XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÁC NHÀ MÁY BIA THEO MÔ HÌNH LỌC NGƯỢC KỊ KHÍ – AEROTEN HOẠT ĐỘNG GIÁN ĐOẠN

Bia được sản xuất tại Việt Nam cách đây trên 100 năm tại nhà máy Bia Sài Gòn và nhà máy Bia Hà Nội. Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các nhà máy bia có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc Trung ương và địa phương, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nước ngoài

HỘI NGHỊ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC XÂY DỰNG LẦN THỨ 14 Trang 85-93 85 XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÁC NHÀ MÁY BIA THEO MÔ HÌNH LỌC NGƯỢC KỊ KHÍ – AEROTEN HOẠT ĐỘNG GIÁN ĐOẠN PGS.TS Trần Đức H ạ PGS.TS Nguyễn Văn Tín I. ĐẶT VẤN ĐỀ Bia được sản xuất tại Việt Nam cách đây trên 100 năm tại nhà máy Bia Sài Gòn và nhà máy Bia Hà Nội. Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các nhà máy bia có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc Trung ương và địa phương, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nước ngoài. Hiện nay, cả nước có khoảng trên 320 nhà máy bia và các cơ sở sản xuất bia với tổng năng lực sản xuất đạt trên 800 triệu lít/năm. Trong số đó, bia địa phương sản xuất ở 311 cơ sở (chiếm 97,18% số cơ sở) nhưng sản lượng chỉ chiếm 37,41% sản lượng bia cả nước (đạt 231 triệu lít) và đạt 60,73% công suất thiết kế. Công nghiệp sản xuất bia đang là ngành tạo ra nguồn thu lớn cho ngân sách nhà nước và có hiệu quả kinh tế, vì vậy trong mấy năm qua sản xuất bia đã có những bước phát triển khá nhanh. Do mức sống tăng, mức tiêu dùng bia ngày càng cao. Năm 2000 có khoảng 81 triệu người và đến năm 2005 có thể là 89 triệu người dùng bia. Do vậy mức tiêu thụ bình quân theo đầu người vào năm 2005 dự kiến đạt 17 lít/người/năm (sản lượng bia đạt khoảng 1.500 triệu lít, tăng gấp 2 lần so với năm 2000). Bình quân lượng bia tăng 20% mỗi năm. 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 l nước thải/ lít bia, phụ thuộc vào công nghệ và các loại bia sản xuất. Các loại nước thải này chứa hàm lượng lớn các chất lơ lửng, COD và BOD dễ gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy các loại nước thải này cần phải xử lý trước khi xả ra nguồn nước tiếp nhận. II. NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BIA ĐỊA PHƯƠNG Tải lượng ô nhiễm trong nước thải bia thải bia là 6-18 kg BOD 5 , 9-30 kg COD, 2-4 kg cặn lơ lửng . cho 1000 lít bia. Các nghiên cứu về thành phần, tính chất nước thải sản xuất bia cho thấy hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải các cơ sở sản xuất bia địa phương lớn hơn tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần (bảng 1). 86 HỘI NGHỊ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC XÂY DỰNG LẦN THỨ 14 Trang 85-93 Bảng 1. Thành phần và tiêu chuẩn xả nước thải sản xuất bia ra nguồn nước mặt TT Chỉ tiêu Nước thải trước xử lý* Tiêu chuẩn thải ** 1 pH 6-9,5 6-9 2 Hàm lượng cặn lơ lửng, mg/l 150-300 100 3 BOD 5 , mg/l 700-1500 50 4 COD, mg/l 850-1950 100 5 Tổng Nitơ (TN) 15-45 60 6 Tổng Phốtpho (TP) 4,9-9,0 6 7 Coliform, MPN/100 ml <10.000 10.000 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 . ** Cột B theo TCVN 5945-1995, nước thải công nghiệp, Tiêu chuẩn thải ra nguồn nước mặt loại B. Do có hàm lượng chất hữu cơ cao, cặn lơ lửng lớn, nước thải sản xuất bia gây mùi hôi thối, lắng cặn, giảm nồng độ oxy hoà tan trong nước nguồn khi tiếp nhận chúng. Mặt khác các muối nitơ, phốt pho . trong nước thải bia dễ gây hiện tượng phú dưỡng cho các thuỷ vực. Nước thải nhà máy bia cần được xử lý sinh học, đảm bảo yêu cầu xả ra nguồn nước mặt theo quy định của TCVN 5945-1995. Sau khi nghiên cứu các số liệu về số lượng, thành phần và tính chất nước thải sản xuất của nhà máy bia địa phương (Công ty bia ong Thái Bình, Nhà máy bia NADA Nam Định, Nhà máy bia Hạ Long, Công ty bia Vinh- Nghệ An .) công suất từ 8 triệu đến 20 triệu lít bia/năm, Đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải các nhà máy bia địa phương “ do trường Đại học Xây dựng triển khai đã đề xuất nguyên tắc xử lý nước thải bia địa phương với hàm lượng chất hữu cơ dễ oxy hoá sinh hoá cao được nêu trên hình 1 sau đây. Với nguyên tắc xử lý nước thải như vậy, đề tài đã nghiên cứu dùng bể lọc dòng chảy ngược vật liệu nổi (upflow anaerobic filter - UAF) trong khâu xử lý sinh học kị khí và bể aeroten kết hợp lắng hoạt động theo mẻ (Sequencing Batch Reactor - SBR) trong khâu xử lý sinh học hiếu khí. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải được nêu trên hình 2. Bể lọc kị khí vật liệu nổi 87 HỘI NGHỊ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC XÂY DỰNG LẦN THỨ 14 Trang 85-93 Nước thải Cặn>220 mg/l BOD>500 mg/l Giế ng tách n ước Song chắn rác Bể lắng cát Ngăn thu trạm bơm Xử lý bậc 1: xử lý hoá lý hoặc xử lý sinh học kị khí Cặn lơ lửng <150 mg/l BOD<300 mg/l Xử lý bậc hai: xử lý sinh học hiếu khí Cặn lơ lửng<100mg/l BOD<50 mg/l Coliform<10.000 Xả ra môi trường bên ngoài Hình 1. Sơ đồ nguyên lý xử lý nước thải các nhà máy bia địa phương Bể điều hoà kết hợp lắng cát và song chắn rác Trạm bơm nước thải Bể aeroten hoạt động gián đoạn (SBR) Bể ủ bùn Xả nước thải ra môi trường bên ngoài Hình 2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ XLNT bia theo mô hình UAF và SBR. Các loại bể lọc kỵ khí là các loại bể kín, phía trong chứa vật liệu đóng vai trò như giá thể của vi sinh vật dính bám. Các giá thể làm bằng các loại vật liệu hình dạng, kích Nớc ra thc khỏc nhau, hot ng nh nh vt liu lc. Cỏc dũng nc thi cú th i t di lờn hoc trờn xung. Cỏc cht hu c c vi khun hp th v chuyn hoỏ to thnh CH 4 v cỏc loi cht khớ khỏc. Cỏc loi khớ sinh hc c thu gom ti phn trờn b. Khớ CH 4 v cỏc loi khớ sinh hc to thnh khỏc c thu hi phớa trờn. Nc thi a vo b cú th phõn phi phớa di hoc phớa trờn theo s nờu trờn hỡnh 3. K hí sinh họ c Nớc vào K h í sinh học Dòng t r à n Nớc vào Nớc tuần hoàn Nớc ra a. b. Hỡnh 3. B lc k khớ a - B lc k khớ dũng chy ngc (upflow anaerobic filter - UAF) b - B lc k khớ dũng chy xuụi (Downflow anaerobic filter - ADF) Vt liu lc ca b lc k khớ l cỏc loi cui si, than ỏ, x, ng nha, tm nha hỡnh dng khỏc nhau. Kớch thc v chng loi vt liu lc, c xỏc nh da vo cụng sut cụng trỡnh XLNT, hiu qu kh COD, tn tht ỏp lc nc cho phộp, iu kin cung cp nguyờn vt liu ti ch . Cỏc loi vt liu lc, cn m bo rng ln (t 90-300 m 3 /m 2 b mt b). Tng b mt ca vt liu lc cú vai trũ quan trng trong vic hp th cỏc cht hu c. Vt liu lc ni s dng trong cỏc nghiờn cu trin khai ti trng i hc Xõy dng l polyspirene, ng kớnh d=5-6 mm. Loi b ny c gi l b lc ngc k khớ vt liu ni (Upflow Anaerobic Floating Blanket-UAFB). õy l loi vt liu lc nh, trng lng riờng nh v cú tng b mt tip xỳc ln . Khi mng vi sinh vt dy, hiu qu lc nc thi gim (tn tht ỏp lc lc tng). Vt liu lc c ra bng phng phỏp x tc thi. Trong qỳa trỡnh ra lc, s lng vi khun hot tớnh ca b lc k khớ dũng chy ngc hao ht ớt. Mt khỏc vic ra lc cng n gin. B lc k khớ cú mt lot u im nh kh nng tỏch cỏc cht bn hu c (BOD) cao, thi gian lu nc ngn, vi sinh vt d thớch nghi vi nc thi, qun lý vn hnh n gin, ớt tn nng lng v d hp khi vi b t hoi v cỏc cụng trỡnh x lý nc thi khỏc. Tuy nhiờn cng nh cỏc cụng trỡnh x lý nc thi bng phng phỏp sinh hc khỏc, thi gian a cụng trỡnh vo hot ng di, b thng hay b s c tc nghn, hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải ra khỏi bể lớn. Các loại vật liệu lọc có đặc tính kỹ thuật yêu cầu thường có giá thành cao. 6 5 4 3 7 2 1 Hình 4. Sơ đồ cấu tạo bể lọc kỵ khí vật liệu lọc nổi 1.Nước thải vào; 2. Lớp cặn lơ lửng; 3.Vật liệu lọc nổi; 4. Lưới chắn;5.Ngăn tách khí; 6. ống dẫn khí ; 7.ống dẫn nước ra. Aeroten kết hợp lắng hoạt động gián đoạn theo mẻ (Sequencing Batch Reactor - SBR) là một dạng công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó tuần tự diễn ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải. Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn của bể tối thiểu là 2. Sơ đồ hoạt động của hệ thống bể nêu trên hình 5. N ớc t h ả i Bể c h ắ n r á c B ể l ắ ng đợt m ột Bể S BR 1 Bể S BR 2 X ả bù n hoạt t í nh d K hử t r ùng Xả n ớc thải ra sông, hồ Hỡnh 5. S hot ng ca h thng aeroten hot ng giỏn on SBR. Cỏc giai on hot ng din ra trong mt ngn b (hỡnh 6) bao gm: lm y nc thi, thi khớ, lng tnh, x nc thi v x bựn d. Trong bc mt, khi cho nc thi vo b, nc thi c trn vi bựn hot tớnh lu li t chu k trc. Sau y hn hp nc thi v bựn c sc khớ bc hai vi thi gian thi khớ ỳng nh thi gian yờu cu. Quỏ trỡnh din ra gn vi iu kin trn hon ton v cỏc cht hu c c ụ xy hoỏ trong giai on ny. Bc th ba l quỏ trỡnh lng bựn trong iu kin tnh. Sau ú nc trong nm phớa trờn lp bựn c x ra khi b. Bc cui cựng l x lng bựn d c hỡnh thnh trong quỏ trỡnh thi khớ ra khi ngn b, cỏc ngn b khỏc hot ng lch pha m bo cho vic cung cp nc thi lờn trm x lý nc thi liờn tc. Cụng trỡnh SBR hot ng giỏn on, cú chu k. Cỏc quỏ trỡnh trn nc thi vi bựn, lng bựn cn . din ra gn ging iu kin lý tng nờn hiu qu x lý nc thi cao. BOD ca nc thi sau x lý thng thp hn 50 mg/l, hm lng cn l lng t 10 n 45 mg/l v N-NH 3 khong t 0,3 n 12 mg/l. B aeroten hot ng giỏn on theo m lm vic khụng cn b lng t hai. Trong nhiu trng hp, ngi ta cng b qua b iu ho v b lng t mt. N ớc t h ả i vào 1 L àm đầ y n ớc t h ả i 4 Xả n ớc thải 2 T hổi kh í 5 X ả bùn d 3 Lắ ng Hỡnh 6. Cỏc bc ca b aeroten hot ng giỏn on. H thng aeroten hot ng giỏn on SBR cú th kh c nit v pht pho sinh hoỏ do cú th iu chnh c cỏc quỏ trỡnh hiu khớ, thiu khớ v k khớ trong b bng vic thay i ch cung cp ụ xy. Cỏc ngn b c sc khớ bng mỏy nộn khớ, mỏy sc khớ dng Jet hoc thit b khuy trn c hc. Chu k hot ng ca ngn b c iu khin bng rle thi gian. Trong ngn b cú th b trớ h thng vt vỏng, thit b o mc bựn, . B aeroten h SBR cú u im l cu to n gin, hiu qu x lý cao, kh c cỏc cht dinh dng nit, d vn hnh. S dao ng lu lng nc thi ớt nh hng n hiu qu x lý. Nhc im chớnh ca b l cụng sut x lý nc thi nh. b hot ng cú hiu qu ngi vn hnh phi cú trỡnh v theo dừi thng xuyờn cỏc bc x lý nc thi. Trờn c s phõn tớch thnh phn tớnh cht nc thi v nghiờn cu trờn cỏc mụ hỡnh UAFB v SBR phũng thớ nghim, ti Nghiờn cu x lý nc thi bia a phng ó xỏc nh c cỏc thụng s thit k cụng ngh cho b UAFB v SBR . B lc k khớ dũng chy ngc UAFB c thit k vi ti trng cht bn hu c ti a l 10 n 16kgCOD/m 3 .ngy. Thụng thng ti trng thit k khong t 1 n 7 kgCOD/m 3 .ngy. Thi gian nc lu li trong b t 0,4 n 18 ngy, cú th xỏc nh t biu thc: E = 100(1 S k ) t m (1) Trong ú: E - hiu qu kh COD ho tan trong nc thi, %; t - thi gian lu thy lc (thi gian lu nc) trong b, h;S k v m - cỏc h s liờn quan n cu to b v loi vt liu (giỏ th) lc. i vi vt liu lc dng xp nh din tớch b mt 98m 2 /m 3 thỡ cú th chn h s S k l 1,0; m = 0,55 hoc S k = 1,0; m = 0,40. Quá trình xử lý nước thải trong bể thổi khí phụ thuộc rõ rệt vào sự hình thành bùn hoạt tính. Kết quả nghiên cứu mối quan hệ giữa thời gian hình thành bùn và hiệu quả xử lý trên mô hình bioblock đối với nước thải lấy từ Công ty bia ong Thái Bình về được nêu trên hình 7. 250 200 150 I, ml/l E,% 100 50 0 ngay 1 ngay 5 ngay 10 ngay 15 ngay 20 ngay 25 ngay 30 Hình 7. Quan hệ giữa lượng bùn hoạt tính hình thành I (ml/l) và hiệu quả xử lý nước thải theo BOD E (%) trong mô hình bioblock đối với nước thải Công ty bia ong Thái Bình Từ các kết quả nghiên cứu trên mô hình phòng thí nghiệm, đề tài đã thiết lập được các chỉ tiêu công nghệ để thiết kế bể SBR như sau (bảng 2). Bảng 2. Các chỉ tiêu thiết kế hệ aeroten hoạt động gián đoạn (SBR) Chỉ tiêu thiết kế Giá trị Tổng thể tích Số bể Chiều sâu công tác Tỷ lệ lượng chất bẩn hữu cơ/lượng bùn Liều lượng bùn hoạt tính trong aero ten Thời gian 1 chu kỳ Thời gian lắng bùn hoạt tính Đặc điểm cấp khí Lượng ô xy 0,2-2,0 lần lưu lượng trung bình 1 ngày ≥ 2 3-6 m 0,04-0,2 kgBOD/kg bùn.ngày 2,2-3,0 g/l 4-12 giờ >1 h Cấp khí cho bước làm đầy và khuấy trộn bùn với nước thải Cung cấp đủ cho quá trình ô xy hoá chất hữu cơ và quá trình nitrat hoá như đối với các aeroten truyền thống Phòng Môi trường nước Trung tâm Kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp (CEETIA) đã triển khai thiết kế, chuyển giao công nghệ theo mô hình nêu trên cho một số nhà máy bia địa phương, trong đó có Công ty bia ong Thái Bình, nhà máy bia NADA Công ty Bia ong Thái Bình sản xuất chủ yếu là bia hơi, công suất hiện nay là 5 triệu lít/năm. Đến năm 2003, công suất dự kiến sẽ tăng lên 8 triệu lít/năm. Công nghệ sản xuất bia là công nghệ truyền thống theo tiêu chuẩn Việt Nam do công ty POLICO chuyển giao. Lượng nước cần cho quá trình sản xuất bia là 500 m 3 /ngày, trong tương lai sẽ tăng lên 700 m 3 /ngày. Nước chủ yếu dùng trong các khâu: nấu, rửa tang bốc, rửa nồi, rửa chai, vệ sinh công nghiệp . Nước nấu bia khoảng 30 đến 50 m 3 /ngày (ngày cao điểm đến 60 m 3 ). Nước thải chủ yếu là nước rửa nồi, rửa chai, tang bốc, nước cấn men . khoảng 300 m 3 /ngày hiện nay sẽ tăng lên 400 m 3 /ngày khi sản lượng 8 triệu lít bia/năm. Kể cả nước thải sinh hoạt sẽ là 450 m 3 /ngày. Nước thải Công ty bia ong Thái Bình có hàm lượng BOD 5 trên 900 mg/l, COD trên 1200 mg/l và hàm lượng cặn lơ lửng trên 300 mg/l được xử lý theo dây chuyền công nghệ nêu trên hình 8. Sau khi triển khai lắp đặt, Trung tâm kỹ thuật cũng đã tiến hành nghiên cứu, xác định hiệu quả hoạt động cũng như thiết lập chế độ vận hành các công trình UAFB và SBR trong dây chuyền này. Kết quả quan trắc hiệu quả xử lý nước thải qua các công trình được nêu trong bảng 3. Hiệu quả xử lý nước thải theo chỉ tiêu BOD5 phụ thuộc rõ rệt vào sự hình thành bùn hoạt tính trong bể aeroten kết hợp lắng. Trong điều kiện nhiệt độ mùa hè (nhiệt độ trung bình của nước thải là 26,5 o C), chỉ số bùn đạt trên 150 ml/ l sau thời gian đưa bể SBR vào vận hành 45 ngày. Hiệu quả xử lý nước thải theo BOD5 đạt tới 95%, đáp ứng yêu cầu xả vào nguồn nước mặt loại B theo quy định của TCVN 5945-1995. Kết quả quan trắc còn cho thấy, sau bể UAF, hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải giảm xuống còn từ 80 đến 140 mg/l, đáp ứng yêu cầu theo 20 TCN 51-84 để bể aeroten làm việc ổn định. [...]... Nước thải bia có thể xử lý sinh học kết hợp hai bước kị khí và hiếu khí trong cùng một hệ thống Đối với các nhà máy bia địa phương công suất nước thải hàng ngày từ vài 3 trăm đến hàng nghìn m được xử lý trong hệ thống bể lọc ngược kị khí vật liệu nổi (Upflow Anaerobic Floating Blanket – UAFB) và bể aeroten hoạt động theo mẻ (Sequencing Batch Reactor – SBR) là hợp lý Các kết quả quan trắc tại trạm xử. .. hành hệ xử lý nước thải SBR Theo đó, đối với mỗi đơn nguyên bể SBR: 3 - Bơm (Q =30 m /h): 2 h - Sục khí: 4 h - Lắng tĩnh: 1,5 h - Xả nước đã xử lý: 1,5 h III KẾT LUẬN Hiện nay, nhu cầu tiêu thụ bia ngày càng tăng Công nghiệp sản xuất bia tạo nên một lượng lớn nước thải xả vào môi trường Các loại nước thải này chứa hàm lượng lớn các chất lơ lửng, COD và BOD và cần phải xử lý trước khi xả ra nguồn nước. .. Kết quả quan trắc theo dõi quá trình xử lý nước thải theo chỉ tiêu BOD tại Công ty bia ong Thái Bình Ngày Nước thải đầu vào Nước thải sau UAFB Nước thải sau SBR 3/7/2002 656 338 255 15/7/2002 678 302 146 25/7/2002 639 310 128 30/7/2002 692 264 91 6/8/2002 513 252 69 21/8/2002 762 329 54 5/9/2002 678 224 45 15/9/2002 638 256 40 Từ quá trình quan trắc quá trình xử lý nước thải Công ty bia ong Thái Bình... hợp lý Các kết quả quan trắc tại trạm xử lý nước thải Công ty Bia ong Thái Bình do CEETIA thiết kế, cho thấy hiệu quả khử BOD trong hệ thống này có thể đạt tới 95% Ngoài ra, hệ thống này hoạt động ổn định, khả năng tự động hoá cao, giá thành hạ và hợp khối được công trình, tiết kiệm diện tích xây dựng TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Trần Đức Hạ Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ và vừa Nxb Khoa học và Kỹ thuật,... và vừa Nxb Khoa học và Kỹ thuật, 2002 2 Trần Đức Hạ.Báo cáo đề tài NCKH B94-34-06 :Mô hình các trạm xử lý nước thải công suất nhỏ trong điều kiện Việt Nam Hà Nội, 1995 2 Nguyễn Văn Tín Một số kết quả nghiên cứu bể lọc vật liệu lọc nổi Hội thảo Quốc gia về Hoá học và công nghệ hoá học với chương trình nước sạch và vệ sinh môi trường, Hà Nội, 1998 . DỰNG LẦN THỨ 14 Trang 85-93 85 XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÁC NHÀ MÁY BIA THEO MÔ HÌNH LỌC NGƯỢC KỊ KHÍ – AEROTEN HOẠT ĐỘNG GIÁN ĐOẠN PGS.TS Trần Đức H ạ PGS.TS. lít bia/ năm, Đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải các nhà máy bia địa phương “ do trường Đại học Xây dựng triển khai đã đề xuất nguyên tắc xử lý nước thải bia