4.1.1. Thành phần , tính chất của nước thải sản xuất bia.
Đặc tính nƣớc thải của cơng nghệ sản xuất bia là chứa hàm lƣợng chất hữu cơ cao ở trạng thái hịa tan và trạng thái lơ lửng ,trong đĩ chủ yếu là hydratcacbon, protein và axit hữu cơ. Đây là các chất cĩ khả năng phân hủy sinh học cao, Nguyên nhân chính chủ yếu :
+ Hàm lƣợng BOD cao là do: bã nấu, bã hèm, men, hèm lỗng, bia dƣ rị rỉ vào nƣớc thải.
+ pH dao động lơn do: cặn xút, axit tháo xả của các hệ thống rửa nồi, máy rửa chai, rửa két, nƣớc tráng, rửa thiết bị, nƣớc rửa vệ sinh sàn nhà, trạm xử lý nƣớc..
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƢỜNG
SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 35
+ Ảnh hƣởng tới nồng độ N, P : do men thải, các tác nhân trong quá trình làm sạch thất thốt….
+ Aûnh hƣởng tới hàm lƣợng chất rắn lơ lửng: do rửa máy lọc, rửa chai, chất thải rắn (giấy nhãn, bìa..).
Tuy nhiên ở mỗi nhà máy bia thì lƣợng nƣớc cấp và lƣợng nƣớc thải rất khác nhau. Sự khác nhau này nhìn chung phụ thuộc chủ yếu vào qui trình cơng nghệ và trình độ quản lý của từng nhà máy. Mặt khác, mức độ ơ nhiễm ở các loại nƣớc thải của những nhà máy bia cũng khác nhau, ta cĩ thể ƣớc tính trung bình cho các thơng số trên nhƣ sau :
Lƣợng nƣớc cấp cho 1000 lít bia : 4 - 8 m3
Nƣớc thải tính từ sản xuất 1000 lít bia : 2.5 - 6 m3
.
Tải trọng BOD5 : 3 – 6 kg/1000 lít bia.
Tỷ lệ BOD5 / COD : 0.55 – 0.7
Hàm lƣợng các chất gây ơ nhiễm trong nƣớc thải bảng sau :
Bảng 4.1. : Tính chất đặc trưng của nước thải ngành sản xuất Bia
Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
COD mg/l 600 ÷ 2400 BOD mg/l 310 ÷1400 Tổng chất rắn lơ lửng mg/l 70 ÷ 600 Tổng số Phơtpho mg/l 50 Tổng số Nito mg/l 90 Nhiệt độ 0 C 35 ÷ 55
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƢỜNG
SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 36
4.1.2. Tác động đến mơi trường của nước thải nghành bia.
Hoạt động sản xuất bia cĩ mức độ ơ nhiễm khá lớn. Sự ơ nhiễm này chủ yếu là do các chất cĩ nguồn gốc hữu cơ hịa tan trong các dịng thải, kèm theo đĩ là nƣớc thải chung cĩ độ màu và độ đục cao, hàm lƣợng chất rắn lơ lửng cao và vi sinh vật, nấm men, nấm mốc.
Sự hiện diện của các chất độc hại trong nƣớc thải sẽ gây ảnh hƣởng trực tiếp tới hệ động vật dƣới nƣớc và hệ sinh thái thủy vực. Chúng khơng những làm chết các lồi thủy sinh mà cịn làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn nƣớc nơi tiếp nhận.
Hàm lƣợng chất hữu cơ cao sẽ làm tăng các chất dinh dƣỡng cĩ trong nguồn nƣớc, tạo hiện tƣợng phú dƣỡng hĩa kênh rạch, thúc đẩy sự phát triển bùng nổ của các loại rong tảo..
Hàm lƣợng chất rắn cao sẽ dễ dẫn đến hiện tƣợng tắc nghẹt các đƣờng cống thốt nƣớc chung của địa phƣơng. Sau thời gian tích tụ lâu ngày và dƣới những điều kiện yếm khí, chúng cĩ thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật hoại sinh. Kết quả của quá trình này là sản sinh ra các khí CH4, CO2, H2S, trong đĩ hydrosulfua là chất khí gây ra mùi thối đặc trƣng.
Ngồi ra trong quá trình xúc rửa chai, cũng tạo ra một lƣợng kim loại nặng và các chất độc hại khác trong các nhãn chai. Do đĩ, để giảm lƣợng kim loại nặng và các chất độc hại khác trong nƣớc cần tránh in ấn bao bì bằng các chất cĩ chứa kim loại nặng.
4.1.2.1. Lượng nước thải.
Nhu cầu sử dụng nƣớc của nhà máy Bia – Rƣợu – Nƣớc giải khát thƣờng lớn nên hầu hết phải khai thác nƣớc ngầm để phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt của nhà máy. Việc khai thác nƣớc ngầm cĩ nguy cơ gây nên sự cạn kiệt nguồn nƣớc ngầm vào mùa khơ, dân cƣ trong khu vực cĩ nguy cơ khơng đủ nƣớc dùng .
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƢỜNG
SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 37
Đối với vấn đề thốt nƣớc, hoạt động của nhà máy bia cĩ thể làm gia tăng mức chịu tải của hệ thống thốt nƣớc tập trung hoặc làm tăng thêm lƣu lƣợng dịng chảy, làm ơ nhiễm các nguồn tiếp nhận nƣớc thải. Vì vậy cần phải xem xét và đánh giá thực tế về khả năng tiêu thốt nƣớc của khu vực dự án, khả năng xảy ra tình trạng ngập lụt….
4.1.2.2. Nhiệt độ.
Nƣớc thải từ phân xƣởng lên men cĩ nhiệt độ từ 10 ÷ 140
C
Nƣớc thải từ phân xƣởng nấu cĩ nhiệt độ từ 46 ÷ 550C, cao hơn rất nhiều tiêu chuẩn cho phép đối với nƣớc thải cơng nghiệp – TCVN 5945 – 2005. Do vậy nĩ ảnh hƣởng đến mơi trƣờng nhƣ sau:
+ Nhiệt độ nƣớc tăng cao gây ảnh hƣởng xấu đến đời sống các lịai thủy sinh và quá trình tự làm sạch của nƣớc.
+ Nhiệt độ tăng làm giảm nồng độ ơxy hịa tan dẫn đến tình trạng mất cân bằng của ơxy trong nƣớc, quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ diễn ra trong điều kiện phân hủy kị khí, điều này làm cho cá và các lịai thủy sinh khác bị chết hoặc làm giảm tốc độ sinh trƣởng.
4.1.2.3. Hàm lượng ơxy hịa tan (DO)
DO của nhà máy bia thƣờng rất thấp ,do trong nƣớc thải chứa nhiều các hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy.
DO thƣờng dao động 0 ÷ 1.7 mg/l
Tại phân xƣởng men: DOmin = 0 ; DOmax = 0.5 mg/l Tại cống chung : DO = 1.4 ÷ 1.7 mg/l
Bảng 4.2. Tiêu chuẩn phân loại mức độ ơ nhiễm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƢỜNG
SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 38
Rất nhẹ > 6.5 < 3.0 < 20 < 0.5
Nhẹ 4.5 ÷ 6.5 3.0 ÷ 4.9 20 ÷ 49 0.5 ÷ 0.9
Tƣơng đối nặng 2 ÷ 4.4 5 ÷ 15 50 ÷ 100 1 ÷ 3
nặng < 2.0 > 15 > 100 >3.0
(Nguồn: Tổ chức Y tế thế giới, năm 2006 )
- Giảm DO cũng đồng nghĩa với việc mơi trƣờng nƣớc đã bị ơ nhiễm do chủ
yếu là chất hữu cơ.
- DO thấp kìm hãm sự phát triển của sinh vật thủy sinh - ảnh hƣởng tới quá trình phân hủy chất hữu cơ.
- Ngồi ra, con ngƣời cũng sẽ gặp nguy hiểm khi sử dụng nguồn nƣớc trên phục vụ cho nhu cầu ăn uống.
4.1.2.4. Độ pH (tính axit, tính kiềm)
Phân xƣởng lên men : pH = 0.5 axit mạnh
Phân xƣởng rửa chai : pH = 8.5 ÷ 10 cĩ tính kiềm
Nƣớc thải sản xuất : pH = 6 ÷ 7.5pH thay đổi theo từng cơng đoạn sản xuất bia.
Nƣớc thải khi chảy ra mơi trƣờng ngồi, pH sẽ thay đổi, điều này phụ thuộc: mức độ pha lỗng, thành phần và sinh khối của sinh vật thủy sinh.
Ảnh Hưởng
- Tính axit của mơi trƣờng nhà máy bia gây ảnh hƣởng xấu trực tiếp tới đời sống thủy sinh vật và nhiều hậu quả xấu khác.
- Tƣới cây bằng nƣớc cĩ tính axit sẽ làm tăng độ hịa tan của một số kim loại cĩ sẵn trong đất nhƣ : Al3+, Zn2+, Mn2+, As2+, …..
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƢỜNG
SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 39
4.1.2.5. Hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS)
Thƣờng từ 255 ÷ 700 mg/l so với mức cho phép là 100mg/l mức độ ơ nhiễm là rất nặng.
Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng cĩgiá trị lớn nhất thƣờng ở trong phân xƣởng lên men và nấu.
- Hậu quả là làm giảm khả năng hịa tan của ơxy vào nƣớc.
- Làm thay đổi độ trong, hạn chế sự xâm nhập của ánh sáng vào các tầng nƣớc
ảnh hƣởng tới khả năng quang hợp của tảo và các thực vật dƣới nƣớc.
- Làm dày thêm lớp bùn lắng đọng ở đáy.
- Chất rắn lơ lửng là tác nhân gây tắc nghẽn cống thốt nƣớc
4.1.2.6. Nhu cầu ơxy sinh háa (BOD).
BOD ở nhà máy bia thƣờng rất lớn thƣờng dao động trong khoảng 310 ÷ 1400 mg/l (theo Lovan & Forre)
Nƣớc thải ra làm cho nguồn tiếp nhận bị ơ nhiễm mùi và độ màu của nƣớc thải bia.
Do hàm lƣợng chất hữu cơ cao dẫn đến xuất hiện quá trình phân hủy kị khí các sản phẩm của quá trình này làm cho nƣớc bị biến đổi thành màu đen, bốc mùi hơi thối khĩ chịu do xuất hiện các khí độc hại (aldehyt, H2S, NH3, CH4 ,….) khí này gĩp phần gây ơ nhiễm mơi trƣờng khơng khí cùng với mùi men bia gây ra sự khĩ chịu cho ngƣời dân xung quanh.
Gây ảnh hƣởng xấu tới quần thể sinh vật thủy sinh vùng xung quanh cửa cống và khu vực tiếp nhận.
4.2. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải ngành sản xuất bia.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƢỜNG
SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 40
Là phƣơng pháp dùng để loại bỏ Các vật chất cĩ kích thƣớc lớn nhƣ cành cây, bao bì chất dẻo, giấy, giẻ rách, cát, sỏi và cả những giọt dầu, mỡ. Ngồi ra, vật chất cịn nằm ở dạng lơ lửng hoặc ở dạng huyền phù.
Tuỳ theo kích thƣớc và tính chất đặc trƣng của từng loại vật chất mà ngƣời ta đƣa ra những phƣơng pháp thích hợp để loại chúng ra khỏi mơi trƣờng nƣớc. Những phƣơng pháp loại các chất rắn cĩ kích thƣớc lớn và tỷ trọng lớn trong nƣớc đƣợc gọi chung là phƣơng pháp cơ học.
Phƣơng pháp xử lý cơ học cĩ thể loại bỏ đƣợc đến 60% các tạp chất khơng hồ tan cĩ trong nƣớc thải và giảm 20% BOD. Các cơng trình trong xử lý cơ học bao gồm.
4.2.1.1. Song chắn rác
Song chắn rác giữ lại các thành phần cĩ kích thƣớc lớn, tránh làm tắc máy bơm, đƣờng ống hoặc kênh dẫn.
Song chắn rác gồm các thanh đan xếp cạnh nhau ở trên mƣơng dẫn nƣớc. Khoảng cách giữa các thanh đan gọi là khe hở. Song chắn rác đƣợc chia làm 2 loại di động hoặc cố định, cĩ thể thu gom rác bằng thủ cơng hoặc cơ khí. Song chắn rác đƣợc đặt nghiêng một gĩc 60 – 90 0
theo hƣớng dịng chảy.
Thiết bị tách rác thơ: (Song chắn rác, lƣới chắn rác, lƣới lọc, sàng,…), Nhằm giữ lại các vật rắn thơ nhƣ: mảnh thủy tinh vỡ, chai lọ, nhãn giấy, nút bấc,…
Thiết bị lọc rác tinh: Thiết bị lọc rác tinh thƣờng đƣợc đặt sau thiết bị tách rác thơ, cĩ chức năng loại bỏ các tạp chất rắn cĩ kích cỡ nhỏ hơn, mịn hơn nhƣ : bã hèm, con men…
4.2.1.2. Bể lắng cát
Bể lắng cát dùng để tách các chất bẩn vơ cơ cĩ trọng lƣợng riêng lớn hơn nhiều so với trọng lƣợng riêng của nƣớc nhƣ xỉ than, cát …… ra khỏi nƣớc thải. Thơng thƣờng cặn lắng cĩ đƣờng kính hạt khoảng 0,25 mm (tƣơng đƣơng độ lớn thuỷ lực là 24,5) chiếm 60% tổng số các hạt cặn cĩ trong nƣớc thải.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƢỜNG
SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 41
Bể lắng cát thƣờng đƣợc đặt sau xong chắn rác, lƣới chắn và đặt trƣớc bể điều hịa lƣu lƣợng.
Tùy theo đặc tính của dịng chảy ta cĩ thể phân loại bể lắng cát nhƣ sau:
Bể lắng cát ngang nƣớc chảy thẳng, chảy vịng
Bể lắng cát đứng trƣớc chảy từ dƣới lên.
Bể lắng cát nƣớc chảy xoắn ốc.
Trong bể lắng ngang, dịng nƣớc chảy theo phƣơng ngang hoặc vịng qua bể với vận tốc lớn nhất Vmax = 0,3 m/s, vận tốc nhỏ nhất Vmin = 0,15 m/s và thời gian lƣu nƣớc từ 30 – 60 giây. Đối với bể lắng đứng, nƣớc thải chuyển động theo phƣơng thẳng đứng từ dƣới lên với vận tốc nƣớc dâng từ 3 – 3,7 m/s, vận tốc nƣớc chảy trong máng thu (xung quanh bể) khoảng 0,4 m/s và thời gian lƣu nƣớc trong bể dao động trong khoảng 2 -3,5 phút.
Cát trong bể lắng đƣợc tập trung về hố thu hoặc mƣơng thu cát dƣới đáy, lấy cát ra khỏi bể cĩ thể bằng thủ cơng (nếu lƣợng cát < 0,5 m3/ngày đêm) hoặc bằng cơ giới (nếu lƣợng cát > 0,5 m3
/ngày đêm). Cát từ bể lắng cát đƣợc đƣa đi phơi khơ ở sân phơi và cát khơ thƣờng đƣợc sử dụng lại cho những mục đích xây dựng.
4.2.1.3. Bể lắng đợi I.
Bể lắng I cĩ nhiệm vụ tách các hạt lơ lửng trên nguyên tắc trọng lực. Cặn lắng của bể lắng I là loại cặn cĩ trọng lƣợng thay đổi, cĩ khả năng kết dính và keo tụ với nhau. Quá trình lắng tốt cĩ thể loại bỏ 90 – 95% lƣợng cặn trong nƣớc thải. Vì cậy, đây là quá trình quan trọng trong xử lý nƣớc thải và thƣờng đƣợc bố trí xử lý ban đầu hay sau xử lý sinh học.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƢỜNG
SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 42
Bể lắng ngang: Nƣớc chuyển động theo phƣơng ngang vào bể cĩ vận tốc khơng lớn hơn 0.01m/s và thời gian lƣu nƣớc từ 1,2h – 2,5h. Bể lắng ngang cĩ mặt bằng hình chữ nhật.
Bể lắng đứng: nƣớc chảy vào bể theo phƣơng thẳng đứng từ dƣới đáy bể lên. Bể lắng đứng thƣờng cĩ mặt bằng hình trịn.
Bể lắng radien: nƣớc chảy vào bể theo hƣớng trung tâm ra qua thành bể hay cĩ ngƣợc lại.
4.2.1.4. Bể tách dầu mỡ
Bể tách dầu mỡ thƣờng đƣợc ứng dụng trong xử lý nƣớc thải cơng nghiệp cĩ chứa dầu mỡ, các chất nhẹ hơn nƣớc và các dạng chất nổi khác. Đối với nƣớc thải sinh hoạt, do hàm lƣợng dầu mỡ và các chất nổi khơng lớn cho nên cĩ thể thực hiện việc tách chúng ngay ở bể lắng đợt một nhờ các thanh gạt thu hồi dầu mỡ, chất nổi trên bề mặt bể lắng.
4.2.1.5. Bể lọc.
Dùng để tách các phân tử lơ lững phan tán trong nƣớc thải với kích thƣớc tƣơng đối nhỏ sau bể lắng, bằng cách cho nƣớc thải đi qua các vật liệu lọc nhƣ nƣớc, cát, thạch anh, than cốc, than bùn,..
Qúa trình lọc chỉ áp dụng cho các cơng nghệ xử lý nƣớc tái sử dụng và cần thu hồi một số thành phần quí hiếm cĩ trong nƣớc thải. Các loại bể lọc đƣợc phân biệt nhƣ sau:
Lọc qua vách lọc.
Bể lọc với lớp vật liệu lọc dạng hạt.
Thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh.
4.2.2. Phương pháp hĩa lý.
Là phƣơng pháp dùng các phẩm hố học, cơ chế vật lý để loại bỏ cặn hồ tan, cặn lơ lửng , kim loại nặng và gĩp phần làm giảm COD, BOD5 trong nƣớc thải.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƢỜNG
SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 43
Các phƣơng pháp hĩa học là chất oxi hĩa bậc cao nhƣ H2O2, Ozone, Cl2; phƣơng pháp trung hịa, đơng keo tụ.
Thơng thƣờng các quá trình keo tụ thƣờng đi kèm theo quá trình trung hịa hoặc các hiện tƣợng vật lý khác. Những phản ứng xảy ra là phản ứng trung hịa, phản ứng oxy hĩa khử, phản ứng tạo chất kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại.
4.2.2.1. Bể điều hịa
Lƣu lƣợng và chất lƣợng nƣớc thải từ hệ thống thu gom chảy về khu xử lý thƣờng dao động theo các giờ trong ngày. Nƣớc thải thƣờng cĩ giá trị pH khác nhau. Muốn nƣớc thải đƣợc xử lý tốt bằng phƣơng pháp sinh học, phải tiến hành trung hịa và điều chỉnh pH về giá trị thích hợp (pH = 6 – 9 )
Nƣớc thải nhà máy bia cĩ khoảng pH dao động rất lớn (từ 5 – 12 ), vì thế muốn trung hịa ta phải sử dụng các dung dịch axit, kiềm. Các chất hĩa học thƣờng dùng đƣợc trình bày theo bảng.
Bảng 4.3. Các hĩa chất thường dùng để điều chỉnh pH
Tên hĩa chất Cơng thức hĩa học Lƣợng *
Canxi cacbonat CaCO3 1
Canxi oxit CaO 0.56
Canxi hidroxit Ca(OH)2 0.74
Magie oxit MgO 0.403
Magie hidroxit Mg(OH)2 0.583
Vơi sống dolomit {CaO0.6MgO0.4} 0.497 Vơi tơi dolơmit {(Ca(OH)2)0.6(Mg(OH)2)0.4} 0.677
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƢỜNG
SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 44
Natri hidroxit NaOH 0.799
Natri cacbonat NaCO3 1.059
Axit sulfuric H2SO4 0.980
Axit clohydric HCl 0.720
Axit nitric HNO3 0.630
(* lƣợng chất 1mg/l để trung hịa 1mg/l axit hoặc kiềm tính theo mgCaCO3/l)
Loại bể này cĩ thể cĩ hoặc khơng cĩ thiết bị khuấy trộn tùy thuộc tính chất của từng loại nƣớc thải khác nhau. Thiết bị khuấy trộn làm nhiệm vụ hịa trộn để