2.5.1 Độ pH
Trị số pH cho biết nước thải cĩ tính axit, kiềm hay trung tính. Quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học rất nhạy cảm với sự dao động của giá trị pH (các vi sinh vật sẽ bị ức chế hoặc bị chết khi cĩ sự thay đổi pH). Vì vậy cần kiểm tra giá trị pH trong khoảng thích hợp trước khi cho nước thải vào hệ thống xử lí.
2.5.2 Chất rắn lơ lửng (SS)
Chất rắn lơ lửng là các hạt nhỏ (hữu cơ, vơ cơ) trong nước thải khi vận tốc dịng chảy giảm xuống phần lớn các chất rắn lơ lửng sẽ lắng xuống, những hạt nào khơng lắng sẽ gĩp phần tạo thành độ đục của nước. Các chất lơ lửng hữu cơ sẽ tiêu thụ oxi để phân hủy làm giảm DO trong nước. Các cặn lắng sẽ làm đầy các bể chứa và làm giảm thể tích hữu dụng của chúng.
Cặn lơ lửng cĩ thể nhìn thấy bằng mắt thường, cĩ thể loại bỏ nĩ ra khỏi nước thải bằng quá trình keo tụ, lắng lọc. Để xác định hàm lượng cặn lơ lửng, lấy mẫu nước thải lọc qua giấy lọc tiêu chuẩn, sấy khơ ở 1050C sẽ được hàm lượng cặn lơ lửng (mg/l).
2.5.3 Độ đục
Độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc do giới thủy sinh gây ra. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnh hướng đến khả năng quang hợp của các vi sinh vật tự dưỡng trong nước. Nước càng bẩn, độ đục càng cao. Đơn vị chuẩn đo độ đục là sự cản quang do 1 mg SiO2 hịa tan trong 1 lit nước cất gây ra.
2.5.4 Oxi hịa tan (DO – Dissolved oxigen)
Oxi tan trong nước rất cần cho vi sinh vật hiếu khí. Bình thường oxi hịa tan trong nước khoảng 8 – 10 mg/l, chiếm 70 – 85% khi oxi bão hịa. Mức oxi hịa tan trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ ơ nhiễm chất hữu cơ, vào hoạt động của thế giới thủy sinh, các hoạt động hĩa sinh, hố học và vật lý của nước. Trong mơi trường nước bị ơ nhiễm nặng, oxi được dùng nhiều trong các quá trình hĩa sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầm trọng.
2.5.5 Chỉ số BOD (Nhu cầu oxi sinh hĩa – Biochemical oxigen Demand)
Chỉ tiêu này xác định độ ơ nhiễm của nước thải hoặc nước sơng, hồ do chứa các chất dạng tan, keo, khơng tan khĩ lắng. Đĩ là lượng oxi cần thiết để oxi hĩa các chất hữu cơ cĩ trong nước thải bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí.
Quy trình này được tĩm tắt như sau:
Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O
Tuy nhiên tùy theo mục đích nghiên cứu và thời gian cho phép, người ta cĩ thể xác định lượng oxi tiêu thụ để oxi hĩa tồn bộ các chất bẩn hữu cơ trong nước thải. Nhu cầu oxi sinh hĩa cĩ thể xác định sau 5 ngày hoặc 20 ngày tương ứng với các ký hiệu: BOD5, BOD20. Đối với nước cơng nghiệp thực phẩm sau 20 ngày hầu như oxi hĩa tồn bộ các chất hữu cơ cho nên BOD20 được coi là BOD tồn phần.
Xác định BOD được dùng rộng rãi trong kỹ thuật mơi trường để:
+ Tính gần đúng lượng oxi cần thiết oxi hĩa các chất hữu cơ dễ phân hủy cĩ trong nước thải.
+ Làm cơ sở tính tốn kích thước các cơng trình xử lí. + Xác định hiệu suất xử li của một số quá trình.
SVTT: Lương Thị Thắm- 32 - vi sinh vật
+ Đánh giá chất lượng nước sau khi xử lí được phép thải vào các nguồn nước. Trong thực tế, người ta khơng thể xác định lượng oxi cần thiết để phân hủy hồn tồn chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học, mà chỉ xác định lượng oxi cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 20oC
trong bĩng tối (để tránh hiện tượng quang hợp ở trong nước).
2.5.6 Chỉ số COD (Nhu cầu oxi hĩa học – Chemical oxigen Demand)
COD là lượng oxi cần thiết cho quá trình oxi hĩa tồn bộ các chất hữu cơ của nước thải và sự ơ nhiễm của nước trong tự nhiên. Chỉ số này dùng để đánh giá một cách tương đối tổng hàm lượng của các chất hữu cơ hịa tan trong nước thải. Chỉ số COD càng cao, mức độ ơ nhiễm càng nặng và ngược lại.
Xác định COD bằng cách sử dụng một chất oxi hĩa mạnh trong mơi trường axit, thơng thường nhất là K2Cr2O7.
2.5.7 Các hợp chất của Nitơ trong nước thải
Cũng như Cacbon, nguyên tố Nitơ gắn liền với sự sống. Các hợp chất của Nito rất đa dạng. Sự phân giải các chất sống đến cùng đã tạo ra amoniac (NH3) hịa tan tốt trong nước. Trong mơi trường kiềm, khí amoniac thốt ra cĩ mùi khai khĩ chịu, cạnh tranh sự hịa tan của oxi trong nước, đầu độc các động vật thủy sinh. Trong mơi trường trung tính và axit, amoniac tồn tại dưới dạng cation amoni (NH4+), tạo điều cho rêu tảo phát triển khi cĩ ánh sáng. Vì vậy ở các ao hồ bẩn, nước thường cĩ màu xanh lục. Khi cĩ oxi và các vi khuẩn tự dưỡng, amoniac được oxi hĩa thành các oxi của Nito với các giá trị khác nhau.
2.5.8 Các hợp chất của phospho trong nước thải
Phospho tồn tại ở trong nước với các dạng H2PO4-, HPO4-2, PO4-3, các polyphosphat như Na3(PO3)6 và phospho hữu cơ từ các nguồn như phân, nước tiểu, ure, phân bĩn dùng trong nơng nghiệp, các chất tẩy rửa sử dụng trong sinh hoạt và sản xuất. Phospho cũng giống như nito, là cơ chất cần thiết cho vi sinh vật sống và phát triển. Nếu nồng độ phospho cĩ trong nước thải xả ra sơng suối, hồ quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng.
Bảng 2.3. Giá trị của các thơng số ơ nhiễm nước thải trong cơng nghiệp QCVN / 24: 2009BTNMT
STT Thơng số Đơn vị A B
1 Nhiệt độ 0C 40 40
2 pH - 6 – 9 5,5 - 9
3 Mùi - Khơng khĩ chịu Khơng khĩ chịu
4 Độ màu - 30 50 5 BOD5(200C) mg/l 50 100 6 COD mg/l 50 100 7 SS mg/l 15 30 8 N tổng mg/l 4 6 9 P tổng mg/l 3000 5000 10 Coliform MPN/ 100ml 20 70
2.6 Các giải pháp giảm thiểu lượng và tải lượng nước thải nhà máy bia
Trong sản xuất bia cơng nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự khác nhau cĩ thể chỉ là sử dụng phương pháp lên men nổi hay chìm. Sự khac nhau cơ bản là lượng nước sử dụng cho mục đích rửa chai, máy mĩc thiết bị, sàn nhà, số lượng cơng nhân sử dụng nước cho sinh hoạt, . . . Điều này dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ơ nhiễm của các nhà nhà máy bia khác nhau.
2.6.1 Tái sử dụng nước thải
Nước làm mát cho máy lạnh, làm lạnh dịch bia → giải nhiệt, tuần hồn.
Nước ngưng tụ trong nấu bia → thu hồi → cấp lại cho nồi hơi (do nước ngưng cịn ở nhiệt độ cao, đây là nước mềm, khơng chứa ion Ca2+, Mg2+ đĩng cặn thành thiết bị).
Nước rửa các thùng lên men, chai như CIP (2 loại nĩng, lạnh) định kì một tuần rửa thùng một lần (ở nhiệt độ cao → tc dụng tẩy rửa cao), xử lý bằng phương pháp lọc, bổ sung thêm hĩa chất → ti sử dụng.
2.6.2 Phân luồng nước thải sản xuất
Dịng 1: đây là nguồn nước qui ước sạch với số lượng lớn khoảng 550 – 600 m3/ ngày đêm gồm nước dùng để làm lạnh trong các thiết bị, tháp giải nhiệt của hệ thống lạnh, nước ngưng ở các nồi nấu...
Dịng 2: Nước thải sinh hoạt được quy định thành nước thải xám và nước thải đen, trong đĩ nước thải xám là nước thải phát sinh từ các hoạt động nấu ăn, tắm rửa, giặc giũ; nước thải đen là nước thải dùng trong việc xả bồn cầu tại các khu vệ sinh. Nước thải đen bắt buộc phải được xử lý cục bộ trước khi xả vào hệ thống xử lý nước thải chung.
Dịng 3: Nước thải sản xuất, là dịng thải lớn với số lượng 1000 – 1200 m3 / ngày đêm từ các phân xưởng nấu, đường hĩa, lên men, lọc, chiết bia... Dịng thải này chủ yếu là nước rửa vệ sinh thiết bị, sàn nhà. Đây là dịng thải chính cần xử lý triệt để. Dịng này cĩ hàm lượng chất hữu cơ cao, dễ bị phân hủy làm ơ nhiễm mơi trường.
2.7 Nước thải nhà máy bia Quy Nhơn
Theo báo cáo năm 2009, Cơng ty bia Quy Nhơn sản xuất được 39,6 triệu lít bia, cĩ giá trị sản xuất chiếm 5,1% giá trị sản xuất cơng nghiệp tồn tỉnh, tiêu thụ được 34,88 triệu lít. Song song đĩ, nhà máy cũng thải ra mơi trường lượng nước thải: 5000m3/ ngày đêm. Tuy nhiên, với hệ thống xử lý yếm khí-hiếu khí cĩ cơng suất thiết kế: 1200m3 / ngày đêm, so với bảng các thơng số ơ nhiễm nước thải cơng nghiệp QCVN 24: 2009/ BTNMT thì nhà máy bia Quy Nhơn với chỉ tiêu nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn Việt Nam của Bộ Tài Nguyên Mơi Trường quy định.
Bảng 2.4. Chỉ tiêu chất lượng nước thải đầu ra của nhà máy bia Quy Nhơn
Chỉ tiêu Đơn vị Quy định Thực hiện
pH 5,5 – 9,0 6,0 – 9,0 SS mg/l 100 < 100 COD mg/l 80 < 80 BOD mg/l 50 < 50 N tổng mg/l 30 < 30 Coliform MPN/ 100ml 5000 < 5000
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA
3.1 Hệ vi sinh vật nước thải nhà máy bia
3.1.1 Hệ vi sinh vật trong nước thải nhà máy bia
Các vi sinh vật hiện diện trong nước thải bao gồm các vi khuẩn, virus, nấm, tảo, nguyên sinh động vật, các lồi động vật và thực vật bậc cao.
Nước thải nhà máy bia là loại nước thải giàu chất hữu cơ như hydrocacbon, cellulose, protein, . . . , các vi khuẩn cĩ dạng hình ống giữ vai trị rất quan trọng, trước hết phải kể đến một đại diện là vi khuẩn Sphaerotilus natans hay “nấm nước thải” . Nĩ phủ lên mặt đáy của vùng nước cực bẩn một lớp khối tế bào dày đặc, bằng SVTT: Lương Thị Thắm
mắt thường cũng cĩ thể quan sát được. Loại vi khuẩn này thường phát triển mạnh ở vùng nước cĩ đủ oxygen. Ngồi xuất hiện ở nước thải sinh hoạt, S. natans thường được thấy cĩ trong nước thải của các nhà máy cellulose và thực phẩm. Do sự phát triển mạnh của Sphaerotilus, oxygen bị tiêu thụ nhiều. Khi một lượng lớn S. natans
tích tụ ở những vùng nước lặng sẽ xuất hiện tình trạng báo động về oxygen. Nĩ sẽ làm cho oxygen trong nước biến mất hồn tồn. Cuối cùng rồi cả khối S. natans cũng bị thối rữa, H2S sẽ xuất hiện cùng với một số chất khác. Bên cạnh vi khuẩn, trong nước thải giàu chất hữu cơ cũng cĩ chứa nhiều nấm.
Bảng 3.1 Một số giống vi khuẩn chính cĩ trong bùn hoạt tính và chức năng của chúng khi tham gia xử lý nước thải
STT Vi khuẩn Chức năng
1 Pseudomonas Phân hủy hydratcacbon, protein, các chất hữu cơ, . . . và khử nitrat.
2 Arthrobacter Phân hủy hydratcacbon.
3 Bacillus Phân hủy hydratcacbon, protein. 4 Cytophaga Phân hủy các polyme.
5 Zooglea Tạo thành chất nhầy (polysaccarit), chất keo tụ. 6 Acinetobacter Tích lũy polyphosphate, khử nitrat.
7 Nitrosomonas Nitrit hĩa 8 Nitrobacter Nitrat hĩa
9 Sphaerotilus Phân hủy các chất hữu cơ. 10 Alkaligenes Phân hủy protein, khử nitrat.
11 Flavobacterium Phân hủy protein. 12 Nitrococus denitrificans Khử nitrat (thành N2). 13 Thiobaccillus denitrificans Khử nitrat (thành N2) 14 Acinetobacter Khử nitrat (thành N2) 15 hyphomicrobium Khử nitrat (thành N2) 16 Desulfovibrio Khử sunfat, khử nitrat
3.1.2 Chuyển hĩa vật chất của vi sinh vật trong nước thải nhà máy bia
Quá trình chuyển hĩa của vi sinh vật trong nước thải nhà máy bia cũng theo quy luật chuyển hĩa các chất của vi sinh vật trong nước thải. Khi nước thải mới ra khỏi nhà máy, hàm lượng vi sinh vật thường khơng nhiều. Sau một thời gian, những nhĩm vi sinh vật thích nghi được với đặc trưng của nước thải sẽ phát triển mạnh, số lượng và số lồi dần phong phú hơn.
Quá trình trao đổi chất ở vi sinh vật trong nước thải gồm hai quá trình cơ bản là quá trình đồng hĩa và quá trình dị hĩa. Quá trình đồng hĩa xảy ra bên trong tế bào vi sinh vật, là quá trình cần năng lượng để tổng hợp những sản phẩm cấu thành sinh khối tế bào. Năng lượng cho quá trình đồng hĩa được lấy từ các phân tử cao năng như ATP, ADP ... , từ quá trình dị hĩa hoặc từ các chất dự trữ khác trong tế bào. Quá trình dị hĩa cĩ thể xảy ra bên trong và bên ngồi tế bào vi sinh vật, là quá trình phân hủy các chất nhằm cung cấp năng lượng, nguyên vật liệu cho quá trình đồng hĩa.
Mặt khác, tế bào vi sinh vật thường khơng chứa nhiều hợp chất hĩa học giàu năng lượng. Do đĩ, vi sinh vật cần phải nhận thêm các nguồn năng lượng từ bên ngồi như năng lượng của ánh sáng mặt trời ở nhĩm vi sinh vật tự dưỡng quang năng, năng lượng sinh ra từ quá trình oxy hĩa các chất ở nhĩm vi sinh vật tự dưỡng hĩa năng. Đối với các nhĩm vi sinh vật dị dưỡng carbon, chúng sử dụng năng lượng từ quá trình chuyển hĩa các hợp chất carbon hữu cơ trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí.
Trong quá trình chuyển hĩa vật chất, vi sinh vật luơn luơn ưu tiên sử dụng các vật chất dễ chuyển hĩa trước, sau đĩ mới sử dụng đến các vật chất khĩ chuyển hĩa hơn. Do đĩ, đường cong sinh trưởng của vi sinh vật trong nước thải là đường cong sinh trưởng kép.
Hình 3.1 Đường cong sinh trưởng kép của vi sinh vật trong nước thải (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng (2003), Cơng nghệ xử lý nước thải) Ghi chú :
1 : giai đoạn thích nghi ban đầu
1 : giai đoạn thích nghi với saccharose 1 : giai đoạn thích nghi với tinh bột 2 : giai đoạn tăng trưởng ban đầu
2 : giai đoạn tăng trưởng khi sử dụng saccharose 2: giai đoạn tăng trưởng khi sử dụng tinh bột 3 : giai đoạn cân bằng
4 : giai đoạn suy vong.
A : đường cong sinh trưởng kép B : đường cong sin trưởng đơn.
Hỉnh 3.2 Quá trình chuyển hĩa vật chất của vi sinh vật
(Nguồn: Nguyễn Đức Lượng (2003), Cơng nghệ xử lý nước thải)
3.2 Một số phương pháp xử lý nước thải nhà máy bia3.2.1 Hệ thống hiếu khí 3.2.1 Hệ thống hiếu khí
Quá trình xử lý sinh học xảy ra trong hệ thống hiếu khí trong nước thải gồm 3 giai đọan:
Oxy hĩa các chất hữu cơ
CxHyOz + O2 CO2 + H2O
Tổng hợp tế bào mới:
CxHyOz + NH3 + O2 CO2 + H2O + C5H7NO2
Phân hủy nội bào
C5H7NO2 + 5O2 CO2 + H2O + NH3
3.2.1.1 Bùn hoạt tính
Quá trình bùn hoạt tính hay bể hiếu khí (aerotank) là quá trình xử lý sinh học hiếu khí, trong đĩ nồng độ cao của các vi sinh vật mới được tạo thành được trộn đều với nước thải. Quy trình xử lý nước thải bằng bùn họat tính được thực hiện với phạm vi ứng dụng rộng rãi xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải cơng nghiệp.
Bàn họat tính bao gồm những vi sinh vật sống kết lại thành dạng hạt hoặc dạng bơng với trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%). Chất nền tring bùn hoạt tính cĩ thể đến 90% là phần chất rắn của rêu, tảo và các phần sĩt rắn khác nhau. Bùn hiếu khí ở dạng bơng bùn vàng nâu, dễ lắng là hệ keo vơ định hình cùng bùn kỵ khí ở dạng bơng và dạng hạt màu đen. Những vi sinh vật sống trong bùn là vi khuẩn đơn bào hoặc đa bào, nấm, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh và động vật hạ đẳng. Vai trị cơ bản trong quá trình làm sạch nước thải của bùn họat tính là vi khuẩn. Hệ vi sinh vật đặc trưng trong bùn họat tính như Bacillus, Pseudomonas, Achrobacter, hỗn hợp các vi khuẩn khác như E.coli, Micrococus .
Phần lớn các vi sinh vật trên đều cĩ khả năng xâm chiếm và bám dính trên bề mặt vật rắn khi cĩ cơ chất, muối khống và oxi tạo nên màng sinh học dạng nhầy cĩ màu thay đổi theo thành phần nước thải. Trên lớp màng sinh học cĩ chứa hàng triệu đến hàng tỷ tế bào vi khuẩn, nấm men, nấm mốc….Tuy nhiên khác với hệ quần thể trong bùn hoạt tính thành phần lồi và số lượng các lồi sinh học tương đối đồng nhất
Quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn: