Tóm tắt Mười năm nhà máy chế biến sữa ở vùng Thượng Trung Tây của Hoa Kỳ đã tham gia vào một nghiên cứu để có được thông tin về quy trình vận hành chung, phát sinh và xử lý chất thải, sử dụng hóa chất và tính chất nước thải. Dữ liệu dài hạn về tính chất nước thải đã thu được ở 8 trong số 15 nhà máy sữa và mẫu nước thải hỗn hợp 24 giờ được lấy làm đặc trưng chi tiết cho từng nhà máy. Lưu lượng dòng nước thải và tính chất rất khác nhau giữa các nhà máy và không dễ dự đoán ngay cả khi có thông tin chi tiết về hoạt động xử lý. Ngoài ra, các nhà máy đều xem nhẹ sự xuất hiện của sữa và các sản phẩm sữa vào dòng chất thải. Việc sử dụng xút, axit photphoric và axit nitric để làm sạch có tác động đáng kể đến tính chất nước thải, mặc dù đã có các thay đổi về sử dụng hóa chất trong những năm gần đây. Đặc biệt, việc sử dụng các sản phẩm làm sạch dựa trên axit photphoric đã được giảm bớt để loại bỏ hoặc giảm tiền phạt xả thải. Hầu hết các cơ sở xử lý tại chỗ yêu cầu cải tạo và hoặc thay đổi hoạt động để tuân thủ các quy định xả thải hiện tại và trong tương lai, đặc biệt là liên quan đến mức độ dinh dưỡng (nitơ và phốt pho) trong dòng chất thải. Người ta đã kết luận rằng việc loại bỏ chất dinh dưỡng sinh học của chất thải từ sữa sẽ khả thi khi có nồng độ chất hữu cơ dễ phân hủy tương đối cao, chất hữu cơ nói chung có tỷ lệ tổng phốt pho và rất thuận lợi cho chất hữu cơ có tỷ lệ nitơ. © 1998 Được xuất bản bởi Elsevier Science Ltd. Mọi quyền đều được bảo lưu. Từ khóa: nước thải sữa, tăng cường loại bỏ phốt pho sinh học, loại bỏ chất dinh dưỡng sinh học.
PII: S0043-1354(98)00160-2 Wat Res Vol 32, No 12, pp 3555-3568, 1998 © 1998 Xuất Elsevier Science Ltd Mọi quyền bảo lưu In Vương quốc Anh 0043-1354/98 $19.00 + 0.00 TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN SỮA, HIỆN TRẠNG XỬ LÝ VÀ TIỀM NĂNG XỬ LÝ SINH HỌC J R DANALEWICH1, T G PAPAGIANNIS1®, R L BELYEA2, M E TUMBLESON3 L RASKIN1 ® Khoa học Kỹ thuật môi trường, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Đại học Illinois Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, U.S.A.; Khoa Khoa học Động vật, Đại học MissouriColumbia, Columbia, MO 65211, U.S.A Khoa Khoa học Sinh học Thú y, Đại học Illinois UrbanaChampaign, Urbana, IL 61801, U.S.A (Ngày nhận tháng năm 1997; đồng ý để sửa đổi tháng năm 1998) Tóm tắt - Mười năm nhà máy chế biến sữa vùng Thượng Trung Tây Hoa Kỳ tham gia vào nghiên cứu để có thơng tin quy trình vận hành chung, phát sinh xử lý chất thải, sử dụng hóa chất tính chất nước thải Dữ liệu dài hạn tính chất nước thải thu số 15 nhà máy sữa mẫu nước thải hỗn hợp 24 lấy làm đặc trưng chi tiết cho nhà máy Lưu lượng dòng nước thải tính chất khác nhà máy khơng dễ dự đốn có thơng tin chi tiết hoạt động xử lý Ngồi ra, nhà máy xem nhẹ xuất sữa sản phẩm sữa vào dòng chất thải Việc sử dụng xút, axit photphoric axit nitric để làm có tác động đáng kể đến tính chất nước thải, có thay đổi sử dụng hóa chất năm gần Đặc biệt, việc sử dụng sản phẩm làm dựa axit photphoric giảm bớt để loại bỏ giảm tiền phạt xả thải Hầu hết sở xử lý chỗ yêu cầu cải tạo / thay đổi hoạt động để tuân thủ quy định xả thải tương lai, đặc biệt liên quan đến mức độ dinh dưỡng (nitơ phốt pho) dòng chất thải Người ta kết luận việc loại bỏ chất dinh dưỡng sinh học chất thải từ sữa khả thi có nồng độ chất hữu dễ phân hủy tương đối cao, chất hữu nói chung có tỷ lệ tổng phốt thuận lợi cho chất hữu có tỷ lệ nitơ © 1998 Được xuất Elsevier Science Ltd Mọi quyền bảo lưu Từ khóa: nước thải sữa, tăng cường loại bỏ phốt sinh học, loại bỏ chất dinh dưỡng sinh học GIỚI THIỆU Xả nước thải có hàm lượng phốt (P) nitơ (N) cao dẫn đến tượng phú dưỡng nguồn nước tiếp nhận, đặc biệt hồ sông chảy chậm Để ngăn chặn điều kiện này, quan quản lý nhiều quốc gia áp đặt giới hạn xả chất dinh dưỡng cho nước thải Gần đây, hạn chế việc xả P trở nên nghiêm ngặt số khu vực Hoa Kỳ (U.S) Ví dụ, giới hạn xả P 1,0mg / l áp đặt cho Wisconsin vào ngày tháng năm 1997 (Wisc Ad Mã NR 217.04, 1997), việc thực tiêu chuẩn P dự đoán cho bang Trung Tây khác Những quy định tác động đến ngành công nghiệp chế biến sữa Hoa Kỳ, nhiều số nằm Trung Tây, dòng chất thải họ thường chứa hàm lượng dinh dưỡng cao (Brown Pico, 1979) Tăng cường loại bỏ phốt sinh học (EBPR) hiệu mặt chi phí so với cách kết tủa hóa học (Reardon, 1994) Do đó, điều quan trọng ngành công nghiệp sữa đánh giá EBPR, kết hợp với q trình nitrat hóa khử nitrat (để loại bỏ N), lựa chọn xử lý để loại bỏ chất dinh dưỡng Xử lý sinh học chất thải sữa khơng đơn giản thay đổi cao dòng chảy đặc tính hóa học Những yếu tố này, kết hợp với nhiệt độ thấp vài tháng năm vùng Thượng Trung Tây, gây khó khăn cho việc xử lý sinh học Do đó, xử lý chất thải quy chuẩn thách thức không ngừng số nhiều 5.000 nhà máy sữa Hoa Kỳ (Blanc Navia, 1990), đặc biệt nhà máy vùng Thượng Trung Tây Rất it nghiên cứu có tính chất hóa học nước thải sữa xử lý phổ biến Harper cộng (1971) tiến hành đánh giá kỹ lưỡng đặc điểm xử lý chất thải sữa vào cuối năm 1960, dựa nghiên cứu tài liệu rộng rãi khảo sát 10% nhà máy sữa Hoa Kỳ Họ kết luận ngành công nghiệp sữa có kiến thức hạn chế độ bền hữu dòng chất thải nồng độ nhiều thành phần nước thải (ví dụ, chất dinh dưỡng) thường khơng xác định Họ báo cáo hệ thống xử lý chỗ có hiệu tương đối thấp thông tin cho thiết kế hợp lý hệ thống xử lý thường khơng có sẵn Trong báo cáo ngành công nghiệp sữa năm 1970, Brown Pico (1979) tóm tắt tính chất nước thải sữa kết luận dòng chất thải sinh nhà máy chế biến sữa nên tiếp tục xử lý nhà máy xử lý nước thải thị (ví dụ, nhà máy xử lý thuộc sở hữu công cộng, POTW) Quan điểm thay đổi đáng kể năm 1980 1990 việc công bố số nghiên cứu điển hình xử lý nước thải sữa Hầu hết trường hợp, nỗ lực nghiên cứu, bị giới hạn xử lý sinh lý hóa học kỵ khí hiếu khí, mà khơng xem xét loại bỏ chất dinh dưỡng (ví dụ, Backman et al., 1985; Samson et al., 1985; Martin Zall , 1985; Sobkowicz, 1986; Goronszy, 1989; Blanc Navia, 1990; Eroglu et al., 1991; Rusten et al., 1992; Rusten et al., 1993; Orhon et al., 1993; Ozturk et al., 1993; Borja Banks, 1994; Kasapgil et al., 1994) Theo hiểu biết tốt chúng tôi, việc áp dụng quy mô đầy đủ EBPR vào nước thải sữa thảo luận nghiên cứu (Kolarski Nyhuis, 1995) Việc thiếu thơng tin tính chất dinh dưỡng xử lý nước thải sữa cách sử dụng loại bỏ chất dinh dưỡng sinh học (BNR) thúc đẩy thực nghiên cứu Ở đây, ghi lại thực tiễn xử lý phát sinh chất thải nhà máy sữa mô tả đặc điểm chung nước thải để thiết lập tảng cho nghiên cứu sâu BNR từ nước thải sữa PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Khảo sát liệu Chúng tham quan mười năm nhà máy chế biến sữa, nằm Minnesota, Wisconsin Nam Dakota mùa đông 1995-96 Các nhà máy chọn để đại diện cho ngành công nghiệp sữa vùng Thượng Trung Tây Hoa Kỳ Mẫu nước thải hỗn hợp thu thập, thông tin hoạt động chung, thực tiễn xử lý phát sinh chất thải, sử dụng hóa chất lấy từ 14 số 15 nhà máy thơng qua khảo sát tồn diện Ngồi ra, nhận liệu dài hạn tính chất nước thải từ số 15 nhà máy Thu thập mẫu Các mẫu nước thải hỗn hợp (mỗi loại 3-4 lít) thu thập khoảng thời gian 24 từ 15 nhà máy chế biến sữa Các mẫu lưu trữ, khơng có khoảng trống khơng khí, chai Nalgene lít có nắp vặn kín khí Một lít mẫu bảo quản cách thêm H 2SO4 (36 N) để giảm pH xuống (APHA, 1992) Tất mẫu hỗn hợp vận chuyển bảo quản ° C Phân tích thực vòng đến ngày sau lấy mẫu Phương pháp phân tích Phần mẫu lọc qua lọc 0,45 pm trước phân tích nitrate, nitrite, orthophosphate nguyên tố Các phân tích khác thực cách sử dụng phần mẫu chưa lọc Các mẫu phân tích độ kiềm tổng bi-carbonate alkali, pH, nhu cầu oxy sinh hóa ngày (BOD5), tổng chất rắn (TS), chất rắn dễ bay (VS), chất rắn lơ lửng (SS), chất rắn lơ lửng dễ bay (VSS), amoniac, tổng nitơ Kjeldahl (TKN) theo phương pháp tiêu chuẩn (APHA, 1992) Nhu cầu oxy hóa học (COD), nitrate, nitrite, orthophosphate tổng P xác định theo phương pháp phát triển Hach (Loveland, CO), dựa phương pháp tiêu chuẩn (APHA, 1992) Nồng độ axit béo dễ bay (acetate, propionate, butyrate, isobutyrate, valerate, isovalerate) (VFA) đo sắc ký khí (GC) (Model 5830A, Hewlett Packard, Palo Alto, CA) Các mẫu chuẩn bị cách thêm 50 µl axit photphoric 50% vào 1,5 ml mẫu, bảo quản nhiệt độ ° C qua đêm ly tâm 15 phút 15.000 g Để ngăn chặn bay VFA, chất bề mặt chuyển vào lọ thủy tinh GC niêm phong nắp uốn Nồng độ nguyên tố kim loại chọn (K, Na, Ca, Mg, Al, Mn, Ni, Cu, Co Fe) xác định phép đo phổ phát xạ quangplasma (Perkin-Elmer, Norwalk, CT) Phòng thí nghiệm vi phân tích (Trường Khoa học Hóa học, Đại học Illinois) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết khảo sát Kích thước nhà máy (được biểu thị khối lượng sữa chế biến ngày) thay đổi đáng kể, sản phẩm giống tương tự cho hầu hết nhà máy (Bảng 1) 12 số 14 nhà máy sản xuất nhiều loại phô mai số nhà máy chế biến váng sữa sản phẩm thứ cấp Nhà máy 11 có hoạt động chế biến phơ mai (ví dụ, cắt sấy phô mai), nhà máy chuyên đóng hộp vơ trùng sản phẩm sữa Liên quan đến phát sinh nước thải với quy mô nhà máy, lưu lượng dòng nước thải nhà máy (trung bình, tối thiểu lưu lượng tối đa) báo cáo Bảng Lưu lượng dòng nước thải trung bình dao động từ 170 đến 2.081 m3 / ngày (45.000 đến 550.000 gallon / ngày) Hầu hết nhà máy báo cáo biến động lớn hàng giờ, hàng ngày theo mùa lưu lượng dòng nước thải Lưu lượng dòng nước thải tối thiểu dao động từ đến 1.703 m3 / ngày (1.000 đến 450.000 gallon / ngày) lưu lượng nước thải tối đa dao động từ 257 đến 2.650 m3 / ngày (68.000 - 700.000 gallon / ngày) Phát sinh chất thải sở chế biến sữa đặc trưng biến động hàng ngày cao thường liên quan đến quy trình giặt vào cuối chu kỳ sản xuất (Goronszy, 1989; Eroglu et al., 1991) Sự thay đổi cao theo mùa phổ biến tương quan với khối lượng sữa nhận để chế biến, khối lượng thường cao tháng mùa hè thấp tháng mùa đông (Eroglu et al., 1991; Kolarski Nyhuis, 1995) Trong khảo sát ngành công nghiệp sữa Hoa Kỳ, Harper et al (1971) tính lượng nước thải tạo lượng sữa xử lý (hệ số khối lượng chất thải) Các hệ số khối lượng chất thải trung bình ngành cơng nghiệp sữa nói chung nhà sản xuất phơ mai nói riêng, 2,43 3,14 m3 nước thải / sữa chế biến Các phân tích họ hệ số khối lượng chất thải cho ngành công nghiệp sữa khác (0,1 đến 12,4m3 / tấn) không liên quan đến quy mô nhà máy mức độ tự động hóa Dựa quan sát này, Harper et al (1971) kết luận kế hoạch quản lý hiệu giám sát quản lý yếu tố kiểm soát lượng nước thải phát sinh Trong khảo sát nhà sản xuất phô mai, hệ số khối lượng chất thải thấp đáng kể so với nghiên cứu Harper, dao động khoảng 0,31 đến 2,29 m3 nước thải / sữa chế biến (với trung bình 1,26 m3 / tấn) Do đó, gia tăng kích thước nhà máy (kích thước nhà máy trung bình nghiên cứu chúng tơi lớn bốn lần so với kích thước nhà máy trung bình khảo sát Harper), tự động hóa chế biến sản phẩm giới thiệu phương pháp làm bề mặt bên (CIP) vài thập kỷ qua dẫn đến việc giảm đáng kể lượng nước thải tạo lượng sữa chế biến Tuy nhiên, khác biệt lớn hệ số khối lượng chất thải nhà máy nghiên cứu chúng tơi cho thấy khó dự đốn lưu lượng dòng nước thải, có thơng tin chi tiết hoạt động chế biến Điều cho thấy chiến lược quản lý yếu tố định việc phát sinh chất thải nhấn mạnh tầm quan trọng việc mơ tả dòng chất thải đánh giá khả xử lý nước thải để xác định chiến lược xử lý chất thải phù hợp Bảng 1: Sản xuất nhà máy phát sinh chất thải Nhà Sản xuất máy sữa Số lượng sản phẩm 106 kg/năm (106 lbs/năm) Lượng nước thải m3/ngày (103 gal/ngày) 106 kg/day (106 lbs/day) Sơ cấp Thứ cấp 0.9 (2.0) phô mai cheddar Colby 32 (70) Váng sữa 18 (40) 1,135 (267) nr nr phô mai cheddar Colby 17 (37) septic cheese Váng sữa 22 sauce and (48) puddings (nr) 946 (250) nr nr Váng sữa 16 (35) 651 (172) nr nr phô mai cheddar cheese 24 (54) phô mai Váng sữa 13 cheddar Colby, (29) Monterey Jack 15 (34) 1,105 (292) đồ hộp vô trùng đồ uống (nr) mát nhúng 39 (85) 526 (139) cheddar, Colby, Monterey Jack, phô 0.7 (1.5) mai giảm béo 25 (55) Váng sữa 26 (58) 0.8-0.9 (1.8- phô mai cheddar 28 (62) phô mai cheddar 2.0) 30 (66) 681 (180) 0.5 (1.1) phô mai cheddar 1.0 (2.1) Colby, Monterey Jack 34 (75) 0.7 (1.5) 0.5 (1.2) na Khác 992 (262) 0.7 (1.5) 10 0.7-0.8 (1.51.8) 11 na 12 0.5 (1.1) 13 14 0.7 (1.5) 0.9 (2.0) phô mai cheddar 22 (49) Váng sữa 20 (44) phô mai chế biến 91 (200) phô mai mozzarella provolone 21 (46) phô mai khô 10 (22) kem phô mai sản phẩm liên quan 44 (97) đồ ăn nhẹ có hương vị khơng sữa 5(10) Parmesan, Romano, phô mai cheddar (nr) cồn 5,700 m3/năm (1.5 x 10 gal/năm) TB 640 (169) 1,211 (320) Phô mai khô (nr) 719 (190) 170 (45) 625 (165) tối thiểu 643 (170) 568 (150) nr 307 (81) 333 (88) 813 (215) tối đa 1,605 (424) 1,132 (299) nr 1,041 (275) 1,173 (310) 1,817 (480) 416 (110) 871 (230) 132 (35) nr 257 (68) nr 208 (55) 4(1) 1,450 (383) 2,081 (550) 1,703 (450) 2,650 (700) na = không áp dụng nr = khơng có giá trị báo cáo Trong việc giảm thiểu ô nhiễm, điều quan trọng phát sinh chất thải liên quan đến địa điểm hoạt động cụ thể hoạt động nhà máy sữa Do đó, nhân viên yêu cầu đánh giá hoạt động phát sinh nước thải tiềm tàng với tư cách người đóng góp phụ cho tổng khối lượng chất thải Các kết sử dụng để lập bảng xếp hạng nước thải chung cho hoạt động (Bảng 2) Làm dây chuyền vận chuyển thiết bị chu kỳ sản xuất, làm xe bồn rửa silo sữa dường hoạt động đóng góp lớn cho tổng lượng nước thải Thơng tin Bảng phù hợp với liệu hạn chế sản xuất nước thải nhà máy sữa có sẵn tài liệu (Harper et al., 1971; Goronszy, 1989; Kasapgil et al., 1994) Trong nghiên cứu đó, phần lớn lượng nước thải tải tạo trình dọn bể chứa, xe tải, dây chuyền vận chuyển thiết bị Các nguồn nước thải khác có liên quan đến trục trặc thiết bị lỗi vận hành (sự cố tràn sữa trình nhận, tràn từ silo, sữa sản phẩm sữa bị tràn q trình chế biến, rò rỉ từ đường ống, máy bơm bể chứa, xả sữa hư sản phẩm sữa hoạt động đóng gói) (Eroglu et al., 1991) Mặc dù nguồn nước thải tạo hoạt động thiết yếu để bảo trì nhà máy (tức là, hoạt động làm sạch), xếp hạng cung cấp Bảng sử dụng để ưu tiên chiến lược để giảm lượng nước thải tải Ví dụ, số nhà máy tái sử dụng nước rửa cuối cho hoạt động làm ban đầu số nhà máy thu hồi xút Tất nhà máy báo cáo diện chất có nguồn gốc từ sữa nước thải họ (Bảng 3): số 14 nhà máy tham gia khảo sát, 11 nhà máy báo cáo diện váng sữa phô mai nhà máy đề cập đến diện phô mai Các sản phẩm khác báo cáo có mặt nước thải bao gồm: đường sữa, kem, váng bay hơi, chất thải sữa chất làm Do nghiên cứu trước ngành công nghiệp sữa tạo cân khối lượng thành phần sản phẩm sữa khác khơng biết đóng góp chúng vào khối lượng nồng độ nước thải (Harper et al., 1971), chúng tơi u cầu nhân viên ước tính đóng góp sản phẩm sữa khác số 14 nhà máy ước tính tràn sữa / váng sữa ước tính đưa Bảng Sự đóng góp chất dựa sữa vào mức độ dinh dưỡng dòng chất thải thảo luận Bảng Tổng kết hoạt động phát sinh nước thải Số lượng nhà máy Các hoạt động phát sinh nước thảia Xếp hạng trung bình Đa số Thiểu số Vệ sinh dây chuyền thiết bị chu kỳ sản xuất 10 Vệ sinh xe bồn Rửa silo sữa Sữa sản phẩm sữa tràn trình chế biến 12 Tràn sữa nhận 12 Sữa sản phẩm sữa xả trình sản xuất bắt đầu thay đổi 12 Rò rỉ từ đường ống, máy bơm bể chứa Tràn từ bồn chứa Mất mát q trình đóng gói Xả nước làm mát 10 Xả sữa hư sản phẩm sữa 11 Bôi trơn vỏ, máy xếp, băng tải thiết bị khác 1 12 Làm thiết bị bay váng sữa 1 12 Khử trùng thiết bị 14 Rò rỉ dầu thực vật 14 a Lựa chọn hoạt động phát sinh nước thải dựa thông tin cung cấp Harper et al (1971) Eroglu at el (1991) Bảng Sự diện chất có nguồn gốc từ sữa nước thải theo ước tính nhân viên nhà máy báo cáo sử dụng axit nitric photphoric Nhà máy Sữa m3/ngày Váng sữa m3/ngày Phô mai HNO3 kg/ngày Hệ số HNO3 kg HNO3/106 kg sữa H3PO4 kg/ngày Hệ số H3PO4 kg H3PO4/106 kg sữa (gal/ngày) (gal/ngày) (lbs/ngày) (lbs/ngày) 1.1 (300) 0.4 (100) / / / / 0.3 (86) / / / 0.2 (50) 0.4 (100) 0.2-0.5 0.2-0.5 60-120 / 11 13 14 / / 12 / 0.3 (86) 10 / 92 (202) 135 / / / / / / 54 / 99 (218) 109-121 53 (117) 59-65 78 (172) 96-115 7(15) 8-10 60-120 / / / / / / / 0.2 (60) / 37 (81) 572 (1,260) 630 40 (88) 44 Nghĩa sữa/sản phẩm sữa axit nitric photphoric sử dụng, số lượng không đề cập Harper cộng (1971) báo cáo thực tế sử dụng hóa chất ngành công nghiệp sữa năm 1960 Họ xem xét đặc tính ứng dụng chất tẩy rửa khử trùng ngành công nghiệp sữa Các thành phần chất tẩy rửa kiềm kiềm (ví dụ, tro soda (Na 2CO3) xút (NaOH)), polyphosphate chất làm ướt Phosphate phức tạp sử dụng để nhũ hóa, phân tán peptizing protein Các chất làm ướt (ví dụ, rượu sunfat, sunfua alkyl aryl, chất hoạt động bề mặt amoni bậc bốn) sử dụng với số lượng tương đối thấp, tác nhân cho tăng tải lượng BOD5 Ngồi tác dụng tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt amoni bậc bốn có đặc tính sát trùng diệt khuẩn Chất tẩy rửa axit sử dụng để làm thiết bị nhiệt độ cao hỗn hợp axit hữu (ví dụ, axit axetic, propionic, lactic, citric, axit tartaric), axit vô (ví dụ, axit photphoric, nitric, axit sunfuric) muối axit thường ưu tiên ( Harper cộng sự, 1971; Samson cộng sự, 1985; Kolarski Nyhuis, 1995) Chất khử trùng thường chứa lượng lớn clo, ảnh hưởng đến xử lý nước thải sinh học (Harper et al., 1971) Ngồi hợp chất clo (ví dụ, natri hypochlorite), hợp chất iốt, hợp chất amoni bậc bốn axit sử dụng làm chất khử trùng Harper đồng nghiệp xác định nước rửa có chứa dung dịch khử trùng đóng góp tới 0,2 đến 13,8% (trung bình 3,1%) lượng nước thải, chất tẩy rửa chiếm đến 2,2 đến 41,6% tổng lượng nước thải (trung bình 15%) Họ báo cáo chất tẩy rửa làm tăng đáng kể nồng độ kiềm, phốt phát axit nước thải, tính tốn, sử dụng liệu cung cấp nhà sản xuất chất tẩy rửa, chất tẩy rửa đóng góp vào tải lượng BOD nước thải (ước tính BOD5 tối đa 200 mg / l quy cho chất tẩy rửa) Tuy nhiên, nghiên cứu riêng họ thực tế sử dụng chất tẩy rửa nhà máy chế biến sữa chất tẩy rửa đóng góp đáng kể vào BOD, COD quan trọng độc tính hiệu suất sở xử lý chất thải sữa (Harper et al., 1971) Để đánh giá việc sử dụng hóa chất ngành cơng nghiệp sữa Hoa Kỳ ngày nay, nhân viên nhà máy sữa yêu cầu liệt kê loại hóa chất tẩy rửa, vệ sinh, bôi trơn làm lạnh sử dụng sở họ Hóa chất sử dụng thường xuyên bao gồm: xút, axit nitric, axit photphoric natri hypochlorite Soda tro amoni bậc bốn sử dụng số loại cây, ammonia, trisodium phosphate, axit axetic, axit hydrochloric, axit sulfuric, axit citric, axit lactic, axit hydroxyacetic, natri metasilicate, dầu thủy lực, propylene glycol, nhũ tương, khử bọt sử dụng với số lượng nhỏ vài nhà máy Để có thơng tin nguồn dinh dưỡng nước thải, yêu cầu thông tin chi tiết số lượng axit nitric photphoric sử dụng Một số nhà máy cung cấp thơng tin khó diễn giải thành phần xác chất tẩy rửa chất khử trùng không cung cấp Bảng liệt kê nhà máy sử dụng axit nitric / axit photphoric đưa số lượng sử dụng cho nhà máy có thông tin Axit nitric phosphoric sử dụng đồng thời 11 nhà máy Hai nhà máy sử dụng axit nitric chu trình làm họ, nhà máy sử dụng axit photphoric Các hệ số axit nitric axit photphoric tính khối lượng axit sử dụng lượng sữa chế biến (Bảng 3) Các giá trị số lượng chất tẩy rửa thay đổi đáng kể toàn ngành chiến lược quản lý rõ ràng yếu tố định việc sử dụng hóa chất Một so sánh thực tế làm ngày năm 1960 (Harper et al., 1971) loại axit sử dụng hoạt động làm thay đổi đáng kể thập kỷ qua Việc sử dụng axit hữu khác axit sulfuric hydrochloric phổ biến hơn, axit nitric không sử dụng để làm năm 1960 Chúng yêu cầu nhân viên nhà máy mô tả thay đổi thực tế vệ sinh Bảy nhà máy báo cáo việc sử dụng hóa chất thay đổi thập kỷ qua Nhà máy 10 chuyển từ axit photphoric sang hỗn hợp axit photphoric / nitric chu trình làm họ Nhà máy 14 giảm lượng axit photphoric tăng lượng axit nitric dung dịch làm Do đó, dường có xu hướng sử dụng axit photphoric axit nitric Nhà máy 11 việc sử dụng chất tẩy rửa axit (tức chất tẩy rửa không chứa axit photphoric) phải tăng lên để cải thiện việc làm thiết bị Các biện pháp giảm thiểu chất thải, tận dụng axit làm xút ăn da, nhân viên nhà máy sử dụng Trong nỗ lực giảm vấn đề ăn da, nhà máy bắt đầu sử dụng xút kiềm clo Những thay đổi thực tế sử dụng hóa chất vài thập kỷ qua dường liên quan phần đến quy định môi trường Việc giảm sử dụng axit hữu tương ứng với việc thực thi Đạo luật Nước (1972), việc chuyển đổi gần từ axit photphoric sang axit nitric thúc đẩy phụ phí xả thải dựa lượng P thải hệ thống xử lý đô thị gần (1997 ) thực giới hạn xả tổng P (1,0 mg / l) cho Wisconsin Mặc dù số nhà máy việc sử dụng axit photphoric giảm dẫn đến tiết kiệm đáng kể phụ phí P tiền phạt, việc chuyển sang axit nitric gây gia tăng lượng chất tẩy rửa sử dụng Ngoài ra, số nhà máy chất tẩy rửa có gốc axit photphoric ưa dùng từ góc độ làm việc giảm sử dụng axit photphoric xảy Quan điểm phù hợp với vị trí nhà máy sữa năm 1970: Brown Pico (1979) thảo luận chất tẩy rửa khơng có phốt phát khơng hiệu chất tẩy rửa từ phốt phát việc sử dụng chúng dẫn đến tăng chi phí làm chúng đòi hỏi nồng độ cao chu kỳ làm lâu Việc sử dụng xút axit khác ảnh hưởng đáng kể đến pH nước thải, Bảng Trong số 12 nhà máy báo cáo liệu pH, 11 nhà máy biểu biến động pH cực đoan Chỉ có nhà máy cung cấp thơng tin nhiệt độ nước thải (Bảng 4) Sự thay đổi lớn nhiệt độ nước thải cho thấy nhiệt độ mối lo ngại BNR thực Thực tiễn xử lý nước thải ngành sữa thay đổi đáng kể (Bảng 4) Bốn nhà máy không thực hành xử lý nước thải chỗ hướng dòng chất thải họ đến hệ thống xử lý đô thị 10 nhà máy lại thực số hình thức xử lý nước thải chỗ Một loạt hệ thống xử lý mơ tả, từ đơn giản (ví dụ, bể điều hòa, hệ thống sườn rãnh) đến phức tạp (ví dụ, tuyển khơng khí hòa tan (DAF), hệ thống sục khí mở rộng, mương oxy hóa) Bảy nhà máy có bể điều hòa trang bị tốt để xử lý lưu lượng nước thải lớn biến động pH Cho dù sử dụng hệ thống xử lý đơn giản hay phức tạp, việc xử lý cuối bùn chất rắn sinh học mối quan tâm nhà máy, đặc biệt chất rắn sinh học có khả chứa mầm bệnh Chín nhà máy khơng tách nước thải sinh hoạt với nước thải chế biến sữa Năm số nhà máy xử lý nước thải chỗ tạo chất rắn sinh học nước thải có chứa mầm bệnh gây lo ngại ứng dụng xử lý tái sử dụng nước thải sinh học Vì dễ dàng để thải bỏ chất rắn sinh học tái sử dụng dòng chất thải sinh hoạt tách biệt với chất thải chế biến, tất nhà máy kế hoạch tách hai dòng chất thải đánh giá Bảng Nhiệt đô, độ pH nước thải; công nghệ tiền xử lý; xử lý bùn công nghệ thải bỏ pH Nhiệt độ °C Nhà máy max max 3.0 3.0 11.0 13.0 nr nr Hệ thống tiền xử lý nước thảib Xử lý bùn tiền xử lý dòng chất thải bể điều hòa đầm hiếu khí; dòng chất thải cường độ cao, chất thải khối lượng thấp áp dụng chôn xuống đất không thường xuyên xử lý bể điều hòa, DAFa, lọc nhỏ giọt, mương oxy hóa, xử lý sau loạt hai bể hiếu khí, bể làm đầy, ép 32.0 43.0 đầm phá trước thải sơng, bổ sung hóa bùn, ủ phần, chôn xuống chất bao gồm polyme để khử nước đất axit sunfuric để điều chỉnh pH nr nr nr xử lý dòng chất thải hệ thống sườn rãnh; dòng chất thải cường độ cao, nr khối lượng thấp áp dụng; váng nước xả trực tiếp sông 4.7 11.5 nr nr Không tiền xử lý na 3.0 13.0 nr nr tiền xử lý bể điều hòa na 4.5 12.0 nr nr Không tiền xử lý; cường độ cao, dòng thải khối lượng thấp na 7.1 12.5 nr nr tiền xử lý bể điều hòa; cường độ cao, dòng thải khối lượng thấp na nr Chơn xuống đất 4.0 12.0 nr Không tiền xử lý dòng thải pha lỗng (xử lý hệ thống thành phố); tiền xử lý nr nước thải tập trung bể điều hòa, hệ thống bùn hoạt tính (NH3 thêm nguồn N) mương oxy hóa 4.7 12.3 nr nr Xử lý hồ hiếu khí, đầu sử dụng cho tưới tiêu vào mùa xuân Chôn xuống đất 10 7.5 8.1 2.8 21.0 Tiền xử lý bể điều hòa hệ thống bùn hoạt tính thơng thường Dùng máy ép bùn chơn xuống đất 11 1.0 14.0 14.0 32.0 Tiền xử lý bể điều hòa hệ thống Chơn xuống đất bùn hoạt tính hồn tồn 12 5.3 10.6 nr nr Khơng tiền xử lý na 13 nr nr nr nr Không tiền xử lý na 14 4.8 11.3 Tiền xử lý lưới tách rác, hệ thống bùn Xử lý hiếu khí, trọng lực, chơn xuống đất 22.0 38.0 hoạt tính hiếu khí có thêm sắt chloride để làm đầy, lắng thêm polyme vào bể lắng na = không áp dụng nr = khơng có giá trị báo cáo a DAF = tuyển khơng khí hòa tan; chất béo, dầu, cặn bã dầu mỡ loại bỏ khỏi nước thải DAF xử lý với chất sinh học ổn định máy ép bùn b Tiền xử lý việc xử lý nước thải thực nhà máy xử lý nước thải đô thị địa phương; không xử lý thêm nước thải Để đánh giá mức độ hài lòng với chiến lược xử lý tại, đặt câu hỏi vấn đề gặp phải trình xử lý nước thải khả không tuân thủ tiêu chuẩn Nhà máy 11 tiết lộ hệ thống xử lý họ tải, nhà máy quy vấn đề mùi khó chịu cho hệ thống xử lý họ Nhà máy 11 14 báo cáo bùn hoạt tính vấn đề không thường xuyên (một vài lần năm), Nhà máy 10 11 tuyên bố bùn hoạt tính tạo bọt, gây vi sinh vật dạng sợi, vấn đề dai dẳng Hơn nữa, Nhà máy 10 11 cho thấy khó để trì nồng độ oxy hòa tan (DO) đầy đủ bể chứa bùn hoạt tính họ Những quan sát gợi ý mức DO thấp khuyến khích phát triển sinh vật dạng sợi hệ thống bùn hoạt tính Nhà máy 11 suy đốn thêm lồi Gordona (trước Nocardia) tăng cao nguyên nhân gây vấn đề bọt nhà máy tải nghiêm trọng Điều không phù hợp với quan sát bọt Nocardia nói chung khơng phổ biến Nhà máy có tỷ lệ thức ăn cho vi sinh vật (F / M) cao (Jenkins et al., 1993) de los Reyes cộng (1998) xác định hàm lượng Gordona tương đối thấp lấy từ nhà máy 11, điều cho thấy vi sinh vật dạng sợi khác nguyên nhân gây vấn đề bọt nhà máy Tất nhà máy phải tuân theo quy định, quy định khác tùy thuộc vào thực tiễn xả thải lực sở xử lý thành phố Phụ phí dựa Lưu lượng dòng nước thải / khối lượng BOD5, SS, tổng lượng P thải ngày thường thu theo hợp đồng xả thải xác định trước, với phận tài nguyên thiên nhiên bang với đô thị nước thải xử lý trước xả sở xử lý nước thải địa phương Nếu chôn xuống đất, lưu lượng dòng chảy, BOD5, tổng P, N (TKN), clorua / nồng độ kali thường xác định Vi phạm SS phụ phí báo cáo phổ biến nhất; nhà máy tự không tuân thủ tiêu chuẩn SS Các nhà máy 10 14 vượt lượng xả nước thải tối đa phân bổ vi phạm xả thải BOD5 báo cáo nhà máy 4, 10 Các nhà máy 5, 7, 11 14 tiết lộ tiền phạt phụ phí bị đánh thuế mức xả P cao số nhà máy dự đoán thay đổi mức phụ phí dựa nồng độ P nước thải Bảng Tính chất nước thải khoảng thời gian dài Nhà máy Khoảng thời Lưu lượng (103 gian gal/ngày) 1/1/95-9/30/95 1/1/92-9/27/95 pH 143 ± 94 (29- SS (mg/l) 2,103 ± 1,148 267 ± 81 (37-527) 292 ± 43 (1701/1/95-12/31/95 424) BOD5 (mg/l) (600-10,000) 8.4 ± 1.6 (4.711.5) 709±139 677 ± 544 (420-1,060) (184 7,330) Tổng P (mg/l) 1,444) 1/1/94-12/31/95 7/23/9110/26/95 111 ± 31 (25-168) 11.3 ± 1.3 (7.112.5) 8.3 ± 1.6 (4.712.3) 1,212 ± 684 928 ± 305 (200-9,900) (152 3,570) 2,297 ± 1,096 1,082 ± 1,023 (650-9,600) (293 (excluding 1992) 78 ± 20 (31-227) 55 ± 25 (28-293) 13,700) 8/29/93-4/21/94 6.8 ± 0.7 (5.2-9.6) 686 ± 378 (360-2,200) (253 2,540) 10 1,123 ± 404 12 1/10/9512/20/95 158 ± 14 (138207) 7.7 ± 1.8 (5.310.6) 1,717 ± 708 14 12/28/94-8/1/95 508 ± 63 (189677) 7.0 ± 1.0 (5.011.0) 1,545 ± 527 37 ± 16 (14-104) 57 ± (34-72) (820-3,900) 405 ± 163 (288-5,200) (110 1,050) 36 ± 14(18-132) a Mỗi thơng số báo cáo trung bình ± SD (min-max) cho khoảng thời gian xác định Dữ liệu dài hạn Tám số 15 nhà máy cung cấp liệu tính chất nước thải khoảng thời gian dài Giá trị trung bình, độ lệch chuẩn (SD), tối thiểu (min) tối đa (max) đưa Bảng chứng minh Lưu lượng dòng nước thải giá trị pH thay đổi lớn nhà máy Nồng độ BOD5, SS P thường đo thay đổi đáng kể Sự sẵn có đặc tính nước thải khoảng thời gian dài hữu ích để xác định xu hướng theo mùa, điều giúp đề xuất chiến lược xử lý nước thải cải thiện cho ngành công nghiệp sữa Tuy nhiên, số lượng thông số đo sở thường xuyên bị hạn chế phân tích bổ sung cần thiết để giúp đánh giá tiềm BNR (ví dụ: nitrate, nitrite, orthophosphate, VFA) Mẫu nước thải hỗn hợp Đặc điểm hóa học chi tiết 15 mẫu nước thải hỗn hợp tóm tắt Bảng 6-9 Để so sánh, tóm tắt đặc tính nước thải sữa thu từ nghiên cứu công bố năm 1980 1990 đưa Bảng 10 11 Vì thành phần quan trọng thành phần hữu chất dinh dưỡng nước thải sữa có nguồn gốc từ sữa sản phẩm sữa, số đặc điểm sữa nguyên chất trình bày Bảng 12 Tổng giá trị trung bình BOD5 tổng COD (1.856 mg / l 2.855 mg / l, Bảng 6) xác nhận chất thải chế biến sữa thường có độ bền hữu tương đối cao Các giá trị nằm phạm vi với liệu cung cấp cho khoảng thời gian mở rộng (Bảng 5) giá trị trích dẫn tài liệu năm 1980 1990 (Bảng 10) Ngồi ra, Bảng Tính chất hóa học mẫu nước thải Nhà máy Tổng Tổng BOD5/C SS BOD5(mg COD OD (mg/l) /l) (mg/l) VSS (mg/l) TS (mg/l) VS (mg/l) pH Alkalinit Alkalinit y (mg/l y/ BOD5 CaCO3) (mg/l CaCOa/ mg/l 1,843 2,447 0.75 586 419 3,747 1,710 10.7 375 O2) 0.20 5,722 7,619 0.75 1,533 1,477 6,342 5,088 6.2 225 0.04 1,298 2,032 0.64 389 225 nd nd 11.3 500 0.39 826 2,309 0.36 696 567 2,925 1,848 6.7 500 0.61 2,738 3,556 0.77 730 663 3,583 1,967 6.9 400 0.15 568 785 0.72 470 307 1,833 562 6.8 525 0.92 1,466 2,909 0.50 1,910 1,010 4,180 1,513 9.4 1,55 1.06 565 2,290 0.25 3,560 1,935 5,354 2,998 7.9 1,52 2.70 3,269 4,895 0.67 885 680 4,495 3,060 10.3 775 0.24 10 1,003 1,644 0.61 371 327 2,023 900 7.0 625 0.62 11 2,406 3,093 0.78 757 699 6,063 1,243 6.9 500 0.21 12 1,887 2,817 0.67 853 767 3,683 1,550 7.5 650 0.34 13 2,108 3,232 0.65 923 890 2,863 nd 10.8 614 0.29 14 1,175 1,570 0.75 326 284 2,327 nd 9.8 450 0.38 15 959 1,625 0.59 655 298 14,205 11,034 7.6 400 0.59 Mean 1,856 2,855 0.63 976 703 4,545 2,790 8.4 652 0.58 SD 1,335 1,646 0.16 833 479 3,114 2,863 1.8 382 0.65 Min 565 785 0.25 326 225 1,837 562 6.2 225 0.04 Max 5,722 7,619 11,034 11.3 1,55 2.70 0.78 3,560 1,935 14,205 nd = không xác định Bảng Mức chất dinh dưỡng mẫu nước thải hỗn hợp mức P N ước tính cần thiết để loại bỏ BOD Orthophos P required NO3 NO2 Tổng P phate for BOD Plant (mg/l (mg/l (mg/l (mg/l removala P) N) N) P) (mg/l P) TKN (mg/l N) 60 19 34.7 2.3 111.0 74 20 30 3.2 4.1 106.0 49 15 51.0 0.3 140.0 51 11 0.8 0.4 40.1 36 14 1.2 0.8 65 19 8.6 134 32 8 181 35 79 10 NH3 Organic (mg/l N (mg/l N) N) 5.3 N required for BOD removala (mg/l N) 105.7 47 11.6 94.4 148 10.6 129.4 33 2.8 37.3 21 134.0 9.3 124.7 71 0.7 14.0 1.0 13.0 14 1.0 0.8 62.0 9.4 52.6 38 14.3 1.8 nd 3.7 nd 14 21 17 47.3 1.2 122.0 9.4 112.6 84 29 0.6 0.4 83.0 71.3 26 11 35 22 12 23.7 2.1 128.0 120.1 62 12 68 10 0.9 0.6 83.0 48.9 48 11.7 7.9 34.1 13 97 26 11 1.4 14 52 13 80.0 15 54 15 52.8 Mean 71 18 10 SD 40 Min 29 Max 181 1.0 nd 1.4 nd 54 74.0 5.5 68.5 30 3.3 nd 4.8 nd 24 21.4 3.6 91.4 8.6 81.5 48 25.6 8.5 39.3 7.9 38.4 35 0.6 0.3 14.0 1.0 13.0 14 35 30 80.0 129.4 148 34.0 34.0 140.0 34.1 *Xem văn phần chi tiết tính tốn độ bền hữu thay đổi lớn nhà máy, thể phạm vi rộng cho giá trị BOD5 COD Bảng 10 độ lệch chuẩn lớn Bảng 6, tương ứng Để đánh giá khả phân hủy sinh học tiềm hợp chất hữu nước thải sữa, chúng tơi tính tỷ lệ BOD5: COD Đối với tất trừ số nước thải hỗn hợp (nhà máy 8), tỷ lệ BOD5: COD 0,5, với giá trị trung bình 0,63 + 0,16 (Bảng 6) Tỷ lệ BOD5: COD thu từ liệu nằm khoảng 0,47 đến 0,67 với giá trị trung bình 0,58 (Bảng 10) Dựa tỷ lệ BOD5: COD thu cho sản phẩm sữa, thành phần sữa chất thải từ sữa, Harper et al (1971) kết luận tỷ lệ 0,60 giải thích để đề xuất q trình oxy hóa sinh học chất thải sữa hiệu so với sữa nguyên chất, diện thành phần sữa Họ đề xuất mức độ độc hại rõ ràng chất thải nhà máy sữa tỷ lệ 0,40 Tỷ lệ thấp dường trùng khớp với giai đoạn trình làm thiết bị, cho thấy nguồn độc tính có liên quan đến hoạt động làm Do đó, kết hầu hết hợp chất hữu chất thải sữa nên dễ dàng phân hủy sinh học Mức SS VSS sử dụng để đánh giá cường độ khả xử lý nước thải SS nước thải sữa bắt nguồn từ sữa đơng tụ, phơ mai thành phần hương liệu trái loại hạt (Brown Pico, 1979) Bản chất nguồn SS chủ yếu hữu Điều xác nhận tỷ lệ VSS: SS trung bình cao Trung bình, khoảng 76% SS khơng ổn định, tỷ lệ thay đổi phạm vi rộng Mức TS VS thay đổi đáng kể (Bảng 6) Trung bình, 52% TS phát dễ bay hơi, cho thấy thành phần vơ hòa tan quan trọng dòng chất thải Bảng Mức axit béo dễ bay (VFA) mẫu nước thải hỗn hợp Tổng VFAs Acetate Nhà (mg/l (mg/l máy HAc) HAc) Propionate (mg/l HAc) Butyrate Isobutyrate Valerate (mg/l (mg/l (mg/l HAc) HAc) HAc) Isovalerate (mg/l HAc) 39 39