Bước đầu nghiên cứu hiệu quả của thiết bị hợp khối trong xử lý nước thải của sản xuất bia

MỤC LỤ MỞ ĐẦU -3 CHƯƠNG I HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT, TIÊU THỤ BIA TRÊN THẾ GIỚI TRONG KHU VỰC VÀ Ở VIỆT NAM -5 I.1 Hiện trạng sản xuất tiêu thụ bia giới khu vực -5 I.2 Hiện trạng sản xuất, tiêu thụ bia xu phát triển ngành bia Việt Nam -7 I.2.1 Hiện trạng sản xuất tiêu thụ bia Việt Nam I.2.2 Xu phát triển ngành bia Việt Nam 10 CHƯƠNG II -11 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ CÁC CHẤT THẢI -11 II.1 Công nghệ sản xuất bia 11 II.1.1 Nguyên liệu cho sản xuất bia -11 II.1.2 Công nghệ sản xuất bia 14 II.1.3 Nhu cầu vật tư, nhiên liệu, lượng nước -18 II.2 Các nguồn thải sản xuất bia tác động chúng đến môi trường -19 II.2.1 Các chất thải gây ô nhiễm môi trường không khí -20 II.2.2 Chất thải rắn 20 II.2.3 Nước thải 21 II.2.4 Các nguồn ô nhiễm khác 24 CHƯƠNG III 26 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT BIA -26 III.1 Các phương pháp bổ trợ xử lý sinh học -26 III.2 Các phương pháp xử lý sinh học -26 III.2.1 Phương pháp xử lý yếm khí -27 III.2.2 Phương pháp xử lý hiếu khí -27 CHƯƠNG IV 41 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41 IV.1 Mục đích, nội dung, đối tượng, phương pháp nghiên cứu 41 IV.1.1 Mục đích nội dung nghiên cứu 41 IV.1.2 Đối tượng nghiên cứu 41 IV.1.3 Phương pháp nghiên cứu -41 IV.2 Kết nghiên cứu thảo luận -44 IV.2.1 Nghiên cứu xử lý bể hợp khối 44 IV.2.2 Nghiên cứu xử lý bể aeroten thông thường -48 CHƯƠNG V -54 TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG AEROTEN CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI XƯỞNG BIA BẮC ÂU 54 V.1 Mục tiêu thiết kế -54 V.2 Tính tốn thiết kế 54 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC -64 MỞ ĐẦU Bia loại nước giải khát cao cấp thông dụng đời sống hàng ngày, người ưa chuộng Bia mang hương vị đặc trưng riêng loại nước uống mát bổ có bọt mịn xốp, độ cồn thấp, có vị đắng dễ chịu Khi sử dụng mức, bia tạo nên thoải mái tăng cường sức lực cho thể Bia chứa thành phần dinh dưỡng cao mà cịn có tác dụng giải khát hiệu có chứa CO2 bão hịa Nhờ ưu điểm mà bia sử dụng rộng rãi hầu khắp nước giới sản lượng ngày tăng Việt Nam nước thuộc khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, với dân số 80 triệu hứa hẹn thị trường đầy tiềm loại nước giải khát có bia Ngành công nghiệp sản xuất bia ngành công nghiệp mang lại lợi nhuận cao Việt Nam nay, sở sản xuất bia Việt Nam song song tồn phát triển với hãng bia danh tiếng giới Phát triển sản xuất cơng nghiệp mặt góp phần tăng sản phẩm cho xã hội, phục vụ đời sống người, mặt khác, cơng nghiệp gây tác hại to lớn cho môi trường sinh thái, tạo chất thải gây nhiễm môi trường Bảo vệ môi trường vấn đề ngày trở nên cấp thiết mang tính tồn cầu chất lượng mơi trường ảnh hưởng tới hoạt động sống phát triển hành tinh Cùng với ngành công nghiệp khác, phát triển nhanh số lượng quy mô doanh nghiệp sản xuất bia tăng nhanh sản lượng bia tạo lượng lớn chất thải gây ô nhiễm môi trường ba dạng : chất thải rắn, khí thải nước thải Hiện hầu hết sở sản xuất thải trực tiếp nước thải vào hệ thống nước cơng cộng không qua xử lý Hơn nữa, phần lớn sở công nghiệp nằm thành phố xen với khu dân cư Việc thải lượng lớn chất hữu môi trường tạo nguồn ô nhiễm ổ dịch bệnh, ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe cộng đồng Nguồn gây nhiễm sản xuất bia nước thải với lưu lượng lớn, tải lượng chất bẩn hữu cao, gây hậu nghiêm trọng cho môi trường, cần ưu tiên giải Với điều kiện kinh tế nước ta nghèo, việc nhập dây chuyền xử lý với hệ thống thiết bị hoàn chỉnh vấn đề khó khăn khơng với sở sản xuất bia công suất nhỏ mà nhà máy bia lớn Vì vậy, để phù hợp với thực tế khách quan trên, cần phải nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý khả thi mặt công nghệ giá thành chi phí xử lý Đề tài:”Bước đầu nghiên cứu hiệu thiết bị hợp khối xử lý nước thải sản xuất bia.” nhằm khảo sát số thông số kỹ thuật cần thiết cho việc thiết kế hệ thống xử lý quy mô công nghiệp CHƯƠNG I HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT, TIÊU THỤ BIA TRÊN THẾ GIỚI TRONG KHU VỰC VÀ Ở VIỆT NAM I.1 Hiện trạng sản xuất tiêu thụ bia giới khu vực Bia loại nước giải khát sản xuất từ lâu đời giới Từ thời cổ đại, bia chế biến từ lúa mạch phải đến kỷ 19, Louis Pasteur thành công nghiên cứu vi sinh vật Christian Hansen (người Đan Mạch) phân lập nấm men áp dụng vào sản xuất bia bia thực trở thành thứ đồ uống hảo hạng, nhiều người khắp nơi giới ưa chuộng Các nước có sản lượng bia cao Mỹ, CHLB Đức (trên 10 tỷ lít/năm) Những năm gần đây, với tốc độ phát triển kinh tế nhanh nhiều nước giới, chất lượng sống người dân ngày đảm bảo, nhu cầu tiêu dùng gia tăng làm cho sản lượng bia toàn giới tăng tới 2,3% /năm Ước tính tới năm 2005 sản lượng bia đạt 153 tỷ lít/năm Năm 1999, ba nước đứng đầu giới tiêu thụ bia CH Séc, Ailen Đức (Bảng I.1) Mỹ vị trí thứ 12 Bảng I.1 Sản lượng tiêu thụ bia bình quân đầu người giới năm 1999 [20] Thứ tự 10 11 Nước Cộng hòa Séc Ailen Đức Áo Luxemburg Đan Mạch Anh Bỉ Australia Slovakia Hà Lan Sản lượng (lít/người) 160,7 152,8 127,5 108,9 106,6 104,6 99,0 97,7 95,0 86,4 85,3 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Mỹ New Zealand Phần Lan Venezuela Nam Tư Hungary Tây Ban Nha Canada Gabon Bồ Đào Nha Thụy Điển Thụy Sỹ Ba Lan 84,4 84,0 80,1 75,7 74,6 70,7 68,8 68,1 65,7 64,3 59,3 58,8 58,4 Tuy nhiên, Châu Âu, tình hình sản xuất tiêu thụ bia có chiều hướng thay đổi khác nhau: - Tại CHLB Đức, tình hình sản xuất tiêu thụ bia có chiều hướng giảm vài năm trở lại đây: năm 2002 giảm so với năm 1999 tới 4,9 % (bảng I.2) Tổng tiêu thụ giảm xuất lại tăng hàng năm: năm 2002 tăng so với năm 1999 16,68 % Bảng I.2 Tình hình sản xuất, tiêu thụ xuất, nhập bia CHLB Đức [19] 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 11,42 11,48 11,17 11,28 11,04 10,85 10,83 899,9 923,7 893 947,5 1075,2 1084,2 1105,6 Sản xuất (tỷ lít/năm) Xuất (triệu lít/năm) Nhập (triệu lít/năm) Tổng tiêu thụ (tỷ lít/năm) 301,5 327,9 282,3 305,4 368,9 380,6 330,5 10,799 10,768 10,455 10,47 10,311 10,090 10,039 Tiêu thụ đầu người 131,9 131,2 127,5 127,5 125,3 122,4 121,5 (lít/người) - Tại Ý, sản lượng bia đạt 1,22 tỷ lít/năm năm 1998 Mặc dù sản lượng bia Ý thấp so với nước khác Châu Âu, mức tiêu thụ đầu người lại cao: 26,9 lít/người năm 1998 Do lượng bia nhập vào nước Ý tăng cao, đạt 368,1 triệu lít/năm, bia nhập từ: Đức (159,4 triệu lít), Hà Lan (45,27 triệu lít), Anh (36,2 triệu lít), Đan Mạch (35,7 triệu lít) Tuy nhiên, Ý xuất bia, số chiếm phần nhỏ (37,3 triệu lít/năm) Các nước nhập bia Ý Anh, Hy Lạp, Tây Ban Nha, Bỉ, Albani Mỹ [18] Ở số nước Châu Á, tình hình sản xuất bia có chiều hướng gia tăng, điển hình Trung Quốc, thị trường bia lớn thứ hai giới sau Mỹ dự báo vượt Mỹ vài năm tới Sản lượng bia Trung Quốc đạt xấp xỉ 22 tỷ lít bia/năm Tuy nhiên, lượng tiêu thụ bia tính đầu người nước thấp 15 lít/người, so với lượng bia bình qn tiêu thụ giới 22,1 lít/người (2001), thấp so với số nước Châu Á khác Đài Loan Singapore [18] I.2 Hiện trạng sản xuất, tiêu thụ bia xu phát triển ngành bia Việt Nam I.2.1 Hiện trạng sản xuất tiêu thụ bia Việt Nam Ngành cơng nghiệp bia Việt Nam có từ lâu Nhà máy bia Việt Nam xây dựng thời Pháp thuộc vào năm 1890 – Nhà máy bia Hà Nội Ban đầu nhà máy sản xuất 150 lít/ngày với 30 cơng nhân Đến năm 1954, miền Bắc hồn tồn giải phóng, Nhà máy bia Hà Nội Nhà nước trực tiếp quản lý, tiếp tục sản xuất bia ngày mở rộng quy mô, số lượng chất lượng sản phẩm, không ngừng phát triển ngày Sau giải phóng miền Nam, loạt nhà máy, sở sản xuất bia khác hình thành nước ta như: Nhà máy bia Sài Gòn, nhà máy bia Đà Nẵng (thiết bị Tiệp Khắc), nhà máy bia Huda Huế (thiết bị Đan Mạch), nhà máy bia Vinh (thiết bị Đan Mạch), nhà máy bia Đông Nam Á (thiết bị Đan Mạch), công ty bia Việt Hà, nhà máy bia liên doanh trung ương địa phương khác góp phần nâng cao sản lượng bia tồn quốc So với nước Châu Âu số nước Châu Á, sản lượng bia bình quân đầu người Việt Nam thấp sản lượng tăng gấp đơi từ 84,5 triệu lít/năm vào năm 1984 lên 168,5 triệu lít/năm vào năm 1992 Trong năm 1992, Việt Nam có 38 sở có cơng suất lớn 0,5 triệu lít/năm Đến năm 1993 có thêm liên doanh nước ngồi với cơng suất – 30 triệu lít/năm 11 sở, nâng cơng suất từ triệu đến triệu lít/năm, nâng sản lượng bia tồn quốc lên 200 triệu lít/năm Năm 1994, sản lượng bia Việt Nam 300 triệu lít, năm 1995 đạt 500 triệu với tốc độ tăng 16,8%, năm 1996 đạt xấp xỉ 600 triệu lít/năm [7] Cũng năm 1996, Tổng công ty Rượu - Bia - Nước giải khát Việt Nam thành lập có bước trưởng thành đáng kể số lượng chất lượng, đơn vị thành viên Tổng công ty, từ bước ban đầu thời kỳ đổi mới, khẳng định vai trò hạt nhân phát triển chung ngành Rượu - Bia - Nước giải khát Việt Nam chế thị trường theo định hướng xã hội chủ nghĩa Ngành sản xuất bia Việt Nam có tốc độ tăng trưởng nhanh Tuy nhiên từ năm 1998 đến nay, tốc độ tăng trung bình ổn định – 10% (bảng I.3) Bảng I.3 Tốc độ tăng trưởng bình quân ngành sản xuất bia Việt Nam [2] Giai đoạn 1991 – 1992 1993 – 1994 1995 – 1996 1997 – 1998 1998 – 2003 Tốc độ tăng trưởng bình quân, % 26,62 44,3 17 10 – 10 Theo số liệu Hiệp hội Rượu - Bia - Nước giải khát Việt Nam, năm 2001 sản lượng bia tiêu thụ tồn ngành đạt 803,2 triệu lít, tăng 11% so với năm 2000, bình quân tiêu thụ – 10 lít/người/năm Sản lượng bia năm 2002 893 triệu lít [2] Trong vài năm gần đây, kinh tế nước ta có phát triển vượt bậc lĩnh vực, đời sống nhân dân ngày nâng cao, nhu cầu tiêu thụ bia loại nước giải khát lớn dẫn đến việc hình thành hàng loạt doanh nghiệp, sở sản xuất bia Từ chỗ có hai nhà máy bia Hà Nội Sài Gịn đến nước có tới 469 sở sản xuất bia với đủ thành phần kinh tế tham gia, bao gồm Cơng ty quốc doanh trung ương, Cơng ty liên doanh với nước ngồi 461 sở sản xuất bia địa phương, tư nhân, cổ phần phân bố tập trung chủ yếu thành phố lớn khu vực dân cư đông đúc [2] Để đáp ứng nhu cầu thị trường, sản phẩm bia đa dạng phong phú chủng loại Ngoài sản phẩm bia trung bình tiên tiến bia 333, bia Hà Nội loại bia liên doanh khác, thị trường xuất sản phẩm bia cao cấp hãng bia tiếng giới Tiger, Heniken, Carlsberg Trong năm (1995 – 2000), Tổng công ty Rượu - Bia - Nước giải khát Việt Nam đầu tư đổi công nghệ, thiết bị với số vốn 410 tỷ đồng [17] Công ty bia Hà Nội thực dự án đầu tư đổi thiết bị, nâng công suất từ 50 triệu lít/năm lên 100 triệu lít/năm, có số hạng mục hoàn thành như: thiết bị lò hơi, máy phát điện, hệ thống xử lý nước, cải tạo nâng cấp nhà chiết chai, hệ thống chiết keg với công suất 80 keg/giờ, hệ thống dây chuyền chiết chai 30000 chai/ , tiếp tục tiếp nhận lắp đặt hệ thống thiết bị nhà nấu, hệ thống tank lên men [17] Công ty bia Sài Gòn thực dự án đầu tư nâng cơng suất từ 140 triệu lít/ năm lên cơng suất 160 triệu lít/năm tiếp tục đầu tư bổ sung thiết bị đồng để đạt công suất 210 triệu lít/năm Trong năm (1995 – 2000), Cơng ty bia Sài Gòn thực số dự án cải tạo nâng cấp trang thiết bị công nghệ như: hệ thống thu hồi CO2, dây chuyền chiết chai, máy soi chai tự động, hệ thống chiết keg với công suất 80 keg/giờ, hệ thống pha bia tự động, máy thử bia nhanh, số cơng trình xử lý chất thải khác [17] Tồn cơng trình đầu tư chiều sâu, đầu tư mới, đầu tư bổ sung có trang thiết bị cơng nghệ cao, đại, tiên tiến áp dụng nước có cơng nghiệp phát triển, vừa đáp ứng yêu cầu phát triển Tổng công ty Rượu - Bia - Nước giải khát Việt Nam, vừa khẳng định vai trò nòng cốt hạt nhân Tổng cơng ty nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa ngành Rượu - Bia Nước giải khát Việt Nam I.2.2 Xu phát triển ngành bia Việt Nam Bia xem ngành công nghiệp trọng điểm Việt Nam đóng góp nhiều cho ngân sách quốc gia Theo chủ trương Chính phủ định hướng phát triển đến năm 2010, Việt Nam không cấp giấy phép đầu tư, không phê duyệt mở rộng cơng suất dự án nước ngồi lĩnh vực công nghiệp sản xuất bia Theo quy hoạch phát triển, sản lượng bia đến năm 2010 1500 triệu lít, có nghĩa tiếp tục tăng trưởng từ 10 – 12% từ đến năm 2010 Dự báo sản lượng bia đến 2020 tăng so với 2005 khoảng 1,8 lần, mức tiêu thụ bình quân đầu người tăng khoảng lần (Bảng I.4) Bảng I.4 Dự báo sản lượng mức tiêu thụ bia qua giai đoạn [2] Giai đoạn 2005 2010 2020 Sản lượng triệu lít 1150 – 1200 1500 2100 Mức tiêu thụ bình qn lít/người/năm 10 16 – 16,5 20 Việt Nam Châu Á khu vực có mức tiêu dùng bia tăng nhanh Căn vào thu nhập, thị hiếu tiêu dùng, dự kiến chủng loại sản phẩm bia sau: Bia lon: 10 – 15%, bia chai: 50 – 60%, bia hơi: 30% [2] Ở Việt Nam, thị trường tiêu thụ bia nước chính, thị trường xuất chủ yếu khu vực Đơng Nam Á, Châu Á Thái Bình Dương, phần Châu Âu Mỹ Sản lượng xuất dự kiến khoảng 20 – 30 triệu lít/năm với sản phẩm chủ yếu Công ty bia Hà Nội Cơng ty bia Sài Gịn [2]