hơn 90% chất rắn hữu cơ trong nước thải đến từ sữa và dư lượng sản xuất

Thành phần nước thải lành tính, it độc Hầu như là chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học, dễ dàng xử lí bằng các phương pháp vi sinh

Các chỉ tiêu hóa lý của nước trong sản xuất sữa đậu nành yêu cầu:

3 Quy trình xử lí nước thải trong quá trình chế biến sữa đậu nành

Nguyên liệu sản xuất chính: Đậu nành, nước sạch và đường

Nồng độ các chất ô nhiễm nước thải đầu vào:

Bảng: Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải vào

3.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý

- Căn cứ vào tiêu chuẩn nước thải sau xử lý: đạt tiêu chuẩn theo qui định khi xả thải vào nguồn tiếp nhận

- Công nghệ đề xuất phải đảm bảo xử lý được hàm lượng chất hữu cơ và các chất

ô nhiễm khác trong nước thải

- Công nghệ xử lý phải đơn giản, dễ vận hành, có tính ổn định cao, vốn đầu tư kinh phí tối ưu

- Hệ thống vận hành ổn định, linh hoạt , tuổi thọ công trình cao

- Ngoài ra cần chú ý đến:

+ Điền kiện vận hành, xây dựng

+ Khả năng đầu tư

3.2 Đề xuất công nghệ xử lý

Bản chất của nước thải chế biến sữa đậu nành là không độc hại hoặc không ảnh hưởng đến việc vận hành các phương pháp xử lý sinh học Vì vậy các quá trình sinh học trong xử lý nước thải loại này được xem là thích hợp nhất

Lưu lượng và nồng độ của nước thải dao động lớn theo thời gian sản xuất trong ngày cũng như theo các mùa trong năm cho nên cần có bể điều hòa để ổn định lưu lượng

và nồng độ các chất ô nhiễm trước khi xử lý Nước thải chế biến sữa ban đầu thường trung tính hoặc hơi kiềm, nhưng có khuynh hướng trở nên axit hoàn toàn một cách nhanh chóng do sự thiếu hụt oxy tạo điều kiện lên men lactose thành axit lactic làm pH giảm và

có khả năng gây ra sự kết tủa casein Cho nên muốn đạt hiệu quả xử lý cao cần phải chỉnh

pH lên giá trị tối ưu Đồng thời một số nơi nước thải thiếu hụt cả N và P làm giảm hiệu quả vận hành của các công trình xử lý sinh học nên cần thiết phải bổ sung thêm N,P nhằm đạt tỷ lệ BOD5:N:P = 100:50:1

6

Trong quá trình sản xuất tại các nhà máy dù có thận trọng để không thải bỏ, nước thải chế biến sữa không tránh khỏi chứa mỡ tự do Tách lượng dầu mỡ này và chất rắn lơ lửng được tách bằng một bể tách dầu, mỡ được thiết kế phù hợp, đạt tiêu chuẩn

3.3 Phân tích, đánh giá về công nghệ SBR:

- SBR (sequencing batch reactor): Bể phản ứng theo mẻ là dạng công trình xử lý nước thải trên phương pháp bùn hoạt tính, nhưng 2 giai đoạn sục khí và lắng diễn ra gián đoạn trong cùng một kết cấu

- Hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý nước thải sinh học chứa chất hữu cơ cao Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm các quá trình Bơm nước thải – Phản ứng (sục khí) - Lắng – Rút nước và xả bùn dư

- Hệ thống linh hoạt trong vận hành: do bể sinh học được vận hành dạng mẻ nên tùy thuộc vào lưu lượng và tính chất nước thải đầu vào mà ta có thể điều chỉnh số lượng

và thời gian vận hành của từng mẻ xử lý cho phù hợp Do đó, sẽ tiết kiệm được chi phí vận hành, chủ động trong việc điều chỉnh chất lượng nước thải sau xử lý do có thể điều chỉnh được thời gian sục khí của từng mẻ

3.4 Quy trình công nghệ xử lý

3.5 Thuyết minh quy trình công nghệ:

Bước 1: Hố bơm

+ Nước thải từ khu vực sản xuất đựợc thu gom, tự chảy vào trạm xử lý nước thải + Trước tiên nước thải chảy qua song chắn rác thô, kích thước 10mm, nhằm tách rác có kích thước lớn/thô hơn 10mm Rác bị chặn lại sẽ được thu gom hằng ngày, trữ vào thùng và được vận chuyển đến nơi chôn lấp

+ Tiếp đến, nước thải chảy vào hố bơm Tại hố bơm, các bơm sẽ bơm nước thải đến bể tách dầu

Bước 2: Bể tách dầu

+ Trước khi vào bể tách dầu, nước thải được cho qua lược rác tinh để tách rác có kích thước >2mm

+ Bể tách dầu được thiết kế giúp tách thành phần dầu mỡ khoáng, dầu động thực vật ra khỏi nước thải nhờ vào đặc tính là tỉ trọng của các thành phần này nhẹ hơn tỉ trọng của nước

+ Hỗn hợp nước thải và dầu mỡ được phân phối vào bể tách dầu, với thời gian lưu nước được thiết kế thì tại cuối bể: dầu sẽ nổi lên bề mặt, nước thải bên dưới sẽ tự chảy vào bể điều hoà Dầu trên mặt nước được thu gom bằng ống đưa về bể chứa bùn

Bước 3: Bể điều hoà

+ Bể điều hoà được thiết kế với thời gian đủ lớn để cân bằng về lưu lượng và nồng độ các thành phần ô nhiễm có trong nước thải Một số ưu điểm của việc thiết kế bể điều hoà cụ thể như sau:

- Lưu trữ nước thải phát sinh vào những giờ cao điểm và phân phối đều cho các

bể xử lý phía sau

- Kiểm soát các dòng nước thải có nồng độ ô nhiễm cao

- Tránh gây quá tải cho các quy trình xử lý phía sau

- Có vai trò là bể chứa nước thải khi hệ thống dừng lại để sửa chữa hay bảo trì Máy thổi khí và ống phân phối đựơc lắp đặt dưới đáy bể giúp khuấy trộn đều nước thải, tránh tạo điều kiện phân hủy sinh học kỵ khí, nên không phát sinh mùi hôi

Bơm chìm giúp bơm nước thải vào cụm xử lý tiếp theo

Bước 4: Bể phản ứng sinh học từng mẻ - Bể SBR

+ Trước khi vào bể SBR, pH của nước thải được đo bằng thiết bị đo pH tự động đặt trên đường ống, thiết bị này đọc giá trị pH và truyền tín hiệu để điều khiển tự động bơm định lượng châm axit hoặc bazơ vào nước thải để thực hiện quá trình trung hoà nước thải, đưa pH của nước thải về khoảng pH = 6,5-7,5 Thiết bị khuấy trộn tĩnh được lắp đường ống nhằm tối ưu hoá quá trình phản ứng giữa hoá chất và nước thải Nếu lượng photpho trong dòng vào không đủ cho quá trình xử lý sinh học thì dinh dưỡng cũng được

bổ sung vào giai đoạn này

+ SBR kết hợp quá trình xử lý sinh học bùn hoạt tính lơ lửng và quá trình lắng sinh học vào trong 1 bể phản ứng Một chu kỳ hoạt động trong bể SBR là 1 chuỗi gồm 4 bước chính, với trình tự như sau:

- Cấp nước: mục đích của giai đoạn này là cấp cơ chất (nước thải thô) vào bể Thể tích nước thải cấp vào chiếm khoảng 30% thể tích chứa nước bể (70% còn lại là thể tích bùn hoạt tính còn lại của chu kỳ trước)

10

- Thổi khí (phản ứng): Trong giai đoạn này, máy thổi khí cấp khí vào nước thải đầu vào hoà trộn vào lớp bùn hoạt tính còn lại trong chu kỳ trước, lúc này vi sinh vật sẽ

sử dụng oxy và tiêu thụ chất hữu cơ trong nước thải

- Lắng: Chất rắn được lắng trọng lực, tách ra từ hỗn hợp bùn hoạt tính trongđiều kiện lắng tĩnh, nước trong phía trên sẽ được rút ra ngoài

- Rút nước và xả bùn dư: 2 bước cuối cùng của chu kỳ có thể tiến hành song song Nước trên bề mặt được rút ra nhờ ống thu nước được kiểm soát bằng các van điện

tự động lắp trên đường ống Bùn dư dưới đáy bể được bơm đến bể chứa bùn

Tiếp theo, chu kỳ 2 sẽ được thực hiện tương tự

Bước 5: Bể khử trùng

+ Trong bể khử trùng, nước thải sau xử lý được xáo trộn với chất khử trùng Javen (NaOCl), chất khử trùng được bơm tự động vào bể theo giai đoạn xả nước thải của bể SBR, nhằm tiêu diệt Coliform và các vi sinh vật gây bệnh khác Với việc thiết kế nhiều vách ngăn trong bể nhằm tạo điều kiện khuấy trộn giữa nước thải và chất khử trùng Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép được xả vào nguồn tiếp nhận

Bước 6: Bể chứa bùn

+ Quá trình nén bùn trong bể này là quá trình nén bùn trọng lực Tương tự như cơ chế hoạt động của bể lắng ly tâm, bùn loãng đựơc đưa vào ống phân phối trung tâm, bùn lắng xuống và được thu gom về hố tại tâm bể Từ đây bùn đựơc bơm đến máy ép bùn, nước dư phía trên được bơm hồi lưu về hố bơm để xử lý lại

Kết quả của quá trình nén bùn:

- Tăng nồng độ chất rắn trong bùn

- Giảm thành phần chất hữu cơ trong bùn, giúp ổn định bùn

- Giảm thể tích bùn trước khi đưa vào máy ép bùn

Máy ép bùn sẽ tiếp tục khử nước trong bùn, giảm thể tích bùn và tăng chất rắn trong bùn đến nồng độ có thể vận chuyển đến chỗ chôn lấp Polymer được thêm vào với vai trò như là chất “kết dính” nhằm đông kết các hạt bùn để quá trình nén bùn được thực hiện dễ dàng và đạt hiệu suất cao Nước dư từ máy ép bùn được hồi lưu về hố bơm để xử

lý lại

4 Yêu cầu của nước thải sau xử lí và đề xuất biện pháp nâng cao hiệu quả xử

lí chất thải.

4.1 Các tiêu chuẩn nước thải nói chung

Theo quy định các cơ sở sản xuất phải tuân theo tiêu chuẩn về nước thải công nghiệp về các chỉ số ô nhiễm trước khi xả thải ra môi trường hoặc nguồn tiếp nhận khác Điều này không chỉ là điều kiện để doanh nghiệp phát triển bền vững mà còn bảo vệ môi trường

Theo quy định về xử lý nước thải công nghiệp tại Quy chuẩn Việt Nam 40:2011/BTNMT thì tất cả các ngành công nghiệp nói chung khi có hoạt động xả thải đều phải đảm bảo thực hiện tốt hai yêu cầu sau đây:

- Một là: xây dựng hệ thống thu gom, xử lý nước thải chuyên nghiệp

- Hai là: kiểm tra, phân tích chất lượng nước thải khi xả thải

Phân loại nước thải công nghiệp

- Nước thải công nghiệp loại A: là chỉ số ở mức tối đa có thể cho phép của các chất gây ô nhiễm trong nước thải công nghiệp vào nguồn nước ĐƯỢC DÙNG cho mục đích cấp mước sinh hoạt

- Nước thải công nghiệp loại B: là chỉ số ở mức tối đa có thể cho phép của chất gây ô nhiễm trong nước thải công nghiệp vào các nguồn nước KHÔNG DÙNG cho mục đích cấp nước sinh hoạt

4.2 Tiêu chuẩn nước thải trong sản xuất sữa đậu nành

Nồng độ các chất ô nhiễm nước thải đầu vào:

Cần xử lý nước thải đầu ra của nhà máy đạt tiêu chuẩn loại B, QCVN 40:2011/BTNMT

12