Công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia

Song hành với sự phát triển trên, hàng ngày các nhà máy sản xuất bia đã thải ramột lượng lớn các loại chất thải, đặc biệt là nước thải với hàm lượng ô nhiễm rất cao.Nếu không giải quyết

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế của đất nước đã gặt hái được nhiều thànhtựu đáng khích lệ Tuy nhiên, chúng ta đang phải đối mặt với các thách thức về vấn đềmôi trường ngày càng nghiêm trọng Đặc biệt, chúng ta đã gia nhập WTO (11/1/2007)thì vấn đề môi trường càng vô cùng quan trọng; nó có thể quyết định đến thành cônghay thất bại của một đất nước phát triển

Đảng và nhà nước ta đã chú trọng một số ngành công nghiệp chính, trong đó cóngành công nghiệp thực phẩm Một trong những ngành công nghiệp thực phẩm làcông nghiệp sản xuất bia Ngành sản xuất bia có những bước phát triển mạnh mẽthông qua việc đầu tư và mở rộng các nhà máy bia có từ trước và xây dựng các nhàmáy bia mới thuộc Trung Ương và địa phương, các nhà máy liên doanh với các hãngbia nước ngoài

Song hành với sự phát triển trên, hàng ngày các nhà máy sản xuất bia đã thải ramột lượng lớn các loại chất thải, đặc biệt là nước thải với hàm lượng ô nhiễm rất cao.Nếu không giải quyết tốt việc xử lý nước thải của nhà máy sẽ làm giảm đi tính cạnhtranh của sản phẩm trên thị trường, đồng thời gây ô nhiễm đến nguồn nước và môitrường xung quanh, làm ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ của con người và gây nhiều táchại đến xã hội không thể lường hết được

Trên đây là lý do em chọn đề tài “Công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia” để

hoàn thành bài tập tham quan của mình Do thời gian có hạn nên bài làm của em cònnhiều thiếu xót mong các thầy cô góp ý Để bài làm của em được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ BIA 1.1 Giới thiệu sơ lược về ngành sản xuất bia

- Bia là loại nước giải khát có truyền thống lâu đời, có giá trị dinh dưỡng cao và

độ cồn thấp, mùi vị thơm, ngon và bổ dưỡng Uống bia với một lượng thích hợp khôngnhững có lợi cho sức khỏe, ăn cơm ngon, dễ tiêu hóa mà còn giảm được sự mệt mỏisau một ngày làm việc mệt nhọc Khi đời sống kinh tế xã hội phát triển nhu cầu tiêuthụ bia của con người ngày càng tăng

- Công nghiệp Bia được xếp vào các ngành “công nghiệp nông nghiệp” bởi nótác động lên các sản phẩm của nông nghiệp

- Thực tế, ngành công nghiệp bia ở nước ta và cả trên thế giới ngày càng pháttriển mạnh và có những bước tiến đáng kể về số lượng và chất lượng Thành công củangành bia không những đóng góp một tỷ trọng không nhỏ vào ngân sách nhà nước màcòn góp phần tạo công ăn việc làm cho hàng vạn lao động

 Nguyên liệu chính để sản xuất bia

+ Malt đại mạch: nhập của các nước Đông Âu, Bỉ, Đan Mạch, Pháp

Malt đại mạch chứa hàm lượng tinh bột lớn Hạt lúa mạch được xử lý bằng cách ngâmhạt vào trong nước, để cho chúng nảy mầm đến một giai đoạn nhất định và sau đó làmkhô hạt đã nảy mầm trong các lò sấy nhằm thu hạt ngũ cốc đã mạch nha hóa (malt) vớimục đích sản xuất bia

+ Hoa houblon các loại: nhập của cộng hòa liên bang Đức

Hoa houblon: là một loại hoa dùng cho sản xuất bia với tác dụng tạo cho bia có vịđắng và mùi thơm đặc trưng Ngoài ra, hoa houblon còn có tính sát trùng đối với các visinh vật, đồng thời tạo bọt và giữ bọt cho bia tốt hơn

+ Nước

Thành phần chính của bia là nước (80 – 90%) nên nguồn nước và các đặc trưng của

nó có ảnh hưởng rất quan trọng đến các đặc trưng của bia

Do đó, để đảm bảo sự ổn định về chất lượng và mùi vị của các sản phẩm, nước cầnđược xử lý trước khi tham gia vào quá trình sản xuất bia nhằm đạt được chỉ tiêu chấtlượng nhất định

Yêu cầu của nước dùng trong sản xuất bia: là loại nước mềm, trong, không mùi vị vàđạt các chỉ tiêu sau:

Bảng 1.1 Yêu cầu đối với nước dùng trong sản xuất bia.

Nấm men đóng vai trò quyết định trong sản xuất bia vì quá trình trao đổi chất của tếbào nấm men bia chính là quá trình chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm Quá trìnhchuyển hóa này gắn liền với sự tham gia của hệ enzym trong tế bào nấm men Do đó,việc nuôi cấy nấm men để thu được một hệ enzym có hoạt lực cao là một khâu hết sứcquan trọng

Hai chủng nấm men thường được sử dụng trong sản xuất bia là nấm men nổi

Sacharomyces cerevisiae và nấm men chìm Sacharomyces carlsbergensis.

+ Gạo: mua tại các vùng trong nước

Ở Việt Nam, gạo tẻ thường được dùng làm nguyên liệu thay thế kèm theo malt để hạgiá thành sản phẩm Tỷ lệ gạo khoảng 20 – 30% Gạo tẻ là nguồn nguyên liệu dễ kiếm,không cần nhập ngoại

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất bia

Xay, nghiền Malt

Nấu – đường hóa

Xay, nghiền

Lọc dịch đường

Hồ hóa

Nấu hoa Tách bã Làm lạnh nhanh

Lên men chính, phụ

Lọc bia

Bão hòa CO2

Chiết chai, lon Đóng nắp Thanh trùng

Nước mềm Nước cấp để rửa

Hơi nước Phụ gia

Hoa houblon Hơi nước

Nước lạnh 1oC và Glycol

Bã malt

Bã hoa houblon

Sục khí

Bã men Phục hồi men

Men giống

Bột trợ lọc

Bã lọc Nén CO2

Chai vỡ

Rửa chai Chai

lon Hơi Xút

Nắp hỏng Hơi nước

Nhãn Hồ Thùng carton

Nước thải

Tiếng ồn Bụi

Hình 1.1 Quy trình công nghệ sản xuất bia

 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

- Nguyên liệu được kiểm tra chất lượng, số lượng và đưa vào nhập kho Theocông thức phối liệu sẽ chuyển sang xay, nghiền nhỏ, tạo điều kiện cho các công đoạnsau được thực hiện dễ dàng và triệt để

- Bột gạo sau khi được xay nhỏ sẽ hòa trộn với nước và đem gia nhiệt nấu chín

Tiếp theo cho bột malt vào gia nhiệt, thực hiện đường hóa Trong môi trường giàunước, các hợp chất sẽ được thủy phân dưới sự xúc tác của enzym.

- Lọc bỏ bã, thu hồi dịch đường Lọc dịch đường để thu nước nha trong và loại

- Dịch đường sau houblon hóa được tách cặn, chuyển dịch và men vào Tank lênmen thực hiện quá trình lên men chuyển đường thành rượu Quá trình lên men đượcthực hiện ở nhiệt độ thấp tạo điều kiện cho men hoạt động Vì vậy, cần phải có giaiđoạn làm lạnh nhanh dịch đường trước khi thực hiện lên men

- Lên men là giai đoạn quan trọng nhất trong sản xuất bia, quyết định để chuyểnhóa dịch đường houblon hóa thành bia dưới tác dụng của men

C6H1206 -> 2C2H5OH + 2CO2 - QR

- Lọc bia nhằm loại bỏ các chất không tan như nấm men, protein, houblon làm

cho bia trong hơn Tiếp theo bia được bão hòa CO2 và đưa đi chiết chai, bock, lon…

- Tiếp theo công đoạn chiết bia vào chai, lon…là công đoạn thanh trùng

- Sau khi thanh trùng, bia hơi được chiết két để vận chuyển đến các cơ sở tiêu thụ

ngay trong ngày, còn bia chai sẽ được chuyển đến khâu dán nhãn, nhập kho chờ xuấtxưởng

1.3 Đặc tính nước thải của ngành sản xuất bia

- Công nghiệp sản xuất bia là một trong những ngành công nghiệp đòi hỏi tiêu tốn

một lượng nước lớn cho mục đích sản xuất và vì thế sẽ thải ra môi trường một lượngnước thải lớn Trung bình lượng nước thải ở nhiều nhà máy bia lớn gấp 10 đến 20 lầnlượng bia sản phẩm

- Từ quy trình công nghệ sản xuất bia ta thấy hầu hết mọi công đoạn đều phát sinh ra

nước thải.Trong công nghệ sản xuất bia nước thải bao gồm:

+ Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như không bị ônhiễm, có khả năng tuần hoàn sử dụng lại

+ Nước thải từ bộ phận nấu – đường hóa, chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu, bểchứa, sàn nhà,…nên chứa bã malt, tinh bột, bã hoa, các chất hữu cơ,…

+ Nước thải từ hầm men là nước vệ sinh các thiết bị lên men, thùng chứa, đườngống, sàn nhà, xưởng,…có chứa bã men và chất hữu cơ

+ Nước thải rửa chai, đây cũng là một trong những dòng thải có chất ô nhiễm lớntrong công nghệ sản xuất bia, dòng thải của quá trình rửa chai có độ pH cao và làmcho dòng thải chung có giá trị pH kiềm tính

+ Công đoạn lên men chính và lên men phụ: nước thải của công đoạn này rất giàuxác men – chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin cùng với bia cặn

+ Giai đoạn thành phẩm: lọc, bão hòa CO2, chiết bock, đóng chai, hấp chai Nướcthải ở đây chứa bột trợ lọc lẫn xác men, lẫn bia chảy trang ra ngoài,…

Ngoài ra nước thải từ quy trình sản xuất còn có:

+ Nước lẫn bã malt và bột sau khi lấy dịch đường Để bã trên sàn lưới, nước sẽtách ra khỏi bã

+ Nước rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loại thiết bịkhác

+ Nước rửa chai và két chứa

+ Nước rửa sàn, phòng lên men, phòng tàng trữ

+ Nước thải từ nồi hơi

+ Nước vệ sinh sinh hoạt

+ Nước thải từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lượng clorit cao (tới 500 mg/l),cacbonat thấp

- Trong sản xuất bia công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự

khác nhau có thể là lên men nổi hay lên men chìm Nhưng sự khác nhau cơ bản làvấn đề sử dụng nước cho quá trình rửa chai, lon,máy móc thiết bị, sàn nhà,…Điều đódẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ô nhiễm của nhà máy bia rất khácnhau

- Lưu lượng dòng thải và đặc tính dòng thải trong công nghệ sản xuất bia còn biến đổi theo chu kì và mùa sản xuất

Bảng 1.2 Đặc tính nước thải của các nhà máy bia ở địa bàn miền trung

tính

Nhà máy bia Dung Quất

Công ty CP bia Sài

Qua bảng trên có thể thấy hàm lượng các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải các cơ

sở sản xuất bia đều cao, vượt tiêu chuẩn cho phép vài lần Do đó chúng ta phải tiếnhành xử lý nguồn nước thải này trước khi thải ra môi trường nếu không xử lý mà thải

ra môi trường sẽ để lại hậu quả nghiêm trọng cho con người, động vật, và hệ sinh tháitrên trái đất này

Nước thải nhà máy

Bể chứa bùn

CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA 2.1 Phương pháp xử lý nước thải nhà máy bia của công ty Cổ Phần Đường Quảng Ngãi

Hình 2.1 Hệ thống xử lý nước thải tập trung của nhà máy bia

Thuyết minh về hệ thống xử lý nước thải tập trung

Qui hoạch và xử lý sơ bộ nước thải tại các đơn vị:

Chất hữu cơ đơn giản

Acid béo bay hơi

CH4 + CO2

Thủy phân acid hóaChất hữu cơ phức tạp

Nước thải ô nhiễm tại các đơn vị được phân loại, xử lý sơ bộ để tách các chất rắn

lơ lửng có khả năng gây tắt đường ống và bơm chuyển, tập trung về bể thu Từ đây,bơm đến bể chứa tập trung của công ty

 Thu gom nước thải và xử lý sơ bộ tại hệ thống tập trung của công ty:

+ Nước thải từ các nhà máy có chất ô nhiễm chính là hữu cơ (bánh kẹo,mạch nha, nước khoáng, bia, sữa) được bơm từ hệ thống thu gom và xử lý sơ bộ củanhà máy lên bể chứa tập trung của công ty

+ Nước thải từ phân xưởng lò hơi do có chứa thêm nhiều tạp chất như tro nênphải bơm ra bể xử lý sơ bộ và lắng trước khi bơm vào bể chứa tập trung

 Xử lý trong hệ thống:

+ Khuấy trộn: nước thải từ các nhà máy bơm lên là một hỗn tạp rất nhiều thành

phần Để thuận tiện và ổn định đầu vào, phải thực hiện việc khuấy trộn đều các loạinước thải này thực hiện tại bể điều hòa

+ Trung hòa: từ bể điều hòa nước thải tự chảy qua bể trung hòa Tại đây dùng

axit (HCl hoặc H3PO4) để điều chỉnh nước thải ở pH = 6,8 – 7,5

+ Phân hủy kỵ khí ở bể UASB: nước thải sau khi được điều chỉnh pH bằng

dung dịch HCl hoặc H3PO4, được bơm chìm bơm lên bể UASB, nước được phân phốivào từ đáy bể thông qua hệ thống phân phối Phân hủy kỵ khí thực hiện trong bểUASB Đây là quá trình phân hủy rất phức tạp, trải qua nhiều giai đoạn, do một hỗn

hợp nhiều loại vi khuẩn (chủ yếu là vi khuẩn kỵ khí đảm nhiệm)

- Nguyên lý chung của quá trình có thể thể hiện qua sơ đồ sau:

Hình 2.2 Sơ đồ phân hủy kỵ khí trong bể UASB.

Những yếu tố chính ảnh hưởng đến lên men yếm khí:

+ Nhiệt độ: tốt nhất là 35oC Tuy nhiên, một số vi khuẩn hoạt động tốt từ 30 –

35oC, một số khác có thể từ 50 – 55oC Khi nhiệt độ < 10oC thì quá trình hoạt động của

vi khuẩn mêtan gặp khó khăn

+ Tỷ lệ C và N: tỷ lệ tốt nhất là C/N từ 25 – 30

+ Độ pH tốt nhất: tốt nhất dao động từ 6,5 – 7,5

+Thời gian tồn lưu nước trong bể: đảm bảo tốt nhất tối thiểu là 8h

Chức năng chính của bể UASB là làm giảm COD của nước thải Sau khi kết thúcquá trình phân hủy kỵ khí, đối với nước thải có COD từ 5000 – 20.000 mg/l thì khảnăng phân hủy có thể đạt 75 – 85%

+ Lắng trong bằng bể Lamelle : bể lắng có nhiệm vụ tách cặn vi sinh ở bể xử

lý sinh học kỵ khí dính bám mang sang

Sau khi nước thải ra khỏi bể UASB sẽ tiếp tục tự chảy qua bể lắng, bằng cơ chếcủa quá trình lắng trọng lực có sử dụng các ống đặt nghiêng khoảng 30 nước thải sẽ

đi từ dưới lên trên bể, việc đặt các ống nhựa trong bể lắng mục đích chống chảy rốidòng của nước thải, phân dòng, tạo dòng chảy tĩnh

Nước thải ra khỏi bể lắng có hàm lượng cặn giảm đến 80 Phần nước tách cặn

sẽ chảy vào máng thu và tự chảy qua bể lọc hiếu khí, phần cặn lắng được đưa vào bểchứa bùn, chuyển đi làm phân bón

+ Phân hủy hiếu khí bằng hạt lọc: sau khi nước thải ra khỏi bể UASB sẽ tiếp

tục tự chảy qua bể phân hủy hiếu khí Quá trình xử lý hiếu khí thực hiện theo phươngpháp lọc hiếu khí bằng vật liệu ngập trong nước

- Mô tả công nghệ: có 04 bể hiếu khí nối liền nhau, cấu trúc thiết bị và vận hành

công nghệ giống nhau, chỉ khác nhau về cao trình Bên trong bể có chứa hạt lọc, có hệthống phân phối oxy, hệ thống ống nước vào, nước ra

+ Nước thải sẽ tuần tự chảy qua: bể 1  bể 4 theo nguyên tắc chảy từ dưới đáy lên trênmặt bể Không khí sẽ được thổi liên tục để cấp oxy cho vi khuẩn bám trên bề mặt các

hạt lọc thực hiện quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải (quá trình oxy hóa).

Nước thải nhà máy

Thuyết minh quy trình công nghệ

 Hầm tiếp nhận

Song chắn rác: thường làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào của kênh dẫn sẽ giữ lại cáctạp chất vật thô như giẻ, rác, bao nilon, và các vật thải khác được giữ lại, để bảo vệ cácthiết bị xử lý như bơm, đường ống, mương dẫn… Dựa vào khoảng cách giữa cácthanh, người ta chia song chắn rác thành hai loại:

+ Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 đến 100mm

+ Song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 đến 25mm

+ Chọn song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh là 25mm được đặt cố định,nghiêng một góc 600 đặt ở cửa vào bể gom và được lấy rác vào cuối ngày

Bể gom: là nơi tiếp nhận nguồn nước thải trước khi đi vào các công trình xử lý tiếp

theo Bể gom thường được làm bằng bê tông, xây bằng gạch Trong quy trình này bểgom còn có tác dụng điều hòa lưu lượng nước thải

Lưới lọc: để giữ lại các chất lơ lửng có kích thước nhỏ Lưới có kích thước lỗ từ 0,5

đến 1mm Khi tang trống quay với vận tốc 0,1 đến 0,5 m/s, nước thải được lọc qua bềmặt trong hay ngoài, tùy thuộc vào sự bố trí đường dẫn nước vào Trong nhà máy bia

là các mẫu trấu, huyền phù… bị trôi ra trong quá trình rửa thùng lên men, thùng nấu,nước lọc bã hèm, sẽ được giữ lại nhờ hệ thống lưới lọc có kích thước lỗ 1mm Các vậtthải được lấy ra khỏi bề mặt lưới bằng hệ thống cào

 Bể điều hòa: được dùng để duy trì lưu lượng dòng thải vào gần như không đổi,

quan trọng là 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 nồng độ cácchất bẩn trong toàn thể tích bể và không cho cặn lắng trong bể, pha loãng nồng độ cácchất độc hại nếu có Ngoài ra còn có thiết bị thu gom và xả bọt, váng nổi Tại bể điềuhòa có máy định lượng lượng acid cần cho vào bể đảm bảo pH từ 6,6 – 7,6 trước khiđưa vào bể xử lý UASB

 Bể UASB: tại đây diễn ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ, vô cơ có trong

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

Quá trình chuyển hóa các chất bẩn trong nước thải bằng vi sinh yếm khí xảy ra theo babước:

+ Giai đoạn 1: một nhóm các vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải thủy phân các hợpchất hữu cơ phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng nhẹ nhưmonosacarit, amino acid để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh hoạt động.+ Giai đoạn 2: nhóm vi khuẩn tạo men acid biến đổi các hợp chất hữu cơ đơn giảnthành các acid hữu cơ thường là acid acetic, acid butyric, acid Propionic Ở giai đoạnnày pH của dung dịch giảm xuống.

+ Giai đoạn 3: các vi khuẩn tạo metan chuyển hóa hiđrô và acid acetic thành khí metan

và cacbonic pH của môi trường tăng lên

 Bể sinh học MBBR:

Phương pháp sinh học hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt độngtrong điều kiện cung cấp oxy liên tục Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinhvật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa Các vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy các chất hữu

cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phầnchất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3- , SO42- ,…Vi sinh vật tồn tạitrong bùn hoạt tính của bể sinh học bao gồm Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter,Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, và hai loại vi khuẩn nitratehóa Nitrosomonas và Nitrobacter Thêm vào đó, nhiều loại vi khuẩn dạng sợi nhưSphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix, và Geotrichum cũng tồn tại

Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ hòa tan, chất keo và cácchất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo

ba giai đoạn chính như sau:

+ Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật

+ Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong

và bên ngoài tế bào

+ Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bàomới

Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ các chất hữu cơ, hàmlượng các tạp chất, mật độ vi sinh vật và mức độ ổn định lưu lượng của nướcthải ở trạm xử lý Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc

độ phản ứng oxy hóa sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải,nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các nguyên tố vi lượng… Tải trọng chất hữu cơ của bểsinh học hiếu khí truyền thống thường dao dộng từ 0,32-0,64 kg BOD/m3.ngày