Xử lí nước thải trong sản xuất bia

Tổng quan về ngành bia (tiêu thụ, sản xuất, sơ đồ quy trình sản xuất, ...)và nước thải trong sản xuất bia, các phương pháp xử lí nước thải trong sản xuất bia và một số các sơ đồ xử lí nước thải của các nhà máy.

Đại học Bách khoa Hà Nội Viện CNSH & CNTP XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA GVHD: PGS.TS Lê Thanh Hà PGS.TS Nguyễn Lan Hương CÁC THÀNH VIÊN STT HỌ VÀ TÊN MSSV Nguyễn Hồng Anh 20180397 Nguyễn Thị Lan Anh 20180401 Đặng Thị Thùy Linh 20180484 Phan Thế Mạnh 20180501 Nguyễn Thị Trà My 20180505 Nguyễn Thị Thu Uyên 20180593 Lê Thị Hải Yến 20180602 NỘI DUNG TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT BIA NƯỚC THẢI CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BIA CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU NƯỚC THẢI CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỘT SỐ SƠ ĐỒ XỬ LÍ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA Tổng quan ngành sản xuất bia 1.1 BIA VÀ LỊCH SỬ RA ĐỜI CỦA BIA • Bia loại thức uống có cồn sản xuất từ nguyên liệu malt đại mạch, nấm men, hoa bia nước Về đặc tính cảm quan bia có màu sắc từ vàng đến đen, có mùi thơm hoa bia, số loại bia bật mùi thơm trái mùi dầu chuối, mùi có múi,… • Bia với rượu loại thức uống có cồn đời từ sớm, song hành với phát triển, tiến nhân loại • Hiện bia số loại thực phẩm phong phú với 180 loại bia 20.000 nhãn hiệu toàn giới • Việt Nam kỷ qua ngày trở thành thức uống phổ biến Việt Nam, đặc biệt thành thị 1.2 TÌNH HÌNH TIÊU THỤ VÀ SẢN XUẤT BIA TRÊN THẾ GIỚI • Vào năm 2020, sản lượng bia tồn cầu đạt khoảng 1,82 tỷ ha, tăng từ 1,3 tỷ vào năm 1998 • Các quốc gia dẫn đầu toàn cầu sản xuất bia Trung Quốc, Hoa Kỳ Brazil • Năm 2019, Châu Á sản xuất nhiều 6,8 triệu hl so với năm trước với phần lớn tăng trưởng đến từ Campuchia (+ triệu hl), Việt Nam (+3 triệu hl) Thái Lan (+ 2.4 triệu hl) Sản lượng bia giới 1998-2020 1.3 TÌNH HÌNH TIÊU THỤ VÀ SẢN XUẤT BIA TẠI VIỆT NAM • Trong năm trở lại đây, kinh tế Việt Nam có bước phát triển vượt bậc, mức sống người dân dần cải thiện • Ngành cơng nghiệp bia với tốc độ tăng trưởng bình qn 14,9%, ngành cơng nghiệp bia phát triển với tốc độ tăng trưởng cao • Theo thống kê Bộ Kế hoạch- đầu tư, tốc độ tăng trưởng ngành bia Việt Nam ước đạt 15% Việt Nam có khoảng 350 sở sản xuất bia có trụ sở hầu khắp tỉnh thành nước tiếp tục tăng số lượng • Có 20 nhà máy đạt cơng suất 20 triệu lít/ năm, 15 nhà máy có cơng suất lớn 15 triệu lít/ năm có tới 268 sở có lực sản xuất triệu lít/ năm Lượng tiêu thụ rượu bia tăng từ lít/người/tháng năm 2018 lên 1,3 lít/người/tháng năm 2020 1.4 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NƯỚC TRONG SẢN XUẤT BIA • Nước thành phần bia, chiếm 90-95% khối lượng bia Một lượng lớn nước sử dụng để sản xuất bia để rửa, làm khử trùng thiết bị sau mẻ hoàn thành • Tiêu thụ nước cho nhà máy bia đại thường dao động từ 4-10hl/hl bia (1hl=100l) • Ở Heineken, lượng nước tiêu thụ trung bình tồn cầu thấp 4hl/hl bia Tuy nhiên lượng nước tiêu thụ hầu hết nhà máy bia vượt 4hl/hl bia • Một số nhà máy bia vừa nhỏ không xử lý nước thải trước thải môi trường 1.5 QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA Ngun liệu: • Malt sản phẩm chế biến từ loại hạt đại mạch, tiểu mạch,… sản phẩm giàu dinh dưỡng chứa phân tử dễ hoà tan Malt dùng sản xuất bia chủ yếu từ hạt đại mạch nảy mầm • Gạo: Trong q trình sản xuất bia thường dùng gạo tẻ Gạo cung cấp nguồn glucid chất trình lên men Khi dùng để đường hoá chúng nghiền thành bột, cho nấu qua hồ hố, dịch hố, đường hố • Nước: Nước loại nguyên liệu để sản xuất bia, nước chiếm từ 80% tới 90% trọng lượng bia thành phẩm • Hoa houblon: Hoa bia nguyên liệu thứ hai để sản xuất bia, góp phần quan trọng tạo mùi vị đặc trưng bia Đồng thời, hoa sử dụng chất bảo quản cho bia, tăng khả tạo bọt, giữ bọt Trong trình sản xuất bia, sử dụng hoa chưa thụ phấn-gọi nón hoa Quy trình cơng nghệ sản xuất bia Nước thải trình sản xuất bia 4.3.2 BỂ AERO TANK • Tại đây, nước thải xáo trộn với vi sinh vật hiếu khí nhờ hệ thống cấp khơng khí Q trình tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng phát triển • Vi sinh vật hiếu khí lấy chất nhiễm có nước thải (COD, BOD, Nitơ, photpho, kim loại nặng, …) làm thức ăn, tăng sinh khối kết thành bùn Quá trình nitrat hóa Trong điều kiện hiếu khí, nhờ tác động vi khuẩn nitrit hóa, amoni (NH4– ) bị oxy hóa thành Nitrit (NO2–), vi khuẩn nitrat hóa oxy hóa oxy hóa nitrit (NO2–) thành nitrat (NO3–) đồng thời tạo sinh khối NH4– → NO2– → NO3– Quá trình phosphate hóa Vi khuẩn hấp thụ photpho cao mức bình thường Photpho sử dụng cho việc tổng hợp, trì tế bào vi khuẩn Một phần photpho chứa thêm lượng dư vào tế bào Khi đó, tế bào liên kết với thành cặn Các cặn lắng loại bỏ bể lắng 4.3.2 BỂ AERO TANK Ưu điểm xử lý hiếu khí: Hiệu xử lý N, P cao Nhược điểm xử lý hiếu khí: Chi phí việc thổi khí ơxy cao; xử lý bùn thải trạm xử lý nước thải, đặc biệt làm khô bùn sinh học phức tạp tốn lượng bùn thải tạo từ q trình ơxy hóa hiếu khí tương đối lớn 4.3.3 QUY TRÌNH XỬ LÝ SBR Quy trình gồm bước: Cấp nước, khuấy trộn, sục khí, lắng xả nước • • Nước thải thu gom vào bể chứa sàng lọc Nước thải bơm đến bể phản ứng, nơi sục khí trộn bùn hoạt tính có bể với nước thải bắt đầu xử lý tồn • Sục khí làm cho thành phần nhu cầu oxy sinh học (BOD) chuyển thành bùn amoniac thành nitrat • Sau thời gian đặt trước, q trình sục khí kết thúc bùn phép lắng xuống Trong giai đoạn này, nitrat chuyển thành nitơ • Sau lắng xong, bùn dư bơm từ bể phản ứng để xử lý Nước thải sau xử lý đo chất rắn lơ lửng, amoniac, pH, v.v Nước thải xử lý đến mức chấp nhận đưa đến trạm đầu mối để xả 4.3.3 QUY TRÌNH XỬ LÝ SBR • Quy trình đơn giản sục bể khí bể lắng hợp thành bể bể hiếu khí hợp thành bể với bể thiếu khí, tiết kiệm khơng gian • ƯU ĐIỂM Thích hợp cho dự án công suất nhỏ dự án xả nước thải khoảng thời gian định ngày • Khơng cần hồi bùn từ bể lắng sang bể hiếu khí, tư bể hiếu khí sang bể thiếu khi, tránh rửa trôi vi sinh vật bể sục khí • Chất lượng nước sản xuất kiểm sốt tốt ượng nước thải tích tụ tải trọng kiểm sốt theo lơ NHƯỢC ĐIỂM • Tiết kiệm mộ số thiết bị so với quy trình xử lý liên tục • • Nước thải sản xuất kèm theo bùn đặc tinh đóng cặn cứng, váng Do bể lắng bùn kết hợp với bể sục khỉ nên nông độ bung lên cao gây tắc máy thổi khí • Khơng phù hợp vớ dự án có cơng cuất lớn, xả liên tục ngày 4.3.4 BỂ MBBR Giới thiệu công nghệ MBBR Công nghệ MBBR công nghệ kết hợp điều kiện lợi q trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí bể lọc sinh học • MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor), sử dụng giá thể cho vi sinh dính bám để sinh trưởng phát triển • Giá thể có tỷ trọng nhẹ nước đảm bảo Màng vi sinh bám giá thể cấu trúc lớp máng biofilm giá thể lơ lửng dịng • Các giá thể ln chuyển động khơng ngừng tồn thể tích bể nhờ thiết bị thổi khí cánh khuấy mật độ vi sinhđạt cao, hiệu xử lý cao Bể hiếu khí bể thiếu khí 4.3.4 BỂ MBBR Quy trình cơng nghệ Nước sau bể UASB chảy vào bể MBBR hiếu khí với hệ thống sục khí giúp đảo trộn hệ giá thể, trình xử lý carbon nito diễn Cuối bể MBBR có bố trí lưới chắn để ngăn giá thể trơi theo dịng khỏi bể Phương pháp sinh học hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí Các vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu có nước thải thu lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, phần chất hữu bị oxy hóa hồn tồn thành CO2, H2O, NO3- , SO42- ,… Các phản ứng sinh hóa q trình phân hủy chất hữu nước thải gồm có: • Oxy hóa chất hữu • Tổng hợp tế bào • Phân hủy nội bào 4.3.4 BỂ MBBR • Tại bể MBBR có hệ thống sục khí khắp diện tích bể nhằm cung cấp ơxy, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí sống, phát triển phân giải chất nhiễm • Cấu tạo bể MBBR không khác so với bể Aerotank truyền thống, bổ sung thêm lượng giá thể vật liệu tổng hợp, để tăng bề mặt tiếp xúc tạo điều kiện xử lý nito photphos hình thành lớp màng bioflim giá thể Đồng thời nâng cao khả xử lý BOD, COD nước thải Chất lượng nước đầu yêu cầu xử lý 92% lượng ô nhiễm: 4.3.4 BỂ MBBR ƯU ĐIỂM • NHƯỢC ĐIỂM Mật độ vi sinh vật xử lý đơn vị thể tích cao, trình oxy hóa để khử BOD, COD NH4 diễn nhanh gần 10 lần so với phương pháp truyền thống • Điều kiện tải trọng cao: Mật độ vi sinh vật lớp màng biofilm cao, tải trọng hữu bể MBBR cao • Tiết kiệm diện tích xây dựng: diện tích xây dựng MBBR nhỏ so với hệ thống xử lý nước thải hiếu khí nước thải thị cơng nghiệp • • Tính tự động hóa cao Khơng cần tuần hồn bùn hiếu khí làm giảm hoạt động vi sinh vật (Khi bơm bùn hồn lưu về bểaeroten làm cho vi sinh bị “shock” tải trọng, hiệu xử lý không cao phương pháp giá thể MBBR.) • Nhân viên vận hành cần đào tạo chun mơn, mơ hình địi hỏi cao kĩ thuật • • Cần phải có cơng trình lắng lọc kèm Chất lượng dính bám vi sinh vạt phụ thuộc vào chất lượng giá thể • Sau thời gian dài sử dụng giá thể dễ vỡ Sơ đồ xử lí nước thải số nhà máy bia 5.1 SƠ ĐỒ XỬ LÝ HAI BẬC: UASB + AEROTANK (NHÀ MÁY BIA VIỆT HÀ) • Chịu thay đổi tải trọng lưu lượng đột ngột ƯU ĐIỂM • • • Hệ thống hoạt động ổn định Hiệu xử lý tiêu BOD, COD, Nitơ cao Nồng độ chất ô nhiễm sau xử lí đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy chuẩn NHƯỢC ĐIỂM Dây chuyền xử lí nước thải nhà máy bia Việt Hà Nguồn:Nguyễn Tú Oanh, ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT BIA, Đại học Quốc gia Hà Nội • • • Diện tích xây dựng phù hợp • Bùn, dầu mỡ, chất thải rắn sau trình xử lý cần Dễ xây dựng, thời gian thi cơng nhanh chóng Vận hành đơn giản, ổn định thu gom xử lý định kỳ • Q trình vận hành lâu, ni vi sinh bể kị khí 5.1 SƠ ĐỒ XỬ LÝ HAI BẬC: UASB + AEROTANK (NHÀ MÁY BIA VIỆT HÀ) • Nồng độ pH đưa mơi trường trung tính • Nồng độ COD xử lý 91,17% • Nồng độ BOD5 xử lý 93,69% • Nồng độ SS xử lý 79,6% • Tổng nitơ xử lý 27,2% • Tổng phốt xử lý 81,38% • Nồng độ chất ô nhiễm pH, SS, tổng nitơ, tổng phốt xử lý nằm giới hạn tiêu chuẩn cột B QCVN 40:2011 • Chỉ tiêu COD, BOD5 xử lý hiệu 92,2%, 93,69% cao so với giới hạn tiêu chuẩn cột B QCVN 40:2011 5.2 KẾT HỢP UASB + SBR (NHÀ MÁY BIA SÀI GÒN – PHÚ THỌ) Từ bể trung gian, nước sục khí sơ tự chảy sang hệ thống ba bể SBR Bể SBR dạng cơng trình xử lý sinh học nước thải bùn hoạt tính hoạt động gián đoạn theo mẻ Theo chu kỳ thời gian, bể hoạt động luân phiên Trong ngăn bể giai đoạn hoạt động diễn sau: làm đầy nước thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nước thải xả bùn Hệ thống aeroten hoạt động gián đoạn SBR khử nito photpho sinh hóa có thẻ điều chỉnh q trình hiếu khí, thiếu khí kỵ khí bể việc thay đổi chế độ cung cấp oxy Nguồn:Nguyễn Tú Oanh, ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT BIA, Đại học Quốc gia Hà Nội 5.2 KẾT HỢP UASB + SBR CỦA NHÀ MÁY BIA SÀI GỊN – PHÚ THỌ • Nồng độ pH đưa mơi trường trung tính • Nồng độ COD xử lý 96,8% • Nồng độ BOD5 xử lý 98% • Nồng độ SS xử lý 84,6% • Tổng nitơ xử lý 77,7% • Tổng phốt xử lý 91,13% • Nồng độ chất nhiễm xử lý nằm giới hạn tiêu chuẩn cột A QCVN 40:2011 5.3 SƠ ĐỒ XỬ LÝ: UASB + MBRR NHÀ MÁY BIA HENEIKEN Bảng dự toán hiệu suất xử lý Nguồn:Phạm Trung Kiên, Thiết kế hệ thỗng xử lý nước thải nhà máy bia VBL, ĐH nông lân TP.HCM THANKS FOR LISTENING ... quản cho bia, tăng khả tạo bọt, giữ bọt Trong trình sản xuất bia, sử dụng hoa chưa thụ phấn-gọi nón hoa Quy trình cơng nghệ sản xuất bia Nước thải trình sản xuất bia 2.1 NGUỒN GỐC DỊNG NƯỚC THẢI... nhiễm nước thải Q trình phân hủy chất hữu nhờ • Khơng độc vi sinh vật VSV gọi trình oxh sinh học • Tỷ lệ BOD/COD >= 0.5 Xử lí hiếu khí • pH nước thải phải ngưỡng điều chỉnh Thực chất trình phân hủy... biệt làm khô bùn sinh học phức tạp tốn lượng bùn thải tạo từ q trình ơxy hóa hiếu khí tương đối lớn 4.3.3 QUY TRÌNH XỬ LÝ SBR Quy trình gồm bước: Cấp nước, khuấy trộn, sục khí, lắng xả nước •