I. Sản xuất cà phê rang xay và yêu cầu giảm xả thải

Quá trình sản xuất cafe tiêu thụ lượng lớn tài nguyên nước và đồng thời tạo ra lượng nước thải, bùn thải đáng kể ra môi trường. Công nghệ, thiết bị xử lý nước thải cà phê thì rất nhiều nhưng giải pháp thực sự phù hợp về chi phí đầu tư, giảm phát thải thì không phải nhà máy nào cũng tiếp cận được.

II.Cà phê rang xay

Trong quy trình sản xuất cà phê rang xay, hạt cà phê sau khi thu hoạch cần trải qua quá trình chế biến để loại bỏ lớp vỏ quả và làm khô hạt trước khi rang. Có hai phương pháp chế biến chính: chế biến ướt và chế biến khô. Mỗi phương pháp có những bước xử lý và ảnh hưởng khác nhau đến hương vị và chất lượng cà phê.

a. Quy trình chế biến cà phê theo phương pháp ướt:

1. Thu hoạch → 2. Chế biến hạt theo phương pháp ướt→ 3. Phơi/sấy khô → 4. Xay xát và phân loại → 5. Rang cà phê → 6. Làm nguội và ủ → 7. Xay cà phê → 8. Đóng gói

Phương pháp chế biến cà phê ướt là quá trình phức tạp, đòi hỏi sử dụng nhiều loại máy móc và tiêu tốn một lượng nước đáng kể, thường được áp dụng khi xử lý cà phê Arabica.

Phương pháp này tạo ra hạt cà phê có hương vị sáng, sạch, và thường được sử dụng cho các loại cà phê chất lượng cao.

 

Quy trình và tính chất nước thải phát sinh theo phương pháp ướt:

Quy trình chế biến cà phê rang xay theo phương pháp ướt	Công việc thực hiện	Tính chất nước thải phát sinh
1.Thu hoạch	Cà phê được thu hoạch khi quả cà phê (cherry) chín đỏ. Tại Việt Nam, phương pháp thu hoạch thường là thu hoạch chọn lọc (hái tay chọn quả chín) hoặc thu hoạch hàng loạt (hái cả quả chín và chưa chín)	– Cà phê rang xay chế biến theo phương pháp ướt thường phát sinh lượng nước lớn hơn các phương pháp khác.   – Nước thải phát sinh từ hoạt động sản xuất có nồng độ ô nhiễm cao chủ yếu từ quá trình chế biến hạt qua công đoạn ngâm, tách vỏ, lên men, làm sạch: Chất rắn lơ lửng (TSS): Nước thải thường chứa nhiều chất rắn lơ lửng, chủ yếu là từ cặn đất, cát, bụi, phần quả hư, lá và các mảnh vụn từ vỏ quả cà phê phần vỏ, thịt cà phê còn sót lại từ quá trình làm sạch hạt cà phê Chất hữu cơ cao (COD, BOD): Nước thải chứa nhiều hợp chất hữu cơ, chủ yếu từ vỏ, cùi, thịt quả cà phê và các chất hòa tan trong nước. Độ pH thấp: Quá trình lên men làm giải phóng các axit hữu cơ, khiến nước thải có tính axit, pH thường dao động từ 3,5 đến 5,5. Màu sắc: Nước thải có màu nâu sẫm đến đen do chứa các chất polyphenol và hợp chất màu hữu cơ từ cà phê. Nitơ và photpho: Hàm lượng nitơ và photpho trong nước thải tương đối cao, do sự phân hủy của các hợp chất chứa nitơ và photpho tự nhiên có trong quả cà phê. Mùi hôi: Nước thải có mùi hôi đặc trưng do sự phân hủy của chất hữu cơ và quá trình lên men kỵ khí (nếu xảy ra). Tải lượng vi sinh vật: Nước thải có chứa nhiều vi khuẩn, vi sinh vật do quá trình lên men, một số có thể gây hại nếu xả ra môi trường không qua xử lý. – Nước thải phát sinh từ vệ sinh nhà xưởng và thiết bị: Nước thải chủ yếu đến từ việc rửa và vệ sinh thiết bị và khu vực nhà xưởng. Nước thải này có nồng độ TSS cao chủ yếu là các vụn cà phê và cặn bã cà phê sau khi xay rơi vãi trong quá trình sản xuất, và từ quá trình vệ sinh thiết bị và sàn nhà Nồng độ BOD, COD từ bã cà phê, hạt cà phê bị hỏng hoặc các cặn bã còn lại trên bề mặt thiết bị Chất tẩy rửa: Chất tẩy rửa dùng để vệ sinh máy móc thiết bị và nhà xưởng Dầu mỡ phát sinh từ quá trình vệ sinh máy móc.
2. Chế biến hạt theo phương pháp ướt	– Bước 1: Ngâm và phân loại quả – Bước 2: Tách vỏ và thịt quả – Bước 3: Lên men – Bước 4: Rửa sạch
3. Phơi/sấy khô	Sau khi tách vỏ, hạt cà phê phải được phơi hoặc sấy khô để giảm độ ẩm xuống khoảng 10-12% để đảm bảo hạt cà phê không bị mốc hay hỏng trong quá trình bảo quản
4. Xay xát và phân loại	– Sau khi hạt cà phê đã được phơi hoặc sấy khô, quá trình xay xát bắt đầu. Hạt cà phê được cho vào các máy xay để tách lớp vỏ lụa bên ngoài, chỉ để lại hạt cà phê xanh (cà phê nhân). – Hạt cà phê nhân sau đó được phân loại dựa trên kích thước, trọng lượng, và chất lượng để đảm bảo đồng đều trước khi tiến hành rang.
5. Rang cà phê	Hạt cà phê xanh được cho vào máy rang ở nhiệt độ khoảng 180-240°C trong khoảng từ 8 đến 20 phút (tùy thuộc vào loại cà phê và kiểu rang).
6. Làm nguội và ủ	– Hạt có thể được làm nguội bằng không khí hoặc làm nguội bằng nước (đối với một số phương pháp rang nhất định). – Sau khi làm nguội, cà phê cần thời gian ủ (từ 24 đến 48 giờ) để các hương vị được ổn định
7. Xay cà phê	Cà phê rang có thể được xay thành bột (xay mịn, xay vừa, xay thô) hoặc để nguyên hạt tùy theo nhu cầu sử dụng.
8. Đóng gói	Cà phê rang xay sau khi đã xay hoặc giữ nguyên hạt sẽ được đóng gói kín để bảo quản

 

b. Quy trình chế biến cà phê theo phương pháp khô:

Chế biến khô, còn gọi là phương pháp tự nhiên, là phương pháp truyền thống và đơn giản hơn. Cà phê chế biến khô thường mang hương vị ngọt ngào, body dày, và hương trái cây đậm.

Ở Việt Nam, cà phê rang xay chủ yếu được chế biến theo hai phương pháp phổ biến là phương pháp chế biến ướt và phương pháp chế biến khô. Tuy nhiên, phương pháp chế biến khô vẫn là phương pháp chính và phổ biến hơn, đặc biệt là đối với loại cà phê Robusta chiếm phần lớn sản lượng cà phê tại Việt Nam (chiếm khoản 90% sản lượng).

1. Thu hoạch → 2. Chế biến hạt theo phương pháp khô→ 3. Phơi/sấy khô → 4. Xay xát và phân loại → 5. Rang cà phê → 6. Làm nguội và ủ → 7. Xay cà phê → 8. Đóng gói

Quy trình và tính chất nước thải phát sinh theo phương pháp khô:

Quy trình chế biến cà phê rang xay theo phương pháp khô	Công việc thực hiện	Tính chất nước thải phát sinh
1. Thu hoạch	Cà phê được thu hoạch khi quả cà phê (cherry) chín đỏ. Tại Việt Nam, phương pháp thu hoạch thường là thu hoạch chọn lọc (hái tay chọn quả chín) hoặc thu hoạch hàng loạt (hái cả quả chín và chưa chín)	– Cà phê rang xay chế biến theo phương pháp khô thường phát sinh lượng nước ít hơn các phương pháp khác do phương pháp khô chủ yếu dựa vào quá trình phơi khô tự nhiên mà không sử dụng nước trong các bước chính của quá trình. – Nước thải phát sinh chủ yếu từ vệ sinh nhà xưởng và thiết bị: Trong các cơ sở chế biến lớn, quá trình vệ sinh định kỳ để làm sạch máy móc, sàn nhà có thể tạo ra một lượng nước thải nhất định chứa bụi bẩn, bã cà phê và tạp chất từ quá trình sản xuất. Chất rắn lơ lửng (TSS): Nước thải từ quá trình vệ sinh có thể chứa các chất rắn lơ lửng (TSS) như bụi bẩn, cặn bã từ vỏ quả cà phê, và các mảnh vụn khác từ quá trình làm sạch hạt cà phê và cặn bã cà phê sau khi xay rơi vãi trong quá trình sản xuất, và từ quá trình vệ sinh thiết bị và sàn nhà Chất hữu cơ (COD, BOD): Mặc dù không có lượng chất hữu cơ lớn từ quá trình sản xuất chính (vì không sử dụng nước để lên men hoặc tách vỏ), nhưng nước thải từ vệ sinh vẫn có thể chứa một lượng nhỏ các chất hữu cơ từ bã cà phê, vỏ và các phần khác của quả cà phê. Điều này có thể làm tăng COD (Nhu cầu oxy hóa học) và BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa) trong nước thải, nhưng ở mức độ thấp. Độ pH: Nước thải từ quá trình này thường có độ pH gần trung tính (dao động từ 6,0 đến 7,0), do không có các phản ứng hóa học mạnh hay sự lên men xảy ra trong quá trình chế biến khô. Màu sắc: Nước thải có thể có màu nâu nhạt do lẫn tạp chất từ bã cà phê hoặc bụi đất từ quả cà phê, nhưng không đậm như trong quá trình chế biến ướt. Chất tẩy rửa: Chất tẩy rửa dùng để vệ sinh máy móc thiết bị và nhà xưởng Dầu mỡ phát sinh từ quá trình vệ sinh máy móc.
2. Chế biến hạt theo phương pháp khô	– Bước 1: Phơi khô cả quả – Bước 2: Tách vỏ – Bước 3: Làm sạch và phân loại
3. Phơi/sấy khô	Sau khi tách vỏ, hạt cà phê phải được phơi hoặc sấy khô để giảm độ ẩm xuống khoảng 10-12% để đảm bảo hạt cà phê không bị mốc hay hỏng trong quá trình bảo quản
4. Xay xát và phân loại	– Sau khi hạt cà phê đã được phơi hoặc sấy khô, quá trình xay xát bắt đầu. Hạt cà phê được cho vào các máy xay để tách lớp vỏ lụa bên ngoài, chỉ để lại hạt cà phê xanh (cà phê nhân). – Hạt cà phê nhân sau đó được phân loại dựa trên kích thước, trọng lượng, và chất lượng để đảm bảo đồng đều trước khi tiến hành rang.
5. Rang cà phê	– Hạt cà phê xanh được cho vào máy rang ở nhiệt độ khoảng 180-240°C trong khoảng từ 8 đến 20 phút (tùy thuộc vào loại cà phê và kiểu rang).
6. Làm nguội và ủ	– Hạt có thể được làm nguội bằng không khí hoặc làm nguội bằng nước (đối với một số phương pháp rang nhất định). – Sau khi làm nguội, cà phê cần thời gian ủ (từ 24 đến 48 giờ) để các hương vị được ổn định
7. Xay cà phê	Cà phê rang có thể được xay thành bột (xay mịn, xay vừa, xay thô) hoặc để nguyên hạt tùy theo nhu cầu sử dụng.
8. Đóng gói	Cà phê rang xay sau khi đã xay hoặc giữ nguyên hạt sẽ được đóng gói kín để bảo quản

III. Hạn chế của Giải pháp xử lý nước thải cà phê rang xay hiện nay

Các phương pháp xử lý nước thải từ sản xuất cà phê rang xay hiện nay thường kết hợp các quá trình xử lý:

1. Xử lý cơ học (lắng, lọc) để loại bỏ chất rắn lơ lửng.
2. Xử lý hóa lý (keo tụ, tách dầu mỡ) để loại bỏ các chất không hòa tan và dầu mỡ.
3. Xử lý sinh học (hiếu khí, kỵ khí) để xử lý các chất hữu cơ.
4. Công nghệ màng lọc để nâng cao chất lượng nước thải.

Các phương pháp xử lý nước thải cà phê hiện nay xử lý được hầu hết các nồng độ ô nhiễm đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường, được áp dụng cho nhiều cơ sở sản xuất cà phê tại Việt Nam. Tuy nhiên xem xét dựa trên nhiều yếu tố, bao gồm hiệu quả xử lý, chi phí, tính khả thi và tác động môi trường thì vẫn còn nhiều hạn chế:

– Cần không gian lớn để xây dựng các bể xử lý, điều này có thể gây khó khăn cho các doanh nghiệp khi quỹ đất cần ưu tiên cho sản xuất

– Lượng nước xả thải lớn và chi phí xả thải cho khu/cụm công nghiệp hàng tháng là khoản chi phí lớn.

– Lượng bùn thải lớn cần xử lý sau đó, làm tăng thêm chi phí xử lý

– Các phương pháp xử lý sinh học khá nhạy cảm với sự biến động của tải trọng ô nhiễm do đó nhiều nhà máy gặp khó khăn trong quá trình vận hành, thường xuyên xảy ra sự cố.

– Tiêu thụ điện năng lớn, gián tiếp tăng phát thải khí nhà kính

IV. Giải pháp từ NGO International Co., Ltd

Chúng tôi hiểu rằng các Doanh nghiệp đang nỗ lực gia tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường và cần đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao về Phát triển bền vững, bao gồm các tiêu chuẩn như Rainforest Alliance, UTZ Certified, và Fair Trade.

NGO đã dành nhiều năm thu thập dữ liệu hoạt động từ các nhà máy sản xuất cà phê tại Việt Nam cũng như các dữ liệu vận hành của các trạm xử lý nước thải cà phê để nghiên cứu và phát triển giải pháp tập trung vào các mục tiêu tiết kiệm năng lượng, tái sử dụng tài nguyên:

– Tiết kiệm tài nguyên đất: Trạm xử lý nước thải được thiết kế với hiệu suất cao, cho phép cắt giảm 50% không gian xây dựng 

– Tiết kiệm năng lượng: Với các nhà máy có nồng độ ô nhiễm cao (COD ~ 10,000 – 20,000 mg/L) chúng tôi đảm bảo tiêu hao điện năng luôn thấp hơn 3kwh/m3

– Tiết kiệm tài nguyên nước và giảm bùn thải:

• Tái sử dụng nước sau xử lý: NGO sẽ tư vấn các phương án tái sử dụng nước thải tại nhà máy theo các mức độ khác nhau, đảm bảo tổng tiêu hao nước/ tấn sản phẩm được tối ưu 
• Giảm và tái tuần hoàn bùn thải từ hoạt động sản xuất: Các trạm xử lý sẽ chú trọng vào việc tái sử dụng bùn thải để sản xuất phân bón hoặc tái chế thành nguyên liệu sản xuất, góp phần giảm thiểu lượng chất thải ra môi trường và hỗ trợ mô hình kinh tế tuần hoàn.

– Giảm sử dụng hóa chất: sử dụng phương pháp xử lý sinh học với khả nặng chịu biến động đầu vào cao, giúp ổn định hoạt động của toàn hệ thống và giảm thiểu phát thải và tác động tiêu cực đến môi trường.

– Tăng cường khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu

Chống chịu và thích ứng với biến đổi khí hậu: Thiết kế các trạm xử lý nước thải trong tương lai cần tính đến khả năng chịu được các thay đổi về thời tiết và khí hậu, như mưa lớn, ngập lụt hoặc hạn hán, đảm bảo hoạt động ổn định trong các điều kiện khắc nghiệt.

 

NGO International Co., Ltd cam kết mang đến các công nghệ tiên tiến, hiện đại nhất giúp doanh nghiệp không chỉ giảm thiểu xả thải mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất và bảo vệ môi trường. Hãy liên hệ với chúng tôi để tìm hiểu thêm về các giải pháp xử lý nước thải sản xuất cà phê rang xay cho doanh nghiệp của bạn qua SĐT 024.7300.0890 hoặc email office@8ngo.com để được tư vấn trực tiếp.