Ngành công nghiệp thực phẩm, một trụ cột thiết yếu của nền kinh tế, đang phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước và hướng tới xuất khẩu. Tuy nhiên, đi kèm với sự tăng trưởng này là lượng nước thải khổng lồ phát sinh hàng ngày, tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được kiểm soát. Các quy chuẩn về Xử Lý Nước Thải Trong Thực Phẩm được ban hành không chỉ là yêu cầu pháp lý mà còn là nền tảng để bảo vệ môi trường sống, ngăn ngừa những rủi ro không đáng có và hướng tới sự phát triển bền vững. Với vai trò chuyên gia Địa kỹ thuật Môi trường và máy hàn nhựa, chúng tôi sẽ cùng bạn tìm hiểu sâu hơn về tầm quan trọng của vấn đề này.
Thực Trạng Ngành Thực Phẩm và Thách Thức Về Nước Thải
Để đáp ứng nhu cầu thiết yếu cho đời sống của người dân, ngành công nghiệp thực phẩm Việt Nam ngày càng được đầu tư xây dựng và phát triển vượt bậc. Sự ra đời của nhiều cơ sở, doanh nghiệp sản xuất và chế biến thực phẩm đã giúp giảm thiểu nhập khẩu, tập trung vào nguồn cung nội địa và từng bước tham gia vào thị trường xuất khẩu. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất, không thể tránh khỏi những tác động tiêu cực đến môi trường nếu việc xử lý nước thải trong thực phẩm không được thực hiện theo đúng quy định.
Nước thải từ các nhà máy thực phẩm, nếu chưa qua xử lý mà xả trực tiếp ra môi trường, có thể gây ra nhiều hệ lụy nghiêm trọng:
- Suy giảm oxy hòa tan: Các chất hữu cơ trong nước thải tiêu thụ oxy trong quá trình phân hủy, làm giảm lượng oxy hòa tan cần thiết cho sự sống của vi sinh vật và thủy sinh vật, gây ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái thủy sinh.
- Ngăn cản quá trình lọc tự nhiên và quang hợp: Các thành phần như tinh bột, độ màu, chất lơ lửng tạo màng che, ngăn ánh sáng chiếu xuống tầng sâu, cản trở quá trình quang hợp của tảo, rong rêu.
- Phú dưỡng hóa: Hàm lượng Nitơ, Phốt pho cao trong nước thải là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa, làm suy giảm chất lượng nguồn nước.
- Mùi hôi và bệnh tật: Vi sinh vật kỵ khí hoạt động phân giải chất hữu cơ sẽ gây ra mùi hôi khó chịu. Nếu con người sử dụng trực tiếp nguồn nước ô nhiễm này sẽ ảnh hưởng nặng nề đến sức khỏe, phát sinh các bệnh về đường ruột.
Tổng Quan Về Nước Thải Trong Ngành Thực Phẩm
Để có cái nhìn toàn diện về vấn đề môi trường này, chúng ta cần tìm hiểu rõ về bản chất, nguồn gốc, thành phần và cách phân loại nước thải đặc thù của ngành.
Nước Thải Trong Thực Phẩm Là Gì?
Nước thải trong thực phẩm là các loại nước được thải ra từ các nhà máy, cơ sở sản xuất trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm như thủy hải sản, bánh kẹo, đồ uống, sữa… Thành phần chính của loại nước thải này thường chứa các chất hữu cơ ít độc hại, có nguồn gốc thực vật hoặc động vật.
- Nếu chất thải có nguồn gốc từ thực vật, chúng chủ yếu chứa Carbohydrat, ít chất béo và protein, nên dễ dàng phân hủy bởi vi sinh vật.
- Ngược lại, các loại chất thải có nguồn gốc động vật sẽ khó bị phân hủy hơn do có hàm lượng protein và chất béo cao.
Từ góc độ khoa học, nước thải chế biến thực phẩm tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm môi trường do hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ BOD cực kỳ cao, thể hiện khả năng phân hủy sinh học mạnh mẽ. Hàm lượng này có thể cao gấp 20 lần so với tiêu chuẩn quốc gia quy định về tiêu chuẩn nước thải công nghiệp.
Hiện nay các công ty, cơ sở sản xuất, chế biến thực phẩm tại Việt Nam đang mọc lên như nấm sau mưa.
Nguồn Gốc Phát Sinh Nước Thải
Nước thải trong thực phẩm bắt nguồn từ nhiều khâu trong quá trình sản xuất:
- Sơ chế nguyên liệu: Rửa, làm sạch nguyên liệu thô (thịt, cá, rau củ quả).
- Chế biến: Nước thải từ các công đoạn luộc, hấp, chần, làm nguội, trộn…
- Vệ sinh: Nước vệ sinh máy móc, thiết bị, sàn nhà xưởng, dụng cụ sản xuất.
Lưu lượng nước thải tương đối ổn định và có thể dễ dàng tính toán tùy theo công suất nguyên liệu đầu vào. Việc xác định rõ nguồn gốc giúp lên kế hoạch thiết kế sơ đồ hệ thống xử lý nước thải công nghiệp phù hợp.
Thành Phần Ô Nhiễm Chính
Thành phần nước thải chế biến thực phẩm bao gồm hàm lượng BOD (Nhu cầu Oxy Sinh hóa), COD (Nhu cầu Oxy Hóa học), Nitơ, Phốt pho khá cao, cùng với dầu mỡ, chất rắn lơ lửng (TSS) và các loại vi khuẩn có hại.
- Chất hữu cơ: Chủ yếu là carbohydrate nếu nguyên liệu có gốc thực vật; protein và chất béo nếu nguyên liệu có gốc động vật.
- Vi khuẩn: Có thể chứa các loại vi khuẩn gây bệnh, đặc biệt là Coliforms.
- Độ màu, độ mặn: Một số loại nước thải có thể chứa các chất tạo màu hoặc độ mặn cao.
Trong quá trình chế biến thực phẩm hay vệ sinh dụng cụ, máy móc đều có thể thải ra lượng lớn nước thải.
Phân Loại Nước Thải Thực Phẩm
Dựa vào loại hình thực phẩm chế biến, chúng ta có thể phân loại nước thải một cách cụ thể:
- Nước thải từ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa.
- Nước thải từ chế biến bia, rượu, nước giải khát.
- Nước thải từ chế biến dầu thực vật.
- Nước thải từ chế biến bánh kẹo.
- Nước thải từ chế biến thực phẩm ăn nhanh.
- Nước thải từ chế biến thịt, thủy hải sản.
- Nước thải từ chế biến đường và các sản phẩm từ đường.
- Nước thải từ chế biến rau củ quả, đồ hộp…
Đặc Tính Nước Thải Ngành Thực Phẩm Cần Nắm Rõ
Vì đặc thù ngành sản xuất thực phẩm có nguyên liệu đầu vào rất đa dạng theo từng loại nhà máy khác nhau (ví dụ: mì ăn liền, cháo dinh dưỡng, sữa, dầu thực vật, rượu, thịt, thủy hải sản, đồ hộp…), đặc điểm và tính chất của nước thải trong thực phẩm cũng hết sức đa dạng:
- Chứa lượng Nitơ, Phốt pho cao hơn tiêu chuẩn chất lượng cho phép.
- Nồng độ BOD, COD, TSS và vi khuẩn vượt ngưỡng an toàn.
- Chứa tinh bột, độ mặn và màu (ở một số loại).
- Lưu lượng tương đối lớn, ổn định nên có thể xác định cụ thể theo nguyên liệu đầu vào.
- Chứa các loại hợp chất hữu cơ ít độc hại có nguồn gốc từ động vật hoặc thực vật.
- Chủ yếu là cacbonhydrat nếu có nguồn gốc từ thực vật.
- Thành phần chủ yếu là protein và chất béo nếu có nguồn gốc từ động vật.
Trước khi đưa vào nguồn cấp nước thải cần phải đáp ứng các tiêu chuẩn dựa trên bảng thông số ô nhiễm.
Tiêu Chuẩn Đánh Giá Chất Lượng Nước Thải Ngành Thực Phẩm (QCVN 40:2011/BTNMT)
Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT với mục đích quy định giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải trong thực phẩm khi xả ra nguồn tiếp nhận.
Quy chuẩn này áp dụng cho các tổ chức, cá nhân có liên quan đến hoạt động xả nước thải công nghiệp. Với 33 thông số được áp dụng ngưỡng an toàn, QCVN 40:2011/BTNMT bao gồm các chỉ tiêu quan trọng như nhiệt độ, màu, pH, BOD5, COD, chất rắn lơ lửng, các kim loại nặng, tổng Nitơ, Amoni, tổng Phốt pho, Coliform…
Dưới đây là bảng thông số ô nhiễm quy định các ngưỡng chỉ số an toàn cho phép, giúp đánh giá chất lượng nước thải chế biến thực phẩm có đạt tiêu chuẩn hay không:
| TT | Thông số | Đơn vị | Giá trị đầu vào | A | B |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | pH | – | 6.5 – 8.5 | 6 – 9 | 5.5 – 9 |
| 2 | BOD5 | mg/l | 700 – 2000 | 30 | 50 |
| 3 | COD | mg/l | 1000 – 3500 | 75 | 150 |
| 4 | Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) | mg/l | 350 – 700 | 50 | 100 |
| 5 | Tổng Nitơ | mg/l | 100 – 350 | 20 | 40 |
| 6 | Tổng Phốt pho | mg/l | 30 – 100 | 4 | 6 |
| 7 | Dầu mỡ | mg/l | 50 – 200 | 5 | 10 |
| 8 | Tổng Coliforms | MPN/100ml | 10^4 – 10^5 | 3000 | 5000 |
Lưu ý: Cột A áp dụng cho nguồn nước cấp cho mục đích sinh hoạt; cột B áp dụng cho nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
Tại Sao Xử Lý Nước Thải Trong Thực Phẩm Là Yêu Cầu Bắt Buộc?
Việc không xử lý nước thải trong thực phẩm mà xả trực tiếp ra ngoài môi trường sẽ dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng. Nước thải có khả năng phân hủy sinh học cao, nhanh chóng tiêu thụ oxy hòa tan trong môi trường nước, dẫn đến cạn kiệt nguồn oxy và gây mất cân bằng hệ sinh thái. Tình trạng này kéo dài sẽ làm phát sinh mùi hôi khó chịu, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc sống của con người.
Tương tự như phần lớn các loại nước thải công nghiệp khác, thành phần của nước thải thực phẩm chứa hàng loạt chất hữu cơ tự nhiên, bao gồm các nguyên tố C, H và O. Khi những nguyên tố cacbon này bị oxy hóa về mặt hóa học và sinh học, chúng tạo ra CO2 và năng lượng, tiêu thụ oxy một cách đáng kể. Việc hiểu rõ tính chất đặc trưng của nước thải giúp các chuyên gia Địa kỹ thuật Môi trường và xử lý chất thải lên kế hoạch xây dựng, lắp đặt hệ thống xử lý hiệu quả và đưa ra chiến lược tái sử dụng nước thải phù hợp, giảm thiểu lượng chất thải nhựa và các loại rác khác.
Việc xử lý nước thải ngành chế biến thực phẩm là bắt buộc vì đây là nỗ lực bảo vệ môi trường và ngăn ngừa tác hại tiêu cực đến sức khỏe con người.
Các Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Trong Thực Phẩm Hiệu Quả
Hiện nay, người ta thường ứng dụng ba phương pháp chính: cơ học, hóa học – hóa lý và sinh học để xử lý nước thải trong thực phẩm, mang lại hiệu quả cao. Đây là những nền tảng quan trọng trong công nghệ xử lý nước thải công nghiệp.
Phương Pháp Xử Lý Cơ Học
Phương pháp cơ học nhằm loại bỏ các tạp chất không hòa tan (chất rắn lơ lửng, cặn bã lớn) chứa trong nước thải, từ đó tránh ảnh hưởng đến các thiết bị cơ khí trong quy trình xử lý như bơm, đường ống, van… Phương pháp này giúp nhà máy đảm bảo chất lượng xử lý ở các công đoạn về sau.
- Cơ chế hoạt động: Tách khoảng 60% tạp chất không tan khỏi nước thải. Tuy nhiên, hàm lượng BOD không giảm đáng kể.
- Tăng cường hiệu quả: Cần làm thoáng nước thải một cách sơ bộ trước khi lắng để tăng cường quá trình xử lý cơ học, giúp hiệu suất xử lý tăng đến 75% và giảm lượng BOD từ 10% đến 15%.
Để loại bỏ các hợp chất không hòa tan trong nước thải chế biến công nghiệp thì nên áp dụng phương pháp cơ học.
Phương Pháp Xử Lý Hóa Học – Hóa Lý
Phương pháp hóa học – hóa lý được tiến hành bằng cách đưa các loại hóa chất phản ứng vào nước thải nhằm tác động lên các tạp chất bẩn, dẫn đến biến đổi hóa học. Từ đó tạo thành các chất khác kết tụ ở dạng cặn hoặc hòa tan, không còn tính độc hại hay khả năng gây ô nhiễm môi trường.
- Ứng dụng chính: Chủ yếu cho các loại nước thải có độ màu, độ đục cao, chứa kim loại nặng hoặc các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.
- Mục đích: Loại bỏ các hạt lơ lửng phân tán ở cả dạng rắn và lỏng, các chất vô cơ và hữu cơ hòa tan nhanh chóng, hiệu quả ra khỏi nước thải. Các quá trình phổ biến bao gồm keo tụ – tạo bông, tuyển nổi, oxy hóa – khử.
Phương Pháp Xử Lý Sinh Học
Phương pháp xử lý sinh học ứng dụng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các loại chất bẩn hữu cơ tồn tại bên trong nước thải. Các loại sinh vật này sử dụng chất khoáng và hữu cơ làm dinh dưỡng để tạo ra năng lượng. Do đó, có thể ứng dụng trong quá trình dinh dưỡng, sinh vật nhận các chất làm vật liệu xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản để tạo ra sinh khối. Sau đó là quá trình khoáng hóa chất hữu cơ thành chất vô cơ như sunfit, nitrat, muối amon… cùng các chất khí đơn giản như CO2, N2… và nước. Đây gọi là quá trình oxy hóa sinh học.
Dựa vào hoạt động của vi sinh vật, có thể chia phương pháp sinh học thành 3 nhóm chính:
- Phương pháp xử lý hiếu khí: Ứng dụng các loại vi sinh vật hiếu khí tác động đến sự phân hủy hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ nhanh chóng hơn và có thể phân hủy sinh học nước thải nếu cung cấp oxy liên tục.
- Phương pháp xử lý kỵ khí: Sử dụng các loại vi sinh vật kỵ khí cùng vi sinh vật tùy nghi phân hủy những hợp chất hữu cơ, vô cơ trong nước thải. Hoạt động trong điều kiện không có oxy hòa tan, cần kiểm soát nhiệt độ và pH.
- Phương pháp xử lý thiếu khí: Diễn ra quá trình xử lý sinh học với sự thiếu vắng oxy phân tử. Nguồn nhận electron chính là các chất vô cơ như NO3-, NO2-…
Phương pháp xử lý sinh học được chia thành loại hiếu khí, kỵ khí và thiếu khí.
Quy Trình Xử Lý Nước Thải Ngành Thực Phẩm Chuẩn Kỹ Thuật
Để tiến hành quy trình xử lý nước thải trong thực phẩm hiệu quả, cần áp dụng theo sơ đồ và lý giải các bước cụ thể.
Sơ Đồ Quy Trình
Hình ảnh sơ đồ quy trình xử lý nước thải ngành chế biến thực phẩm.
Lý Giải Quy Trình Xử Lý Nước Thải
Dựa vào sơ đồ cụ thể phía trên, có thể lý giải quy trình xử lý thành các bước như sau:
Bể Thu Gom, Tách Mỡ:
Nước thải trong thực phẩm bao gồm rất nhiều thành phần phức tạp, đặc biệt là dầu mỡ. Do đó, nước thải cần được đưa vào bể thu gom và tách dầu mỡ trước tiên. Tại đây, các loại rác thải kích thước lớn sẽ được giữ lại nhờ song chắn rác, tránh tình trạng tắc nghẽn đường ống. Các lớp váng dầu mỡ nổi lên trên sẽ được tiến hành điều chuyển sang bể chứa mỡ riêng biệt, còn nước thải tiếp tục được chuyển sang ngăn tiếp theo.Hố Gom:
Sau khi tách hết lớp mỡ và các vật cản lớn, nước thải sẽ được tập trung vào hố gom. Tại đây, nước thải sẽ đi qua song chắn rác tinh để loại bỏ thêm các loại rác có kích thước nhỏ hơn, đảm bảo không gây tắc nghẽn các thiết bị xử lý phía sau.Bể Điều Hòa:
Bể điều hòa có tác dụng điều hòa tính chất nước thải (pH, nồng độ chất ô nhiễm) cũng như ổn định lưu lượng dòng chảy. Bể này thường được xây dựng với dung tích lớn, bởi lẽ dung tích tỷ lệ thuận với độ an toàn và hiệu quả của hệ thống. Đây là bước quan trọng để đảm bảo nước thải có chất lượng tương đối đồng đều trước khi đi vào các giai đoạn xử lý sinh học nhạy cảm. Để đảm bảo tính bền vững và tránh rò rỉ, các bể này thường được lót bằng các vật liệu như màng chống thấm HDPE.Bể Kỵ Khí (UASB/AFB):
Bể kỵ khí giúp tiến hành phương pháp kỵ khí, đặc biệt hiệu quả với các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao trong ngành sản xuất thực phẩm. Vi sinh vật kỵ khí sẽ phân hủy chất hữu cơ phức tạp thành CH4, CO2 và sinh khối. Quá trình phân hủy này trải qua thủy phân (phân tách các hợp chất phân tử lớn thành phân tử nhỏ hơn), axit hóa (biến các phân tử nhỏ thành axit axetic, CO2 và H2), acetate hóa và methane hóa để hoàn thành.Bể Anoxic:
Nước thải từ bể kỵ khí được tiếp tục dẫn sang bể Anoxic. Tại đây, trong điều kiện thiếu oxy, quá trình khử Nitrat (Denitrification) sẽ diễn ra, chuyển Nitrat (NO3-) thành khí Nitơ (N2) bay vào khí quyển, giảm thiểu lượng Nitơ tổng trong nước thải. Bùn hoạt tính từ bể lắng II cũng được tuần hoàn về bể Anoxic để duy trì quần thể vi sinh vật.Bể Sinh Học Hiếu Khí Aerotank:
Không khí liên tục được cấp vào bể sinh học hiếu khí Aerotank nhằm giúp bổ sung oxy định kỳ cho các loại vi sinh vật hiếu khí. Chúng sẽ phân hủy hóa học các chất hữu cơ còn lại thành CO2, H2O và giảm nồng độ các chất bẩn trong nước thải. Quá trình này giúp làm sạch nước thải một cách hiệu quả, đặc biệt là giảm BOD và COD.Bể Lắng II:
Nước thải sau khi qua bể Aerotank tiếp tục được đưa qua bể lắng để xử lý. Khi đi vào bể này, lượng bùn chứa vi sinh vật (bùn hoạt tính) trong nước thải sẽ lắng xuống. Một phần bùn lắng được tiến hành bơm về bể chứa bùn để xử lý, và một phần quan trọng khác được đưa về bể Anoxic để tái tuần hoàn, duy trì hoạt động của hệ thống.Bể Khử Trùng:
Tại bể khử trùng, sẽ sử dụng các chất oxy hóa mạnh như Clo, Ozone hoặc tia UV để tiêu diệt hoàn toàn các loại vi khuẩn có hại còn sót lại, đảm bảo an toàn khi nước được đưa ra nguồn tiếp nhận. Đây là bước cuối cùng để nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy định.Bồn Lọc Áp Lực:
Bước cuối cùng, nước thải sẽ được bơm qua bồn lọc áp lực (lọc cát, lọc than hoạt tính) nhằm loại bỏ những loại cặn bẩn nhỏ nhất, chất lơ lửng và một phần mùi còn sót lại, giúp nước đạt độ trong cần thiết theo tiêu chuẩn trước khi xả ra môi trường hoặc tái sử dụng. Để đảm bảo các công trình xử lý như hồ chứa bùn hoặc nước thải sau xử lý được cách ly hoàn toàn với môi trường đất, việc sử dụng bạt lót ao hồ hoặc màng chống thấm HDPE, được hàn bằng máy hàn bạt HDPE chuyên dụng, là vô cùng cần thiết.
Ứng dụng công nghệ vào hệ thống xử lý nước thải chế biến thực phẩm sẽ đem lại nhiều lợi ích.
Lợi Ích Khi Ứng Dụng Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Hiện Đại
Việc ứng dụng các công nghệ xử lý nước thải công nghiệp hiện đại vào ngành thực phẩm mang lại nhiều lợi ích vượt trội:
- Loại bỏ hiệu quả các thành phần ô nhiễm: Giúp làm sạch nước thải đến mức an toàn, bảo vệ môi trường.
- Tính ứng dụng cao và hiệu quả nhanh chóng: Các công nghệ tiên tiến cho phép xử lý đa dạng các loại nước thải với tốc độ và hiệu suất cao.
- Chi phí vận hành và bảo trì hợp lý: Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu có thể cao, nhưng về lâu dài, hệ thống hiệu quả giúp tiết kiệm chi phí vận hành và bảo trì.
- Đạt tiêu chuẩn chất lượng và tuân thủ quy định: Nước thải sau xử lý đáp ứng QCVN 40:2011/BTNMT và các quy định pháp luật hiện hành.
- Tuổi thọ cao, thời gian sử dụng lâu dài: Các thiết bị và công nghệ hiện đại được thiết kế để hoạt động bền bỉ.
- Đa dạng công suất: Hệ thống có thể thiết kế linh hoạt để đáp ứng nhiều nhu cầu sử dụng và quy mô sản xuất khác nhau.
- Thân thiện môi trường: Toàn bộ quá trình xử lý được thiết kế để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh.
- Thiết bị gọn gàng, dễ vận chuyển, lắp đặt: Các module xử lý thường được thiết kế tối ưu, giúp việc triển khai dễ dàng.
Kết Luận
Xử lý nước thải trong thực phẩm không chỉ là một yêu cầu pháp lý mà còn là trách nhiệm xã hội và yếu tố then chốt cho sự phát triển bền vững của ngành. Bằng việc hiểu rõ thực trạng, tính chất, các phương pháp và quy trình xử lý nước thải, các doanh nghiệp có thể đầu tư vào những giải pháp công nghệ tiên tiến, đảm bảo nước thải đầu ra đạt chuẩn môi trường. Điều này không chỉ bảo vệ nguồn tài nguyên nước và sức khỏe cộng đồng mà còn khẳng định uy tín, thương hiệu và tầm nhìn dài hạn của doanh nghiệp trong bối cảnh Địa kỹ thuật Môi trường ngày càng được chú trọng. Hãy cùng nhau xây dựng một ngành thực phẩm xanh, sạch và bền vững cho tương lai.
Tài Liệu Tham Khảo
Các thông tin tổng hợp phía trên được tham khảo chi tiết từ tài liệu chính quy của Bộ phận Công nghệ – Công ty Môi Trường Hợp Nhất và Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường.