XỬ LÍ NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY BIA SÀI GÒN HOÀNG QUỲNH

Việc kiểm định hóa học các bình gốm cổphát hiện ra rằng bia đã được sản xuất khoảng 7.000 năm trước ở khu vực ngày nay là Iran và là một trong số các công nghệ sinh học đã biết, trong đó

MỤC LỤC

Chương I TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT BIA 3

I.1 Lịch sử hình thành của ngành sản xuất bia 3

I.2 Các công nghệ sản xuất bia và tác động đến môi trường 6

Chương II NGUỒN GỐC VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY BIA SÀI GÒN - HOÀNG QUỲNH 14

II.1 Tổng quan nhà máy bia Sài Gòn - Hoàng Quỳnh 14

II.2 Quy trình công nghệ sản xuất, nguồn gốc phát sinh nước thải 15

Chương III XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA 20

III.1 Các phương pháp XLNT nhà máy bia 20

III.2 Điều kiện thực tế tại nhà máy bia Hoàng Quỳnh 21

Chương IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 23

IV.1 Số liệu thiết kế 23

IV.2 Đề xuất công nghệ 24

IV.3 Ước tính hiệu suất xử lý 25

IV.4 Tính toán các công trình đơn vị 26

1 Song chắn rác thô 26

2 Song chắn rác tinh 27

3 Bể điều hòa kết hợp hầm bơm 28

4 Bể kị khí UASB 32

5 Bể trung gian 35

6 Bể SBR 35

7 Bể khử trùng 42

8 Bể chứa bùn 48

9 Máy ép bùn dây đai 49

Chương V DỰ TOÁN KINH TẾ CÔNG TRÌNH 50

V.1 Chi phí đầu tư 50

1 Chi phí xây dựng cơ bản 50

2 Chi phí thiết bị 51

3 Chi phí các phụ kiện và chi phí gián tiếp 52

V.2 Chi phí quản lý vận hành 53

1 Chi phí điện năng 53

2 Chi phí hóa chất 53

3 Chi phí nhân công vận hành 53

4 Chi phí bảo trì bảo dưỡng 54

V.3 Khấu hao tài sản và lãi suất 54

V.4 Giá thành cho 1m3 nước thải 55

Chương VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

Chương I TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT BIA

I.1 Lịch sử hình thành của ngành sản xuất bia

1 Ngành bia thế giới

Bia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niên đại ítnhất là từ thiên niên kỷ 5 TCN và đã được ghi chép lại trong các thư tịch cổ của Ai

Cập cổ đại và Lưỡng Hà (Mesopotamia).

Giống như phần lớn các chất chứa đường khác có thể bị lên men một cách tựnhiên, rất có thể là các đồ uống tương tự như bia đã được phát minh một cách độc lậpgiữa các nền văn minh trên toàn thế giới Việc kiểm định hóa học các bình gốm cổphát hiện ra rằng bia đã được sản xuất khoảng 7.000 năm trước ở khu vực ngày nay

là Iran và là một trong số các công nghệ sinh học đã biết, trong đó các quy trình sinhhọc của sự lên men được áp dụng

Tại Lưỡng Hà, chứng cứ lâu đời nhất về bia được cho là bức vẽ 6.000 năm tuổicủa người Sumeria miêu tả những người đang uống một thứ đồ uống bằng các cần hút

bằng sậy từ thùng công cộng Bia cũng được đề cập tới trong Thiên sử thi Gilgamesh,

một bản trường ca 3.900 năm tuổi của người Sumeria để tỏ lòng tôn kính nữ thầnNinkasi, vị thần bảo trợ cho bia, nó chứa công thức làm bia cổ nhất còn sót lại vàmiêu tả việc sản xuất bia từ lúa mạch thông qua bánh mì Bia đã trở thành thiết yếuđối với tất cả các nền văn minh trồng ngũ cốc ở thế giới phương Tây cổ xưa, đặc biệt

là ở Ai Cập và Lưỡng Hà

Bia đã từng là quan trọng đối với người La Mã trong thời kỳ đầu, nhưng trong thời

kỳ Cộng hòa La Mã thì rượu vang đã thay thế bia như là một đồ uống chứa cồn được

ưa chuộng hơn Bia trở thành đồ uống được coi là thích hợp cho những người man rợ;Tacitus đã viết một cách đầy chê bai về bia được các giống người Đức sản xuất trongthời đại của ông

Người Thracia cũng được biết là đã sử dụng bia sản xuất từ lúa mạch đen, thậmchí từ thế kỷ 5 TCN, như Hellanicos đã viết trong vở các opêra Tên gọi cho bia của

họ là brutos hay brytos.

Sự bổ sung hoa bia vào bia để tạo vị đắng, bảo quản và hương vị cho bia là mộtphát kiến tương đối mới: trong thời Trung cổ nhiều hỗn hợp khác của các loại thảomộc thông thường được cho vào bia chứ không phải hoa bia Các hỗn hợp này thôngthường được gọi là gruit Hoa bia đã được trồng tại Pháp sớm nhất là vào khoảng thế

kỷ 9; văn bản cổ nhất còn sót lại có ghi chép về việc sử dụng hoa bia trong bia có niên

đại vào năm 1067 bởi nữ tu viện trưởng kiêm nhà văn Hildegard: "Nếu người ta định làm bia từ yến mạch, nó được chuẩn bị cùng hoa bia."

Tại châu Âu, trong thời Trung cổ, bia chủ yếu được sản xuất trong gia đình Vàothế kỷ 14 và 15, việc sản xuất bia đã dần dần chuyển từ hoạt động gia đình sang hoạtđộng thủ công, với các quán bia và tu viện sản xuất bia của mình hàng loạt để tiêu thụ

Trong thế kỷ 15, ở Anh thì loại bia không có hoa bia được biết đến như là ale, còn

việc sử dụng hoa bia thì đồ uống đó gọi là bia Bia có chứa hoa bia được nhập khẩuvào Anh từ Hà Lan sớm nhất là từ năm 1400 ở Winchester, và hoa bia đã được trồngtrên quốc đảo này từ năm 1428 Tính phổ biến của hoa bia ban đầu là hỗn hợp —

Công ty bia rượu London đã đi xa tới mức ra thông báo "không hoa bia, không thảo mộc hoặc những gì khác tương tự được cho vào bất kỳ ale hay rượu (mùi) nào sẽ được sản xuất — mà chỉ có liquor (nước), mạch nha, và men bia" Tuy nhiên, vào thế

kỷ 16, ale đã được dùng để chỉ các loại bia mạnh (nồng độ cồn cao) bất kỳ, và tất cả

ale và bia đều sử dụng hoa bia

Năm 1516, William IV, Công tước xứ Bavaria, đã thông qua Reinheitsgebot (Luật tinh khiết), có lẽ là quy định về thực phẩm cổ nhất còn áp dụng đến nay Gebot quy

định rằng thành phần của bia chỉ được bao gồm nước, lúa mạch hoa bia, với men biađược bổ sung sau phát kiến của Louis Pasteur vào năm 1857 Luật của người Bavaria

đã được áp dụng trong cả nước Đức như là một phần của nước Đức thống nhất năm

1871 thành Đế chế Đức dưới thời Otto von Bismarck, và kể từ đó đã được cập nhật để

phản ánh xu hướng hiện đại trong sản xuất bia rượu Cho đến nay, Gebot vẫn được coi

là tiêu chuẩn của độ tinh khiết cho bia, mặc dù điều này có thể gây tranh cãi

Phần lớn các loại bia cho đến thời gian gần đây thực chất là thứ mà ngày nay gọi

là ale Bia lager đã được phát hiện ra một cách tình cờ vào thế kỷ 16 sau khi bia được

lưu trũ trong các hầm lạnh một thời gian dài; kể từ đó nó đã được sản xuất nhiều hơn

ra trong các lò sấy, và do đó các loại bia thời kỳ đó có thành phần hơi khói tronghương vị của chúng; các chứng cứ chỉ ra rằng các nhà sản xuất mạch nha và bia

thường xuyên phải cố gắng giảm thiểu sự ám khói của bia thành phẩm Sự phát minh

ra lò nướng hình trống năm 1817 của Daniel Wheeler đã cho phép tạo ra mạch nha

mạch nha nướng chín kỹ và tạo tiền đề cho sản xuất các loại bia đen (porter và stout).

Sự phát minh ra vai trò của men bia trong quá trình lên men vào năm 1857 bởi LouisPasteur đã giúp cho các nhà sản xuất bia phương pháp ngăn chặn vị chua của bia bởicác loại vi sinh vật không mong muốn

Năm 1953, Morton W Coutts, một người New Zealand đã phát triển kỹ thuật lênmen liên tục Morton lấy bằng sáng chế công nghệ của ông và nó là một cuộc cáchmạng trong công nghiệp bia do nó làm giảm thời gian ủ và sản xuất bia trước đây là 4tháng xuống còn chưa đầy 24 giờ Công nghệ của ông vẫn được sử dụng bởi nhiềunhà sản xuất bia lớn nhất thế giới ngày nay, bao gồm cả Guinness

Ngày nay, công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu, bao gồmchủ yếu là các tổ hợp được ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn Trong khi bia chủ yếu

là đồ uống chứa cồn thì một số biến thái của nó cũng tồn tại, xuất phát từ thế giớiphương Tây, là các loại bia đi qua công đoạn xử lý để loại bỏ bớt cồn, sản xuất ra cáigọi là bia không cồn

2 Ngành bia Việt Nam

Ngành bia Việt Nam có lịch sử và truyền thống trên 100 năm với hai nhà máy biacủa Pháp xây dựng phía Bắc và phía Nam từ những năm 1890 Đến nay, ngành bia đãphát triển thành một ngành kinh tế mạnh của đất nước, đóng góp tích cực cho ngânsách nhà nước, giải quyết việc làm cho một lượng lớn người lao động

Trong số các sản phẩm đồ uống có cồn, bia là sản phẩm rất được ưa chuộng Năm

2005, tổng giá trị sản lượng chiếm 95% giá trị sản lượng đồ uống có cồn và năm 2006

là 97%

Hiện nay, trên thị trường bia Việt Nam có khoảng hơn 400 cơ sở sản xuất ở 57tỉnh thành, địa phương Mặc dù số cơ sở sản xuất bia cả nước khá nhiều nhưng cácnhà máy có công suất sản lượng lớn không nhiều: có 5 cơ sở sản xuất với công suất

100 triệu lít/năm, 11 cơ sở có năng suất 20 triệu lít/năm, còn lại là các cơ sở sản xuấtnhỏ Theo thống kê của hiệp hội Bia- Rượu- Nước giải khát Việt Nam (VBA) thì còn

có một lượng khá nhiều các cơ sở sản xuất nhỏ, công suất dưới 10 triệu lít/năm vàdưới 1 triệu lít/năm ở các địa phương còn chưa thống kê đầy đủ được Các cơ sở sảnxuất lớn thường tập trung ở một số thành phố chính như Hồ Chí Minh, Hà Nội, HảiPhòng và một số tỉnh thành khác

Ngành bia Việt Nam có mức độ tập trung cao, lợi thế về quy mô với khoảng 60%thị phần thuộc về 03 công ty lớn trong ngành, dẫn đầu là Sabeco (Tổng công ty Bia –Rượu – Nước giải khát Sài gòn), tiếp theo là VBL (Công ty liên doanh nhà máy biaViệt Nam) và Habeco (Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội)

Kết quả hoạt động khả quan được ghi nhận trong giai đoạn 2002-2006, sản lượngtăng trung bình 15%/năm, doanh thu tăng trên 20%/năm, tỷ suất lợi nhuận/doanh thu

ở mức ổn định khoảng 10-11%

Thị trường tiềm năng trong tương lai với dung lượng thị trường dự kiến năm 2010đạt 3.5 tỷ lít với mức tăng trưởng trung bình là 21%;

02 doanh nghiệp lớn trong ngành đã IPO: Sabeco và Habeco

Tuy nhiên, so với một số thị trường trên thế giới, quy mô ngành bia Việt Nam vẫncòn ở mức khiêm tốn, sản lượng tiêu thụ tính trên đầu người của Việt Nam chỉ đạt 15lít/người/năm, trong khi đó sản lượng tiêu thụ trung bình của các nước Châu Á là 43lít/người/năm và của Châu Âu là 88 lít/người/năm

Hiện nay, các doanh nghiệp sản xuất bia của Việt Nam chủ yếu nhập khẩu loạimalt đại mạch hai hàng vào mùa xuân Thời điểm hiện tại có thể coi là đỉnh điểm củacơn bão giá đã kéo dài trong mấy năm qua Năm 2005, một tấn malt có giá trên 300USD, đến năm 2006, giá dao động từ khoảng 570 – 580 USD/tấn, năm 2007 dao động

từ 750 – 800 USD/tấn Nguồn cung cấp malt cho các doanh nghiệp sản xuất bia trongnước hiện nay chủ yếu được nhập từ Australia, vì chất lượng malt cũng tương đương

so với malt châu Âu, nhưng phí vận chuyển và tỷ giá quy đổi ngoại tệ thấp hơn Trongtháng 4 năm 2008, một tấn malt Australia có giá từ 16.000.000 – 16.500.000 VNĐ/tấn(trên 1.000 USD) Ngoài ra, một số doanh nghiệp còn lựa chọn malt của Trung Quốc,

I.2 Các công nghệ sản xuất bia và tác động đến môi trường

I.2.1 Quy trình công nghệ sản xuất:

Chuẩn bị nguyên liệu  Nghiền  Đường hóa nguyên liệu  Lọc bã, nấu

hoa và làm lạnh dịch đường  Lên men  Thành phẩm

I.2.1.1 Chuẩn bị nguyên liệu:

Nguồn nguyên liệu chính: Đại mạch ( ĐM ) và hoa houblon

Nguyên liệu thay thế: dạng hạt ( bột tiểu mạch, gạo - thóc tẻ, ngô); dạng đường

(đường mía và đường củ cải, đường thủy phân, đường invertaza, xiro tinh bột)

Bảng: Phương pháp sơ chế ĐM và các nguyên liệu thay thế ĐM.

ĐM

1 ĐM

ĐM sản xuấtbia vàng

Ngâm ĐM trong 6 – 8 ngày đêm

ĐM sản xuấtbia đen

Ngâm ĐM trong 7 – 9 ngày đêm

Ngâm trong nước có độ cứng cacbonat cao

 nảy mầm  xay  đường hóa vớimalt ĐM

Ngô

Ngâm nước ấm (to = 50oC), có chứa SO2(nồng độ 0,1 – 0,2 %)  nghiền thô nghiền mịn

3 Nguyên liệu thay thế

Đây là thành phần rất quan trọng và không thể thay thế được trong quy trình sản

xuất bia, giúp mang lại hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt,

làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm

Bảng: Các dạng của hoa Houblon, ưu nhược điểm và mức độ phổ biến

Hoa Houblon (tươi

Houblon

từ nghiền - Giảm hao phí chất đắng

trong thời gian bảo quản

- Hiệu quả sử dụng cao

- Sử dụng chính xác liều lường

- Lược bỏ được hệ thống thiết bị lọc bã hoa

- Giảm bớt được các các chất bất lợi

lượng Houblon của thế giới dùng cho sản xuất bia

Gồm: nghiền khô, nghiền có phun ẩm vào hạt, nghiền nước

I.2.1.3 Đường hóa nguyên liệu:

Malt sau khi được nghiền sẽ hoà tan chung với nước theo một tỷ lệ phù hợp vớitừng loại sản phẩm và dưới tác dụng của các enzyme ở nhiệt độ nhất định sẽ đượcđường hoá trong “nồi nấu malt” Tương tự như vậy, gạo (nguyên liệu thay thế khác)

sẽ được hồ hoá, sau đó được phối trộn lại với nhau trong nồi nấu malt để được đườnghoá trước khi được bơm sang nồi lọc

Mục đích chính của giai đoạn này là hoà tan hết chất đường, minerals, cũng nhưmột số protein quan trọng phục vụ quá trình lên men ra khỏi những thành phần khônghoà tan như vỏ trấu, chất sơ Sau đó, tại nồi lọc, người ta lọc hết chất lỏng ra khỏi trấucũng như các chất sơ và mầm để lấy hết lượng đường còn bám vào trong trấu dịchđường này sẽ được đun sôi và houblon hoá nhằm trích ly chất đắng, tinh dầu thơm,polyphenol, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa houblon vào dịchđường để biến đổi nó thành dịch đường có vị đắng và hương thơm dịu của hoa Đồngthời quá trình này cũng giúp tăng độ bền keo của dịch đường, thành phần sinh học của

nó được ổn định và tăng hoạt tính sức căng bề mặt tham gia vào quá trình tạo và giữbọt Sau khi quá trình đun sôi và houblon hoá kết thúc thì toàn bộ lượng oxy đã bay rangoài theo hơi nước và trong dịch đường có rất nhiều cặn Do đó dịch đường cần đượcbơm qua bồn lắng cặn để tách cặn trước khi đưa qua bộ phận làm lạnh nhanh, đưanhiệt độ xuống đến mức cần thiết phù hợp với nhiệt độ lên men

 Các phương pháp đường hóa nguyên liệu: đường hóa theo phân đoạn và đường hóa toàn khối.

 Đường hóa phân đoạn:

Phương pháp cổ điển, trước đây sử dụng rộng rãi theo phương pháp lên men chìm.Với ưu điểm: hiệu suất đường hóa cao; nhược điểm: vốn đầu tư thiết bị nhiều, thờigian đường hóa 1 mẻ kéo dài và năng lượng tiêu tốn hơn so với phương pháp toànkhối Gồm:

- Phương án tam phân đoạn: thường sử dụng trong sản xuất bia đen, hoặc biavàng chất lượng cao

- Phương án nhị phân đoạn: dùng phổ biến trong công nghiệp sản xuất bia vàng

- Phương án nhất phân đoạn:

Ngoài ra còn có một số phương án cải tiến từ các phương án trên như: Phươngpháp rút gọn, đường hóa dưới áp suất, đường hóa từng phần của bột nghiền, …

 Đường hóa theo phương pháp toàn khối:

Phương pháp cổ điển, nhưng vẫn được áp dụng rộng rãi, đặc biệt ở Châu Âu như:Anh, Bỉ, Pháp, …Ưu điểm: công nghệ đơn giản nên dễ cơ giới hóa và tự động hóa cácgiai đoạn sản xuất Gồm phương án tăng dần nhiệt độ và phương án giảm dần nhiệtđộ

 Đường hóa khi có sử dụng nguyên liệu thay thế:

1) Trường hợp thay thế ít ( 10 – 15%): xử lý nguyên liệu thay thế bằng cách: hầmnhừ hoặc đường hóa theo phương pháp phân đoạn

2) Trường hợp thay thế nhiều: không sử dụng những phương án nêu trên được,cần làm các công việc sau:

- Malt đại mạch phải nghiền thô, bột nghiền có kích thước to hơn bìnhthường

- Phần nguyên liệu hạt chưa ươm mầm nghiền thật mịn

- Dùng nước mềm và hạ pH của nó xuống 5,3 – 5,4 bằng cách axit hóa

- Dùng các loại chế phẩm enzim để tăng cường hoạt lực thủy phân

I.2.1.4 Lọc bã nấu hoa và làm lạnh dịch đường

 Lọc bã malt:

Sử dụng hai loại thiết bị thông dụng nhất: thùng lọc đáy bằng và máy lọc ép khungbản

Ưu điểm của máy ép khung bản (so với thùng lọc đáy bằng): nhanh, chất lượnghơn (dịch đường trong hơn); năng suất khá ổn định, không phụ thuộc vào độ nhuyễn

và mức độ nghiền của malt Ngoài ra khi dùng máy ép khung bản lượng nước rữa bảcũng ít hơn, thể tích bé hơn  chiếm ít diện tích hơn so với thùng lọc đáy bằng.Nhược điểm của máy ép khung bản: dùng lao động cơ bắp nhiều trong quá trìnhthao tác, nguyên liệu dùng cho một mẻ phải đủ lớn

 Nấu dịch đường với hoa Houblon:

Dịch đường ban đầu và dịch rửa bã được trộn lẫn với nhau trong thiết bị đun hoa,luôn giữ nhiệt độ không dưới 70oC, đun sôi trong khoảng 1,5h – 2,5h; quá trìnhhoublon hóa khoảng 70 phút

 Một số phương pháp nâng cao hệ số sử dụng hoa houblon:

 Nghiền hoa  nạp vào thiết bị đun sôi

 Trích ly hoa bằng dịch đường: nấu hoa sơ bộ ở nhiệt độ thấp

 Xử lý Houblon bằng dung dịch kiềm

 Xử lý hoa bằng siêu âm

 Tái sử dụng bã hoa: đã được ứng dụng từ lâu nhưng có nhiều nhược điểm nênnay ít được áp dụng

 Trích ly chất đắng và cô đặc dưới dạng cao hoa: giải pháp mang lại hiệu quảkinh tế cao nhất, tiện

 Làm lạnh và tách cặn dịch đường

Hệ thống cổ điển làm nguội dịch đường theo kiểu hở gồm hai bộ phận: bể làmnguội dịch đến 60oC và hệ thống làm lạnh dịch đường đến nhiệt độ lên men; gồm:máy làm lạnh kiểu phun, giàn làm lạnh đồng trục

Hệ thống kín làm nguội và tách cặn dịch đường gồm: thùng làm nguội kín hạ nhiệt

độ xuống 60oC và giàn làm lạnh kiểu kín hạ nhiệt độ xuống 6 – 10oC Có hai loại:thùng đơn chức năng và thùng đa chức năng

Làm trong bia: dùng máy ly tâm hoặc máy lọc để tách cặn của dịch đường trướckhi lên men

I.2.1.5 Lên men

Là giai đoạn quyết định để chuyển hoá dịch đường houblon hoá thành bia dưới tácđộng của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng Phản ứng sinh học chính củaquá trình này tạo cồn và CO2 Ngoài ra, nhà sản xuất còn thu được một dịch lên men

có nhiều cấu tử với tỉ lệ về khối lượng của chúng hài hoà và cân đối

Quá trình lên men gồm hai giai đoạn:

 Quá trình lên men chính nhằm thay đổi lớn về lượng và biến đổi sâu sắc vềchất trong các cấu tử hợp thành chất hoà tan của dịch đường, nhiệt độ 6 – 8oC Có hailoại: lên men chìm hoặc lên men nổi

1) Lên men chìm: Dịch đường Houblon hóa sau khi tách cặn và làm lạnh đếnnhiệt độ cần thiết (6 – 10oC), được đưa sang khu vực lên men chính bao gồm các thiết

bị dạng hở Sau khi dịch đường đã chiếm 1/3 thể tích của thùng lên men thì nạp nấmmen vào dịch Sau đó bơm dịch vào đến thể tích cẩn thiết

2) Lên men nổi: sau 3 ngày lên men (giống lên men chìm), nấm men bắt đầu lơlửng trên bề mặt dịch men Thời gian lên men kéo dài 5 – 6 ngày Sau đó bia nonđược đưa đi tàng trữ trong 3 tuần hoặc hơn

 Quá trình lên men phụ nhằm chuyển hoá hết phần đường có khả năng lên mencòn tồn tại trong bia non, đồng thời làm ổn định thành phần và tính chất cảm quan củasản phẩm

Trước lúc tiến hành lên men phụ và tang trữ, tất cả các loại thiết bị, đường ống,bơm và các loại dụng cụ có tiếp xúc với bia đều phải rửa sạch và sát trùng bằng cácloại hóa chất và chế phẩm hiện đang sử dụng ở xí nghiệp, sau đó được tráng bằngnước vô trùng

Sau khi vệ sinh thiết bị, cửa vệ sinh đóng chặt, CO2 được xả vào bể đến áp xuất0,1 – 0,2 kG/cm2 và bắt đầu nạp bia non vào

I.2.1.6 Hoàn thiện sản phẩm

Làm trong bia  bão hòa CO2  thanh trùng bia

Các phương pháp làm trong bia: bằng máy lọc đĩa, bằng diatomit, phương pháp lytâm

Các phương pháp thanh trùng: thanh trùng cả khối (gồm chiết chai ở nhiệt độ cao

và chiết chai sau khi đã làm lạnh); thanh trùng trong bao bì (chai, lon, hộp,…)

I.2.2 Các tác động đến môi trường

- Trong quá trình sản xuất nước dùng cho các mục đích sau:

- Làm nguyên liệu phối trộn malt và gạo theo tỉ lệ thích hợp để nấu bia

- Sản xuất hơi nước dùng cho quá trình nấu bia

- Dùng cho quá trình rửa chai, bơm, các bồn lọc, bồn nấu, các thiết bị máy móckhác và sàn thao tác

- Dùng giải nhiệt cho hệ thống lạnh

- Nước dùng cho sinh hoạt hằng ngày của cán bộ công nhân viên.

- Nước dự trữ cho công tác phòng cháy chữa cháy

Lượng nước thải xét về tính chất và đặc trưng của từng loại sẽ bị ô nhiễm với cácmức độ khác nhau Chia làm hai loại: Nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất

 Nước thải sản xuất: nguồn ô nhiễm đáng quan tâm của nhà máy bia, gồm cácnguồn sau:

 Nước làm lạnh, nước ngưng: được sử dụng theo chu trình khép kín nên lượngnước thải này không đáng kể và hầu như ko bị ô nhiễm Do đó có thể thải trực tiếp ranguồn tiếp nhận mà không cần sử lý

 Nước thải vệ sinh các thiết bị như: bồn nấu, bồn lọc, bồn lên men, đường ống,

… chứa bã hèm, tinh bo65tm bã hoa bia, bã men …

 Nước từ công đoạn rửa chai: trước tiên chai được rửa bằng dung dịch kiềmloãng nóng (1 – 3% NaOH) để rửa sạch chất bẩn và nhãn chai, sau đó được rửa lạibằng nước sạch và thanh trùng Do đó nước từ quá trình rửa chai có pH cao và cũngchứa các chất ô nhiễm hữu cơ (do bia và các chất bẩn khác trong quá trình lưu thông

vỏ chai gây ra)

Lưu lượng nước thải từ các quá trình sản xuất bia rất lớn Theo tài liệu thống kêcủa tổ chức y tế thế giới và theo khảo sát thực tế tại một số nhà máy trên địa bàn thànhphố Hồ Chí Minh thì lượng nước thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia là 6 – 7 lítnước thải/ 1 lít bia Lượng nước thải này chủ yếu bị nhiễm bẩn bởi chất hữu cơ vớinồng độ rất lớn; chủ yếu là các hydratcacbon, protein và các axit hữu cơ; là nhữngchất có khả năng phân hủy sinh học

Các dòng nước thải từ quá trình sản xuất bia có đặc điểm rất khác nhau Nước thải

từ các công đoạn lọc và lên men không nhiều, chỉ chiếm khoảng 3 – 5% lưu lượngnước thải nhưng tải trọng BOD lại rất cao, chiếm đến 97% tồng tải lượng BOD trongnước thải sản xuất Trong khi đó công đoạn rửa chai lại lại tạo ra một lượng nước thảirất lớn nhưng hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải không cao, nước thải hơi có tínhkiềm

 Nước thải sinh hoạt:

Nước thải sinh hoạt bao gồm nước thải từ: nhà ăn, nhà vệ sinh, khu vực văn phòng

… Nước thải này chủ yếu chứa các chất cặn bã, các chất dinh dưỡng (N,P), các chấtrắn lơ lửng, các chất hữu cơ, COD và các vi khuẩn

Chương II NGUỒN GỐC VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY

BIA SÀI GÒN - HOÀNG QUỲNH II.1 Tổng quan nhà máy bia Sài Gòn - Hoàng Quỳnh

Nhà máy bia Sài Gòn - Hoàng Quỳnh thuộc tổng công ty bia Sài Gòn - Bình Tâybắt đầu đi vào hoạt động từ năm 2004

Địa chỉ: Lô A73/I đường 7 KCN Vĩnh Lộc - xã Bình Hưng Hòa, huyện BìnhChánh, TPHCM

Công suất hiện tại của nhà máy là 80.000.000 l/năm với 2 dây chuyền chiết chaicông suất 13500 chai/h và 1 dây chuyền chiết lon công suất 11300 lon/h Nhà máy biaHoàng Quỳnh không sản xuất bia hơi

II.2 Quy trình công nghệ sản xuất, nguồn gốc phát sinh nước thải

II.2.1 Dây chuyền công nghệ sản xuất bia Nhà máy bia Hoàng Quỳnh

Phân phốiLưu thôngBán hàngNước thải

CO2

Phụ gia

Bột trợ lọc

Nước thải, xút thải thu hồiChai, thùng hỏng

II.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất

Nguyên liệu chính đưa vào sản xuất là Malt đại mạch, Gạo, Hublon và một số phụgia khác

Malt và gạo từ kho nguyên liệu được sẵn sàng tách tạp chất, cân rồi đưa tới bộphận xay, nghiền

Quá trình xay-nghiền malt cần phải giữ cho vỏ nguyên liệu nguyên vẹn, càng ít bị

vỡ càng tốt để khỏi ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm và tạo điều kiệu cho quá trìnhlọc dung dịch sau này

Bột gạo được đưa vào nồi nấu gạo, bột Malt được đưa vào nồi nấu Malt để tiếnhành quá trình dịch hóa, cháo gạo sau khi nấu được bơm qua nồi Malt để tiến hànhquá trình đường hóa

Quá trình đường hóa sẽ thủy phân tinh bột và prôtêin tạo thành đường, axit amin

và các chất hòa tan khác, đó là nguyên liệu chính của quá trình lên men Sau đó dungdịch được lọc qua nồi lọc (Lauter tun) để bỏ bã hèm “Nước nha” sau khi lọc đượcđưa vào nồi đun sôi và cho Hublon vào để thực hiện quá trình hublon hóa tạo hương

vị cho bia

Dịch sau khi hublon hóa được đưa qua thiết bị lắng xoáy (whirlpool) để lắng cặnsau đó chuyển sang thiết bị lạnh nhanh hạ nhiệt độ dịch xuống 7-80C Dịch nha lạnhđược đưa vào tank lên men để lên men Nấm men được nuôi cấy và nhân giống từphòng thí nghiệm sang phòng gây men và được đưa sang các tank lên men theo tỉ lệphù hợp Công ty cổ phần Bia Sài Gòn – Hoàng Quỳnh sử dụng nấm men đã nhângiống sẵn do Tổng Công ty Bia Rượu - NGK Sài Gòn cung cấp

Lên men chính và lên men phụ trong cùng một tank, sau khi kết thúc lên men phụ,tiến hành pha bia bằng nước đã khử khí, tiệt trùng tuyệt đối, tỷ lệ pha tối đa là 25%nước sau đó tiến hành lọc trong và đưa vào các bồn chứa Từ các bồn này bia đượcđưa tới dây chuyền chiết

Quá trình lên men được chia thành 2 giai đoạn chính và phụ:

Giai đoạn đầu của quá trình lên men được gọi là lên men chính Trong giai đoạnnày, sự tiêu hao cơ chất diễn ra mạnh mẽ, một lượng lớn đường được chuyển hóathành cồn và CO2, sản phẩm của quá trình lên men chính là bia non đục, có mùi và vịđặc trưng nhưng chưa thích hợp cho việc sử dụng như một thứ nước giải khát Nhiệt

độ trong quá trình lên men chính từ 7-90C

Sau giai đoạn lên men chính, chuyển sang quá trình lên men phụ và ủ bia Quátrình lên men này diễn ra chậm, bia được lắng trong, hàm lượng những sản phẩm phụ

gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia giảm, hương vị bia tăng lên, nhiệt độ tronggiai đoạm lên men phụ tăng từ 2-50C.

Thời gian lên men chính khoảng 14 ngày, sau đó được chuyern sang chế độ lênmen phụ trong khoảng 7 ngày Tổng thời gian lên men là 21 ngày

Bia sau khi lên men phụ xong được đưa sang pha bia sau đó đưa vào hệ thống phabia, lọc trong Quá trình lọc bao gồm các chức năng: lọc trong, tạo ra sự ổn định chobia, tạo ra sự đồng đều cho sản phẩm Bia được lọc trong chứa trong các bồn chứa biathành phẩm Từ các bồn này bia được đưa tới dây chuyền chiết Sau khi chiết, đóngnắp sản phẩm được thanh trùng theo chế độ công nghệ phù hợp để diệt men, kéo dàithời gian tồn trữ và sử dụng Khâu cuối cùng là in hạn sử dụng, đóng thùng Sau đónhập kho thành phẩm, xuất đi tiêu thụ

II.2.3 Tính chất nước thải

II.2.3.1 Đặc trưng nước thải sản xuất bia Việt Nam

Vấn đề môi trường lớn nhất trong nhà máy bia là lượng nước thải rất lớn chứanhiều chất hữu cơ (tinh bột, xenluloza, các loại đường, axít, các hợp chất phốt pho,nitơ ), pH cao, nhiệt độ cao Thành phần nước thải nhà máy bia vượt rất nhiều lầnmức cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam, cần phải qua xử lý

Lượng nước thải phụ thuộc vào lượng nước sử dụng trong sản xuất Chỉ có mộtlượng nước ở trong bia, nước bay hơi, nước trong bã hèm, bã bia không đi vào hệthống nước thải Lượng nước không đi vào hệ thống nước thải khoảng 1,5 hl/hl, cónghĩa là lượng nước thải trong sản xuất bia bằng lượng nước sử dụng trừ đi 1,5 hl/hlbia

Lưu lượng và đặc tính dòng nước thải trong công nghệ sản xuất bia còn biến đổitheo quy mô, sản lượng và mùa sản xuất Tại Việt Nam, để sản xuất 1.000 lít bia, sẽthải ra khoảng 2 kg chất rắn lơ lửng, 10 kg BOD5, pH dao động trong khoảng 5,8 - 8

Cá biệt, tại một số địa phương, hàm lượng chất ô nhiễm ở mức cao: BOD5 2700mg/l; COD 3500-4000mg/l, SS 250-350mg/l, PO43- 20-40mg/l, N-NH3 12-15mg/l Ngoài ra, trong bã bia còn chứa một lượng lớn chất hữu cơ, khi lẫn vào nướcthải sẽ gây ra ô nhiễm ở mức độ cao

1700-Nước thải nhà máy bia bao gồm:

- Nước thải vệ sinh các thiết bị

- Nước thải từ công đoạn rửa chai, thanh trùng bia chai

- Nước thải từ phòng thí nghiệm

- Nước thải vệ sinh nhà xưởng

- Nước thải sinh hoạt của công nhân nhà máy

Tóm tắt đặc trưng nước thải của công nghiệp sản xuất bia:

II.2.3.2 Tính chất nước thải nhà máy bia Hoàng Quỳnh

Địa điểm lấy mẫu: bể gom nước thải, trước song chắn rác

Thời gian lấy mẫu: 11h30 ngày 19/8/2008

Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN 5945 – 2005

 Cần xử lý chất dinh dưỡng, BOD, COD, SS và ổn định pH Đồng thời cần khửtrùng nước thải trước khi thải ra môi trường

Chương III XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA III.1 Các phương pháp XLNT nhà máy bia

Đặc tính nước thải của các nhà máy bia là giàu các hợp chất hữu cơ như tinh bột,xenluloza, các loại đường, axít, các hợp chất phốt pho, nitơ Các chất này sẽ đượcoxi hoá bởi vi sinh vật, tạo ra sản phẩm cuối là CO2, H2O, NH3 và sản phẩm trunggian là rượu, aldehit, axit, Đây là nguồn gây ô nhiễm cao nếu thải trực tiếp ra môitrường

Có nhiều phương pháp ứng dụng xử lý nước thải các nhà máy rượu, bia như: sửdụng màng lọc, phương pháp hoá học, phương pháp sinh học Trong các phươngpháp trên, thì phương pháp xử lý bằng sinh học cho hiệu quả tối ưu và được sử dụngrộng rãi nhất

Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷcác chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu

cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trìnhphát triển, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinhsản nên sinh khối chúng được tăng lên Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ visinh vật gọi là quá trình oxi hoá sinh hoá

 Quá trình xử lý nước thải có thể chia ra làm 2 quá trình chính là phân

huỷ kị khí và hiếu khí.

Quá trình phân huỷ kị khí

Là quá trình phân hủy các chất bẩn hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật kị khítrong điều kiện không có ôxy Phương trình cơ bản của quá trình phân hủy kị khí:

Sau khi qua bể kị khí thì còn khoảng 10-20% các chất hữu cơ chưa bị phân hủy vàtiếp tục được phân hủy tiếp, bởi hệ hiếu khí Hệ thống hai máy thổi khí và phân tánkhí được sử dụng để cung cấp ôxy cho quá trình xử lý hiếu khí Lượng ôxy đưa vàophụ thuộc vào lượng ôxy hòa tan trong nước (DO)

Quá trình phân huỷ hiếu khí

Thực chất đây là quá trình phân hủy các chất hữu cơ dưới tác dụng của các vi sinhvật hiếu khí khi có sự tham gia của ôxi Phương trình cơ bản của quá trình phân hủyhiếu khí là:

Mỗi phương phương pháp xử lý đều có các ưu và nhược điểm khác nhau Đối vớiphương pháp xử lý kị khí yêu cầu ít diện tích, có khả năng tạo ra năng lượng dướidạng khí sinh học biogas, khả năng tạo bùn chỉ bằng 10% so với hệ thống xử lý hiếukhí, chi phí vận hành thấp Tuy nhiên, xử lý kị khí không thể khử triệt để 100%,không xử lý được nitơ và phốt pho; trong khi đó phương pháp xử lý hiếu khí có khảnăng xử lý triệt để, xử lý được nitơ và phốt pho, nhưng lại cần thể tích lớn, sinh nhiềubùn, tiêu tốn nhiều năng lượng cho sục khí và chi phí vận hành cao

III.2 Điều kiện thực tế tại nhà máy bia Hoàng Quỳnh

 Điều kiện mặt bằng:

Quỹ đất trống của nhà máy dành cho khu xử lý nước thải là 400 m2, tình hình sảnxuất đã ổn định và công ty không có kế hoạch mở rộng quy mô và công suất sản xuất.Lưu lượng và tính chất nước thải khá ổn định

 Hệ thống xử lý nước thải đang áp dụng tại nhà máy

Hệ thống XLNT tại nhà máy do công ty Cổ phần tư vấn thiết kế xây dựng ChânPhương thiết kế Công trình hoàn thành năm 2006 Tuy nhiên hiện tại hệ thống hoạtđộng không được ổn định

KCN Vĩnh Lộc chưa hoàn thành khu xử lý tập trung Do đó nước thải từ nhà máybia Hoàng Quỳnh vẫn thải thẳng ra cống thoát nước chung của KCN và thải ra môitrường

Quy trình công nghệ hệ thống XLNT đang áp dụng tại nhà máy:

Axit

 Thuyết minh dây chuyền công nghệ XLNT nhà máy bia Hoàng Quỳnh:

Nước thải sinh hoạt và nước thải từ các công đoạn sản xuất được tập trung về

ngăn tách rác 3 lớp Trong ngăn tách rác bố trí 3 tầng song chắn rác để loại bỏ các

cặn, rác kích thước lớn Rác giữ lại ở song chắn rác được thu gom thủ công và đem đi

xử lý chung với rác sinh hoạt

Sau đó nước thải đước dẫn về bể gom nước thải và được bơm lên bể điều hòa và

cân bằng pH Tại bể điều hòa có hệ thống cấp hóa chất để điều chỉnh pH nước thải

phù hợp vào bể UASB Bể UASB có chức năng phân hủy kị khí phần lớn chất hữu cơ

trong nước thải (90%) Bủn cặn trong bể UASB được tập trung trong bể chứa bùn

yếm khí dư Nước thải sau khi phân hủy kị khí trong bể UASB được lắng tại bể lắng

UASB Nước từ bể lắng UASB qua bể trung gian rồi qua 3 bể Aerotank để xử lý hiếu

khí triệt để chất hữu cơ trong nước thải Cuối củng, nước thải qua bể khử trùng và ra

ngoài Bùn lắng tử bể lắng UASB và aerotank được xử lý bằng bể nén bùn và phân

hủy bùn hiếu khí

Ngăn tách rác 3 lớp

Bể gom nước thải

Bể điều hòa

Bể khử trùng

Bể Aerotank

Bể UASB

Bể lắng UASB

Bể chứa bùn yếm khí dư

Khí

Bể trung gian

Chương IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ IV.1 Số liệu thiết kế

1 Lưu lượng thiết kế

Qtb = 800 m3/ngđ

2 Tính chất nước thải, tiêu chuẩn áp dụng và mức độ cần xử lý

Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN 5945 – 2005 B

+ Hàm lượng chất lơ lửng  100mg/l

+ BOD5  50mg/l

 Mức độ cần thiết XLNT: thường được xác định theo:

Hàm lượng chất lơ lửng (dùng cho tính toán công nghệ xử lý cơ học)

Hàm lượng BOD (dùng cho tính toán các công trình và công nghệ xử lý sinh học)Mức độ cần thiết XLNT theo chất lơ lửng được tính theo công thức:

%100

Trong đó: m = hàm lượng chất lơ lửng của nước thải sau xử lý = 100mg/l

Ctc = hàm lượng chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải = 200 mg/l

+ Mức độ cần thiết XLNT theo BOD5

Trong đó:

%961230

501230

L

L L

D

Lt = hàm lượng BOD5 của nước thải sau xử lý = 50 mg/l

Ltc = hàm lượng BOD của hỗn hợp nước thải = 1230 mg/l

Kết quả tính toán về mức độ cần thiết XLNT cùa các phương án đang xét cho thấycần thiết phải xử lý sinh học hoàn toàn

IV.2 Đề xuất công nghệ

1 Công nghệ đề xuất

Sơ đồ công nghệ:

2 Thuyết minh công nghệ

Nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất qua hệ thống thu gom nước thải vào hệthống xử lý nước thải của nhà máy

Nước thải từ cống xả theo mương dẫn qua song chắn rác (SCR) thô vào ngăn tiếpnhận Tại SCR thô, các loại rác có kích thước lớn được giữ lại, được công nhân nhàmáy theo dõi, thu gom thường xuyên

Nước từ ngăn tiếp nhận được bơm lên SCR tinh vào bể điều hòa Tại SCR tinh cácloại rác thải kích thước nhỏ được giữ lại Tại bể điều hòa nước thải được bổ sung axitnhằm điều chỉnh pH, đồng thời hệ thống sục khí hoạt động nhằm hạn chế lắng cặntrong bể Nước từ bể điều hòa được bơm qua bể UASB Tại đây diễn ra quá trìnhphân hủy kị khí các chất hữu cơ Khí thải được thu gom và xử lý riêng Nước thải từ

bể UASB từ chảy vào bể SBR Tại SBR, quá trình nạp nước thải và sục khí được kếthợp với nhau Sau sục khí nước thải được lắng trong bể trước khi qua bể khử trùng.Tại bể khử trùng, nước thải được châm clo kết hợp khuấy trộn trước khi thải ra nguồntiếp nhận

Bể khử trùng

Cống thoát

nước chung

Bể SBR

Bể trung gian

Khí

SCR tinh

Hầm bơm kết hợp bể điều hòa

Bể chứa bùn UASBBể

Axit Máy nén bùn

IV.3 Ước tính hiệu suất xử lý

Bảng 2.3 Bảng ước tính hiệu suất các công trình xử lí

(Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết)

 Tính toán kích thước song chắn rác

Nước thải được dẫn về trạm xử lý của công ty bằng ống nhựa Ø400 mm, chảy vào mương đặt song chắn rác

Chọn tốc độ dòng chảy trong mương là vs = 0,3 m/s (v = 0,3 – 0,6 m/s) Độ sâu chôn đáy cuối cùng của hệ thống thoát nước thải là: H = 0,7m Chọn kích thước mương dẫn rộng 0,4m

Chiều sâu lớp nước trong mương với Qmaxh (ứng với giờ có rửa dây chuyền chiết chai với lượng nước rửa 40m3) là:

m B

v

Q

h

m s

h

167,04,0

*3,0

*3600

25,72

*

*3600

*)13

*005,04,0(

*)

h, Chiều cao lớp nước trong mương, m

Vận tốc dòng chảy qua song chắn :

s m A

Q

v

s

/33,006,0

02,0max  



Tổn thất áp lực qua song chắn rác:

mm mm

g

v v

81,9

*2

*7,0

3,033,02

Bảng 3.2 Các thông số thiết kế lưới chắn rác tinh

Hiệu quả xử lý cặn lơ lửng, %

Tải trọng, l/m2.phút

Kích thước mắt lưới, mm

Tổn thất áp lực, m

Công suất motor, HP

Chiều dài trống quay, m

Đường kính trống, m

5÷25400÷12000,2÷1,21,2÷2,1 -

5÷25600÷46000,25÷1,50,8÷1,40,5÷31,2÷3,70,9÷1,5Chọn lưới chắn rác dạng lưới cố định có kích thước mắt lưới d = 0,5mm với tải trọng LA=1000 l/m2.phút, đạt hiệu quả xử lý cặn lơ lửng E = 25% Chọn kích thước song chắn rác tinh:

L = 1200 mm

B = 1000 mm

Ta có diện tích bề mặt lưới yêu cầu:

22,160

*1000

1000

*25,72

m L

*1

2,1

max

*60

1000

*1

*1

*2,11

25,72

*

l h

n L B

min

*60

1000

*1

*1

*2,11

25,32

*

l h

n L B

Q

3 Bể điều hòa kết hợp hầm bơm

Nhà máy hoạt động 3 ca Nước thải ra liên tục, các ngày từ thứ 2 đến thứ 7 với lưu lượng 775m3/ng.đ; riêng chủ nhật có thêm nước thải từ khâu rửa các thiết bị gồm sau:

Rửa dây chuyền chiết chai: 40 m3/h

Rửa nồi nấu: 20 m3/h

3 dây chuyền chiết chai, lưu lượng thải của mỗi dây chuyền: 40 m3/h