Tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia bằng phương pháp sinh học lưu lượng 2000 m3/ngày đêm

Sản xuất bia là ngành đồ uống nên trong quá trình sản xuất phải sử dụng rất nhiều nước. Nguyên liệu cho sản xuất bia bao gồm malt, gạo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM VIỆN KHCN & QL MÔI TRƯỜNG

- -MÔN:

XỬ LÝ NƯỚC THẢIChuyên đề:

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Sản xuất bia là ngành đồ uống nên trong quá trình sản xuất phải sử dụng rấtnhiều nước Nguyên liệu cho sản xuất bia bao gồm malt, gạo Nguyên liệu này đượcnghiền nhỏ sau đó đưa vào chế biến dịch đường Trong quá trình nấu, nước được sửdụng nhiều cho nấu, cung cấp cho lò hơi để sản xuất hơi nước phục vụ cho công nghệ;nước dùng làm mát các máy móc thiết bị Nước dùng trong các quá trình sản xuất đểchuyển thành sản phẩm hoặc dùng ở dạng hơi thì hầu như không bị thải bỏ hoặc thảirất ít Nước thải trong sản xuất bia chủ yếu phát sinh từ quá trình rửa, vệ sinh máy mócthiết bị và vệ sinh nhà xưởng; chủ yếu tập trung ở các khu vực lên men, lọc bia vàchiết sản phẩm Với đặc thù của sản xuất bia đòi hỏi phải sử dụng lượng nước rửa và

vệ sinh khá lớn Thực tế cho thấy, đặc tính chung của nước thải trong sản xuất bia làchứa nhiều chất gây ô nhiễm với chủ yếu các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo, chấtrắn ở dạng lắng và lơ lửng; một số chất vô cơ hòa tan, hợp chất nitơ và phốt pho Tất

cả các chất gây ô nhiễm có trong nước thải đều từ các thành phần như bã malt, cặnlắng trong dịch đường lên men, các hạt trợ lọc trong khâu lọc bia, xác men thải khi rửathùng lên men, bia thất thoát cùng nước thải trong khâu chiết và khâu làm nguội chaisau khi thanh trùng Nước thải bia chứa nhiều chất dễ phân hủy sinh học nên có màunâu thẫm Nước thải một số bộ phận có độ pH khác nhau nhiều, thường nước thải quátrình lên men có tính axít, nước thải rửa chai có tính kiềm Hàm lượng ôxy hòa tantrong nước thải của nhà máy bia rất thấp Nhu cầu ôxy sinh học BOD và hóa học CODđều rất cao vượt quá tiêu chuẩn thải nhiều lần (COD hàm lượng 600-2400mg/l; BOD5hàm lượng 310-1400mg/l), trung bình lớn hơn 10 lần tiêu chuẩn cho phép Các giá trịBOD và COD thường thay đổi theo thời gian trong ngày Các giá trị cao là vào thờiđiểm xả nước rửa bã nồi nấu và thùng lên men Với các chỉ số gây ô nhiễm như trên và

hệ thống xử lý nước không đảm bảo nên chất lượng nước thải sau khi xử lý không đạttiêu chuẩn thải Nước thải chảy theo cống thoát nước thải riêng của nhà máy sau đóchảy vào cống thoát nước chung của khu vực gây ảnh hưởng ô nhiễm môi trường Do

đó, việc tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy bia là vấn đề cấpthiết cho quá trình phát triển ngành sản xuất thức uống của Việt Nam hiện nay

2

2 Mục đích:

Tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia bằng phương phápsinh học lưu lượng 2000 m3/ngày đêm, với thông số đầu vào như bảng 1, nước sau khi

xử lý đạt tiêu chuẩn loại B theo TCVN 5945-1995

Chương I Cơ sở lý thuyết I.1 Phương pháp cơ học:

I.1.1 Nguyên tắc chung:

Nước thải có thành phần hết sức phức tạp Trong nước thải không chỉ chứa các thành phần hoá học hoà tan, các loài vi sinh vật, mà còn chứa các chất không hoà tan Các chất không hoà tan có thể có kích thước nhỏ và có thể có kích thước lớn Người radựa vào kích thước và tỷ trọng của chúng để loại chúng ra khỏi môi trường nước, trước khi áp dụng các phương pháp hoá lý hoặc các phương pháp sinh học

Các vật chất có kích thước lớn như cành cây, bao bì chất dẻo, giấy, giẻ rách, cát, sỏi và cả những giọt dầu, mỡ Ngoài ra, vật chất còn nằm ở dạng lơ lửng hoặc ở dạng huyền phù

Tuỳ theo kích thước và tính chất đặc trưng của từng loại vật chất mà người ta đưa ra những phương pháp thích hợp để loại chúng ra khỏi môi trường nước Những phương pháp loại các chất rắn có kích thước lớn và tỷ trọng lớn trong nước được gọi chung là phương pháp cơ học

Phương pháp xử lý cơ học có thể loại bỏ được đến 60% các tạp chất không hoà tan có trong nước thải và giảm 20% BOD Các công trình trong xử lý cơ học bao gồm:

- Song chắn rác hoặc lưới lọc

- Bể lắng cát

- Bể lắng

- Điều hoà lưu lượng dòng chảy

- Quá trình tuyển nổi

I.1.2 Song chắn rác:

Song chắn rác nhằm chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hay ở dạng sợi:giấy, rau cỏ, rác … được gọi chung là rác Rác được chuyển tới máy nghiền để nghiềnnhỏ, sau đó được chuyển tới bể phân hủy cặn (bể mêtan) Đối với các tạp chất < 5 mmthường dùng lưới chắn rác Cấu tạo của thanh chắn rác gồm các thanh kim loại tiếtdiện hình chữ nhật, hình tròn hoặc bầu dục… Song chắn rác được chia làm 2 loại diđộng hoặc cố định, có thể thu gom rác bằng thủ công hoặc cơ khí Song chắn rác đượcđặt nghiêng một góc 60 – 90 0 theo hướng dòng chảy

I.1.3 Bể tách dầu mỡ

4

Bể tách dầu mỡ thường được ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp cóchứa dầu mỡ, các chất nhẹ hơn nước và các dạng chất nổi khác Đối với nước thải sinhhoạt, do hàm lượng dầu mỡ và các chất nổi không lớn cho nên có thể thực hiện việctách chúng ngay ở bể lắng đợt một nhờ các thanh gạt thu hồi dầu mỡ, chất nổi trên bềmặt bể lắng.

I.1.4 Bể lắng cát

Bể lắng cát dùng để tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn nhiều

so với trọng lượng riêng của nước như xỉ than, cát …… ra khỏi nước thải Thông thường cặn lắng có đường kính hạt khoảng 0,25 mm (tương đương độ lớn thuỷ lực là 24,5) chiếm 60% tổng số các hạt cặn có trong nước thải

Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang và bể lắng đứng

Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngang hoặc vòng qua bể vớivận tốc lớn nhất Vmax = 0,3 m/s, vận tốc nhỏ nhất Vmin = 0,15 m/s và thời gian lưu nước

từ 30 – 60 giây Đối với bể lắng đứng, nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng

từ dưới lên với vận tốc nước dâng từ 3 – 3,7 m/s, vận tốc nước chảy trong máng thu (xung quanh bể) khoảng 0,4 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động trong khoảng

2 -3,5 phút

Cát trong bể lắng được tập trung về hố thu hoặc mương thu cát dưới đáy, lấy cát

ra khỏi bể có thể bằng thủ công (nếu lượng cát < 0,5 m3/ngày đêm) hoặc bằng cơ giới (nếu lượng cát > 0,5 m3/ngày đêm) Cát từ bể lắng cát được đưa đi phơi khô ở sân phơi

và cát khô thường được sử dụng lại cho những mục đích xây dựng

I.1.5 Bể lắng:

Bể lắng làm nhiệm vụ tách các chất lơ lửng còn lại trong nước thải (sau khi qua

bể lắng cát) có tỷ trọng lớn hơn hoặc nhỏ hơn tỷ trọng của nước dưới dạng lắng xuốngđáy bể hoặc nổi lên trên mặt nước Thông thường bể lắng có ba loại chủ yếu: bể lắngngang (nước chuyển động theo phương ngang), bể lắng đứng (nước chuyển động theophương thẳng đứng), và bể lắng ly tâm (nước chuyển động từ tâm ra xung quanh)thường có dạng hình tròn trên mặt bằng Ngoài ra, còn một số dạng bể lắng khác như

bể lắng nghiêng, bể lắng được thiết kế nhằm tăng cường hiệu quả lắng

I.1.6 Điều hoà lưu lượng dòng chảy:

Trong quá trình xử lý nước thải cần phải điều hoà lượng dòng chảy Trong quátrình này thực chất là thiết lập hệ thống điều hoà lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễmtrong nước thải nhằm tạo điều kiện tốt nhất cho các công trình phía sau hoạt động ổnđịnh Bể điều hoà dòng chảy có thể bố trí trên dòng chảy hay bố trí ngoài dòng chảy

I.1.7 Quá trình tuyển nổi:

Tuyển nổi là quá trình tách các chất ở dạng rắn hoặc dạng lỏng, phân tán khôngtan trong nước thải có khối lượng riêng nhỏ, tỷ trọng nhỏ hơn nước không thể lắngbằng trọng lực hoặc lắng rất chậm Phương pháp tuyển nổi được thực hiện bằng cáchtrộn lẫn các hạt khí nhỏ và mịn vào nước thải, khi đó các hạt khí sẽ kết dính với cáchạt của nước thải và kéo theo những hạt vật chất này theo bọt khí nổi lên bề mặt Khi

đó ta có thể dễ dàng loại chúng ra khỏi hệ thống bằng thiết bị vớt bọt

Để tăng hiệu suất tạo bọt, người ta thường sử dụng các chất tạo bọt như eresol,phenol nhằm giảm năng lượng bề mặt phân pha Tuỳ theo phương thức cấp không khívào nước, quá trình tuyển nổi bao gồm các dạng sau:

 Tuyển nổi bằng khí phân tán: Khí nén được thổi trực tiếp vào bể tuyển nổi đểtạo thành các bọt khí có kích thước từ 0,1 – 1 mm, gây xáo trộn hỗn hợp khí - nướcchứa cặn Cặn tiếp xúc với bọt khí, kết dính và nổi lên bề mặt

 Tuyển nổi chân không: bão hoà không khí ở áp suất khí quyển, sau đó thoát khí

ra khỏi nước ở áp suất chân không Hệ thống này ít sử dụng trong thực tế vì khó vậnhành và chi phí cao

 Tuyển nổi bằng khí hoà tan: Sục không khí vào nước ở áp suất cao (2-4 at), sau

đó giảm áp giải phóng khí Không khí thoát ra sẽ tạo thành bọt khí có kích thước 20 100m

-I.2 Xử lý sinh học

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình nhằm phânhủy các vật chất hữu cơ ở dạng hòa tan, dạng keo và dạng phân tán nhỏ trong nướcthải nhờ vào sự hoạt động của các vi sinh vật Quá trình này xảy ra trong điều kiệnhiếu khí hoặc kị khí tương ứng với hai tên gọi thông dụng là: qua trình xử lý sinh họchiếu khí và quá trình xử lý sinh học kỵ khí (yếm khí)

6

Quá trình xử lý sinh học kị khí thường được ứng dụng để xử lý sơ bộ các loạinước thải có hàm lượng BOD5 cao (>1000 mg/l), làm giảm tải trọng hữu cơ và tạođiều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hiếu khí diễn ra có hiệu quả Xử lý sinh học

kị khí còn được áp dụng để xử lý các loại bùn, cặn (cặn tươi từ bể lắng đợt một, bùnhoạt tính sua khi nén …) trong trạm xử lý nước thải đô thị và một số ngành côngnghiệp

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí được ứng dụng có hiệu quả cao đối với nước thải

có hàm lượng BOD5 thấp như nước thải sinh hoạt sau xử lý cơ học và nước thải củacác ngành công nghiệp bị ô nhiễm hữu cơ ở mức độ thấp (BOD5 < 1000 mg/l) Tùytheo cách cung cấp oxy mà quá trình xử lý sinh học hiếu khí được chia làm hai loại:

- Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên (oxy được cung cấp từ khôngkhí tự nhiên do quang hợp của tảo và thực vật nước) với các công trình tương ứng như:cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hồ sinh học, đất ngập nước…

- Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo (oxy được cung cấp bởi cácthiết bị sục khí cưỡng bức, thiết bị khuấy trộn cơ giới…) với các quá trình và côngtrình tương ứng như sau:

 Quá trình vi sinh vật lơ lửng (qúa trình bùn hoạt tính):

 Bể bùn hoạt tính thổi khí (Aerotank)

 Mương oxy hóa

 Hồ sinh học

 Quá trình vi sinh vật dính bám (Quá trình màng vi sinh vật):

 Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Biophin)

 Bể lọc sinh học cao tải

I.3 Xử lý hóa học:

Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý là áp dụng cácquá trình vật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác độngvới các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặcchất hoà tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường Giai đoạn xử lý hoá

lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hoáhọc, sinh học trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh

Những phương pháp hoá lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là : keo tụ,đông tụ, hấp phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêu lọc …

I.3.1 Phương pháp keo tụ và đông tụ

Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thểtách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn cókích thước quá nhỏ Để tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả bằng phương pháplắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hổ giữa các hạt phân tánliên kết thành tập hợp các hạt, nhằm tăng vận tốc lắng của chúng Việc khử các hạt keorắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, thứ đến

là liên kết chúng với nhau Quá trình trung hoà điện tích thường được gọi là quá trìnhđông tụ (coagulation), còn quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi làquá trình keo tụ (flocculation)

I.3.2 Hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏicác chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi nước thải cóchứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó Những chất này không phân huỷ bằng conđường sinh học và thường có độc tính cao Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và chiphí riêng cho lượng chất hấp phụ không lớn thì việc ứng dụng phương pháp này là hợp

lý hơn cả

Các chất hấp phụ thường được sử dụng như: than hoạt tính, các chất tổng hợp

và chất thải của vài ngành sản xuất được dùng làm chất hấp phụ (tro, xỉ, mạt cưa …).Chất hấp phụ vô cơ như đất sét, silicagen, keo nhôm và các chất hydroxit kim loại ítđược sử dụng vì năng lượng tương tác của chúng với các phân tử nước lớn Chất hấpphụ phổ biến nhất là than hoạt tính, nhưng chúng cần có các tính chất xác định như :tương tác yếu với các phân tử nước và mạnh với các chất hữu cơ, có lỗ xốp thô để có

8

thể hấp phụ các phân tử hữu cơ lớn và phức tạp, có khả năng phục hồi Ngoài ra, thanphải bền với nước và thấm nước nhanh Quan trọng là than phải có hoạt tính xúc tácthấp đối với phản ứng oxy hóa bởi vì một số chất hữu cơ trong nước thải có khả năng

bị oxy hoá và bị hoá nhựa Các chất hoá nhựa bít kín lổ xốp của than và cản trở việc táisinh nó ở nhiệt độ thấp

I.3.3 Phương pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổivới ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này gọi làcác ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước

Các chất có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là cationit,những chất này mang tính axit Các chất có khả năng hút các ion âm gọi là anionit vàchúng mang tính kiềm Nếu như các ionit nào đó trao đổi cả cation và anion gọi là cácionit lưỡng tính

Phương pháp trao đổi ion thường được ứng dụng để loại ra khỏi nước các kimloại như: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, M …, các hợp chất của Asen, photpho, Cyanua vàcác chất phóng xạ

Các chất trao đổi ion là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên haytổng hợp nhân tạo Các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm có các zeolit, kim loạikhoáng chất, đất sét, fenspat, chất mica khác nhau … vô cơ tổng hợp gồm silicagen,pecmutit (chất làm mềm nước ), các oxyt khó tan và hydroxyt của một số kim loại nhưnhôm, crôm, ziriconi … Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên gồm axithumic và than đá chúng mang tính axit, các chất có nguồn gốc tổng hợp là các nhựa có

bề mặt riêng lớn là những hợp chất cao phân tử

được sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử trên 500 và có áp suất thẩmthấu nhỏ (ví dụ như các vi khuẩn, tinh bột, protein, đất sét …) Còn thẩm thấu ngượcthường được sử dụng để khử các vật liêu có khối lượng phân tử thấp và có áp suấtcao

I.3.5 Phương pháp điện hoá

Mục đích của phương pháp này là xử lý các tạp chất tan và phân tán trong nướcthải, có thể áp dụng trong quá trình oxy hoá dương cực, khử âm cực, đông tụ điện vàđiện thẩm tích Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng điện

1 chiều đi qua nước thải

Nhược điểm lớn của phương pháp này là tiêu hao điện năng lớn

Chương II: Công nghệ sản xuất bia và các nguồn phát sinh nước thải

II.1 Công nghệ sản xuất bia:

Các công đoạn chính của công nghiệp sản xuất bia bao gồm:

- Chuẩn bị nguyên liệu: Malt đại mạch và nguyên liệu thay thế (gạo, lúa mì, ngô)

được làm sạch rồi đưa vào xoay, nghiền ướt để tăng bề mặt hoạt động của enzym vàgiảm thời gian nấu

- Lọc dịch đường để thu nước nha trong và loại bỏ malt Quá trình gồm hai bước:

Bước 1: Lọc hỗn hợp dịch đường thu nước nha đầu;

Bước 2: Dùng nước nóng rửa bã thu nước nha cuối và tách bã malt

- Nấu với hoa houblon để tạo ra hương vị cho bia, sau đó nước nha được qua

thiết bị tách bã hoa

- Làm lạnh: Nước nha từ nồi nấu có nhiệt độ xấp xỉ 100oC được làm lạnh tớinhiệt độ thích hợp của quá trình lên men, ở nhiệt độ vào khoảng 10 – 16oC và qua haigiai đoạn Giai đoạn 1 dùng nước lạnh hạ nhiệt độ xuống chừng 60oC và giai đoạn 2dùng tác nhân lạnh glycol để hạ nhiệt độ xuống còn chừng 14oC

- Lên men chính và lên men phụ: Đây là các quá trình quan trọng trong sản xuất

bia Quá trình lên men nhờ tác dụng của men giống để chuyển hoá đường thành alcoletylic và khí cacbonic:

6H O 2C H OH 2CO C

10

Nhiệt độ duy trì trong giai đoạn lên men chính (6 đến 10 ngày) từ 8 đến 10oC Sau

đó tiếp tục thực hiện giai đoạn lên men phụ bằng cách hạ nhiệt độ của bia non xuống 1đến 3oC và áp suất 0,5 đến 1 at trong thời gian 14 ngày cho bia hơi và 21 ngày cho biađóng chai, lon Quá trình lên men phụ diễn ra chậm và thời gian dài giúp cho các cặnlắng, làm trong bia và bão hoà CO2, làm tằng chất lượng và độ bền của bia Nấm mentách ra, một phần được phục hồi làm men giống, một phần thải có thể làm thức ăn giasúc Hạ nhiệt độ của bia non để thực hiện giai đoạn lên men phụ có thể dùng tác nhânlàm lạnh glycol

- Lọc bia nhằm loại bỏ tạp chất không tan như nấm men, protein, houblon làm

cho bia trong hơn trên máy lọc khung bản với chất trợ lọc là diatomit

- Bão hoà CO 2 và chiết chai: Trước khi chiết chai, bia được bão hoà CO2 bằngkhí CO2 thu được từ quá trình lên men chứa trong bình áp suất Các dụng cụ chứa bia(chai, lon, két) phải được rửa, thanh trùng đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh, sau đó thựchiện quá trình chiết chai ở điều kiện chân không để hạn chế khác nhau để đảm bảochất lượng trong thời gian bảo hành

Trong công nghệ sản xuất bia, nước được dùng vào các mục đích:

- Làm nguyên liệu pha trộn theo tỷ lệ nhất định để nghiền ướt malt và gạo (haylúa mì) và bổ sung tiếp trong quá trình nấu - đường hóa

- Sản xuất hơi nước dùng cho quá trình nấu – đường hoá, nấu hoa, thanh trùng

- Một lượng nước lớn dùng cho quá trình rửa chai, lon, thiết bị máy móc và sànthao tác

Tách bãNấu hoa

Nước thải

Nấu - đường hoá

Thành phẩm

Chuẩn bị nguyên liệu

Chiết chai, lon

Làm lạnh

Bão hoà CO2

Lọc dịch đường

Lên men phụLên men chính

Đóng nắpLọc bia

Thanh trùng

Nước cấp Nước cấp

cho sản xuất

Hơi nóngRửa chai

Xút

GạoMalt

Hình Công nghệ và nước thải nhà máy bia

II.2 Các nguồn phát sinh nước thải và đặc tính nước thải công nghiệp sản xuất bia.

Nước thải công nghệ sản xuất bia bao gồm:

- Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như không bị ônhiễm, có khả năng tuần hoàn sử dụng lại

- Nước thải từ bộ phận nấu - đường hoá, chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu, bểchứa, sàn nhà … nên chứa bã malt, tinh bột, bã hoa, các chất hữu cơ, …

- Nước thải từ hầm lên men là nước vệ sinh các thiết bị lên men, thùng chứa,đường ống, sàn nhà, xưởng, … có chứa bã men và chất hữu cơ

- Nước thải rửa chai, đây cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớntrong công nghệ sản xuất bia Về nguyên lý để đóng chai thì phải được rửa qua cácbước: 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 Do đó, dòng thải củaquá trình rửa chai có độ ph cao vào làm cho dòng thải chung có giá trị pH kiềm tính.Kiểm tra nước thải từ các máy rửa chai đối với loại chai 0,5lit cho thấy mức độ ônhiễm như trong bảng 2:

Bảng 2: Ô nhiễm nước thải từ nhà máy bia

nhãn dán chia có in ấn bằng các loại thuốc in có chứa kim loại Hiện nay, loại nhãndán chia có chứa kim loại đã bị cấm sử dụng ở nhiều nước Trong nước thải có tồn tạiAOX là do trong quá trình khử trùng có dung chất khử là hợp chất của clo

Trong sản xuất bia, công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác,

sự khác nhau có thể chỉ là sử dụng phưong pháp lên men chìm hay nổi Nhưng sự khácnhau cơ bản là vấn đề sử dụng nước cho quá trình rửa chai, lon, máy móc thiết bị, sànnhà, … Điều đó dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ô nhễm của cácnhà máy bia rất khác nhau Ở các nhà máy bia có biện pháp tuần hoàn nước và côngnghệ rửa tiết kiệm nước thì lượng nước thấp Số liệu trung bình của những thông số ônhiễm như sau:

- Lượng nước cấp cho 1000 lít bia là 4 – 8 m3

- Nước thải tính từ sản xuất 1000 lít bia là 2,5 – 6 m3

- Tải trọng BOD5 là 3 – 6 kg/1000 lít bia

Clo

BCL

San lấp

xử lý làm phân bónSong chắn rác

Nước thải

 Thuyết minh quy trình công nghệ:

Nước thải từ quá trình sản xuất qua song chắn rác, tại đây rác có kích thước lớnđược loại bỏ, rác được đưa đến nơi chôn lấp Nước thải đến bể lắng cát ngang, các hạtcặn có thể lắng được sẽ được giữ lại ở đây, cát sẽ được mang đến sân phơi cát để mangđược chôn lấp hoặc sang lấp Nước thải được đưa đến bể tuyển nổi có thổi khí, các hạtcặn không thể lắng ở bể lắng cát và dầu mỡ sẽ được tách ra khỏi nước thải Nước thảiđược đưa đến bể điều hoà, tại đây nước thải được ổn định và lưu lượng và nồng độ.Sau đó nước thải qua bể axit hoá để điều chỉnh pH về trung tính Nước thải tiếp tụcđược đưa qua bể UASB, tại đây hàm lượng BOD và COD giảm xuống một cách nhanhchóng Khí thoát ra được tận dụng để cung cấp năng lượng cho quá trình sản xuất

Nước thải qua bể Aerotank, hàm lượng BOD và COD cũng giảm xuống, nước thải tiếptục đến bể lắng 2, lượng bùn dư sẽ được giữ lại, một phần bùn sẽ được tuần hoàn về bểaerotank, một phần đưa qua bể nén bùn rồi đến máy ép bùn, bùn sau được xử lý làmphân bón Nước thải từ bể lắng 2 được đưa đến bể tiếp xúc, tại đây nước được khửtrùng bằng Clorine và thải ra nguồn tiếp nhận.

Hiệu quả xử lý cao, nước sau khi xử lý có thể thải trực tiếp ra ngoài môi trường

Có thể thu hồi năng lượng ở bể UASB để cung cấp cho quá trình sản xuất.Bùn được xử lý để làm phân bón

Có nhiều công trình đơn vị do đó chi phí đầu tư cao

Chiếm một diện tích khá lớn

III.2 Phương án 2:

Hình: Sơ đồ hệ thống xử lý nhà máy bia Bavane Lieshout, Hà Lan

Nước thải được đưa vào bể chứa (1), tại bể này lưu lượng nước thải được làm

ổn định và điều chỉnh pH Nước thải tiếp tục qua bể Axit hoá (2), do nước thải đầu vào

có pH tương đối cao nên cần phải điều chỉnh pH về trung tính Tại đây, nước tải bểaxit hoá cũng được tuần hoàn về bể chứa (1) để tắng hiệu qua ổn định pH của nướcthải Nước thải được đưa qua bể UASB, hàm lượng COD và BOD ở bể này giảmxuống rất nhanh, khí sinh ra được tận dụng để làm năng lượng cho quá trình sản xuất

16

Tiếp tục, nước thải qua bể tiếp xúc (4) rồi đến bể aerotank (5), hàm lượng COD vàBOD ở đây cũng giảm xuống nhanh chóng Nước tiếp tục qua bể lắng 2 (6), một phầnbùn sẽ được tuần hoàn về bể Aerotank, nước từ bể lắng 2 được thải ra nguồn tiếp nhận.

Nếu nước thải có pH trung hoà và hàm lượng COD, BOD thấp thì sẽ trực tiếpđưa về bể tiếp xúc 4

Quy trình xử lý nước thải này chỉ phù hợp cho lưu lượng nước thải thấp

Không có song chắn rac, do đó dễ làm tắc nghẽn cho các công trình phia sau.Không có giai đoạn khử trùng, nước đươc thải ra nguồn tiếp nhận thường chứanhiều vi sinh vật gây bệnh

III.3 Phương án 3:

 Thuyết minh quy trình công nghệ:

Nước thải từ quá trình sản xuất qua song chắn rác, tại đây rác có kích thước lớnđược loại bỏ, rác được đưa đến nơi chôn lấp Nước thải đến bể lắng cát ngang, các hạtcặn có thể lắng được sẽ được giữ lại ở đây, cát sẽ được mang đến sân phơi cát để mangđược chôn lấp hoặc sang lấp Nước thải được đưa đến bể tuyển nổi có thổi khí, các hạtcặn không thể lắng ở bể lắng cát và dầu mỡ sẽ được tách ra khỏi nước thải Nước thảiđược đưa đến bể điều hoà, tại đây nước thải được ổn định và lưu lượng và nồng độ,điều chỉnh pH về trung tính Nước thải qua bể lắng 1, hàm lượng SS giảm đi một cáchđáng kể và cặn bùn được đua về bề nén bùn Nước thải tiếp tục được đưa qua bểUASB, tại đây hàm lượng BOD và COD giảm xuống một cách nhanh chóng Khí thoát

ra được tận dụng để cung cấp năng lượng cho quá trình sản xuất Nước thải qua bể

18

Song chắn rác

Bể lắng cát

Bể điều hoà và ổn định pH

Clo

BCL

San lấp

xử lý làm phân bónNước thải

Aerotank, hàm lượng BOD và COD cũng giảm xuống, nước thải tiếp tục đến bể lắng

2, lượng bùn dư sẽ được giữ lại, một phần bùn sẽ được tuần hoàn về bể aerotank, mộtphần đưa qua bể nén bùn rồi đến máy ép bùn, bùn sau được xử lý làm phân bón Nướcthải từ bể lắng 2 được đưa đến bể tiếp xúc, tại đây nước được khử trùng bằng Clorine

và thải ra nguồn tiếp nhận

Hiệu quả xử lý cao, nước sau khi xử lý có thể thải trực tiếp ra ngoài môi trường

Có thể thu hồi năng lượng ở bể UASB để cung cấp cho quá trình sản xuất.Bùn được xử lý để làm phân bón

Lưu lượng trung bình ngày đêm: Qtb = 2000 m3/ngày đêm

Lưu lượng trung bình giờ:

h m

Q

Q s tb

3600 24

2000 3600

IV.2 Tính toán song chắn rác:

Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý nước trước hết phải qua song chắn rác Tạiđây các thành phần rác có kích thước lớn như: vải vụn, vỏ đồ hộp, lá cây … được giữalại Nhờ đó tránh làm tắc nghẽn và bào mòn bơm, đường ống hoặc kênh dẫn Đây làbước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệthống xử lý nước thải

023 , 0 0

Q n

s tb

kheTrong đó

k0 = 1.05 - hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy, cào rác bằng cơ giới

n: số khe hở

s

Qmax: lưu lượng giây lớn nhất của nước thải

V: tốc độ nước chảy qua song chắn rác (0,4-0,8 m/s); chọn v = 0,65 m/s

b = 0,02 khoảng cách giữa các khe hở của song chắn

Vậy chiều rộng mỗi song chắn rác là:

Bs = S.(n1 +1) + b.n1 = 0,008.(9+1) + 0,02 9 = 0,26 (m)Trong đó

S: chiều dày thanh song chắn = 0,008m

Kiểm tra lại vận tốc dòng chảy tại vị trí mở rộng của mương trước song chắnứng với lưu lượng nước thải nhỏ nhất nhằm tránh sự lắng cặn tại đó Vận tốc này phải

> 0,4 m/s

20

s m s

m h

B

Q V

s

s

2 , 0 26 , 0

023 , 0 1

m g

V V

81,92

44,065,07,0

12

7,0

) ( 553 , 0 3 , 0 0053 , 0 2 , 0

Bể lắng cát ngang được thiết sao cho vận tốc chuyển động ngang của dòng chảy

là 0,15 m/s < v < 0,3 m/s và thời gian lưu nước trong bể là 30’ < t < 60’ (điều 6.3 20TCN 51-84)

 Tính toán bể lắng cát ngang:

Chiều dài của bể lắng cát ngang được tính theo công thức:

m m U

H v K

7 , 18

5 , 0 15 , 0 7 , 1 1000 1000

H -Chiều sâu tính toán của bể lắng cát Chọn H= 0,5 (m) (tiêu chuẩn 0,5 – 1,2 m)

U0 - Độ thô thủy lực của hạt cát (mm/s)

Với điều kiện bể lắng cát giữ lại các hạt cát có đường kính lớn hơn 0,2 mm Theo bảng 24-20 TCN 561-84 ta có U 0 = 18,7 mm/s.

K - Hệ số lấy theo bảng 24-20 TCXD 51-84, với bể lắng cát ngang K = 1,7

v- Vận tốc dòng chảy trong bể Chọn v = 0,15 m/s

Diện tích ướt của phần lắng:

2 max 0 , 153

15 , 0 1

023 , 0

m v

5 , 0

153 , 0





Xây bể lắng cát gồm một ngăn công tác và một ngăn dự phòng với kích thướcmỗi ngăn là: Chiều dài L = 9 m và chiều rộng B = 0,3

Kiểm tra chế độ làm việc của bể lắng cát ngang tương ứng với Q s m s

tb 0 , 023 3 /



s m H

B n

Q V

s

/ 153 , 0 5 , 0 3 , 0 1

023 , 0

7

s v

L

Lượng cát trung bình sau mỗi ngày đêm là:

ngaydem m

q Q

W tb

1000

15 , 0 2000 1000

3 0

Trong đó, q 0 = 0,15 m 3 /ngày đêm là lượng cát trong 1000 m 3 nước thải.

Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát ngang trong 1 ngày đêm:

m n

B L

t W

1 3 , 0 7

1 3 , 0

Với t = 1 ngày đêm là chu kỳ xả cát.

Chiều cao xây dựng của bể lắng cát ngang:

m H

h H

H xd   c bv  0 , 5  0 , 143  0 , 3  0 , 943

Với H bv = 0,3 m là chiều cao bảo vệ

 Tính toán sân phơi cát:

Nhiệm vụ sân phơi cát là làm ráo nước trong hỗn hợp cát-nước cho dễ dàng vậnchuyển cát đi nơi khác

Chọn: Chiều dài của sân phơi cát Ls = 5m

Thời gian phơi cát = Chu kỳ xả cát = 1 ngày đêm

Thể tích cát Wc = 0,3 m3/ngày đêm

Chiều rộng của sân phơi cát:

m L

h t

W B

s

c

5 03 , 0 1

3 , 0

Vậy diện tích của sân phân cát là: L sB s  5 m 2m

IV.4 Tính toán bể điều hoà:

Lưu lượng và chất lượng nước thải từ cống thu gom chảy về trạm xử lí nước thải, đặc biệt đối với dòng thải công nghiệp và dòng nước mứa thường xuyên dao động

22

theo thời gian trong ngày Khi hệ số không điều hòa k ≥ 1,4 thì nên xây dựng bể điều

hòa để đảm bảo cho công trình xứ lí làm việc ổn định và đạt được giá trị kinh tế.

Có hai loại bể điều hòa: bể điều hòa lưu lượng và chất lượng và bể điều hòa chất lượng

Mục đích xây dựng bể điều hòa:

Giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước do quá trình sản xuất thải ra không đều

Tiết kiệm hóa chất để trung hòa nước thải

Giữ ổn định lưu lượng nước đi vào các công trình xử lý tiếp theo

 Hàm lượng BOD, COD, SS sau bể điều hòa đạt:

BOD = 95% x 1500 = 1425 mg/l

COD = 95% x 2000 = 1900 mg/l

SS = 85% x 300 = 255 mg/l

 Tính toán bể điều hoà:

Chọn thời gian lưu nước thải trong bể là 4 giờ

Thể tích bể điều hoà:

3

32 , 333 4 33 ,

t Q

tb

Thể tích thực tế của bể điều hoà: Wth = 1,2 Wdh = 1,2 333,32 = 400 m3

Chọn chiều sâu mực nước là Hdh = 4 Diện tích của bể điều hoà:

2 100 4

400

m H

W S

Chiều cao xây dựng của bể điều hoà: Hxd = Hdh + Hbv = 4 + 0,5 = 4,5m

Xây bể điều hoà hình chữ nhật có kích thước là :

m m

m H

B

L dh dh xd  12  8  4 , 5

 Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hoà (bằng khí nén)

Lượng không khí cần thiết:

h m a

Q

tb khi 83 , 33 3 , 74 311 , 65 3 /

Với a = 3,74m 3 khí/m 3 nước thải là lưu lượng không khí cấp cho bể điều hoà.

Chọn hệ thống ống cấp khí bằng thép có đục lỗ, có 4 ống đặt dọc theo chiều dàicủa bể điều hoà, mỗi ống cách nhau 2m

Lưu lượng khí trong mỗi ống:

h m v

L q

v

q d

ong

ong

3600 10

165 , 31 4 3600

h m d

3 2

165 , 31

Tại bể điều hòa có đặt bơm chìm để bơm nước thải qua bể lắng 1, do đó ta phảitính công suất của bơm đặt tại đây

Cột áp toàn phần của bơm: H = 4,5m + 0,3m = 4,8m

Lưu lượng bơm: Q = 2000 m3/ngày.đêm

Công suất của máy bơm:

kW

gHQ

86400 8

, 0 1000

2000 8

, 4 81 , 9 1000

Hd = hd + hc + hf + HTrong đó:

o hd, hc: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn vàtổn thất cục bộ tại các điểm uốn, khúc quanh

Hd = 0,4m + 0,5m + 4m = 4,9m

Áp lực không khí sẽ bằng:

10,33 4,9

1, 4710,33

lơ lửng sau khi qua bể lắng đợt 1 cần đạt ≤150 mg/l

 Hàm lượng sau khi ra khỏi bể lắng 1 phải đạt:

Trong đó t là thời gian lắng được

xác định bắng thực nghiệm về động học

lắng Trường hợp không tiến hành thực

nghiệm được, thời gian lắng (t) đối với bể

1

4

5 , 62

m H

Đường kính thực tế của bể lắng là: D tt  1 , 2 D(lt)  1 , 2  4 , 5  5 , 4m

Đường kính ống trung tâm: d  20 %D tt  20 %  5 , 4  1 , 08m

Chọn: Chiều cao lớp bùn lắng hb = 0,7 m

Chiều cao an toàn h = 0,5 m

Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng 1

Htc= H1 + h + hb = 4 + 0,5 + 0,7 = 5,2 mChiều cao ống trung tâm

m H

h 60 % 1  60 %  4  2 , 4

Ta chọn 3 bể, hai bể công tác và một bể dự phòng Kích thước mỗi bể lắng:

m m

H

D tt  tc  5 , 4  5 , 2

26

Thông số Giá trị

Thời gian lưu nước (giờ) 1.5-2.5 2

Tải trọng bề mặt (m3/m2ngay) 32-48

Lưu lượng trung bình 32-48

Lưu lượng cao điểm 80-120

Bảng 3: Thông số thiết kế đặc trưng cho bể lắng ly tâm

Tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng trong bể lắng được tính theo công thức:

s mm t

H

5 , 1 6 , 3

4 6

, 3

Hiệu suất lắng của chất lơ lửng trong nước thải ở bể lắng 1 phụ thuộc vào tốc

độ lắng của hạt căn lơ lửng trong nước thải (U = 0,74 mm/s) và hàm lượng ban đầucủa hạt cặn lơ lửng (Cdv = 255 mg/L) và có thể lấy theo bảng 4:

Hiệu suất lắng

của chất lơ

lửng(%)

Tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng, U (mm/s) ứng với hàm lượng

ban đầu của chất lơ lửng C (mg/L)

Bảng 4: Hiệu suất lắng của chất lơ lửng trong nước thải ở bể lắng 1

Với Cdv = 255 mg/L và U = 0,74 Chọn hiệu suất lắng E1 = 45%

Hàm lượng chất lơ lửng triôi theo nước ra khỏi bể lắng 1 được tính theo côngthức:

L mg L

mg E

C

C dv 140 , 25 / 150 /

100

) 45 100 ( 255 100

) 100

9,872

 Tính toán lượng bùn sinh ra

Giả sử hiệu suất xử lý cặn lơ lửng đạt 60% ở tải trọng 3 2

35m m ngày/ Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày

ngày KgSS g

Kg ngày

m m

gSS

1000

1 6 , 0 /

2000 /

Tỉ số VSS:TSS = 0,75 và khối lượng riêng bùn tươi là 1,053kg/lít

Vậy lưu lượng bùn tươi cần phải xử lý là

ngay m

ngày l

Kg

ngay Kg

/ 053 , 1 05 , 0

Q:lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm, m3/ngàyđêmH:áp suất toàn phần của bơm, mH2O

28