tìm hiểu và đề xuất các phương án xử lí nước thải của công nghệ sản xuất bia

Nhóm 5 – 08CHP GVHD : Th.s Nguyễn Thị Hường MỞ ĐẦU Hiện nay nhu cầu về bia trên thế giới cũng như ở Việt Nam rất lớn vì bia là một loại nước uống mát, bổ, có độ cồn thấp, có hương vị đặc trưng…đặc biệt CO 2 bão hòa trong bia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của người uống, nhờ những ưu điểm này mà bia được sử dụng ở hầu hết các nước trên thế giới và sản lượng ngày càng tăng. Ở Việt Nam cùng với sự phát triển của nền kinh tế dẫn đến thu nhập của người dân ngày càng cao nên nhu cầu sử dụng các loại nước giải khát cũng như bia càng tăng. Trong những năm qua, các nhà máy bia được đấu tư xây dựng ngày càng nhiều bằng kinh phí của nhà nước, tư nhân và nước ngoài, đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng. Tuy nhiên, do vốn đầu tư ít thiếu công nghệ, lại chỉ quan tâm đến lợi nhuận, nước thải các dây chuyền bia này hầu như không được xử lý mà đổ thẳng ra sông, đồng ruộng, góp phần đáng kể vào nạn ô nhiễm môi trường ở nước ta Nước thải do sản xuất rượu bia thải ra thường có đặc tính chung là ô nhiễm hữu cơ rất cao, nước thải thường có màu xám đen và khi thải vào các thuỷ vực đón nhận thường gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân huỷ của các chất hữu cơ diễn ra rất nhanh. Thêm vào đó là các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất như CaCO 3 , CaSO 4 , H 3 PO 4 , NaOH, Na 2 CO 3 …Những chất này cùng với các chất hữu cơ trong nước thải có khả năng đe doạ nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không được xử lý. Vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế ra các hệ thống xử lí nước thải trong các ngành công nghiệp sản xuất bia là một yêu cầu cấp thiết cho việc bảo vệ môi trường cùng với các hoạt động mang tính thiết thực đối với môi trường sẽ đảm bảo cho sự phát triển bền vững của xã hội loài người và các loài sinh vật sống trên hành tinh chúng ta. Vìa những li do trên chúng tôi chọn đề tài “ Tìm hiểu và đề xuất các phương án xử lí nước thải của công nghệ sản xuất bia”. Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 1 Nhóm 5 – 08CHP GVHD : Th.s Nguyễn Thị Hường CHƯƠNG І: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1. Khái niệm và phân loại về nước thải 1.1.1. Khái niệm Nước thải là nước sau khi đã được sử dụng với các mục đích khác nhau hay là nước hết giá trị sử dụng của một quá trình nào đó. 1.1.2. Phân loại nước thải Một trong các cách phân loại nước thải là có thể phân loại nước thải theo nguồn gốc phát sinh ra chúng. Theo cách phân loại này, có các loại nước thải sau: 1.1.2.1. Nước thải sinh hoạt Là nước thải được thải từ các khu dân cư, khu hoạt động thương mại, khu vực công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác. Nói chung, nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người. Cơ sở xác định lượng nước thải sinh hoạt là từ nước cấp Lượng nước thải sinh hoạt từ tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng phụ thuộc vào loại công trình, chức năng, số lượng người. Đặc điểm của nước thải sinh hoạt: chứa hàm lượng chất hữu cơ cao (55- 65% tổng lượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật có cả vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa chất bẩn trong nước thải. 1.1.2.2. Nước thải công nghiệp và dịch vụ Là nước thải được thải từ các quá trình công nghệ hay dịch vụ có xử dụng nước và thành phần của nước thải phụ thuộc vào công nghệ hay dịch vụ. Trong các xí nghiệp công nghiệp thường tạo thành 3 loại nước thải: + Nước được sử dụng như nguyên liệu sản xuất, giải nhiệt, làm sạch bụi và khói thải, … + Nước được sử dụng vệ sinh công nghiệp, nhu cầu tắm rửa, ăn ca của công nhân + Nước mưa chảy tràn Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 2 Nhóm 5 – 08CHP GVHD : Th.s Nguyễn Thị Hường Nhu cầu về cấp nước và lượng nước thải sản xuất phụ thuộc vào: loại hình, công nghệ, loại và thành phần nguyên vật liệu, công suất nhà máy…… Công nghệ sản xuất ảnh hưởng lớn đến lượng nước tiêu thụ, lượng nước thải tạo thành, chế độ xả thải và thành phần tính chất nước thải. Áp dụng công nghệ tiên tiến và thiết bị càng hiện đại thì lượng nước sử dụng sẽ giảm rất nhiều. Bảng: Nhu cầu cấp nước và lượng nước thải một số ngành công nghiệp Ngành công nghiệp Đơn vị tính Nhu cầu cấp nước Lượng nước thải Sản xuất bia L.nước/l.bia 10-20 6-12 Công nghiệp đường m 3 nước/tấn đường 30-60 10-50 Công nghiệp giấy m 3 nước/tấn giấy 300-550 250-450 Dệt nhuộm m 3 nước/tấn vải 400-600 380-580 Nước thải trong các nhà máy được chia ra làm hai nhóm + Nước thải sản xuất không bẩn: chủ yếu thải ra do quá trình làm nguội, quá trình ngưng tụ + Nước thải sản xuất bẩn: chứa nhiều tạp chất, cặn bẩn khác nhau, chất hữu cơ, vô cơ……thành phần đa dạng và phức tạp, một số nước thải chứa nhiều kim loại độc hại, nhiều vi khuẩn gây bệnh. Nước thải công nghiệp phụ thuộc vào quá trình sản xuất, quy trình công nghệ. Xử lí nước thải công nghiệp khó khăn hơn mức độ ô nhiễm phức tạp hơn so với nước thải sinh hoạt. Nước thải sản xuất chứa nhiều chất bẩn khác nhau về cả số lượng lẫn thành phần do đó không thể có tiêu chuẩn về các chỉ tiêu, thành phần hóa lí cho một loại nước thải nào được. 1.1.2.3. Nước thải của sản xuất nông nghiệp: Thường là nước tưới tiêu trong trồng trọt hay nước từ các khu vực chăn nuôi và trồng trọt: chất hữu cơ, phân hoá học, thuốc trừ sâu. Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 3 Nhóm 5 – 08CHP GVHD : Th.s Nguyễn Thị Hường 1.1.2.4. Nước thải bệnh viện: Số lượng vi sinh vật lớn và đa dạng, nhiều vi sinh vật gây bệnh đặc biệt là các bệnh truyền nhiễm, các hoá chất độc hại, nguy hiểm và có thể có phóng xạ. 1.1.2.5. Nước thải đô thị Xấp xỉ 50% nước thải sinh hoạt + 14% nước thấm + 36% nước thải công nghiệp. Lưu lượng phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu, các tính chất đặc trưng của đô thị, lưu lượng này đạt max từ 10- 12h và đạt min vào 5h sang 1.1.2.6. Nước mưa nhiễm bẩn Độ ô nhiễm của nước mưa phụ thuộc vào độ ô nhiễm của môi trường không khí, bề mặt khu vực có nước chảy tràn. 1.2. Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng nước thải. 1.2.1. Các chất rắn trong nước thải Nước thải là hệ phân tán bao gồm nước và các chất bẩn. Các nguyên tố chủ yếu có trong thành phần nước thải sinh hoạt là C, H, O, N với công thức trung bình là C 12 H 26 O 6 N Các chất bẩn có trong nước thải gồm cả vô cơ và hữu cơ, tồn tại dưới dạng cặn lắng, các chất rắn không lắng được là các chất hòa tan và dạng keo. Gồm cả chất vô cơ và hữu cơ, tồn tại ở dạng cặn lắng, không lắng, các dạng hòa tan và keo Có thể mô tả như sau: Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 4 Nhóm 5 – 08CHP GVHD : Th.s Nguyễn Thị Hường NTSH Các chất rắn không hòa tan sẽ làm thành cặn lắng vào đầu các cống xả gây cản trở dòng chảy, thay đổi kích thước hệ thống xả thải, thay đổi chế độ thủy lực của hồ hoặc song kèm theo quá trình hô hấp của vi sinh vật trong các lớp mùn gây thiếu oxi, xuất hiện quá trình phân hủy yếu khí sinh ra các khí: H 2 S, CO, CH 4 ……gây mùi và làm vùng nước bị đen. 1.2.2. Chất hữu cơ trong nước thải Trong nước thiên nhiên và nước thải tồn tại nhiều tạp chất hữu cơ nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo: protein, hợp chất hữu cơ chứa nitơ, các loại phụ gia thực phẩm…chất thải của người và động vật. Các chất hữu cơ có thể tồn tại dưới các: dạng keo, hòa tan, không tan, bay hơi, không hơi, dễ phân hủy, khó phân hủy……… Phần lớn chất hữu cơ trong nước thải là cơ chất của vi sinh vật vì nó tham gia vào quá trình dinh dưỡng và tạo năng lượng cho vi sinh vật. Việc xác định riêng rẽ chất hữu cơ rất khó vì vậy người ta thường xác định tổng các chất hữu cơ. Các thông số thường được chọn là: TOC, DOC, COD, BOD Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 5 99,9% nước 0,1% chất bẩn 30-50% chất vô cơ: cát, muối, kim loại 50-70% chất hữu cơ: 65% protein, 25% C, 10% chất béo Nhóm 5 – 08CHP GVHD : Th.s Nguyễn Thị Hường Trong nước thải đô thị và một sô loại nước thải công nghiệp, các chất hữu cơ chủ yếu là các hydratcacbon (CHO). Việc xác định riêng biệt các thành phần hữu cơ riêng biệt là khó khăn, người ta thường xác định tổng các chất hữu cơ thông qua chỉ tiêu: COD, BOD Thường giá trị COD nhỏ hơn nhiều giá trị BOD do không phải bất kì chất nào oxy hóa cũng chuyển thành CO 2 Giữa đại lượng COD, BOD có mối quan hệ với nhau và liên hệ theo một tỷ lệ phụ thuộc vào loại nước thải, nước nguồn và cả quá trình xử lí. Thường COD Cr2O72- : BOD 20 : COD MnO4- : BOD 5 = 0,95:0,71:0,65:0,48 1.2.3. Độ bẩn sinh học của nước thải Nước thải chứa nhiều vi sinh vật đặc biệt là vi sinh vật gây bệnh: trứng giun, sán… Chuẩn số coli : Tỉ số thể tích nước thải ít nhất (ml) có 1 coli. Đối với nước thải sinh hoạt chuẩn số này: 1.10 -7 Tổng số coliform: là số lượng vi khuẩn dạng coli có trong 100 ml dung dịch nước. 1.3. Các quá trình xảy ra trong nước thải 1.3.1. Quá trình nitrat hóa, nitrit hóa, khử nitrat Nitơ tồn tại trong nước thải ở các dạng: các hợp chất hữu cơ, NH 4 + , NO 3 - , NO 2 - Chu trình nitơ trong nước thải: Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 6 Nitơ N_protein thực vật N_protein động vật NH 3, NH 4 + NO 2 - NO 3 - Qua quá trình cố định Nitrit hóa Vi khuẩn Nitrosomonas Nitrat hóa Vi khuẩn nitrobacter Khử nitrat NO 3 - + 4H + + 5C →N 2 + CO 2 + H 2 O Vi khuẩn yếm khí Nhóm 5 – 08CHP GVHD : Th.s Nguyễn Thị Hường Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 7 Nhóm 5 – 08CHP GVHD : Th.s Nguyễn Thị Hường Hàm lượng NO 2 - , NO 3 - < 0,02 mg/l. Trong điều kiện có NH 3 cao, pH, nhiệt độ cao thì quá trình nitrit xảy ra thuận lợi tạo ra nhiều NO 2 - Nguồn nitơ chủ yếu từ nước tiểu. Thống kê thì mỗi người thải 1,2lit/người.ngày.đêm, và trong 12gam nitơ amoni dạng ure la 0,7g còn lại là nitơ dạng khác NO 3 - là sản phẩm cuối cùng của quá trình nitrat hóa các hợp chất hữu cơ chứa nitơ. Đối với công trình XLNT bằng phương pháp sinh học chỉ có NO 3 - chứng tỏ sự hoàn thiện của hệ thống xử lí đó. NO 3 - là nguồn cung cấp oxi cho vi sinh vật trong điều kiện nước thải thiếu oxi và xảy ra quá trình khử nitrat hóa. 1.3.2. Quá trình khoáng hóa các hợp chất hữu cơ Chất hữu cơ trong nước thải là môi trường cho các loại vi khuẩn phát triển. Quá trình khoáng hóa chất hữu cơ nhờ oxy hóa sinh hóa xảy ra theo hai giai đoạn: + Oxy hóa các hợp chất chứa C thành CO 2 và nước + Oxy hóa các hợp chất chứa nitơ thành nitrit sau đó thành nitrat Quá trình khoáng hóa các hợp chất trong điều kiện hiếu khí thực tế là quá trình tiêu thụ oxy hòa tan từ khí quyển vào nước thải. 1.3.3. Quá trình tiêu thụ oxy và hòa tan oxy trong nước thải Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 8 Nhóm 5 – 08CHP GVHD : Th.s Nguyễn Thị Hường Khi có đủ oxy trong nước thải, tốc độ oxy hóa chất hữu cơ chứa C tỷ lệ thuận với khối lượng chất hữu cơ có trong nước thải. 1.4. Ảnh hưởng của nước thải gây ra với nguồn tiếp nhận + Xuất hiện các chất nổi trên mặt hoặc có cặn lắng: Các hiện tượng nhiễm bẩn này thường do nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm hoặc nước thải sản xuất từ các xí nghiệp có chứa dầu mỡ và các sản phẩm dầu mỡ. Chúng tạo nên lớp màng dầu, mỡ nổi trên mặt nước và nếu cặn nặng thì lắng xuống đáy. Chúng làm cho nước có mùi vị đặc trưng và làm giảm lượng oxy trong nước nguồn. Với hàm lượng dầu từ 0,2-0,4 mg/l sẽ làm cho nước có mùi dầu. Khử mùi dầu là một việc làm rất khó khăn. Tôm, cá sống trong nước bị nhiễm bẩn do các sản phẩm dầu mỡ có tốc độ sinh trưởng rất kém, thậm chí không sinh trưởng được và thịt của chúng có mùi dầu. + Thay đổi tính chất lý học: Nguồn nước tiếp nhận nước thải sẽ bị đục, có màu, có mùi do các chất thải đưa vào hoặc do sự phát triển của tảo, rong rêu, sinh vật phù du…… tạo nên + Thay đổi thành phần hóa học: Tính chất hóa học của nguồn nước tiếp nhận sẽ bị thay đổi phụ thuộc vào loại nước thải đổ ra. Hiện tượng này tạo ra là do nước thải mang tính axit hoặc kiềm hoặc chứa loại hóa chất làm thay đổi thành phần và hàm lượng các chất có sẵn trong thủy vực. + Lượng oxy hòa tan trong nước bị giảm: Hàm lượng oxy hòa tan trong nguồn nước tiếp nhận sẽ bị giảm là do tiêu hao oxy để oxy hóa các chất hữu cơ do nước thải đổ vào. Hiện tượng này làm giảm oxy hòa tan(<4 mg/l) trong nước gây ảnh hưởng xấu cho các loài thủy sinh vật. + Xuất hiện hoặc làm tăng các loại vi khuẩn gây bệnh: Nước thải kéo theo các loại vi khuẩn gây bệnh vào nguồn nước tiếp nhận làm suy giảm chất lượng đối với việc cung cấp nước cho các mục đích trong đó đặc biệt là mục đích sinh hoạt. Tóm lại, nếu nước thải bị lưu đọng hoặc xử lý chưa đạt yêu cầu sẽ gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt đối với nguồn tiếp nhận, hậu quả tiếp theo gây ảnh hưởng xấu đến vệ sinh môi trường và sức khỏe con người. 1.5. Các phương pháp xử lí nước thải Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 9 Nhóm 5 – 08CHP GVHD : Th.s Nguyễn Thị Hường Có thể phân loại các phương pháp xử lý nước thải theo đặc tính xử lý như : Xử lý cơ học, xử lý hóa học, xử lý sinh học. Tùy tính chất của từng loại nước thải mà trong qui trình xử lý, có thể kết hợp các phương pháp trên để đạt yêu cầu xử lý với hiệu quả cao. 1.5.1. Phương pháp xử lý cơ học Nước thải cóa thành phần hết sức phức tạp. Trong nước thải không chỉ chứa các thành phần hóa học hòa tan, các loại vi sinh vật mà còn chứa các chất không hòa tan tan. Những phương pháp loại chất rắn có kích thước lớn và tỉ trọng lớn được goi chung là phương pháp cơ học. Đay là quá trình xử lí mà khi nước thải đi qua quá trình đó sẽ không thay đổi tính chất hóa học và sinh học của nó. Xử lý cơ học có thể loại bỏ 60% các tạp chất không hòa tan trong nước thải và giảm 20% BOD và nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo. Các phương pháp và thiết bị sử dụng trong xử lý cơ học : 1.5.1.1. Song chắn rác : Nước thải sau khi đi vào hệ thống XLNT phải đi qua hệ thống song chắn rác hoặc lưới chắn rác. Nhờ đó giúp ngăn chặn các vật cứng, vật nổi đi vào máy bơm, vào các bể xử lý công đoạn sau. Đây là bước xử lí sơ bộ quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải . Yêu cầu: + Phải tháo gỡ dễ dàng + Dễ lấy rác và tổn thất áp lực qua nó nhỏ Phân loại : Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn. Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm. Theo hình dạng có thể phân thành song chắn rác và lưới chắn rác. Song chắn rác cũng có thể đặt cố định hoặc di động. Song chắn rác được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 10 [...]... men có các đặc tính đặc thù riêng biệt của chúng 2.1.1.2.Quy trình công nghệ sản xuất bia Các công đoạn chính của công nghệ sản xuất bia được miêu tả theo sơ đồ sau : Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 21 Nhóm 5 – 08CHP Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia GVHD : Th.s Nguyễn Thị Hường Trang : 22 Nhóm 5 – 08CHP - GVHD : Th.s Nguyễn Thị Hường Chuẩn bị nguyên liệu : Malt đại mạch và nguyên... nghiệp sản xuất bia 2.1.2.1.Nguồn gốc và đặc tính Trong công nghệ sản xuất bia thì các nguyên liệu sử dụng sẽ quyết định tính chất thành phần của nước thải Nước thải từ quá trình sản xuất bia có thành phần, tính chất và nhiệt độ không ổn định.Trong các nhà máy bia 30% khối lượng nước thải là từ quá trình sản xuất bia và 70% là từ quá trình rửa chai lọ Nước thải của nhà máy bia gấp khoảng 6 lần so với bia. .. quả cao hơn.Trong đề tài chúng tôi đã nghiên cứu quy trình sản xuất bia và các nguồn nước thải từ nhà máy bia Từ đó đề xuất hai phương án xử lí nước thải nhà máy bia, các phương án này có nhiều ưu điểm như hiệu quả xử lí cao, thiết bị đơn giản, dễ thực hiên, phù hợp với điều kiện kinh tế, xã hội của Việt Nam Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 36 ... Các công nghệ sử dụng phương pháp phân hủy hiếu khí : • Hồ yếm khí • Lọc sinh học yếm khí • Bể ủ khí metan • Bể UASB Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 18 Nhóm 5 – 08CHP GVHD : Th.s Nguyễn Thị Hường CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ CÁC NGUỒN PHÁT SINH NƯỚC THẢI 2.1 .Nước thải của công nghệ sản xuất bia 2.1.1 Tổng quan Bia được sản xuất lâu đời trên thế giới, là sản phẩm lên men cóa tác... chung, nước thải công nghiệp sản xuất bia bị ô nhiễm hữu cơ cao Tỉ số BOD5/COD cao, hàm lượng dinh dưỡng N, P rất cao, thuận lợi cho quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học CHƯƠNG III : ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÍ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA Sau khi phân tích các đặc điểm của nguồn nước thải cũng như ưu, nhược điểm của 2 phương pháp xử lý nước thải ta chon phương pháp xử lí sinh học có kết hợp hai phương pháp... vật Hệ vi sinh vật trong nước nói chung và trong nước thải nói riêng rất đa dạng và phong phú, phụ thuộc vào bản chất của nước và nước thải cũng như các điều kiện về môi trường Thường tron nước thải có chứa nhiều loài: vi khuẩn, nguyên sinh động vật, prôtza… Vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải được xử dụng chủ yếu dưới hai dạng: Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 15 Nhóm 5 –... 4,9-9 . Vìa những li do trên chúng tôi chọn đề tài “ Tìm hiểu và đề xuất các phương án xử lí nước thải của công nghệ sản xuất bia . Xử lí nước thải công nghệ sản xuất bia Trang : 1 Nhóm 5 – 08CHP GVHD. trong nước thải. 1.1.2.2. Nước thải công nghiệp và dịch vụ Là nước thải được thải từ các quá trình công nghệ hay dịch vụ có xử dụng nước và thành phần của nước thải phụ thuộc vào công nghệ hay. Hường CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ CÁC NGUỒN PHÁT SINH NƯỚC THẢI 2.1 .Nước thải của công nghệ sản xuất bia 2.1.1. Tổng quan Bia được sản xuất lâu đời trên thế giới, là sản phẩm lên men