Giới thiệu về ngành sản xuất chế biến sữa và nguồn gốc nước thải

Ngành sản xuất chế biến sữa là một trong những ngành công nghiệp quan trọng không chỉ ở Việt Nam mà còn trên toàn thế giới. Quy trình chế biến sữa bắt đầu từ việc thu hoạch sữa từ động vật, thường là bò, sau đó trải qua nhiều công đoạn xử lý để tạo ra các sản phẩm cuối cùng như sữa tươi, sữa bột, sữa chua, phô mai, bơ, kem, v.v. Tuy nhiên, quá trình sản xuất này tạo ra một lượng lớn nước thải, gây ra các vấn đề về môi trường và yêu cầu phải có các giải pháp xử lý hiệu quả.
 

Nguồn gốc nước thải trong ngành chế biến sữa

1. Tiệt trùng và đóng hộp: Quá trình tiệt trùng sữa và đóng hộp thường đi kèm với hao tổn và mất mát sữa, từ đó tạo ra một lượng nước rửa loãng có pH biến đổi. Những nước thải này chứa nhiều protein, lactose và chất béo đã bị phân hủy.
2. Các nhà máy bơ sữa và casein: Trong các nhà máy sản xuất bơ và casein, quá trình khử protein tạo ra dịch thải rất giàu lactose. Lactose là một loại đường tự nhiên có trong sữa, và khi không được xử lý đúng cách, nó có thể gây ô nhiễm môi trường nước.
3. Các xưởng sản xuất phomat: Phomat được làm từ sữa, có thể chứa lượng lớn protein và lactose. Nước thải từ các xưởng sản xuất phomat thường có hàm lượng protein cao và ít chất béo.

Tổn thất và ô nhiễm: Mức độ ô nhiễm trong nước thải của các nhà máy chế biến sữa còn phụ thuộc vào các yếu tố như mức độ thu hồi các chất trong quá trình sản xuất. Tổn thất của sữa trong các giai đoạn chế biến có thể lên đến ít nhất 7%, tạo ra một lượng nước thải có nồng độ chất ô nhiễm rất cao.

Đặc điểm nước thải trong ngành chế biến sữa

Nước thải trong ngành chế biến sữa có một số đặc điểm đặc trưng, bao gồm các thành phần chính như sau:

1. BOD (Biochemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy sinh hóa): Đây là chỉ số đo lượng oxy cần thiết để vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Nước thải từ ngành chế biến sữa có mức BOD khá cao, từ 80 - 900 mg/l tùy thuộc vào loại sản phẩm chế biến (sữa chua, sữa bột, bơ, v.v.).
2. COD (Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy hóa học): COD là chỉ số thể hiện lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải. Nước thải từ các xí nghiệp chế biến sữa cũng có nồng độ COD cao do sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ từ sữa, lactose, và protein.
3. Chất lơ lửng: Là các phần tử không hòa tan có trong nước thải. Nước thải sữa có thể chứa chất lơ lửng từ sữa, bơ, váng sữa và các thành phần khác, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước thải.
4. Lactozơ (Lactose): Lactozơ là đường chủ yếu có trong sữa và các sản phẩm từ sữa. Nước thải từ các nhà máy chế biến sữa có thể chứa lượng lớn lactose không được chuyển hóa, gây ô nhiễm môi trường nước.
5. Axit lactic: Đây là một sản phẩm phụ của quá trình lên men trong sản xuất sữa chua và phô mai. Nước thải từ các nhà máy sản xuất sữa chua và phô mai có thể có hàm lượng axit lactic cao, gây tác động xấu đến môi trường.
6. FOG (Fats, Oils, and Grease - Mỡ, Dầu và Chất béo): Chất béo từ sữa, bơ và các sản phẩm khác có thể gây tắc nghẽn trong hệ thống xử lý nước thải nếu không được loại bỏ kịp thời.
7. SNM (Soluble Nitrogenous Matter - Chất hữu cơ có nitơ hòa tan): Nước thải từ các xí nghiệp chế biến sữa có thể chứa các chất hữu cơ nitơ, gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến chất lượng nước thải.
8. pH: pH của nước thải chế biến sữa thường dao động trong khoảng 7,5 - 8,8, có tính kiềm nhẹ. Việc điều chỉnh pH trong quá trình xử lý là rất quan trọng để tránh ảnh hưởng đến hiệu quả của các bước xử lý sau này.

Tác động của các thành phần này đối với môi trường: Nếu không được xử lý đúng cách, các thành phần này có thể gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến sự sống của sinh vật thủy sinh và gây ra các vấn đề sức khỏe cho cộng đồng. Chất béo có thể gây tắc nghẽn hệ thống thoát nước, trong khi lactose và axit lactic có thể làm giảm oxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái.

Quy trình xử lý nước thải trong xí nghiệp sữa

Quy trình xử lý nước thải trong các xí nghiệp chế biến sữa bao gồm các bước chính sau:

1. Xử lý sơ bộ:
   • Loại bỏ cát: Bước này giúp loại bỏ các tạp chất như cát và các vật liệu lạ có trong nước thải.
   • Loại bỏ mỡ bằng tuyển nổi: Mỡ, dầu và chất béo trong nước thải được loại bỏ bằng phương pháp tuyển nổi. Quá trình này sử dụng sự khác biệt về mật độ của các hạt mỡ để tách chúng ra khỏi nước. Đây là bước quan trọng trong việc xử lý nước thải từ các nhà máy sản xuất bơ và phô mai, nơi có lượng chất béo cao.
2. Xử lý chung:
   • Bể đồng nhất hóa: Nước thải từ các giai đoạn sản xuất khác nhau được đưa vào bể đồng nhất hóa để tạo ra một dòng nước thải đồng nhất, giúp dễ dàng xử lý ở các bước tiếp theo. Bể này còn có khả năng điều chỉnh pH của nước thải, giúp tăng hiệu quả xử lý trong các giai đoạn sau.
   • Điều chỉnh pH: Việc điều chỉnh pH của nước thải rất quan trọng để đảm bảo môi trường lý tưởng cho các vi sinh vật trong các bước xử lý sinh học sau này.
3. Xử lý sinh học:
   • Metan hóa (xử lý kị khí): Đây là quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy, sản sinh ra khí metan. Phương pháp này thường được áp dụng trong trường hợp nước thải có hàm lượng sữa cao (1 - 2% sữa). Metan hóa giúp loại bỏ các chất hữu cơ, đặc biệt là lactose và protein.
   • Lọc kị khí: Đây là phương pháp sử dụng lớp vật liệu lọc với vi khuẩn kị khí để phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Phương pháp này giúp giảm nồng độ chất hữu cơ và các chỉ tiêu ô nhiễm như BOD và COD.
   • Bùn hoạt tính (xử lý hiếu khí): Quá trình xử lý này sử dụng vi khuẩn hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải. Bùn hoạt tính có thể loại bỏ BOD, COD và các chất ô nhiễm khác. Đây là phương pháp phổ biến nhất trong xử lý nước thải từ các xí nghiệp chế biến sữa.

Phương pháp xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính

Các bước xử lý:

• Tạo bùn hoạt tính: Nước thải sau khi được xử lý sơ bộ và đồng nhất hóa sẽ được đưa vào bể chứa bùn hoạt tính. Tại đây, các vi khuẩn có trong bùn sẽ phân hủy chất hữu cơ, giảm nồng độ BOD và COD trong nước thải.
• Quá trình aeration (sục khí): Trong bể aeroten, không khí sẽ được bơm vào để cung cấp oxy cho vi khuẩn hiếu khí, giúp chúng phân hủy nhanh chóng chất hữu cơ.
• Lọc và tách bùn: Sau khi hoàn thành quá trình phân hủy, nước thải được lọc để tách bùn ra khỏi nước. Bùn sẽ được xử lý riêng biệt, và nước sạch có thể tiếp tục được xử lý hoặc xả ra môi trường.

Khả năng loại bỏ BOD: Quá trình này có thể loại bỏ từ 60 đến 90% BOD có trong nước thải, giúp giảm thiểu ô nhiễm và nâng cao chất lượng nước thải.

So sánh hiệu quả xử lý khi nước thải qua xử lý kị khí và chưa qua xử lý

Việc xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí (metan hóa) sẽ giúp loại bỏ một phần lớn các chất hữu cơ, đặc biệt là lactose và protein. Khi so sánh với nước thải chưa qua xử lý, hiệu quả giảm ô nhiễm khi xử lý kị khí là rất lớn, giúp giảm BOD và COD đáng kể.

Kết luận và đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý

Để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải trong ngành chế biến sữa, các doanh nghiệp cần áp dụng quy trình xử lý khoa học, kết hợp các phương pháp xử lý sơ bộ, xử lý chung và xử lý sinh học như metan hóa và bùn hoạt tính. Việc lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp với đặc điểm của nước thải từng loại sản phẩm là rất quan trọng để đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải và bảo vệ môi trường.

Ngoài ra, việc tái sử dụng nước thải đã qua xử lý trong các công đoạn sản xuất có thể giúp tiết kiệm tài nguyên và giảm thiểu chi phí.