Công nghệ xử lý nước thải chế biến cà phê

Nước thải công nghiệp chế biến cafe là những nguồn nước thải bắt nguồn từ những hoạt động và quá trình rửa cà phê, xay cà phê. Lượng nước thải này được xác định là có nồng độ các chất ô nhiễm ở mức cao như là COD (Nhu cầu oxy hóa học), BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa), TSS (Tổng chất rắn lơ lửng trong nước), độ pH thấp,…

1 Tổng quan 

Cà phê là một loài cây công nghiệp lâu năm, được trồng chủ yếu ở khu vực phía Bắc và Tây Nguyên trong đó, diện tích trồng cà phê ở Tây Nguyên chiếm 72% tổng diện tích, chiếm khoảng 92% tổng sản lượng, đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và là mặt hàng nông sản xuất khẩu đứng thứ 2 về kim ngạch sau gạo (1-1,2 tỷ USD/ năm). Sự phát triển của ngành sản xuất cà phê không chỉ góp phần phát triển kinh tế đất nước mà còn giải quyết các vấn đề khác như: Chuyển dịch cơ cấu cây trồng, hạn chế các vùng đất bỏ hoang, đa dạng hóa các ịch vụ kinh doanh, phân bổ lại nguồn lao động, nâng cao chất lượng đời sống của người dân, mở rộng và thúc đẩy các quan hệ kinh tế đối ngoại.

Lợi ích mà ngành sản xuất cà phê mang lại là những điều mà chúng ta không thể phủ nhận nhưng hệ quả liên quan đến môi trường và điển hình là việc sản sinh ra nước thải có chứa các chất gây ô nhiễm của ngành chế biến cà phê cũng cần được nhìn nhận và giải quyết kịp thời để ngành sản xuất cà phê có thể tăng trưởng và phát triển bền vững trong những năm tiếp theo.

1.1 Quy trình chế biến cà phê

Hiện nay, việc chế biến cà phê có thể được tiến hành bằng 1 trong 2 công nghệ chính là công nghệ chế biến khô và công nghệ chế biến ướt. Mỗi công nghệ này lại có những đặc điểm riêng biệt, mang đến chất lượng khác nhau.

• Công nghệ chế biến cà phê bằng phương pháp khô: Với công nghệ này, hạt cà phê tươi sẽ được hong khô đến một mức độ nào đó thì đem đi xay, loại bỏ các lớp vỏ và lấy nhân bên trong. Công nghệ này được nhiều doanh nghiệp tại Việt Nam áp dụng nhưng chúng mang đến chất lượng sản phẩm không cao, đồng thời phụ thuộc nhiều vào yếu tố thời tiết, thời gian chế biến cũng kéo dài.

• Công nghệ chế biến cà phê bằng phương pháp ướt: Công nghệ này tương đối phức tạp, với nhiều giai đoạn xử lý khác nhau nhưng sản phẩm tạo ra có chất lượng tốt, lại không phụ thuộc vào thời tiết. Mặc dù vậy, sau quá trình chế biến, một lượng nước thải, khí thải lớn được tạo ra, đòi hỏi phải được xử lý trước khi đưa trở lại môi trường bên ngoài.

1.3 Ngành chế biến cà phê sản sinh nước thải gây ô nhiễm

Trong quá trình chế biến cà phê bằng phương pháp ướt, nước thải được sản sinh từ những công đoạn sau:

• Rửa thô: Ở công đoạn này, thành phần chủ yếu có trong nước thải là chất rắn lơ lửng và các chất ô nhiễm không cao.
• Xay vỏ: Mặc dù lượng nước thải khi xay vỏ không nhiều nhưng chúng lại đậm đặc, có độ đục và lượng cặn cao.
• Ngâm enzim: Việc ngâm hạt cà phê trong enzim khiến nguồn nước thải có chứa nhiều chất hữu cơ, độ nhớt lớn.

Rửa sạch: Tương tự như công đoạn ngâm enzim, ở giai đoạn rửa sạch, sự có mặt của các loại hóa chất khác nhau sản sinh ra lượng nước thải chứa nhiều các chất hữu cơ,

Ngoài các công đoạn trên, tại các nhà máy chế biến cà phê, nước thải còn sinh ra từ quá trình rửa máy móc, thiết bị và nước sinh hoạt của cán bộ, công nhân viên.

Theo kết quả phân tích, trong nước thải từ nhà máy chế biến cà phê bằng công nghệ ướt có chứa các thành phần sau:

STT	Thông số	Đơn vị	Giá trị	QCVN40:2011/BTNMT (cột B)
1	pH	–	5,1-5,6	5,5-9
2	COD	Mg/l	3.100-4.210	150
3	BOD	Mg/l	1.100-3.210	50
4	Chất rắn lơ lửng	Mg/l	700-870	100
5	Tổng Photpho	Mg/l	5,5-6,5	6
6	Tổng Nito	Mg/l	180-298	40

 Chú thích: QCVN40:2011/BTNMT (Cột B) là Quy chuẩn kỹ thuật do Nhà nước quy định về nồng độ các chất có trong nước thải công nghiệp, không phục vụ cho sinh hoạt.

Từ bảng trên, có thể thấy các thành phần và tính chất có trong nước thải từ nhà máy sản xuất cà phê đều vượt tiêu chuẩn, do đó, nếu nguồn nước này không được làm sạch trước khi đưa ra ngoài môi trường sẽ để lại những hệ quả nghiêm trọng. Cụ thể như sau:

• PH thấp hơn so với mức cho phép: Chỉ số pH cho phép đánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nước, chất lượng nước thải, độ cứng của nước, sự keo tụ và khả năng ăn mòn. Khi độ pH thấp sẽ ảnh hưởng đến sự sống của các loài thủy sinh.
• Hàm lượng COD cao hơn so với mức cho phép: COD là lượng oxy cần thiết cho các quá trình oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ có trong nước thành CO2 và H2O. Khi COD quá cao, cảnh báo nguồn nước có chứa nhiều chất hữu cơ.
• Hàm lượng BOD vượt tiêu chuẩn: BOD là lượng oxy cần cho vi sinh vật tiêu thụ để oxy hóa sinh học các chất hữu cơ trong bóng tối ở điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ và thời gian. Khi hàm lượng BOD cao, chứng tỏ mức độ ô nhiễm hữu cơ cũng cao.
• Chất rắn lơ lửng nhiều: Khi hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước cao sẽ làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, khiến quá trình quang hợp dưới nước diễn ra không thuận lợi, từ đó làm giảm tầng oxy trong nước, ảnh hưởng đến đời sống của động vật trong nước, ngăn cản sự phát triển của trứng và ấu trùng.

–         Hàm lượng Photpho và Nito cao: Nito và Photpho là 2 dưỡng chất tồn tại trong nước nhưng nếu chúng có hàm lượng quá cao sẽ dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, từ đó làm cạn kiệt oxy hòa tan trong nước, giảm số lượng các cá thể và các quần thể động vật khác.

2 Phương pháp xử lý nước thải ngành chế biến cà phê

Để loại bỏ hoàn toàn các chất gây ô nhiễm có trong nước thải từ nhà máy chế biến cà phê, các nhà máy cần áp dụng quy trình xử lý nghiêm ngặt, với nhiều công nghệ khác nhau.

Xử lý nước thải phát sinh ra trong quá trình chế biến cà phê chủ yếu trong các công đoạn:

–   Rửa thô: Nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm không cao, chủ yếu là chất rắn lơ lửng.

–   Xay vỏ: Nước thải phát sinh ít nhưng hàm lượng chất ô nhiễm cao, nước thải đậm đặc, có độ đục và hàm lượng cặn cao. Trong giai đoạn này có vỏ thải ra cùng với nước thải nên nước thải có nhiều rác.

–   Ngâm enzyme: Đây là giai đoạn phát sinh nhiều nhất và hàm lượng chất ô nhiễm cao. Ngoài ra, nước thải giai đoạn này có độ nhớt.

–   Rửa sạch: Giai đoạn này thải ra nước thải chứa nhiều chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng.

Ngoài ra, nước thải còn phát sinh từ việc vệ sinh các thiết bị và một lượng nước thải  sinh hoạt.

Nước thải từ các khâu sản xuất theo các hệ thống thoát nước tới bể thu gom, do trong nước thải có chứa nhiều vỏ cà phê, cành, cây lá… nên cần lắp đặt thêm song chắn rác để loại bỏ các loại rác có kích thước lớn để không làm tắc nghẽn đường ống, bơm và các công trình xử lí sau. Lượng rác này sẽ được thu gom để làm phân compost hoặc chôn lấp chung với chất thải rắn trong nhà máy.

Sau đó nước thải từ hố thu được bơm sang bể điều hòa. Tại đây nước thải được điều hòa lưu lượng và nồng độ giúp ổn định các công trình phía sau. Hóa chất dùng để trung hòa là NaOH và H₂SO₄. Ngoài ra trong bể điều hòa còn được lắp đặt hệ thống phân phối khí giúp oxi hóa một phần các chất hữu cơ có trong nước thải và tránh quá trình lên men yếm khí gây mùi hôi.

Nước thải tiếp tục được bơm qua bể keo tụ tạo bông, dung dịch keo tụ là Al₂(SO₄)₃ (phèn nhôm) và chất keo tụ Polymer được châm vào với liều lượng nhất định bằng bơm định lượng. Sau đó nước thải tiếp tục chảy qua ngăn tạo bông thông qua hệ thống máng răng cưa, tốc độ khuấy trộn 15 vòng/phút, đảm bảo các bông cặn không bị vỡ mà kết thành khối lớn.

Nước theo hệ thống máng răng cưa tiếp tục được chảy qua bể lắng hóa lí, tại đây các bông cặn, chất rắn lơ lửng lắng xuống đáy và được máy gạt bùn thu gom xuống hố thu và bơm sang bể nén bùn.

Do nước thải vẫn còn chứa hàm lượng các chất hữu cơ nên được dẫn qua bể sinh học hiếu khí Aerotank. Trong bể sinh học hiếu khí Aerotank vi sinh vật tăng trưởng trong môi trường lơ lửng, quá trình phân hủy các chất hữu cơ xảy ra khi vi sinh vật tiếp xúc với nước thải trong điều kiện có đủ oxi..

• Phương trình phân hủy các chất hữu cơ của vi sinh hiếu khí:

VSV + C₅H₇NO₂ (chất hữu cơ) + 5O₂ Þ 5CO₂ + 2H₂O + NH₃ + VSV _mới

Hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính tiếp tục được dẫn qua bể lắng 2. Hỗn hợp này  đi vào ống lắng trung tâm, theo dòng nước đi xuống, theo tấm hướng dòng đi ngược trở lên. Dưới tác dụng của trọng lực, các bông bùn sẽ rơi xuống, phần nước trong máng răng cưa đi ra ngoài và đến bể khử trùng.

Một phần bùn hoạt tính được tuần hoàn lại bể lắng hóa lý để đảm bảo mật độ vi sinh vật, phần còn lại được bơm về bể nén bùn.

Cuối cùng nước thải được bơm qua bể khử trùng trước khi ra nguồn tiếp nhận nhằm mục đích tiêu diệt các vi khuẩn, đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn xả thải.

Thông tin chi tiết xin liên hệ:

CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ Ý TƯỞNG XANH

NHÀ MÁY SẢN XUẤT : Yên Lạc-Cần Kiệm-Thạch Thất-Hà Nội
VĂN PHÒNG GIAO DỊCH : V11-B03 Khu đô thị The Terra An Hưng phường La Khê Quận Hà Đông – HÀ NỘI

Email: Info.greic@gmail.com

Điện thoại: (+84) 0905491191