PHÂN TÍCH và xây DỰNG hệ THỐNG xử lý nước THẢI của một NHÀ máy

Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích to lớn, các loại chất thải đặc biệt là nướcthải phát sinh từ hoạt động sản xuất tại nhà máy có tác động tiêu cực tới hệ sinh thái và môi trường xung qu

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BÀI TẬP LỚN MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN

ĐỀ TÀI : PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ

NƯỚC THẢI CỦA MỘT NHÀ MÁY

o Nguyễn Trung Kiên

o Hoàng Văn Kiên

o Nguyễn Văn Lê

o Hoàng Lam Long

o Nguyễn Phi Long

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH BIA………

I.1.Giới thiệu sơ lược………

I.2 Qui trình sản xuất nhà máy bia………

I.3 Các dạng chất thải trong sản xuất bia ………

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI………

II.1 Đặc trưng của nước thải nhà máy bia………

II.2 Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy ………

CHƯƠNG 3:ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây nền công nghiệp thế giới nói chung và Việt Nam

nói riêng phát triển không ngừng Kinh tế phát triển, thu nhập được nâng cao, đời sống người dân được cải thiện… Tuy nhiên, bên cạnh những thành tựu đạt được thì chúng ta đang phải đối mặt với một vấn đề mang tính toàn cầu và đe dọa đến sự sống,

đó là vấn đề ô nhiễm môi trường Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang trở nên rất bức xúc không những cho mỗi quốc gia mà còn cho toàn nhân loại, trong đó

hoạt động sản xuất công nghiệp được xác định là một trong những nguyên nhân ô nhiễm chính Vì vậy vấn đề bảo vệ môi trường là vấn đề toàn cầu, là quốc sách của hầu hết các quốc gia trên thế giới Trong giai đoạn hiện nay, sự toàn cầu hóa và hợp tác quốc tế để cùng nhau phát triển là rất cần thiết cho mỗi quốc gia và Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế đó

Tuy nhiên, chúng ta cũng đang đứng trước những thuận lợi và thách thức Một trong những thách thức lớn nhất là vấn đề môi trường Chính phủ Việt Nam đã rất quan tâm đến vấn đề này nên đã ban hành nhiều văn bản pháp luật như: luật bảo vệ môi trường (1994), nghị định 26/CP ngày 26/4/1996 của Chính Phủ về xử phạt

hành chính… và luật môi trường sửa đổi bổ sung (2006) nhằm quản lý và bảo vệ môi trường tốt hơn Chúng ta đã gia nhập WTO (11/1/2007) thì vấn đề môi trường là

vô cùng quan trọng; nó có thể quyết định đến thành công hay thất bại của một

doanh nghiệp

Trong xu thế phát triển chung đó, ngành công nghiệp Rượu- Bia- Nước giải 

khát, không những vừa mang lại lợi nhuận cao mà còn đóng góp đáng kể cho ngân sách của nhà nước Vì thế đã có nhiều nhà máy bia được xây dựng Những nhà máy sẽ góp phần giải quyết việc làm cho các lao động, không 

chỉ lao động trực tiếp trong nhà máy mà còn các lao động ở các mạng lưới phân

phối và tiêu thụ sản phẩm; đồng thời đóng góp một phần không nhỏ cho ngân sách nhà nước Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích to lớn, các loại chất thải (đặc biệt là nướcthải)  phát sinh từ hoạt động sản xuất tại nhà máy có tác động tiêu cực tới hệ sinh thái và môi trường xung quanh Do đó, vấn đề quan tâm nhất là nguồn nước thải từ quá trình sản xuất bia cần phải được xử lý một cách hiệu quả

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH BIA

.1.Giới thiệu sơ lược

- Bia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niên đại ít nhất

- Xét riêng ở Việt Nam sản lượng bia mỗi năm một tăng, hàng năm lại có các nhà máybia mới ra đời với công nghệ mới, đó là chưa kể tới các phân xưởng bia cỡ nhỏ hàng năm cũng góp phần cung cấp bia cho thị trường Tuy vậy, bình quân lượng bia cho một người dân mỗi năm của nước ta chỉ đạt khoảng 2-4 lít, một con số khá nhỏ bé so với bình quân đầu người ở các nước khác : Đức (khoảng 150 lít/người/năm)

- Nhưng sự xuất hiện của nhiều nhà máy sản xuất bia thì các loại chất thải ra trong qui trình sản xuất bia cũng không ngừng tăng lên gây ô nhiềm nặng nề đối với môi trường vì vậy việc thiết kế các hệ thống xử lý nước thải trong nghành sản xuất bia là một trong những vấn đề tất yếu không thể thiếu cho việc bảo vệ môi trường cùng với các hoạt động thiết thực đối với môi trường sẽ đảm bao sự phát triển bền vững cũa xã hội loài người

.2.Qui trình sản xuất của nhà máy bia.

.2.1 Nguyên liệu chính.

Bia được sản xuất từ : Matl ( đại mạch nảy mầm ) ,gạo tẻ, hoa houblon, nước, nấm men Hiện nay, nguyên liệu chính để sản xuất bia là matl đại mạch và houblon đều phải nhập ngoại ( 60%-70%)

.2.2 Quy trình công nghệ sản xuất bia

1 Chuẩn bị nguyên liệu

Chiết biaNấu – đường hóa

Lọc dịch đường

Lọc, tách bãNấu hoa Houblon

Lên men chính, phụ

Lọc trong bia

Chiết biaBão hòa CO2

Đóng nắpThanh trùngLàm lạnh

Kiểm tra-dán nhãn-nhập kho Sản phẩm

Hơi nước Phụ gia

Bã malt

Bã hoa+ malt

Bã menSục khí

Bã lọcBia hơi

Nguyên liệu được chuyển vào kho bảo quản của nhà máy theo số lượng mẻ nấu mỗi ca

về tập kết tại phân xưởng nấu Malt và gạo được xay nghiền nhỏ đến kích thước tiêu chuẩn

Thiết bị dùng để nghiền malt là máy nghiền trục hoặc nghiền búa

4 Lọc dịch đường, nấu hoa, lắng cặn, làm lạnh

Dịch đường được bổ sung hoa houblon và nâng nhiệt độ lên 1000C Bã lọc được rửa bằng nước nóng ở nhiệt độ 75- 800C Sau nấu hoa, dịch đường được bơm sang thùng xoáy lốc để tách bà hoa và cặn lắng Sau đó được làm lạnh nhanh để hạ nhiệt độ xuống8-100C và được bổ sung oxy với lượng 30 – 35 ml khí /lit dịch ( tạo điều kiện thuận lợicho nấm men phát triển ) rồi chuyển vào thiết bị len men

5 Quá trình lên men

Đây là quá trình quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia, thực chất đây là quá trình lên men rượu :

C6H12O6 C2H5OH + CO2

Điều kiện lên men :+ ở nhiệt độ thấp :5-100C

+ Thời gian dài: 2 ngày (bia ngắn ngày) – 60 ngày, thời gian lên men càng dài, chất lượng bia càng cao

Có hai phương pháp lên men : lên men nổi ( 10-140C) và lên men chìm ( 5-100C):lên men chính: Thường 1– 2 ngày, nhiệt độ duy trì trong giai đoạn lên men chính từ 8 – 100C khi lên men, nhiệt độ của dịch đường trong thùng tăng lên cho phép lên đến 14-160C với áp suất khống chế ở mức 1,3-1,5bar Ở giai đoạn này, tận thu men chính

có chất lượng tốt đê cấp men giống

Lên men phụ (tàng trữ): nhiệt độ 5 -100C, thời gian:20 – 50 ngày để trong thùng, số ngày tàng trữ càng lớn, chất lượng bia càng tốt Chuyển hóa được triệt để đường thành rượu Hai giai đoạn có thê tiến hành 1 hoặc 2 thiết bị

6 Lọc bia

Mục đích của quá trình lọc bia là tách các hạt cặn, tạp chất còn sót lại trong bia, làm tăng độ trong của bia và làm tăng thời gian bảo quản.Thiết bị lọc có thể là lọc khung bản với chất trợ lọc là diatomit

7.Bão hòa CO2 và chiết bia

men

Từ thùng chứa bia trong, bia có thể được bão hòa thêm CO2 với lượng nhât định ( có tác dung giải khát ) rồi đưa đi chiết chai, chiết bom hoặc đóng lon

Bao bì được rửa ,sau đó chiết, đóng nắp, thanh trùng, kiểm tra, dán nhãn, đóng két và xuất xưởng

.3 Các dạng chất thải trong sản xuất bia.

1 Khí thải

- CO2 từ các thùng lên men – khá sạch ( là CO2 thực phẩm ) thu hôi

- Các chất khí và bụi ô nhiễm phát sinh chủ yếu do đốt nhiên liệu than ,dầu ở lò hơi gồm - - SO2, NOx, CO2, CO, bụi than xử lý bằng xyclon bụi sau đó hấp phụ

- Bụi từ khâu xay, nghiền nguyên liệu có thể khắc phục bằng cách sử dụng phương pháp xay ướt, lọc bằng túi vải hoặc bao che kín hệ thống nghiền và tải liệu

- Ngoài ra các khí NH3, Freon có thể sinh ra khi hệ thống máy lạnh bị rò rỉ

Chất ô nhiễm

Nồng độ (mg/m3)Nồi hơi than Nồi hơi dầu

Bảng 2 Lượng chất thải rắn phát sinh khi sản xuất 1 lit bia

- Xỉ than ( lò hơi): sản xuất vật liệu xây dựng, làm đường, xây dựng

- Bã bia, bã men : làm thức ăn gia súc dưới dạng sinh khối

Nếu men bia chất lượng tốt (chứa vitamin và đạm rất nhiều ): sử dụng 30% làm men giống còn lại làm thức ăn gia súc

- Bã lọc bia: chủ yếu chứa chất trợ lọc phân bón, chôn lấp

- Chon, lon hỏng, vỏ đựng , hộp giấy tận thu, tái chế

3 Nước thải:

- Là dạng chất thải chủ yếu gây ô nhiễm chính trong sản xuất bia

- Nước làm mát : cho máy lạnh, làm lạnh dịch bia

- Nước ngưng tụ trong nấu bia

- Dung dịch tẩy rửa : xút, axit hữu cơ có tác dung tẩy

- Nước rửa các thùng lên men, chai như CIP

- Nước vệ sinh thiết bị, nhà xưởng: đây là lượng lớn nhất

- Nước thải là nguồn thải đáng luu ý trong nghành sản xuất bia Công nghệ sản xuất bia sử dụng một lượng nước lớn và thải ra một lượng nuớc thải đáng kể Lượng nước thải thải ra gấp 10 -20 lần lượng bia thành phẩm

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

.1 Đặc trưng của nước thải nhà máy bia.

1.1 Các nguồn phát sinh và đặc tính của nước thải

- Trong sản xuất bia, nước thải là dạng chất thải chủ yếu gây ô nhiễm trong sản xuất

và được phân thành ba loại:

- Nước thải coi như sạch: Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như không gây ô nhiễm nên có khả năng tuần hoàn sử dụng lại

- Nước thải từ công đoạn sản xuất: là nước thải có độ ô nhiễm hữu cơ cao do đặc trưngnguyên liệu đầu vào chủ yếu là gạo và malt Hầu như tất cả các công đoạn sản xuất đều sinh nước thải

- Nước từ công đoạn rửa từ bộ phận nấu – đường hóa, chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu, bể chứa, bồn lên men… có chứa nhiều cặn malt, tinh bột, bã hoa và các hợp chất hưu cơ carbonat do vậy có hàm lượng ô nhiễm hưu cơ cao

- Công đoạn chiết chai dịch bia rớt trong quá trình chiết

- Nước rửa chai là một trong những dòng thải có hàm lương ô nhiễm lớn trong sản xuất bia Ngoài ra, nước thải từ quá trình rửa chai có độ pH cao

- Nước sinh hoạt: nước do công nhân sử dụng và thải ra

- Nước chảy tràn trên bề mặt: lượng nước này chủ yếu là nước mưa, có lưu lượng lớn vào mùa mưa, còn vào mùa khô thì không đáng kể.Đặc trưng của nước thải này là cuốn theo các chất rơi vãi trên bề mặt nhà máy Nhìn chung ham lượng ô nhiễm các chất hưũ cơ hòa tan là nhỏ

- Lượng nước thải lớn khoảng 7-10 m3/1000 l bia thành phẩm

Thông số Đơn vị Mức hiện tại ở Việt Nam

-6-9900-14001700-2200500-6003022-2513-16Bảng 3 Các thông số đặc trưng của chất thải bia

.1.2 Phương án giảm thiểu lượng nước thải

Tái sử dụng nước thải

- Nước làm mát cho máy lạnh, làm lạnh dịch bia có thể giải nhiệt, tuần hoàn

- Nước ngưng tụ trong nấu bia có thể thu hồi cấp lại cho nồi hơi(do nước ngưng còn ở nhiệt độ cao Đây là nước mềm, không chứa ion Ca2+, Mg2+ đóng cặn thành thiết

bị )

Nước rửa các thùng lên men xử lý bằng phương pháp lọc, bổ xung thêm hóa chất để tái sử dụng

 Phân luồng dòng thải

- Dòng 1 : Nước làm lanh trong các thiết bị, tháp giải nhiệt của hệ thống lạnh, nước ngưng ở các nồi nấu… Đây là nguồn nước quy ước sạch

- Dòng 2 : Nước thải sinh hoạt, được quy thành nước thải xám và nước thải đen Trong đó nước thải xám là nước thải phát sinh từ các hoạt động nấu ăn, tắm rửa, giặt giũ Nước thải đen là nước thải sinh ra trong việc xả bồn cầu tại các khu vệ sinh Nướcthải đen bắt buột xử lý trước khi xả vào hệ thống xử lý nước thải chung

- Dòng 3 : Nước thải sản xuất là dòng thải lớn từ các công đoạn sản xuất Dòng thải này có hàm lượng ô nhiễm hữu cơ cao nên cần phải xử lý triệt để

 Áp dụng sản xuất sạch hơn

- Giảm thiểu lượng nước sử dụng: tuyên truyền, huấn luyện cho công nhân về cách sử dụng nước tiết kiệm và lợi ích của việc tiết kiệm nước.Sử dụng đúng mức lượng nước

để rửa thiết bị, nhà xưởng, nước vệ sinh…

- Thay đổi các công nghệ cũ bằng các công nghệ mới ít gây ô nhiễm hơn

+ Tránh việc nước rò rỉ thiết bị đổ ra ngoài

+ Tái sử dụng, tái chế các nguồn nước thích hợp

.2 Lựa chọn dây chuyền xử lý nước thải cho nhà máy.

- Khi chọn một công nghệ xử lý nước thải phải căn cứ vào các yêu cầu sau:

 Lưu lượng, thành phần và tính chất của nước thải

 Diện tích mặt bằng hiện có, cũng như các điều kiện mà nhà máy có thể

chấp nhận được

 Tiêu chuẩn đầu ra của nước thải

 Đặc tính của nguồn tiếp nhận

 Kinh phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành

 Đảm bảo khả năng xử lý khi nhà máy mở rộng sản xuất

Dựa vào đặc trưng của dòng thải và tiêu chuẩn đầu ra của nhà máy bia công suất 5 triệu lit bia / năm

Thông số Nước thải đầu vào Nước thải sau xử lý(QCVN

Ta thấy BOD5/COD =0,72 nằm trong khoảng 0,5 – 0,75 chứng tỏ hàm lượng chất hữu

cơ trong dòng thải khá cao nên để xử lý đạt hiệu quả cao tốt nhất ta dùng biện pháp xử

lý sinh học, vì ta cũng biết nước thải trong sản xuất bia chứa chủ yếu các chất hữu cơ ởdạng hòa tan và ở dạng lơ lững như: hidratcacbon, protein, các axit hữu cơ…

Phương pháp xử lý nước thải gồm có:

chắc rắn được chia làm 2 loại di động và cố định.Song chắc rắn được đặt nghiêng một góc 60-90 độ theo hướng dòng chảy.

2 Bể gom.

Lá nơi tiếp nhận nguồn nước thải trước khi đi vào các công trình xử lý tiếp theo Bể gom thường được làm bằng bêtông, xây bằng gạch, nó có tác dụng điều hòa lưu lượng nước thải

3.Song chắn rác tinh.

Để giữ lại các chất lơ lửng có kích thước nhỏ Thiết bị tách rác tinh có hình dạng trốngquay có kích thước khe chắn 1mm Tại đây, toàn bộ toàn rác có kích thước > 1mm sẽ được giữ lại trên bề mặt trống và được dao gạt ra ngoài như các mẫu trấu, huyền phù…

4 Bể điều hòa.

Đựợc dùng để duy trì lưu lượng dòng thải vào gần như không đổi ngoài ra còn điều chỉnh độ pH đến giá trị thích hợp cho quá trình xử lý sinh học Trong bể có hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san đều nông độ các chất bẩn trong toàn thể tích bể và không cho cặn lắng trong bể, pha loãng nồng độ các chất độc nếu có Tại bể điều hòa nước được điều chỉnh pH về giá trị thích hợp từ 6,6 – 7,6 nhờ bộ pH -

controller

Nước thải sau khi đi qua bể lắng được bơm sang bể UASB Bùn ở đáy bể được bơm qua bể chứa bùn.

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Thu Hà Page 13

Tại bể UASB diễn ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ có trong nước mà không cần

có oxy Nước thải được đưa trực tiếp vào phía dưới đáy bể và được phân phối đồng đều ở đó, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ và các chất hữu cơ, vô cơ được tiêu thụ ở đây

3.cửa dẫn hỗn hợp bùn nước sau khi đã tách khí

4.cửa tuần hoàn cặn lắng

Bể SBR là một công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó tuần

tự diễn ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải Các chất hữu cơ bị oxy hóa trong giai đoạn thổi khí Ngoài ra, hệ thống aeroten hoạt động gián đoạn có thể khử được nito và photpho sinh hóa do có thể điều chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp oxy

Cơ chế của quá trình:

- Oxy hóa các hợp chất hữu cơ không chứa nitơ (gluxit, hydrocacbua, axit hữu cơ )

CXHYOZ + ( x +

y

4-

z

2)O2 xCO2 +

z

2+

34)O2 xCO2 +

- Ngoài ra trong hệ thống còn xảy ra các quá trình nitrit và nitrat hóa

+ Nitrit hóa: NH4 + 3/2O2 + H2O NO2- + 2H3O+ + E

+ Nitrat hóa : NO2- + 1/2O2 NO3

Nước thải vào

- Giai đọan 2: Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khí haylàm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, yêu cầu về mức độ xử lý Để vi sinh vật hoạt động tốt, lượng oxy hòa tan trong nước ở bể sinh học ít nhất phải đạt 2 – 4(mg/l) Tùy theo nhiệt độ của môi trường mà lượng oxy trong nước có khác nhau Lượng oxy được cung cấp ở đây là nguồn oxy không khí thông qua thiết bị cấp khí ở đáy bể

- Giai đoạn 3: Lắng trong nước: quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu quả thủy lực của bể đạt 100%

Thời gian lắng trong và cô dặc bùn thường kết thúc sớm hơn 2h

- Giai đoạn 4: Tháo nước đã được lắng trong ở phần trên của bể ra nguồn tiếp nhận,phần nước trong sẽ được gạn ra nhờ thiết bị gạn nước bề mặt Decanter sau đó được đivào bể khử trùng Phần bùn lắng sẽ tham gia vào chu tình xử lý mới, lượng bùn dư sẽđược bơm qua bể nén bùn

- Giai đoạn 5: Chờ đợi để nạp mẻ mới

Hiệu quả xử lý bể SBR phụ thuộc vào các yếu tố sau: Thành phần các chất có trong nước thải, pH, hàm lượng oxy, lượng bùn, và trạng thái hoạt tính của bùn…… (Quá trình này có thể vận hành bằng tay)

Hình 5: Sơ đồ làm việc của bể aeroten hoạt động theo mẻ