Xử lý Nước thải Bột giặt: Thách thức từ Surfactant và Giải pháp Công nghệ

Xử lý Nước thải Sản xuất Bột giặt: Thách thức từ Surfactant và Giải pháp Công nghệ tích hợp

Bột giặt và các sản phẩm tẩy rửa là những mặt hàng thiết yếu trong cuộc sống hiện đại, giúp duy trì vệ sinh cá nhân và gia đình. Ngành công nghiệp sản xuất bột giặt tại Việt Nam cũng không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu. Tuy nhiên, quy trình sản xuất phức tạp, sử dụng nhiều loại hóa chất đặc thù đã tạo ra một dòng nước thải sản xuất bột giặt với những đặc tính ô nhiễm riêng biệt, đặt ra nhiều thách thức cho công tác bảo vệ môi trường.

Nước thải từ các nhà máy sản xuất bột giặt thường chứa nồng độ cao các chất hoạt động bề mặt (surfactants), chất xây dựng (builders), chất độn và nhiều phụ gia khác. Những thành phần này gây ra các vấn đề như COD cao, khả năng tạo bọt mạnh, pH thường có tính kiềm cao, và đặc biệt là nguy cơ phú dưỡng hóa nguồn nước nếu chứa nhiều phốt phát.

Do đó, việc đầu tư và vận hành một hệ thống xử lý nước thải bột giặt hiệu quả, áp dụng các công nghệ phù hợp và đảm bảo tuân thủ QCVN 40:2025/BTNMT là trách nhiệm và yêu cầu cấp thiết đối với các doanh nghiệp trong ngành.

Bài viết này sẽ đi sâu vào việc phân tích nguồn gốc, đặc điểm ô nhiễm của nước thải sản xuất bột giặt, các tác động môi trường, và trình bày một quy trình công nghệ xử lý tích hợp, hiệu quả, dựa trên nền tảng bạn đã đề xuất.

1. Nguồn gốc Phát sinh Nước thải trong Nhà máy Sản xuất Bột giặt

Nước thải tại một nhà máy sản xuất bột giặt phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau trong quá trình hoạt động:

Từ Quy trình Sản xuất Chính:

• Công đoạn Sulfonation/Sulfation: Nếu nhà máy tự sản xuất chất hoạt động bề mặt (surfactants) gốc sulfonate/sulfate.
• Công đoạn Trung hòa: Trung hòa axit béo hoặc axit sulfonic.
• Công đoạn Trộn (Mixing/Crutching): Nước thải từ việc vệ sinh các thiết bị trộn các thành phần nguyên liệu (surfactants, builders, fillers, enzymes, hương liệu, màu…).
• Công đoạn Sấy phun (Spray Drying – đối với bột giặt dạng bột): Nước thải từ hệ thống xử lý khí thải (scrubber) của tháp sấy phun, có thể chứa bụi bột giặt.
• Công đoạn Đóng gói: Nước vệ sinh khu vực đóng gói sản phẩm.

Từ Hoạt động Vệ sinh:

• Vệ sinh thiết bị: Rửa bồn chứa nguyên liệu, bể phản ứng, bể trộn, hệ thống đường ống, băng tải… Đây là nguồn phát sinh nước thải đáng kể, chứa dư lượng hóa chất và sản phẩm.
• Vệ sinh nhà xưởng: Nước lau rửa sàn nhà, khu vực sản xuất.

Từ Hoạt động Phụ trợ:

• Nước thải từ phòng thí nghiệm (kiểm tra chất lượng, R&D).
• Nước xả đáy (blowdown) từ lò hơi, tháp giải nhiệt (nếu có).

2. Đặc điểm Thành phần Ô nhiễm Đặc trưng của Nước thải Bột giặt

Đây là yếu tố quyết định đến việc lựa chọn công nghệ xử lý:

2.1. Chất hoạt động Bề mặt (Surfactants): Thành phần chính và Thách thức lớn nhất

• Bản chất: Là các chất làm giảm sức căng bề mặt của nước, giúp làm sạch vết bẩn. Có nhiều loại khác nhau:
  • • Anionic: Phổ biến nhất là LAS (Linear Alkylbenzene Sulfonate), AES (Alcohol Ether Sulfates). Thường dễ phân hủy sinh học hơn (đặc biệt LAS mạch thẳng).
    • Non-ionic: AE (Alcohol Ethoxylates), APEOs (Alkylphenol Ethoxylates – độc tính cao hơn, khó phân hủy, đang bị hạn chế sử dụng).
    • Cationic, Lưỡng tính: Ít phổ biến hơn trong bột giặt thông thường.
• Tác động: Gây COD cao, tạo bọt rất mạnh (gây khó khăn vận hành, đặc biệt là bể hiếu khí), có thể gây độc cho vi sinh vật nếu nồng độ quá cao, và có khả năng phân hủy sinh học khác nhau tùy loại.

2.2. Chất xây dựng (Builders):

• Mục đích: Tăng cường khả năng giặt tẩy, làm mềm nước, tạo môi trường kiềm.
• Loại:
  • • Phosphates: Chủ yếu là STPP (Sodium Tripolyphosphate). Gây phú dưỡng hóa nguồn nước nghiêm trọng. Hiện nay, việc sử dụng STPP đang bị hạn chế và thay thế dần ở nhiều quốc gia, bao gồm cả Việt Nam.
    • Zeolites: Thay thế phổ biến cho phosphate, không chứa P nhưng có thể làm tăng TSS.
    • Citrates, Carbonates (Soda), Silicates: Các chất thay thế khác, có thể đóng góp vào COD (Citrates) hoặc tăng độ kiềm, pH.
• Tác động: Gây COD (nếu hữu cơ), tăng pH (kiềm tính), ô nhiễm Phốt pho (nếu dùng STPP), tăng độ kiềm.

2.3. Chất độn (Fillers):

• Thường là Sodium Sulfate (Na₂SO₄), được thêm vào để cải thiện tính chất vật lý của bột giặt.
• Tác động: Làm tăng độ mặn (Salinity) và Tổng chất rắn hòa tan (TDS) trong nước thải. Độ mặn cao có thể ức chế hoạt động của vi sinh vật trong quá trình xử lý sinh học.

2.4. Chất phụ gia khác:

• Chất tẩy trắng quang học (làm quần áo trông sáng hơn).
• Enzyme (protease, amylase, lipase… để phân hủy vết bẩn).
• Chất chống tái bám bẩn.
• Hương liệu (Fragrances).
• Màu (Dyes).
• Chất bảo quản…
• Tác động: Góp phần vào COD, một số có thể khó phân hủy hoặc ảnh hưởng đến quá trình xử lý.

2.5. pH Cao:

• Nước thải thường có tính kiềm mạnh (pH > 9-10) do sử dụng các chất xây dựng và hóa chất trong quá trình sản xuất. Cần được trung hòa trước khi xử lý sinh học hoặc xả thải.

2.6. COD và BOD:

• COD thường rất cao (có thể từ vài nghìn đến trên 10,000 mg/L) do nồng độ cao của surfactants, builders hữu cơ và các phụ gia.
• BOD thường thấp hơn COD đáng kể, dẫn đến tỷ lệ BOD/COD ở mức thấp đến trung bình. Khả năng phân hủy sinh học phụ thuộc nhiều vào loại surfactant và phụ gia sử dụng. LAS mạch thẳng và AE thường dễ phân hủy sinh học hơn LAS mạch nhánh cũ hay APEOs.

2.7. Chất rắn lơ lửng (TSS):

• Thường ở mức trung bình, chủ yếu từ nguyên liệu bột rơi vãi, Zeolites (nếu dùng), cặn hóa chất không tan.

2.8. Dầu mỡ:

• Thường không cao, trừ khi có sự cố rò rỉ dầu máy hoặc từ một số nguyên liệu đặc biệt.

3. Tác động Môi trường:

• Tạo bọt: Lớp bọt dày đặc trên bề mặt sông hồ gây mất mỹ quan, ngăn cản trao đổi oxy giữa nước và không khí.
• Phú dưỡng hóa: Do hàm lượng Phốt pho cao (nếu còn sử dụng STPP) và Nitơ (nếu có), kích thích tảo và thực vật thủy sinh phát triển quá mức, gây cạn kiệt oxy khi chúng chết đi và phân hủy.
• Độc tính: Một số loại surfactants (đặc biệt là APEOs) có thể gây độc cho cá và các sinh vật thủy sinh khác, ảnh hưởng đến hệ thần kinh và nội tiết.
• Giảm Oxy hòa tan: Do COD cao tiêu thụ lượng lớn oxy trong quá trình phân hủy tự nhiên.

4. Quy trình Công nghệ Xử lý Nước thải Bột giặt

Giai đoạn 1: Tiền xử lý & Điều hòa

1. Thu gom & Tách dầu/Rác:
   • Nước thải sản xuất, nước mưa nhiễm bẩn từ khu vực bồn chứa ngoài trời được thu gom về hệ thống chung.
   • Bể tách dầu mỡ: Nếu có nguy cơ nhiễm dầu mỡ (từ bảo trì máy móc, nguyên liệu), cần có bể tách dầu bằng phương pháp trọng lực hoặc thiết bị chuyên dụng.
   • Lưới lọc rác: Loại bỏ rác thô, vật rắn lớn.
   • Nước thải sinh hoạt sau khi qua bể tự hoại 3 ngăn (để lắng cặn và phân hủy yếm khí sơ bộ) cũng được dẫn về đây.
2. Bể Điều hòa (Kết hợp chức năng lắng sơ cấp và kỵ khí nếu cần):
   • Vai trò chính: Tiếp nhận và hòa trộn đồng đều tất cả các dòng nước thải, cân bằng lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm (pH, COD, Surfactant…) trước khi bơm vào các công đoạn xử lý chính. Đây là bước cực kỳ quan trọng để hệ thống hoạt động ổn định.
   • Thiết kế: Cần có dung tích đủ lớn (thời gian lưu thường > 8-12 giờ). Có thể kết hợp chức năng lắng sơ cấp để loại bỏ thêm cặn rắn. Việc sục khí nhẹ hoặc khuấy trộn giúp đồng nhất và tránh phát sinh mùi.

Giai đoạn 2: Xử lý Hóa lý (Tuyển nổi DAF)

3. Thiết bị Tuyển nổi Không khí Hòa tan (DAF):
   • Mục đích: Loại bỏ hiệu quả TSS, dầu mỡ còn sót, và đặc biệt là phá vỡ nhũ tương, loại bỏ một phần chất hoạt động bề mặt (surfactants) dưới dạng micelle hoặc hấp phụ trên cặn, giảm tải COD và P (nếu dùng phèn/vôi) cho xử lý sinh học.
   • Quy trình:
     • Nước thải từ bể điều hòa được bơm vào đường ống dẫn đến DAF.
     • Châm hóa chất: Trên đường ống hoặc trong bể phản ứng nhỏ trước DAF, tiến hành châm:
       • Hóa chất điều chỉnh pH (thường là axit như H₂SO₄ để hạ pH kiềm về mức tối ưu cho keo tụ).
       • Hóa chất keo tụ (phổ biến là PAC hoặc phèn sắt/nhôm).
       • Hóa chất trợ keo tụ (thường là Polymer phù hợp).
     • Tuyển nổi: Nước đã phản ứng hóa học được trộn với dòng nước bão hòa không khí. Khi vào bể DAF, áp suất giảm, bọt khí li ti hình thành, bám vào bông cặn và kéo chúng nổi lên bề mặt.
     • Thu hồi bùn nổi: Hệ thống gạt bề mặt sẽ thu gom lớp váng bùn nổi này và đưa về bể chứa bùn hóa lý
   • Nước trong sau DAF: Tự chảy sang công đoạn xử lý sinh học.

Giai đoạn 3: Xử lý Sinh học Hiếu khí

4. Bể Vi sinh Hiếu khí (Aerobic Tank):
   • Mục đích: Vi sinh vật hiếu khí (bùn hoạt tính) sử dụng các chất hữu cơ còn lại (BOD, COD dễ phân hủy, surfactants phân hủy được…) làm thức ăn để phát triển, chuyển hóa chúng thành CO₂, nước và sinh khối mới. Đồng thời thực hiện quá trình Nitrat hóa (nếu cần xử lý Nito).
   • Vận hành:
     • Cấp khí liên tục: Dùng máy thổi khí và hệ thống phân phối khí (đĩa, ống) để duy trì nồng độ Oxy hòa tan (DO) trong bể luôn đủ (> 2-4 mg/L).
     • Kiểm soát tạo bọt: Do surfactant còn dư, cần có biện pháp kiểm soát bọt (dàn phun nước, cảm biến mực bọt, châm hóa chất chống bọt loại an toàn sinh học nếu cần).
     • Dinh dưỡng: Đảm bảo tỷ lệ dinh dưỡng C:N:P phù hợp cho vi sinh vật phát triển (có thể cần bổ sung N, P nếu thiếu hụt sau hóa lý).
     • Công nghệ: Có thể là bể Aerotank truyền thống, SBR, hoặc hiệu quả hơn là MBBR, MBR.
5. Bể Lắng II (Bể lắng bùn sinh học):
   • Mục đích: Tách bùn hoạt tính vi sinh ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng trọng lực.
   • Nước trong: Thu qua máng tràn và dẫn sang công đoạn xử lý tiếp theo (hồ ổn định hoặc lọc/khử trùng).
   • Bùn lắng: Phần lớn được tuần hoàn lại bể vi sinh hiếu khí để duy trì mật độ vi sinh vật cần thiết. Phần bùn dư được bơm về bể chứa bùn sinh học.

Giai đoạn 4: Xử lý Hoàn thiện và Khử trùng

6. Hồ ổn định I & II (Stabilization Ponds):
   • Nếu có diện tích, việc xây dựng các hồ ổn định (hồ tùy nghi, hồ hiếu khí) là giải pháp tốt để ổn định chất lượng nước sau xử lý sinh học, giảm thêm BOD/COD, TSS và đặc biệt là khử trùng tự nhiên nhờ thời gian lưu nước dài và bức xạ mặt trời.
7. Bể lọc hấp phụ – Khử trùng:
   • Lọc hấp phụ: Sử dụng cột lọc chứa than hoạt tính và cát lọc để hấp phụ nốt các chất hữu cơ khó phân hủy, màu, mùi còn sót lại, đảm bảo chất lượng nước đầu ra tốt nhất.
   • Khử trùng: Châm dung dịch Chlorine (NaOCl, Cloramin B…) hoặc sử dụng đèn UV vào nước thải sau lọc để tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật gây bệnh (E.coli, Coliforms…) trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.

Giai đoạn 5: Xử lý Bùn

8. Bể chứa bùn: Thu gom bùn hóa lý (từ DAF) và bùn sinh học dư (từ lắng II).
9. Thiết bị tách nước bùn (Sân phơi bùn / Máy ép bùn):
   • Sân phơi bùn: Giải pháp chi phí thấp nếu có diện tích lớn và khí hậu thuận lợi. Bùn được phơi khô tự nhiên.
   • Máy ép bùn (khung bản, băng tải…): Hiệu quả tách nước cao hơn, tiết kiệm diện tích, tạo bùn khô hơn. Có thể cần châm Polymer để hỗ trợ ép bùn.
10. Xử lý bùn khô: Bùn sau khi tách nước cần được phân tích thành phần. Nếu không chứa chất nguy hại vượt ngưỡng, có thể được chôn lấp tại bãi rác hợp vệ sinh hoặc phối trộn làm phân compost. Nếu có yếu tố nguy hại, phải xử lý như chất thải nguy hại.

5. Các Thách thức và Lưu ý Vận hành Quan trọng

• Kiểm soát Hiện tượng Tạo bọt: Là vấn đề thường gặp nhất trong xử lý nước thải bột giặt, cần có biện pháp cơ học (dàn phun) và/hoặc hóa học (chất chống bọt).
• Xử lý Chất hoạt động bề mặt (Surfactants): Lựa chọn công nghệ sinh học phù hợp (vi sinh thích nghi, MBBR/MBR) và/hoặc xử lý bậc cao (hấp phụ than hoạt tính) để loại bỏ triệt để.
• Loại bỏ Phốt pho: Nếu nhà máy còn sử dụng STPP, cần có biện pháp loại bỏ P hiệu quả (kết tủa hóa học bằng phèn/vôi hoặc áp dụng quy trình sinh học loại bỏ P tăng cường – EBPR).
• Ảnh hưởng của Độ mặn: Nếu độ mặn cao do dùng nhiều Na₂SO₄, có thể cần lựa chọn chủng vi sinh chịu mặn hoặc pha loãng nước thải.
• Tối ưu hóa Hóa chất: Thực hiện Jar-test thường xuyên để xác định liều lượng PAC, Polymer, hóa chất điều chỉnh pH tối ưu, tránh lãng phí và giảm lượng bùn phát sinh.

Kết luận: Hướng tới Sản xuất Bột giặt Sạch hơn

Xử lý nước thải sản xuất bột giặt đòi hỏi một quy trình công nghệ tích hợp, kết hợp hiệu quả giữa các phương pháp hóa lý và sinh học để đối phó với các thách thức đặc thù như nồng độ cao chất hoạt động bề mặt, khả năng tạo bọt mạnh, pH kiềm và tiềm năng ô nhiễm phốt pho.

Quy trình đề xuất bao gồm tiền xử lý, điều hòa, xử lý hóa lý bằng keo tụ – tạo bông kết hợp tuyển nổi DAF, tiếp theo là xử lý sinh học hiếu khí (có thể kết hợp thiếu khí nếu cần khử N), lắng và các bước hoàn thiện như hồ ổn định, lọc hấp phụ và khử trùng là một giải pháp khả thi và hiệu quả.

Việc vận hành ổn định hệ thống, kiểm soát tốt các thông số công nghệ, đặc biệt là quản lý hiện tượng tạo bọt và xử lý bùn thải đúng cách, là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng nước sau xử lý luôn đạt QCVN 40:2025/BTNMT (Cột A) như mục tiêu đề ra.

Song song với đó, việc nghiên cứu sử dụng các nguyên liệu đầu vào thân thiện hơn (surfactant dễ phân hủy, builder không chứa phosphate), tối ưu hóa quy trình sản xuất để giảm thiểu phát sinh nước thải tại nguồn sẽ góp phần quan trọng giúp ngành sản xuất bột giặt Việt Nam phát triển một cách bền vững và có trách nhiệm với môi trường.

Quý khách hàng cần tư vấn về xử lý nước thải bột giặt nói riêng và xử lý nước thải công nghiệp nói chung. Xin liên hệ với Môi Trường Green Star để được tư vấn miễn phí.