MỞ ĐẦU 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1 Khái niệm 3 2.2 Lịch sử 3 1.3 Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất bia ở nước ta. 6 1.4 Nguyên liệu sản xuất bia 6 1.5 Quy trình chính sản xuất bia 8 1.6 Đặc trưng nước thải của nhà máy sản xuất bia 12 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI. 14 2.1 Xử lý bằng phương pháp Cơ học 14 2.1.1 Song chắn rác 14 2.1.2 Bể lắng cát 15 2.1.3 Bể điều hòa 17 2.1.4 Bể tách dầu mỡ 19 2.1.5 Bể lắng 1 20 2.2 Xử lý bằng phương pháp Sinh học 20 2.2.1 Xử lý hiếu khí 20 2.2.2 Xử lý kị khí – Bể UASB 35 2.3 Một số sơ đồ công nghệ xử lý của nhà máy sản xuất bia 41 2.3.1 Nhà máy sản xuất bia Hoàng Quỳnh – Trực thuộc công ty Bia sài Gòn Sabeco Việt Nam 41 2.3.2 Công ty Carlton United Breweries 43
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Đồ án II Đề tài: Đề xuất công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia với cơng suất 1200m3/ngày Chọn tính toán thiết bị phù hợp Sinh viên: Phùng Thị Lan Anh MSSV: 20160227 Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Thu Phương Hà Nội, tháng 12 năm 2019 Mục lục MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm 2.2 Lịch sử 1.3 Tổng quan ngành công nghiệp sản xuất bia nước ta 1.4 Nguyên liệu sản xuất bia 1.5 Quy trình sản xuất bia 1.6 Đặc trưng nước thải nhà máy sản xuất bia 12 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 14 2.1 Xử lý phương pháp Cơ học 14 2.1.1 Song chắn rác 14 2.1.2 Bể lắng cát 15 2.1.3 Bể điều hòa 17 2.1.4 Bể tách dầu mỡ 19 2.1.5 Bể lắng 20 2.2 Xử lý phương pháp Sinh học 20 2.2.1 Xử lý hiếu khí 20 2.2.2 Xử lý kị khí – Bể UASB 35 2.3 Một số sơ đồ công nghệ xử lý nhà máy sản xuất bia 2.3.1 Nam 2.3.2 41 Nhà máy sản xuất bia Hồng Quỳnh – Trực thuộc cơng ty Bia sài Gịn Sabeco Việt 41 Công ty Carlton & United Breweries 43 CHƯƠNG III: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ - TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỂ UASB 47 3.1 Chọn phương án xử lý 47 3.2 Tính tốn thiết kế bể UASB 51 3.2.1 Kích thước bể UASB 52 3.2.1 Tính tốn phần ngăn lắng 53 3.2.2 Tính tốn chắn khí hướng dịng 54 3.2.3 Tính máng thu nước 56 3.2.4 Tính tốn lượng khí mêtan sinh ống thu khí 56 3.2.5 Tổng hợp thông số để thiết kế bể UASB 57 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 MỞ ĐẦU Trong vài thập niên gần đây, kinh tế Việt Nam tăng trưởng mạnh mẽ ổn định Điều góp phần nâng cao thu nhập cải thiện đời sống người dân, làm thay đổi diện mạo đất nước Từ chỗ nước đói nghèo sau chiến tranh, nước ta trở thành nước có thu nhập trung bình, với thu nhập bình quân theo đầu người năm 2011 1200 USD/người Bước vào thời kì hội nhập phát triển, đặc biệt để tiến hành nghiệp cơng nghiệp hóa – đại hóa để đưa đất nước trở thành nước công nghiệp vào năm 2020, ngành công nghiệp nước ta đầu tư, phát triển không ngừng đem lại nhiều thành tựu to lớn Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích đem lại tăng trưởng GDP, góp phần phát triển đất nước, giảm đói nghèo…thì để lại bất cập hậu định môi trường xung quanh Sự phát triển ngành công nghiệp chế biến thủy sản nằm xu chung Để đảm bảo mơi trường sống an toàn, lành cho người dân đảm bảo trình sản xuất bền vững, lâu dài, tuân thủ quy định ký kết sau nước ta gia nhập WTO, doanh nghiệp, đơn vị sản xuất kinh doanh cần có hệ thống xử lý nước thải để giảm thiểu tác động đến môi trường xung quanh Xuất phát từ đòi hỏi cấp bách đó, em thực đồ án với đề tài: “Đề xuất công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia với công suất 1200m3/ngày Chọn tính tốn thiết bị phù hợp” CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm Bia loại nước uống chứa cồn sản sản xuất trình lên men đường lơ lửng mơi trường lỏng khơng chưng cất sau lên men Nói cách khác, bia loại nước giải khát có độ cồn thấp, bọt mịn xốp có hương vị đặc trưng hoa Houblon Đặc biệt CO2 hịa tan bia có tác dụng giải nhiệt nhanh, hỗ trợ cho q trình tiêu hóa, ngồi bia chứa lượng vitamin phong phú (chủ yếu vitamin nhóm B vitamin B1, B2, PP…) Nhờ ưu điểm này, bia sử dụng rộng rãi hầu giới với sản lượng ngày tăng trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn ngành công nghiệp nước ta Quá trình sản xuất bia gọi nấu bia Do thành phần sử dụng để sản xuất bia có khác biệt tùy theo khu vực, đặc trưng bia hương vị màu sắc thay đổi khác có khái niệm loại bia hay phân loại khác 2.2 Lịch sử Hình 1-1: Một loại bia lager có màu vàng óng bọt phía Bia đồ uống lâu đời mà loài người tạo ra, có niên đại từ thiên niên kỉ thứ trước công nguyên ghi chép lại thư tịch cổ Ai Cập cổ đại lưỡng hà (Mesopotamia) Giống phần lớn chất chứa đường khác bị lên men cách tự nhiên, đồ uống tương tự bia phát minh cách độc lập văn minh tồn giới Việc kiểm định hóa học bình gốm cổ đại phát bia (tương tự rượu vang) sản xuất khoảng 7.000 năm trước khu vực ngày Iran số công nghệ sinh học biết, quy trình sinh học lên men áp dụng Tại Lưỡng Hà, chứng cớ lâu đời bia cho vẽ 6.000 năm tuổi người Sumeria miêu tả người uống thứ đồ uống cần hút sậy từ thùng công cộng Bia đề cập tới thiên sử thu Gilgamesh, trường ca 3.900 năm tuổi người Sumeria để tỏ lịng tơn kính nữ thần Ninkasi, vị thần bảo trợ cho bia, chứa cơng thức làm bia cổ cịn sót lại miêu tả việc sản xuất bia từ lúa mạch thơng qua bánh mì Bia trở thành thiết yếu tất văn minh trồng ngũ cốc giới phương Tây cổ xưa, đặc biệt Ai Cập Lưỡng Hà Người Thracia biết sử dụng bia sản xuất từ lúa mạch đen, chí từ kỷ TCN, Hellanicos viết opera Tên gọi cho bia họ brutos hay brytos Sự bổ sung hoa bia vào bia để tạo vị đắng, bảo quản hương vị cho bia phát kiến tương đối mới: thời Trung cổ nhiều hỗn hợp khác loại thảo mộc thông thường cho vào bia hoa bia Các hỗn hợp thông thường gọi “gruit” Hoa bia trồng Pháp sớm vào khoảng kỷ 9; văn cổ cịn sót lại có ghi chép việc sử dụng hoa bia bia có niên đại vào năm 1067 nữ tu viện trưởng kiêm nhà văn Hildegard: "Nếu người ta định làm bia từ yến mạch, chuẩn bị hoa bia." Tại châu Âu, thời Trung cổ, bia chủ yếu sản xuất gia đình Vào kỷ 14 15, việc sản xuất bia chuyển từ hoạt động gia đình sang hoạt động thủ công, với quán bia tu viện sản xuất bia hàng loạt để tiêu thụ Trong kỷ 15, Anh loại bia khơng có hoa bia biết đến Ale, cịn việc sử dụng hoa bia đồ uống gọi bia Bia có chứa hoa bia nhập vào Anh từ Hà Lan sớm từ năm 1400 Winchester, hoa bia trồng quốc đảo từ năm 1428 Tính phổ biến hoa bia ban đầu hỗn hợp — Công ty bia rượu London xa tới mức thông báo "không hoa bia, không thảo mộc khác tương tự cho vào Ale hay rượu (mùi) sản xuất — mà có liquor (nước), mạch nha, men bia" Tuy nhiên, vào kỷ 16, Ale dùng để loại bia mạnh (nồng độ cồn cao) bất kỳ, tất Ale bia sử dụng hoa bia Hình – 2: Một số loại bia sử dụng rộng rãi Việt Nam Năm 1516, William IV, Công tước xứ Bavaria, thông qua Reinheitsgebot (Luật tinh khiết), có lẽ quy định thực phẩm cổ áp dụng đến Gebot quy định thành phần bia bao gồm nước, lúa mạch hoa bia, với men bia bổ sung sau phát kiến Louis Pasteur vào năm 1857 Luật người Bavaria áp dụng nước Đức phần nước Đức thống năm 1871 thành Đế chế Đức thời Otto von Bismarck, kể từ cập nhật để phản ánh xu hướng đại sản xuất bia rượu Cho đến nay, Gebot coi tiêu chuẩn độ tinh khiết cho bia, điều gây tranh cãi Phần lớn loại bia thời gian gần thực chất thứ mà ngày gọi Ale Bia lager phát cách tình cờ vào kỷ 16 sau bia lưu trũ hầm lạnh thời gian dài; kể từ sản xuất nhiều Ale Với phát minh động nước năm 1765, công nghiệp hóa sản xuất bia trở thành thật Các cải tiến công nghệ sản xuất bia xuất với đời nhiệt kế tỷ trọng kế vào kỷ 19, cho phép nhà sản xuất bia tăng tính hiệu kiểm soát nồng độ cồn Cho đến cuối kỷ 18, mạch nha chủ yếu làm khô lửa đốt gỗ, charcoal, trấu, sau năm 1600 từ than cốc Nói chung, khơng có loại mạch nha số che chắn tốt khỏi khói sinh lị sấy, loại bia thời kỳ có thành phần khói hương vị chúng; chứng nhà sản xuất mạch nha bia thường xuyên phải cố gắng giảm thiểu ám khói bia thành phẩm Sự phát minh lị nướng hình trống năm 1817 Daniel Wheeler cho phép tạo mạch nha nướng chín kỹ tạo tiền đề cho sản xuất loại bia đen (porter stout) Sự phát minh vai trò men bia trình lên men vào năm 1857 Louis Pasteur giúp cho nhà sản xuất bia phương pháp ngăn chặn vị chua bia loại vi sinh vật không mong muốn Năm 1953, Morton W Coutts, người New Zealand phát triển kỹ thuật lên men liên tục Morton lấy sáng chế cơng nghệ ơng cách mạng cơng nghiệp bia làm giảm thời gian ủ sản xuất bia trước tháng xuống cịn chưa đầy 24 Cơng nghệ ông sử dụng nhiều nhà sản xuất bia lớn giới ngày nay, bao gồm Guinness Ngày nay, công nghiệp bia công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu, bao gồm chủ yếu tổ hợp đời từ nhà sản xuất nhỏ Trong bia chủ yếu đồ uống chứa cồn số biến thái tồn tại, xuất phát từ giới phương Tây, loại bia qua công đoạn xử lý để loại bỏ bớt cồn, sản xuất gọi bia không cồn 1.3 Tổng quan ngành công nghiệp sản xuất bia nước ta Quá trình hội nhập Việt Nam với giới không mang lại chuyển biến tích cực kinh tế mà mặt đời sống tinh thần văn hóa tiêu dùng, bên cạnh xuất phát từ nâng cao nhận thức sức khỏe có chuyển dịch từ thức uống có độ cồn cao (các loại rượu mạnh) sang thức uống có đọ cồn thấp (bia) Thị trường bia Việt Nam tiếp tục tăng trưởng với tốc độ cao tăng trưởng GDP Theo thống kê tốc độ tăng trưởng khối lượng thức uống có cồn năm 2006 9% bia nhóm chủ đạo với 97% Hơn 50% thị phần sản xuất bia Việt Nam chịu chi phối Sabeco (31.4%) công ty liên doanh bia Saigon (Vietnam Brewery Ltd) (20.1%) Các nhãn hiệu bia phổ biến Saigon, Heineken, Tiger … Tình hình sản xuất bia từ mức vừa đủ đáp ứn nhu cầu tiêu thụ vào năm 2002 đạt tổng khối lượng 1700 triệu lít (năm 2006) so với mức tiêu thụ 1241 triệu lít 1.4 Nguyên liệu sản xuất bia Thành phần chủ yếu bia: - Nước: 80 – 90% Cồn: – 6% H2CO3: 0.3 – 0.4% Các chất tan: – 10% (80% Gluxit, – 10% Hợp chất hữu nhiễm, axit hữu cơ, chất khống, số vitamin…) 1.4.1 Malt - Malt tên gọi ngũ cốc nảy mầm (đại mạch, tiểu mạch, hạt gạo, thóc gạo) Tuy nhiên Việt Nam chưa trông đại mạch, phải nhập malt từ nước ngồi phí sản xuất tăng lên Do giá thành loại bia tương ứng với hàm lượng malt nguyên chất, từ phần định xem bia có ngon hay khơng - Thành phần: + Tinh bột: 46 – 60% + Protit: – 20% + Xenlulo: -8% + Chất béo: – 3% + Sacaroza: 1.5 – 2% + Khoáng + Nước: 11 – 13% + Poly phenol: 2.5 – 6% + Chất khoáng: – 8% + Các hợp chất khác: 26 – 28% 1.4.2 Houblon - Hoa houblon người biết đến đưa vào sử dụng khoảng 3000 năm TCN, nguyện liệu bản, đứng vị trí thứ (sau malt) công nghệ sản xuất bia Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm đặc trưng, tăng khả tạo bọt - Thành phần có giá trị hoa houlon sử dụng công nghệ sản xuất bia hạt lupulin nhị hoa hình thành vào thời điểm hoa chín Các hạt nằm dọc trục hoa, xen kẽ cánh hoa, đính vào cánh nhị hoa cuống mỏng Tại thời điểm hoa chín, hoa có màu vàng, hạt lupulin màu vàng óng, dẻo - Hai thành phần đáng ý hoa houblon nói chung, cụ thể lupulin chất đắng (acide alpha, bêta, nhựa cứng, nhựa mềm) tinh dầu thơm (huile essentiel) Chất đắng có vai trị lớn công nghệ sản xuất bia, thành phần có giá trị hoa houblon Làm cho bia có vị đắng dịu, tạo đặc tính cảm quan đặc biệt bia Khi hòa tan vào dịch đường tồn bia, chất đắng hợp chất có hoạt tính sinh học cao tạo sức căng bề mặt giúp cho bia có khả giữ bọt lâu Với nồng độ thấp, chất đắng có khả ức chế mạnh vi sinh vật, chúng có tính kháng khuẩn cao làm tăng độ bền bia thành phẩm - Thành phần: + Protit: 1% + Nhựa đắng: 16 – 26% + Tinh dầu: 0.5 – 1.5% + Tanin: – 5% + Xenlulo: 12 – 16% Hình – 3: Hoa Houblon dùng để tạo vị đắng cho Bia 1.4.3 Thế liệu - Để giảm giá thành (bia ngắn ngày) Một số loại liệu sử dụng phổ biến nước ta như: gạo, đường 1.4.4 Nước - Yêu cầu lớn: – 10m3 nước/1000l bia - Nước để tạo sản phẩm: yêu cầu chất lượng cao Một số yêu cầu nước sản xuất bia sau + Hàm lượng muối Cacbonat không 50mg/L + Hàm lượng muối Mg không 100 mg/L + Hàm lượng muối Clorua 75 – 150 mg/L + Hàm lượng muối CaSO4 130 – 200 mg/L + Hàm lượng Fe2+ khơng q 0.3 mg/L + Khí NH3 muối NO3-, NO2-: khơng có + Vi sinh vật không 100 tế bào/ml + E coli, Coliform: khơng có + Độ cứng – 12 oĐ + PH: 6.5 - - Nước cho vệ sinh thiết bị, nhà xưởng, làm lạnh: yêu cầu chất lượng thấp - 60 – 70% vào sản phẩm, lại nước thải 1.4.5 Các loại nguyên liệu khác - Chất tải lạnh: Nước muối, Glycol… - Tác nhân lạnh: NH3… - Than, dầu sử dụng trình sản xuất 1.5 Quy trình sản xuất bia Sự khác biệt quy trình sản xuất bia nhà máy có điểm khác nhau, song khác giai đoạn phụ trợ Còn bản, sơ đồ sản xuất nhà máy sản xuất bia điểm suốt theo sơ đồ quy trình cơng nghệ với giai đoạn sau: 1.5.1 Chuẩn bị nguyên liệu - Làm nhỏ nguyên liệu (malt, gạo ) cách xay nghiền Giai đoạn nhằm tạo điều kiện cho trình nấu thuận lợi kích thước nguyên liệu nghiền nhỏ làm đồng - Công đoạn thiết bị sử dụng để nghiền máy nghiền bi 1.5.2 Nấu - Nấu chất trình phá vỡ màng tinh bột để vi sinh vật dễ dàng thâm nhập, thực trình thủy phân - Điều kiện để thực trình thủy phân: Áp suất p = -3 atm, nhiệt độ = 110 – 130oC - Sau cơng đoạn nấu phải có cơng đoạn hạ nhiệt hỗn hợp nấu xong xuống nhiệt độ tối ưu 60oC để phục vụ trình đường hóa - Nồi nấu có cấu tạo hình cầu, có ống để đưa nguyên liệu vào ống xả bên Nguyên liệu sau nấu xong xả trực tiếp xuống máng nấu bên nồi nấu 1.5.3 Đường hóa - Cắt mạch tinh bột - Chuyển tinh bột � đường (tương tự sản xuất cồn rượu, cho enzim chuyển hóa tinh bột, sản xuất bia khơng cần cho enzim malt có sẵn enzim cần thiết) - Điều kiện: nhiệt độ = 60oC, thời gian 30 phút (1 mẻ) 1.5.3 Lọc bã bia - Mục đích trình nhằm tách bã tinh bột phần khơng tan - Thiết bị sử dụng thiết bị lọc khung với chất trợ lọc Diatomit 1.5.5 Lên men - Tương tự trình lên men rượu, thực phản ứng: men - - C6H12O6 C2H5OH + CO2 + Q Điều kiện lên men + nhiệt độ thấp: - 10oC + thời gian dài: ngày (bia ngắn ngày) – 60 ngày, thời gian lên men dài, chất lượng bia cao Lên men chính: Nhiệt độ 10 oC, thời gian – ngày, xảy phản ứng đây, lượng sinh khối tăng nhanh Ở giai đoạn này, tận thu men có chất lượng tốt � Cấp men giống (Do lâu ngày men bị thối hóa � phải cấp men) Đầukhivào Bảng – 6: Thông số nước thải trước thải nguồn tiếp nhận nhà máy Carlton & United Nguồn: Báo cáo môi trường nhà máy Carlton & United Cân axit hóa Với đầu vào hệ thống xử lý yêu cầu đầu nhà máy không khắt khe nên nhà máy chọn hướng xử lý Yếm khí xử lý Sinh học để xử lý dòng nước thải nhà máy Với pH cao từ giai đoạn súc rửa chai lọ, nên nhà máy cho thêm cơng đoạn Acid hóa kết hợp bể điều hòa để giảm pH dòng thải, tránh ảnh hưởng đến VSV hệ thống xử lý yếm Lắng khí Sơ đồ cơng nghệ: UASB 45 Nguồn tiếp nhận Thuyết minh sơ đồ: Nước thải từ nhà máy bia bơm từ hố tích trữ nước thải nhà máy đến hệ thống xử lý nước thải Trước đến lưới chắn rác kích thước 0.5mm dịng thải đo lưu lượng, pH nhiệt độ có máy phân tích COD tự động đưa số liệu trung tâm để cung cấp cảnh báo, phát sớm cố để cân Nước thải chảy theo trọng lực để vào bể cân – đồng thời bể axit hóa vừa để cân pH cân tải trọng hữu khoảng thời gian khác Nước thải sau axit hóa bơm sang thiết bị lắng lamella nhằm giảm tổng chất rắn lơ lửng (TSS) Lượng bùn đưa từ thiết bị lắng Lamella lưu giữ bể chứa bùn Nước thải từ thiết bị lắng Lamella đưa sang bể trung gian trước đưa vào bể UASB, bể trung gian dòng thải lắng thêm 46 Từ bể trung gian, dòng nước thải bơm vào bể UASB hai máy bơm có gắn biến tần Để thay đổi giá trị pH, có máy bơm định lượng từ bể trung gian Các đơn vị định lượng hóa chất bao gồm bể chứa xút máy bơm Nước thải qua hai trao đổi dịng nhiệt Đầu tiên, nước thải làm nóng cách sử dụng nhiệt từ nước thải kỵ khí Nước thải kỵ khí vào khoảng 30oC, nâng lượng nước thải đến khoảng 27oC Bộ trao đổi nhiệt thứ hai sử dụng nhiệt từ nồi đun khí từ bể UASB để tăng nhiệt độ từ 27 oC đến 32oC Trước vào bể UASB, pH điều chỉnh vùng hiệu chỉnh pH cần thiết Để giữ dòng chảy ổn định đẻ vào UASB, phần nước thải tuần hồn hịa dịng thải đầu vào trước UASB Trong bể UASB, nước thải, khí sinh học bùn làm phân tách thiết bị phân tách pha Cuối nước thải sau xử lý tự chảy vào cống CHƯƠNG III: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ - TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỂ UASB 3.1 Chọn phương án xử lý Chỉ số Đơn vị Giá trị Giá trị cột A(*) Lưu lượng trung bình m3/ngày 1200 BOD5 mg/l 1200 30 COD mg/l 1800 75 SS mg/l 500 50 Tổng Nitơ mg/l 60 20 Tổng Photpho mg/l 20 Bảng – 1: Thông số đầu vào hệ thống xử lý Dựa vào thành phần tính chất nước thải đầu vào, yêu cầu chất lượng nước thải sau xử lý, quy mô công suất điều kiện giới hạn diện tích mặt bằng, vốn đầu tư… ta đưa phương án xử lý tối ưu nhằm đạt hiệu xử lý theo yêu cầu 47 Căn vào thành phần, tính chất nước thải đầu vào nhà máy vào yêu cầu chất lượng nước thải đầu đạt loại A (theo số liệu bảng - 1), ta lựa chọn hệ thống xử lý nước thải phương pháp học kết hợp với phương pháp xử lý sinh học khử trùng, phương pháp sinh học đóng vai trị quan trọng (*) Giá trị thơng số ô nhiễm nước thải công nghiệp sau xử lý, quy định Bảng QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp, có hiệu lực từ ngày 15 - – 2012 Quy trình cơng nghệ Thuyết minh quy trình cơng nghệ: Nước thải từ cơng đoạn q trình sản xuất bia từ nguồn nhà máy theo hệ thống thoát nước đưa vào hệ thống xử lý nước thải, đến song chắn rác để tách chất rắn thơ vào bể thu gom Sau nước thải bơm lên ngăn tiếp nhận bể điều hòa Nước thải vào bể điều hòa nhờ dịng khí nén sục đáy mà hịa trộn để có tính chất đồng Tiếp đó, nước từ bể điều hòa chảy vào bể lắng đợt thực trình lắng, loại bã bia, bã hoa lại lắng xuống đáy, phần nước đưa qua bể UASB để thực q trình phân hủy sinh học kỵ khí Nước vào bể UASB theo kiểu từ lên xuyên qua lớp bùn lơ lửng chất hữu bị phân hủy điều kiện kỵ khí Sau khỏi bể UASB, nước giảm lượng COD đáng kể đưa qua cơng trình xử lý hiếu khí bể Aerotank để tiếp tục phân hủy phần chất hữu lại Tại nước thải trộn với bùn hoạt tính nhờ oxy khơng khí máy thổi khí cung cấp, vi sinh vật hiếu khí có bùn phân hủy chất hữu cịn lại nước thải Nước thải có chứa bùn hoạt tính dẫn sang bể lắng đợt để tách bùn Phần nước cho vào bể khử trùng có cung cấp Clorua vơi để khử trùng nước thải 48 Nước thải sau khỏi hệ thống đạt tiêu chuẩn xả thải xả nguồn tiếp nhận Một phần bùn hoạt tính từ bể lắng đợt tuần hồn trở lại bể Aerotank Phần cịn lại với bùn từ bể lắng đợt phần bùn bể UASB (định kỳ tháng xả lần) đưa vào bể chứa bùn, sau cho vào bể ép bùn (nước 49 tách bùn đưa trở lại ngăn tiếp nhận bể điều hòa) Lượng bùn đặc, ổn định đưa đến máy ép bùn, ép thành bánh Sau bùn xử lý cách chơn lấp tận dụng làm phân bón… 3.1 Tính tốn thiết kế bể UASB Các thơng số ban đầu BOD5 = 1200mg/l COD = 1800mg/l SS = 500 mg/l Tổng Nitơ = 60 mg/l Tổng Photpho = 20 mg/l Các thông số thiết kế bể UASB Chỉ số Lưu lượng trung bình BOD5 COD SS Tổng Nitơ Tổng Photpho Đơn vị m3/ngày mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Giá trị 1200 900 1200 300 60 20 Tính nhu cầu dinh dưỡng cho bể UASB Yêu cầu sau bể UASB: COD ≤ 500 mg/l, SS ≤ 150 mg/l để đưa qua quy trình xử lí hiếu khí tiếp theo, chọn COD = 400 mg/l Vậy hiệu xử lí cần đạt bể UASB là: Trong đó: CODv: nồng độ COD đầu vào bể UASB, CODv = 1200 mg/l CODr: nồng độ COD đầu bể UASB, CODr = 400 mg/l 50 Chọn hiệu xử lí BOD 60%, hàm lượng BOD5 nước thải sau xử lí kỵ khí là: BOD5 = (1 – 0,6) x 900 = 360 mg/l Trong bể UASB, để trì ổn định trình xử lý yếm khí phải trì tình trạng cân với giá trị pH hỗn hợp nước thải từ 6,5 ÷ 7,5 (phải trì độ kiềm đủ khoảng 1000 ÷ 1500 mg/l để ngăn cản pH xuống mức 6,2) phải có tỷ lệ chất dinh dưỡng N, P theo COD C:N:P = 250:5:1 Lượng COD vi sinh vật chuyển hóa thành khí: M = 1200 x 66.67% = 800 mg/l Như lượng Nito cần cung cấp: Lượng Photpho cần cung cấp: Lượng Nitơ dư sau bể UASB : Ndư = 60 - 16 = 44 mg/l Lượng Photpho dư sau bể UASB : Pdư = 20 – 3.2 = 16.8 mg/l Lượng COD cần khử ngày là: G = Qtb ngày -3 x (CODv – CODr) x 10 -3 = 1200 x (1200 – 400) x 10 = 960 kg/ngày 3.2.1 Kích thước bể UASB Tải trọng COD ngày: a = kg COD/m ngày (Bảng 10 – 11, Metcalf tr1009) Thể tích bể gồm phần chính: Phần thể tích mà hạt cặn lơ lửng sau tách khí vào hay thể tích phần lắng 51 Phần thể tích mà diễn q trình phân hủy chất hữu hay thể tích phần xử lý kị khí - Dung tích phần xử lí kị khí: - Diện tích bề mặt bể cần thiết: Trong đó: h Qtb : Lưu lượng nước dẫn vào bể UASB h Qtb = 50 m /h v: Vận tốc lên nước bể, khoảng 0,6÷ 0,9 m/h Chọn v = 0,9 m/h - Chiều cao phần xử lí kị khí: - Chọn H1 = (m) - Chọn chiều cao vùng lắng: H2 = 1.3 m - Chọn chiều cao phần dự trữ hay chiều cao bảo vệ: H = 0.5m - Chiều cao xây dựng bể UASB: H = H1 + H2 + H3 = 3.0 + 1.3 + 0.5 = 4.8 m - Thể tích tồn bể UASB: Vt = H x F = 4.8 x 55.56 = 266.67 m3 - Kiểm tra thời gian lưu nước bể: - Với diện tích bề mặt bể UASB là: F = 55.56 m 2, ta chọn tiết diện hình vng Vậy chiều rộng cạnh B = 7,5 m - Thể tích thực bể là: V = B x B x H = 7.5 x 7.5 x 4.8 = 270 m3 52 3.1.1 Tính tốn phần ngăn lắng Nước trước vào ngăn lắng tách khí chắn khí đặt nghiêng so với phương ngang góc từ 45 ÷ 600 Chọn góc 500 - Bể chia làm ngăn lắng, chiều rộng ngăn: Chọn chiều rộng để lắp thiết bị thu khí cho bên máng tách pha 0.375m Ngăn lắng - Chiều cao phần lắng: ⇨ Hm + H3 = (b – 0.375/2) x tan600 = (3.75/2 – 0.375) x 1.19 = 2.6 m ⇨ Hm = 2.6 – H3 = 2.6 – 0,5 = 2.1 m ⇨ Chọn Hm = 2.1 m - Kiểm tra chiều cao ngăn lắng: Tỉ số chiều cao máng lắng với chiều cao xây dựng bể phải ≥ 30%: Như chiều cao phần máng lắng đảm bảo chiều cao thiết kế - Kiểm tra thời gian lưu nước ngăn lắng: Thời gian lưu nước ngăn lắng phải đảm bảo ≥ Như thời gian lắng máng lắng đảm bảo yêu cầu thiết kế 3.1.2 Tính tốn chắn khí hướng dịng 53 Hình – 1: Cấu tạo bể xử lý sinh học kị khí (UASB) Chọn khe hở chắn khí chắn khí hướng dịng Tổng diện tích khe hở chiếm từ 15 ÷ 20% diện tích bể Chọn Skhe = 16% Sbể Trong bể có khe hở, diện tích khe là: Bề rộng khe hở là: ❖ Tấm chắn khí: - Tính chắn khí 1: + Chiều dài chắn khí chiều rộng bể: l1 = B = 7.5 m + Chiều rộng: - Tính chắn khí 2: + Chiều dài: l2 = B = 7.5 m Chọn khoảng đè mí chắn khí là: Δl = 0,2 m + Chiều rộng: = 2300 (mm) ❖ Tấm hướng dòng: 54 Tấm hướng dòng đặt nghiêng so với phương ngang góc 600 cách chắn khí rkhe = 300 mm Chiều dài hướng dòng: lhd = B = 7.5 m Khoảng cách từ đỉnh tam giác hướng dòng đến chắn dưới: Đoạn nhơ hướng dịng nằm bên khe hở từ 10 ÷ 20 cm Chọn bên nhô 20 cm Như vậy, chiều rộng hướng dòng là: D = x d + x 150 = x 350 + x 200 = 1100 mm 3.1.3 Tính máng thu nước Máng thu nước thiết kế theo nguyên tắc máng thu bể lắng Thiết kế máng thu nước đặt bể chạy dọc theo chiều rộng bể Máng thu nước tạo độ dốc để dẫn nước thải cuối bể theo ống dẫn theo chế tự chảy, chảy sang bể Aerotank Vận tốc nước chảy máng: 0,6 ÷ 0,7 m/s Chọn Vm = 0,6 m/s Diện tích mặt cắt ướt máng: Trong đó: Qm = Qhtb: Lưu lượng vào máng thu nước Với Sm = 0,023 m2, ta chọn chiều cao máng hm = 130mm, chiều rộng máng 180 mm Chiều dài máng chiều rộng bể UASB, 7,5m 3.1.4 Tính tốn lượng khí mêtan sinh ống thu khí ❖ Tính tốn lượng khí mêtan sinh - Lượng khí sinh phân hủy kg COD là: m = 0,5 m3/kg COD - Vậy lưu lượng khí sinh ngày là: Qkhí = m x G = 0,5 x 960 = 480 m3/ngày Với G lượng COD khử ngày G = 960 kg COD/ngày Trong tổng tồn thể tích khí sinh khí CH chiếm 70% thể tích, lượng khí mêtan bể UASB sinh ngày là: 55 Qmêtan = Qkh x 70% = 480 x 70% = 336 (m3/ngày) ❖ Tính tốn ống thu khí Chọn vận tốc khí ống Vkhí = 10 m/s Đường kính ống thu khí: m Trong đó: Qkhí: Lưu lượng khí sinh ngày Qkhí = 480 (m3/ngày) = 5.56x10-3 (m3/s) Chọn đường kính ống khí: Dkhí = 30 mm Tính tốn ống phân phối nước vào bể UASB ❖ Đường kính ống chính: - Vận tốc nước chảy ống v = 0,8 ÷ m/s Chọn v = m/s D ❖ Từ ống chính, chia thành ống nhỏ vào ngăn Vậy đường kính ống nhánh là: D Tiết diện ống nhánh S1 3.5 x 10-3 m2 ❖ Tính tốn số lỗ đường kính lỗ nước đường ống nhánh Ta có: Tổng diện tích lỗ = Tiết diện ống nhánh = 3.5 x 10 -3 m2 = 3500 mm2 Ta chia thành 45 lỗ thoát nước đường ống ⇨ Tiết diện lỗ = 3500 : 45 = 78 mm2 ⇨ Đường kính lỗ = mm 3.1.4 Tổng hợp thông số để thiết kế bể UASB 56 Bảng – 1: Các thơng số tính tốn bể UASB STT Chỉ số Diện tích bề mặt bể UASB Chiều rộng bể Chiều cao xây dựng bể UASB Chiều cao bảo vệ Chiều cao vùng lắng Chiều cao phần xử lí kị khí m 3.0 Bề rộng khe hở m 0.3 Tấm chắn khí m Đơn vị m2 m m m m Giá trị 55.56 7.5 4.8 0.5 1.3 + Chiều dài: 7.5 + Chiều rộng: Tấm chắn khí 0.92 m + Chiều dài: 10 7.5 + Chiều rộng: Tấm hướng dòng 2.3 m + Chiều dài: 11 + Chiều rộng: Đường kính ống: 7.5 1.09 m + Ống 12 + Ống nhánh Lỗ nước đường ống nhánh: + Số lỗ 13 0.133 + Đường kính lỗ Máng thu nước: + chiều cao máng + chiều rộng máng + chiều dài máng 0.60 Lỗ m m m 45 10 0.13 0.18 7.5 57 KẾT LUẬN Trước xu phát triển mạnh mẽ kinh tế đất nước, việc đảm bảo phát triển bền vững cần thiết phải đôi với bảo vệ môi trường Đặc biệt xu nay, vấn đề bảo vệ môi trường trở thành vấn đề mạng tính tồn cầu, cần chung tay tất nước, toàn nhân loại Ngành công nghiệp sản xuất bia loại đồ uống giải khát nói chung ngành có nguy gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận cao, cần thiết có hệ thống xử lí nước thải để xử lí trước thải mơi trường Với hệ thống xử lí thiết kế trên, nước thải ngành công nghiệp sản xuất sau xử lí đạt tiêu chuẩn chất lượng loại A – theo QCVN 40:2011/BTNMT, đủ điều kiện thải môi trường Phần cuối đồ án em cảm ơn Thu Phương nhiệt tình hướng dẫn em suốt kì học vừa qua, em khơng học kiến thức mà biết thêm kĩ khác để phục vụ cho trình thiết kế, vận hành thiết bị liên quan đến chuyên ngành mơi trường Ngồi tạo điều kiện để đảm bảo tiến độ đồ án cách tốt cho cô lẫn trị Em xin chân thành cảm ơn cơ! 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G Tchobanoglous, F L Burton, and H D Stensel Wastewater Engineering: Treatment and Reuse 4th ed Metcalf & Eddy Inc., New York, NY: McGrawHill, 2003 [2] TS Trịnh Xn Lai, Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải, 2009, Nhà xuất Xây Dựng [3] Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, 2002 [4] Trung tâm sản xuất hơn, Tài liệu hướng dẫn sản xuất ngành sản xuất bia, Viện Khoa học Công nghệ môi trường, Trường ĐHBK Hà Nội [5] Nguyễn Ngọc Dung - Xử lí nước cấp, NXB Xây Dựng, 1999 59 ... trường nhà máy Carlton & United Cân axit hóa Với đầu vào hệ thống xử lý yêu cầu đầu nhà máy không khắt khe nên nhà máy chọn hướng xử lý Yếm khí xử lý Sinh học để xử lý dòng nước thải nhà máy Với... loại đồ uống thành công Úc, bao gồm loại bia bán chạy Úc, Victoria Bitter Nước thải từ Nhà máy bia Cascade điều tiết xử lý nhà máy xử lý nước phía Nam Nước thải Nhà máy bia xả trực tiếp vào hệ thống. .. thoát nước thành phố (Melbourne) chưa xử lý chảy đến Nhà máy xử lý nước thải Macquarie Point Nhà máy bia Cascade thỏa thuận chất thảihiện có với nhà máy xử lý nước phía Nam thành phố cho phép xả nước