thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia sài gòn khánh hòacông suất 2000m3 ngày đêm

Bùi Thị Thu Hà này có thể áp dụng để XLNT cho các nhà máy bia với qui mô tương tự trong cùng Phạm vi về mặt nội dung: Đề xuất công nghệ xử lý phù hợp lưu lượng nhà máy và đặc tính của nư

Trang 1

SVTH: Huỳnh Kim Khánh i GVHD: TS Bùi Thị Thu Hà

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH iv

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU x

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY BIA SÀI GÒN – KHÁNH HÒA 1

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY 1

1.1.1 Địa điểm 1

1.1.1 Quy mô 1

1.1.2 Các sản phẩm của nhà máy 2

1.2 CHỨC NĂNG, NHIỆM VỤ 2

1.3 DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY BIA SÀI GÒN - KHÁNH HÒA 3 1.3.1 Dây chuyền sản xuất bia 3

1.3.2 Thuyết minh sơ đồ 7

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NGÀNH BIA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 10

2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NGÀNH BIA 10

2.1.1 Đặc trưng của nước thải sản xuất bia 10

2.1.2 Một số so sánh với nước thải các ngành khác 12

2.2 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH BIA 13 2.2.1 Phương pháp cơ học và thiết bị xử lý 13

2.2.2 Phương pháp hóa lý, hóa học và thiết bị xử lý 16

2.2.3 Phương pháp sinh học và thiết bị xử lý 20

2.2.4 Một số công nghệ và thiết bị xử lý nước thải sản xuất bia hiện nay 30

2.2.5 Các lưu ý trong công nghệ và thiết bị xử lý nước thải sản xuất bia 34

Trang 2

SVTH: Huỳnh Kim Khánh ii GVHD: TS Bùi Thị Thu Hà

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT – PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 37

3.1 CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ 37

3.2 CƠ SỞ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ 37

3.3 ĐỀ XUẤT, PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ 39

3.3.1 Phương án 1 39

3.3.2 Phương án 2 43

3.3.3 Phân tích ưu nhược điểm và lựa chọn công nghệ và thiết bị xử lý 47

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CHI TIẾT CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 50

4.1 CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 50

4.2 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 50

4.2.1 Song chắn rác 50

4.2.2 Hố thu gom 54

4.2.3 Thiết bị lược rác tinh 56

4.2.4 Bể điều hòa sục khí 57

4.2.5 Bể lắng I 63

4.2.6 Bể UASB 68

4.2.7 Bể Aerotank 76

4.2.8 Bể lắng II 85

4.2.9 Bể khử trùng 91

4.2.10 Bể chứa bùn 92

4.2.11 Bể nén bùn 94

4.2.12 Máy ép bùn 97

4.2.13 Tính toán lượng hóa chất sử dụng 98

CHƯƠNG 5 KHAI TOÁN KINH PHÍ 101

5.1 CHI PHÍ XÂY DỰNG 101

Trang 3

SVTH: Huỳnh Kim Khánh iii GVHD: TS Bùi Thị Thu Hà

5.2 CHI PHÍ THIẾT BỊ 102

5.3 CHI PHÍ QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH 104

5.3.1 Chi phí điện năng 104

5.3.2 Chi phí hóa chất 106

5.3.3 Chi phí nhân công 106

5.3.4 Chi phí bảo dưỡng 106

5.3.5 Tổng chi phí quản lý vận hành: 106

5.4 TỔNG CHI PHÍ XỬ LÝ 106

CHƯƠNG 6 VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐỀ XUẤT 107

6.1 GIAI ĐOẠN KHỞI ĐỘNG 107

6.1.1 Bể UASB 107

6.1.2 Bể Aerotank 108

6.2 CÁC SỰ CỐ VẬN HÀNH HTXLNT VÀ CÁCH KHẮC PHỤC 109

6.3 AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG VẬN HÀNH HTXLNT 111

6.3.1 Tổ chức, quản lý 111

6.3.2 An toàn vận hành 112

6.3.3 Bảo trì 113

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 115

I KẾT LUẬN 115

II KIẾN NGHỊ 115

TÀI LIỆU THAM KHẢO 116

Trang 4

SVTH: Huỳnh Kim Khánh iv GVHD: TS Bùi Thị Thu Hà

DANH MỤC HÌNH

Hinh 1.1 Vị trí Nhà máy bia Sài Gòn - Khánh Hòa 1

Hinh 1.2 Nhà máy bia Sài Gòn - Khánh Hòa 2

Hinh 1.3 Lúa mạch 4

Hinh 1.4 Hoa houblon 4

Hinh 1.5 Nấm men 5

Hinh 1.6 Gạo 5

Hinh 1.7 Sơ đồ sản xuất bia và phát thải 6

Hình 2.1 Song chắn rác 13

Hình 2.2 Bể lắng cát ngang 14

Hình 2.3 Bể lắng đứng 15

Hình 2.4 Bể lọc nhanh 16

Hình 2.5 Các giai đoạn hoạt động của bể SBR 23

Hình 2.6 Mương oxy hóa 24

Hình 2.7 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 25

Hình 2.8 Đĩa quay sinh học 26

Hình 2.9 Bể MBBR hiếu khí và thiếu khí 27

Hình 2.10 Cấu tạo bể sinh học kỵ khí UASB 29

Hình 2.11 Tiếp xúc kị khí 29

Hình 2.12 Sơ đồ xử lý nước thải ở nhà máy rượu bia công ty United Winery and Distillery Limited Company 31

Hình 2.13 Sơ đồ xử lý nước thải ở nhà máy bia Đông Nam Á 32

Hình 2.14 Sơ đồ xử lý nước thải ở nhà máy bia Habeco 33

Hình 2.15 Sơ đồ công nghệ đề xuất theo phương án 1 39

Hình 2.16 Sơ đồ công nghệ đề xuất theo phương án 2 43

Hình 4.1 Hình dạng các thanh đan 52

Trang 5

SVTH: Huỳnh Kim Khánh v GVHD: TS Bùi Thị Thu Hà

Hình 4.2 Thiết bị lược rác tinh 56Hình 4.3 Tấm chắn khí và tấm hướng dòng trong bể UASB 70Hình 4.4 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank và lắng 2 77

Trang 6

SVTH: Huỳnh Kim Khánh vi GVHD: TS Bùi Thị Thu Hà

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các vấn đề môi trường trong khu vực sản xuất của nhà máy bia 8

Bảng 2.1 Đặc tính nước thải của một số nhà máy bia 11

Bảng 2.2 So sánh nước thải sản xuất bia với các ngành khác 12

Bảng 2.3 Các thông số ô nhiễm của nước thải nhà máy rượu bia công ty United Winery and Distillery Limited Company 30

Bảng 2.4 Các thông số ô nhiễm của nước thải nhà máy bia SEAB 31

Bảng 2.5 Các thông số ô nhiễm của nước thải nhà máy bia Habeco 33

Bảng 2.6 Hiệu suất xử lý qua các bể 34

Bảng 3.1 Nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước thải 37

Bảng 3.2 Hiệu suất của các công trình đơn vị 41

Bảng 3.3 Hiệu suất của các công trình đơn vị 45

Bảng 3.4 So sánh các phương pháp kị khí 47

Bảng 3.5 So sánh về mặt kỹ thuật bể Aerotank và bể lọc sinh học 48

Bảng 4.1 Hiệu quả xử lý của song chắn rác 53

Bảng 4.2 Thông số thiết kế song chắn rác 53

Bảng 4.3 Thông số thiết kế hố thu gom 56

Bảng 4.4 Thông số thiết bị lược rác 56

Bảng 4.5 Hiệu quả xử lý của lưới chắn rác tinh 57

Bảng 4.6 Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa 58

Bảng 4.7 Hiệu quả xử lý của bể điều hòa 62

Bảng 4.8 Thông số thiết kế bể điều hòa 62

Bảng 4.9 Hiệu quả xử lý của bể lắng 1 67

Bảng 4.10 Thông số thiết kế bể lắng đứng 67

Bảng 4.11 Các thông số đầu vào bể UASB 68

Bảng 4.12 Hiệu quả xử lý của bể UASB 75

Trang 7

SVTH: Huỳnh Kim Khánh vii GVHD: TS Bùi Thị Thu Hà

Bảng 4.13 Thông số thiết kế Bể UASB 75

Bảng 4.14 Hiệu quả xử lý của bể Aerotank 85

Bảng 4.15 Số liệu thiết kế Bể Aerotank 85

Bảng 4.16 Hiệu quả xử lý của bể lắng 2 90

Bảng 4.17 Thông số thiết kế bể lắng đứng đợt 2 90

Bảng 4.18 Thông số tính toán của bể khử trùng 92

Bảng 4.19 Các thông số của bể nén bùn 97

Bảng 4.20 Đặc tính bùn vi sinh 100

Bảng 5.1 Dự kiến chi phí xây dựng hệ thống xử lý 101

Bảng 5.2 Dự kiến chi phí trang thiết bị 102

Bảng 5.3 Dự tính chi phí hóa chất 106

Trang 8

SVTH: Huỳnh Kim Khánh ix GVHD: TS Bùi Thị Thu Hà

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD (Biological Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh hóa

BOD 5 (Biological Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh hóa 5 ngày

BTNMT: Bộ Tài nguyên Môi trường

COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hóa học

MLSS: Mixed Liquor Suspended Solid _Chất rắn lơ lửng trong bùn, mg/l

MLVSS : Mixed Liquor Volatite Suspended Solid _Chất rắn lơ lửng bay hơi trong

bùn lỏng, mg/l

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

SS: Chất rắn lơ lửng

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

TCCP: Tiêu chuẩn cho phép

Trang 9

SVTH: Huỳnh Kim Khánh x GVHD: TS Bùi Thị Thu Hà

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, vấn đề môi trường đang được quan tâm hàng đầu của xã hội, đặc biệt là vấn đề xử lý nước thải của hoạt động sản xuất công nghiệp Phần lớn nước thải từ các nhà máy, xí nghiệp chế biến, cơ sở sản xuất công nghiệp khi xả ra môi trường đều chưa đạt tiêu chuẩn cho phép (TCCP), làm ảnh hưởng đến chất lượng môi trường sống, đặc biệt là chất lượng môi trường nước

Ở Việt Nam, trong những năm qua, cùng với sự phát triển của nền công nghiệp nói chung, thì ngành công nghiệp sản xuất bia nói riêng đã có đóng góp rất lớn cho ngân sách nhà nước, góp phần tạo công ăn việc làm cho người lao động Theo Hiệp hội Bia-Rượu-Nước giải khát Việt Nam (VBA) cho biết, sản lượng bia của cả nước ước đạt 3,4 tỷ lít trong năm 2015, tăng gần 4,7% so với cùng kỳ năm

2014 Giai đoạn 2011-2015, sản lượng bia tăng bình quân 7% mỗi năm Song song với phát triển kinh tế thì ngành công nghiệp sản xuất bia cũng đang là mối quan tâm lớn trong vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nước thải 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 vào nguồn tiếp nhận

Đứng trước thực trạng này, để bảo vệ môi trường nói chung và bảo vệ nguồn nước nói riêng, cần phải xử lý nước thải (XLNT) tại nhà máy bia đạt TCCP trước khi xả vào môi trường là một điều cần thiết

Nhận thức được sâu sắc vấn đề này em đã thực hiện đề tài: “Thiết kế hệ

thống xử lý nước thải Nhà máy Bia Sài Gòn – Khánh Hòa công suất 2000m 3 /ngày.đêm” nhằm nâng cao kiến thức, kỹ năng, hoàn thành cụ thể việc tính

toán thiết kế một hệ thống xử lý nước thải bia góp phần làm sạch môi trường

B QCVN 40:2011/BTNMT), tính toán chi tiết các công trình đơn vị Công nghệ

Trang 10

SVTH: Huỳnh Kim Khánh xi GVHD: TS Bùi Thị Thu Hà

này có thể áp dụng để XLNT cho các nhà máy bia với qui mô tương tự trong cùng

Phạm vi về mặt nội dung: Đề xuất công nghệ xử lý phù hợp lưu lượng nhà máy

và đặc tính của nước thải nhà máy

4 Nội dung của đề tài

Đề tài được thực hiện gồm những nội dung chính sau:

- Thu thập tài liệu tổng quan về ngành sản xuất bia

- Giới thiệu tình hình phát triển của ngành công nghiệp sản xuất bia

- Tìm hiểu về các thành phần, tính chất đặc trưng của nước thải ngành bia và các phương pháp xử lý nước thải ngành bia và một số công nghệ xử lý nước

thải điển hình của ngành bia hiện nay

- Giới thiệu về Nhà máy bia Sài Gòn - Khánh Hòa và chất thải sinh ra trong

quá trình hoạt động của Nhà máy

- Nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho Nhà máy bia

Sài Gòn - Khánh Hòa

- Tính toán thiết kế hệ thống XLNT Nhà máy Bia Sài Gòn - Khánh Hòa công suất 2000 m3/ngày.đêm

- Dự trù kinh phí thực hiện cho việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải cho

Nhà máy bia Sài Gòn - Khánh Hòa

5 Phương pháp thực hiện

- Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập số liệu về công nghệ sản xuất, thành phần và tính chất nước thải và một số công nghệ đang được áp dụng hiện nay

Trang 11

SVTH: Huỳnh Kim Khánh xii GVHD: TS Bùi Thị Thu Hà

- Tổng hợp và nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến nước thải Nhà máy bia Sài Gòn - Khánh Hòa

- Phương pháp so sánh: So sánh ưu khuyết điểm của các công nghệ xử lý để đưa ra giải pháp xử lý có hiệu quả hơn

- Phương pháp trao đổi ý kiến: Trong quá trình thực hiện đề tài đã tham khảo

ý kiến của giáo viên hướng dẫn và các anh chị trong ngành về các vấn đề có

liên quan

- Phương pháp tính toán: Sử dụng các công thức để tính toán các công trình đơn vị của hệ thống xử lý nước thải, chi phí xây dựng và vận hành hệ thống

theo quy định hiện hành

- Phương pháp đồ họa: Dùng phần mềm Autocad để vẽ các công trình xử lý nước thải đã tính toán

Trang 12

SVTH: Huỳnh Kim Khánh 1 GVHD: TS Bùi Thị Thu Hà

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY BIA SÀI GÒN – KHÁNH HÒA

1.1.1 Địa điểm [14]

Nhà máy bia Sài Gòn - Khánh Hòa thuộc Cụm Công nghiệp Diên Khánh, Xã Diên Phú, Huyện Diên Khánh, Tỉnh Khánh Hòa Nhà máy nằm ở phía Tây Bắc TP Nha Trang, thuận lợi cho việc sử dụng điện nước, việc sử dụng nguồn nhân lực và nguyên liệu sản xuất, đồng thời không tốn nhiều chi phí cho việc tìm thị trường và tiêu thụ sản phẩm

Hinh 1.1 Vị trí Nhà máy bia Sài Gòn - Khánh Hòa

1.1.1 Quy mô [14]

Nhà máy bia Sài Gòn - Khánh Hòa được chủ đầu tư là Công ty Cổ phần Bia Sài Gòn - Khánh Hòa khởi công xây dựng vào ngày 12/12/2015 và chính thức đi vào hoạt động vào tháng 10/2016 Nhà máy có tổng vốn đầu tư 620 tỷ đồng với công nghệ của CHLB Đức, được thiết kế và xây dựng trên diện tích gần 6 ha bởi những nhà thầu có

uy tín hàng đầu thế giới Các thiết bị đồng bộ mới 100% được nhập từ EU với trình độ thiết bị công nghệ hiện đại và điều khiển hoàn toàn tự động

Khuôn viên nhà máy được thiết kế mảng cây xanh, thảm cỏ, vườn hoa hài hòa với cảnh quan thiên nhiên, theo mô hình tiên tiến nhà máy-công viên Đây là nơi rất lý

Trang 13

tưởng cho người lao động nghỉ ngơi, thư giãn sau những giờ làm việc căng thẳng

1.1.2 Các sản phẩm của nhà máy [13]

Cũng giống như các nhà máy bia thuộc tổng công ty Sabeco, nhà máy bia Sài Gòn

- Khánh Hòa sản xuất các loại bia sau:

- Bia chai Sài Gòn Xanh (Saigon Larger Beer)

- Bia chai Sài Gòn Xuất khẩu (Saigon Export Beer)

- Bia lon 333 (333 Export Beer, 333 Premium Beer)

- Bia lon Sài Gòn (Saigon Premium Beer)

- Bia chai Sài Gòn Special (Saigon Special Beer)

• Chức năng [13]

Sản xuất bia tươi, mua bán các loại bia khác và nước giải khát các Ngoài ra, Công

ty còn có dịch vụ cho thuê: thuê phương tiện vận tải đường, dụng cụ bán bia hơi

• Nhiệm vụ [13]

- Kinh doanh đúng ngành nghề đã đăng ký giấy phép kinh doanh

- Thực hiện cam kết hoạt động thương mại

- Xây dựng và tổ chức thực hiện kế hoạch sản xuất kinh doanh đã đề ra, đã đăng ký với khách hàng

Trang 14

- Thực hiện lao động hợp lý, đúng luật lao động quy định của nhà nước

- Tuân thủ các chính sách và chế độ quản lý kinh tế của nhà nước, thực hiện đầy đủ, trung thực báo cáo tài chính

- Về mặt công tác vệ sinh công nghiệp: đảm bảo an toàn song song với công tác phòng cháy chữa cháy

HÒA

1.3.1 Dây chuyền sản xuất bia

a Nguyên liệu sản xuất [13]

• Nước:

Nước là thành phần chiếm tỷ lệ cao nhất, thông thường từ 90-95% khối lượng bia Nước ngoài việc tham gia vào thành phần của bia còn tham gia vào toàn bộ quy trình công nghệ trong quá trình sản xuất Nước là dung môi hòa tan các hợp chất hóa học (như tinh bột, đường, protein, chất béo…) trong hạt malt, các hợp chất đắng, thơm trong hoa bia

Nguồn nước sử dụng của nhà máy lấy từ hệ thống thủy cục hoặc nước giếng khoan Nước từ bể chứa sẽ qua hệ thống lọc cát – than – RO được kiểm tra đạt chất lượng mới được cấp đi sản xuất

• Malt đại mạch:

Bia phải được sản xuất từ malt đại mạch Malt là nguồn cung cấp các hợp chất cơ bản như đường, protein, chất béo, các loại vitamin,… cho quá trình sản xuất bia Tại công đoạn nấu, tinh bột trong malt bị thủy phân bởi hệ enzyme amylase thành đường lên men được Sau đó, nấm men sử dụng đường này để tạo thành CO2 và cồn trong bia Có rất nhiều loại malt khác nhau được dùng trong sản xuất bia như malt vàng, malt nâu, malt đen, malt chocolate,…

Trang 15

• Hoa Bia:

Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản sau malt Hoa Houblon làm bia có vị đắng dịu, 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 Trong công nghệ sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn

• Nấm men:

Nấm men có vai trò chuyển hóa các hợp chất lên men được trong dịch nha sau nấu thành cồn và khí CO2 Trong quá trình lên men, nấm men sản xuất ra các hợp chất tạo

Trang 16

mùi, vị thơm cho bia Các chủng men khác nhau cho ra hương vị bia đặc trưng Các hãng bia khác nhau sở hữu chủng nấm men đặc trưng và được các hãng bảo vệ rất nghiêm ngặt

• Thế liệu:

Thế liệu là thành phần phụ tham gia vào sản xuất bia, có vai trò thay thế một tỷ lệ nhất định malt Thế liệu sản xuất bia rất đa dạng và phong phú, phụ thuộc vào đặc điểm nông nghiệp của từng quốc gia Các nước vùng Đông Nam Á chủ yếu sử dụng thế liệu là gạo, trong khi đó các quốc gia Châu Phi lại sử dụng bo bo, lúa miến,… Thế liệu là giảm giá thành sản xuất bia, giúp người nông dân địa phương tiêu thụ được các sản phẩm bản địa

Trang 17

b Sơ đồ sản xuất bia và phát thải

Hinh 1.7 Sơ đồ sản xuất bia và phát thải [13]

Xay, nghiền

Nấu malt Lọc dịch hèm Nấu hoa bia Tách cặn Giải nhiệt nhanh

Lên men chính, phụ

Ủ bia Làm lạnh sâu Lọc bia

Chiết lon, chai

Bão hòa CO2Rửa chai

Nước cấp cho

sản xuất

Đóng nắp Thanh trùng Kiểm tra, dán nhãn, đóng thùng

Sản phẩm

Hoa Hơi nước

Men giống Phục hồi men

Phụ gia Hơi nước

Thùng, nhãn hỏng

Trang 18

1.3.2 Thuyết minh sơ đồ [13]

• Xay nghiền

Nghiền nhỏ hạt malt (hoặc hạt gạo) đến kích thước yêu cầu để các thành phần trong nguyên liệu có thể hòa tan vào nước và giải phóng ra enzyme để xúc tác quá trình thủy phân sau đó

• Tách cặn

Loại bỏ các thành phần như cánh hoa bia, các kết tủa hình thành trong quá trình đun sôi

• Giải nhiệt nhanh

Dịch nha sau đun sôi (100oC) được đưa về nhiệt độ thích hợp cho nấm men hoạt động như 10 – 15oC Nhiệt độ này tùy thuộc vào chủng loại nấm men và loại bia

• Lên men

Dịch nha lạnh cùng với nấm men được đưa vào tank lên men để tiến hành quá trình lên men Nấm men sẽ sử dụng đường được hình thành trong giai đoạn nấu để tạo thành Cồn và khí CO2 Các hợp chất tạo mùi thơm cho bia cũng được nấm men tạo thành trong giai đoạn này Kết thúc quá trình lên men, nấm men sẽ được thu hồi ra khỏi tank lên men để tái sử dụng cho lần lên men tiếp theo Dịch bia sau lên men sẽ được chuyển sang tank ủ bia để bắt đầu quá trình lên men phụ

• Ủ bia

Trang 19

Là quá trình chuyển hóa hoặc loại bỏ các hợp chất không mong muốn hình thành trong quá trình lên men như diacetyl Quá trình ủ bia kết thúc khi hàm lượng các chất này giảm đến mức mong muốn và đạt thời gian theo yêu cầu của từng loại bia

• Đóng gói

Để lưu trữ, vận chuyển và phân phối đến người tiêu dùng, bia được chiết rót vào chai, lon sau đó được thanh trùng bằng nhiệt nhằm tiêu diệt hoàn toàn các tế bào còn sống, vi sinh vật có hại ảnh hưởng đến tuổi thọ sản phẩm

Bảng 1.1 Các vấn đề môi trường trong khu vực sản xuất của nhà máy bia [16]

Nấu

- Tiêu tốn năng lượng (nhiệt)

- Tiêu tốn nhiều nước

- Xút và axít cho hệ CIP

- Thải lượng hữu cơ cao

Trang 20

- Gây mùi ra các khu vực xung

quanh

Lên men

- Tiêu tốn năng lượng (lạnh)

- Tiêu tốn nhiều nước

- Xút và axít cho hệ CIP

- Phát thải CO2

- Thải lượng hữu cơ cao (do nấm men và việc vệ sinh thiết bị gây nên, nước thải có nồng độ chất hữu cơ, nitrat và phot pho cao)

- Phì dưỡng sông, hồ, biển và nguy cơ cho cư dân xung quanh

- Ảnh hưởng đến đa dạng sinh học

- Tiêu thụ nhiều năng lượng,

- Phát thải CO2, NOx và PAH (polyaromatic hydrocacbon)

- Nguy cơ rò rỉ dầu

- Nguy cơ rò rỉ và phát thải NH3

- Nguy cơ rò rỉ và phát thải CFC

- Ô nhiễm nước và đất

- Làm hại sức khoẻ con người

- CFC là chất phá huỷ tầng ozon

Trang 21

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NGÀNH BIA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP

XỬ LÝ

2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NGÀNH BIA

2.1.1 Đặc trưng của nước thải sản xuất bia

a Nguồn gốc nước thải sản xuất [4]

Bia chứa chủ yếu là nước (>90%), còn lại là cồn (3 – 6%), CO2 và các hóa chất hòa tan khác Vì vậy sản xuất bia là một trong những ngành công nghiệp đòi hỏi tiêu tốn rất nhiều nước do đó sẽ thải ra môi trường một lượng rất lớn nước thải Nước thải

của nhà máy bia thường gồm những loại sau:

- Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như không bị

ô nhiễm, có khả năng tuần hoàn sử dụng lại

- Nước thải từ bộ phận nấu-đường hóa, chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu, bể chứa, sàn nhà,…

- Nước thải từ hầm lên men là nước vệ sinh các thiết bị lên men, thùng chứa, đường ống, sàn nhà, xưởng,…

- Nước thải rửa chai và két chứa

- Nước rửa ngược hệ thống xử lý nước

- Nước vệ sinh của công nhân

b Thành phần và tính chất nước thải sản xuất [3], [4], [5]

Nước thải sản xuất của nhà máy bia chia thành 2 loại rõ rệt:

- Loại có tải lượng ô nhiễm rất cao tới tận hơn 10.000 mg/l COD bao gồm từ các khâu nấu, lọc bia và rửa thùng lên men, loại này gọi là dòng 1, cần phải được tiền xử lý để loại bớt cặn

- Loại nước thải ít tải trọng ô nhiễm hơn gọi là dòng 2 bao gồm nước ở khâu thanh trùng, rửa chai, rửa sàn, vệ sinh chỉ chưa khoảng 200 – 300 mg/l COD Cũng giống như các ngành chế biến thực phẩm khác nước thải từ quá trình sản xuất bia có thành phần, tính chất và nhiệt độ không ổn định, phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau:

- Nước rửa chai thì có pH cao

Trang 22

- Nước từ công đoạn rửa ở bộ phận nấu – đường hóa có chứa nhiều cặn, malt, tinh bột và các hợp chất hữu cơ nên có hàm lượng ô nhiễm hữu cơ cao Các chất hữu cơ thường ở dạng lơ lửng lẫn dạng hòa tan, chủ yếu gồm các thành phần: đường, bột hòa tan, ethanol, các axit béo dễ bay hơi nên dễ phân hủy sinh học

- Nước thải từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lượng clorit cao (tới 500 mg/l), cacbonat thấp

- Lượng chất rắn lơ lửng và lắng đọng cao

- Nước thải thường có màu xám đen

- Nước thải bia còn chứa lượng Nitơ, Phôtpho do men thải, các tác nhân trong quá trình làm sạch thất thoát, chất chiết từ malt và các nguyên liệu phụ

Nói chung nước thải trong các công đoạn sản xuất chứa nhiều các chất hữu cơ và

BOD5 cho 1 lít bia 6g

Các chất hữu cơ ở đây có nồng độ cao với các hợp chất hydrat cacbon, protein, axit hữu cơ cùng các chất tẩy rửa, nồng độ các chất rắn thô hoặc kết lắng thấp

Bảng 2.1 Đặc tính nước thải của một số nhà máy bia [4]

Trang 23

2.1.2 Một số so sánh với nước thải các ngành khác

Bảng 2.2 So sánh nước thải sản xuất bia với các ngành khác [4], [5]

Sản xuất bia

Nước thải chứa nhiều N, P, chất hữu cơ ở trạng thái hòa tan và lơ lửng, COD vào khoảng 1500mg/l, tỷ số BOD5/COD cao, thích hợp cho quá trình xử lý sinh học, nhiệt độ cao, pH dao động lớn

Dệt nhuộm

Độ màu, pH, chất rắn, BOD, COD cao; chứa nhiều ion kim loại nặng, hàm lượng chất hữu cơ cao, khó phân hủy, rất độc hại ngoài ra nhiệt

độ nước thải rất cao

Giết mổ Nước thải rất giàu chất hữu cơ, BOD5 tới 7000 mg/l và COD khoảng

9200 mg/l Nguồn N-amin cao nhưng phosphat lại thấp

Thuộc da

Nước thải thường có màu, hàm lượng tổng chất rắn, chất rắn lơ lửng, BOD, COD cao Ngoài ra nước thải còn chứa sulfua, crom và chất béo, tỷ lệ BOD/COD lớn nên có thể áp dụng biện pháp xử lý sinh học

Xi mạ Nước thải chứa hàm lượng cao các chất muối vô cơ và kim loại nặng,

nồng độ các chất hữu cơ, BOD, COD thấp

Thuốc trừ sâu

Nước thải sản xuất thuốc trừ sâu có hàm lượng COD khá cao, tỷ lệ BOD5/COD khoảng 0.3, không thích hợp cho quá trình xử lý sinh học Các chất hữu cơ trong nước thải sản xuất thuốc trừ sâu hầu hết là những chất khó phân hủy sinh học và độc đối với vi sinh

Chăn nuôi

heo

Nước thải chứa chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, N, P cao và chứa nhiều vi sinh gây bệnh

Trang 24

2.2 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH BIA 2.2.1 Phương pháp cơ học và thiết bị xử lý [4],[6]

Xử lý cơ học nhằm mục đích:

- Tách các chất không hòa tan, những vật chất lơ lửng có kích thước lớn (rác, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi) ra khỏi nước thải

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

- Điều hòa lưu lượng, nồng độ các chất ô nhiễm nước thải

- Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hóa lý và sinh học

a Song chắn rác

Song chắn rác (SCR) giữ lại các thành phần có kích thước lớn, tránh làm tắc máy bơm, đường ống hoặc kênh dẫn SCR gồm các thanh đan sắp xếp cạnh nhau ở trên mương dẫn nước Khoảng cách giữa các thanh đan gọi là khe hở SCR có thể phân thành các nhóm sau:

- Theo khe hở song chắn: loại thô (30-200 mm) và loại trung bình (5-25 mm)

- Theo đặc điểm cấu tạo: loại cố định và loại di động

- Theo phương pháp lấy rác khỏi song chắn: loại thủ công và cơ giới

SCR được làm bằng kim loại, đặt ở của vào kênh dẫn, nghiêng một góc 45 - 60o nếu làm sạch thù công hoặc nghiêng một góc 75 - 80o nếu làm sạch bằng máy Tiết diện song chắn có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp Vận tốc nước chảy qua song chắn giới hạn trong khoảng từ 0,8 - 1 m/s nhằm tránh lắng cát

Hình 2.1 Song chắn rác [9]

Trang 25

b Bể điều hòa

Do đặc tính của công nghệ ản xuất lưu lượng và nồng độ nước thải thường không đều theo các giờ trong ngày Sự dao động này có thể sẽ ảnh hưởng không tốt đến những công trình xử lý phía sau Để duy trì dòng thải và nồng độ vào công trình xử lý ổn định, khắc phục những những sự cố vận hành do sự dao động nồng

độ và nồng độ và nâng cao hiệu suất của các quá trình xử lý Thể tích bể phải tương đương 6h-12h lưu nước trong bể với lưu lượng xử lý trung bình

c Bể vớt dầu

Có nhiệm vụ loại bỏ các chất nổi như mỡ, dầu… Nhiều khi còn kết hợp với bể tuyển nổi Bể vớt dầu có cấu tạo giống bể lắng ngang đặt thêm hệ thống thu váng nổi

Hình 2.2 Bể lắng cát ngang [2]

e

f

Trang 26

c Bể lắng

Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải (bể lắng 1) hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ tạo bông hay quá trình xử lý sinh học (bể lắng 2) Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang và bể lắng đứng

Bể lắng ngang: Nước thải chuyển động theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,2 – 2,5 giờ Các bể lắng ngang được sử dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15.000 m3/ngày

Bể lắng đứng: Nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc 0,5–0,8 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động trong khoảng 1,5-2,5 h Hiệu suất của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10-20%

Hình 2.3 Bể lắng đứng [1]

d Bể lọc

Bể lọc có tác dụng tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách cho nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, công trình này sử dụng chủ yếu cho một số loại nước thải sinh hoạt

Trang 27

Hình 2.4 Bể lọc nhanh [1]

2.2.2 Phương pháp hóa lý, hóa học và thiết bị xử lý [4], [6], [5]

Là các phương pháp dùng các quá trình hóa lý để chuyển đổi các hợp chất hoặc các chất hòa tan trong nước thải thành các chất trơ về mặt hóa học hoặc thành các chất kết tủa để loại chúng ra khỏi nước thải phương pháp này sử dụng để xử lý sơ bộ trước khi

xử lý sinh học

a Trung hòa

Do trong nước thải có chưa axit hoặc bazơ, loại nước thải này có khả năng ăn

mòn vật liệu của các công trình xử lý, phá vỡ các quá trình sinh hoá trong các công

trình xử lý sinh học, do vậy cần phải thực hiện quá trình trung hòa đối với loại nước

thải nói trên Trung hoà bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung

dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hòa nước thải

b Phương pháp keo tụ, tạo bông

Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân

tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1-10 µm Các hạt này không

nổi và cũng không lắng, do đó tương đối khó tách loại Theo nguyên tắc các hạt có

khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt Lực này có thể dẫn đến

Trang 28

sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Sự

va chạm xảy ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn

Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt keo tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm họat hóa Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện Do

đó để phá tính bền của hạt keo cần trung hoà điện tích bề mặt của chúng, quá trình này gọi là quá trình keo tụ

Các hạt keo đã bị trung hoà điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này gọi là quá trình tạo bông

Tuy nhiên, khi xử lý, để giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông cặn người ta sử dụng một số hoá chất như: phèn nhôm, phèn sắt, polymer có tác dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn rồi lắng để loại bớt các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải

Việc lựa chọn chất tạo bông hay keo tụ phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nước thải cũng như của chất khuếch tán cần loại

c Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ dùng để loại hết các chất bẩn hòa tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học cùng các phương pháp khác không thể loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi, vị và màu rất khó chịu

Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm, một số chất tổng hợp khác và một số chất thải trong sản xuất như xỉ tro, xỉ mạ sắt… Trong số này than hoạt tính được dùng phổ biến nhất Các chất hữu cơ, kim loại nặng và các chất màu dễ bị than hấp phụ Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng của từng loại chất hấp phụ và hàm lượng chất bẩn có trong nước Phương pháp này có thể hấp phụ 58 - 95% các chất hữu cơ và màu Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ được là phenol, alkylbenzen, sunfonic axit, thuốc nhuộm và các hợp chất thơm

d Phương pháp oxy hóa – khử

Phương pháp này dùng để:

- Khử trùng nước

- Chuyển một nguyên tố hòa tan sang kết tủa hoặc một nguyên tố hòa tàn

Trang 29

sang thể khí

- Biến đổi một chất không phân hủy sinh học thành nhiều chất đơn giản hơn,

có khả năng đồng hóa bằng vi khuẩn

- Loại bỏ các kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, As,… và một số chất độc như cyanua

• Oxy hóa bằng clo

Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng Thường được sử dụng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol,xyanua ra khỏi nước thải

Khi clo tác dụng với nước thải xảy ra phản ứng:

Ozon (O3) là một tác nhân oxi hoá mạnh với thế oxi hoá là 2,07V, ozon có thể xảy

ra phản ứng oxi hoá với nhiều chất hữu cơ, các chất vô cơ trong nước, có thể làm sạch nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu mỏ, H2S, các hợp chất của asen, chất hoạt động

bề mặt, xyanua, thuốc nhuộm, hidrocacbon thơm, thuốc sát trùng

Ozon là khí dễ biến đổi ở áp suất và nhiệt độ thường và có thể sản xuất ngay tại nơi

sử dụng Ozon oxy hóa các chất hữu cơ theo các giai đoạn sau:

- Oxy hóa alcohol thành aldehyde và sau đó thành axit hữu cơ

- Thay nguyên tử oxy vào vòng liên kết của hợp chất cacbon

- Bẽ gãy các liên kết kép của hợp chất cacbon

Là phương pháp xử lý nước thải có tác động mạnh mẽ đến các chất khoáng và chất hữu cơ, oxy hóa bằng ozon cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng nước Sau quá trình ozon hóa số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt hơn 99% ngoài ra ozon còn oxy hóa các hợp chất nito và photpho

• Oxy hóa bằng phương pháp fenton

Phản ứng của gốc hydroxyl :Gốc hydroxyl là chất oxy hóa mạnh, chỉ sau Fluorine Nguyên tắc phản ứng Fenton để xử lý ô nhiễm nước thải mà theo đó hyđro peroxyt phản ứng với sắt (II) sunfat sẽ tạo ra gốc tự do hyđroxyl có khả năng phá hủy các chất

Trang 30

hữu cơ Trong một số trường hợp nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, một số chất hữu cơ

sẽ chuyển hóa thành CO2 và nước Hiện nay các quy định bảo vệ môi trường càng trở nên khắt khe hơn vì vậy phương pháp Fenton lại càng được chú trọng

Dùng cho phản ứng Fenton cần có xúc tác và chất oxy hóa Chất xúc tác có thể là muối sắt hai hoặc sắt ba còn chất oxy hóa là hyđro peroxit Phản ứng tạo ra gốc tự do hyđroxyl diễn ra như sau:

Fe2+ + H2O2 => Fe3+ + OH- + OH

Fe3+ + H2O2 => Fe2+ + H+ + HOO

2H2O2 => H2O + OH + HOO

e Phương pháp tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, khả năng lắng kém Trong một số trường hợp, quá trình này còn được dùng để tách các chất hoà tan như các chất hoạt động bề mặt Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất

lơ lửng, làm đặc bùn sinh học Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên bề mặt Tuỳ theo phương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổi được thực hiện theo các phương thức sau:

- Tuyển nổi bằng khí phân tán: Trong trường hợp này, thổi trực tiếp khí nén vào bể tuyển nổi để tạo thành bọt khí có kích thước từ 0,1- 1 mm Gây xáo trỗn hỗn hợp khí – nước chứa cặn Cặn tiếp xúc với bọt khí, dính kết và nổi lên bề mặt

- Tuyển nổi chân không: Trong trường hợp này, bão hoà không khí ở áp suất khí quyển, sau đó thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không Hệ thống này ít được sử dụng trong thực tế vì khó vận hành và chi phí cao

- Tuyển nổi bằng khí hoà tan: Sục khí vào nước ở áp suất cao (2 - 4 atm), sau

đó giảm áp suất giải phóng khí Không khí thoát ra sẽ tạo thành bọt khí có kích thước 20 - 100 mm

f Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion được dùng làm sạch nước nói chung trong đó có nước thải, loại ra khỏi nước các ion kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Hg, Pb, Cd, Mn… Cũng

Trang 31

như các hợp chất có chứa asen, phosphor, xyanua và cả chất phóng xạ Phương pháp này được dùng phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca2+ và Mg2+ ra khỏi nước cứng Trao đổi ion là quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Trao đổi ion cũng là một quá trình hấp thụ trong đó các ion có trong dung dịch thay thế những ion của chất trao đổi không hoà tan gọi là trao đổi ion

Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp Các chất thường được sử dụng như: zeolit, đất sét, nhôm silic, silicagen, pecmutit, các chất điện li cao phân tử, các loại nhựa tổng hợp (polyme không tan)

Trong quá trình xử lý nước thải, công đoạn khử trùng thường được đặt ở cuối quá trình Đối với nước thải ngành bia, sau khi qua các phương pháp xử lý cơ học, hóa học, hóa lý và sinh học thì hàm lượng các vi sinh vật gây bệnh đã giảm đáng kể nhưng

để đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đổ vào nguồn hoặc tái sử dụng thì cần phải qua bước khử trùng cuối cùng

2.2.3 Phương pháp sinh học và thiết bị xử lý [4], [5], [6]

Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như: H2S, sulfide, ammonia, dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển

Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân thành 2 loại:

a Phương pháp hiếu khí

Là phương pháp xử lý các nhóm vi sinh vật hiếu khí hoạt động trong điều kiện được cung cấp ôxi liên tục để oxi hóa các chất hữu cơ và một số chất khoáng có trong nước thải Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu:

Trang 32

- Cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái

- Giai đoạn 1: Oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải đáp ứng nhu cầu năng lượng tế bào:

- Giai đoạn 2 (quá trình đồng hoá): tổng hợp và xây dựng tế bào

- Giai đoạn 3 (quá trình dị hoá): hô hấp nội bào

Khi không đủ cơ chất, quá trình chuyển hoá các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng

sự tự oxi hoá chất liệu tế bào

❖ Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng [3], [4],

[5], [19]

Bùn hoạt tính – bùn vi sinh là những quần thể sinh vật, vi sinh vật bao gồm: vi khuẩn, nấm, Protozoa, tích trùng và các loại động vật không xương, động vật bậc cao khác (giun, dòi, bọ) Bùn có dạng bóng, màu nâu xám

Nguồn dinh dưỡng cho những vi sinh vật, sinh vật là những chất bẩn hữu cơ So với ở sông, hồ tự nhiên, thì quần thể trong bể bùn hoạt tính không đa dạng bằng; cụ thể là: hoàn toàn không có tảo, giun, bọ và các loại hạ đẳng thì nghèo hơn Riêng về quần thể vi sinh vật thì bùn hoạt tính rất đa dạng

Vi khuẩn là những nhóm vi sinh vật quan trọng nhất trong việc phân hủy các hợp chất hữu cơ và là thành phần cấu tạo chủ yếu của bùn hoạt tính Bản chất của hợp chất hữu cơ trong nước thải sẽ xác định loại vi khuẩn nào là chủ đạo: Nước thải chứa protein sẽ kích thích các loài Alcaligenes, Flavobacterrium và Bacillus phát triển Trong khi đó, nếu nước thải chứa hydrat cacbon hoặc cacbua hydro thì kích thích Pseudomonas

Quá trình vi sinh vật lơ lửng (bùn hoạt tính) được sử dụng rộng rãi cho xử lý sinh học nước thải sinh hoạt, ngàng công nghiệp ô nhiễm chất hữu cơ cao như thực phẩm,

Trang 33

bia, thuộc da, thủy sản , bao gồm các công trình như bể Aerotank, mương oxy hoá, bể

phản ứng hiếu khí dạng mẻ (SBR)…

• Bể Aerotank

Bể Aerotank là công trình làm bằng bê tông cốt thép với mặt bằng thường là hình chữ nhật Hỗn hợp bùn và nước thải cho chảy qua suốt chiều dài bể Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxi hóa và khoáng hóa các chất hữu

cơ có trong nước thải

Để đảm bảo bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và đảm bảo lượng oxi dùng trong quá trình sinh hóa các chất hữu cơ thì luôn đảm bảo việc cung cấp khí oxi Lượng bùn tuần hoàn và không khí cần cung cấp phụ thuộc vào độ ẩm và mức độ yêu cầu

xử lý nước thải

Nước thải với bùn hoạt tính sau khi qua bể cho qua bể lắng II Ở đây bùn lắng một phần được đưa trở lại bể Aerotank, phần bùn dư đưa về bể nén bùn Tải trọng thích hợp vào khoảng 0,3–0,6 kgBOD5/m3.ngày với hàm lượng MLSS khoảng từ 1.500 – 3.000 mg/l, thời gian lưu nước từ 3 - 8 giờ, tỷ số F/M = 0,2 - 0,6; thời gian lưu bùn từ 5 - 15 ngày

Hệ thống bể bùn hoạt tính gồm các loại: bể bùn hoạt tính truyền thống, bể bùn hoạt tính tiếp xúc-ổn định, bể bùn hoạt tính thông khí kéo dài, bể bùn hoạt tính thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh, bể bùn hoạt tính chọn lọc [5]

Ưu điểm:

- Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90% ;

- Loại bỏ được Nitơ trong nước thải;

- Vận hành đơn giản, an toàn;

- Thích hợp với nhiều loại nước thải;

- Thuận lợi khi nâng cấp công suất đến 20% mà không phải gia tăng thể tích

bể

Nhược điểm:

- Thể tích công trình lớn và chiếm nhiều mặt bằng hơn;

- Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn hơn;

- Chi phí vận hành đặc biệt chi phí cho năng lượng sục khí tương đối cao, không có khả năng thu hồi năng lượng;

Trang 34

- Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ

• Bể SBR (Sequencing batch reactor)

Bể SBR là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính lơ lửng theo kiểu làm đầy

và xả cặn, hoạt động theo chu kỳ gián đoạn (do quá trình làm thoáng và lắng trong được thực hiện trong cùng 1 bể) Các bước xử lý trong chu kỳ hoạt động của hệ thống như sau: 1- làm đầy, 2- sục khí (khử BOD), 3- lắng trong, 4- xả cặn dư và xả nước ra, 5- nghỉ Tiếp tục thực hiện xử lý theo chu kỳ mẻ nước thải khác. [5]

Ưu điểm:

- Cấu tạo đơn giản,

- Hiệu quả xử lý cao,

- Khử được các chất dinh dưỡng nitơ, dễ vận hành

- Sự dao động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý

Nhược điểm

- Công suất xử lý nước thải nhỏ

- Để bể hoạt động có hiệu quả người vận hành phải có trình độ và theo dõi thường xuyên các bước xử lý nước thải

Hình 2.5 Các giai đoạn hoạt động của bể SBR [5]

• Mương oxy hóa

Là dạng cải tiến của bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh, làm thoáng kéo dài với

Trang 35

bùn hoạt tính lơ lửng chuyển động tuần hoàn trong mương Có dạng hình chữ nhật hoặc hình chữ nhật kết hợp với hình tròn

Chiều sâu mương phụ thuộc vào công suất bơm của thiết bị làm thoáng để đảm bảo trộn đều bọt khí và tạo vận tốc tuần hoàn chảy trong mương v > 0,25 - 0,3 m/s; H= 1 - 4m Chiều rộng trung bình 2 - 6m; thời gian lưu nước từ 8 - 16 giờ, thời gian lưu bùn từ 10 - 30 ngày [4]

Ưu điểm:

- Hiệu quả xử lý BOD, nito, photpho cao;

- Quản lí vận hành đơn giản;

- Ít bị ảnh hưởng lớn bởi sự dao động lớn về chất lượng và lưu lượng

Nhược điểm:

- Đòi hỏi diện tích xây dựng lớn;

- Thời gian lưu nước dài;

- Lượng oxy cung cấp cho mương lớn

Hình 2.6 Mương oxy hóa [5]

❖ Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám [5], [6]

• Bể lọc sinh học

Bể lọc sinh học được bố trí đệm và cơ cấu phân phối nước cũng như không khí Trong thiết bị lọc sinh học, nước thải được lọc qua lớp vật liệu bao phủ bởi màng vi sinh vật Các vi khuẩn trong màng sinh học thường có hoạt tính cao hơn vi khuẩn trong bùn hoạt tính Màng sinh học hiếu khí là một hệ vi sinh vật tuỳ tiện Ở ngoài cùng của màng là lớp vi khuẩn hiếu khí, lớp sâu bên trong màng là các vi khuẩn kỵ khí

Trang 36

khử S và nitrat Phần cuối cùng của màng là các động vật nguyên sinh và một số sinh vật khác Vi sinh trong màng sinh học sẽ oxi hóa các chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng Như vậy, chất hữu cơ được tách ra khỏi nước, còn khối lượng của màng sinh học tăng lên Màng vi sinh chết được cuốn trôi theo nước và đưa ra khỏi thiết bị lọc sinh học

Ưu điểm:

- Khởi động nhanh : 2 tuần

- Khả năng loại bỏ những cơ chất phân huỷ chậm

- Khả năng chịu biến động về nhiệt độ và tải lượng ô nhiễm

- Sự đa dạng về thiết bị xử lí

- Hiệu quả cao đối với nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp

Nhược điểm

- Không có khả năng điều khiển sinh khối

- Tốc độ làm sạch bị hạn chế bởi quá trình khuếch tán: vật liệu làm giá thể phải

có diện tích bề mặt riêng lớn Thêm vào đó vận tốc nước chảy trên bề mặt màng phải đủ lớn

Hình 2.7 Bể lọc sinh học nhỏ giọt [5]

• Đĩa quay sinh học RBC (Roltating Biological Contactor)

Trang 37

RBC gồm hàng loạt đĩa tròn, phẳng làm bằng polystyren (PS) hoặc polyvinylclorua (PVC) lắp trên một trục bằng thép có đường kính tới 3,5m Các đĩa được đặt ngập một phần trong nước thải (40%) và quay từ từ với tốc độ 1 – 3 vòng/phút Trong quá trình vận hành, các vi sinh vật sẽ sinh trưởng gắn kết trên bề mặt đĩa và hình thành lớp màng mỏng nhầy trên bề mặt ướt của đĩa (1 – 4mm) Khi đĩa quay, lần lượt làm cho lớp màng vi sinh vật tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải

và với không khí để hấp thụ oxy Đĩa quay cũng là cơ chế để tách các chất rắn thừa ra khỏi bề mặt các đĩa nhờ lực ly tâm

Hình 2.8 Đĩa quay sinh học [5]

• Bể MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)

Trong bể hiếu khí dính bám MBBR, hệ thống cấp khí được cung cấp để tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng và phát triển Đồng thời quá trình cấp khí phải đảm bảo được các vật liệu luôn ở trạng thái lơ lửng và chuyển động xáo trộn liên tục trong suốt quá trình phản ứng

Ngoài nhiệm vụ xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước thải, thì trong bể sinh học hiếu khí dính bám lơ lửng còn xảy ra quá trình Nitritrat hóa và Denitrate, giúp loại bỏ các hợp chất nito, photpho trong nước thải, do đó không cần sử dụng bể Anoxic

Ngoài ra, để tăng cường khả năng xử lý nito của bể sinh học thiếu khí người ta thêm vào bể giá thể MBBR Thể tích của vật liệu MBBR so với thể tích bể được điều chỉnh theo tỷ lệ phù hợp, thường là <50% thể tích bể

Bể sinh học kết hợp giá thể lơ lửng MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể thiếu khí Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể được tạo thành do sự khuyếch tán

Trang 38

của những bọt khí có kích thước trung bình từ máy thổi khí Trong khi đó ở bể thiếu khí thì quá trình này được tạo ra bởi sự xáo trộn của các giá thể trong bể bằng cánh khuấy

Chất hữu cơ  CO2 + H2O + CH4 + H2 + NH4 + H2S + Tế bào mới

Tổng quát cơ chế chuyển hóa yếm khí có thể giải thích theo 4 giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: Thủy phân

Dưới tác động của Enzym hyđrolaza do vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ có phân

tử lượng lớn như protein, gluxit, lipit, hyđrocacbon.v.v sẽ bị phân hủy thành các chất hữu cơ có phân tư lượng nhỏ hơn và phần lớn là đều dễ tan trong nước như đường, axit amin, axit hữu cơ.v.v

- Giai đoạn 2: Axit hóa

Các sản phẩm của quá trình thủy phân sẽ được vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa thành các axit hữu cơ phân tử lượng nhỏ, các rượu và các chất trung tính khác do quá trình lên men đường, phân giải axit và khử amin Ngoài ra, một số khí cũng được tạo thành như CO2, H2S, H2, NH3 và một lượng nhỏ CH4 Nếu trong nước thải giàu protein

Trang 39

thì còn sinh ra các khí độc như mercaptan, scatol, indol Trong quá trình lên men các axit hữu cơ, các axit amin sẽ được khử amin bằng khử hoặc bằng thủy phân để tạo

NH3 và NH4+, một phần sẽ được vi sinh vật sử dụng để tạo sinh khối, phần còn lại thường tồn tại dưới dạng NH4+

- Giai đoạn 3: Acetate hóa

Vi khuẩn Acetic chuyển hoá các sản phẩm của giai đoạn acid hoá thành acetate,

H2, CO2 và sinh khối mới

- Giai đoạn 4: Methane hóa

Đây là giai đoạn quan trọng nhất của toàn bộ quá trình xử lý yếm khí đặc biệt là trong điều kiện xử lý có thu biogas Acid acetic, H2, CO2, acid formic và methanol chuyển hoá thành metan, CO2 và sinh khối mới

Trong ba giai đoạn đầu, COD trong dung dịch hầu như không giảm, COD chỉ giảm trong giai đoạn metan hoá

❖ Quá trình xử lý với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng.[4], [7]

• Bể UASB

Bể sinh học kị khí UASB là bể kỵ khí lớp bùn chảy ngược dòng Nước thải sau khi điều chỉnh pH theo ống dẫn nước thải vào hệ thống phân phối đảm bảo phân phối đều nước trên diện tích đáy bể Nước thải đi từ dứới lên với vận tốc v=0,6-0,9 m/s, hỗn hơp bùn yếm khí hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành khí (khoảng 70-80% là mêtan và 20-30% là cacbonic) Bọt khí sinh ra bám chặt vào hạt bùn cặn nổi lên làm xáo trộn và va phải tấm chắn hạt cặn bị vỡ, khí thoát lên trên, cặn rơi xuống dưới Hỗn hợp bùn nước đã tách hết khí qua cửa vào ngăn lắng Nước thải trong ngăn lắng tách bùn lắng xuống dưới đáy qua cửa tuần hoàn lại sang vùng phản ứng yếm khí Nước trong dâng lên

và được thu vào máng theo ống dẫn sang bể làm sạch yếm khí Khí biogas được dàn ống thu về bình chứa rồi theo ống dẫn khí đốt ra ngoài

Trang 40

Hình 2.10 Cấu tạo bể sinh học kỵ khí UASB [5]

• Bể phản ứng tiếp xúc kị khí

Đối với nước thải BOD cao, xử lý bằng phương pháp kị khí tiếp xúc rất hiệu quả Công trình gồm một bể phản ứng và một bể lắng riêng biệt với một thiết bị điều chỉnh bùn tuần hoàn

Hình 2.11 Tiếp xúc kị khí

Cơ chế hoạt động: Nước thải chưa xử lý được khuấy trộn với vòng tuần hoàn và sau đó được phân hủy trong bể phản ứng kín không cho không khí vào Sau khi phân hủy, hỗn hợp bùn nước đi vào bể lắng, nước trong đi ra và bùn được lắng xuống đáy

❖ Quá trình xử lý kị khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám

Định dạng
Số trang	128
Dung lượng	2,96 MB