bài thảo luận nước thải nhóm 3 pot

BÀI THẢO LUẬNMôn: KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI Nhóm thực hiện : Nhóm 3 Lớp : K43KTM.01 ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ ĐẶC TRƯNG NƯỚC THẢI CỦA NGÀNH SẢN XUẤT RƯỢU.. Ở các nước có công

BÀI THẢO LUẬN

Môn:

KỸ THUẬT XỬ LÝ

NƯỚC THẢI

Nhóm thực hiện : Nhóm 3

Lớp : K43KTM.01

ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ ĐẶC TRƯNG NƯỚC THẢI CỦA NGÀNH SẢN XUẤT RƯỢU.

DANH SÁCH NHÓM:

1 NGÔ THỊ DUYÊN

2 ĐÀO THÀNH ĐÔ

3 NGÔ MINH ĐỨC

4 HÀ THỊ GIANG

Nội dung chính:

I Giới thiệu

II Sơ đồ công nghệ sản xuất rượu, cồn etylic

III Công nghệ sản xuất

IV Các dạng chất thải và hướng xử lý

V Phương án xử lý nước thải sản xuất rượu

VI Kết luận

I Giới thiệu

Rượu chiết xuất từ gạo hoặc tinh bột, điều này giúp ích cho cuộc sống hàng ngày của con người và đồng thời cũng được ứng dụng nhiều trong công nghệ chế biến thức ăn và dược phẩm Ở một số nước còn cùng cồn để pha vào xăng nhằm giảm chi phí và bảo vệ môi trường Rượu còn là nguyên liệu cho một số ngành công nghệ khác như sản xuất axit axetic, axit xitric Và rượu cũng có thể làm chất đốt vì 1g cồn khi đốt sinh ra 7 cal

Công nghệ sản xuất rượu đã và đang là một công nghệ chuyên nghiệp lâu đời ở nhiều nước trên thế giới Phương pháp truyền thống là dựa vào kinh nghiệm và kỹ thuật thủ công Nhưng ngày nay, những thiết bị tự động hoá đang được đưa dần vào sử dụng để tăng hiệu quả sản xuất và đồng thời kiểm soát được chất lượng cũng như cải thiện được vấn đề vệ sinh trong quá trình sản xuất

1 Tình hình sản xuất rượu ở nước ta

Hiện nay ở nước ta chỉ có ba cơ sở làm ra được cồn loại I đạt TCVN – 71 Đó là Công ty Rượu Bia Đồng Xuân Phú Thọ, Công ty Rượu Hà Nội và Nhà máy rượu Bình Tây Tỷ lệ loại I cũng chưa nhiều, riêng rượu Đồng Xuân đạt 70 – 80% Ngoài ba cơ sở trên, các cơ sở sản xuất còn lại chỉ làm ra được cồn loại II hoặc thấp hơn và hầu hết là cồn từ rỉ đường

Công ty Rượu Hà Nội có công suất thiết kế 10 triệu lít/năm và Nhà máy rượu Bình Tây có công suất thiết kế 20 triệu lít/năm Nhưng năm 1997, cả 2 nhà máy chỉ sản xuất được 3,28 triệu lít rượu Năm 1998 Công ty rượu Hà Nội nâng sản lượng lên 4,2 triệu lít rượu và 1,7 triệu lít cồn

Ngoài ra, cả nước còn có 26 doanh nghiệp quốc doanh với tổng công suất thiết kế khoảng 25,8 triệu lít/năm Tuy nhiên năm 1997 chỉ sản xuất được 13,53 triệu lít Trong 26 doanh nghiệp này chỉ có 3 doanh nghiệp có công suất 1,8 triệu lít/năm trở lên là Công ty rượu nước giải khát Thăng Long, Công ty rượu Đồng Xuân và Công ty Đường rượu Việt Trì

Các cơ sở sản xuất tư nhân và cổ phần có tổng công suất thiết kế là 4,55 triệu lít/năm Vốn đầu tư 6,9 tỷ đồng Sản lượng thực tế sản xuất: năm 1995 khoảng 1,63 triệu lít, năm 1996: 1,84 triệu lít, năm 1997: 2,53 triệu lít

Các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài: do chính sách mở cửa của Nhà nước, mấy năm gần đây các đối tác nước ngoài đã sang Việt Nam liên doanh để sản xuất rượư Sản lượng rượu mùi và rượu trắng của các cơ sở có vốn đầu tư nước ngoài tăng nhanh trong những năm 1995 đến năm 2000 Năm 2000 đạt 1,6 triệu lít/năm

2 Tình hình sản xuất trên thế giới:

Cồn rượu được con người xem là sản phẩm thực phẩm nhưng cũng lại là sản phẩm

có nguy cơ độc hại đối với cơ thể con người Tuy nhiên, sản lượng cồn mà thế giới sản xuất ra hàng năm vẫn ngày càng tăng thêm

Sản lượng cồn sản xuất ở một số nước cho trong bảng sau:

Hình 1 Sản lượng cồn sản xuất ở một số nước (năm 1958)

1323

887

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Liên xô cũ Mỹ Braxin Pháp Phần lan Bỉ

Hầu hết các nước trên thế giới đều dùng cồn để pha chế rượu và cho các nhu cầu khác nhau như: y tế, nhiên liệu và nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác Tuỳ theo tình hình phát triển ở mỗi nước, tỷ lệ cồn dùng trong các ngành rất đa dạng và khác nhau

Ở các nước có công nghiệp rượu vang phát triển như Italia, Tây Ban Nha, Môn đô va,… cồn được dùng để tăng thêm nồng độ rượu Một lượng khá lớn cồn được dùng để pha chế các loại rượu mạnh, cao độ như Whisky, Rartin, Brandy, Napoleon, Rhum,…

Rượu và các đồ uống có rượu chiếm một vị trí đáng kể trong công nghiệp thực phẩm Chúng rất đa dạng, tuỳ theo truyền thống và thị hiếu của người tiêu dùng mà các nhà sản xuất làm ra nhiều loại rượu mang tên khác nhau Tuy nhiên có thể chi thành 3 loại chính: rượu mạnh cao độ có nồng độ trên 30% thể tích, rượu thông thường có nồng độ từ 15 – 30% thể tích, và rượu nhẹ có nồng độ dưới 15% thể tích

II Sơ đồ công nghệ sản xuất rượu, cồn etylic

Quy trình công nghệ sản xuất rượu cồn

Hầm (105 - 110 0 C) Nấu (2 - 4at)

Làm lạnh (60 0 C) Đường hóa (60 0 C) Làm lạnh (30 0 C) Lên men (7 0 rượu)

Nước vệ sinh

Nước nóng

Chưng thô (40 0 rượu) Tháp tr/gian (45 - 50 0 ) Nước, hơi

Nước, hơi

Nước nóng

Nước thải

2

3

4 5

Hương liệu,

bao bì, vỏ chai

Bụi tinh bột

Nước nóng

Nước

Nấm men

Nước

Nước, hơi

Nước nóng Nước nóng

Chuẩn bị nguyên liệu

1

Chưng tinh (cồn

>90 0 ) Pha chế rượu

Gạo, sắn, ngô

Nước, hơi

Men giống

sinh Bã men Nước nóng Nước nóng

Chai vỡ Nước thải đáy Nước thải đáy, aldehyt

III Công nghệ sản xuất

Nguyên liệu:

Các nguyên liệu có thể chuyển hóa thành đường đều có thể sản xuất cồn, rượu

Nguyên liệu chứa tinh bột: lúa, gạo, ngô, khoai, sắn

Nguyên liệu chứa đường: rỉ đường, hoa quả (mía, củ cải đường  sản xuất đường

 tận dụng sản xuất cồn, rượu)

Nguyên liệu chứa xenllulo: gỗ, giấy (thủy phân  tinh bột)  sản xuất cồn công nghiệp chủ yếu

* Thành phần rỉ đường

Chất khô: 80 – 82% (trong đó đường 60%)

Vô cơ: 8 – 10%

Hữu cơ: 30 – 32%

Khoáng, vitamin, nguyên tố vi lượng

1 Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu chủ yếu mà các nhà máy rượu ở nước ta thường sử dụng là sắn, sau

đó là ngô và một phần gạo hoặc tấm

Nguyên liệu chứa đường - rỉ đường: mật rỉ hay rỉ đường là thứ phẩm của công

nghệ sản xuất đường, thường chiếm từ 3 – 5% so với lượng mía đưa vào sản xuất

Tỷ lệ này phụ thuộc vào chất lượng mía và công nghệ sản xuất

Từ 1 tấn mật rỉ chúng ta có thể thu được: 300 lít cồn 100o, 50 kg nấm men bánh

mì, 160 kg CO2 lỏng, 14 kg glyxerin, 14,2 kg mì chính và một số sản phẩm khác Nghiền nguyên liệu nhằm mục đích phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện giải phóng các hạt tinh bột khỏi các mô Trước đây nguyên liệu đưa vào nấu rượu thường để nguyên dạng hạt hoặc lát to, ngày nay nguyên liệu được nghiền nhỏ với mức độ khác nhau rồi đưa vào nấu ở áp suất và nhiệt độ phù hợp nhằm

biến tinh bột thành dạng hoà tan Hiện nay nguyên liệu được nghiền trên nhiều kiểu máy khác nhau Ở nước ta, tại các nhà máy rượu thường dùng máy nghiền búa

Giai đoạn này phát sinh bụi, không phức tạp lắm

2 Nấu – hầm

Trong các dạng nguyên liệu như gạo, ngô, khoai, sắn,… hạt tinh bột luôn nằm trong các màng tế bào Khi nghiền chỉ một phần các màng đó bị phá vỡ, phần lớn màng tế bào còn lại sẽ ngăn cản sự tiếp xúc của enzym amylaza với tinh bột Mặt khác, ở trạng thái không hoà tan, amylaza tác dụng lên tinh bột rất chậm và kém hiệu quả

Mục đích: thủy phân  phá vỡ màng tinh bột để vi snh vật dễ thâm nhập

Điều kiện: nấu ở nhiệt độ cao: 105 – 1100C; áp suất cao: 3 – 4 atm  cháo  phóng sang nồi hầm nhừ (không cần tốn năng lượng vì tận dụng năng lượng do nấu

ở áp suất cao)

Nấu nguyên liệu có thể thực hiện theo một trong ba phương pháp: gián đoạn, bán liên tục và liên tục Ở nước ta, các nhà máy rượu dùng chủ yếu phương pháp nấu gián đoạn Đặc điểm của phương pháp là toàn bộ quá trình nấu đều thực hiện trong cùng một nồi Phương pháp có ưu điểm là tốn ít vật liệu để chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản, nhưng có nhược điểm là tốn hơi hơn vì không sử dụng được hơi thứ, nấu lâu ở áp suất và nhiệt độ cao nên gây tổn thất nhiều đường

Quá trình nấu được thực hiện như sau:

Cho toàn bộ lượng nước vào nối với tỷ lệ 3,4 – 4 lít/kg nguyênliệu tuỳ thuộc hàm lượng tinh bột Cho cánh khuấy làm việc rồi đổ bột vào, đậy kín nắp và bắt đầu xông hơi sao cho 45 – 60 phút thì áp suất trong nồi đạt yêu cầu Lúc đầu cần mở van xả để đuổi hết không khí và khí không ngưng cho tới khi van xả thoát ra chỉ có hơi nước bão hoà Đóng bớt van xả và khi áp suất đạt tới áp suất nấu ta bắt đầu tính thời gian Áp suất và nhiệt độ nấu cao hay thấp là tuỳ theo trạng thái của nguyên liệu, bột to nhỏ hay chưa nghiền Đối với bột thường nấu ở áp suất 3 – 3,5 kg/cm2, thời gian duy trì 60 – 70 phút Còn ngô hạt hay sắn lát thì phải nấu ở áp suất 4,5 –

3– 3,5 kg/cm2 tương đương nhiệt độ 130 – 140oC Nấu xong ta mở van từ từ và phóng cháo sang thùng đường hoá Thời gian phóng cháo 10 – 15 phút Toàn bộ chu kỳ nấu kéo dài khoản 2,5 – 3 giờ

3 Đường hóa

Nấu xong, tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hoà tan nhưng chưa thể lên men trực tiếp để biến thành rượu được mà phải trải qua quá trình thuỷ phân

do xúc tác của amylaza để biến thành đường Quá trình trên được gọi là đường hoá

và đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất cồn etylic Nó quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu do giảm bớt hoặc gia tăng đường và tinh bột sót sau khi lên men

Đường hoá dịch cháo nấu có thể tiến hành theo phương pháp gián đoạn hoặc liên tục trên các sơ đồ thiết bị khác nhau, nhưng dù theo phương pháp nào thì quá trình đường hoá cũng bao gồm:

+ Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hoá

+ Cho chế phẩm amylaza vào dịch cháo và giữ ở nhiệt độ trên trong thời gian xác định để amylaza chuyển hoá tinh bột thành đường

+ Làm lạnh dịch đường hoá tới nhiệt độ lên men

Phản ứng: (C H O ) Enzim Amilaza, 60 C mC6H12O6 Q

n 11 22 12

0













 cắt mạch tinh bột  đường

600C  làm lạnh: lấy nhiệt (ống xoắn, cánh khuấy n = 60 vòng/phút)

Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thuỷ phân tinh bột thì vấn đề quan trọng trước tiên là chọn tác nhân đường hoá

Công nghệ cũ: sản xuất bằng nấm mốc, bánh men  dây chuyền cồng kềnh

Hiện nay, đa số sử dụng enzim

Thời gian đường hóa: 15 – 20 phút

4 Lên men

Đường hoá xong, dịch đường được làm lạnh tới 28 – 32oC và bơm vào thùng lên men (còn gọi là thùng ủ) Ở đây dưới tác dụng của nấm men, đường sẽ biến thành rượu và khí cacbonic cùng với nhiều sản phẩm trung gian khác Lên men xong ta thu được hỗn hợp gồm rượu – nước – bã gọi là giấm chín hay cơm hèm

Phản ứng: C H O men VSV, 30 C 2C2H5OH 2CO2 Q

6 12 6

0















1kg cồn  0,95 kg CO2; 1 lít cồn  0,75 kg CO2

 đây là CO2 thực phẩm nên độ tinh khiết và an toàn cao  sản xuất nước giải khát có gaz

Chất dinh dưỡng N, P (có trong phân đạm, phân lân): 10 – 18%, pH = 4,5 – 5,2 (duy trì pH = H2SO4)

Nhân men: sau 1 ngày, thể tích tăng 10 lần Trong dây chuyền phải có hệ thống nhân men: để đảm bảo lên men  bổ sug men giống hoặc tận dụng men tốt trong thùng Chu kỳ lên men 3 ngày

Tốc độ lên men:

+ Ngày đầu: VSV tăng rất nhanh theo cấp số nhân (4h đầu cấp khí tạo sinh khối nấm men)

Tốc độ

lên men

t

24

+ Ngày 3: sau 72 giờ: dừng lên men (do đường đã bị chuyển hóa hết) sản phẩm

có độ rượu 70 (dấm chín) có thể đưa đi chưng cất

( nếu để lên men tiếp  bị axit hoá  mất độ rượu, pH giảm)

Để duy trì 300C:

+ Làm lạnh: tưới nước ngoài vỏ thùng

+ Tốc độ lên men (hiệu quả quá trình lên men): áp suất phụ thuộc: pH = 4,5 – 5,2; nhiệt độ = 300C; tốc độ khuấy trộn

+ Lượng CO2 sinh ra  VSV bám vào bọt khí đi lên CO2 thoát ra ngoài hỗn hợp

 VSV lắng xuống  VSV được đảo trộn đều

+ Sau 1 mẻ phải vệ sinh thiết bị

Nếu nguyên liệu là rỉ đường : Pha loãng  thanh trùng  làm lạnh  lên men

 (không phải đường hóa)

5 Chưng cất

Nhằm tách hết rượu trong dấm  thu hồi cồn

Tách các tạp chất: ngoàI nấm men còn có các chủng khác  chúng chuyển hóa chất hữu cơ thành tạp chất không mong muốn như aldehyt, rượu bậc cao…

Cần độ tinh khiết cao  dùng nhiều tháp chưng luyện Thường dùng 3 tháp (ngoàI

ra có thể 5, 6 tháp)

p thô

Nhằm tách hết rượu trong dấm (không để sót, tránh thất thoát)

Hay dùng tháp đĩa lưới, chóp (thường 20 đĩa, thép không rỉ) Dấm chín có bã lớn

 hay bị tắc (phần tinh bột trơ, không chuyển hóa được)  cấu tạo tháp phải đơn giản, tránh tắc

Nguyên lý: sục hơi nước trực tiếp, đun sôi ở đáy tháp (hiệu quả nhất)

Nước thải: SS cao (bã), nhiệt độ cao, hữu cơ BOD5 cao (20.000 mg/l) nước thải đáy có độ rượu < 10C

b Tháp trung gian

Nhằm tách tạp chất nhẹ như rượu metylic, aldehyt

10% cồn  cồn đầu (900 rượu)  không dùng được, sử dụng làm cồn công nghiệp (nguyên liệu đánh vecni)

Trao đổi nhiệt gián tiếp (qua ống xoắn), tháp khoảng 30 – 40 đĩa

F (dấm chín 7 0 )

Rượu thô 40 0

Nước thải đáy (SS cao, t 0 cao, BOD > vài chục nghìn mg/l)

c Tháp tinh chế

Nhằm tách rượu ra khỏi thap aldehyt  450

Qua tháp tinh sẽ tách nốt các tạp chất nặng (rượu bậc cao propylic, isobutylic, axit )

chuoi _ dau fusel

_

Dau H 2 SO 4



 

 (mùi thơm do rượu bậc cao)

Cấu tạo: tháp 40 – 60 đĩa

Đun sôi đáy tháp bằng hơi nước trực tiếp

Sản phẩm: thu cồn > 900 ở đỉnh, đáy chủ yếu là nước, cồn sót khống chế < 10C

 Đối với cả 3 tháp, nước thải chủ yếu ở đáy tháp chưng thô và tinh và nước ngưng tụ làm lạnh

IV Các dạng chất thải và hướng xử lý

*/ Khí thải

Khí lò hơi: bụi, SO2, CO2, CO, NOx  dùng xyclon, sau đó hấp thụ

CO2 của quá trình lên men (là CO2 thực phẩm  độ tinh khiết, an toàn cao)  tận thu (hấp thụ)  hóa lỏng  nạp chai  cấp cho 1 số quá trình sản xuất

Có thể dùng phương pháp hóa học: lắng, lọc, oxi hóa bằng KMnO4  nén  đóng chai  CO2 dùng cho sản xuất nước giải khát

Bụi tinh bột của nhà máy xay nghiền nguyên liệu:  dùng lọc túi tay áo để thu hồi đưa vào dây chuyền sản xuất hoặc có thể làm thức ăn gia súc

*/ Chất thải rắn

Chủ yếu xỉ than: tận dụng sản xuất vật liệu xây dựng, san đường

Bao bì, vỏ chai hỏng: thu hồi, tái sinh

Men của quá trình lên men: thu hồi 30% men tốt  quay lại làm giống Phần dư dùng làm thức ăn gia súc (có độ đạm cao)

Bã của đáy tháp thô: chất xơ, xenlulo…  thu hồi bằng thiết bị lắng, lọc  thức

ăn gia súc

*/ Nước thải

Nước làm mát ở công đoạn nấu đường hóa, lên men, chưng cất (lượng nước dùng

ở đỉnh tháp chưng)  lượng nước rất lớn Do trao đổi nhiệt gián tiếp nên không bị

ô nhiễm mà chỉ có nhiệt độ cao  giải nhiệt (như phun lên ở giàn cho tỏa nhiệt)  tuần hoàn

Nước từ đáy tháp chưng và nước vệ sinh thùng lên men  hàm lượng chất hữu cơ cao, nhiệt độ cao  sản xuất nấm men sinh khối làm thức ăn gia súc hoặc xử lý yếm khí  xử lý hiếu khí

Nước thải vệ sinh nhà xưởng, thiết bị, đáy tháp tinh  mức độ ô nhiễm thấp  xử

lý hiếu khí

V Phương án xử lý nước thải sản xuất rượu

Có nhiều phương pháp ứng dụng xử lý nước thải các nhà máy rượu như: + Sử dụng màng lọc

+ Phương pháp hóa học

+ Phương pháp sinh học

Trong các phương pháp trên, phương pháp xử lý bằng sinh học cho hiệu quả tối

ưu và được sử dụng rộng rãi nhất

Dây chuyền xử lý nước thải:

Nước thải

Đường nước Đường bùn

Bể tiếp nhận

Bể điều hòa

Bể lắng 1

Bể UASB

Bể lắng 2

Bể Aroten

Bể khử trùng

Bể nén bùn

Nguồn tiếp nhận

San lấp

Máy nén bùn

Song chắn rác

Nước sau tách bùn Chôn lấp

Đường khí Đường cát

Máy thổi

khí

Làm phân bón

VI Kết luận

Theo lý thuyết thì rượu có thể được điều chế từ nhiều nguồn khác nhau, ví dụ từ dầu mỏ cũng có thể sản xuất được rượu Nhưng hầu hết hiện nay người ta đều sản xuất rượu từ các nguyên liệu chứa đường và tinh bột Và các công đoạn chính để sản xuất ra rượu như đã trình bày ở bài thảo luận này

Sự tác động rõ rệt nhất tới môi trường là việc đốt nhiên liệu để cung cấp hơi nấu nguyên liệu Mặc dù hiện nay đã thay việc đốt than bằng đốt dầu diezen, nhưng nguồn dầu mỏ rồi cũng sẽ cạn kiệt và dù sao thì vẫn sinh ra các khí làm ô nhiễm môi trường

Thêm nữa là khi dùng men ta mới chỉ quan tâm tới các enzym chủ yếu để thủy phân tinh bột và lên men rượu, những chủng sinh vật khác ta chưa kiểm soát hết được Mặc dù đây là thiếu sót về mặt khoa học, nhưng cho tới hiện nay vẫn chưa

có sự thông báo nào về sự xuất hiện và nguy hại của các chủng vi sinh vật lạ được thải ra trong quá trình sản xuất rượu

Hiện nay các thiết bị tự động hóa đã tham gia vào qui trình sản xuất giúp nâng cao hiệu suất và năng suất Hi vọng trong tương lai, công nghệ sản xuất rượu có thể đạt được tiêu chuẩn công nghệ không chất thải, và mang lại nhiều lợi ích hơn cho con người