Tim-Hieu-Phuong-Thuc-Xu-Ly-Chat-Thai-Sau-Qua-Trinh-Len-Men-Bia 2

TÌM HIỂU PHƯƠNG THỨC XỬ LÝ CHẤT THẢI SAU QUÁ TRÌNH LÊN MEN BIA Hà Nội, 03/2016 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề - Bia loại nước uống mát, bổ, có độ cồn thấp, có bọt xốp mịn hương vị đặc trưng hoa huoblon Đặc biệt CO2 bia có tác dụng làm giảm nhanh khát người uống, giúp tiêu hoá nhanh ăn uống ngon miệng Nhờ ưu điểm này, bia sử dụng rộng rãi hầu khắp nước giới sản lượng ngày tăng - Bia người chế biến sử dụng từ 1000 năm trước công nguyên Quê hương thứ đồ uống lạc Babilon định cư vùng hạ lưu sông Hố (vùng Lưỡng Hà) Qua gần 1000 năm phát triển, ngày nay, công nghệ sản xuất bia đạt đến mức hồn chỉnh Thực chất Cơng nghệ bia công nghệ Enzym Công nghệ vi sinh vật - Ngành công nghiệp sản xuất bia ngày phát triển kéo theo vấn đề môi trường lớn nhà máy bia lượng chất thải lớn chứa nhiều chất hữu cơ, pH cao, nhiệt độ cao Việc lưu giữ thải bỏ lượng men thải lớn bột trợ lọc, vải lọc có lẫn nấm men sau lần lọc làm tải lượng hữu nước thải lớn Nếu khơng xử lý kịp thời lượng chất thải gây nhiễm môi trường nghiêm trọng Vấn đề đặt phải tìm quy trình phù hợp để xử lý lượng chất thải 1.2 Các yêu cầu - Tìm hiểu chất thải sau trình lên men bia - Tìm hiểu quy trình cơng nghệ xử lý chất thải sau trình lên men bia PHẦN NỘI DUNG 2.1 Tổng quan chất thải sau trình lên men bia 2.1.1 Tổng quan trình lên men bia - Các nhà máy bia giới ngày dùng nguyên liệu thóc malt (đại mạch nẩy mầm) khoảng 70% loại bột gạo, ngô, mạch (không phải malt) khoảng 30% ngồi cịn dùng hoa houblon, loại bột trợ lọc diatomit, bentonit, … - Sơ đồ quy trình sản xuất bia Malt Gạo Điện Đường Nước Hoa Houplon Điện Hơi CHUẨN BỊ Nghiền NẤU Hồ hóa, đường hóa Lọc dịch đường Nấu hoa Lắng nóng Bụi Tiếng ồn Nước thải Bã hèm Nhiệt Mùi LÊN MEN Men Điện Làm lạnh Lên men Lên men phụ Men Khí CO2 Nước thải HỒN THIỆN Bộ trợ lọc CO2 Điện Lọc bia Ổn định,bão hòa CO2 Pha bia Lọc vơ trùng ĐĨNG CHAI, Vỏ chai, lon, keg 2.1.2 Nguồn gốc thành phần chấtVÀ thải LON, KEG Nhãn mác Điện THANH TRÙNG Nước thải Bộ trợ lọc Men Nước thải Chai vỡ Nhãn mác hỏng - Từ sơ đồ trên, ta thấy chất thải hình thành suốt trình sản xuất gồm chất thải rắn, lỏng khí 2.1.2.1 Chất thải rắn Các chất thải rắn q trình sản xuất, lượng tác động trình bảy bảng 2.1: Bảng 2.1: Lượng chất thải rắn phát sinh sản xuất hectolít bia Chất nhiễm Bã hèm Nấm men Vỏ chai vỡ Bùn hoạt tính Nhãn, giấy Bột trợ lọc 2.1.2.2 Nước thải Đơn vị Lượng kg kg chai kg kg kg 21-27 3-4 0,9 0,3-0,4 1,5 0,2-0,6 - Nước thải nhà máy bia khoảng gấp lần so với bia thành phẩm, bao gồm: + Nước lẫn bã malt bột sau lấy dịch đường Để sàn lưới, nước tách khỏi bã + Nước rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men loại thiết bị khác + + + + + Nước rửa chai téc chứa Nước rửa sàn, phòng lên men, phòng tàng trữ Nước thải từ nồi Nước vệ sinh sinh hoạt Nước thải từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lượng clorit cao (tới 500mg/l), cacbonat thấp - Thành phần tính chất nước thải đầu vào: + Đặc trưng nước thải bia có hàm lượng chất hữu protein cacbonnateous cao + Nước thải lọc bã hèm công nghệ Đây loại nước thải ô nhiễm mạnh Nước thải phát sinh từ công nghệ lọc phèn, nên chúng bị nhiễm bẩn chủ yếu chất hữu cơ, cặn bã hèm VSV Chỉ tiêu ô nhiễm sau: COD = 4000-5000mg/l SS = 200-300mg/l + Nước thải lọc dịch đường: loại nước thải thường bị nhiễm bẩn hữu lượngGluco nước mức cao, môi trường thuận lợi cho phát triển loại vi sinh vật Ngoài ra, nước thải lọc đường có độ đục độ màu cao + Nước thải thiết bị giải nhiệt coi có nhiệt độ cao 40-45oC có lượng dầu mỡ khơng đáng kể + Trong sản xuất bia, cơng nghệ thay đổi từ nhà máy sang nhà máy khác, khác áp dụng phương pháp lên men hay men chìm Nhưng khác vấn đề sử dụng nước cho trình rửa chai, lon, máy móc thiết bị, sàn nhà Điều dẫn đến tải lượng nước thải hàm lượng chất ô nhiễm nhà máy bia khác Bảng 2.2: Tính chất nước thải từ sản xuất bia Các chất nhiễm Đơn vị tính Mức VN TCVN 5945:2005 pH 6-8 5.5-9 BOD5 mg/l 900-1.400 ≤50 COD mg/l 1.700-2.200 ≤80 SS mg/l 500-600 ≤100 Tổng N mg/l 30 ≤ 30 Tổng P mg/l 22-25 ≤6 NH4+ mg/l 13-16 ≤ 10 Ghi chú: Các thông số quy định tiêu chuẩn, chưa xét hệ số liên quan đến dung tích nguồn tiếp nhận hệ số theo lưu lượng nguồn thải Bảng 2.3: Tải lượng chất ô nhiễm nước thải sản xuất bia (đối với nhà máy bia công suất 100 triệu lít/năm) Tải lượng Các chất nhiễm (kg/ngày) 6.500-7.000 10.000-11.000 BOD5 COD 2.300-2.500 130-150 110-130 SS Tổng N Tổng P + Thành phần nước thải nhà máy bia vượt nhiều lần mức cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam, cần phải qua xử lý Vậy việc tiết kiệm nước áp dụng kỹ thuật sản xuất cần thiết để giảm lượng nước phát thải nồng độ chất hữu nước thải 2.1.2.3 Khí thải - Khí thải nhà máy bia bao gồm khí thải phát sinh sử dụng nồi hơi, mùi hoá chất sử dụng, mùi sinh trình nấu chất thải hữu bã hèm, men chưa xử lý kịp thời Bảng 2.4: Nồng độ chất nhiễm khơng khí từ nồi Chất nhiễm Bụi khói SO2 NOx CO Nồng độ TCVN (mg/m3) Nồi than 420 - 624 210,8 - 647,4 225 - 305 5939:2005 Nồi dầu A 10,9 - 11,4 ≤ 400 925 - 2078 ≤ 1500 148 - 242 ≤ 1000 12 - 22,1 ≤ 1000 Nước thải vào Ghi chú: A – Đang hoạt động B – Xây B ≤ 200 ≤ 500 ≤ 580 ≤ 1000 - Hệ thống máy lạnh sử dụng môi chất NH gây ảnh hưởng đến mơi trường Các Hầm tiếp nhận cố xảy nổ bồn chứa rị rỉ NH Khí NH3 gây kích thích đường hơ hấp, có mùi khai gây ngạt Bể gây điềuchết hịa người Nồng độ tối đa cho phép khơng khí khu vực sản xuất 0,02 mg/l 2.2 Biện pháp xử lý chất thải sau lênBể men bia UASB 2.2.1 Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia Cấp khí Bể MBBR Bể lắng Bể lọc áp lực Bể chứa bùn Bể nano dạng khô Máy ép bùn Nguồn tiếp nhận Xử lí 2.2.1.1 Hầm tiếp nhận: - Song chắn rác: thường làm kim loại, đặt cửa vào kênh dẫn giữ lại tạp chất vật thô giẻ, rác, bao nilon, vật thải khác giữ lại, để bảo vệ thiết bị xử lý bơm, đường ống, mương dẫn… Dựa vào khoảng cách thanh, người ta chia song chắn rác thành hai loại: + Song chắn rác thơ có khoảng cách từ 60 đến 100mm + Song chắn rác mịn có khoảng cách từ 10 đến 25mm + Chọn song chắn rác mịn có khoảng cách 25mm đặt cố định, nghiêng góc 600 đặt cửa vào bể gom lấy rác vào cuối ngày - Bể gom: nơi tiếp nhận nguồn nước thải trước vào công trình xử lý Bể gom thường làm bê tơng, xây gạch Trong quy trình bể gom cịn có tác dụng điều hịa lưu lượng nước thải - Lưới lọc: để giữ lại chất lơ lửng có kích thước nhỏ Lưới có kích thước lỗ từ 0,5 đến 1mm Trong nhà máy bia mẫu trấu, huyền phù… bị trôi trình rửa thùng lên men, thùng nấu, nước lọc bã hèm, giữ lại nhờ hệ thống lưới lọc có kích thước lỗ 1mm Các vật thải lấy khỏi bề mặt lưới hệ thống cào 2.2.1.2 Bể điều hòa: - Bể điều hòa dùng để trì lưu lượng dịng thải vào gần không đổi, quan trọng điều chỉnh độ pH đến giá trị thích hợp cho q trình xử lý sinh học Trong bể có hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan san nồng độ chất bẩn tồn thể tích bể khơng cho cặn lắng bể, pha loãng nồng độ chất độc hại có Ngồi cịn có thiết bị thu gom xả bọt, váng Tại bể điều hịa có máy định lượng lượng acid cần cho vào bể đảm bảo pH từ 6,6 – 7,6 trước đưa vào bể xử lý UASB 2.2.1.3 Bể UASB: - Tại diễn trình phân hủy chất hữu cơ, vơ có nước thải khơng có oxy Nước thải đưa trực tiếp vào phía đáy bể phân phối đồng đó, sau chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ chất hữu cơ, vô tiêu thụ - Q trình chuyển hóa chất bẩn nước thải vi sinh yếm khí xảy theo ba bước: + Giai đoạn 1: nhóm vi sinh vật tự nhiên có nước thải thủy phân hợp chất hữu phức tạp lipit thành chất hữu đơn giản có trọng lượng nhẹ monosacarit, amino acid để tạo nguồn thức ăn lượng cho vi sinh hoạt động + Giai đoạn 2: nhóm vi khuẩn tạo men acid biến đổi hợp chất hữu đơn giản thành acid hữu thường acid acetic, acid butyric, acid Propionic Ở giai đoạn pH dung dịch giảm xuống + Giai đoạn 3: vi khuẩn tạo metan chuyển hóa hiđrơ acid acetic thành khí metan cacbonic pH môi trường tăng lên 2.2.1.4 Bể sinh học MBBR: - Phương pháp sinh học hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động điều kiện cung cấp oxy liên tục Quá trình phân hủy chất hữu nhờ vi sinh vật gọi trình oxy hóa sinh hóa Các vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu có nước thải thu lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, phần chất hữu bị oxy hóa hồn tồn thành CO2, H2O, NO3- , SO42- - Tốc độ q trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng tạp chất, mật độ vi sinh vật mức độ ổn định lưu lượng nước thải trạm xử lý Ở điều kiện xử lý định, yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng oxy hóa sinh hóa chế độ thủy động, hàm lượng oxy nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng nguyên tố vi lượng… Tải trọng chất hữu bể sinh học hiếu khí truyền thống thường dao dộng từ 0,32-0,64 kg BOD/m3.ngày đêm Nồng độ oxy hòa tan nước thải bể sinh học hiếu khí cần ln ln trì giá trị lớn 2,5 mg/l - Như bể sinh học hiếu khí MBBR có nhiệm vụ xử lý chất hữu lại nước thải Trong bể MBBR diễn q trình oxy hóa chất hữu hòa tan dạng keo nước thải tham gia vi sinh vật hiếu khí Tại bể MBBR có hệ thống sục khí khắp diện tích bể nhằm cung cấp ơxy, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí sống, phát triển phân giải chất ô nhiễm Vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ chất hữu dạng keo hịa tan có nước để sinh trưởng Ở điều kiện thuận lợi, vi sinh vật phát triển mạnh, sinh khối tăng tồn dạng bùn dễ lắng tạo thành bùn hoạt tính Sau trình oxy hóa (bằng sục khơng khí) với đệm vi sinh di động, bùn hoạt tính (tức lượng vi sinh phát triển hoạt động tham gia trình xử lý) bám giữ giá thể bám dính di động dạng cầu Nước thải sau qua bể MBBR tự chảy vào bể lắng sinh học 10 2.2.1.5 Bể lắng – Xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia - Nước thải sau qua bể MBBR phân phối vào vùng phân phối nước bể lắng sinh học Nước thu bề mặt bể lắng thông qua máng tràn cưa - Hiệu suất bể lắng tăng cường đáng kể sử dụng hệ thống lắng.Bể lắng chia làm ba vùng bản: + Vùng phân phối nước; + Vùng lắng; + Vùng tập trung chứa cặn - Nước cặn chuyển động qua vùng phân phối nước vào vùng lắng bể hệ thống lắng lamella, với nhiều lớp mỏng xếp theo trình tự khoảng cách đinh Khi hỗn hợp nước cặn qua hệ thống này, bùn va chạm với nhau, tạo thành bơng bùn có kích thước khối lượng lớn gấp nhiều lần bùn ban đầu Các bùn trượt theo lamella tập hợp vùng chứa cặn bể lắng 2.2.1.6 Bể lọc áp lực: -Bể lọc áp lực sử dụng công nghệ bể lọc áp lực đa lớp vật liệu: sỏi đỡ, cát thạch anh than hoạt tính để loại bỏ chất lơ lửng, chất rắn khơng hịa tan, ngun tố dạng vết, halogen hữu nhằm đảm bảo độ nước 2.2.1.7 Bể nano dạng khô - Nước thải sau qua bể lọc áp lực vào bể nano dạng khổ để loại bỏ triệt để chất lơ lửng cịn sót lại nước, khử trùng nước thải 11 - Nước sau qua bể nano dạng khô đạt yêu cầu xả thải theo quy định hành pháp luật Lượng nước này, phần sử dụng để làm mát máy móc nhà máy; phần đưa tới nguồn tiếp nhận qua mương nước Sau nước thải đưa nguồn tiếp nhận đạt loại A theo QCVN 40:2011/BTNMT 2.2.2 Biện pháp tận dụng chất rắn - Thu gom triệt để chất rắn phát sinh trình sản xuất Một phần khơng thể tái sủ dụng đem thiêu hủy Phần khác tận dụng để: tái sử dụng( vỏ trai, nhãn giấy, kim loại,…) sấy khô để chế biến thức ăn gia súc ( nấm men, ), ngồi cịn ứng dụng vào lĩnh vực khác - Ba loại chất thải có giá trị từ sản xuất bia hạt ngũ cốc (để sản xuất bia) hoa houblon dùng, men bia Hạt ngũ cốc (để sản xuất bia) dùng thu hồi từ thùng ủ men dùng làm thức ăn cho động vật ép thành “dịch lỏng” (wet state) sấy máy sấy trục quay Ngoài ra, hạt ngũ cốc (để sản xuất bia) ẩm sử dụng để ủ xilơ để làm thức ăn cho gia súc, cịn giá trị hoa houblon dùng hạn chế (nó dùng làm phân bón hay nhiên liệu cấp thấp) - Bùn khử nước (từ công đoạn xử lý nước thải nhà máy bia) nhận thấy đem lại lợi ích to lớn sản xuất nông nghiệp, sử dụng bùn làm phân bón (Naylor Severson, 1984) Ví dụ tận dụng bã hèm bia sản xuất xăng sinh học - DB Export, nhà máy bia New Zealand tuyên bố chế tạo thành công xăng sinh học mang tên "Brewtroleum" cách tận dụng bã hèm bia (sản phẩm tách sau trình lên men bia) 12 - Hãng cho biết trước đây, bã hèm bia sau trình lên men bia thường bị vứt làm thức ăn cho động vật Tuy nhiên, họ tìm cách tái chế để biến thành cồn ethanol trộn với loại nhiên liệu xăng thông thường - Trên thực tế, hỗn hợp nhiên liệu mà họ tạo khơng có đột phá Đây loại xăng sinh học E10 chứa 10% ethanol 90% xăng gốc không phụ gia Tuy nhiên, hãng bia DB cho lần lịch sử, sản phẩm nhiên liệu thương mại có thành phần bắt nguồn từ trình sản xuất bia E10 loại xăng sinh học cho thân thiện với mơi trường thay nhiên liệu xăng tinh khiết Tuy nhiên tuyên bố gây nhiều tranh cãi Một điều tra hồi năm 2013 Hoa Kỳ phát việc tăng cường trồng bắp để sản xuất ethanol gây thiệt hại lớn cho môi trường đẩy giá ngơ lương thực tăng cao - Do đó, giải pháp DB hứa hẹn thay cho việc trồng bắp để tạo ethanol nữa, tận dụng lượng bã hèm khổng lồ mà nhà máy bia bỏ phí Hiện tại, loại xăng Brewtroleum DB sản xuất bán 60 trạm xăng tập đoàn Gull nằm rải rác khắp New Zealand 300.000 lít xăng sản xuất từ 30.000 lít ethanol tạo cách này, để làm điều đó, DB sản xuất 8,8 triệu chai bia Cuối cùng, DB tuyên bố vui vẻ rằng: "có thể bia giải cứu Trái Đất loài người cần uống nhiều bia miễn nên nhớ, uống bia khơng lái xe." 13 2.2.3 Biện pháp xử lý khí thải - Để giảm lượng khí thải q trình sản xuất bia ta áp dụng hệ thống xử lý khí thải cho lị Hệ thơng xử lý theo cơng nghệ tháp rửa khí ướt với dung dịch kiềm NaOH Khí sau qua tháp rửa khí khí đạt tiêu chuẩn thải ngồi mơi trường, đảm bảo đảm quy chuẩn kỹ thuật QCVN 19:2009 - Khí thải bụi chủ yếu phát sinh từ trình làm malt nghiền gạo Vì để giảm thiểu ối đa lượng bụi phát sinh cần chọn phương pháp say nghiền malt ướt đồng thời sử dụng hệ hống hút bụi: + Hệ thống hút bụi cho thiết bị nhập malt- gạo + Hệ thống hút bụi làm malt vận chuyển + Hệ thống hút bụi làm nghiền gạo Với hệ thống trên, nhà máy đảm bảo bụi thải phát sinh từ trình làm malt nghiền gạo kiểm soát chặt chẽ - Khí CO2 thải từ q trình lên men thu hồi để cung cấp CO2 tinh khiết cho cơng nghiệp thực phẩm, bình chứa khí an tồn… - Khí NH3 thu hồi để sử dụng cơng nghiệp đời sống thường ngày Sử dụng nghành cơng nghiệp dầu khí để trung hịa acid Dung dịch NH sử dụng nông nghiệp môi trường chống đông để bảo quản mủ cao su sử dụng trực tiếp làm phân bón… 14 PHẦN KẾT LUẬN - Tổng quan chất thải sau trình lên men bia + Nước thải nhà máy bia loại nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm, tải trọng COD, BOD, SS cao vượt nhiều lần tiêu chuẩn thải nhà nước quy định Trước thải vào nguồn tiếp nhận cần xử lý để không gây ô nhiễm môi trường + Chất thải sau lên men bia sản sinh trình sản xuất bia gồm chất hữu vô cơ, dạng rắn lỏng, khí - Tìm hiểu quy trình cơng nghệ xử lý chất thải sau q trình lên men bia Khi chọn cơng nghệ xử lý phải vào yêu cầu sau: + Lưu lượng, thành phần tính chất nước thải + Diện tích mặt có, điều kiện mà nhà máy chấp nhận + Tiêu chuẩn đầu dòng thải + Đặc tính nguồn tiếp nhận + Kinh phí đầu tư ban đầu chi phí vận hành + Đảm bảo khả xử lý nhà máy mở rộng sản xuất - Quy trình xử lý nước thải sau lên men cần nhiều công đoạn phức tap, đảm bảo tiêu chuẩn nước thải từ loại B trở lên theo TCVN hành + Qua hầm tiếp nhận bể lọc chứa công đoạn cấp, ép, tiếp nhận xử lý đầu nước thải + Sử dụng vi sinh vật tham gia vào trình để phân hủy chất hữu cơ, vô giúp xử lý chất thải nhanh chóng - Sau q trình xử lý chất thải, phụ phẩm tận dụng giảm chi phí cho q trình xử lý: → + Tận dụng bã hèm bia sản xuất xăng sinh học + Tận dụng bã hèm bia sản xuất thức ăn chăn nuôi Sản xuất bia phát triển ngày căng mạnh, nên vấn đề xử lý chất thải căng trở nên thiết, cần hiểu rõ nguồn gốc, đặc tinh riêng biệt để có cơng nghệ xử lý nước thải phù hợp, giảm chi phí không làm nguy hại đến môi trường sức khỏe người TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 Quy trình công nghệ xử lý nước thải công ty TNHH Mơi trường Sóng Xanh Bến Thành, Quận 1, HCM Website: http://www.xuly-moitruong.com/ Tạp chí Cơng thương - Thứ ngày 16-6-2012 ( GMT +7 ) Nguồn Internet: • http://123doc.org/document/2437546-bao-cao-cong-nghe-len-men-thucpham-xu-ly-nuoc-thai.htm • https://docs.google.com/document/d/1IgJCqJ6gWi_UR51il17b8JUaXhv2oJPfQg3Upxa-cY/edit • http://www.dbexportbeer.co.nz/ 16 ... Chất nhiễm Bụi khói SO2 NOx CO Nồng độ TCVN (mg/m3) Nồi than 420 - 624 21 0,8 - 647,4 22 5 - 305 5939 :20 05 Nồi dầu A 10,9 - 11,4 ≤ 400 925 - 20 78 ≤ 1500 148 - 24 2 ≤ 1000 12 - 22 ,1 ≤ 1000 Nước thải... Nấm men Vỏ chai vỡ Bùn hoạt tính Nhãn, giấy Bột trợ lọc 2. 1 .2. 2 Nước thải Đơn vị Lượng kg kg chai kg kg kg 21 -27 3-4 0,9 0,3-0,4 1,5 0 ,2- 0,6 - Nước thải nhà máy bia khoảng gấp lần so với bia... nhà máy bia khác Bảng 2. 2: Tính chất nước thải từ sản xuất bia Các chất ô nhiễm Đơn vị tính Mức VN TCVN 5945 :20 05 pH 6-8 5.5-9 BOD5 mg/l 900-1.400 ≤50 COD mg/l 1.700 -2. 200 ≤80 SS mg/l 500-600