Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia công suất 50 triệu lit năm

Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia công suất 50 triệu lit năm

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH BIA 2

.1.Giới thiệu sơ lược 2

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

.2.1 Nguyên liệu chính 2

.2.2 Quy trình công nghệ sản xuất bia 2

.3 Các dạng chất thải trong sản xuất bia 5

1 Khí thải 5

2.chất thải rắn 6

3 Nước thải: 7

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 7

.1 Đặc trưng của nước thải nhà máy bia 7

1.1 Các nguồn phát sinh và đặc tính của nước thải 7

.1.2 Phương án giảm thiểu lượng nước thải 8

.2 Lựa chọn dây chuyền xử lý nước thải cho nhà máy 9

CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG HIẾU KHÍ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 19

III.1 Tính toán bể SBR trong hệ thống xử lý nước thải 19

.1.1 Các chỉ tiêu thiết kế 19

.2.1 Tính toán bể SBR 20

IV Ước tính chi phí xây dựng 28

KẾT LUẬN 29

Các tài liệu tham khảo: 30

MỞ ĐẦU

Môi trường sống chung quanh ta đang cạn kiệt, trái đất đang kêu gọi sự bảo

vệ của toàn thể nhân loại vì vậy, ngoài vấn đề bảo vệ và sử dụng hợp lý tài

nguyên thiên nhiên thì việc xử lý các chất thải do con người tạo ra là rất cấp

thiết

Cùng với nhiệp độ phát triển mạnh mẽ của thế giới và khu vực, nền công

nghiệp của Việt Nam cũng đang phát triển không ngừng, kinh tế phát triển,

thu nhập tăng cao, đời sống của người dân dần phát triển Kèm theo những

thành tựu đã đạt được là vấn đề ô nhiễm môi trường, việc cung cấp nước

sạch, việc thải bỏ và xử lý nước bị ô nhiễm trước khi đổ vào nguồn tiếp nhận

là vấn đề bức xúc của người dân Ngành sản xuất rượu bia ở nước ta cũng

không ngoại lệ, với đặc điểm là một trong những ngành có lượng nước thải

lớn và hàm lượng ô nhiễm cao nếu không được xử lý thì sẽ gây ô nhiễm năng

nề cho nguồn tiếp nhận và môi trường sống xung quanh Vì vậy, việc xử lý

nước thải bia được quan tâm giải quyết

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH BIA

.1.Giới thiệu sơ lược

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

đại ít nhất là từ thiên niên kỷ 5 TCN

Bia nói một cách tổng thể là một loại đồ uống chứa cồn được sản xuất bằng

quá trình lên men đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được

chưng cất sau khi lên men Dung dịch đường không bị lên men thu được từ

quá trình ngâm nước gọi là hẻm bia hay “nước ủ bia”

- Hiện nay nhu cầu bia trên thế giới cũng như ở việt nam rất lớn vì nó là

loại nước uống mát, bổ và đặc biệt có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát

……do đó dẫn đến việc hình thành hàng loạt các doanh nghiệp ,cơ sở sản

xuất bia với 2 dạng công nghệ và thiết bị chủ yếu trong quá trình sản xuất:

công nghệ thiết bị hiện đại và công nghệ thiết bị sản xuất cổ điển cùng theo

sự xuất hiện của nhiều nhà máy sản xuất bia thì các loại chất thải ra trong

qui trình sản xuất bia cũng không ngừng tăng lên gây ô nhiềm nặng nề đối

với môi trường vì vậy việc thiết kế các hệ thống xử lý nước thải trong

nghành sản xuất bia là một trong những vấn đề tất yếu không thể thiếu cho

việc bảo vệ môi trường cùng với các hoạt động thiết thực đối với môi

trường sẽ đảm bao sự phát triển bền vững cũa xã hội loài người

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

.2.1 Nguyên liệu chính

Bia được sản xuất từ : Matl ( đại mạch nảy mầm ) ,gạo tẻ, hoa houblon,

nước, nấm men Hiện nay, nguyên liệu chính để sản xuất bia là matl đại

mạch và houblon đều phải nhập ngoại ( 60%-70%)

.2.2 Quy trình công nghệ sản xuất bia

1 Chuẩn bị nguyên liệu

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

2

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

Phục hồi men

Hơi nước Hoa houblon

Hơi nước Phụ gia

Bã malt

Bã hoa+ malt

Bã men Sục khí

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

nấu mỗi ca về tập kết tại phân xưởng nấu Malt và gạo được xay nghiền nhỏ

đến kích thước tiêu chuẩn

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

2.Nấu

Là quá trình phá vỡ các màng tinh bột, thực hiện quá trình thủy phân với

điều kiện p = 2-3atm ,t0 = 110 -1300C

3.Đường hóa

Chuyển tinh bột về đường ( gống như trong sản xuất rượu, cho enzim để

chuyển hóa tinh bột Trong sản xuất bia ,không cần cho enzim vì trong malt

đã có sẵn enzim ) ở điều kiện: t0 = 600C, t = 30phút ( 1 mẻ)

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

Dịch đường được bổ sung hoa houblon và nâng nhiệt độ lên 1000C Bã lọc

được rửa bằng nước nóng ở nhiệt độ 75- 800C Sau nấu hoa, dịch đường

được bơm sang thùng xoáy lốc để tách bà hoa và cặn lắng Sau đó được làm

lạnh nhanh để hạ nhiệt độ xuống 8-100C và được bổ sung oxy với lượng 30

– 35 ml khí /lit dịch ( tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển ) rồi

chuyển vào thiết bị len men

5 Quá trình lên men

Đây là quá trình quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia, thực chất

đây là quá trình lên men rượu :

C6H12O6 C2H5OH + CO2Điều kiện lên men :+ ở nhiệt độ thấp :5-100C

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

càng dài, chất lượng bia càng cao

Có hai phương pháp lên men : lên men nổi ( 10-140C) và lên men chìm (

5-100C):

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

men

4

lên men chính: Thường 1– 2 ngày, nhiệt độ duy trì trong giai đoạn lên men

chính từ 8 – 100C khi lên men, nhiệt độ của dịch đường trong thùng tăng

lên cho phép lên đến 14-160C với áp suất khống chế ở mức 1,3-1,5bar Ở

giai đoạn này, tận thu men chính có chất lượng tốt đê cấp men giống

Lên men phụ (tàng trữ): nhiệt độ 5 -100C, thời gian:20 – 50 ngày để trong

thùng, số ngày tàng trữ càng lớn, chất lượng bia càng tốt Chuyển hóa được

triệt để đường thành rượu Hai giai đoạn có thê tiến hành 1 hoặc 2 thiết bị

6 Lọc bia

Mục đích của quá trình lọc bia là tách các hạt cặn, tạp chất còn sót lại trong

bia, làm tăng độ trong của bia và làm tăng thời gian bảo quản.Thiết bị lọc

có thể là lọc khung bản với chất trợ lọc là diatomit

7.Bão hòa CO2 và chiết bia

Từ thùng chứa bia trong, bia có thể được bão hòa thêm CO2 với lượng nhât

định ( có tác dung giải khát ) rồi đưa đi chiết chai, chiết bom hoặc đóng lon

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

đóng két và xuất xưởng

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

1 Khí thải

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

- Các chất khí và bụi ô nhiễm phát sinh chủ yếu do đốt nhiên liệu than ,dầu

ở lò hơi gồm - - SO2, NOx, CO2, CO, bụi than … xử lý bằng xyclon

bụi sau đó hấp phụ

- Bụi từ khâu xay, nghiền nguyên liệu có thể khắc phục bằng cách sử dụng

phương pháp xay ướt, lọc bằng túi vải hoặc bao che kín hệ thống nghiền và

tải liệu

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

Nồng độ (mg/m3)

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

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

Nếu men bia chất lượng tốt (chứa vitamin và đạm rất nhiều ): sử dụng 30%

làm men giống còn lại làm thức ăn gia súc

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

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

3 Nước thải:

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

Bảng 1: Nồng độ các chất ô nhiễm từ nồi hơi [8]

Bảng 2 : Lượng chất thải rắn phát sinh khi sản xuất 1 lit bia[8]

6

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

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

Nước ngưng tụ trong nấu bia

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

Nước rửa các thùng lên men, chai như CIP

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

Nước thải là nguồn thải đáng luu ý trong nghành sản xuất bia Công nghệ

sản xuất bia sử dụng một lượng nước lớn và thải ra một lượng nuớc thải

đáng kể Lượng nước thải thải ra gấp 10 -20 lần lượng bia thành phẩm

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

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

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

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

sản xuất và được phân thành ba loại:

- Nước thải coi như sạch: Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước

thải ít hoặc gần như không gây ô nhiễm nên có khả năng tuần hoàn sử dụng

lại

- Nước thải từ công đoạn sản xuất: là nước thải có độ ô nhiễm hữu cơ cao

do đặc trưng nguyên liệu đầu vào chủ yếu là gạo và malt Hầu như tất cả

các công đoạn sản xuất đều sinh nước thải

- Nước từ công đoạn rửa từ bộ phận nấu – đường hóa, chủ yếu là nước vệ

sinh thùng nấu, bể chứa, bồn lên men… có chứa nhiều cặn malt, tinh bột,

bã hoa và các hợp chất hưu cơ carbonat do vậy có hàm lượng ô nhiễm hưu

cơ cao

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

- Nước rửa chai là một trong những dòng thải có hàm lương ô nhiễm lớn

trong sản xuất bia Ngoài ra, nước thải từ quá trình rửa chai có độ pH cao

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

- Nước chảy tràn trên bề mặt: lượng nước này chủ yếu là nước mưa, có lưu

lượng lớn vào mùa mưa, còn vào mùa khô thì không đáng kể.Đặc trưng của

nước thải này là cuốn theo các chất rơi vãi trên bề mặt nhà máy Nhìn

chung ham lượng ô nhiễm các chất hưũ cơ hòa tan là nhỏ

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

6-9900-14001700-2200500-6003022-2513-16

.1.2 Phương án giảm thiểu lượng nước thải

Tái sử dụng nước thải

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

hoàn

- Nước ngưng tụ trong nấu bia có thể thu hồi cấp lại cho nồi hơi(do nước

ngưng còn ở nhiệt độ cao Đây là nước mềm, không chứa ion Ca2+, Mg2+

đóng cặn thành thiết bị )

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

Bảng 3: Các thông số đặc trưng của nước thải bia [8]

8

Nước rửa các thùng lên men xử lý bằng phương pháp lọc, bổ xung thêm

hóa chất để tái sử dụng

 Phân luồng dòng thải

- Dòng 1 : Nước làm lanh trong các thiết bị, tháp giải nhiệt của hệ thống

lạnh, nước ngưng ở các nồi nấu… Đây là nguồn nước quy ước sạch

- Dòng 2 : Nước thải sinh hoạt, được quy thành nước thải xám và nước thải

đen Trong đó nước thải xám là nước thải phát sinh từ các hoạt động nấu

ăn, tắm rửa, giặt giũ Nước thải đen là nước thải sinh ra trong việc xả bồn

cầu tại các khu vệ sinh Nước thải đen bắt buột xử lý trước khi xả vào hệ

thống xử lý nước thải chung

- Dòng 3 : Nước thải sản xuất là dòng thải lớn từ các công đoạn sản xuất

Dòng thải này có hàm lượng ô nhiễm hữu cơ cao nên cần phải xử lý triệt

để

 Áp dụng sản xuất sạch hơn

- Giảm thiểu lượng nước sử dụng: tuyên truyền, huấn luyện cho công nhân

về cách sử dụng nước tiết kiệm và lợi ích của việc tiết kiệm nước.Sử dụng

đúng mức lượng nước để rửa thiết bị, nhà xưởng, nước vệ sinh…

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

+ Tránh việc nước rò rỉ thiết bị đổ ra ngoài

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

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

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

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

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

chấp nhận được

 Tiêu chuẩn đầu ra của nước thải

 Đặc tính của nguồn tiếp nhận.

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

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

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

triệu lit bia / năm

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

chất hữu cơ trong dòng thải khá cao nên để xử lý đạt hiệu quả cao tốt nhất ta

dùng biện pháp xử lý sinh học, vì ta cũng biết nước thải trong sản xuất bia chứa

chủ yếu các chất hữu cơ ở dạng hòa tan và ở dạng lơ lững như: hidratcacbon,

protein, các axit hữu cơ…

Phương pháp xử lý nước thải gồm có:

+ Xử lý sinh học hiếu khí

+ Xử lý sinh học yếm khí

Thuyết minh.

1.song chắn rác thô.

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

Bảng 4: Các thông số đầu vào và tiêu chuẩn dòng ra của nước thải nhà máy

10

Nuớc thải sản xuất từ các phân xưởng sản xuất và nước rửa chai ,theo

đường mương dẫn chảy về khu xử lý Phần nước xút rửa chai sẽ được thải

từ từ vào hệ thống , không làm cho pH nước thải tăng Nước thải trước khi

đi vào bể thu gom, phần rác thô có kích thước lớn như giẻ, rác, bao nilon,

và các vật thải khác được giữ lại ở song chắn rác thô, để bảo vệ các thiết bị

xử lý như bơm, đường ống, mương dẫn …và rác thải được công nhân gom

vào thùng chứa và mang đi đổ nơi qui định của nhà máy

2 Bể gom.

Lá nơi tiếp nhận nguồn nước thải trước khi đi vào các công trình xử lý tiếp

theo Bể gom thường được làm bằng bêtông, xây bằng gạch, nó có tác dụng

điều hòa lưu lượng nước thải

3.Song chắn rác tinh.

Để giữ lại các chất lơ lửng có kích thước nhỏ Thiết bị tách rác tinh có hình

dạng trống quay có kích thước khe chắn 1mm Tại đây, toàn bộ toàn rác có

kích thước > 1mm sẽ được giữ lại trên bề mặt trống và được dao gạt ra

ngoài như các mẫu trấu, huyền phù…

4 Bể điều hòa.

Đựợc dùng để duy trì lưu lượng dòng thải vào gần như không đổi ngoài ra

còn điều chỉnh độ pH đến giá trị thích hợp cho quá trình xử lý sinh học

Trong bể có hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san đều

nông độ các chất bẩn trong toàn thể tích bể và không cho cặn lắng trong bể,

pha loãng nồng độ các chất độc nếu có Tại bể điều hòa nước được điều

chỉnh pH về giá trị thích hợp từ 6,6 – 7,6 nhờ bộ pH - controller

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

Đóng bao bùn khô

Dinh dưỡng

Hình 2 : sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia

12

5 Bê lắng sơ cấp.

Nước thải từ bể điều hòa bơm lên bể lắng Tại đây, hàm lượng chất rắn lơ

lửng SS, BOD, COD giảm xuống nhằm giảm tải và đảm bảo các thông số

đầu vào cho các công trình tiếp theo

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

được bơm qua bể chứa bùn

Có thể phân chia bể lắng thành 4 vùng :

Hình 3: Sơ đồ mặt đứng thể hiện 4 vùng trong bể lắng

6.UASB.

Hiệu suất xử lý cao đối với nước thải có tải trọng ô nhiễm cao (75-85%)[1]

Kết cấu và vận hành đơn giản, năng lượng cần thiết cho hệ thống thấp

(dòng thải vào thiết bị phun từ dưới lên cùng với sự tạo thành khí trong quá

trình vận hành cho nên khuấy trộn tôt không cần tốn năng lượng cho khuấy

trộn nữa) Mặc khác tạo sản phẩm khí sinh học CH4 (65-70%), đây là nguồn

năng lượng sạch nên có thể dùng cho sinh hoạt

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

không cần có oxy Nước thải được đưa trực tiếp vào phía dưới đáy bể và

được phân phối đồng đều ở đó, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn

sinh học dạng hạt nhỏ và các chất hữu cơ, vô cơ được tiêu thụ ở đây

Cấu tạo:

Vùng chứa và cô đặc cặn

Vùng lắng các hạt cặn

1.vùng phản ứng kị khí

2.vùng lắng cặn

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

4.cửa tuần hoàn cặn lắng

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

trong đó tuần tự diễn ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải

Các chất hữu cơ bị oxy hóa trong giai đoạn thổi khí Ngoài ra, hệ thống

aeroten hoạt động gián đoạn có thể khử được nito và photpho sinh hóa do

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

14

có thể điều chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí trong bể

bằng việc thay đổi chế độ cung cấp oxy

Cơ chế của quá trình:

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

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

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

+ Nitrat hóa : NO2- + 1/2O2 NO3