Công nghệ xử lý nước thải trong sản xuất bia
MỤC LỤC
Phụ liệu
Các chất này được tuần hoàn tái sử dụng đến khi loãng được xả ra cùng với nước thải làm cho pH của nước thải thay đổi. Ở giai đoạn này, malt được làm ẩm trước khi nghiền nhỏ, gạo được nghiền thành bột và ngâm trương nhằm tăng hiệu quả đường hóa.
Nấu - đường hoá
Nhờ tác dụng của hệ enzym gồm α, β -amilaza, tinh bột được chuyển thành glucoza, maltoza, maltotrioza, maltotetraoza, fructoza, saccaroza và các dextrin có phân tử lượng khác nhau trong khoảng nhiệt độ 63 – 780C. Sau khi nấu hoa, dịch đường được lọc tách bã hoa rồi được bơm vào thùng lắng xoáy, để lắng trong 30 phút rồi bơm dịch qua lạnh nhanh bản mỏng để hạ nhiệt độ xuống còn khoảng 8 – 100C để thích hợp cho quá trình lên men chính, sau đó ôxy được bổ sung vào với lượng 30 – 35 ml khí /lít tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển rồi chuyển vào thiết bị lên men.
Quá trình lên men
Khi dịch đường ở nồi nấu hoa sôi, cho 2/3 lượng hoa vào và trước khi kết thúc nấu khoảng 10-15 phút thì cho nốt lượng hoa còn lại. Công nghệ hiện đại có ưu điểm lớn là đã rút ngắn thời gian lên men, cải thiện điều kiện lao động cho công nhân, tránh được sự tạp nhiễm và hao hụt sản phẩm.
Lọc bia
Thùng lên men liên hợp (Combitank) được thiết kế có áo lạnh và bảo ôn bên ngoài. Phần áo lạnh được thiết kế sao cho có thể điều chỉnh được nhiệt độ của lượng bai trong thùng khi cần thiết.
Các nguồn thải chính trong sản xuất bia và tác động của chúng đến môi trường
Thêm vào đó, các khi này góp phần tạo mưa axit gây phá huỷ các công trình kiến trúc, phá huỷ hạ tầng cơ sở..Như vậy, để khắc phục, có thể thay đổi nguyên liệu đầu vào bằng lượng than với hàm lượng lưu huỳnh thấp, các lò hơi đều cần phải có hệ thống tách bụi, lọc khí, có ống khói cao sẽ hạn chế lượng khí thải độc hại và không gây ô nhiễm cục bộ, giảm ô nhiễm môi trường không khí. Lượng chất thải rắn phát sinh phụ thuộc vào công nghệ sản xuất, trình độ thao tác công nhân và các biện pháp quản lý mặt bằng..Các chất thải rắn bao gồm các chất thải có thể xử lý sinh học giàu chất hữu cơ và các chất thải không thể xử lý sinh học. Các chất thải rắn dễ chuyển hoá sinh học nếu không được xử lý kịp thời sẽ bị thối rữa, làm mất mỹ quan cơ sở, gây ô nhiễm đất, nước, không khí, ảnh hưởng tới sức khoẻ của công nhân và cộng đồng dân cư xung quanh.
Về nguyên lý chai để đóng bia được rửa qua các bước: rửa với nước nóng, rửa bằng dung dịch kiềm loãng nóng (1 – 3% NaOH), tiếp đó là rửa sạch bẩn và nhãn bên ngoài chai và cuối cùng là phun kiềm nóng rửa bên trong và bên ngoài chai, sau đó rửa sạch bằng nước nóng và nước lạnh. Thành phần hữu cơ gây ô nhiễm trong nước thải của sản xuất bia bao gồm protein và aminoaxit từ nguyên liệu và nấm men, hydratcacbon (dextrin và đường) cũng như pectin tan hoặc không tan, axit hữu cơ, rượu.
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT BIA
Các phương pháp xử lý sinh học
Các vi sinh vật sử dụng oxy để oxy hóa các hợp chất hữu cơ và các hợp chất vô cơ có thể chuyển hóa sinh học được có trong nước thải, đồng thời chính các vi sinh vật sử dụng một phần hữu cơ và năng lượng khai thác được từ quá trình oxy hóa để tổng hợp nên sinh khối của chúng. - Giai đoạn suy vong (E-F): sự tích lũy sản phẩm trao đổi chất có tác động ức chế và tiờu diệt vi sinh vật, tốc độ sinh sản giảm đi rừ rệt và dần dần ngừng hẳn, dẫn đến số lượng tế bào sống giảm đi rất nhanh và bắt đầu có hiện tượng tự hủy. Khi lớp màng dày, ở lớp trong của màng sát với bề mặt cứng của vật liệu lọc, do không có oxy các vi khuẩn hô hấp tùy tiện phát triển có thể chuyển sang phân hủy yếm khí làm tróc lớp màng ra khỏi vật liệu lọc dễ gây tắc cục bộ, tạo các vùng yếm khí làm giảm hiệu quả xử lý.
Trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải, lượng sinh khối (bùn hoạt tính) được tạo thành, một phần bùn được tuần hoàn trở lại bể aeroten để ổn định hàm lượng sinh khối trong bể, phần còn lại được đưa về bể xử lý bùn dư. Hiệu suất sử dụng oxy hoà tan phụ thuộc nhiệt độ xử lý, tính chất nước thải, tỷ số F/M ( Food/ Microorganismes) là tỷ lệ giữa nguồn dinh dưỡng – chất hữu cơ và lượng sinh khối dùng để xử lý, tốc độ sinh trưởng, đặc tính sinh lý và đặc trưng của vi sinh vật. Để tăng tốc độ phản ứng sinh hoá, duy trì sự phát triển của vi sinh vật, đảm bảo quá trình làm sạch nước theo yêu cầu thì dòng thải phải được cung cấp đầy đủ dinh dưỡng C, N, P và một số nguyên tố khoáng cho vi sinh vật phát triển.
Nếu là muối vô cơ thông thường, có thể pha loãng nước thải và xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính, còn nếu là các chất độc như kim loại nặng, các chất độc hữu cơ thì phải tiến hành phân tích cẩn thận và có biện pháp xử lý riêng biệt (hấp phụ, trao đổi ion..), sau đó mới có thể xử lý bằng phương pháp sinh học.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
Sơ đồ hệ thống thí nghiệm và quy mô nghiên cứu Sơ đồ hệ thống nghiên cứu được thể hiện dưới hình sau đây
- Cấu tạo thiết bị hợp khối: Thiết bị hợp khối pilot là một bể chữ nhật được chế tạo bằng plastic có dung tích chứa nước 66 lít, cấu tạo gồm 5 ngăn: 3 ngăn chứa đệm (đệm nhựa), 1 ngăn không đệm và một ngăn lắng (Sơ đồ hình IV.1). Bể được lắp hệ thống cấp khí ở dưới đáy với các đầu phân phối khí nhằm tạo ra các bọt khí nhỏ, khuếch tán khí đều, tránh các điểm chết trong bể. - Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Nước thải từ thùng cao vị có tác dụng như một bể điều hòa lưu lượng, qua van điều chỉnh lưu lượng đi vào bể aeroten hoặc hợp khối.
Nước thải đi vào phía đáy của ngăn 1, đi qua lớp đệm chứa bùn (vi sinh vật) rồi theo ống nhỏ trên miệng vách chảy xuống phía dưới đáy của ngăn 2. Bùn lắng dưới đáy bể được chuyển một phần tuần hoàn vào bể để ổn định hàm lượng sinh khối có trong bể.
Các phương pháp đo và phân tích 1. Định lượng COD
Sự giảm áp suất được chuyển qua một bộ vi xử lý trong sensor và chuyển thành giá trị BOD5 tương ứng. Hàm lượng sinh khối (bùn hoạt tính) trong hệ thống được xác định bằng phương pháp lọc (bằng giấy lọc) rồi sấy khô ở 105oC đến trọng lượng không đổi. Chỉ số thể tích của bùn (SVI – Sludge Volume Index) được định nghĩa là dung tích lắng của 1 gam bùn khô.
Lấy 1000ml hỗn hợp rắn lỏng trong bể Aeroten cho vào ống đong hình trụ 1 lít để lắng trong thời gian 30 phút.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận 1. Nghiên cứu xử lý bằng bể hợp khối
Nguyên nhân là do khi luồng nước thải vào đáy thiết bị, gặp lớp đệm ở dưới thấp, hàm lượng COD đang cao, do cản trở của lớp đệm thấp có vi sinh vật đã hạn chế sự đồng nhất. Do đó hiệu quả xử lý sẽ kém hơn so với khi lớp đệm ở cao hơn, khi đó nước thải có thời gian khuếch tán, đồng nhất làm giảm COD, khi đi qua lớp đệm chứa sinh khối sẽ tiếp tục được oxy hóa giảm nhanh hàm lượng COD. Điều này có thể giải thích là do trong bể aeroten thường, sinh khối vi sinh vật luôn luôn được đảo trộn đều, sự tiếp xúc giữa 3 pha rắn, khí, lỏng đạt tối ưu.
Trong khi ở thiết bị hợp khối, do bùn sinh học bám dính trên lớp đệm nên tại các vùng tĩnh phân phối khí không đồng nhất tạo ra những điểm chết. Một nhược điểm khác ở thiết bị hợp khối đó là kết cấu phức tạp, khó kiểm soát được hàm lượng sinh khối trong thiết bị do bùn hoạt tính đã bám dính lên lớp đệm.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG AEROTEN CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI XƯỞNG BIA BẮC ÂU
- Tính toán thiết kế
Đối với sản xuất bia, dòng nước thải cần xử lý chứa hàm lượng chất hữu cơ cao nên một trong các biện pháp hữu hiệu để xử lý nước thải là áp dụng phương pháp oxy hóa hiếu khí bằng bùn hoạt tính. Nghiên cứu được tiến hành trên hệ thống pilot có dung tích 66 lít thực hiện 2 chức năng: bể liên hợp khối khi có lớp đệm và bể aeroten thông thường khi không có lớp đệm, khí được cấp bằng bơm thổi khí công suất 65 lít/phút. Nước thải để tiến hành nghiên cứu gồm 2 loại: nước thải môi trường chuẩn (nguồn cacbon là tinh bột thủy phân) với COD dòng vào dao động trong khoảng 800 mg/l và nước thải từ quá trình sản xuất bia được lấy từ xưởng bia Bắc Âu, phố Tạ Quang Bửu, Hà Nội với COD dòng vào dao động trong khoảng 640 mg/l.
Dựa trên những kết quả nghiên cứu thu được trên quy mô pilot, có thể thiết kế một hệ thống hiếu khí aeroten để áp dụng xử lý nước thải tại xưởng sản xuất bia Bắc Âu với lưu lượng nước thải cần xử lý 21 m3/ngày. Tăng Thị Hồng Loan – Luận văn thạc sỹ : Một số trở ngại và cơ hội trong việc cải thiện công tác quản lý môi trường công nghiệp nghiên cứu điển hình tại Công ty bia Hà Nội và nhà máy bia Đông Nam Á, tr.23-38 – Hà Nội 1998.
