Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty Cổ phần bia Sài Gòn - Miền Trung lên 100 triệu lít bianăm.doc

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty Cổ phần bia Sài Gòn - Miền Trung lên 100 triệu lít bianăm

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây nền công nghiệp thế giới nói chung và Việt Namnói riêng phát triển không ngừng Kinh tế phát triển, thu nhập được nâng cao, đờisống người dân được cải thiện… Tuy nhiên, bên cạnh những thành tựu đạt được thìchúng ta đang phải đối mặt với một vấn đề mang tính toàn cầu và đe dọa đến sựsống, đó là vấn đề ô nhiễm môi trường Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đangtrở 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 sáchcủa 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 pháttriển 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 Mộttrong những thách thức lớn nhất là vấn đề môi trường Chính phủ Việt Nam đã rấtquan tâm đến vấn đề này nên đã ban hành nhiều văn bản pháp luật như: luật bảo vệmôi trường (1994), nghị định 26/CP ngày 26/4/1996 của Chính Phủ về xử phạt hànhchính… và luật môi trường sửa đổi bổ sung (2006) nhằm quản lý và bảo vệ môitrường tốt hơn Chúng ta đã gia nhập WTO (11/1/2007) thì vấn đề môi trường là vôcùng quan trọng; nó có thể quyết định đến thành công hay thất bại của một doanhnghiệp

Trong xu thế phát triển chung đó, ngành công nghiệp Rượu- Bia- Nước giảikhát, không những vừa mang lại lợi nhuận cao mà còn đóng góp đáng kể (hơn 5000

tỷ đồng) cho ngân sách của nhà nước Vì thế, nhà máy bia Sài Gòn - Miền Trung,được xây dựng tại khu công nghiệp Phú Tài - Thành phố Quy Nhơn - Tỉnh BìnhĐịnh, công suất tối đa 50 triệu lít/năm có kế hoạch mở rộng lên 100 triệu lít/nămtrong tương lai Nhà máy sẽ góp phần giải quyết việc làm cho các lao động, khôngchỉ lao động trực tiếp trong nhà máy mà còn các lao động ở các mạng lưới phânphối và tiêu thụ sản phẩm; đồng thời đóng góp một phần không nhỏ cho ngân sáchnhà nước Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích to lớn, các loại chất thải (đặc biệt lànước thải) phát sinh từ hoạt động sản xuất tại nhà máy có tác động tiêu cực tới hệsinh thái và môi trường xung quanh Do đó, vấn đề quan tâm nhất là nguồn nướcthải từ quá trình sản xuất bia cần phải được xử lý một cách hiệu quả

Với những lý do trên, đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty Cổ phần bia Sài Gòn - Miền Trung lên 100 triệu lít bia/năm”

đã được lựa chọn làm đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA, CÁC CHẤT THẢI TỪ

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ HIỆN TRẠNG XỬ LÝ

I.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

I.1.1 Tình hình sản xuất, tiêu thụ Bia trên thế giới và ở Việt Nam

I.1.1.1 Sơ lược về Bia

Định nghĩa bia của Pháp: “Bia là một loại đồ uống thu được từ quá trình lên men dịch các chất chiết từ đại mạch nảy mầm, có bổ sung không quá 15% nguyên liệu đường khác và hoa houblon” [1]

Định nghĩa bia của Đức: “Bia là một loại đồ uống thu nhận được nhờ lên men, không qua chưng cất và chỉ sử dụng đại mạch nảy mầm, hoa houblon, nấm men và nước” [1]

Định nghĩa Bia của Việt Nam: “Bia là loại đồ uống lên men có độ cồn thấp, được làm từ nguyên liệu chính là malt đại mạch, houblon, nấm men và nước” [1]

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

và có độ cồn thấp, mùi vị thơm ngon và bổ dưỡng Uống bia với một lượng thíchhợp không những có lợi cho sức khỏe, ăn cơm ngon, dễ tiêu hóa mà còn giảm được

sự mệt mỏi sau ngày làm việc mệt nhọc Khi đời sống kinh tế xã hội phát triển nhucầu tiêu thụ bia của con người càng tăng

So với những loại nước giải khát khác, bia có chứa một lượng cồn thấp (3 –8%), và nhờ có CO2 trong bia nên tạo nhiều bọt khi rót, bọt là đặc tính ưu việt củabia

Về mặt dinh dưỡng, một lít bia có chất lượng trung bình tương đương với25g thịt bò hoặc 150g bánh mỳ loại một, hoặc tương đương với nhiệt lượng là 500kcal Vì vậy bia được mệnh danh là bánh mỳ nước.[1]

Ngoài ra trong bia còn có vitamin B1, B2, nhiều vitamin PP và axit amin rấtcần thiết cho cơ thể Trong 100ml bia 10% chất khô có: 2,5 – 5 mg vitamin B1, 35 –

36 mg vitamin B2 và PP [1] Chính vì vậy từ lâu bia đã trở thành thứ đồ uống quenthuộc được rất nhiều người ưa thích

Nước ta có khí hậu nhiệt đới, dân số tương đối lớn, hơn 83 triệu người và có

tỉ lệ dân số trẻ chiếm đa số nên tiềm năng tiêu thụ nước giải khát nói chung và bianói riêng là rất lớn, cần được khai thác

Thực tế, ngành công nghiệp bia ở nước ta ngày càng phát triển mạnh và cónhững bước tiến đáng kể về số lượng và chất lượng Thành công của ngành biakhông những đóng góp một tỷ trọng không nhỏ vào ngân sách nhà nước mà còn gópphần tạo công ăn việc làm cho hàng vạn lao động [1]

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 2

I.1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới

Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển, đời sống kinh tế cao thì biađược sử dụng như một thứ nước giải khát quan trọng

Hiện nay, trên thế giới có 25 nước sản xuất bia với tổng sản lượng trên 100

tỷ lít/năm, trong đó: Mỹ, Đức, mỗi nước sản xuất trên dưới 10 tỷ lít/năm; TrungQuốc 7 tỷ lít/năm (bảng 1.1)

Thống kê bình quân mức tiêu thụ hiện nay ở một số nước công nghiệp tiêntiến năm 2004 như sau: Cộng hòa Czech hơn 150 lít/người/năm; Đức 115 lít/người/năm; Mỹ trên 80 lít/người/năm (bảng 1.2)

Bảng 1.1 Sản lượng bia các nước (triệu lít) [1]

Tổng lượng tiêu thụ (triệu lít)

Bình quân đầu người (lít)

Tỉ lệ tăng so với năm 2003

Bảng 1.3 Phân chia lượng bia tiêu thụ theo vùng [1]

Châu Á là một trong những khu vực có lượng bia tiêu thụ tăng nhanh, cácnhà nghiên cứu thị trường bia của thế giới nhận định rằng Châu Á đang dần giữ vịtrí dẫn đầu về tiêu thụ bia trên thế giới.

Trong khi sản xuất bia ở Châu Âu có giảm, thì ở Châu Á, trước kia nhiềunước có mức tiêu thụ bia theo đầu người thấp, đến nay đã tăng bình quân6,5%/năm Thái Lan có mức tăng bình quân cao nhất 26,5%/năm; tiếp đến làPhilippin 22,2%/năm; Malaysia 21,7%/năm; Indonesia 17,7%/năm Đây là nhữngnước có tốc độ tăng nhanh trong khu vực Các nước xung quanh ta như Singaporđạt 18 lít/người/năm, Philippin 20 lít/người/năm… (theo số liệu của Viện rượu biaNGK Việt Nam)

Thị trường bia Nhật Bản chiếm 66% thị trường bia khu vực với 30,9 tỷ USD.Lượng bia tiêu thụ năm 2004 đã đạt trên 6500 triệu lít (theo nguồn từ Kirin news –Nhật Bản)

Thị trường bia của Trung Quốc phát triển là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy

sự tăng trưởng của ngành công nghiệp bia Châu Á Đến năm 2004, tổng lượng biatiêu thụ ở Trung Quốc là 28.640 triệu lít, xếp thứ hạng đầu tiên trên thế giới

Tổng lượng bia tiêu thụ ở các nước khu vực Châu Á trong năm 2004 đạt43.147 triệu lít, tăng 11,2% so với năm 2003 [1]

Quy mô sản xuất bia của nhà máy – chính sách thị trường

Trong công nghiệp sản xuất bia, quy mô sản xuất mang ý nghĩa kinh tế rấtlớn Chính vì vậy, tại các thị trường mà thõa mãn được nhu cầu như Mỹ, Nhật một

số hãng bia siêu lớn thống lĩnh thị trường: Thị trường Mỹ do 5 công ty kiểm soát,còn Nhật do 4 công ty kiểm soát chiếm 40% thị phần, tại Canada 94% thị trường do

2 công ty kiểm soát [1]

Tại Trung Quốc, trong số hơn 800 nhà máy bia thì 18 nhà máy có công suấtlớn hơn 150 triệu lít/năm và đã sản xuất 2.500 triệu lít/năm, chiếm ¼ sản lượng biacủa cả nước

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 4

Do thị trường bia trên thế giới đang phát triển một cách năng động, các hãngbia sử dụng các chiến lược kinh doanh khác nhau.

Tại Mỹ và Châu Âu, do thị trường bia đã ổn định, chiến lược kinh doanh bia

là dành thị phần, giảm chi phí sản xuất Ngược lại, tại Trung Quốc là nơi thị trườngđang tăng trưởng thì chiến lược là phát triển sản xuất, tăng sản lượng và nâng caochất lượng

Ngoài ra cần phải xây dựng nhà máy bia phân tán ở nhiều vùng nhằm thu hútngười tiêu dùng

I.1.1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam

Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của Nhà máyBia Sài Gòn và Nhà máy Bia Hà Nội, như vậy ngành bia Việt Nam đã có lịch sửhơn 100 năm

Hiện nay, do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sảnxuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng cácnhà máy bia đã có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc Trung ương vàđịa phương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng nước ngoài Công nghiệpbia phát triển kéo theo sự phát triển của các ngành sản xuất khác và hàng nămngành bia đã đóng góp cho ngân sách nhà nước một lượng đáng kể

Tình hình sản xuất bia trong nước

Do tác động của nhiều yếu tố như tốc độ tăng trưởng GDP, tốc độ tăng dân

số, tốc độ đô thị hóa, tốc độ đầu tư… mà ngành công nghiệp Bia phát triển với tốc

độ tăng trưởng cao Chẳng hạn như năm 2003, sản lượng bia đạt 1290 triệu lít, tăng20,7% so với năm 2002, đạt 79% so với công suất thiết kế, tiêu thụ bình quân đầungười đạt 16 lít/năm, nộp ngân sách nhà nước khoảng 3650 tỷ đồng [1]

Về số lượng cơ sở sản xuất

Số lượng cơ sở sản xuất giảm xuống so với những năm cuối thập niên 1990,đến năm 2003 chỉ còn 326 cơ sở sản xuất so với 469 cơ sở năm 1998 [1] Điều này

là do yêu cầu về chất lượng bia, về mức độ vệ sinh an toàn thực phẩm ngày càngcao, đồng thời do sự xuất hiện của nhiều doanh nghiệp bia lớn có thiết bị và côngnghệ tiên tiến… nên có sự cạnh tranh gay gắt, nhiều cơ sở sản xuất quy mô nhỏ,chất lượng thấp không đủ khả năng cạnh tranh đã phá sản hoặc chuyển sang sảnxuất sản phẩm khác

Trong các cơ sở sản xuất đó, Sabeco có năng suất trên 200 triệu lít/năm,Habeco có năng suất hơn 100 triệu lít/năm, 15 nhà máy bia có năng suất trên 15triệu lít/năm và khoảng 165 cơ sở sản xuất có năng suất dưới 1 triệu lít/năm

1.3 1.4 1.5 1.6

2 3 4.7 6

0 1 2 3 4 5 6 7

Mức tiêu thụ bình quân đầu người ở Việt nam tăng lên nhanh chóng trongvòng 10 năm qua, từ mức dưới 10 lít/người/năm ở năm 1997 tăng lên 18lít/người/năm vào năm 2006, dự kiến đến năm 2015 là 35 lít/người/năm

10.5 11 11.5 12.5 13.25 14

15 16 16.83 18

28 35

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 6

Truyền thống văn hóa dân tộc và lối sống tác động đến mức tiêu thụ bia,rượu Ở các nước có cộng đồng dân tộc theo đạo hồi, không cho phép giáo dân uốngrượu bia nên mức tiêu thụ bình quân theo đầu người ở mức thấp Tại Việt Nam,không bị ảnh hưởng của tôn giáo trong tiêu thụ bia nên thị trường còn phát triển.

Năm 1995 dân số Việt Nam là 74 triệu người, năm 2000 khoảng 81 triệungười và hiện nay trên 83 triệu người Do vậy dự kiến mức tiêu thụ bình quân theođầu người vào năm 2010 là 28 lít/người/năm, sản lượng 3 tỷ lít/năm và đến năm

2015 mức tiêu thụ bình quân là 35 lít/người/năm với sản lượng 6 tỷ lít/năm [2]

I.1.2 Tổng quan chung về công nghệ sản xuất bia

I.1.2.1 Đặc trưng nguyên liệu sản xuất bia

Bốn loại nguyên liệu chính không thể thiếu trong quá trình sản xuất bia là:malt đại mạch, hoa houblon, nước và nấm men Chất lượng của chúng quyết địnhđến chất lượng của bia thành phẩm Hiểu biết đầy đủ các tính chất của nguyên liệu,tác dụng của chúng đối với quá trình sản xuất và sản phẩm bia là cơ sở của quá trìnhđiều hành sản xuất và xử lý, từ đó có thể điều hành quá trình công nghệ một cáchhợp lý nhất

1 Malt đại mạch và gạo tẻ

- Malt đại mạch

Chứa hàm lượng tinh bột lớn, vỏ dính rất chắc vào hạt Hạt lúa mạch được

xử lý bằng cách ngâm hạt vào trong nước, để cho chúng nảy mầm đến một giaiđoạn nhất định và sau đó làm khô hạt đã nảy mầm trong các lò sấy nhằm thu hạtngũ cốc đã mạch nha hóa (malt) Mục tiêu chủ yếu của quy trình này là hoạt hóa,tích lũy về khối lượng và hoạt lực của hệ enzym trong đại mạch

Hàm lượng ẩm trung bình của đại mạch thường là 14 – 14,5% Hàm lượng

ẩm có thể biến thiên từ 12% trong điều kiện thu hoạch khô ráo đến trên 20% trongđiều kiện ẩm ướt Đại mạch có độ ẩm cao cần được sấy khô để bảo quản được lâu

và không làm mất khả năng nảy mầm

Hàm lượng trung bình của các thành phần tính theo khối lượng chất khô nhưsau: [1]

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

Thành phần và tính chất của gạo tẻ như sau: [3]

Bảng 1.4 Thành phần của hoa Houblon [1]

Thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trìnhcông nghệ và chất lượng bia thành phẩm

Bảng 1.5 Yêu cầu đối với nước dùng trong sản xuất bia [1]

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 8

là 5,4 để thu được dịch đường sau khi nấu có pH = 5,2 [1]

- Nước cọ rửa và rửa nấm men phải được tiệt trùng và khử mùi lạ

- Nước pha loãng bia phải có những đặc tính sau:

+ Hàm lượng oxy hòa tan < 0,05mg/l+ Hàm lượng CO2 > hàm lượng CO2 trong bia nên cần pha loãng + Hàm lượng, thành phần khoáng tương đương với bia

+ Không có vi sinh vật và mùi lạ

4 Nấm men

Nấm men là loài vi sinh vật đơn bào, có khả năng sống trong môi trườngdinh dưỡng chứa đường, nitơ, photpho, và các chất hữu cơ, vô cơ khác Chúng là visinh vật dị dưỡng có khả năng sống trong cả hai môi trường hiếu khí và yếm khí

Nấm men đóng vai trò quyết định trong sản xuất bia vì quá trình trao đổi chấtcủa tế bào nấm men bia chính là quá trình chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm.Quá trình chuyển hóa này gắn liền với sự tham gia của hệ enzym trong tế bào nấmmen Do đó, việc nuôi cấy nấm men để thu được một hệ enzym có hoạt lực cao làmột khâu hết sức quan 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 [3]

5 Các nguyên liệu phụ khác:[1]

- NaOH: dùng để trung hòa và vệ sinh, tẩy rửa (CIP)

- Axit: HCl, H2SO4 dùng để điều chỉnh pH nước và xử lý men sữa Ngoài racòn sử dụng axit lactic, axit nitric, axit photphoric để điều chỉnh dịch hèm trong quátrình nấu và đường hóa, vệ sinh tẩy rửa và sát trùng

- Muối, chất trợ lọc và một số chất khử, enzym

I.1.2.2 Quy trình công nghệ sản xuất bia (hình 1.3)

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 côngđoạn sau được thực hiện dễ dàng và triệt để

- Bột gạo sau khi được xay nhỏ sẽ hòa trộn với nước và đem gia nhiệt nấuchín Tiếp theo cho bột malt vào gia nhiệt, thực hiện đường hóa Trong môi trườnggiàu nước, các hợp chất sẽ được thủy phân dưới sự xúc tác của enzym, trong đóquan trọng nhất là sự thủy phân tinh bột, protein và các hợp chất chứa photpho.Chiếm nhiều nhất về khối lượng trong thành phần của các sản phẩm từ quá trìnhnày là đường Dextrin

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

bỏ bã Quá trình lọc được tiến hành theo hai bước: bước đầu tiên ép để tách dịch cốt

và bước thứ hai là rửa bã để chiết rút hết tất cả những phần dinh dưỡng còn bám lại

ở đó

- Cho hoa vào dịch đường đun sôi; dưới tác dụng của nhiệt, các chất không hòatan của hoa được hòa tan chuyển hóa vào dịch đường tạo hương, vị đặc trưng chobia

Quá trình Houblon hóa nhằm tạo một số yếu tố quan trọng cho bia như trích

ly chất đắng, tinh dầu thơm… biến đổi thành dịch đường có vị đắng và hương thơmdịu của hoa – đặc trưng cơ bản về tính chất cảm quan của bia sau này: tạo chất dễkết lắng các hạt nhỏ li ti trong dịch đường; tạo các hợp chất tham gia vào quá trìnhtạo bọt và là tác nhân chính giữ bọt cho bia

- Dịch đường sau houblon hóa được tách cặn, chuyển dịch và men vào Tanklên men thực hiện quá trình lên men chuyển đường thành rượu Quá trình lên menđược thực hiện ở nhiệt độ thấp tạo điều kiện cho men hoạt động Vì vậy, cần phải cógiai đoạn 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 đểchuyển hóa dịch đường houblon hóa thành bia dưới tác dụng của men

C6H1206 -> 2C2H5OH + 2CO2 - QR

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 10

Hình 1.3 Công nghệ sản xuất bia kèm theo các dòng thải [8].

- Lọc bia nhằm loại bỏ các chất không tan như nấm men, protein, houblon làmcho bia trong hơn trên máy lọc ép khung bản với chất trợ lọc là diatomit Tiếp theobia được bão hòa CO2 và đưa đi chiết chai, bock, lon…

- Trong bia thành phẩm, sản xuất theo các phương pháp thông thường luôn

Chuẩn bị nguyên liệu Nấu – đường hóa

Lọc dịch đường

Lọc, tách bã Nấu hoa Houblon

Lên men chính, phụ

Lọc trong bia

Chiết bia Bão hòa CO2

Đóng nắp Thanh trùng Làm lạnh

Kiểm tra-dán nhãn-nhập kho

Sản phẩm

Malt Gạo Nước mềm

Phục hồi men

Hơi nước Hoa houblon

Hơi nước Phụ gia

Bã malt

Bã hoa+ malt

Bã men Sục khí

Bã lọc Bia hơi

luôn chứa các tế bào còn sống, bao gồm nấm men thuần chủng và các vi sinh vật lạkhác Do đó, thanh trùng là giải pháp quan trọng để diệt vi sinh vật nhằm nâng cao

I.2 CÁC CHẤT THẢI TỪ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ HIỆN TRẠNG

XỬ LÝ I.2.1 Nước thải

I.2.1.1 Nguồn gốc phát sinh, đặc tính nước thải công nghiệp sản xuất bia

Công nghiệp sản xuất bia là một trong những ngành công nghiệp đòi hỏi tiêutốn một lượng nước lớn cho mục đích sản xuất và vì thế sẽ thải ra môi trường mộtlượng nước thải lớn Cụ thể như sau: [1, 4]

 Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như khônggây ô nhiễm nên có khả năng tuần hoàn sử dụng lại

 Nước thải từ công đoạn nấu - đường hóa: bao gồm

- Nước thải trong quá trình rửa bã sau nấu,

- Nước thải do vệ sinh nồi nấu gạo, malt, hoa; vệ sinh thiết bị lọc dịch đường

và thiết bị tách bã

Đặc tính của nước thải này có mức độ ô nhiễm rất cao, có chứa bã malt, bãhoa, tinh bột, các chất hữu cơ, một ít tanin, chất đắng, chất màu…

 Nước thải từ công đoạn lên men:

Nước vệ sinh các tank lên men, thùng chứa, đường ống, sàn nhà… có chứa

bã men, bia cặn và các chất hữu cơ

 Nước thải từ công đoạn hoàn tất sản phẩm: Lọc, bão hòa CO2, chiết chai,đóng nắp, thanh trùng Nước thải chủ yếu từ công đoạn này là nước vệ sinhthiết bị lọc, nước rửa chai và téc chứa Đây cũng là một trong những dòngthải có ô nhiễm lớn trong sản xuất bia

Nước thải từ công đoạn này có chứa bột trợ lọc, một ít bã men, bia còn lại từbao bì tái sử dụng, bia rơi vãi trong quá trình chiết, pH cao…

 Nước rửa sàn các phân xưởng, nước thải từ nồi hơi, nước từ hệ thống làmlạnh có chứa hàm lượng chlorit cao

 Xút và axit thải ra từ hệ thống CIP, xút từ thiết bị rửa chai Dòng thải này cólưu lượng nhỏ và cần thu hồi riêng để xử lý cục bộ, tuần hoàn tái sử dụngcho các mục đích khác

 Bên cạnh nước thải sản xuất, một nguồn ô nhiễm khác đó là nước thải sinhhoạt từ nhà vệ sinh, nhà bếp phục vụ cán bộ công nhân viên Nước thải này

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 12

chủ yếu chứa các chất gây ô nhiễm BOD, COD, SS, N, P, vi sinh vật ở mứctrung bình, nếu nước thải này không được xử lý thích đáng cũng gây ranhững tác động xấu đến môi trường.

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

sự khác nhau có thể chỉ là sự áp dụng phương pháp lên men nổi hay lên men chìm.Nhưng sự khác nhau cơ bản là vấn đề sử dụng nước cho quá trình rửa chai, máymóc, nhà xưởng… Điều đó dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ônhiễm của các nhà máy bia rất khác nhau Ở các nhà máy bia có biện pháp tuầnhoàn nước và công nghệ rửa tiết kiệm nước thì lượng nước thấp, như ở Cộng HoàLiên Bang Đức nước sử dụng và nước thải bia như sau: [4]

- Định mức nước cấp: 4 – 8 m3/1000lít bia, tải lượng nước thải 2,5 – 6

m3/1000 lit bia

- Tải trọng BOD5: 3 – 6 kg/1000 lít bia; tỷ lệ BOD5/COD = 0,55 – 0,7

- Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải như sau:

BOD5 = 1100 đến 1500 mg/l; COD = 1800 – 3000 mg/l;

- Tổng nitơ = 30 đến 100 mg/l; tổng photpho = 10 đến 30 mg/l

Với các biện pháp sử dụng nước hiệu quả nhất thì định mức nước thải của nhàmáy bia không thể thấp hơn 2 – 3 m3/1000 lít bia sản phẩm Trung bình lượng nướcthải ở nhiều nhà máy bia lớn gấp 10 đến 20 lần lượng bia sản phẩm [4]

Rosenwinker đã đưa ra kết quả phân tích đặc tính nước thải của một số nhàmáy bia như bảng sau:

Bảng 1.6 Đặc tính nước thải của một số nhà máy bia [4]

Bảng 1.7 Đặc trưng nước thải một số cơ sở sản xuất bia trên địa bàn Hà Nội 2007 [5]

Bảng 1.8 Thành phần nước thải sản xuất bia của một số Công ty năm 2002 [6]

6 Tổng Phốtpho (TP) 4,9-9,0

Ghi chú: Theo các số liệu nghiên cứu tại công ty Bia ong Thái Bình, Công ty

Bia Nghệ An, Nhà máy Bia NADA, nhà máy Bia Hạ Long

Công nghiệp sản xuất bia tạo nên một lượng lớn nước thải xả vào môi trường.Hiện nay tiêu chuẩn nước thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia là 8 – 14 lítnước thải/ lít bia, phụ thuộc vào công nghệ và các loại bia sản xuất [6]

Do có hàm lượng chất hữu cơ cao, cặn lơ lửng lớn, nước thải sản xuất bia gâymùi hôi thối, lắng cặn, giảm nồng độ oxy hoà tan trong nước nguồn khi tiếp nhậnchúng Mặt khác, các muối nitơ, phốtpho trong nước thải bia dễ gây hiện tượngphú dưỡng cho các thuỷ vực Vì vậy các loại nước thải này cần phải xử lý trước khi

xả ra nguồn nước tiếp nhận

I.2.1.2 Hiện trạng xử lý [1,4]

 Các biện pháp ngăn ngừa, giảm thiểu nước thải

Để giảm lượng nước thải và các chất gây ô nhiễm nước thải trong công nghệsản xuất bia, có thể thực hiện các biện pháp sau:

- Phân luồng các dòng thải để có thể tuần hoàn sử dụng các dòng ít hoặckhông gây ô nhiễm như nước làm lạnh, nước ngưng

- Sử dụng các thiết bị rửa cao áp như súng phun tia hoặc rửa khô để giảmlượng nước rửa

- Hạn chế rơi vãi nguyên liệu, men, hoa houblon và thu gom kịp thời bã men,

bã malt, bã hoa và bã lọc để hạn chế ô nhiễm cho dòng nước rửa sàn

Thực tế hiện nay, tại các công ty bia lớn đang sử dụng hệ thống CIP vệ sinhnên đã giảm đáng kể lượng nước vệ sinh các thiết bị, cũng như giảm lượng hóa chấtcho quá trình rửa

 Xử lý nước thải

Do đặc tính nước thải của công nghệ sản xuất bia có chứa hàm lượng các chấthữu cơ cao ở trạng thái hoà tan và lơ lửng, trong đó chủ yếu là hiđratcacbon, protêin

và các axit hữu cơ, đây là các chất có khả năng phân huỷ sinh học, tỷ lệ giữa BOD

và COD trong khoảng 0,5 – 0,7 nên thích hợp với phương pháp xử lý sinh học Hơnnữa, do nước thải bia có COD, BOD5 cao nên khó xử lý trực tiếp bằng phương phápsinh học hiếu khí mà thường kết hợp xử lý yếm khí trước rồi qua xử lý hiếu khí.Đây là công nghệ đang được ứng dụng phổ biến xử lý nước thải ngành công nghiệpthực phẩm nói chung và ngành bia nói riêng cho hiệu quả tốt và ổn định

Hiện nay, hầu hết các nhà máy bia đều có hệ thống xử lý nước thải Tuy nhiên,không phải nhà máy nào cũng xử lý nước ra đạt tiêu chuẩn Vì vậy, vấn đề môitrường phát sinh từ ngành bia cần được quan tâm và khắc phục.

I.2.2 Khí thải [1]

Bụi

Bụi có thể được tạo ra tại công đoạn tiếp nhận, vận chuyển và nghiền malt,nghiền gạo đặc biệt là hệ thống nghiền khô Trong phân xưởng nghiền, bụi có thểthu hồi bằng hệ thống hút và lọc bụi Bụi là thành phần giàu chất hòa tan, tuy nhiênchủ yếu là các chất có thể gây ảnh hưởng xấu cho sản phẩm

Khí thải nồi hơi

Chủ yếu là khí thải phát sinh từ quá trình đốt nhiên liệu là dầu FO chạy nồihơi Các chất ô nhiễm trong khí thải của lò hơi SO2, NOx, CO, VOX Do vậy, cácnhà máy cần xây dựng hệ thống xử lý khí thải nhằm đảm bảo chất lượng khí thảitrước khi thải ra môi trường bên ngoài

Khí CO 2

Khí CO2 sinh ra ở công đoạn lên men nhưng khí này thường được thu hồi bằng

hệ thống thu hồi CO2 để làm nguồn cung cấp gas cho bia thành phẩm và bán để làmbình cứu hỏa

Tác nhân lạnh

Hiện nay, các nhà máy đang sử dụng những loại tác nhân lạnh như NH3,Glycol, CFC Tuy nhiên, người ta đã xác định được tác hại to lớn của CFC đến môitrường, đây là khí gây hiệu ứng nhà kính và là tác nhân làm suy giảm tầng ozone vìvậy mà hiện nay CFC được thay thế bằng các tác nhân lạnh khác

Khí thải từ nhà nấu

Trong quá trình đun sôi dịch đường, thành phần các chất dễ bay hơi trong dịchđường và hoa houblon bay hơi thường tạo ra các mùi đặc trưng cho không gianxung quanh nhà nấu Để giảm lượng khí tạo ra từ nhà nấu, người ta có thể sử dụngcác hệ thống ngưng tụ hơi lắp đặt trên các nồi nấu và được nén lại nhờ các máy nénkhí

I.2.3 Chất thải rắn

I.2.3.1 Chất thải rắn sinh hoạt

Rác thải sinh hoạt sinh ra do các hoạt động sinh hoạt của cán bộ công nhânviên trong Nhà máy bao gồm 2 loại:

- Loại cứng: vỏ đồ hộp, vật dụng, bao bì nhựa, thủy tinh…

- Loại mềm: thức ăn thừa, vỏ trái cây, giấy, nilon…

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 16

Ước tính khoảng 0,3 kg/người.ngày [1], như vậy lượng chất thải rắn sinh hoạt sẽ là:

250 người x 0,3 = 75 kg/ngày Các thành phần này được tập trung lại một cáchriêng lẻ, được bán hoặc được loại bỏ

I.2.3.2 Chất thải rắn công nghiệp ( Bảng 1.9)

Bảng 1.9 Thành phần và định mức CTR của công nghiệp sản xuất bia [1]

 Bã malt và hoa houblon [1]

Cứ 100 kg malt nghiền nhỏ có thể tạo ra 110 – 130 kg bã malt đại mạch có độ

ẩm 70 – 80% hay khoảng 20 kg/100 lít bia thành phẩm Vì vậy có thể ước lượng,hàng năm có khoảng 200 tấn bã malt ẩm tương ứng với lượng bia thành phẩm là 1triệu lít

Bã malt với nhiều thành phần dinh dưỡng nên thường được dùng làm thức ăngia súc Để tăng khả năng bảo quản thành phần sản phẩm phụ này và hạn chế chiphí cho vận chuyển, người ta có thể sấy bã malt thành dạng khô

Khác so với bã malt, bã hoa houblon sau quá trình đun sôi thường được loại

bỏ, hiếm khi người ta thu hồi bã hoa để tái sử dụng vào bất kì mục đích gì Vì thế,hầu hết trong các nhà máy bia, người ta thường nghiền nhỏ hoa hoặc sử dụng cácchế phẩm hoa cao và hoa viên để giảm nhân công cho công đoạn lọc bã hoa sau quátrình đun hoa Sau đun hoa, bã hoa sẽ được tách ra trong thiết bị lắng xoáy Bao bìchứa các chế phẩm hoa như lon thiếc hoặc giấy thiếc được gom tập trung để xử lý

 Cặn nóng

Cặn nóng hình thành được tách ra ở thiết bị lắng xoáy, đôi khi được tách ra ởcác thiết bị phân tách đặc biệt hoặc ở thùng lắng Nói chung trong cặn tách ra vẫncòn chứa một phần dịch đường cần được thu hồi lại Vì thế, ở nhiều nhà máy, người

ta đã sử dụng dịch chứa cặn này để làm nước rửa bã nhằm tận thu lượng chất chiếttrong dịch đường này, đồng thời làm giàu protein trong bã malt Tuy nhiên, côngđoạn này có thể ảnh hưởng đến chất lượng của dịch đường và để hạn chế ảnh hưởngđến chất lượng của bia, người ta thường không tận dụng lượng dịch đường còn lạitrong bã [1]

Nhiều nhà máy bia chỉ xử lý bằng cách đổ bùn trợ lọc thành đống lớn Nướctrong bùn sẽ thoát ra và hạn chế sự dàn trải của bùn trợ lọc trên mặt đất Chất trợ lọctrong các bể lắng hoặc trong các đường ống lâu ngày sẽ bám cứng và rất khó loạibỏ.

Một số giải pháp xử lý hiện nay là ép bùn trợ lọc sao cho giảm lượng nướcxuống dưới 50% bằng máy sấy dạng băng và máy ép lọc Sản phẩm khô sau quátrình này có thể sử dụng làm phân bón nông nghiệp vì có thành phần nấm men bámtheo

Hiện nay, người ta cũng có thể sử dụng bột trợ lọc thải để dùng trong côngnghiệp xây dựng như sản xuất gạch, xi măng

 Nhãn mác

Với hệ thống rửa chai công suất 1 triệu lít bia trên năm, có thể thải ra 1,5 tấnnhãn chai [1] Số lượng này có thể tăng lên phụ thuộc loại nhãn và số nhãn sử dụngtrên chai

Nhãn loại ra từ máy rửa chai được tách ra và được ép để thu hồi lượng kiềmdính trên nhãn

Việc loại bỏ nhãn đòi hỏi tốn nhiều năng lượng để tuần hoàn kiềm trong máyrửa chai đồng thời chỉ thu được bột nhão giấy khó thu hồi và tái sử dụng Vì thế,nhãn này chủ yếu được chất thành đống

 Chai vỡ

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 18

Lượng chai vỡ trong nhà máy phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của thủytinh Có thể giả định rằng với thủy tinh chất lượng trung bình, hàng năm có khoảng3,5 tấn vụn thủy tinh từ các bao bì thu hồi lại được tạo ra tương ứng với công suất 1triệu lít [1]

Những chai bia vỡ được tập trung vào các khu chứa và được gửi trả lại nhàmáy thủy tinh để tái chế

 Lon bia

Lon bia rỗng, do vỏ mỏng nên dễ bị hư hỏng Người ta đã ước lượng cókhoảng 3 – 4% lon bia không thể sử dụng để chiết và bị loại ra [1] Các lon được ép

và gửi lại nhà sản xuất để tái chế

I.2.3.3 Các chất thải thứ yếu khác

- Bìa cứng và bìa cacton đóng hộp

- Giấy thải từ phòng quản lý và sản xuất

- Kim loại và nhựa thải

I.2.4 Các nguồn ô nhiễm khác

Ô nhiễm nhiệt

Nhiệt độ môi trường làm việc ở nhà máy bia có thể chia làm 2 loại ảnh hưởngtới sức khỏe con người và môi trường như sau:

- Vùng nhiệt độ thấp: Trong phân xưởng lên men, khoảng 6 – 80C

- Vùng nhiệt độ cao: Trong khu vực lò hơi, phân xưởng nấu… Do vậy, cần

bố trí hệ thống thông gió tốt để thoát nhiệt

Ô nhiễm tiếng ồn

Nhìn chung, tiếng ồn tạo ra ở các vị trí sau:

- Trong phân xưởng nghiền

- Trong phân xưởng đóng chai

- Gần máy nén chất làm lạnh và không khí

- Gần thiết bị ngưng tụ hơi

- Gần máy nén hơi

Để giảm tiếng ồn phát ra, có thể sử dụng các biện pháp sau:

- Lựa chọn vật liệu xây dựng: tường đôi cách âm, cửa sổ kín

- Lắp đặt thiết bị giảm âm ở phân xưởng chiết chai

- Hạn chế sử dụng tường ghép

- Làm vỏ cách âm ở những máy gây ồn lớn

Công nghiệp sản xuất Bia là một trong những ngành công nghiệp đóng vai tròquan trọng trong nền kinh tế cả nước Ngoài việc giải quyết việc làm cho hàng vạnlao động, còn đóng góp một phần không nhỏ cho ngân sách Nhà nước Tuy nhiên,bên cạnh những lợi ích to lớn đó, vấn đề chất thải cần phải được quan tâm, đặc biệt

là nước thải

Công nghiệp sản xuất Bia là một trong những ngành sản xuất sử dụng lượngnước khá lớn Do đó, lượng nước thải phát sinh trong quá trình sản xuất cần phảiđược xử lý một cách hiệu quả

I.3 GIỚI THIỆU CÔNG TY CỔ PHẦN BIA SÀI GÒN – MIỀN TRUNG

I.3.1 Giới thiệu sơ lược về Công ty bia Sài Gòn – Miền Trung

1 Tên công ty và vị trí địa lý

Tên Công ty : CÔNG TY CỔ PHẦN BIA SÀI GÒN MIỀN TRUNG - BÌNH ĐỊNH

Trụ sở giao dịch : KCN Phú Tài – TP Quy Nhơn - tỉnh Bình Định

Điện thoại : 056.3841.392 hoặc 056.3841.369

Họ và tên : Ông Nguyễn Ngọc Triêm

Công ty Bia Sài Gòn Miền Trung- Bình Định nằm ở khu công nghiệp Phú Tài– TP Quy Nhơn - tỉnh Bình Định (thuộc khu vực 5, phường Trần Quang Diệu, TPQuy Nhơn, Bình Định) Vị trí của Nhà máy rất thuận lợi về giao thông, vận chuyểnhàng hóa trong quá trình sản xuất, đồng thời cũng thuận tiện trong việc chuyên chởsản phẩm đi tiêu thụ ở các tỉnh Miền Trung và Tây Nguyên

Các hướng tiếp giáp của Công ty:

- Hướng Đông : giáp đường Trung Tâm KCN

- Hướng Tây : giáp đường nội bộ KCN

- Hướng Nam : giáp Công ty giày da An Phú

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 20

- Hướng Bắc : giáp khu đất trống và nhà dân.

2 Hiện trạng sản xuất và kế hoạch phát triển của Công ty

Tiền thân của Công ty cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung là Công ty bia QuiNhơn Công ty bia Qui Nhơn được khởi công xây dựng vào tháng 9 năm 1995 theoquyết định 5146/QĐUB ngày 25 tháng 7 năm 1994 của Ủy ban nhân dân tỉnh BìnhĐịnh, với công suất thiết kế ban đầu 5 triệu lít bia/năm

Tháng 10 năm 1998 Công ty tiến hành nâng công suất lên 10 triệu lít bia/năm

và đã đi vào hoạt động tháng 3 năm 1999

Tháng 2 năm 2001 Công ty nâng công suất lên 20 triệu lít bia/năm Năm 2005,công suất cực đại của Công ty là 50 triệu lít bia/năm và đổi tên thành Công ty cổphần bia Sài Gòn – Miền Trung vào năm 2008

Hiện nay, điều kiện kinh doanh sản xuất của Công ty đang trên đà phát triển và

có dự định nâng công suất lên 100 triệu lít bia/năm trong tương lai

Các loại sản phẩm và thị trường tiêu thụ

Hiện nay sản phẩm của Công ty bao gồm:

- Bia chai Qui Nhơn dung tích 330ml và 450ml

- Bia chai Sài Gòn dung tích 355ml (sản phẩm chủ yếu của nhà máy)

- Bia chai Lowen dung tích 355ml

- Bia hơi

Bia Sài Gòn hiện nay đang là sản phẩm chủ yếu của Công ty Nó được tiêu thụ

ở các huyện trong tỉnh và các tỉnh lân cận như: Phú Yên, Quảng Ngãi, Gia Lai,KonTum, Đắklăk

Bia Lowen là sản phẩm cao cấp của Công ty do đó sản xuất với số lượng hạnchế, thị trường tiêu thụ cũng hạn chế

I.3.2 Hiện trạng xử lý nước thải tại Công ty

Hiện tại Công ty đang vận hành trạm xử lý nước thải được xây dựng trênkhuôn đất nằm ở phía Đông của nhà máy, theo tổng thể mặt bằng qui hoạch chung.Cao trình hoàn thiện tại vị trí xây dựng hệ thống xử lý nước thải rất thấp so với caotrình khu vực sản xuất của nhà máy Tại vị trí xây dựng này, toàn bộ nước thải củanhà máy theo tuyến ống D400 tự chảy về khu xử lý

Lưu lượng thiết kế của trạm xử lý nước thải:

- Lưu lượng nước thải thiết kế: Q = 1200 m3/ngày đêm,

- Lưu lượng trung bình: Qtb = 50 m3/h,

- Lưu lượng cực đại: Qmax = 100 m3/h

Yêu cầu của nước thải sau xử lý:

- Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn cột A theo TCVN 5945 – 2005

- Nước thải sau xử lý theo đường cống thoát nước chung của khu côngnghiệp thải ra sông Hà Thanh.

Công nghệ xử lý nước thải được lựa chọn là công nghệ xử lý sinh học yếm khí(UASB) kết hợp với xử lý sinh học hiếu khí dạng mẻ (SBR)

Do hệ thống xử lý nước thải được đầu tư tốt, công nghệ xử lý phù hợp với đặctrưng dòng thải; đồng thời được vận hành, theo dõi thường xuyên chất lượng nướcđầu ra bỡi các kỹ sư chuyên ngành môi trường nên hiện tại trạm xử lý nước thải củacông ty đang vận hành tốt, đáp ứng yêu cầu nước đầu ra theo tiêu chuẩn

I.3.3 Sự cần thiết phải xây dựng hệ thống xử lý nước thải mới

Như đã trình bày ở phần trên, hiện tại hệ thống xử lý nước thải của công tyđang vận hành tốt, chất lượng nước đầu ra đảm bảo theo tiêu chuẩn thải nhưng hệthống này đang xây dựng với lưu lượng nước thải trung bình 1200 m3/ngày đêm(cực đại 2400 m3/ngày đêm) Khi nâng công suất của nhà máy lên 100 triệu lítbia/năm, lượng nước thải cực đại theo ước tính sơ bộ là 4000 m3/ngày đêm Khi đó,

hệ thống xử lý nước thải hiện tại sẽ không đáp ứng được yêu cầu Vì thế cần thiếtphải xây dựng hệ thống xử lý nước thải mới với lưu lượng thiết kế và đặc trưngdòng thải mới để đạt hiệu quả xử lý tốt

Công nghệ xử lý, tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải mới này đượctrình bày cụ thể ở các chương sau trong đồ án

Do đặc tính nước thải của công nghệ sản xuất bia có chứa hàm lượng các chấthữu cơ cao ở trạng thái hòa tan và trạng thái lơ lửng, trong đó chủ yếu làhidratcacbon, protein và các axit hữu cơ, là các chất có khả năng phân hủy sinh học.

Tỉ lệ giữa BOD5 và COD nằm trong khoảng từ 0,5 – 0,7 nên chúng thích hợp vớiphương pháp xử lý sinh học

Nước thải trước khi đưa vào xử lý sinh học cần qua các phương pháp xử lý cơhọc, hóa học, hóa lý để loại bỏ các tạp chất thô, các thành phần gây bất lợi chophương pháp xử lý sinh học Cụ thể từng phương pháp được trình bày dưới đây

II.1 Các phương pháp hỗ trợ cho phương pháp xử lý sinh học nước thải

II.1.1 Phương pháp cơ học [7]

Phương pháp xử lý cơ học thường là giai đoạn đầu tiên trong dây chuyền côngnghệ xử lý nước thải (giai đoạn tiền xử lý), có nhiệm vụ loại ra khỏi nước thải tất

cả các vật có thể gây tắc nghẽn đường ống, làm hư hại máy bơm và làm giảm hiệuquả xử lý cho các giai đoạn sau, cụ thể:

- Loại bỏ hoặc cắt nhỏ những vật nổi lơ lửng có kích thước lớntrong nước thải như mảnh gỗ, nhựa, gạc bông, giẻ rách, vỏ hoa quả…

- Loại bỏ cặn nặng như cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại…

II.1.2 Phương pháp hóa học – hóa lý [8]

Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng hóa học, các quá trình hóa lýdiễn ra giữa chất bẩn với hóa chất cho thêm vào

Các phương pháp hóa học như oxi hóa, trung hòa, trao đổi ion, đông keo tụ,khử trùng; còn các phương pháp hóa lý như tuyển nổi, hấp phụ…

+ Phương pháp trung hoà, điều chỉnh pH

Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau Muốn nước thải được xử lýtốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về vùng6,5 – 7,5

Trung hoà có thể thực hiện bằng trộn dòng thải có tính axit với dòng thải cótính kiềm hoặc sử dụng các hoá chất như: H2SO4, NaOH, NaHCO3, Na2CO3, CaO,Ca(OH)2, MgO, CaCO3… Điều chỉnh pH thường kết hợp ở bể điều hoà hay bể keo

tụ

Đặc trưng chung nước thải ngành bia có giá trị pH kiềm tính do dòng thải củaquá trình rửa chai có độ pH cao Mặt khác, nước vệ sinh các thiết bị trong nhàxưởng cũng chứa axit nên có sự dao động pH qua từng công đoạn Vì vậy, cần phảiđiều chỉnh pH về giá trị thích hợp cho xử lý sinh học phía sau; công đoạn này đượcthực hiện kết hợp trong bể điều hòa.

+ Keo tụ

Keo tụ là một hiện tượng làm mất sự ổn định của các hạt huyền phù dạng keo

để cuối cùng tạo ra các cụm hạt khi có sự tiếp xúc giữa các hạt

Người ta sử dụng các loại phèn nhôm, phèn sắt hoặc hỗn hợp hai loại phèn này

để làm chất keo tụ

Hiện nay, thông thường người ta cho thêm các chất trợ keo như polymer hữu

cơ để tăng cường quá trình tạo bông và lắng như polyacrylamit Nó tan trong nước

và có tác dụng như những cầu nối kết hợp các hạt phân tán nhỏ thành tập hợp hạtlớn có khả năng lắng tốt hơn Vì vậy, việc bổ sung thêm chất trợ keo tụ sẽ giúpgiảm liều lượng các chất keo tụ, giảm thời gian keo tụ và nâng cao tốc độ lắng cácbông keo

Đối với nước thải ngành bia thì phương pháp này không thích hợp vì trongnước thải bia, hàm lượng các chất hữu cơ ở trạng thái hòa tan và trạng thái lơ lửngcao mà các chất này không thích hợp cho phương pháp keo tụ

+ Hấp phụ

Hấp phụ có nghĩa là sự chuyển dịch một phân tử từ pha lỏng đến pha rắn.Phương pháp này được dùng để loại bỏ các chất bẩn hòa tan trong nước mà phươngpháp xử lý sinh học cùng các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượngrất nhỏ Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độc tính cao hoặc các chất cómùi, vị và màu rất khó chịu

Các chất hấp phụ thường dùng là than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen,keo nhôm… Trong đó than hoạt tính được sử dụng phổ biến nhất

Các chất ô nhiễm trong nước thải bia là những chất có khả năng phân hủy sinhhọc Hiệu quả khử các chất này bằng phương pháp sinh học tương đối dễ nên khôngcần sử dụng phương pháp hấp phụ

+ Tuyển nổi

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có khảnăng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt.Sau đó người ta tách các bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước

Phương pháp tuyển nổi được dùng rộng rãi trong luyện kim, thu hồi khoángsản quý và cũng được dùng trong xử lý nước thải để tách các hạt keo lơ lửng, táchdầu mỡ Tuy nhiên, đối với nước thải ngành bia, do hàm lượng các chất lơ lửng

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 24

không cao lắm và khả năng tự lắng tương đối tốt nên phương pháp tuyển nổi hầunhư không được áp dụng.

+Trao đổi ion

Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổivới các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất nàygọi là các ionit và chúng hoàn toàn tan trong nước

Phương pháp này được dùng để loại các ion kim loại cũng như các chất chứaasen, xianua, chất phóng xạ ra khỏi nước; đồng thời nó còn được dùng phổ biến đểlàm mềm nước, loại ion Ca2+, Mg2+ ra khỏi nước cứng

Đối với nước thải bia thì phương pháp này hầu như không được sử dụng

II.2 Giới thiệu các phương pháp xử lý sinh học nước thải

Phương pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân giải các chất ô nhiễmhữu cơ có trong nước thải Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoángchất làm nguồn dinh dưỡng để xây dựng tế bào, đồng thời tổng hợp năng lượng choquá trình sống Nhờ hoạt động sống của vi sinh vật, các chất ô nhiễm được chuyểnhoá và nước thải được làm sạch

Quá trình xử lý sinh học nước thải có thể chia làm hai quá trình là phân huỷyếm khí và phân huỷ hiếu khí; có thể xử lý trong điều kiện tự nhiên hay trong điềukiện nhân tạo

II.2.1 Phương pháp xử lý sinh học nước thải trong điều kiện tự nhiên [8]

Cơ sở của phương pháp xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên là dựa vàohoạt động sống của hệ vi sinh vật có trong đất, nước mặt để chuyển hoá các hợpchất ô nhiễm

 Xử lý nước thải trong hồ sinh học

Thực chất của quá trình xử lý này là sử dụng khu hệ vi sinh vật (vi khuẩn, tảo,nguyên sinh vật…) tự nhiên có trong nước mặt để làm sạch nước.

Hồ sinh học là dạng xử lý trong điều kiện tự nhiên được áp dụng rộng rãi hơn

cả vì có những ưu điểm như: tạo dòng nước tưới tiêu và điều hòa dòng thải, điềuhoà vi khí hậu trong khu vực, không yêu cầu vốn đầu tư, bảo trì, vận hành và quản

lý đơn giản, hiệu quả xử lý cao Tuy nhiên, nhược điểm của hồ sinh học là yêu cầudiện tích lớn và khó điều khiển được quá trình xử lý, nước hồ thường có mùi khóchịu đối với khu vực xung quanh

Theo nguyên tắc hoạt động của hồ và cơ chế phân giải các chất ô nhiễm màngười ta chia ra làm 3 loại hồ:

a Xử lý nước thải bằng hồ hiếu khí:

Hồ hiếu khí làm sạch nước bằng quá trình oxi hoá nhờ các vi sinh vật hiếu khí

và hô hấp tuỳ tiện có trong nước

Nhu cầu oxi cho quá trình oxi hoá được đáp ứng nhờ khuếch tán bề mặt hoặclàm thoáng nhân tạo Ở hồ làm thoáng tự nhiên, oxi không khí dễ dàng khuếch tánvào lớp nước phía trên và ánh sáng mặt trời chiếu rọi, làm cho tảo phát triển tiếnhành quang hợp thải ra oxi Để đảm bảo ánh sáng qua nước, chiều sâu của lớp nướcphải nhỏ, thường là 30 – 40cm, do chiều sâu nhỏ nên thường thì diện tích lớn Thờigian lưu nước từ 3 – 12 ngày Ở hồ làm thoáng nhân tạo nguồn cung cấp oxi cho visinh vật hiếu khí là các thiết bị khuấy trộn cơ học hoặc nén khí Nhờ vậy, mức độhiếu khí trong hồ thường mạnh hơn, đều hơn và độ sâu của hồ cũng lớn hơn (2 –4,5m) Thời gian lưu nước trong hồ khoảng 1 – 3 ngày

b Xử lý nước thải bằng hồ kỵ khí

Dùng để lắng và phân hủy cặn bằng phương pháp sinh hóa tự nhiên dựa trên

cơ sở sống và hoạt động của loại vi sinh vật kỵ khí

Loại hồ này dùng để xử lý nước thải công nghiệp có độ nhiễm bẩn cao Trongquá trình xử lý sinh mùi thối khó chịu nên cần đặt cách xa nhà máy Để duy trì điềukiện kỵ khí thì chiều sâu hồ phải lớn, thường lấy bằng 2,4 – 3,6m

c Xử lý nước thải bằng hồ tùy nghi

Hồ sinh học tùy tiện sâu từ 1,5 – 2m Ngoài tầng hiếu khí phía trên hồ còn cócác tầng kỵ khí tùy tiện, kỵ khí lớp bùn cặn lắng phía dưới Thời gian lưu nướctrong hồ từ 3 – 5 ngày

Oxi cung cấp cho quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong hồ chủ yếu là doquang hợp của tảo và khuếch tán từ không khí qua bề mặt hồ Ngoài ra các vi khuẩntùy tiện hoặc vi khuẩn kỵ khí còn sử dụng oxi liên kết từ nitrit, nitrat, sunphat… đểoxi hóa chất hữu cơ

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 26

 Các phương pháp xử lý sinh học nước thải trong điều kiện tự nhiên nhìn chung khó thực hiện được là vì:

- Diện tích xây dựng quá lớn,

- Ô nhiễm môi trường xung quanh,

- Mùa mưa sẽ khó xử lý và nước thải chảy tràn ra sông,

- Vi sinh vật gây bệnh cao,

- Tuổi thọ công trình thấp

II.2.2 Phương pháp xử lý sinh học nước thải trong điều kiện nhân tạo

II.2.2.1 Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý sinh học yếm khí [7, 8, 9, 10, 11]

Xử lý sinh học yếm khí là một trong những quá trình được sử dụng để xử lýbùn và nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao (BOD > 1800mg/l, SS = 300 -400mg/l), sản phẩm cuối cùng là CH4, CO2

 Nguyên lý của phương pháp

Xử lý sinh học bằng vi sinh yếm khí là quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, vô

cơ có trong nước thải khi không có oxi Phương pháp này dùng để ổn định cặn và

xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ COD, BOD cao Quá trình phân hủy cácchất thực hiện nhờ các chủng vi khuẩn kị khí bắt buộc và kị khí không bắt buộc

 Cơ chế của quá trình xử lý yếm khí

Cơ chế phân giải yếm khí:

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ là quá trình phức tạp trong môi trườngkhông có không khí, gồm nhiều giai đoạn và sản phẩm cuối cùng là CH4, CO2, H2S,

NH3…

Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân

Các hợp chất hữu cơ phân tử lượng lớn như protein, gluxit, lipit bị phân

hủy dưới tác dụng của các Enzym hydrolaza của vi sinh vật thành các chất hữu cơ

phân tử lượng nhỏ như đường đơn, axit amin, axit hữu cơ, peptit, glyxerin

Trong giai đoạn này, các hợp chất gluxit phân tử lượng nhỏ, các hợp chấthữu cơ chứa Nitơ (protein) phân hủy nhanh hơn, trong khi các hợp chất hữu cơ cóphân tử lượng lớn như tinh bột, các axit béo được phân hủy chậm, đặc biệt làcellulose và lignocellulose chuyển hóa rất chậm và không triệt để do cấu trúc phứctạp Các vi sinh vật tham gia vào quá trình thủy phân phụ thuộc vào các chất ônhiễm đầu vào và các đặc trưng khác của nước thải

Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men axit hữu cơ

Chuyển hóa yếm khí

Các sản phẩm thủy phân sẽ được các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa trongđiều kiện yếm khí Sản phẩm phân giải là các axit hữu cơ phân tử lượng nhỏ nhưaxit propionic, axit butyric, axit lactic , các chất trung tính như rượu, andehyt,axeton Ngoài ra, một số khí cũng được tạo thành như CO2, H2, H2S, một lượng nhỏ

Giai đoạn 3: Giai đoạn lên men axit axetic

Các sản phẩm lên men phân tử lượng lớn như axit béo, axit lactic sẽ được

từng bước chuyển hóa thành axit axetic

- Chuyển hóa axit lactic:

3CH3-CHOH-COOH  2CH3-CH2-COOH + CH3-COOH + CO2 + 2H2O

- Oxy hóa liên kết  của các axit béo bằng cơ chế oxy hóa-khử:

R – CH3CH2COOH + 2H2O  Rn-2 – COOH + CH3COOHAxit béo mạch dài Axit béo mạch ngắn Axit axetic

Giai đoạn 4: Giai đoạn Mêtan hóa

Mêtan hóa là giai đoạn quan trọng nhất của toàn bộ quá trình xử lý yếm khí

Dưới tác dụng của các vi khuẩn mêtan hóa, các axit hữu cơ, các chất trung tính bị

phân giải tạo thành khí metan

- Khoảng 30% khí CH4 tạo thành do quá trình khử CO2:

+ Khử CO2 bằng H2:

CO2 + 4H2  VK CH4 + 2H2O+ Khử CO2 bằng oxy hóa khử:

- Khoảng 70% khí mêtan còn lại được tạo thành nhờ các quá trìnhDecacboxyl hóa các axit hữu cơ và các chất trung tính

+ CH4 được tạo thành do Decacboxyl hóa axit axetic:

CH3COOH  CH4 + CO2 + CH4 được hình thành do Decacboxyl hóa các axit hữu cơ khác:

+ CH4 cũng có thể được hình thành do Decacboxyl các chất trung tính: 2C2H5OH  3CH4 + CO2

CH3-CO-CH3 + H2O  2CH4 + CO2

 Tác nhân sinh học

Trong phân giải yếm khí, các quá trình thủy phân và lên men xảy ra dưới tácdụng của nhiều chủng vi khuẩn khác nhau Thành phần hệ vi sinh vật trong phângiải yếm khí phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của các chất ô nhiễm có trong nướcthải

- Vi sinh vật trong giai đoạn thủy phân và lên men axit hữu cơ:

+ Môi trường giàu xenlulo thường có các vi khuẩn: Bacillus, Pseudomonas, Alcaligenes.

+ Môi trường giàu protein: Bacillus, Clostridium, Proteus và E.Coli + Môi trường giàu lipit: Bacillus, Pseudomonas, Alcaligenes, Bacterioides.

+ Môi trường giàu tinh bột: Micrococus, Lactobacillus, Pseudomonas, Clostridium.

Trong đó các chủng: Lactobacillus, Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, Bacterioides chiếm đa số.

Phần lớn các vi khuẩn thủy phân và lên men axit hữu cơ ít nhạy cảm vớimôi trường Chúng có thể phát triển trong dải pH rộng từ 2 – 7 Tuy nhiên, pHopt = 5– 7 ở nhiệt độ 33 – 400C

- Vi khuẩn axetogene:

Vi khuẩn tạo axit axetic thường phát triển trong môi trường cùng vớimetan Vi khuẩn Axetogene tạo H2 trong quá trình lên men nhưng lại bị chính sảnphẩm này ức chế Vì vậy, trong môi trường có các vi khuẩn metan sử dụng H2 hoặc

H+ để khử CO2

Một số chủng vi khuẩn Axetogene có hiệu quả metan hóa cao như:

+ Syntrophobacter woloni, Syn Wolfei, Syn Buswweni.

Nhiệt độ tối ưu là 33 – 400C, pH = 6 – 8

Hai nhóm vi khuẩn khác cũng có khả năng tạo axit axetic như:

+ Nhóm vi khuẩn khử sunphat: Selenomonosas, Clostridium và

Dasolfovibrio Trong môi trường hỗn hợp với vi khuẩn metan hóa tạo

- Vi khuẩn metan hóa: thuộc 2 nhóm chính

+ Nhóm ưa ấm (Mesophyl, lên men tạo CH4 ở 35 – 370C, pH=6,8 – 7,5):

gồm Methanobacterium (trực khuẩn), Methanococcus (đơn cầu khuẩn), Methanosaccina (bát cầu khuẩn).

+ Nhóm ưa nóng (Thermophyl, lên men tạo CH4 ở 55 – 600C):

gồm Methanobacillus, Methanospirillium, Methanothrix.

Vi khuẩn lên men metan là những vi khuẩn yếm khí nghiêm ngặt Chúng rấtmẫn cảm với sự có mặt của O2 Do đó, thiết bị lên men phải kín, pHopt = 6,8 – 7,5

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học yếm khí

- Nhiệt độ

Đây là yếu tố điều tiết cường độ của quá trình bỡi vì nó ảnh hưởng tới hoạtđộng chuyển hóa của vi sinh vật Nhiệt độ tối ưu cho toàn quá trình phụ thuộc vàochủng loại vi sinh vật Trong thực tế, cả 2 nhóm ưa nóng và ưa ấm đều có khả năngphân hủy yếm khí

Dải nhiệt độ cho quá trình phân giải yếm khí rộng từ 30 – 600C Tuy nhiên,nhiệt độ tối ưu cho mỗi quá trình còn phụ thuộc vào đặc tính ưa nhiệt của tác nhânsinh học Bởi chỉ một khoảng biến động nhiệt độ nhỏ cũng ảnh hưởng tới hoạt lựccủa vi sinh vật

Với các vi sinh vật ưa nóng, khoảng nhiệt độ tối ưu của chúng từ 55 – 600C,còn với các vi sinh vật ưa ấm thì 33 – 370C

Để thu được hiệu suất tạo khí metan cao và ổn định thì phải ổn định nhiệt độtrong dải ưa ấm

- Độ pH

Thiết bị phân hủy yếm khí được vận hành trong khoảng pH từ 6,6 – 7,6 vớikhoảng tối ưu từ 7 – 7,2 Mặc dù vậy, vi sinh vật axit hóa có thể chịu được pH = 5,5nhưng ở giá trị này vi khuẩn metan hóa bị ức chế mạnh

Thiết bị phân hủy yếm khí cần được trang bị thiết bị đo và điều chỉnh pH khicần thiết để đảm bảo ổn định độ pH của hệ thống ở giá trị trung tính Nếu pH xuốngthấp cần bổ sung kiềm hoặc ngừng cấp liệu để thiết bị tự điều chỉnh

- Nồng độ cơ chất

Vi khuẩn thực hiện quá trình phân giải yếm khí có tốc độ tạo sinh khối rất nhỏ.Thực nghiệm cho thấy tỷ lệ C/N cần duy trì ở 30/1 Các yếu tố quan trọng khác như

P, Ca, K, Na cũng cần bổ sung tùy theo thành phần và tính chất nước thải cần xử lý

- Tải trọng khối (Tk, kgCOD/m3/ngày)

Tải trọng chất hữu cơ phụ thuộc vào tải lượng có trong nước thải, tải trọngthủy lực hay thời gian lưu Khi tải lượng chất hữu cơ cao sẽ làm dư thừa các axit

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 30

hữu cơ dẫn đến pH giảm, gây bất lợi cho vi khuẩn metan hóa Tải lượng chất hữu cơthấp sẽ không có lợi cho quá trình khí hóa.

Thời gian lưu nước phụ thuộc vào đặc tính của nước thải và điều kiện môitrường Thời gian lưu quá ngắn (tải trọng khối cao) sẽ không cho phép các vi khuẩnyếm khí, đặc biệt là vi khuẩn metan tiếp xúc và trao đổi với các chất ô nhiễm nênlàm giảm hiệu quả xử lý; ngược lại thời gian lưu càng lâu càng có lợi cho hiệu quảtạo biogas và xử lý nước thải nhưng gây chi phí tốn kém Thời gian tối ưu cho quátrình phân hủy yếm khí trong hệ thống UASB là 0,5 – 6 ngày

- Thế oxy hóa khử (hàm lượng H 2 ) trong giai đoạn tạo axit axetic

Lactat + H2O  axetat + 2H2 + CO2 + QEtanol + H2O  axetat + 2H2 - Q

Butyrat + H2O  axetat + 2H2 - QPropionat + H2O  axetat + 3H2 + CO2 - QCác phản ứng oxy hóa khử này sẽ được thực hiện khi không có các vi khuẩn

có khả năng sử dụng H2

Thế oxy hóa khử ảnh hưởng tới quá trình phân giải yếm khí theo nguyên lý

Le Chaterier về chuyển dịch cân bằng hóa học: “Mọi sự thay đổi của các yếu tố xác định trạng thái của một hệ cân bằng sẽ làm cho cân bằng chuyển dịch về phía chống lại những thay đổi đó” Khí H2 sinh ra từ các phản ứng trên nếu không đượcgiải phóng sẽ gây ra áp lực lớn (nồng độ cao), làm cho cân bằng chuyển dịch vềphía không sinh ra H2 nữa và hiệu quả lên men axit axetic giảm xuống

Nhờ có quá trình metan hóa làm giảm nồng độ axetat, hơn nữa H2 được các vikhuẩn metan hóa sử dụng để khử CO2 tạo khí CH4 nên nồng độ khí H2 giảm, cânbằng sẽ chuyển dich theo hướng tạo ra sản phẩm axetat và H2 Nếu quá trình nàydiễn ra liên tục thì hiệu quả xử lý nước thải rất cao

- Các chất độc

Các chất ức chế hoặc độc đối với các vi sinh vật phân giải yếm khí khá đadạng:

+ Amon: Ức chế quá trình metan hóa

+ Hydrocacbua halogen hóa: Ức chế quá trình metan hóa

+ Hydrocacbua vòng thơm: Ảnh hưởng lớn tới nhóm vi khuẩn metan

hóa

+ Một số kim loại nặng

 Đặc điểm thiết bị UASB

Các dạng thiết bị xử lý yếm khí rất đa dạng và phong phú Từ loại đơn giản

như hầm Biogas đến phức tạp như thiết bị UASB Các dạng xử lý yếm khí như: thiết

bị yếm khí tiếp xúc, thiết bị yếm khí giả lỏng, thiết bị xử lý chảy ngược qua lớp bùnhoạt tính dòng hướng lên (UASB), thiết bị dạng tháp đệm

Trong đó, UASB là dạng xử lý được sử dụng rộng rãi trong xử lý nhiều loạinước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao; nó rất phù hợp cho xử lý nước thải

bia Cấu tạo Bể UASB được thể hiện trên hình vẽ 3.1.

- Cấu tạo

Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) có thể làm bằng bê tông cốt

thép hoặc bằng gạch, thường có mặt bằng hình chữ nhật, được cách nhiệt với bênngoài Để tách khí ra khỏi nước thải, trong bể gá thêm tấm phẳng đặt nghiêng so vớiphương ngang góc  35o

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo bể UASB [7].

1 Vùng phản ứng kị khí; 2 Vùng lắng cặn; 3 Cửa dẫn hỗn hợp bùn nướcsau khi đã tách khí đi vào ngăn lắng; 4.Cửa tuần hoàn cặn; 5.Máng thu nước; 6.Nước sang Aeroten; 7 Khí sản phẩm thu được; 8 Ống dẫn hỗn hợp khí

- Nguyên tắc hoạt động

Nước thải sau khi điều chỉnh pH theo ống dẫn vào hệ thống phân phối đều trêndiện tích đáy bể Nước thải từ dưới lên với vận tốc 0,6 – 0,9 m/s để giữ cho lớp bùnluôn ở trạng thái lơ lửng Hỗn hợp bùn kị khí trong bể hấp thụ chất hữu cơ hòa tantrong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành khí (70 – 80% mêtan, 20 –30% cácbonic) và nước Các hạt bùn cặn bám vào các bọt khí được sinh ra nổi lêntrên bề mặt làm xáo trộn và gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng Khihạt cặn nổi lên va phải tấm chắn phía trên bị vỡ ra, khí thoát lên trên cặn rơi xuống

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 32

dưới Hỗn hợp bùn nước đã tách hết khí được chuyển vào ngăn lắng Hạt cặn trongngăn lắng tách bùn lắng xuống đáy và tuần hoàn lại vùng phản ứng kị khí Nướctrong được thu vào máng và được dẫn sang bể xử lý đợt II (Aeroten) Khí biogasđược thu về bình chứa rồi theo ống dẫn ra ngoài.

Bùn trong bể được hình thành hai vùng rõ rệt: ở chiều cao khoảng 1/4 tính từđáy lên, lớp bùn hình thành do các hạt cặn keo tụ có nồng độ từ 5000 – 7000 mg/l,phía trên lớp này là lớp bùn lơ lửng có nồng độ 1000 – 3000 mg/l gồm các bông cặnchuyển động giữa lớp bùn đáy và bùn tuần hoàn từ ngăn lắng rơi xuống Bùn trong

bể là sinh khối đóng vai trò quyết định trong việc phân hủy và chuyển hóa chất hữu

cơ Nồng độ cao của bùn hoạt tính trong bể cho phép bể làm việc với tải trọng chấthữu cơ cao

Để hình thành khối bùn hoạt tính đủ nồng độ, làm việc hiệu quả đòi hỏi thờigian vận hành khởi động từ 3 – 4 tháng Nếu cấy vi khuẩn tạo axit và vi khuẩn tạomêtan trước với nồng độ thích hợp và vận hành với chế độ thủy lực nhỏ hơn 1/2công suất thiết kế, thời gian khởi động có thể rút xuống còn 2 – 3 tuần

Lượng cặn dư bằng 0,15 – 0,2% lượng COD, tức bằng một nửa cặn sinh ra sovới xử lý hiếu khí Cặn dư định kỳ xả ra bên ngoài và có thể tiếp tục đưa đi làm khô

- Ưu, nhược điểm của UASB

+ Ưu điểm:

- Năng lượng cần thiết cho hệ thống UASB rất thấp

- Lượng bùn tạo thành nhỏ (nhỏ hơn 3 – 20 lần xử lý hiếu khí)

- Có thể tuần hoàn hay không tuần hoàn lại bùn

- Tạo sản phẩm khí sinh học CH4 (70 – 80%), là nguồn năng lượngsạch, có thể sử dụng cho sinh hoạt

- UASB rất thích hợp cho xử lý nước thải có nhiều cặn lơ lửng

- UASB có thể phân hủy các chất hữu cơ phức tạp: vòng, halogen…

- UASB thích hợp cho xử lý nước thải công nghiệp có hàm lượng vàtải lượng ô nhiễm cao

+ Nhược điểm:

- Các quá trình xảy ra trong thiết bị phức tạp

- Tác nhân sinh học rất nhạy cảm với các yếu tố môi trường

- Quá trình khởi động kéo dài

- Yêu cầu cao sự tương thích giữa thức ăn và hàm lượng sinh khối

- Quá trình cố định vi khuẩn trên lớp đệm rất khó điều khiển

Quá trình xử lý yếm khí tạo ra lượng bùn ít và chi phí năng lượng thấp Nhượcđiểm của xử lý yếm khí là thời gian lưu nước thải lớn, thời gian ổn định công nghệ

dài (3 – 6 tháng) Qui trình vận hành tương đối phức tạp, hiệu quả xử lý phụ thuộcnhiều vào các yếu tố môi trường, biến động lớn từ 60 – 90%.

II.2.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý sinh học hiếu khí [8, 10, 11]

 Nguyên lý của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính

Sử dụng các vi sinh vật để oxy hoá các chất hữu cơ và vô cơ có khả năngchuyển hoá sinh học được; đồng thời chính vi sinh vật cũng sử dụng một phần chấthữu cơ và năng lượng khai thác được từ quá trình oxi hoá để tổng hợp nên sinh khốicủa chúng

 Cơ chế của quá trình xử lý hiếu khí

+ Oxy hoá các hợp chất hữu cơ không chứa nitơ (Gluxit, hyđrocacbua,pectin, axit hữu cơ, các chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ khác…)

C 5 H 7 NO 2 + 5O 2  5CO 2 + 2 H 2 O + NH 3 + E

Ngoài ra trong hệ thống còn xảy ra các quá trình nitrit và nitrat hoá:

+ Nitrit hoá : NH4 + 3/2 O2 + H2O vsv NO2- + 2 H3O+ + E

+ Nitrat hoá: NO2- + ½ O2  vsv NO3

-Phương trình tổng quát : NH4+ +2O2+ H2O  vsv NO3- + 2H3O+

+ Oxy hoá các hợp chất vô cơ:

2 4

- Chuyển hoá nhanh các hợp chất hữu cơ

- Có kích thước tương đối lớn để bông sinh học lắng nhanh (=50 – 200µm)

- Có khả năng tạo nha bào

- Không tạo ra các khí gây ô nhiễm môi trường như: H2S, Indol, Scatol

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 34

Dựa trên các yêu cầu đó thì các vi khuẩn hô hấp hiếu khí được sử dụng chủyếu; ngoài ra còn có vi khuẩn hô hấp tùy tiện và nguyên sinh động vật.

 Vi khuẩn hô hấp hiếu khí:

+ Pseudomonas

+ Aerobacter aerogenes

+ Bacillus Subtilis (phát triển trong môi trường giàu protein)

+ Flavobacterium (phát triển trong môi trường giàu sắt)

+ Nitrosomonas vinogradski (vi khuẩn nitrit hoá).

 Vi khuẩn hô hấp tuỳ tiện:

+ Cellulosomonas bizotera (có khả năng oxy hoá xenlluloza)

+ Rhodospeudomonas (có màu hồng)

+ Nitrobacter (có khả năng nitrat hoá)

+ Microthrix (vi khuẩn dạng sợi – có màu trắng)

+ Thiothrix (vi khuẩn dạng sợi – có màu trắng)

 Nguyên sinh động vật: Bao gồm 2 dạng chủ yếu:

+ Trùng tơ (Cillatae)

+ Trùng roi (Flagellate)

Do có kích thước lớn khoảng 30 – 50µm nên trong bể xử lý nó có vai trò nhưsau:

+ Bám vào bùn làm cho bùn dễ lắng hơn

+ Ăn cặn lơ lửng góp phần làm trong nước

+ Là chỉ thị để đánh giá mức độ cấp khí cho bể

+ Là chỉ thị để đánh giá các chất độc có trong nước thải

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học hiếu khí [8]

- Oxi hòa tan (DO)

Đây là thông số quan trọng đối với hệ thống xử lý hiếu khí DO được cấp liêntục để đáp ứng yêu cầu oxy hóa của vi sinh vật

Nếu thiếu oxi hoà tan sẽ gây ra hiện tượng phồng bùn do vi khuẩn dạng sợiphát triển, làm cho bùn xốp, khó lắng Việc cung cấp oxi còn có tác dụng tạo ra độđồng nhất các pha trong thiết bị, làm rã các khối bông sinh học lớn, giảm các điểmchết trong thiết bị, nâng cao hiệu quả làm sạch và rút ngắn thời gian lưu nước trong

hệ thống

Độ hoà tan của oxi vào trong nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố, không chỉ phụthuộc vào phương thức cấp khí (công suất máy nén, áp lực nén, đặc trưng của hệthống phân phối khí), chiều cao cột nước mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ, tính chấtnước thải, tỷ số F/M (nguồn dinh dưỡng/lượng sinh khối), tốc độ sinh trưởng, đặc

trưng hình thái và sinh lý vi sinh vật

Để đảm bảo tốc độ oxi hoá các chất bẩn diễn ra tốt, nồng độ oxi hoà tan cầnđạt 2 – 4mg/l, lượng khí cung cấp 45 – 90 m3/kg

- pH

pH của nước thải có ảnh hưởng lớn đến các quá trình hóa sinh của vi sinh vật,quá trình tạo bùn và lắng Dải pH tối ưu cho xử lý hiếu khí nước thải từ 6,5 - 8,5

Để đảm bảo pH trong khoảng trên, trong thực tế trước khi cho nước thải vào bể

xử lý sinh học hiếu khí, người ta thường điều hoà lưu lượng, điều chỉnh giá trị pH ở

bể điều hoà

- Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng tới hoạt động của vi sinh vật Mỗi vi sinh vật cũng có mộtkhoảng nhiệt độ tối ưu, nếu tăng nhiệt độ quá ngưỡng sẽ ức chế hoạt động của visinh vật hoặc bị tiêu diệt hay tạo bào tử

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến DO:

+ Khi nhiệt độ tăng DO giảm và vận tốc phản ứng tăng lên

+ Khi nhiệt độ giảm DO tăng nhưng ngược lại vận tốc phản ứng giảm.Trong bể Aeroten nhiệt độ tối ưu là 20 – 27 0C, nhưng cũng có thể chấp nhậnnhiệt độ 16 – 370C [11]

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng sinh học thể hiện qua biểu thức:

RT = R20.θ(T – 20) Trong đó:

+ RT, R20: tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T 0Cvà ở 200C+ θ : hệ số nhiệt độ (có giá trị từ 1,00 – 1,04 )

+ T: nhiệt độ xử lý (0C )

- Thành phần dinh dưỡng

Thành phần dinh dưỡng trong nước thải chủ yếu là nguồn Cacbon (thể hiệnBOD), cùng với N (thường ở dạng NH4 ) và P (ở dạng muối photphat) là nhữngnguyên tố đa lượng; ngoài ra còn có các nguyên tố vi lượng như: Mg, Fe, Mn

Tỷ lệ các chất dinh dưỡng phù hợp là C : N : P = 100 : 5 : 1

Thiếu dinh dưỡng trong nước thải sẽ làm giảm mức độ sinh trưởng, phát triểntăng sinh khối của vi sinh vật, thể hiện bằng lượng bùn hoạt tính tạo thành giảm,kìm hãm và ức chế quá trình oxy hoá các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn

Nếu thiếu N một cách kéo dài, ngoài việc cản trở quá trình sinh hoá còn làmcho bùn hoạt tính khó lắng, các hạt bông bị phồng lên trôi nổi theo dòng nước ra làmcho nước khó trong và chứa một lượng lớn vi sinh vật, làm giảm tốc độ sinh trưởngcũng như cường độ oxy hoá của chúng

Nếu thiếu P, vi sinh vật dạng sợi phát triển và cũng làm cho bùn hoạt tính lắngchậm và giảm hiệu quả xử lý

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 36

- Chất độc đối với VSV

Các chất độc hữu cơ, vô cơ, đặc biệt là các kim loại nặng, các ion halogen cókhả năng ức chế thậm chí làm vô hoạt hệ enzym oxi hóa khử ở vi sinh vật Vì thế,cần phải xử lý trước các chất độc này

Nồng độ muối vô cơ cần khống chế sao cho < 10 g/l

- Hàm lượng các chất rắn lơ lửng (SS ) ở dạng huyền phù

Nếu nồng độ chất lơ lửng không quá 100mg/l thì loại hình xử lý thích hợp là

bể lọc sinh học và nồng độ không quá 150mg/l là xử lý bằng aeroten sẽ cho hiệuquả phân huỷ các chất hữu cơ nhiễm bẩn là cao nhất [8]

Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao thường làm ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý Vìvậy, cần phải qua lắng trong giai đoạn xử lý sơ bộ một cách đầy đủ để loại bỏ cáccặn lớn và một phần các chất rắn lơ lửng

- Nồng độ chất bẩn hữu cơ trong nước thải

Nồng độ cơ chất trong môi trường ảnh hưởng nhiều tới đời sống của vi sinhvật Vi sinh vật sẽ bị ức chế và bị kìm hãm quá trình hoạt động sống trong trườnghợp nồng độ chất bẩn hữu cơ cao hơn nồng độ cho phép

Đối với Aeroten thông thường thì hàm lượng BOD = 500mg/l; đối với Aerotenkhuấy trộn hoàn chỉnh thì BOD < 1000mg/l Nếu BOD cao quá thì cần pha loãngnước thải hoặc qua xử lý kị khí trước rồi qua xử lý hiếu khí sau

- Hàm lượng sinh khối (MLSS ) và tỉ lệ F/M

Hàm lượng sinh khối trong bể sinh học hiếu khí thường dao động từ 500 –3000mg/l Tuỳ theo hàm lượng và bản chất của chất ô nhiễm trong nước thải cũngnhư hoạt lực của bùn hoạt tính mà hàm lượng sinh khối sẽ khác nhau:

+ Các hệ thống cao tải có thể sử dụng hàm lượng sinh khối cao từ 1500 –3000mg/l

+ Với hệ thống Aeroten thông thường thì hàm lượng sinh khối dao độngtrong khoảng từ 500 – 1500mg/l

Tỷ lệ F/M (Food/ microorganism = chất thải/ vi sinh vật): là một thông sốquan trọng ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật hiếukhí

+ Nếu F/M << 1: Thiếu dinh dưỡng cho vi sinh vật hoạt động

+ Nếu F/M >1 : Vi sinh vật phát triển sinh khối, không tạo nha bào nênkhông kết dính với nhau lại thành bông, kích thước bông bùn giảm, bùn khó lắnglàm nước ra sau xử lý không đạt độ trong yêu cầu

+ Tỷ lệ F/M = 0,2 ÷ 0,6 : Tạo độ ổn định trong quá trình xử lý hiếu khí

 Các dạng thiết bị thường gặp

- Các công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải dựa trên cơ sở sinh

trưởng dính bám của vi sinh vật – lọc sinh học

+ Xử lý nước thải bằng lọc sinh học

Nguyên lý của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của visinh vật ở màng sinh học, oxy hoá các chất bẩn hữu cơ trong nước Các màng sinhhọc là tập thể các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kỵ khí và tuỳ tiện Các

vi khuẩn hiếu khí tập trung ở lớp ngoài của màng sinh học, ở đây chúng phát triển

và gắn với giá mang là các vật liệu lọc (được gọi là sinh trưởng dính bám)

Trong quá trình làm việc, các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên xuống,sau đó nước thải đã làm sạch được thu gom xả vào bể lắng bậc 2 Nước thải vào bểlắng bậc 2 có thể kéo theo những mãnh vở của màng sinh học bị tróc ra khi lọc làmviệc Trong thực tế, một phần nước đã qua bể lắng được quay trở lại làm nước phaloãng cho các loại nước thải đậm đặc trước khi vào bể lọc và giữ nhiệt cho màngsinh học làm việc

Các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxi hóa bỡi quần thể vi sinh vật

ở màng sinh học Màng này thường dày khoảng 0,1 – 0,4mm Các chất hữu cơ trướchết bị phân hủy bỡi vi sinh vật hiếu khí, sau đó thấm sâu vào màng, nước hết oxihòa tan và sẽ chuyển sang phân hủy bỡi vi sinh vật kị khí Khi các chất hữu cơ cótrong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào

và khả năng dính kết cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo nước lọc Hiện tượng nàygọi là tróc màng Sau đó lớp màng mới lại xuất hiện

Vật liệu lọc khá phong phú : từ đá dăm, đá ong, vòng kim loại, vòng gốm, than

đá, than cốc, gỗ mãnh, chất dẻo tấm uốn lượn

Hình 2.2 Các quá trình trong bể lọc sinh học [8].

Lọc sinh học đang được dùng hiện nay chia làm 2 loại:

+ Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước,

+ Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 38

Vật liệu đệm

Vùng yếm khí

Vùng hiếu khí

CHC cacbon DO Sản phẩm cuối

Không khí

Dòng nước thải

Phương pháp lọc có ưu điểm là: đơn giản, tải lượng chất gây ô nhiễm thay đổitrong giới hạn rộng trong ngày, thiết bị cơ khí đơn giản và tiêu hao ít năng lượngnhưng cũng có nhược điểm là hiệu suất quá trình phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độkhông khí, chiều dày màng sinh học, tốc độ oxi hóa, cường độ hô hấp của vi sinhvật, bản chất các chất hữu cơ, đặc tính bể lọc, độ thấm ướt của màng…

- Các công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng

lơ lửng của vi sinh vật – kỹ thuật bùn hoạt tính

Trong quá trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyềnphù Quá trình làm sạch Aeroten diễn ra theo mức dòng chảy qua của hỗn hợp nướcthải và bùn hoạt tính được sục khí Việc sục khí nhằm đảm bảo hai quá trình là nướcđược bão hoà O2 và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng

Nước thải sau khi đã được xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ởdạng hoà tan cùng các chất lơ lửng đi vào Aeroten Các chất lơ lửng này là một sốchất rắn và có thể là một số chất hữu cơ chưa phải là dạng hoà tan Các chất lơ lửng

là nơi vi khuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặnbông Các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước Các hạt bông cặn này cũngchính là bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật có trong nước thải,hình thành những bông cặn có khả năng hấp thụ và phân huỷ các chất hữu cơ khi cómặt của O2

+ Bể Aeroten thường (truyền thống)

Nước thải sau khi được tách cặn trong bể lắng sơ cấp sẽ được dẫn vào và trộnvới bùn hoạt tính tuần hoàn ở đầu bể aeroten Tiếp đó xảy ra các phản ứng khoánghóa các chất hữu cơ, tổng hợp sinh khối và nitrat hóa bỡi các enzym của vi sinh vậttrong điều kiện có đủ oxi Sau khi ra khỏi bể, nước thải đã được làm sạch

Nhược điểm của bể này là chỉ áp dụng để xử lý nước thải có BODv < 400mg/l

+ Bể Aeroten làm thoáng kéo dài

Bể này được thiết kế với tải trọng chất hữu cơ thấp, chỉ số F/M thấp, thời gianlàm thoáng thường 20 – 30h

Bể này sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp có công suất < 3500 m3/ngày.Trong bể này, do vi sinh vật bị bỏ đói nên thực hiện quá trình oxy hóa tế bào tăngdẫn tới nước thải ra được xử lý triệt để, lượng bùn thải ít

+ Mương oxy hóa

Mương oxy hóa là một dạng cải tiến của bể aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh,làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tínhchuyển động tuần hoàn và liên tục ở trong mương (trạng thái lơ lửng)

Khi hoạt động, trong mương oxy hóa sẽ hình thành 2 vùng cơ bản :

Vùng oxic : quá trình oxy hóa cacbon và nitrat hóa xảy ra khi có đủ oxy

Vùng anoxic : là vùng thiếu khí, xảy ra quá trình denitrat hóa.

+ Aeroten tải trọng cao

Bể này được áp dụng khi yêu cầu nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn cột B hoặc cột

C Khi đó nước thải vào aeroten sẽ được trộn với 10 – 15% bùn tuần hoàn và hỗnhợp này sẽ được đưa vào bể để làm thoáng trong thời gian 1 – 3h

+ Bể Aeroten kết hợp lắng hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR Sequencing Batch Reactor) [6]

-Các giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bể (hình 2.3) bao gồm: làm

đầy nước thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nước thải và xả bùn dư Trong bước một,khi cho nước thải vào bể, nước thải được trộn với bùn hoạt tính lưu lại từ chu kỳtrước Sau đấy, hỗn hợp nước thải và bùn được sục khí ở bước hai với thời gian thổikhí đúng như thời gian yêu cầu Quá trình diễn ra gần với điều kiện trộn hoàn toàn

và các chất hữu cơ được oxy hoá trong giai đoạn này Bước thứ ba là quá trình lắngbùn trong điều kiện tĩnh Tiếp đến, nước trong nằm phía trên lớp bùn được xả rakhỏi bể Bước cuối cùng là xả lượng bùn dư được hình thành trong quá trình thổikhí ra khỏi ngăn bể, các ngăn bể khác hoạt động lệch pha để đảm bảo cho việc cungcấp nước thải lên trạm xử lý nước thải liên tục

Công trình SBR hoạt động gián đoạn, có chu kỳ Các quá trình trộn nước thảivới bùn, lắng bùn cặn diễn ra gần giống điều kiện lý tưởng nên hiệu quả xử lýnước thải cao BOD của nước thải sau xử lý thường thấp hơn 50 mg/l, hàm lượngcặn lơ lửng từ 10 đến 45 mg/l và N-NH3 khoảng từ 0,3 đến 12 mg/l Bể aeroten hoạtđộng gián đoạn theo mẻ làm việc không cần bể lắng đợt hai Trong nhiều trườnghợp, người ta cũng bỏ qua bể điều hoà và bể lắng đợt một [6]

NT vào

Làm day

Thoi khí

Xa nuocthai

Hình 2.3 Các bước của bể aeroten hoạt động gián đoạn [6].

Hệ thống aeroten hoạt động gián đoạn SBR có thể khử được nitơ và phốt phosinh hoá do có thể điều chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí trong

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 40