Đồ án 2 - Nguyễn Trung Hiếu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN II Đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia lưu lượng 1000 m3/ngày GVHD: ThS Phạm Thu Phương Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trung Hiếu MSSV: 20174682 Lớp: KTMT-K62-MT02 HÀ NỘI – 01/2022 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất bia có kèm theo dịng thải .5 Hình 1.2 Tiết diện ngang loại song chắn rác 10 Hình 1.3 Hình ảnh bể lắng ngang 10 Hình 1.4 Hình ảnh bể lắng đứng 11 Hình 1.5 Các bước bể aerotank hoạt động gián đoạn 15 Hình 1.6 Cấu tạo bể UASB .18 Hình 1.7 Phương án đề xuất .22 Hình 1.8 Phương án đề xuất .23 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Nguồn góc phát sinh nước thải bia Bảng 1.2 Đặc tính nước thải số nhà máy bia Bảng 1.3 So sánh thông số đầu vào với QCVN40:2011/BTNMT cột A 21 Bảng 1.4 So sánh công nghệ hiếu khí 22 Bảng 2.1 Thơng số đầu vào dịng thải bể UASB .26 Bảng 2.2 Thông số thiết kể bể UASB 31 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ 1.1 Đặc điểm công nghệ sản xuất nguồn phát thải liên quan 1.1.1 Tổng quan Bia loại thức uống người tạo lâu đời, sản phẩm lên men có tác dụng giải khát cao, tạo thoải mái tăng cường sức lực cho thể; ngồi bia cịn có hệ men phong phú nhóm enzyme kích thích tiêu hóa amylaza Vì ưu điểm mà bia sử dụng rộng rãi khắp giới Thành phần bia bao gồm: 80 – 90% nước; – 6% cồn; 0,3 – 0,4% H2CO3 – 10% chất tan, chất tan 80% gluxit, – 10% hợp chất chứa nitơ, ngồi cịn chứa axit hữu cơ, chất khống, số vitamin Ngun liệu để sản xuất bia bao gồm: malt đại mạch; nguyên liệu thay gạo, lúa mì, ngơ, …; hoa Houblon; men nước Trong đó, nước chiếm thành phần chủ yếu, nước dùng để sản xuất phải nước mềm, hàm lượng sắt, mangan thấp tốt, nước phải khử trùng trước đưa vào nấu, đường hóa Với loại men khác nhau, thành phần để sử dụng để sản xuất bia khác, nên đặc trưng bia hương vị màu sắc thay đổi khác 1.1.2 Công nghệ sản xuất bia - Sản xuất bia gồm ba giai đoạn chủ yếu sau: +) Đường hoá tinh bột nhờ enzy, amylase malt vi sinh vật (nếu sử dùng nguồn tinh bột thay malt) +) Lên men chính, lên men phụ +) Lọc bia, chiết bia tạo sản phẩm Hình 1.1 sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất bia với đầy đủ công đoạn dịng thải (trang bên) [2] Hình 1.1 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất bia có kèm theo dịng thải [2] Thuyết minh dây chuyền công nghệ Malt đại mạch ngun liệu thay (gạo, lúa mì, ngơ) làm xay, nghiền ướt để tăng tiếp xúc enzyme giảm thời gian nấu Trong q trình nghiền có phát sinh tiếng ồn bụi Sau công đoạn này, nguyên liệu mang hồ hoá – nấu Lọc dịch đường để thu nước nha loại bỏ bã malt Quá trình gồm bước: Bước 1: Lọc hỗn hợp dịch đường thu nước nha đầu; Bước 2: Dùng nước nóng rửa bã thu nước nha cuối tách bã malt Nấu với hoa Houblon để tạo hương vị cho bia, sau nước nha qua thiết bị tách bã hoa Nước nha từ nồi nấu có nhiệt độ xấp xỉ 100 0C làm lạnh tới nhiệt độ thích hợp trình lên men, nhiệt độ khoảng 10 đến 160C Lên men lên men phụ hai trình quan trọng sản xuất bia Trong trình lên men cần phải sục khí, thêm men giống để trình lên men nhanh +) Lên men chính: • Mục đích q trình chuyển hố chất hoà tan dịch đường thành C2H5OH, CO2 sản phẩm phụ khác (sinh tổng hợp trình hoạt động sống tế bào nấm men) • Q trình lên men tiến hành điều kiện nhiệt độ – 0C, thời gian lên men từ – 12 ngày • Khi lên men có tạo khí CO 2, thu hồi để sử dụng q trình bão hồ khí CO2 Q trình lên men kết thúc hàm lượng đường bia non lại khoảng 30 – 35% so với nồng độ ban đầu +) Lên men phụ: dịch sau kết thúc trình lên men chuyển sang giai đoạn lên men phụ để hoàn thiện chất lượng bia (tạo hương vị đặc trưng) Quá trình lên men diễn chậm, tiêu hao lượng đường không đáng kể, bia lắng bão hoà CO Thời gian lên men từ 14 – 21 ngày tuỳ thuộc vào yêu cầu chủng loại Công đoạn lên men kết thúc mang lọc bia, trình lọc tạo bã lọc Tiếp theo bão hoà CO2; axit ascorbic, collpulin bổ sung làm tác nhân chống oxy hố Sau cơng đoạn này, bia chiết chai/lon, đậy nắp mang trùng sau kiểm tra, dán nhãn, đóng thùng thành sản phẩm lưu hành thị trường 1.1.3 Các nguồn phát thải trình sản xuất bia - Khí thải +) Khí CO2 sinh trình lên men thu hồi đưa vào máy nén để tái sử dụng làm bão hồ CO2 bia, phần dư đóng vào bình chứa bán thị trường +) Các khí thải sinh từ khu vực lò Trong nhà máy sử dụng dầu DO để đốt nên khí thải sinh từ lò đốt gồm SO2, NOx, CO2, … +) Các khí NH3, glycol sinh hệ thống máy làm lạnh bị rò rỉ +) Hơi nước từ đường ống dẫn, từ nồi nấu bị rò rỉ - Chất thải rắn +) Bụi nguyên liệu từ khâu xay, nghiền +) Bã malt, bã men, bã hoa thu gom +) Chai vỡ, lon hỏng từ trình chiết chai/lon +) Bao bì plastic từ q trình đóng thùng +) Rác sinh hoạt, bùn nạo vét cống rãnh, bùn hoạt tính từ khu xử lý nước - Nước thải gồm nguồn sau +) Nước làm lạnh, nước ngưng: nguồn nước thải gần khơng bị nhiễm có khả tuần hoàn sử dụng lại +) Nước thải từ vệ sinh sàn, thiết bị nấu, bể lên men, … chiếm tỉ lệ lớn Nước thải từ nguồn có hàm lượng hữu cao, chủ yếu dạng keo hồ tan nguồn nhiễm nước thải +) Nước thải rửa chai: dịng thải có nhiễm lớn công nghệ sản xuất bia Về nguyên lý, chai đóng để rửa qua bước: rửa với nước nóng, rửa dung dịch kiềm lỗng nóng (1 – 3% NaOH), tiếp rửa bẩn nhãn bên ngồi chai, sau rửa nước nóng nước lạnh Do đó, nước thải trình có độ pH lớn làm cho dịng thải chung có tính kiềm +) Nước sinh hoạt công ty bao gồm nước thải sinh hoạt công nhân viên tắm rửa, thải từ nhà vệ sinh +) Ngồi ra, bia rơi vãi q trình chiết bia thải sau q trình lọc góp phần gây nhiễm mơi trường Ngồi ra, cịn nhiễm tiếng ồn máy móc q trình hoạt động gây ST T Nguồn thải Đặc điểm % thải Công đoạn nấu, Chứa nhiều hợp chất 18 đường hoá: hữu (tinh bột, đường) Rửa thiết bị nấu, lọc Nướ thải từ pH = – 15 trình lên men: Chứa tinh bột, bã hoa, bia Nước rửa thiết bị dư, chất tẩy rửa… (nồi nấu đường hoá, thiết bị lên men) Nước thải từ công pH cao: 8,5 – 12 30 đoạn chiết bia: Lẫn sản phẩm bia - Từ trình rửa trình rửa chai, thùng bia; Giấy nhãn chai - Từ trình làm Chất rắn lơ lửng lạnh; - Từ dung dịch xút loãng sau rửa Nước thải sinh Trong có nước thải khu 25 hoạt từ khu nhà vệ sinh qua xử lý bếp, vệ sinh tự hoại Nước mưa Chứa nhiều cặn lơ lửng 12 nước chảy tràn bề chất hữu dòng chảy mặt bề mặt mang theo Ghi Trong có khoảng 75% nước thải q trình làm lạnh Khơng thường xun Bảng 1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải bia [3] 1.2 Đặc trưng chất thải ảnh hưởng đến môi trường sức khoẻ người 1.2.1 Đặc tính nước thải Sau vệ sinh thiết bị, nước thải ngành bia chủ yếu có chứa: +) Bã (đường, protein), tinh bột, bã hoa => thành phần hữu nước thải cao +) Protein chứa Nito có bã malt => nước thải có Nito hữu +) Các hợp chất vô (P2O5 chủ yếu) => nước thải chứa P +) Các vỏ chai vỡ, protein cao phân tử, polyphenol => hàm lượng SS cao +) Nước thải rửa chai có độ pH cao Thơng số Đơn vị Năng suất Tr.lít/nă m pH BOD5 COD Nito tổng Photpho tổng Chất rắn lơ lửng (SS) mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L Công ty Công ty QCVN40:2011/BTNM bia Hà bia Việt T Nội Hà Cột A 50 14 7,15 948 1305 15 4,5 226 9,25 1622 2944 2,7 5,25 337 6–9 30 75 20 50 Bảng 1.2 Đặc tính nước thải số nhà máy bia [7] Qua bảng thấy hàm lượng tiêu ô nhiễm BOD 5, COD, chất rắn lơ lửng nước thải sở sản xuất bia cao, vượt quy chuẩn cột A QCVN40:2011/BTNMT nhiều lần Các thông số nito mức quy chuẩn, cịn photpho vượt mức quy chuẩn không nhiều Nguyên nhân chủ yếu nhà máy bia Việt Nam không phân luồng dịng thải, cơng nghệ sản xuất cịn lạc hậu 1.2.2 Ảnh hưởng nước thải đến môi trường sức khoẻ Hoạt động sản xuất bia có mức nhiễm hữu cao, nguyên nhân chủ yếu ô nhiễm chất có nguồn gốc hữu hồ tan dịng thải Khơng vậy, nước thải sản xuất ngành bia cịn có độ đục, độ màu cao, hàm lượng chất lơ lửng cao có chứa nhiều vi sinh vật, nấm men, nấm mốc pH nước thải sản xuất bia thường cao công đoạn vệ sinh thiết bị Nếu pH > gây độc hại loài thuỷ sinh Bên cạnh đó, độ màu nước thải bia cao ảnh hưởng trực tiếp đến trình quang hợp loài thực vật thuỷ sinh, gây mỹ quan cho quang cảnh xung quanh Ngoài ra, COD BOD5 nước thải cao, điều làm giảm nồng độ oxy hoà tan (DO) nước tạo bất lợi cho q trình hơ hấp trì hoạt động sống chí dẫn đến tượng chết sinh vật Mặt khác, tăng cao hàm lượng chất hữu có nước thải gây nên tượng tắc nghẽn đường ống thoát nước chung khu vực Sau thời gian tích tụ lâu ngày mơi trường yếm khí, chất hữu bị phân huỷ vi sinh vật hoại sinh gây mùi thối Các khí sinh điển hình H2S, CO2, CH4, … 1.3 Các biện pháp ngăn ngừa giảm thiểu chất thải Phân luồng dịng thải để sử dụng tuần hồn dịng chất nhiễm nước làm lạnh, nước ngưng cho trình rửa thiết bị, sàn, chai, … Sử dụng thiết bị rửa cao áp súng phun tia rửa khô để giảm lượng nước rửa Hạn chế rơi vãi nguyên liệu, men, hoa Houblon thu gom kịp thời bã men, malt, hoa bã lọc để hạn chế nhiễm dịng nước rửa sàn 1.4 Cơ sở lý thuyết công nghệ môi trường liên quan biện pháp xử lý chất thải Từ ảnh hưởng nước thải bia tới môi trường sống xung quanh ta trình bày trên, nước thải ngành bia có tác động lớn đến mơi trường sống hạng mục cơng trình nước khu vực xung quanh Điều cho thấy cần phải có phương pháp xử lý giải vấn đề cách triệt để phù hợp khả kinh tế Trong phần trình bày đề cập đến phương pháp, mục đích, sở lý thuyết trình, cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị xử lý nước thải nói chung nước thải ngành bia nói riêng 1.4.1 Các phương pháp xử lý học Xử lý học nhằm tách chất rắn lơ lửng, chất rắn dễ lắng khỏi nước thải; tránh tường tắc nghẽn đường ống, làm hư hại máy bơm làm giảm hiệu xử lý cho giai đoạn sau Xử lý học bước ban đầu cho xử lý sinh học Trong xử lý nước thải bia, thơng thường áp dụng thiết bị song chắn rác, lưới lọc, bể điều hoà, lắng cát, lắng đợt II [5] - Song chắn rác, lưới lọc +) Mục đích: Loại bỏ tạp chất thô rác, vật có kích thước lớn có nước thải nhằm tránh gây cố trình vận hành hệ thống xử lý nước thải tắc bơm, đường ống kênh dẫn +) Cấu tạo, đặc điểm • Các song chắn làm kim loại, đặt cửa bào kênh dẫn, nghiêng góc 60 – 750 • Thanh song chắn có tiết diện trịn, vng hỗn hợp Thanh song chắn với tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhanh bị tắc vật bị giữ lại Do thơng dụng có tiết diện hỗn hợp, cạnh vng góc phía sau cạnh trịn phía trước hướng đối diện với dịng chảy 10 Chú thích: Đường nước Đường bùn tuần hồn Đường bùn thải Đường hố chất – khí Thuyết minh: Nước thải từ nguồn qua song chắn rác, chất rắn có kích thước lớn bị giữ lại (giai đoạn xử lý sơ bộ) sau qua bể gom tới bể điều hòa nhiệm vụ điều hòa nồng độ lưu lượng nước thải tạo điều kiện cho cơng trình đơn vị phía sau hoạt động ổn định Bể điều hịa sục khí nhằm tạo nên xáo trộn cần thiết để ngăn cản lắng phát sinh mùi hôi Tiếp theo vào bể xử lý kị khí UASB , diễn trình phân hủy chất hữu sinh khí : CO 2, CH4,…và có NH4+ Tại SS giảm phần nhờ bể UASB 24 Tiếp theo sau qua bể xử lý sinh học yếm khí, sản phẩm vào trình sau NH4+, BOD5 Tại bể xử lý sinh học thiếu khí hiếu khí, chất hữu phân giải nhờ vi sinh vật thiếu khí, hiếu khí Đối với NH4+ mơi trường hiếu khí chuyển hóa thành NO3- nhờ q trình nitrat hóa (hai vi khuẩn Nitrosomonas NitroBacter) , sau nước tuần hồn từ bể hiếu khí qua lại bể thiếu khí, diễn trình khử nitrat: NO3- N2 Sau nước thải dẫn qua bể lắng (lắng ly tâm) Bể lắng (lắng ly tâm) xây dựng để loại bỏ bơng bùn hình thành q trình sinh học lắng xuống đáy Cuối qua bể khử trùng để xử lí vi khuẩn, vi sinh vật đưa đến nguồn tiếp nhận Nước đạt QCVN:2011/BTNMT CỘT A Bùn thu từ bể lắng (lắng đứng), phần dùng bơm định lượng bơm tuần hồn lại bể thiếu khí để bổ sung cho q trình thiếu khí, phần bùn dư cịn lại đưa bể nén bùn, đến bể cô đặc bể metan để xử lý (khí thu từ bể metan đốt) Phương án Chú thích: Đường nước Đường bùn thải Thuyết minh: Đường bùn tuần hoàn Đường hố chất – khí 25 ... mg/L mg/L mg/L Công ty Công ty QCVN40 :20 11/BTNM bia Hà bia Việt T Nội Hà Cột A 50 14 7,15 948 1305 15 4,5 22 6 9 ,25 1 622 29 44 2, 7 5 ,25 337 6–9 30 75 20 50 Bảng 1 .2 Đặc tính nước thải số nhà máy bia... bia Bảng 1 .2 Đặc tính nước thải số nhà máy bia Bảng 1.3 So sánh thông số đầu vào với QCVN40 :20 11/BTNMT cột A 21 Bảng 1.4 So sánh cơng nghệ hiếu khí 22 Bảng 2. 1 Thông số đầu... ÷O2 → C5 H NO2 + ( x − ) CO2 + y−4 H 2O + E PT 1.4 +) Quá trình tự phân huỷ sinh khối C5 H NO2 + 5O2 → 5CO2 + H 2O + NH + E PT 1.5 +) Ngoài ra, hệ thống cịn xảy q trình nitrit nitrat hoá NH + 2O2