Mô tả

 Hệ thống xử lý nước thải chế biến cafe chứa rất nhiều các chất ô nhiễm như COD, BOD, N… những chất ô  nhiễm này ở mức cực kỳ cao, nếu không có phương án xử lý hữu hiệu sẽ là mối đe dọa đến môi trường. Nước thải cafe không giống các nguồn nước thải khác vì chúng có tính chất từ quả nên có hàm lượng chất hữu cơ vô cùng cao, khó phân hủy. Vì vậy thời gian phân hủy sẽ lâu hơn các nguồn nước thải khác nên sẽ gây ra hậu quả về lâu dài.

Tìm hiểu thêm

• Hệ thống xử lý nước thải sản xuất.
• Hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi.
• Hệ thống xử lý nước thải công nghiệp.
• Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt.
• Vật liệu mang vi sinh.

 

1:Quy trình chế biến Cafe.

Công ty chế biến cà phê theo phương pháp ướt:Nguyên liệu cà phê tươi sau khi thu mua sẽ được sơ chế, phân loại và làm sạch trái cà phê.

Kế đó cà phê đi qua máy rung sàng hạt, phân loại tách biệt giữa trái cà phê chín và quả chưa chín, lớn và nhỏ.

Công đoạn này được thực hiện bởi máy xát, xát vỏ, loại bỏ thịt và chất nhầy khỏi hạt cà phê, chủ yếu làm cho vỏ, thịt kèm theo chất nhầy và hạt cà phê được tách ra, cà phê được làm sạch.

Do phần thịt và chất nhầy của trái được tách ra khỏi hạt bằng các phương tiện cơ học thường bị sót lại dính xung quanh hạt cà phê và sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng của cà phê, nên phải tiếp tục làm sạch bằng phương pháp tác động hóa học.

Hạt cà phê thóc được ủ trong các thùng lớn và để cho lên men bởi các enzyme tự nhiên và chế phẩm enzyme bổ sung.

Đối với hầu hết cà phê quá trình loại bỏ chất nhầy từ 24 đến 36 giờ, tùy thuộc vào độ dày, nhiệt độ của lớp chất nhầy và nồng độ của các enzym.

Quá trình lên men

Sau quá trình lên men chất nhầy bám quanh hạt cà phê bị mất kết cấu nhớt và dễ dàng được tẩy sạch bởi nước.

Sau khi lên men, hạt cà phê được rửa bằng nước sạch, có độ ẩm khoảng 57% – 60% và được chuyển đến công đoạn sấy khô.

Quá trình sấy kết thúc khi độ ẩm cà phê là 12,5%. Sau khi sấy, cà phê thóc sẽ được lưu kho và sẽ xay xát thành cà phê nhân ngay trước khi đóng bao xuất đi.

2:Nguồn phát sinh nước thải

Chất thải rắn:

Nguồn phát thải chất thải rắn trong quá trình chế biến cà phê từ vỏ, vỏ lụa, trấu cà phê.

Chế độ thu gom: Thu gom tập kết thủ công theo từng mẻ từ bãi vỏ sau quá trình chế biến cà phê. Phương án xử lý: Ủ phân vi sinh hữu cơ nhằm tận dụng hàm lượng chất hữu cơ, dinh dưỡng từ vỏ quả cà phê và giảm thiểu chất thải rắn phát sinh ra môi trường.

Nước thải:

Nguồn phát thải: Nước thải từ quá trình rửa thô cà phê và đánh nhớt, một phần nước rỉ từ quá trình ủ phân vi sinh hữu cơ từ vỏ cà phê.

Chế độ thu gom:

Nước thải từ quá trình rửa thô, đánh nhớt được thu gom ngay gần khu vực sản xuất, tại đây nước thải được tách rác (bằng song chắn rác) và bơm lên khu vực xử lý nước thải.

Nước rỉ rác từ khu vực ủ phân vi sinh: Thu gom vào hố thu bơm tự động lên khu vực xử lý nước thải.

3:Đặc trưng nước thải Cafe.

Hệ thống xử lý nước thải chế biến cafe

Đặc trưng ô nhiễm chủ yếu của nước thải bao gồm các thành phần: các chất hữu cơ (BOD, COD, màu, mùi), một ít các chất dinh dưỡng (amoni, TN).

Trong đó, chất hữu cơ là thành phần ô nhiễm chính của nước thải, COD phân hủy có khả năng làm giảm ô xi hòa tan trong nước gây chết các động thực vật thủy sinh, phá hủy nguồn nước, gây mùi hôi, chua khó chịu và nguy cơ ảnh hưởng tới sức khỏe.

Các loại vi khuẩn, vi sinh vật gây bệnh nếu thải thẳng ra nguồn nước chung sẽ dẫn tới các bệnh truyền nhiễm, nguy cơ ảnh hưởng xấu tới sức khỏe cộng đồng.

Mặt khác, các chất ô nhiễm trong nước thải không được xử lý không những ảnh hưởng trực tiếp đến nước ao, hồ, sông mà ngấm xuống đất, tích luỹ tồn đọng lâu trong nguồn nước ngầm làm ô nhiễm nguồn nước.

Chúng gây ra những tác động trực tiếp trước mắt và tiềm ẩn những tác động lâu dài cho môi trường.

4:Các phương pháp xử lý nước thải

Đối tượng xử lý chính trong nước thải chế biến cà phê là: COD, BOD >>> Các công nghệ xử lý như sau:

Phương pháp cơ học.

Đây là phương pháp thô sơ có mục đích là tách cặn rắn khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách thu gom, lắng cặn.

Có thể dùng song chắn rác, bể lắng rác… để loại bỏ cặn dễ lắng tạo điều kiện xử lý và giảm khối tích các công trình phía sau.

Phương pháp này không có khả năng xử lý các thành phần ô nhiễm tan trong nước thải. Tuy nhiên đây cũng là đơn vị phương pháp xử lý được áp dụng nhằm giảm áp lực xử lý cho các đơn vị công nghệ tiếp theo.

Phương pháp hóa học, hoá lý Phương pháp xử lý bằng hoá học, hoá lý thường được áp dụng sau khi nước thải đã tách bỏ cặn, rác bằng phương pháp cơ học.

Phương pháp xử lý hoá lý:

thường dùng phương pháp keo tụ bằng hoá chất (sử dụng hóa chất trong keo tụ (Phèn nhôm, PAC …)và lắng, tuyển nổi).

Phương pháp này chỉ có khả năng loại bỏ 1 phần các chất cặn lơ lửng, một số chất hữu không tan có trong nước mà không có khả năng loại bỏ các thành phần dinh dưỡng, COD tan trong nước …

Phương phá xử lý hoá học:

Thường dùng phương pháp fenton, oxy hoá nâng cao với ozon. Phương pháp này có khả năng xử lý các thành phần ô nhiễm COD, dinh dưỡng tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi chi phí đầu tư và kỹ thuật vận hành cao nên không phù hợp với các cơ sở.Đối tượng thường được áp dụng là các loại nước thải có chất khó phân huỷ, có độc tính cao như kim loại nặng, chất kháng sinh, chất diệt trùng, thuốc trừ sâu

Phương pháp xử lý sinh học:

Các kỹ thuật xử lý sinh bao gồm xử lý: Xử lý kỵ khí (yếm khí), xử lý hiếu khí, xử lý thiếu khí. Biện pháp xử lý kỵ khí cho chất lượng nước đầu ra còn chứa nhiều hợp chất có mùi hôi, vi khuẩn, thành phần dinh dưỡng… Vì vậy chúng chỉ được coi là một bước tiền xử lý trong hệ thống xử lý.

Các kỹ thuật xử lý kỵ khí thường được áp dụng cho hệ thống xử lý nước thải như:

•  Bể Biogas.
• Hồ kỵ khí.
• Quá trình lọc sinh học kỵ khí.
• Quá trình kỵ khí trong UASB

Các kỹ thuật xử lý hiếu khí, thiếu khí thường được áp dụng cho hệ thống xử lý nước thải như:

• Bể Aerotank (bùn hoạt tính: công nghệ truyền thống).
• Bể vi sinh hiếu khí dạng mẻ gián đoạn (SBR).
• Màng lọc sinh học (Biofil: với 2 kỹ thuật phổ biến FBBR, MBBR

5: Giới thiệu hệ thống xử lý nước thải chế biến cafe

Hệ thống xử lý nước thải chế biến cafe

Trong các công nghệ trên phương án hữu hiệu nhất là xử lý bằng sinh học vì chúng không tốn nhiều chi phí vận hành hệ thống.

Xử lý vi sinh kị khí trong 

Bể Biogas trong hệ thống xử lý nước thải chế biến cafe

Đây là phương pháp xử lý kỵ khí khá đơn giản, phù hợp với các nguồn nước thải có lượng hữu cơ cao ( COD > 1000 mg/l). Ưu điểm của bể Biogas là có thể sản xuất được nguồn năng lượng khí sinh học để thay thế được một phần các nguồn năng lượng khác. Trong bể Biogas các chất hữu cơ được phân hủy một phần, do đó sau Biogas nước thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp và ít mùi hơn. Bùn cặn trong bể biogas có thể sử dụng để cải tạo đất nông nghiệp.

Hồ kỵ khí trong hệ thống xử lý nước thải chế biến cafe

Chiều sâu hồ khoảng 3-5m, lớp nước trong hồ được khuấy đảo nhờ các bọt khí sinh ra từ quá trình kỵ khí ở đáy và các yếu tố khác như gió, chuyển động đối lưu… Hiệu quả xử lý của hồ kỵ khí phụ thuộc vào thời gian lưu và tải lượng chất hữu cơ, mối quan hệ giữa hiệu quả xử lý và thời gian lưu. Hồ kỵ khí cần có diện tích lớn và chi phí xây dựng cao nên ít được sử dụng cho các quy mô nhỏ hơn 10.000 m3/ngày.

Quá trình lọc sinh học kỵ khí

Đây là kỹ thuật lọc kỵ khí được sử dụng trong thực tế lần đầu tiên vào năm 1969, kỹ thuật trên phù hợp với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao.

Quá trình lọc kỵ khí dính bám, sử dụng giá thể mang vi sinh như sỏi, đá, vòng nhựa tổng hợp, tấm nhựa, xơ dừa… để xử lý nước thải trong điều kiện không có oxy.

Bể lọc kỵ khí có dòng chảy hướng lên hoặc dòng chảy ngang. Nước thải đi qua và tiếp xúc với toàn bộ lớp vật liệu lọc.

Sinh khối dính bám trên bề mặt lớp vật liệu lọc cố định do đó sinh khối được giữ lại trong bể với thời gian lâu hơn thời gian lưu nước (thời gian lưu nước là 8h, thời gian lưu bùn có thể lên đến 100 ngày).

Lọc sinh học kỵ khí ít được áp dụng với các hệ thống xử lý nước thải do chi phí đầu tư cao, kỹ thuật vận hành phức tạp.

 Quá trình kỵ khí trong UASB:

Hệ thống này được nghiên cứu và ứng dụng bởi Gatze Lettinga và các cộng sự của trường đại học Wageningen ở Hà Lan từ những năm 1970, nó thích hợp cho việc xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ từ thấp tới cao tại các vùng nhiệt đới. Trong quá trình xử lý, UASB làm giảm hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải và sinh ra một lượng khí Biogas đáng kể. Kỹ thuật vận hành hệ thống kỵ khí UASB khá phức tạp nên thường chỉ sử dụng cho các hệ thống chính quy có người vận hành chuyên nghiệp. Xử lý vi sinh hiếu khí Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn:

1.  Oxy hóa các chất hữu cơ: CxHyOz + O2    Enzyme CO2 + H2O + H
2.  Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz+ O2 + NH3    Enzyme Tế bào vi khuẩn (C5H7O2N)+CO2 + H2O – H
3.  Phân hủy nội bào: C5H7O2N + O2    Enzyme 5CO2 + 2H2O + NH3H

Các quá trình xử lý hiếu khí áp dụng cho hệ thống xử lý nước thải:

Hệ thống xử lý nước thải chế biến cafe

Bể Aerotank trong hệ thống xử lý nước thải chế biến cafe

Hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính được phát minh bởi Arden và Lockett năm 1914 tại Anh. Vi khuẩn dính bám lên các bông cặn có trong nước thải và phát triển sinh khối tạo thành bông bùn có hoạt tính phân hủy chất hữu cơ.

Các bông bùn này được cấp khí cưỡng bức đảm bảo lượng oxy cần thiết cho hoạt động phân hủy và giữ cho bông bùn ở trạng thái lơ lửng. Các bông bùn lớn dần lên do hấp phụ các chất rắn lơ lửng, tế bào VSV, động vật nguyên sinh… qua đó nước thải được làm sạch.

Bùn hoạt tính được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới từ những năm 50 của thế kỷ 20 và áp dụng phổ biến tại Việt Nam từ những năm 90 của thế kỷ trước. Tuy nhiên bùn hoạt tính vẫn có một số nhược điểm cần khắc phục như:

Thời tiết lạnh vào mùa đông của miền bắc khiến cho vi sinh vật chết hoặc ngừng hoạt động, diện tích sử dụng lớn với các nguồn nước thải đầu vào có COD cao, tính chất kém ổn định của vi sinh vật, chi phí tuần hoàn bùn.

Lọc sinh học.

Hệ thống lọc sinh học (Biofil) sử dụng hệ VSV hiếu khí, tùy nghi, kỵ khí bám dính trên các giá thể mang vi sinh để xử lý các chất hữu cơ trong nước thải. Bể biofil là sự kết hợp, cải tiến của bể Aerotank, lọc kỵ khí và kỹ thuật màng vi sinh do đó có nhiều ưu điểm hơn so với xử lý bằng bùn hoạt tính truyền thống.

Vi sinh vật có thể dính bám lên giá thể vì có nhiều loại VSV có khả năng tiết ra các polyme sinh học giống như keo dính vào giá thể, tạo thành màng. Lớp màng này dày lên và có khả năng oxy hóa, hấp phụ: chất hữu cơ, cặn lơ lửng, chất màu, nito, các chất khó phân hủy.

Bể lọc Biofil đang được ứng dụng và triển khai tại nhiều các hệ thống xử lý có thành phần ô nhiễm hữu cơ, nito cao với các module khác nhau cho hiệu quả xử lý cao, chi phí vận hành và diện tích sử dụng thấp. Kỹ thuật sử dụng lọc sinh học (biofil) thường áp dụng là màng vi sinh tầng tĩnh (FBBR) và màng vi sinh tầng chuyển động (MBBR)

Hồ sinh học

Các quá trình diễn ra trong hồ sinh học tương như quá trình tự làm sạch ở sông hồ nhưng tốc độ nhanh hơn và hiệu quả cao hơn.

Trong hồ có thể nuôi trồng thủy thực vật, tảo, vi sinh vật, cá…. để tăng hiệu quả xử lý.

Quần thể động thực vật trong hồ đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ của nước thải.

Đầu tiên vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản, đồng thời trong quá trình quang hợp chúng lại giải phóng ra oxy cung cấp cho động thực vật.

Cá bơi khuấy trộn nước có tác dụng tăng sự tiếp xúc của oxy với nước, thúc đẩy sự họat động, phân hủy của vi sinh vật…

Hồ sinh học thường được áp dụng cùng với quá trình trồng các loại thủy thực vật để tăng hiệu quả xử lý, tuy nhiên hồ sinh lại cần có diện tích xử lý rất lớn để đáp ứng được quá trình xử lý nước thải.