tìm hiểu và đề xuất các phương án xử lí nước thải của công nghệ sản xuất bia

Đặc điểm của nước thải sinh hoạt: chứa hàm lượng chất hữu cơ cao 55- 65%tổng lượng chất bẩn, chứa nhiều vi sinh vật có cả vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩnphân hủy chất hữu cơ cần thiết cho

MỞ ĐẦU

Hiện nay nhu cầu về bia trên thế giới cũng như ở Việt Nam rất lớn vì bia làmột loại nước uống mát, bổ, có độ cồn thấp, có hương vị đặc trưng…đặc biệt CO2bão hòa trong bia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của người uống, nhờ những

ưu điểm này mà bia được sử dụng ở hầu hết các nước trên thế giới và sản lượng ngàycàng tăng

Ở Việt Nam cùng với sự phát triển của nền kinh tế dẫn đến thu nhập củangười dân ngày càng cao nên nhu cầu sử dụng các loại nước giải khát cũng như biacàng tăng Trong những năm qua, các nhà máy bia được đấu tư xây dựng ngày càngnhiều bằng kinh phí của nhà nước, tư nhân và nước ngoài, đáp ứng được nhu cầu củangười tiêu dùng

Tuy nhiên, do vốn đầu tư ít thiếu công nghệ, lại chỉ quan tâm đến lợinhuận, nước thải các dây chuyền bia này hầu như không được xử lý mà

đổ thẳng ra sông, đồng ruộng, góp phần đáng kể vào nạn ô nhiễm môitrường ở nước ta Nước thải do sản xuất rượu bia thải ra thường có đặc tính chung

là ô nhiễm hữu cơ rất cao, nước thải thường có màu xám đen và khi thải vào các thuỷvực đón nhận thường gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân huỷ của các chất hữu cơdiễn ra rất nhanh Thêm vào đó là các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất nhưCaCO3, CaSO4, H3PO4, NaOH, Na2CO3…Những chất này cùng với các chất hữu cơtrong nước thải có khả năng đe doạ nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu khôngđược xử lý

Vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế ra các hệ thống xử lí nước thải trong cácngành công nghiệp sản xuất bia là một yêu cầu cấp thiết cho việc bảo vệ môi trườngcùng với các hoạt động mang tính thiết thực đối với môi trường sẽ đảm bảo cho sựphát triển bền vững của xã hội loài người và các loài sinh vật sống trên hành tinh

chúng ta Vìa những li do trên chúng tôi chọn đề tài “ Tìm hiểu và đề xuất các phương án xử lí nước thải của công nghệ sản xuất bia”.

CHƯƠNG І: CƠ SỞ LÍ THUYẾT

1.1 Khái niệm và phân loại về nước thải

1.1.1 Khái niệm

Nước thải là nước sau khi đã được sử dụng với các mục đích khác nhau hay lànước hết giá trị sử dụng của một quá trình nào đó

1.1.2 Phân loại nước thải

Một trong các cách phân loại nước thải là có thể phân loại nước thải theo

nguồn gốc phát sinh ra chúng Theo cách phân loại này, có các loại nước thải sau: 1.1.2.1 Nước thải sinh hoạt

Là nước thải được thải từ các khu dân cư, khu hoạt động thương mại, khu vực công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác Nói chung, nước thải sinh hoạt đượchình thành trong quá trình sinh hoạt của con người Cơ sở xác định lượng nước thải sinh hoạt là từ nước cấp

Lượng nước thải sinh hoạt từ tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng phụthuộc vào loại công trình, chức năng, số lượng người

Đặc điểm của nước thải sinh hoạt: chứa hàm lượng chất hữu cơ cao (55- 65%tổng lượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật có cả vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩnphân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa chất bẩn trong nướcthải

1.1.2.2 Nước thải công nghiệp và dịch vụ

Là nước thải được thải từ các quá trình công nghệ hay dịch vụ có xử dụng nước và thành phần của nước thải phụ thuộc vào công nghệ hay dịch vụ

Trong các xí nghiệp công nghiệp thường tạo thành 3 loại nước thải:

+ Nước được sử dụng như nguyên liệu sản xuất, giải nhiệt, làm sạch bụi và khói thải,

…

+ Nước được sử dụng vệ sinh công nghiệp, nhu cầu tắm rửa, ăn ca của công nhân+ Nước mưa chảy tràn

Nhu cầu về cấp nước và lượng nước thải sản xuất phụ thuộc vào: loại hình,công nghệ, loại và thành phần nguyên vật liệu, công suất nhà máy……

Công nghệ sản xuất ảnh hưởng lớn đến lượng nước tiêu thụ, lượng nước thải tạothành, chế độ xả thải và thành phần tính chất nước thải Áp dụng công nghệ tiên tiến

và thiết bị càng hiện đại thì lượng nước sử dụng sẽ giảm rất nhiều

Bảng: Nhu cầu cấp nước và lượng nước thải một số ngành công nghiệp

nghiệp

Đơn vị tính Nhu cầu cấp nước Lượng nước thải

Công nghiệp

đường

m3 nước/tấnđường

Công nghiệp giấy m3 nước/tấn giấy 300-550 250-450

Nước thải trong các nhà máy được chia ra làm hai nhóm

+ Nước thải sản xuất không bẩn: chủ yếu thải ra do quá trình làm nguội, quá trìnhngưng tụ

+ Nước thải sản xuất bẩn: chứa nhiều tạp chất, cặn bẩn khác nhau, chất hữu cơ, vôcơ……thành phần đa dạng và phức tạp, một số nước thải chứa nhiều kim loại độchại, nhiều vi khuẩn gây bệnh

Nước thải công nghiệp phụ thuộc vào quá trình sản xuất, quy trình công nghệ

Xử lí nước thải công nghiệp khó khăn hơn mức độ ô nhiễm phức tạp hơn so với nướcthải sinh hoạt

Nước thải sản xuất chứa nhiều chất bẩn khác nhau về cả số lượng lẫn thành phần do đó không thể có tiêu chuẩn về các chỉ tiêu, thành phần hóa lí cho một loại nước thải nào được

1.1.2.3 Nước thải của sản xuất nông nghiệp:

Thường là nước tưới tiêu trong trồng trọt hay nước từ các khu vực chăn nuôi và trồngtrọt: chất hữu cơ, phân hoá học, thuốc trừ sâu

1.1.2.4 Nước thải bệnh viện:

Số lượng vi sinh vật lớn và đa dạng, nhiều vi sinh vật gây bệnh đặc biệt là các bệnh truyền nhiễm, các hoá chất độc hại, nguy hiểm và có thể có phóng xạ

1.1.2.5 Nước thải đô thị

Xấp xỉ 50% nước thải sinh hoạt + 14% nước thấm + 36% nước thải côngnghiệp

Lưu lượng phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu, các tính chất đặc trưng của

đô thị, lưu lượng này đạt max từ 10- 12h và đạt min vào 5h sang

1.1.2.6 Nước mưa nhiễm bẩn

Độ ô nhiễm của nước mưa phụ thuộc vào độ ô nhiễm của môi trường không khí, bề mặt khu vực có nước chảy tràn

1.2 Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng nước thải.

1.2.1 Các chất rắn trong nước thải

Nước thải là hệ phân tán bao gồm nước và các chất bẩn Các nguyên tố chủyếu có trong thành phần nước thải sinh hoạt là C, H, O, N với công thức trung bình

1.2.2 Chất hữu cơ trong nước thải

Trong nước thiên nhiên và nước thải tồn tại nhiều tạp chất hữu cơ nguồn gốc

tự nhiên hay nhân tạo: protein, hợp chất hữu cơ chứa nitơ, các loại phụ gia thựcphẩm…chất thải của người và động vật

Các chất hữu cơ có thể tồn tại dưới các: dạng keo, hòa tan, không tan, bay hơi,

không hơi, dễ phân hủy, khó phân hủy………

Phần lớn chất hữu cơ trong nước thải là cơ chất của vi sinh vật vì nó tham giavào quá trình dinh dưỡng và tạo năng lượng cho vi sinh vật

Việc xác định riêng rẽ chất hữu cơ rất khó vì vậy người ta thường xác địnhtổng các chất hữu cơ Các thông số thường được chọn là: TOC, DOC, COD, BOD

30-50% chất vô cơ: cát, muối, kim loại

50-70% chất hữu cơ:

65% protein, 25% C, 10% chất béo

Trong nước thải đô thị và một sô loại nước thải công nghiệp, các chất hữu cơchủ yếu là các hydratcacbon (CHO) Việc xác định riêng biệt các thành phần hữu cơriêng biệt là khó khăn, người ta thường xác định tổng các chất hữu cơ thông qua chỉtiêu: COD, BOD

Thường giá trị COD nhỏ hơn nhiều giá trị BOD do không phải bất kì chất nàooxy hóa cũng chuyển thành CO2

Giữa đại lượng COD, BOD có mối quan hệ với nhau và liên hệ theo một tỷ lệphụ thuộc vào loại nước thải, nước nguồn và cả quá trình xử lí Thường CODCr2O72-:BOD20 : CODMnO4- : BOD5 = 0,95:0,71:0,65:0,48

1.2.3 Độ bẩn sinh học của nước thải

Nước thải chứa nhiều vi sinh vật đặc biệt là vi sinh vật gây bệnh: trứng giun,sán…

Chuẩn số coli : Tỉ số thể tích nước thải ít nhất (ml) có 1 coli Đối với nướcthải sinh hoạt chuẩn số này: 1.10-7

Tổng số coliform: là số lượng vi khuẩn dạng coli có trong 100 ml dung dịchnước

1.3 Các quá trình xảy ra trong nước thải

1.3.1 Quá trình nitrat hóa, nitrit hóa, khử nitrat

Nitơ tồn tại trong nước thải ở các dạng: các hợp chất hữu cơ, NH4+, NO3-, NO2

-Chu trình nitơ trong nước thải:

N_protein thực vật

N_protein động vật

Hàm lượng NO2-, NO3- < 0,02 mg/l Trong điều kiện có NH3 cao, pH, nhiệt độ cao thìquá trình nitrit xảy ra thuận lợi tạo ra nhiều NO2-

Nguồn nitơ chủ yếu từ nước tiểu Thống kê thì mỗi người thải1,2lit/người.ngày.đêm, và trong 12gam nitơ amoni dạng ure la 0,7g còn lại là nitơdạng khác

NO3- là sản phẩm cuối cùng của quá trình nitrat hóa các hợp chất hữu cơ chứa nitơ.Đối với công trình XLNT bằng phương pháp sinh học chỉ có NO3- chứng tỏ sự hoànthiện của hệ thống xử lí đó NO3- là nguồn cung cấp oxi cho vi sinh vật trong điềukiện nước thải thiếu oxi và xảy ra quá trình khử nitrat hóa

1.3.2 Quá trình khoáng hóa các hợp chất hữu cơ

Chất hữu cơ trong nước thải là môi trường cho các loại vi khuẩn phát triển.Quá trình khoáng hóa chất hữu cơ nhờ oxy hóa sinh hóa xảy ra theo hai giaiđoạn:

+ Oxy hóa các hợp chất chứa C thành CO2 và nước

+ Oxy hóa các hợp chất chứa nitơ thành nitrit sau đó thành nitrat

Quá trình khoáng hóa các hợp chất trong điều kiện hiếu khí thực tế là quátrình tiêu thụ oxy hòa tan từ khí quyển vào nước thải

1.3.3 Quá trình tiêu thụ oxy và hòa tan oxy trong nước thải

Khi có đủ oxy trong nước thải, tốc độ oxy hóa chất hữu cơ chứa C tỷ lệ thuậnvới khối lượng chất hữu cơ có trong nước thải.

1.4 Ảnh hưởng của nước thải gây ra với nguồn tiếp nhận

+ Xuất hiện các chất nổi trên mặt hoặc có cặn lắng: Các hiện tượng nhiễm bẩnnày thường do nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm hoặc nước thải sảnxuất từ các xí nghiệp có chứa dầu mỡ và các sản phẩm dầu mỡ Chúng tạo nên lớpmàng dầu, mỡ nổi trên mặt nước và nếu cặn nặng thì lắng xuống đáy Chúng làm chonước có mùi vị đặc trưng và làm giảm lượng oxy trong nước nguồn Với hàm lượngdầu từ 0,2-0,4 mg/l sẽ làm cho nước có mùi dầu Khử mùi dầu là một việc làm rấtkhó khăn Tôm, cá sống trong nước bị nhiễm bẩn do các sản phẩm dầu mỡ có tốc độsinh trưởng rất kém, thậm chí không sinh trưởng được và thịt của chúng có mùi dầu

+ Thay đổi tính chất lý học: Nguồn nước tiếp nhận nước thải sẽ bị đục, cómàu, có mùi do các chất thải đưa vào hoặc do sự phát triển của tảo, rong rêu, sinh vậtphù du…… tạo nên

+ Thay đổi thành phần hóa học: Tính chất hóa học của nguồn nước tiếp nhận

sẽ bị thay đổi phụ thuộc vào loại nước thải đổ ra Hiện tượng này tạo ra là do nướcthải mang tính axit hoặc kiềm hoặc chứa loại hóa chất làm thay đổi thành phần vàhàm lượng các chất có sẵn trong thủy vực

+ Lượng oxy hòa tan trong nước bị giảm: Hàm lượng oxy hòa tan trong nguồnnước tiếp nhận sẽ bị giảm là do tiêu hao oxy để oxy hóa các chất hữu cơ do nước thải

đổ vào Hiện tượng này làm giảm oxy hòa tan(<4 mg/l) trong nước gây ảnh hưởngxấu cho các loài thủy sinh vật

+ Xuất hiện hoặc làm tăng các loại vi khuẩn gây bệnh: Nước thải kéo theo cácloại vi khuẩn gây bệnh vào nguồn nước tiếp nhận làm suy giảm chất lượng đối vớiviệc cung cấp nước cho các mục đích trong đó đặc biệt là mục đích sinh hoạt

Tóm lại, nếu nước thải bị lưu đọng hoặc xử lý chưa đạt yêu cầu sẽ gây ônhiễm môi trường, đặc biệt đối với nguồn tiếp nhận, hậu quả tiếp theo gây ảnh hưởngxấu đến vệ sinh môi trường và sức khỏe con người

1.5 Các phương pháp xử lí nước thải

Có thể phân loại các phương pháp xử lý nước thải theo đặc tính xử lý như :

Xử lý cơ học, xử lý hóa học, xử lý sinh học

Tùy tính chất của từng loại nước thải mà trong qui trình xử lý, có thể kết hợp các phương pháp trên để đạt yêu cầu xử lý với hiệu quả cao

1.5.1 Phương pháp xử lý cơ học

Nước thải cóa thành phần hết sức phức tạp Trong nước thải không chỉ chứa các thành phần hóa học hòa tan, các loại vi sinh vật mà còn chứa các chất không hòa tan

tan Những phương pháp loại chất rắn có kích thước lớn và tỉ trọng lớn được goi chung là phương pháp cơ học Đay là quá trình xử lí mà khi nước thải đi qua quá trình đó sẽ không thay đổi tính chất hóa học và sinh học của nó Xử lý cơ học có thể loại bỏ 60% các tạp chất không hòa tan trong nước thải và giảm 20% BOD và nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo

Các phương pháp và thiết bị sử dụng trong xử lý cơ học :

1.5.1.1 Song chắn rác :

Nước thải sau khi đi vào hệ thống XLNT phải đi qua hệ thống song chắn ráchoặc lưới chắn rác Nhờ đó giúp ngăn chặn các vật cứng, vật nổi đi vào máy bơm,vào các bể xử lý công đoạn sau Đây là bước xử lí sơ bộ quan trọng nhằm đảm bảo

an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải

nghiêng một góc 45 – 60O nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 75 – 850 nếulàm sạch bằng máy Tiết diện của song chắn có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp Songchắn tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhất nhưng nhanh bị tắc bởi các vật giữ lại Do đó,thông dụng hơn cả là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau và cạnhtròn phía trước hướng đối diện với dòng chảy Vận tốc nước chảy qua song chắn giớihạn trong khoảng từ 0,6 -1m/s Vận tốc cực đại giao động trong khoảng 0,75 -1m/snhằm tránh đẩy rác qua khe của song Vận tốc cực tiểu là 0,4m/s nhằm tránh phânhủy các chất thải rắn Rác được vớt 2-3 lần trong ngày và được nghiền để đưa về bể

ủ bùn hoặc xả trực tiếp phía trước thiết bị

1.5.1.2.Bể điều hòa :

Dùng để duy trì sự ổn định của dòng thải, khắc phục những vấn đề vận hành

do sự dao động của lưu lượng dòng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của cácquá trình ở cuối dây chuyền xử lý

Lợi ích:

-Làm tăng hiệu quả của hệ thống sinh học do nó hạn chế hiện tượngquá tải của hệ thống về lưu lượng cũng như hàm lượng các chất hữu cơ, giảm đượcdiện tích xây các bể sinh học (do được tính toán chính xác hơn) Hơn nữa các chất

ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa ở mức độ thíchhợp cho các hoạt động của vi sinh vật

-Chất lượng NT sau xử lý và việc cô đặc bùn ở đáy bể lắng thứ cấp được cảithiện do lưu lượng nạp chất rắn ổn định

-Diện tích bề mặt cần cho hệ thống lọc nước giảm xuống và hiệu suấtlọc được cải thiện, chu kỳ làm sạch bề mặt các thiết bị lọc cũng ổn định hơn

1.5.1.3 Bể lắng

Trong XLNT, quá trình lắng được sử dụng để loại các tạp chất ở dạng huyềnphù thô ra khỏi nước thải Theo chức năng, các bể lắng được phân thành: bể lắngcát , bể lắng sơ cấp, bể lắng thứ cấp.Yêu cầu: có hiệu suất lắng cao và xả bùn dễdàng

Cũng có thể sử dụng bể lắng như công trình xử lý cuối cùng, nếu điều kiện vệsinh nơi đó cho phép

+Bể lắng sơ cấp: đặt trước công trình xử lý sinh học dùng để gữi lại cácchất hữu cơ không tan trong NT trước khi cho NT vào các bể xử lý sinh học và loại

bỏ các chất rắn có khả năng lắng (tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng của nước) và các chất nổi(tỉ trọng bé hơn tỉ trọng nước) Nếu thiết kế chính xác bể lắng sơ cấp có thể loại bỏ

50 -70% chất rắn lơ lửng, 25 - 40% BOD của NT

+Bể lắng thứ cấp: đặt sau công trình xử lý sinh học

-Căn cứ vào chiều nước chảy phân biệt các loại: bể lắng ngang, đứng, radian

1.5.1.4 Bể tuyển nổi và vớt bọt :

Bể tuyển nổi giúp tách các chất ở dạng rắn hoặc dạng lỏng, phân tán khôngtan trong nước thải và có khối lượng riêng nhỏ, tỉ trong nhỏ hơn nước Ngoài ra còngiúp loại bỏ dầu mỡ và các chất hoạt động bề mặt gây cản trở cho các quá trình oxyhóa và khử mầu.Tùy theo phương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổigồm các dạng sau :

- Tuyển nổi bằng khí phân tán

- Tuyển nổi chân không

- Tuyển nổi bằng khí hòa tan

1.5.1.5 Bể lọc

Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nướcthải mà các bể lắng không thể loại chúng được, là quá trình tách các hạt rắn ra khỏipha lỏng hoặc pha khí bằng cách cho dòng khí hoặc lỏng có chứa hạt chất rắn chảyqua lớp ngăn xốp, các hạt rắn sẽ bị gữi lại Lọc có thể xảy ra dưới tác dụng của ápsuất thủy tĩnh của cột chất lỏng hoặc áp suất cao trước vách ngăn hay áp suất thấpsau vách ngăn

-Vật liệu: bể lọc với lớp vật liệu dạng hạt và dạng vách

1.6 Phương pháp hoá học và hóa lí

Bản chất của qua trình là áp dụng các quá trình vật lí và hóa học để đưa vào nướcthải chất phản ứng nào đó tác động với các tập chất bẩn, biến đổ hóa học tạo thành

các chất khác dưới dạng cặn hoăc chất tan nhưng không độc hại với môi trường.Những phương pháp hóa lí kết hợp thường được áp dụng để xử lí nước thải là : keo

tụ, đông tụ, hấp phụ, trao đổi ion, thấn lọc ngược và siêu lọc…

1.6.1.Phương pháp đông tụ

Mục đích: để tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lửng phân tán nhỏ, keo, người

ta dùng phương pháp đông tụ, khi đó nồng độ chất màu, mùi, lơ lửng sẽ giảm xuống Các chất đông tụ thường dùng là nhôm sunfat, sắt sunfat, sắt clorua

Giới hạn sử dụng: chọn lựa hóa chất, liều lượng tối ưu, thứ tự cho vào nước, lượngcặn tạo thành, phải được tiến hành bằng thực nghiệm, thường dùng 1-5mg/l

Điều kiện: để phản ứng diễn ra hoàn toàn và tiết kiệm, cần phải: khuấy đều có thể sửdụng các loại máy trộn khác nhau Loại hay dùng: cánh quạt cơ giới thì NT sẽchuyển động vòng và tạo bông dễ dàng ở toàn bộ thể tích

1.6.2 Phương pháp trung hòa

NT sản xuất trong nhiều lĩnh vực có chứa nhiều axit hoặc kiềm Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực ở các công trình thoát nước và tránh cho các quá trình sinh hóa ở các công trình làm sạch và trong hồ, sông không bị phá hoại, người ta phải trung hòa các loại NT đó

Trung hòa còn với mục đích làm cho một số muối kim loại nặng lắng xuống và tách

ra khỏi nước Việc lựa chọn biện pháp trung hòa phụ thuộc vào lượng NT, chế độ

xả thải, nồng độ, hóa chất có ở địa phương Phương pháp này có các dạng sau :

- Trung hòa bằng cách trộn NT chứa axit và NT chứa kiềm

- Trung hòa NT bằng cách cho thêm hóa chất

- Trung hòa NT chứa axit bằng cách lọc qua những lớp vật liệu trung hòa

- Dùng khí thải, khói từ lò hơi để trung hòa NT chứa kiềm

1.6.3.Phương pháp oxy hóa khử

Sử dụng tác nhân oxy hóa để XLNT chứa các chất bẩn không thể xử lí bằngcác phương pháp khác Hiện nay có một số phương pháp được áp dụng sau :

- XLNT chứa xianua bằng phương pháp oxy hóa khử

- XLNT chứa crom bằng phương pháp oxy hóa khử

- Phương pháp oxy hóa điện hóa

4.2.5 Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp dựa vào sự trao đổi của các ion trên bề mặt chất răn với ion có cùngđiện tích khi dung dịch tiếp xúc với nhau Phương pháp trao đổi ion thường đượcdùng để loại ra khỏi nước các kim loai như : Zn, Cu, Pb, Hg…Các chất trao đổi ion

có thể có nguồn gố tự nhiên hay nhân tạo Các vật lieu thường dùng như đất sét,zeolit, kim loại khoáng chất, axit humin, than đá…

1.7 Phương pháp xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học

1.7.1 Nguyên tắc chung

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của các

vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh, có trong nước thải Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hóa,trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước

Vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng Quá trình dinh dưỡng làm cho chúng sinh sản, phát triển tăng số lượng tế bào (tăng sinh khối), đồng thời làm sạch (có thể

là gần như hoàn toàn) các chất hữu cơ hòa tan hoặc các hạt keo phân tán nhỏ Do vậy, trong xử lý sinh học, người ta phải loại bỏ các tạp chất thô ra khỏi nước thải trong các công đoạn xử lý trước đó Đối với các tạp chất vô cơ có trong nước thải thì phương pháp xử lý sinh học có thể khử các chất sunfit, muối amôn, nitrat… - các chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn Sản phẩm của các quá trình phân hủy này là khí CO2, nước, khí N2, ion sunfat…

1.72 Điều kiện của nước thải có thể xử lý sinh học

Để cho quá trình chuyển hoá vi sinh vật xảy ra được thì vi sinh vật phải tồn tạiđược trong môi trường xử lý Muốn vậy thì được xử lý sinh học phải thoả mãn các điều kiện sau:

• Nước thải không có chất độc với vi sinh vật như các kim loại nặng, dẫn xuất phenol và cyanua, các chất thuộc loại thuốc trừ sâu và diệt cỏ hoặc nước thải không

có hàm lượng axit hay kiềm quá cao, không được chứa dầu mỡ

• Trong nước thải, hàm lượng các chất hữu cơ dễ phân huỷ so với các chất hữu cơ chung phải đủ lớn, điều này thể hiện qua tỷ lệ giá trị hàm lượng BOD/COD 0,5

1.7.3 Cơ chế của quá trình xử lí sinh học

Quá trình oxi hoá sinh hoá các chất hữu cơ trong môi trường nước thải chính là quá trình phân huỷ các chất hữu cơ của các vi sinh vật

Quá trình này gồm 3 giai đoạn, diễn ra với tốc độ khác nhau nhưng có quan hệ chặt chẽ với nhau:

 Giai đoạn khuyếch tán chất hữu cơ từ nước thải tới bề mặt các tế bào vi sinh vật Tốc độ của giai đoạn này do quy luật khuyếch tán và trạng thái thuỷ động của môi trường quyết định

 Giai đoạn chuyển các chất hữu cơ đó qua màng bán thấm của tế bào do sự chênh lệch bên trong và bên ngoài của tế bào

 Giai đoạn chuyển hoá sinh hoá các chất trong tế bào vi sinh vật để tạo ra năng lượng, tổng hợp tế bào mới và có thể tạo ra các chất mới

1.7.4.Tác nhân sinh học trong quá trình xử lý

Vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học là vi sinh vật Hệ vi sinh vật trong nước nói chung và trong nước thải nói riêng rất đa dạng và phong phú, phụ thuộc vào bản chất của nước và nước thải cũng như các điều kiện về môi trường Thường tron nước thải có chứa nhiều loài: vi khuẩn, nguyên sinh động vật, prôtza…

Vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải được xử dụng chủ yếu dưới hai dạng:

• Bùn Hoạt tính:

m Bông này khi tụ hợp lại vơi nhau thì dễ lắng Bùn hoạt tính có cấu tạo gồm các vi sinh vật, vi khuẩn, các nguyên sinh động vật protoza… phát triển thành sinh khối nhày và chắc.µLà huyền phù vi sinh vật trong nước thải dưới dạng bông màu nâu vàng có kích thước 3-5

Hoạt tính của vi sinh vật là kết quả của sự vận chuyển oxi vào bông sinh học Trong điều kiện khuấy trộn và làm thoáng ở bể với bùn hoạt tính thông thường bông sinh học có một lớp phủ trên bề mặt được gọi bề mặt hiếu khí Tính chất lắng và nén của bùn hoạt tính là hai chỉ tiêu chính để đánh giá sự thành công của phương pháp xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính Việc tạo bông liên quan chặt chẽ tới tốc độ phát triển của vi sinh vật và phụ thuộc vào bản chất của chất ô nhiễm, nồng độ oxi hoà tan và mức độ chảy rối

• Màng sinh học ( Màng sinh vật)

3 mm Màng sinh học cũng bao gồm các vi khuẩn, nấm, nguyên sinh động vật…

÷Màng sinh học là một hệ thống vi sinh vật phát triển trên bề mặt các vật liệu xốp, tạo thành màng dày 1

Quá trình xảy ra ở màng sinh học thường được xem như quá trình hiếu khí nhưng thực chất là hệ thống vi sinh vật hiếu và yếm khí Khi dòng nước thải chảy trên lớp màng sinh vật, các chất hữu cơ và oxi hoà tan khuyếch tán qua màng và ở đó diễn ra các quá trình trao đổi chất Sản phẩm của quá trình trao đổi chất thải ra ngoài qua màng Trong suốt quá trình, oxi hoà tan luôn được bổ sung từ không khí Theo thời gian, màng sinh học đầy dần lên, sau một thời gian màng bung ra và được thay thế bằng một lớp màng khác

1.7.4 Các phương pháp sinh học xử lý nước thải

1.7.4.1 Phương pháp hiếu khí

Sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí, để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxi liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 200C ÷400C

Phương trình sinh hoá tổng quát các phản ứng oxi hoá sinh hoá ở điều kiện hiếu khí:

Qúa trình chuyển hóa nội bào:

+ Qúa trình chuyển hóa chất hữu cơ:

 Ưu điểm của phương pháp hiếu khí :

• Thời gian xử lý nhanh

• Tải trọng lớn (do tốc độ xử lý nhanh)

• Xử lý triệt để BOD hơn phương pháp yếm khí

• Khử Nitơ trong nước thải tốt hơn phương pháp yếm khí

 Nhược điểm của phương pháp hiếu khí :

• Lượng bùn phát sinh lớn

• Yêu cầu BOD đầu vào nhỏ (≤500 mg/l)

• Khó phân hủy được một số chất béo, Protein, và chất rắn hữu cơ lơ lửng

• Trong điều kiện tự nhiên, xử lý hiệu quả không cao do thiếu oxy

• Trong điều kiện nhân tạo, tốn nhiều năng lượng cho sục khí, khuấy đảo

 Các công nghệ sử dụng phương pháp phân hủy hiếu khí :

Chất hữu cơ + O2 vsv CH4, H2S, NH3, CO2, H2O

 Ưu điểm của phương pháp yếm khí :

• Lượng bùn phát sinh nhỏ

• Có thể xử lý BOD đầu vào lớn (>500 mg/l)

• Phân hủy được các chất béo, Protein, và chất rắn hữu cơ lơ lửng

• Tạo ra khí biogas có thể dùng làm nhiên liệu

 Nhược điểm của phương pháp yếm khí :

• Thời gian xử lý chậm

• Thiết bị xử lý lớn

• Cần duy trì ở dải nhiệt độ phù hợp

• Xử lý không triệt để BOD

• Khử Nitơ trong nước thải kém

• Trong quá trình xử lý có sinh ra một số khí có mùi khó chịu

 Các công nghệ sử dụng phương pháp phân hủy hiếu khí :

• Hồ yếm khí

• Lọc sinh học yếm khí

• Bể ủ khí metan

• Bể UASB

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ CÁC NGUỒN PHÁT SINH

Thành phần chính của bia bao gồm :80 - 90% nước, 3 – 6% cồn,

0.3 – 0.4 H2CO3 và 5 – 10% là các chất tan, trong các chất tan thì 80% là gluxit, 8đến 10% là các hợp chất chứa nito, ngoài ra còn chứa các axit hữu cơ, chất khoáng,một số vitamin

2.1.2 Công nghệ sản xuất bia