Nghiên cứu mô hình công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia

Nghiên cứu mô hình công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia Trình bày đánh giá hiện trạng sản xuất bia ở Việt Nam và trên thế giới; tìm hiểu công nghệ sản xuất bia để xác định các dòng thải và tác động của chúng tới môi trường và khảo sát một số yếu tố công nghệ có ảnh hưởng tới quá trình xử lý nước thải bia bằng phương pháp sinh học bùn hoạt tính hiếu khí với bể aeroten quy mô phòng thí nghiệm; sử dụng quy hoạch trực giao hai mức hỗn.

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hµ néi - Luận văn thạc sĩ khoa học NGHIÊN CứU MÔ HìNH CÔNG NGHệ Xử Lý NƯớC THảI NHà MáY BIA Ngành: công nghệ hoá học Nguyễn thị hiền Người hướng dẫn khoa học: ts Lê ngọc thuỵ Hà Nội 2007 MỞ ĐẦU Bia loại sản phẩm lên men cổ truyền mang hương vị đặc trưng đồng thời loại nước uống mát, bổ, có bọt mịn, xốp, độ cồn thấp với hương vị dễ chịu Là loại nước giải khát sản xuất từ lâu giới nhiều người ưa thích Những năm gần đây, với tốc độ phát triển kinh tế nhanh, chất lượng sống người dân ngày nâng cao, nhu cầu tiêu dùng gia tăng làm cho nhu cầu tiêu thụ bia giới Việt Nam tăng Mức tiêu thụ bia bình qn tính theo đầu người Cộng hồ Séc CHLB Đức 160 lít/người/năm, Slovakia 86 lít/người/năm[13] Cịn Việt Nam nhu cầu bia thị trường thực bùng nổ khoảng chục năm trở lại Hiện mức tiêu thụ bia bình quân đầu người Việt Nam đạt khoảng 18 lít/người/năm Theo dự báo đến 2010, mức đạt 28 lít/người/năm Sự phát triển ngành công nghiệp sản xuất bia gắn liền với phát triển kinh tế, xã hội nét văn hoá, truyền thống dân tộc Sự tăng trưởng ngành bia góp phần tăng sản phẩm cho xã hội, phục vụ đời sống người, mặt khác kéo theo vấn đề chất thải sản xuất, nước thải có độ ô nhiễm cao đe dọa nghiêm trọng tới môi trường Nước thải sản xuất bia gây thường có đặc tính chung nhiễm hữu cao (COD = 1.200 – 4.700 mg/l); nitơ, phốtpho, chất rắn lơ lửng (SS) cao Nước thải thường có màu xám đen thải vào thuỷ vực đón nhận gây ô nhiễm nghiêm trọng phân huỷ chất hữu diễn nhanh Để đảm bảo điều kiện vệ sinh môi trường cho đô thị khu công nghiệp, cần thiết phải đưa biện pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu nguồn ô nhiễm môi trường sản xuất bia gây Tuy nhiên, có sở NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ sản xuất bia có hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh Hiện trạng có nhiều nguyên nhân, có nguyên nhân thiết kế khơng quy trình cơng nghệ, vận hành hệ thống không hợp lý…mà hiệu suất xử lý hệ thống thấp, hệ thống không hoạt động Hoặc sở có trình độ công nghệ thấp, thiết bị lạc hậu, chắp vá, nên lượng nước thải đơn vị sản phẩm lớn Như vậy, nước thải sở sản xuất bia thải trực tiếp vào hệ thống thoát nước công cộng không qua xử lý xử lý chưa đạt tiêu chuẩn thải làm cho nguồn nước ô nhiễm tạo ổ dịch bệnh, ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ cộng đồng Chính việc “Nghiên cứu mơ hình cơng nghệ xử lý nước thải nhà máy bia” để bảo vệ môi trường, phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam vấn đề thiết thực cấp bách hiệu nội dung đề tài NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Hiện trạng sản xuất bia giới Việt Nam 1.1.1 Tình hình sản xuất bia tiêu thụ bia giới Trên giới bia sản xuất từ thời cổ đại, người ta biết lên men nước chiết từ hạt đại mạch đến kỷ 19 vùng coi quê hương hoa houblon Xibiri, đông nam nước Nga…người ta sản xuất loại nước uống giống bia ngày nay: bia từ malt đại mạch, hoa houblon nước Sự phát triển ngành bia giới bảng 1.1 Bảng 1.1: Sự phát triển ngành bia giới[1] TT Năm Sản lượng toàn giới (triệu lít) 1910 10.000 1950 21.000 210,0 1970 50.000 238,0 1985 100.000 142,9 1995 119.000 102,6 2000 134.00 112,6 2005 153.000 103,4 Tăng trưởng(%) Hiện giới có khoảng 30 nước có sản lượng bia khoảng tỷ lít/năm Trong nước Bỉ, Mỹ, CHLB Đức…là nước có sản lượng bia cao (trên 10 tỷ lít/năm) Các nước khu vực Đông Nam Á sản lượng bia tăng nhanh, trở thành khu vực lớn thứ ba sản xuất bia giới Sản lượng bia năm 1984 10511,1 triệu lít năm 1993 26342,6 triệu lít Trong vịng năm sản lượng bia nước khu vực tăng 2,5 lần[18] Sản lượng bia sản xuất giới tăng trưởng nhanh sản xuất bia tập trung vùng có sẵn nguyên liệu có truyền thống sản xuất bia khu vực Bắc Mỹ Châu Âu NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ 1.1.2 Tình hình sản xuất bia tiêu thụ bia Việt Nam Sự hình thành phát triển ngành bia Việt Nam Năm 1890, thời Pháp thuộc, người Pháp xây dựng nhà máy bia Hà Nội để phục vụ họ công chức Việt Nam số thành phố lớn miền Bắc Ban đầu nhà máy bia mang tên người Pháp Hommel, ngày sản xuất chừng 150 lít với 30 người thợ bia đất Việt người Pháp truyền dạy Đến năm 1954, miền Bắc giải phóng, Nhà nước quản lý nhà máy bia Pháp đổi tên lại thành nhà máy bia Hà Nội tiếp tục sản xuất bia chai Có thể nói miền Bắc năm 1975 có nhà máy bia chi phối thị trường bia Việt Nam nhà máy bia Hà Nội Sản lượng giai đoạn 1958 – 1960 triệu lít/năm, từ sau năm 1975 20 triệu lít/năm Sau năm 1975 ngành bia mở rộng quy mơ tồn quốc với việc tăng thêm nhà máy bia Sài Gịn có sản lượng 50 triệu lít/năm Sau đó, loạt nhà máy sản xuất bia khác hình thành nước ta như: nhà máy bia Đà Nẵng, nhà máy bia Huda - Huế, nhà máy bia Vinh, nhà máy bia Đông Nam Á…góp phần nâng cao sản lượng bia tồn quốc Nhưng thời kỳ bao cấp, sản xuất bia hiệu mức tiêu thụ Từ chỗ có hai nhà máy bia Hà Nội Sài Gịn đến năm 1998 nước có 469 sở sản xuất bia nhiều nhà máy trình độ cơng nghệ lạc hậu, khơng đáp ứng yêu cầu ngày cao chất lượng sản phẩm, vệ sinh an toàn thực phẩm nên phải sáp nhập hay giải thể, đến lại khoảng 329 sở với đủ thành phần kinh tế tham gia, bao gồm cơng ty quốc doanh Trung ưong, cơng ty liên doanh với nước ngồi lại sở sản xuất bia địa phương, tư nhân, cổ phần…[13] NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ Tình hình sản xuất tiêu thụ bia Việt Nam Hầu hết tỉnh thành phố có sở sản xuất bia nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ địa phương Các nhà máy bia phân bổ 49 tỉnh thành 64 tỉnh thành nước tập trung chủ yếu khu vực Đông Nam bộ, Đồng sông Hồng, Trung Nam Trung Các khu vực Tây Nguyên, Đồng sông Cửu Long, trung du miền núi phía Bắc, lực sản xuất bia mức thấp Trong số nhà máy bia hoạt động có 19 nhà máy đạt sản lượng sản xuất thực tế 20 triệu lít/năm, 15 nhà máy bia có cơng suất lớn 15 triệu lít/năm có tới 295 sở có lực sản xuất triệu lít/năm Sự tăng trưởng quy mô thị trường khái quát qua bảng 1.2 Bảng1.2: Tình hình sản xuất tiêu thụ bia Việt Nam (1975 – 2005)[13] Năm 1975 1985 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 2005 Sản lượng (triệu lít) 20 86,6 100 131 169 230 290 350 600 1500 Mức tăng trưởng (%) 433 115 131 129 136,09 126,08 120,68 120 109,5 Tiêu dùng bình qn (lít/người/năm) 0,41 1,35 1,5 1,94 2,44 3,24 4,00 4,72 5,33 - Qua bảng ta thấy, quy mô thị trường tăng cao Năm 1990 sản lượng tăng lần so với năm 1975 Năm 1991 đánh dấu đời nhiều nhà máy bia làm tăng quy mô thị trường 31% so với năm 1990 NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ Mức bình quân đầu người tăng từ 0,41 lít/người năm 1975 lên 5,33 lít/người năm 1996 Dự báo mức có khả tăng lên đến 28 lít/người năm 2010 Đặc điểm cơng nghệ thiết bị Những nhà máy bia có cơng suất 100 triệu lít Việt Nam có thiết bị đại, tiên tiến, nhập từ nước có cơng nghiệp phát triển mạnh Đức, Mỹ, Ý Các nhà máy bia có cơng suất 20 triệu lít đầu tư chiều sâu, đổi thiết bị, tiếp thu trình độ cơng nghệ tiên tiến vào sản xuất Các sở sản xuất triệu lít/năm nhà máy bia Halida, công ty bia Đông Nam Á, nhà máy bia Đà Nẵng…đa số xây dựng nâng cấp với công nghệ đại mức độ tự động hoá cao Sản phẩm gồm ba loại bia: bia hơi, bia chai bia lon với chất lượng tốt, đáp ứng nhu cầu nước xuất Lượng nước thải sở sản xuất bia trung bình từ 300 – 400 m3/ngày đêm Các sở sản xuất có quy mơ từ – triệu lít/năm, sản phẩm chủ yếu bia bia chai, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ địa phương Các trang thiết bị bán tự động sử dụng nhiều lao động thủ công để làm số công việc rửa chai, rửa thiết bị, rửa sàn nhà, chiết bom làm tiêu hao, rơi vãi lượng nước lớn Đây ngun nhân làm cho dịng thải có hàm lượng chất hữu cao Lượng nước thải sở sản xuất trung bình từ 30 - 300m3/ngày đêm Đối với sở sản xuất quy mơ nhỏ triệu lít/năm tình trạng thiết bị, cơng nghệ lạc hậu, yếu kém, khơng đạt u cầu vệ sinh an tồn thực phẩm Các sở sản xuất chủ yếu sở tư nhân với sản phẩm bia chất lượng không ổn định Hiện sở sản NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ xuất chưa áp dụng biện pháp để giảm thiểu tác động tiêu cực tới môi trường Lượng nước thải sở sản xuất trung bình từ 10 – 14m3/ngày đêm xả trực tiếp vào cống nước công cộng địa phương[4] Định hướng phát triển ngành sản xuất bia Việt Nam Ở Việt Nam, năm qua, ngành sản xuất bia phát triển mạnh có đóng góp lớn cho ngân sách nhà nước, góp phần tạo công ăn việc làm cho người lao động Theo định Thủ tướng Chính phủ số 28/2002/QĐ-TTG ngày 06 tháng 02 năm 2002 việc phê duyệt quy hoạch tổng thể phát triển ngành Rượu - Bia - Nước giải khát Việt Nam đến năm 2010, tiêu bia cụ thể sau: Bảng 1.3: Chỉ tiêu sản lượng sản xuất ngành bia Việt Nam đến năm 2010[2] Chỉ tiêu Năm 2005 Sản lượng Vốn đầu tư (triệu lít) (tỷ đồng) Tổng 1.200 2.870 1.Tổng cơng ty Rượu 550 2.730 Bia Nước giải khát Việt Nam - Cơng ty Bia Sài Gịn 350 1.680 - Cơng ty bia Hà Nội 100 700 - Các nhà máy khác 100 350 Liên doanh 350 100% vốn nước Địa phương 300 140 thành phần kinh tế - Địa phương 200 - Các thành phần kinh 100 tế khác NGUYỄN THỊ HIỀN Năm 2010 Sản lượng Vốn đầu tư (triệu lít) (tỷ đồng) 1.500 4.060 780 3.780 430 200 150 400 2.100 1.400 280 320 280 270 50 LUẬN VĂN THẠC SỸ Theo quy hoạch điều chỉnh, Bộ công nghiệp vừa ban hành Quyết định 18/2007/QĐ-BCN ngày tháng năm 2007 việc xây dựng ngành Bia-Rượu-Nước giải khát thành ngành kinh tế mạnh, phấn đấu hạ giá thành, nâng cao khả cạnh tranh, đáp ứng nhu cầu nước đẩy mạnh xuất tăng nguồn thu ngân sách Bảng 1.4: Dự kiến sản lượng sản xuất ngành bia Việt Nam đến năm 2010[3] Vùng Năm 2005 (triệu lít) Năm 2010 (triệu lít) 58 100 711 1.400 221 400 0,6 50 453 1.150 87 400 Tổng 1.530 3.500 Mục tiêu đến năm 2010 ngành sản xuất 3,5 tỷ lít bia, tăng tỷ lít so với quy hoạch cũ năm 2002 Quy hoạch phát triển sản phẩm tập trung đầu tư nhà máy có cơng suất lớn, thiết bị, cơng nghệ đại, sản xuất kinh doanh có hiệu quả, đáp ứng yêu cầu môi trường, điều kiện vệ sinh an toàn thực phẩm, đảm bảo chất lượng giá thành người tiêu dùng chấp nhận 1.2 Công nghệ sản xuất bia 1.2.1 Nguyên liệu cho sản xuất bia Nguyên liệu Bia sản xuất từ nguyên liệu gồm: Malt đại mạch, nguyên liệu thay gạo tẻ, lúa mì, ngơ…; nước; hoa houblon nấm men Hiện nay, nguyên liệu để sản xuất bia malt đại mạch hoa houblon phải nhập ngoại NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ - Mat đại mạch Malt đại mạch hạt đại mạch nảy mầm điều kiện nhân tạo sấy đến độ ẩm thích hợp Trong q trình nảy mầm, lượng lớn enzim hình thành tích tụ hạt đại mạch, chủ yếu nhóm enzim amylaza, ngồi cịn có enzim proteaza enzim khác Các enzim malt đại mạch tác nhân phân giải hợp chất gluxit, protein malt đại mạch thành nguyên liệu mà nấm men sử dụng để lên men Thành phần hoá học malt đại mạch cho bảng 1.5 Bảng 1.5: Thành phần hố học malt tính theo phần trăm chất khô[7] Thành phần Tỷ lệ phần trăm malt (%) Độ ẩm 4-5 Tinh bột 58 Đường khử Saccaroza Chất béo 2,5 Protein 10 Khoáng 2,5 Chất xơ Hexoza pentoza khơng hịa tan Ngồi đại mạch, công nghiệp sản xuất bia, để giảm giá thành sản phẩm để tận dụng lượng enzim amylaza có malt, người ta đưa số loại nguyên liệu khác ngũ cốc để thay gạo tẻ, lúa mì, ngơ, đậu tương phổ biến gạo tẻ lượng dùng xấp xỉ 30% Thành phần hoá học gạo tẻ cho bảng 1.6 NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ 67 Kết hình 3.3 cho thấy, hiệu suất xử lý phụ thuộc vào COD đầu vào Khi COD đầu vào tăng hiệu suất xử lý tăng đạt giá trị cao khoảng 859 ÷ 1.100 mg/l COD đầu vào tăng cao 1.100 mg/l hiệu suất xử lý giảm dần lượng chất hữu lớn vi khuẩn dạng sợi phát triển mạnh làm cho bùn khó lắng Vậy COD đầu vào thích hợp để tiến hành xử lý nước thải bể aeroten phải lân cận khoảng 859 ÷ 1.100 mg/l 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu nước thải tới hiệu suất trình xử lý Thời gian lưu nước thải yếu tố quan trọng định tới hiệu suất xử lý hệ thống Nếu thời gian lưu nước thải ngắn, hiệu suất xử lý thấp ngược lại Tuy nhiên, kéo dài q thời gian xử lý chi phí đầu tư ban đầu hệ thống lớn Tiến hành thực nghiệm với thời gian lưu nước thải khác để khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu tới trình xử lý nước thải nhà máy bia bể aeroten điều kiện phịng thí nghiệm Sự biến đổi thông số COD theo thời gian trình bày bảng 3.4 Bảng 3.4: Ảnh hưởng thời gian lưu nước thải tới hiệu suất trình xử lý Các thông số Thời gian lưu θ (giờ) COD vào (mg/l) 1.000 1.000 10 12 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 COD (mg/l) 900 735 250 100 98 96 95 Hiệu suất (%) 26,5 75 90 90,2 90,4 90,5 Kết bảng 3.4 biển diễn hình 3.4 NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ 68 100 80 60 40 Hi ệ 20 0 10 12 Thời gian lưu (giờ) Hình 3.4: Ảnh hưởng thời gian lưu nước thải tới hiệu suất trình xử lý Kết nghiên cứu cho thấy, thời gian lưu nước thải thấp hiệu suất xử lý thấp, khoảng thời gian ÷ 10 hiệu suất xử lý đạt cao Vì vậy, thời gian lưu nước thải lân cận khoảng ÷ 10 Qua khảo sát độc lập ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến hiệu suất trình xử lý nước thải nhà máy bia phương pháp sinh học bùn hoạt tính, ta thấy có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trình xử lý nước thải bia phương pháp sinh học bùn hoạt tính hiếu khí, thời gian hạn chế nên đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời hai yếu tố cơng nghệ chính: Thời gian lưu nước thải nồng độ COD đầu vào Để hiệu suất trình xử lý đạt hiệu tốt, giới hạn hai yếu tố cơng nghệ sau: - Nồng độ COD đầu vào khoảng: 859 ÷ 1.100 mg/l - Thời gian lưu nước thải khoảng: ÷ 10 Dựa vào kết khảo sát sơ bộ, thông số công nghệ chọn sau: z = 859 ÷ 1.100 mg/l z = ÷ 10 Trong đó: z – Nồng độ COD đầu vào z – Thời gian lưu nước thải NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ 69 3.2 Quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời yếu tố công nghệ Bài tốn đặt là: Tìm phương trình hồi quy biểu diễn quan hệ hiệu suất trình xử lý sinh học nước thải nhà máy bia với thông số công nghệ: Nồng độ COD đầu vào (z ) thời gian lưu nước thải (z ) Như có nhân tố ảnh hưởng lên kết nghiên cứu, phương trình hồi quy có dạng sau: yˆ = b0 + b1 x1 + b2 x + b12 x12 + b11 x12 + b22 x 22 (3.1) Trong b hệ số cần tìm Áp dụng lý thuyết quy hoạch trực giao hai mức hỗn hợp Box – Wilson để giải toán Mức sở khoảng biến thiên yếu tố tính theo cơng thức (2.9); (2.10) trình bày bảng 3.5 Bảng 3.5: Mức sở khoảng biến thiên yếu tố Biến độc lập zj z1 z2 Các mức z j max 1.100 mg/l 10 z j 859 mg/l Mức sở zjo Khoảng biến thiên ∆z j 979,5 mg/l 120,5 mg/l Phương án quy hoạch trực giao hai mức hỗn hợp Box – Wilson cho hai yếu tố bao gồm N = thí nghiệm Trong có hai thí nghiệm cánh tay địn thí nghiệm tâm Hiệu suất phản ứng nhận y TN Ma trận quy hoạch trực giao hai mức hỗn hợp Box – Wilson trình bày bảng 3.6 NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ 70 Bảng 3.6: Ma trận thí nghiệm quy hoạch hai mức hỗn hợp Box – Wilson Biến thực TT COD (mg/l) 859 1.100 859 1.100 1.100 859 979,5 979,5 979,5 θ (giờ) 10 10 6 8 10 Biến mã xo x1 x2 x 12 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 0 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 0 0 +1 -1 0 x1’ x2’ Hiệu suất xử lý y TN , % +0,333 +0,333 +0,333 +0,333 +0,333 +0,333 -0,667 -0,667 -0,667 +0,333 +0,333 +0,333 +0,333 -0,667 -0,667 +0,333 +0,333 -0,667 82,1 81,1 81,5 71,7 73,6 79,2 87,6 80,9 86,2 Trong bảng thực phép biến đổi theo (2.22) để có ma trận trực giao 3.2.1 Xác định hệ số phương trình hồi quy Do tính trực giao ma trận quy hoạch mà hệ số hồi quy xác định độc lập với theo công thức (2.23; 2.24; 2.25; 2.26) Áp dụng công thức (2.23) ta tính được: b0' 82,1 + 81,1 + 81,5 + 71, + 73, + 79, + 87, + 80,9 + 86, = 80, 43 Áp dụng cơng thức (2.24) ta tính được: b1 = − 82,1 + 81,1 − 81,5 + 71,7 + 73,6 − 79,2 = −2,73 b2 = 82,1 + 81,1 − 81,5 − 71,7 + 87,6 − 80,9 = 2,78 Áp dụng cơng thức (2.25) ta tính được: b12 = − 82,1 + 81,8 + 81,5 − 71,7 = 2,2 Tương tự, áp dụng cơng thức (2.26) ta tính được: b 11 = – 6,82 b 22 = 1,03 NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ 71 Giá trị b0 = b0' − b11.0, 667 − b22 0, 667 =+ 80, 43 6,82.0, 667 − 1, 03.0, 667 = 84, 29 3.2.2 Kiểm tra tính có nghĩa hệ số hồi quy Tiến hành làm thí nghiệm tâm (với x = x = tức z = 979,5 mg/l z = giờ) nhận giá trị hàm mục tiêu sau: y = 86,2; y = 85,7 y = 85,15 Như vậy, giá trị trung bình hàm mục tiêu tâm kế hoạch tính theo cơng thức (2.30) là: = yo ∑y u 86, + 85, + 85,15 = 85, 68 = u =1 Phương sai lặp tính theo cơng thức (2.29) là: ∑( y ) = S ll − y0 i =1 = −1 o i − 85, 68 ) (86, − 85, 68) + (85, − 85, 68) + (85,15 = 2 −1 0, 28 Độ lệch tiêu chuẩn tính theo công thức (2.28) là: = Sb' Sll2 = N 0, 28 = 0,17 Sll2 = ∑ x 2ji 0, 28 = 0, 22 Sll2 = ∑ ( x ji xui ) 0, 28 = 0, 26 S= S= b1 b2 i =1 = Sb12 i =1 Sll2 S= S= b11 b22 = ∑(x ) i =1 ' ji 0, 28 = 0, 21 2, 001 k Sb0 = Sb' + ∑ Sb2jj ( x 2j ) = 3, 69 j =1 Tính có nghĩa hệ số hồi quy kiểm tra theo tiêu chuẩn Student Các giá trị tb tính theo cơng thức (2.27) là: j NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ 72 = tb0 bo 80, 43 = = 21, 79 Sb0 3, 69 tb1 = b1 = Sb1 −2, 73 = 12, 41 0, 22 = tb2 b2 = Sb 2, 78 = 12, 64 0, 22 = tb12 b12 2, = = 8, 46 Sb12 0, 26 = tb11 b11 = Sb11 = tb22 b22 1, 03 = = 4,90 Sb 22 0, 21 −6,82 = 32, 48 0, 21 Bậc tự lặp f = n - = - = mức có nghĩa p = 0,05 Tra bảng t p (f ) ta t 0,05 (2) = 4,3 Hệ số hồi quy có nghĩa t b ≥ t bang Như vậy, giá trị b o , b 1, b , b 12 , b 11 , b 22 có nghĩa Phương trình hồi quy mơ tả quan hệ hàm yˆ đại diện cho hiệu suất trình xử lý sinh học nước thải nhà máy bia bể aeroten với biến mã hoá đại diện cho nhân tố ảnh hưởng có dạng sau: yˆ = 84,29 – 2,73x + 2,78x + 2,2x x – 6,82x + 1,03x 2 ` (3.2) 3.2.3 Kiểm tra tính tương hợp mơ hình với thực nghiệm: Tính tương hợp mơ hình với thực nghiệm kiểm tra theo chuẩn số Fisher - Phương sai dư tính theo cơng thức (2.32) Để tính phương sai dư ta cần tính giá trị hàm yˆ điểm thực nghiệm, kết tính tốn ghi bảng 3.7 NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ 73 Bảng 3.7: TT xo +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 x1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 0 x2 +1 +1 -1 -1 0 +1 -1 x ’2 +0,333 +0,333 +0,333 +0,333 +0,333 +0,333 -0,667 -0,667 -0.667 x 12 -1 +1 +1 -1 0 0 x ’2 +0,333 +0,333 +0,333 +0,333 -0,667 -0667 +0,333 +0,333 -0.667 yi 82,1 81,1 81,5 71,7 73,6 79,2 87,6 80,9 86,2 yˆ i 81,82 80,75 80,65 70,78 74,74 80,20 88,10 82,54 84,29 y i - yˆ i 0,28 0,36 0,85 0,92 -1,14 -1,00 -0,50 -1,64 1,91 ∑ (y i =1 i − yˆ i ) (y i - yˆ i )2 0,0784 0,1296 0,7225 0,8464 1,2996 1,000 0,2500 2,6896 3,6481 10,6642 Số thí nghiệm N = Số hệ số hồi quy tham gia vào phương trình l = Phương sai dư: = S du2 ∑ ( y − yˆ ) i =1 i i = N −l 10, 6642 = 3,55 9−6 - Theo công thức (2.31) chuẩn số Fisher tính theo phương sai dư phương sai lặp: = F S du2 3,55 = = 12, 68 Sll 0, 28 - Tra bảng chuẩn số Fisher theo mức có nghĩa p = 0,05 hệ số: f1 = N - l = - = f2 = n0 - = - = Ta F 0,05 (3,2) = 19,2 Như F < F 0,05 (6,2) nên phương trình hồi quy tương hợp Như vậy, kết nghiên cứu cho thấy mơ hình giả thiết hồn tồn phù hợp với kết thực nghiệm Do kết luận trình xử lý nước thải bia phương pháp sinh học bùn hoạt tính sau: NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ 74 - Giá trị tự b o = 81,02 tương đối lớn so với hệ số b , b , b 12 , b 11 , b 22 chứng tỏ cịn có yếu tố khác có ảnh hưởng tới trình xử lý nước thải nhà máy bia phưong pháp sinh học bùn hoạt tính như: nhiệt độ mơi trường, độ ơxi hồ tan, độ pH….mà phương trình chưa đề cập đến - Thơng qua hệ số hồi quy b = – 6,82 ta thấy ảnh hưởng nồng độ COD đầu vào đến hiệu suất trính xử lý tỷ lệ nghịch, nghĩa tăng COD đầu vào hiệu suất xử lý giảm điều phù hợp với thực tế - Thông qua hệ số b = 1,03 ta thấy ảnh hưởng thời gian lưu nước thải đến hiệu suất trình xử lý tỷ lệ thuận, nghĩa vùng khảo sát từ đến 10 giờ, thời gian lưu nước thải tăng hiệu suất xử lý tăng Điều phù hợp với phần khảo sát nghiên cứu khác - Sự ảnh hưởng đồng thời cặp yếu tố thể hệ số b 12 Giá trị tuyệt đối b 12 không lớn dấu chúng dương, điều chứng tỏ đồng thời tăng giá trị hai yếu tố cơng nghệ có lợi cho hiệu suất q trình xử lý Sử dụng chương trình MODDE phiên 7.0.0.1 xác định chế độ tối ưu vùng khảo sát là: Nồng độ COD đầu vào : 974,65 mg/l Thời gian lưu nước thải : 10 Hiệu suất xử lý : 88,077% Đồ thị biểu diễn điểm tối ưu biểu diễn hình 3.5 NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ 75 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn điểm tối ưu Sau xác định điểm tối ưu, thực nghiệm làm theo điều kiện tối ưu để kiểm chứng nhận thấy kết tính theo mơ hình phù hợp với thực nghiệm NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ 76 KẾT LUẬN Đã tiến hành khảo sát độc lập ảnh hưởng yếu tố cơng nghệ lên hiệu suất q trình xử lý nước thải bia phương pháp sinh học bùn hoạt tính hiếu khí Đã tìm vùng điều kiện thích hợp cho q trình xử lý: - Nồng độ COD đầu vào : 859 ÷ 1.100 mg/l - Thời gian lưu nước thải: ÷ 10 Đã sử dụng quy hoạch trực giao hai mức hỗn hợp Box – Wilson để nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời hai yếu tố công nghệ: Thời gian lưu nước thải nồng độ COD đầu vào Phương trình hồi quy với biến ảo biểu diễn phụ thuộc hiệu suất trình xử lý vào yếu tố công nghệ sau: yˆ = 84,29 – 2,73x + 2,78x + 2,2x x – 6,82x + 1,03x 2 Phương trình hồi quy tìm phản ánh thực tế diễn biến trình xử lý Đã tiến hành thực nghiệm theo điều kiện tối ưu: Nồng độ COD đầu vào : 974,65 mg/l Thời gian lưu nước thải : 10 Hiệu suất xử lý : 88,077% nhận thấy kết tính theo mơ hình phù hợp với thực nghiệm Trong thực tế, trình xử lý nước thải bia phương pháp sinh học bùn hoạt tính hiếu khí chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố cơng nghệ như: hàm lượng ơxi hồ tan (DO), pH, nhiệt độ nước thải…Những kết đạt quy mơ phịng thí nghiệm, chưa sâu nghiên cứu để tìm hiểu ảnh hưởng yếu tố – yếu tố có ảnh hưởng lớn tiến hành q trình quy mơ cơng nghiệp Để hồn thiện quy trình xử lý nước thải sản xuất bia bể aeroten Hướng cần phải tiếp tục nghiên cứu khảo sát thêm yếu tố công nghệ: DO, pH cải tiến hệ thống thiết bị thí nghiệm theo hướng tự động hoá NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ PHỤ LỤC 1: GIÁ TRỊ CỦA CHUẨN SỐ STUDENT f2 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 40 60 120 ∞ 0,20 3,08 1,89 1,64 1,53 1,48 1,44 1,42 1,40 1,38 1,37 1,36 1,36 1,35 1,34 1,34 1,33 1,33 1,33 1,33 1,32 1,32 1,32 1,32 1,32 1,32 1,32 1,31 1,31 1,31 1,31 1,30 1,30 1,29 1,28 0,10 6,31 2,92 2,35 2,13 2,02 1,94 1,90 1,86 1,83 1,81 1,80 1,78 1,77 1,76 1,75 1,75 1,74 1,73 1,73 1,73 1,72 1,72 1,71 1,71 1,71 1,71 1,70 1,70 1,70 1,70 1,68 1,67 1,66 1,64 Mức có nghĩa P 0,05 0,02 0,01 12,71 31,82 63,66 4,30 6,97 9,93 3,18 4,54 5,84 2,78 3,75 4,60 2,57 3,37 4,03 2,45 3,14 3,71 2,37 3,00 3,50 2,31 2,90 3,36 2,26 1,82 3,25 2,23 2,76 3,17 2,20 2,72 3,11 2,18 2,68 3,06 2,16 2,65 3,01 2,15 2,62 2,98 2,15 2,62 2,98 2,12 2,58 2,92 2,11 2,57 2,90 2,10 2,55 2,88 2,09 2,54 2,85 2,09 2,53 2,85 2,08 2,52 2,83 2,07 2,51 2,82 2,07 2,50 2,81 2,06 2,49 2,80 2,06 2,48 2,78 2,06 2,48 2,78 2,05 2,47 2,77 2,05 2,47 2,77 2,04 2,46 2,76 2,04 2,46 2,76 2,02 2,42 2,70 2,00 2,39 2,66 1,98 2,36 2,62 1,96 2,33 2,58 0,005 127,32 14,09 7,45 5,60 4,77 4,32 4,03 3,83 3,69 3,58 3,50 3,43 3,37 3,33 3,33 3,25 3,25 3,20 3,17 3,15 3,14 3,12 3,10 3,09 3,07 3,07 3,06 3,06 3,05 3,04 2,97 2,91 2,86 2,81 0,001 636,62 31,60 12,94 8,61 6,86 5,96 5,41 5,04 4,78 4,59 4,44 4,32 4,22 4,14 4,07 4,02 3,97 3,92 3,88 3,85 3,82 3,79 3,77 3,75 3,71 3,71 3,69 3,69 3,67 3,66 3,55 3,46 3,37 3,29 PHỤ LỤC 2: GIÁ TRỊ CỦA CHUẨN SỐ FISHER Ở MỨC CÓ NGHĨA P = 0,05 f2 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 24 26 28 30 40 60 120 ∞ f1 164,4 199,5 215,7 224,6 230,2 18,5 19,2 19,2 19,3 19,3 10,1 9,6 9,3 9,1 9,0 7,7 6,9 6,6 6,4 6,3 6,6 5,8 5,4 5,2 5,1 6,0 5,1 4,8 4,5 4,4 5,6 4,7 4,4 4,1 4,0 5,3 4,5 4,1 3,8 3,7 5,1 4,3 3,9 3,6 3,5 5,0 4,1 3,7 3,5 3,3 4,8 4,0 3,6 3,4 3,2 4,8 3,9 3,5 3,3 3,1 4,7 3,8 3,4 3,2 3,0 4,6 3,7 3,3 3,1 3,0 4,5 3,7 3,3 3,1 2,9 4,5 3,6 3,2 3,0 2,9 4,5 3,6 3,2 3,0 2,8 4,4 3,6 3,2 2,9 2,8 4,4 3,5 3,1 2,9 2,7 4,4 3,5 3,1 2,9 2,7 4,3 3,4 3,1 2,8 2,7 4,3 3,4 3,0 2,8 2,6 4,2 3,4 3,0 2,7 2,6 4,2 3,3 2,9 2,7 2,6 4,2 3,3 2,9 2,7 2,5 4,1 3,2 2,9 2,6 2,5 4,0 3,2 2,8 2,5 2,4 3,9 3,1 2,7 2,5 2,3 3,8 3,0 2,6 2,4 2,2 234,0 19,3 8,9 6,2 5,0 4,3 3,9 3,6 3,4 3,2 3,1 3,0 2,9 2,9 2,8 2,7 2,7 2,7 2,6 2,6 2,6 2,5 2,4 2,4 2,4 2,3 2,3 2,2 2,1 12 24 244,9 249,0 19,4 19,5 8,7 8,6 5,9 5,8 4,7 4,5 4,0 3,8 3,6 3,4 3,3 3,1 3,1 2,9 2,9 2,7 2,8 2,6 2,7 2,5 2,6 2,4 2,5 2,3 2,5 2,3 2,4 2,2 2,4 2,2 2,3 2,1 2,3 2,1 2,3 2,1 2,2 2,0 2,2 2,0 2,1 1,9 2,1 1,9 2,1 1,9 2,0 1,8 1,9 1,7 1,8 1,6 1,8 1,5 ∞ 254,3 19,5 8,5 5,6 4,4 3,7 3,2 2,9 2,7 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2,1 2,0 2,0 1,9 1,8 1,8 1,8 1,7 1,7 1,6 1,6 1,5 1,4 1,3 1,0 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Hiện trạng sản xuất bia giới Việt Nam 1.1.1 Tình hình sản xuất bia tiêu thụ bia giới 1.1.2 Tình hình sản xuất bia tiêu thụ bia Việt Nam Sự hình thành phát triển ngành bia Việt Nam Tình hình sản xuất tiêu thụ bia Việt Nam Đặc điểm công nghệ thiết bị Định hướng phát triển ngành sản xuất bia Việt Nam 1.2 Công nghệ sản xuất bia 1.2.1 Nguyên liệu cho sản xuất bia Nguyên liệu Nguyên liệu phụ 12 Nhu cầu nguyên liệu, nhiên liệu, lượng nước 13 1.2.2 Công nghệ sản xuất bia 13 1.3 Các nguồn gây ô nhiễm môi trường sản xuất bia 18 1.3.1 Nước thải 18 Đặc tính nước thải ngành cơng nghiệp sản xuất bia giới 20 Đặc tính nước thải nhà máy bia Việt Nam 21 1.3.2 Khí thải 23 1.3.3 Chất thải rắn 24 1.3.4 Tác động chất thải sản xuất bia tới môi trường 24 1.4 Các phương pháp xử lý nước thải ngành công nghiệp sản xuất bia 26 1.4.1 Phương pháp học 27 1.4.2 Phương pháp hoá học hoá lý 27 1.4.3 Phương pháp sinh học 28 Cơ sở phương pháp 28 Sự sinh trưởng vi sinh vật 28 Cơ chế phân huỷ chất hữu nhờ vi sinh vật 30 Điều kiện nước thải xử lý phương pháp sinh học 31 Các phương pháp xử lý sinh học 31 1.4.4 Xử lý nước thải sản xuất bia phương pháp sinh học hiếu khí với việc sử dụng bùn hoạt tính 35 Cấu trúc bùn hoạt tính 35 Nguyên lý chung q trình ơxi hố sinh hố 36 Quy trình xử lý nước thải bia bể phản ứng hiếu khí (aeroten) 38 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý sinh học phương pháp bùn hoạt tính 39 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI BIA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 44 2.1 Lý thuyết quy hoạch hoá thực nghiệm 44 2.1.1 Cơ sở toán học 44 2.1.2 Các phương pháp quy hoạch hoá thực nghiệm 47 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm toàn phần 47 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc hai (Quy hoạch hợp Box – Wilson) 49 2.2 Mơ hình thực nghiệm 53 2.2.1 Mô tả thực nghiệm 53 2.2.2 Điều kiện thực nghiệm 53 2.2.3 Khởi động hệ thống bùn hoạt tính 54 2.2.4 Quy trình thực nghiệm 54 2.3 Các phương pháp nghiên cứu 55 2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trình xử lý 55 Ảnh hưởng độ ơxi hồ tan 55 Ảnh hưởng pH 55 Ảnh hưởng nồng độ COD đầu vào 55 Ảnh hưởng thời gian lưu nước thải 56 2.3.2 Các phương pháp phân tích 56 Xác định amôni phương pháp chưng cất chuẩn độ 56 Xác định nhu cầu ơxi hố hố học (COD) 59 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 64 3.1 Nghiên cứu thực nghiệm xác định thơng số thích hợp để xử lý nước thải nhà máy bia 64 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng độ ơxi hồ tan đến hiệu suất q trình xử lý 64 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất trình xử lý 65 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ COD đầu vào đến hiệu suất xử lý sinh học 67 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu nước thải đến hiệu suất trình xử lý 68 3.2 Quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời yếu tố công nghệ 70 3.2.1 Xác định hệ số phương trình hồi quy 71 3.2.2 Kiểm tra tính có nghĩa hệ số hồi quy 72 3.2.3 Kiểm tra tính tương hợp mơ hình với thực nghiệm 73 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC ... thêm nhà máy bia Sài Gịn có sản lượng 50 triệu lít/năm Sau đó, loạt nhà máy sản xuất bia khác hình thành nước ta như: nhà máy bia Đà Nẵng, nhà máy bia Huda - Huế, nhà máy bia Vinh, nhà máy bia. .. Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải sản xuất bia NGUYỄN THỊ HIỀN LUẬN VĂN THẠC SỸ 27 Trong công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia, số trình xử lý sau áp dụng: 1.4.1 Phương pháp học Xử lý học gồm song... để xử lý chất lơ lửng Công nghệ xử lý nước thải ngành sản xuất bia mô tả hỡnh 1.2 Nước thải Chắn rác Bể điều hoà BĨ l¾ng BĨ Ỹm khÝ BĨ HiÕu khÝ BĨ lắng Nước sau xử lý Bùn tuần hoàn Bùn d­ Hình