tiểu luận công nghệ xử lý nước thải: thiết kế hệ thống xử lý các chất thải cho nhà máy sản xuất bia

Nhu cầu sử dụng bia ngày càng tăng, các nhà máy sản xuất bia phát triển ngày càng mạnh mẽ về cả số lượng và chất lượng.Sự tăng trưởng đó đã kéo theo vấn đề về chất thải sản xuất như chất

I Đặt vấn đề

Song song với việc phát triển kinh tế xã hội thì vấn đề ô nhiễm môi trường đang là vấn đề nóng của toàn xã hội Công nghiệp phát triển lượng rác thải xả ra môi trường càngnhiều, gây ảnh hưởng tới mỹ quan và sức khỏe con người

Trong đó, công nghiệp sản xuất bia cũng là một ngành công nghiệp thải ra môi trường một lượng lớn nước thải và các chất ô nhiễm Nhu cầu sử dụng bia ngày càng tăng, các nhà máy sản xuất bia phát triển ngày càng mạnh mẽ về cả số lượng và chất lượng.Sự tăng trưởng đó đã kéo theo vấn đề về chất thải sản xuất như chất thải rắn gồm:

bã hèm, bã men…, khí phát sinh ra trong quá trình sản xuất nồi hơi, hơi, mùi hóa chất sử dụng… và đặc biệt là một lượng nước thải vô cùng lớn với mức độ ô nhiễm cao (khoảng 2-8 lít nước thải/1 lít bia)

Vì vậy, vấn đề bức thiết đặt ra hiện nay là cải thiện quy trình sản xuất, bên cạnh việc thiết

kế hệ thống xử lý các chất thải phù hợp để đảm bảo tiêu chuẩn TCVN 5945 -2005 và không gây ảnh hưởng xấu tới môi trường Để đảm bảo cho sự phát triển bền vững của của

xã hội loài người và trái đất của chúng ta

II Nội dung

2.1 Lịch sử phát triển ngành công nghiệp sản xuất bia

Bia là loại thức uống được con người tạo ra khá lâu đời, được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt, gạo, hoa houblon, nước; sau quá trình lên men tạo loại nước uống mát, bổ, có độ mịn xốp, có độ cồn thấp Ngoài ra, CO2 bão hoà trong bia

có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát và có hệ men khá phong phú như nhóm enzym kích thích tiêu hoá amylaza Vì những ưu điểm này mà bia được sử dụng rộng rãi trênkhắp thế giới

Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều hãng bia, tương ứng với nó là sự xuất hiệnkhông ngừng các nhà máy sản xuất bia Ở Châu Âu, dựa theo khí hậu ta có thể

chia ra 3 vành đai:

- Vành đai rượu vang: miền nam Châu Âu ( Tây Ban Nha, Pháp, Ý)

- Vành đai bia: miền trung Châu Âu ( Bỉ, Ailen, Anh, Hà Lan, Đức, các nước

Đông Âu, vùng Alsace, Lorraine, Arennes và Nord Pas de Calais của Pháp)

- Vành đai rượu cồn: miền bắc ( Scotland, Thụy Điển, Ba lan, Nga)

Tập đoàn Carlsberg là một trong những tập đoàn lớn nhất trên Thế giới tronglĩnh vực sản xuất bia Sản phẩm bia Carlsberg hiện có mặt trên 150 quốc gia trênthế giới Trải qua 160 năm phát triển, đến nay tập đoàn Carlsberg đã có 65 nhàmáy sản xuất bia tại 40 nước trên khắp thế giới và hơn 100 công ty trực thuộc,phần lớn nằm ngoài Đan Mạch với số người làm việc chính thức vượt trên 31.000người

Kronenbourg 1664 được xếp hạng là loại bia siêu cao cấp trên thị trường thếgiới Thứ nhất, đó là đẳng cấp quốc tế: đây là bia số 1 của Pháp, được bán trên 70quốc gia, và được yêu thích trên toàn thế giới Thứ hai, sản phẩm này có lịch sửlâu đời với hơn 350 năm, từ năm 1664 khi nghệ nhân nấu bia Jerome Hatt choxuất xưởng mẻ bia đầu tiên

Công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu, bao gồm chủ yếu là các tổ hợp được ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn Với mỗi loại men khác nhau, thành phần sử dụng để sản xuất bia khác, nên các đặc trưng của bia như hương vị và màu sắc cũng thay đổi rất khác nhau Đơn cử như một số cách sản xuất bia không cồnxuất phát từ thế giới phương Tây, là các loại bia đi qua công đoạn xử lý để loại bỏ bớtcồn Do đó, trên thế giới có rất nhiều hãng bia, tương ứng với nólà sự xuất hiện của nhiều nhà máy bia, với nhiều loại bia khác nhau

Hình 1: Quy trình sản xuất bia

Ở Việt Nam, song song với quá trình phát triển kinh tế, nhu cầu sử dụng nước giải khát ngày càng tăng, trong đó bia được tiêu thụ mạnh nhất trong những sản phẩm đồ uống có cồn, chiếm khoảng 89% tổng doanh thu và 97% về khối lượng (Bộ công thương, 2007), sử dụng khoảng 2,6 tỷ lít trong năm 2012 (theo thống kê của hãng nghiên cứu Euromonitor International) với các hãng bia nổi tiếng như: Heniken, Hà Nội, Sài Gòn, Việt Hà…, và đã trở thành quốc gia tiêu thụ bia nhiều nhất Đông Nam Á

Vì thế, trong những năm qua, các nhà máy bia đó được đầu tư xây dựng ngày càngnhiều, cụ thể là hiện nay cả nước có khoảng 470 nhà máy và cơ sở sản xuất với các qui mô khác nhau từ 100.000 lít/năm đến 100 triệu lít/năm, tổng công suất của các

nhà máy bia trong nước đó lên đến 2 tỷ lít/năm Riêng 10 tỉnh miền Trung là trên 500 triệu lít Nhưng một số địa phương vẫn đang chuẩn bị triển khai những dự án sản xuấtbia tương đối lớn, quy mô từ 100 đến 150 triệu lít/năm

Theo tốc độ sản xuất bia tăng trưởng trung bình 18%/năm từ năm 2002 đến 2006 Mặt khác, chính sách của nhà nước khuyến khích xây dựng ngành sản xuất bia như một ngành kinh tế mạnh giúp tăng nguồn thu ngân sách nhà nước, đồng thời khuyến khích các doanh nghiệp thông qua liên doanh, liên kết thực hiện chuyển giao công nghệ để sản xuất thiết bị trong nước Vì vậy, nhiều nhà máy bia với quy mô sản xuất lớn ứng với trình độ công nghệ, thiết bị hiện đại được đầu tư để đáp ứng nhu cầu trongnước và gúp phần đẩy mạnh xuất khẩu

2.2 Quy trình sản xuất bia

2.2.1.Quy trình sản xuất

Malt Tách tạp chất Cân

Rửa bã

Đạm hóa Pha bột malt

Sục khí

Lên men phụ Lên men chính

Lọc

Hạ nhiệt độ

Đun sôi với houblon Lọc hèm Đường hóa

Chiết Tàng trữ Bão hòa CO 2

Gạo Tách tạp chất

Nướ c

Bã hèm

Houblo n Lắng cặn

Cặn

Hạ nhiệt độ

Nước nóng 76 o C Caramen

Axit lactic

ZnCl 2

Không khí

vô trùng Nấm

CO 2

Cặn C

O2

Chai, lon

2.2.2.Thuyết minh sơ đồ

- Nhập liệu: Nguyên liệu malt và gạo từ kho chứa sẽ được hút lên phân xưởngnấu bằng hệ thống khí động, được bộ phận cân định lượng phân phối vào các hầm chứa

- Lọc bụi bằng Cyclon: nguyên liệu từ hầm chứa sẽ được chuyển xuống phễu nhập liệu, sau đó hệ thống quạt sẽ hút nguyên liệu lên Cyclon rồi đưa đến thùng

chứa trung gian, khi đó một phần tạp chất lẫn vào trong quá trình vận chuyển đã được loại bỏ

- Sàng rác và tạp chất lớn: thùng chứa trung gian sẽ nối trực tiếp với máy

sàng Tại đây các tạp chất lớn như: vỏ bao, rác, rơm rạ sẽ bị loại bỏ khỏi

nguyên liệu

- Sàng tách sạn: để đảm bảo loại được hết các tạp chất có hại cho các quá

trình tiếp theo, nguyên liệu sẽ tiếp tục được chuyển xuống máy sàng tách

sạn Tại đây, các tạp chất có kích thước nhỏ như: sạn, đất, cát sẽ bị loại bỏ

khỏi nguyên liệu

- Nghiền: nguyên liệu sau khi qua máy sàng tách sạn sẽ được chuyển đến hệ thống cân định lượng, sau đó đến thùng chứa trung gian Từ thùng chứa

trung gian, nguyên liệu sẽ theo hệ thống gàu tải nạp vào máy xay Máy

nghiền ở nhà máy dùng là máy nghiền búa đập và nghiền theo phương pháp nghiền khô

Dán nhãn Thanh trùng

Sản phẩm

Đóng thùng

Hình 2.2:Sơ đồ công nghệ sản xuất tổng quát

- Nấu: nhằm trích ly các chất chiết có trong malt và gạo vào dịch nấu Bên cạnh đó, sự có mặt của hệ enzym có sẵn trong nguyên liệu cũng sẽ xúc tác cho quá trình thủy phân các hợp chất cao phân tử thành những chất có phân

tử lượng thấp, chuẩn bị dịch nha cho quá trình lên men

- Nồi gạo: Do nhiệt độ hồ hóa của tinh bột gạo cao (khoảng 830C) nên nguyênliệu cần được nấu trước malt khoảng 80 phút Để tăng hiệu suất thủy phân tinh bột, nhà máy sẽ tiến hành trộn malt lót 2 lần với lượng khoảng 20% lượng gạo thế liệu (nhờ hoạt tính của enzyme - amylase) Ngoài ra, H2SO4 đậm đặc cũng được cho vào nấu để xúc tác thủy phân tinh bột tốt hơn và điều chỉnh pH thích hợp Ban đầu dịch nấu được gia nhiệt từ 32oC đến khoảng 72oC trong 20 phút, sau đó giữ nhiệt trong 10 phút Trong giai đoạn này, enzyme - amylase có trong malt lót sẽ xúc tác dịch hóa sơ bộ tinh bột Kế đến, nhiệt độ được nâng lên

khoảng 83oC trong vòng 5 phút và giữ nhiệt trong 10 phút để thực hiện quá trình

hồ hóa tinh bột Sau khi hồ hóa gần hết tinh bột gạo, nhiệt độ của nồi gạo sẽ được

hạ xuống khoảng 72oC trong 5 phút và giữ nhiệt trong 20 phút.Trước đó, khi nhiệt độ xuống khoảng 78oC thì malt lót lần 2 được cho vào Enzyme - amylase trong malt lót lần 2 sẽ tiếp tục thủy phân tinh bột Sau khi thực hiện điểm dừng ở

72oC, nhiệt độ nồi gạo được nâng lên 100oC trong 25 phút (nếu cao quá sẽ tạo phản ứng caramel, gây mùi vị xấu cho sản phẩm), sau đó lại giữ nhiệt trong 15 phút để hồ hóa hoàn toàn tinh bột, chuẩn bị trộn vào nồi malt Do tinh bột gạo khó bị đường hóa, nên việc nấu gạo trước sẽ hồ hóa và dịch hóa hoàn toàn tinh bột gạo, từ đó enzyme amylase sẽ dễ dàng thủy phân và đường hóa tinh bột gạo

- Nồi malt: Đầu tiên, nồi malt sẽ được nâng lên nhiệt độ khoảng 50oC trong 20 phút và giữ nhiệt trong 10 phút Trong giai đoạn này, các enzyme protease sẽ thủy phân protein thành các polypeptid, petid, acid amin là nguồn dinh dưỡng cho nấm men trong quá trình lên men Thời gian đạm hóa không kéo dài quá vì cần phải còn lại một lượng protein nhất định cần thiết cho sự tạo độ bền bọt cho

sản phẩm bia Để ổn định hoạt tính cho - amylase, khi nhiệt độ nồi malt khoảng

40oC thì có bổ sung CaCl2 vào Kết thúc giai đoạn đạm hóa, dịch gạo từ nồi gạo được bơm vào nồi malt, nước cũng được thêm vào.Lúc này nhiệt độ hỗn hợp khoảng 65oC và được giữ ổn định trong 20 phút Tại nhiệt độ này, ezyme - amylase sẽ hoạt động mạnh và thủy phân tinh bột thành đường maltose, dextrin,

do đó giai đoạn này được gọi là điểm dừng đường hóa Tiếp theo, hỗn hợp được nâng lên nhiệt độ khoảng 75oC trong 15 phút và giữ trong 20 phút Kế đến, nhiệt

độ dịch nha được nâng lên khoảng 76 ± 1oC trong 5 phút để giảm độ nhớt cho dịch nha, chuẩn bị bơm qua thiết bị lọc

- Vệ sinh nồi nấu: Sau mỗi mẻ nấu vệ sinh lại bằng nước Kết thúc mẻ cuối thì bơm xút vào nồi ngâm, sau đó chạy cánh khuấy đánh tan các mảng bám ở đáy nồi Khi bơm dùng xút loãng tráng đường ống dẫn và sau đó vệ sinh lại bằng nước thường

- Lọc hèm: dịch nha sau khi nấu, bao gồm 2 pha: pha lỏng chứa đựng toàn bộ những chất hoà tan và pha rắn (bã) chứa rất ít chất hoà tan Quá trình lọc giúp tách pha lỏng khỏi pha rắn, tức là tách dịch nha khỏi bã Để tận thu tối đa lượng chất hòa tan từ bã sang dịch đường, quá trình lọc tiến hành theo 2 bước: lọc để tách dịch đường và rửa bã

+ Lọc để tách dịch đường: nhiệt độ của dịch nha trong suốt quá trình lọc được giữ

ổn định ở khoảng 76oC để giảm độ nhớt và tạo điều kiện cho enzyme thủy phân tiếp tục lượng tinh bột còn sót, nếu lọc ở nhiệt độ thấp hơn thì độ nhớt của dịch lọc cao, khó lọc

+ Rửa bã: sau khi lọc hết dịch đường, quá trình rửa bã được tiến hành bằng nước nóng 75 - 78oC Không dùng nước nóng hơn vì sẽ làm vô hoạt hệ enzyme amylase, tinh bột sót đã được hồ hóa nhưng không được đường hóa sẽ làm đục dịch đường và sản phẩm bia sau cùng sẽ khó trong Quá trình diễn ra tương tự như giai đoạn lọc dịch

cốt Khi nồng độ chất hòa tan trong dịch bã giảm xuống mức cần thiết (khoảng 0.3 - 0.5%) thì quá trình rửa bã kết thúc.

- Vệ sinh: sau mỗi mẻ, vệ sinh các bản mỏng bằng cách xịt nước thẳng vào bản mỏng Sau khi kết thúc mẻ cuối, vệ sinh sạch các bản mỏng, màng cao su chạy xút

và sau đó trung hòa lại bằng acid rồi cuối cùng tráng lại bằng nước thường

- Đun sôi dịch nha với hoa Houblon:

+ Mục đích: trích ly chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của houblon vào dịch đường ngọt để biến đổi thành dịch đường

có vị đắng và hương thơm dịu của hoa Ổn định thành phần của dịch đường, tạo cho bia mùi vị của houblon, làm cho dịch đường có nồng độ thích hợp với yêu cầu của mọi loại bia Bên cạnh đó còn làm keo tụ phần lớn các protein bất ổn định và các thành phần không hòa tan, hình thành tủa nóng.Ngoài ra còn vô hoạt enzyme và vô trùng dịch đường

+ Phương pháp đun: dịch đường sau khi lọc được đưa lên bồn chứa trung gian để tạmgiữ Sau đó được bơm xuống nồi đun sôi và được nâng nhiệt độ lên 100oC trong khoảng 30 phút Sau khi bơm hết dịch đường vào thiết bị đun sôi thì bắt đầu cho hoa houblon dạng cao để hòa tan các hợp chất của hoa houblon nhất là các chất đắng vào dịch đường Suốt quá trình đun sôi hoa houblon nhiệt độ phải giữ ở 100oC, đồng thời cho màu caramel vào giúp tăng độ màu của bia thành phẩm, acid lactic để chỉnh pH Sau khi dịch đường sôi khoảng 10 phút thì cho thêm houblon dạng viên để tăng mùi thơm cho bia Đồng thời cho thêm ZnCl2 vào để làm môi trường cho nấm men phát triển, tăng sinh khối khi lên men, sau đó đun sôi thêm 20 phút rồi tiến hành kiểm tra mẫu trước khi bơm qua phân xưởng lên men

+ Vệ sinh nồi đun: sau khi kết thúc mỗi mẻ nấu, vệ sinh kiểm tra bộ đốt trong sơ bộ,

mở van cho thêm xút, mở hơi nóng ở nhiệt độ sôi 60 ± 10oC, mở van xả xút và tráng bằng nước thường, trung hòa bằng xút và sau cùng rửa lại bằng nước thường

- Lắng cặn: Nước nha thu được sau quá trình houblon hoá chứa các chất cặn như: tủa protein với tannin, polyphenol, chất đắng…Các chất cặn này không gây ảnh hưởng đáng kể đến vị và độ bền keo của bia mà chỉ gây xáo trộn ở giai đoạn đầu của quá trình lên men và khi kết lắng thì làm cho nấm men rất bẩn Do đó, cần loạichúng ra khỏi dịch đường Quá trình kết lắng làm trong dịch nha, làm tăng giá trị cảm quan của bia

- Vệ sinh: sau mỗi mẻ làm vệ sinh bằng nước nóng 950C để xả cặn đi Sau mỗi tuần tiến hành tẩy rửa.Cuối cùng trước khi vào mẻ mới phải tráng lại bằng nước nóng

- Làm lạnh nhanh: nước nha từ nhiệt độ 95oC được làm lạnh đến nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men và qua hai giai đoạn Giai đoạn 1 dùng nước lạnh hạ xuống khoảng 60oC và giai đoạn 2 dùng chất tải lạnh Glycol để hạ nhiệt độ nước nha xuống còn 8oC (đối với men cũ) hay 15oC (đối với men mới)

- Lên men chính và lên men phụ: cấy nấm men vào dịch nha trên đường đi đồng thời sục khí để nấm men phân bố đều và tạo điều kiện cho men phát triển nhanh hơn Châm dịch nha vào thùng ba lần với thời gian châm cách nhau để tạo thời gian cho nấm men thích hợp với môi trường.Khi nước nha vô đầy thùng, đậy thùng lại và điều khiển quá trình lên men.Quá trình lên men chính kéo dài từ 7 –

10 ngày Kết thúc quá trình lên men chính là bia non, chảy tự nhiên xuống bể lên men phụ Xác men chết và cặn protein tủa được dẫn vào thùng chứa, cùng với menđem tái sử dụng ép thành bánh và đem đi bán Nấm men sống hoà lẫn trong dịch bia được rửa lại bằng nước lạnh trước khi tồn trữ trong bồn hình trụ Khi kết thúc quá trình lên men chính, người ta hoà trộn bia non lại rồi mới cho vào các tank lên men phụ, vừa lên men phụ vừa ủ bia ở nhiệt 0 – 2oC, thời gian từ 15 – 35 ngày

Vệ sinh thùng chứa bia: xả nước cho sạch men, cáu cặn trong thùng, sau đó rửa với xút Xả sạch xút bằng nước rồi dùng chất tiệt trùng, và xả sạch nước tiệt trùng.

- Lọc: khi sản xuất loại bia nào, người ta chuẩn bị lượng nước đã khử oxi sẽ hoà vàobia sau lên men phụ để điều chỉnh đến đúng nồng độ chất tan của loại bia đó Bia trước khi lọc được làm lạnh đến nhiệt độ 0 – 1oC, chất tải lạnh là glycol Mục đích làm lạnh là làm giảm sự hao phí CO2 trong quá trình lọc, tăng khả năng bão hoà

CO2 trước khi chiết

Vệ sinh thiết bị lọc: mỗi ngày theo thứ tự sau: cho xút nóng 650C nồng độ 2% chạy trong thiết bị 15 phút, thanh trùng 30 phút bằng nước nóng 850C, trung hoà bằng acid nitric 0,3% ở 850C trong 15 phút Cuối tuần tổng vệ sinh, tháo các

bộ phận ra và ngâm rửa bằng formol

- Bão hoà CO2 và chiết chai: trong quá trình lọc, bia từ trạng thái tĩnh ở tank lên men phụ chuyển sang trạng thái động khi bơm cũng như ở đường ống qua thiết bị lọc, bia bị mất một lượng CO2 khá lớn Muốn cho bia thành phẩm có đủ lượng

CO2 cần thiết thì sau quá trình lọc, bia phải qua thiết bị nén Sau khi bão hoà CO2xong, bổ sung thêm acid ascorbic, collpulin làm tác nhân chống oxi hoá Các dụng cụ chứa bia được rửa, thanh trùng Sau đó thực hiện quá trình chiết chai ở điều kiện chân không Tiếp theo là đóng nắp và thanh trùng ở các nhiệt độ khác nhau để đảm bảo chất lượng trong thời gian bảo hành

2.3 Đặc tính ô nhiễm của nước thải nhà máy sản xuất bia 2.3.1 Nguồn gốc và lượng thải

- Công nghiệp sản xuất bia tạo nên một lượng lớn nước thải xả vào môi trường.Hiện nay tiêu chuẩn nước thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia là 8-14 l nướcthải/ lít bia, phụ thuộc vào công nghệ và các loại bia sản xuất

Các loại nước thải từ nhà máy bia: Có 3 loại nước thải:

 Nước mưa và nước chảy tràn bề mặt

a Nước thải sản xuất:

Hình 2: Nước thải nhà máy bia Việt Nam Hình 3: Công ty bia Việt Nam (NA)

- Tạo ra từ các nguồn: làm sạch, malt, bể trộn, bể ngâm, nấu, lên men, lọc, khửtrùng, vệ sinh, làm nguội máy(Trong đó, hoạt động làm sạch malt, làm nguội máy,lọc, vệ sinh công ty và khử trùng tạo ra tới 70% tổng lượng nước thải)

TT Nguồn thải Đặc điểm % lượng thải Ghi chú

12

2

Nước thải từ quá

trình lên men:

Nước rửa thiết bị

(nồi nấu đường

- Giấy nhãn chai

- Các chất rắn lơ lửng

20

Trong đó cókhoảng 75% lànước thải quátrình làm lạnh

4 Nước thải từ khu

nhà bếp, vệ sinh

Đã qua xử lý tự

Đủ tiêu chuẩnthải ra ngoài - đạttiêu chuẩn loại Bnước thải côngnghiệpNước mưa và Chứa nhiều cặn lơ

lửng và chất hữu

b Nước thải sinh hoạt:

Bao gồm nước thải sinh hoạt của công nhân viên: tắm rửa, thải từ nhà vệ sinh

Nhận xét:

- Nếu tách riêng nước mưa, nước thải sinh hoạt từ tổng lượng nước thải cáckhu vực xưởng nấu bia, bộ phận rửa chai cần xử lý sẽ nhỏ hơn rất nhiều so vớitổng lượng nước thải hiện nay của nhà máy

- Thực hiện tốt phân loại các nguồn thải thì lượng nước thải cần xử lý chỉchiếm khoảng 30 ÷ 35% tổng lượng nước thải của công ty

2.3.2.Thành phần tính chất nước thải.

a Sản xuất:

Bảng 1: Thành phần và tiêu chuẩn nước thải sản xuất bia ra nguồn nước mặt

(Trích: Hội thảo khoa học công nghệ Đại học Xây Dựng lần thứ 14

- Nước thải do sản xuất rượu bia thải ra thường có đặc tính chung là:

+ Chứa hàm lượng chất hữu cơ cao (BOD, COD, Nitơ, Photpho) (Khi thải vàocác thủy vực tiếp nhận thường gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân hủy các chấthữu cơ diễn ra rất nhanh)

+ Chất rắn lơ lửng

+ Chất rắn lắng đọng cao

+ Nhiệt độ cao

+ pH dao động lớn

+ Nước thải thường có màu xám đen

+ Các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất như CaCO3, CaSO4, H3PO4, xút,sođa

b Nước thải sinh hoạt:

Thường phát sinh từ hoạt động ăn uống,tắm giặt của công nhân trong nhàmáy.Khi thải ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nguồn nước nếu không được xử lý

c Nước mưa chảy tràn:

Khi mưa xuống,nước mưa chảy tràn qua các khu vực mặt bằng nhà máy sẽ cuốntheo dầu mỡ rơi vãi, các chất cặn bã, đất, cát …Nếu lượng nước mưa này khôngđược quản lý tốt cũng sẽ gây tác động tiêu cực đến nguồn nước bề mặt, nướcngầm và đời sống thuỷ sinh trong khu vực.

2.3.2.Tác động của nước thải tới môi trường

Các yếu tố trên tổng hợp tác động gây ra làm giảm chất lượng nước thủy vựctiếp nhận, gây hậu quả xấu đối với các loài sinh vật cũng như sức khoẻ con người

Sự đọng của nước thải tạo điều kiện tốt cho một số côn trùng gây bệnh nhưruồi, muỗi phát triển nhanh và làm giảm mỹ quan khu vực

a Lượng nước thải

Nhu cầu sử dụng nước của Nhà máy Bia - Rượu - Nước giải khát thường lớn nênđều phải khoan giếng hoặc đào giếng để khai thác nước ngầm phục vụ cho sảnxuất và sinh hoạt của nhà máy Việc khai thác nước ngầm có nguy cơ gây nên sựcạn kiệt nguồn nước ngầm vào mùa khô, dân cư trong khu vực sẽ không đủ nướcdùng và từ đó kéo theo hàng loạt các tác động tiêu cực khác

Ðối với vấn đề thoát nước, hoạt động của nhà máy bia có thể làm gia tăng mứcchịu tải của hệ thống thoát nước tập trung hoặc làm gia tăng lưu lượng và dòngchảy, làm ô nhiễm các sông tiếp nhận nước thải Vì vậy cần phải xem xét và đánhgiá thực tế về khả năng tiêu thoát nước của khu vực dự án, khả năng xảy ra tìnhtrạng ngập lụt

b Nhiệt độ:

- Nước thải từ phân xưởng men có nhiệt độ từ 10 ÷ 14oC

- Nước thải từ phân xưởng nấu có nhiệt độ từ 46 ÷ 55oC  cao hơn so với TCCPđối với nước thải công nghiệp (TCVN 5945 – 1995)

 Làm cá và các loài thuỷ sinh vật khác bị chết hoặc giảm tốc độ sinh trưởng(nhiệt độ tăng làm cá phải di chuyển đi nơi khác cư trú, hoặc mất khả năng sinhtrưởng, phát triển)

c Hàm lượng oxy hoà tan (DO):

- DO của nhà máy bia thường rất thấp (có lúc bằng 0)

- Nguyên nhân: do trong nước thải chứa nhiều các hợp chất hữu cơ dễ bị phânhuỷ

- DO dao động thường từ 0 – 1,7 mg/l (nhà máy bia Hà Nội)  bị xếp vào loại ônhiễm nặng

- Tại phân xưởng men: DO min = 0 DO max = 0,5mg/l

- Tại cống chung : DO = 1,4 – 1,7 mg/l

Bảng 3: Bảng tiêu chuẩn phân loại mức độ ô nhiễm

nhiễm

DO(mg/l)

BOD5(mg/l)

SS(mg/l)

N.NH3(mg/l)1

2

3

4

Rất nhẹNhẹTương đối nặngNặng

> 6,54,5 ÷ 6,5

2 ÷ 4,4

< 2,0

< 3,03,0 ÷ 4,9

1 – 3

> 3,0(Nguồn: Tổ chức Y tế Thế giới)

* Ảnh hưởng:

- DO thấp làm cá chết, kìm hãm sự phát triển của động vật thuỷ sinh

- Ảnh hưởng tới quá trình phân huỷ chất hữu cơ

d Độ pH (axit tính, kiềm tính):

- Phân xưởng men : pH = 0,5  axit mạnh

- Phân xưởng rửa chai: pH = 8,5 ÷ 10  có tính kiềm

- Nước thải sản xuất : pH = 6 ÷7,5

 pH thay đổi theo từng công đoạn sản xuất bia

- Nước thải khi chảy ra môi trường ngoài, pH sẽ thay đổi, điều này phụ thuộc:Mức độ pha loãng, thành phần và sinh khối của thực vật thuỷ sinh.

- pH nước thải sau khi hoà lẫn nằm trong khoảng trung tính: 6,5÷8,5

- Hậu quả là làm giảm khả năng hoà tan của oxy vào nước

- Làm thay đổi độ trong, hạn chế sự xâm nhập của ánh sáng vào các tầng nước

 ảnh hưởng tới khả năng quang hợp của tảo và các thực vật dưới nước

- Làm dày thêm lớp bùn lắng đọng ở đáy

f Nhu cầu oxy sinh hoá (BOD)

- BOD ở nhà máy bia thường rất lớn - thường dao động trong khoảng 310 ÷ 1400mg/l (theo Lovan & Frre)

- Tại phân xưởng men (nhà máy bia Hà Nội): BOD5 = 757 ÷ 880 mg/l

 Hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải rất cao (vì theo tiêu chuẩn ở trên thìBOD5> 15mg/l đã bị coi là nước ô nhiễm nặng)

* Ảnh hưởng:

- Nước thải đổ ra làm cho cả hệ thống cống, ao, hồ xung quanh luôn có mùi menbia và mang màu trắng đục

- Do hàm lượng chất hữu cơ cao  xuất hiện quá trình phân huỷ yếm khí

 các sản phẩm của quá trình này làm cho nước bị biến đổi thành màu đen, bốcmùi hôi thối khó chịu do xuất hiện các khí độc hại (aldehyt, H2S, NH3, CH4…)

 Khí này góp phần gây ô nhiễm môi trường không khí cùng với mùi men biathối luôn gây sự khó chịu cho người dân sống xung quanh khu vực

- Gây ảnh hưởng xấu tới đời sống các quần thể sinh vật thuỷ sinh vùng xungquanh cửa cống và khu vực tiếp nhận

g Nhu cầu oxy hoá học (COD)

- COD luôn cao hơn BOD

- Theo TCVN 1945 – 1995: nước thải công nghiệp có hàm lượng COD > 400mg/lthì không đựơc phép đổ ra môi trường

Ví dụ:

+ Nhà máy bia Hà Nội : 859 mg/l - gấp hơn 2 lần

+ Nhà máy bia Việt Trì : 1000 - 2000 mg/l - gấp 5 lần

- Nước có hàm lượng NH4+ > 3mg/l : bị xếp vào loại ô nhiễm nặng

- Nước thải từ cống và phân xưởng men của nhà máy bia Hà Nội: gấp 9 ÷ 12mg/l

 cao gấp 3 ÷ 4 lần

2.4 Một số quy trình công nghệ xử lý chất thải nhà máy

bia hiện nay 2.4.1.Một số quy trình công nghệ đang được áp dụng

1.Nhà máy bia Việt Nam (VBL)

2.Nhà máy bia Sài Gòn – Củ Chi.

Nước thải Lưới lọc thô

Hố bơm chìm Thiết bị lọc rác tinh

Bể UASB Aerotank Lắng ly tâm

Nước hồi lưu Nước hồi lưu

Nước thải

Thiết bị lược rác tinh

Bể nén bùn

Thiết bị keo tụ bùn Máy ép bùn

Bùn dư

Polymer

Bể khử trùng

Ngăn thu nước-h03

Bể chứa nước sau xử

Nước thải

Thiết bị lược rác tinh

Bể nén bùn

Thiết bị keo tụ bùn Máy ép bùn

Nhà máy bia Sabmiller.

2.4.2.Phân tích công nghệ

Ưu nhược điểm của hệ thống xử lý

Các hệ thống sử lý đều có ưu nhược điểm riêng hệ thống xử lý hiếu khí và hệ thống

xử lý kị khí

 So với hệ thống xử lý hiếu khí, hệ thống xử lý kị khí có những ưu và nhược điểmsau:

Ưu điểm:

 Đầy đủ các quy trình của hệ thống xử lý

 Tiêu thụ rất ít năng lượng trong quá trình vận hành Trong trường hợp nước thảiđược xử lý ở nhiệt độ từ 25-35oC thì năng lượng yêu cầu trong khoảng từ 0.05-0.1 kWh/

m3 nước thải (0.18-0.36 MJ/m3) (Lettinga và ctv., 1998)

 Có khả năng sinh bùn trong quá trình xử lý kỵ khí thấp hơn nhiều so với bùnđược tạo ra trong quá trình hiếu khí, vì vậy mà giảm chi phí xử lý bùn thải Lượng bùnthải trong quá trình xử lý kỵ khí còn được giảm thấp nếu giảm nồng độ photphat trongnước thải Lượng bùn kỵ khí này dễ ổn định hơn và quá trình khử nước thực hiện cũng dễhơn so với bùn hiếu khí

Bể chứa nước sau xử lý

Nước sau xử lý đạt TCVN

 Nhu cầu dinh dưỡng (N, P) cho hệ thống thấp hơn hệ thống xử lý hiếu khí do sựtăng trưởng và sinh sản của vi sinh vật kỵ khí thấp hơn vi sinh vật hiếu khí

 Có khả năng chịu được tải trọng cao: những hệ thống kỵ khí hiện nay có thể xử lývới hiệu suất từ 85-90% COD với tải trọng hữu cơ đầu vào khoảng 30g COD/L/ngày ở

30oC và 50g COD/L/ngày ở nhiệt độ 40oC với nước thải có nồng độ chất hữu cơ trung

bình (Nguồn: Tôn Thất Lãng, (2003) Mô hình xử lý kỵ khí tốc độ cao và ứng dụng trong

 Vốn đầu tư để xây dựng hệ thống xử lý kỵ khí không nhiều

 Tốn ít diện tích hơn hệ thống xử lý hiếu khí và thời gian sử dụng dài hơn hệ thốnghiếu khí

 Nhược điểm:

 Hệ thống xử lý cồng kềnh tốn diện tích lớn

 Do sự tăng trưởng chậm của vi khuẩn kỵ khí nên giai đoạn khởi động của hệthống kỵ khí thường mất nhiều thời gian (6-12 tuần)

 Bản chất hóa học và vi sinh học của quá trình phân hủy kỵ khí rất phức tạp Do

đó, còn thiếu những chuyên gia có khả năng thiết kế và vận hành hệ thống một cách cóhiệu quả nên có nhiều hệ thống đã xây dựng nhưng hiệu suất xử lý thấp

 Vi khuẩn tạo khí mêtan có độ nhạy cao với một số chất hóa học nhất định (nhữngchất hydrocarbon có nguồn gốc halogen, một số hợp chất hữu cơ có Nitơ, CN- và ion tự

do của kim loại nặng) Trong một số trường hợp những chất này biểu thị độc tính, hoặclàm cản trở sự sinh trưởng, phát triển của những vi khuẩn tạo khí mêtan.

 Khi xử lý nước thải có hợp chất chứa sunfur, quá trình xử lý kỵ khí thường tạothành khí H2S với mùi hôi khó chịu Lượng khí này có thể thải ra môi trường cùng dòngthải với những hệ thống xử lý kị khí có thiết kế chưa đạt Đối với những hệ thống xử lý

kỵ khí hoàn chỉnh, luôn kèm theo hệ thống thu hồi khí sinh học, và xử lý khí H2S trongdòng thải

Ưu nhược điểm các phương pháp kỵ khí

- Hầu như không đòi hỏiquản lý thường xuyên,bảo trì, vận hành đơngiản

- Cần có một diện tích rấtlớn

- Gây mùi thối rất khóchịu

- Không thu hồi được khísinh học sinh ra

Phân hủy kỵ khí xáo trộn

hoàn toàn

- Thích hợp nước thải cóhàm lượng SS cao

- Đảm bảo tính chất nướcthải (vật chất, PH, nhiệtđộ) đồng đều trong thiếtbị

Thể tích thiết bị lớn đểđạt SRT cần thiết

- Sự xáo trộn trở nên khókhi hàm lượng SS quálớn

- tải trọng thấpTiếp xúc kỵ khí Thích hợp với nước thải

có hàm lượng SS từtrung bình đến cao

- Tải trọng trung bình

- Vận hành tương đốiphức tạp

Lọc kỵ khí Vận hành tương đối đơn

giản

- Phù hợp cho các loạinước thải có hàm lượngCOD từ thấp đến cao

- Không phù hợp với loạinước thải có hàm lượng

Không phù hợp với loạinước thải có hàm lương

SS cao

COD từ thấp đến cao

- Có thể đạt được tảitrọng rất cao

Bể UASB được ứng dụng rộng rãi hơn các công nghệ khác do nguyên lý quá trìnhđược xem là thuận tiện và đơn giản nhất UASB có khả năng xử lý nước thải hữu cơ vớitải trọng cao, nhưng ít tốn năng lượng Hiệu quả xử lý cao từ 60 – 90 % theo COD Thiết

bị đơn giản, chiếm ít diện tích Lượng bùn sinh ra ít Có khả năng giữ bùn lâu dài và ítthay đổi hoạt tính khi không hoạt động Cơ sở lựa chọn phương án 2 : Hiệu quả xử lýnước thải chủ yếu là ở các công trình phản ứng sinh học

Để xử lý nước thải ở một số công ty bị ô nhiễm hữu cơ cao ngày càng được ưachuộng và tăng nhanh vì những ưu điểm nổi bật của chúng:

- Ít tiêu hao năng lượng trong quá trình hoạt động

- Giá thành vận hành thấp hơn các công trình khác

- Tự sản sinh ra năng lượng có thể thu hồi sử dụng dưới dạng Biogas

Thêm vào đó, các hệ thống xử lý kị khí sản sinh ra ít bùn thải hơn các công trìnhhiếu khí, trung bình khoảng từ 0,03 ÷ 0,15g bùn VSS trên 1g BOD được khử Điều nàylàm cho chúng ngày càng trở nên ưa chuộng vì rằng việc thải hồi bùn thừa đang là mộtvấn đề hết sức nan giải đối với các hệ thống xử lý hiếu khí Sự duy trì sinh khối trong các

hệ thống xử lý kị khí với tỉ lệ cao cho phép vận hành hệ thống xử lý ở các tải trọng hữu

cơ cao và do đó làm giảm đáng kể khối tích của các công trình Mặt khác, việc lựa chọn

bể Aerotank vì khi so sánh 2 bể ta thấy:

Sử dụng phương pháp xử lý bằng vi - Sử dụng phương pháp xử lý bằng vi

- Quản lý đơn giản –

Dễ khống chế các thông số vận hành

- Cần có thời gian nuôi cấy vi sinh vật

- Cấu tạo đơn giản hơn bể lọc sinh học

- Không tốn vật liệu lọc

- Cần cung cấp không khí thường

xuyên cho vi sinh vật hoạt động

- Phải có chế độ hoàn lưu bùn về bể

Aerotank

- Không gây ảnh hưởng đến môi

trường

- Hiệu quả xử lý COD, BOD, SS khi ra

khỏi bể Aerotank tốt hơn bể lọc sinh

học

sinh

- Quản lý đơn giản

- Khó khống chế các thông số vậnhành

- Cần có thời gian nuôi cấy vi sinh vật,hình thành màng vi sinh vật

- Cấu tạo phức tạp hơn bể Aerotank

- Tốn vật liệu lọc

- Áp dụng phương pháp thoáng gió tựnhiên, không cần có hệ thống cấpkhông khí

- Không cần chế độ hoàn lưu bùn

- Đối với vùng khí hậu nóng ẩm, vềmùa hè nhiều loại ấu trùng nhỏ có thểxâm nhập vào phá hoại bể Ruồi muỗisinh sôi gây ảnh hưởng đến công trình

và môi trường sống xung quanh

- Hiệu quả xử lý COD, BOD, SS khi

ra khỏi bể lọc sinh học không bằng bểAerotank

2.5 Tình huống giả định

2.5.1 Tình huống

Hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy bia A có lưu lượng trung bình: Qtb = 4500

m3/ngày Hiện tại, lưu lượng nước thải của nhà máy là 2800m3/ngày Nước thải nhàmáy trước khi đi vào hệ thống xử lý có nồng độ các chất như sau:

Bảng 1:

ST T

Chất ô

Nồng độ trung bình

Nước thải sau xử lý đạt loại A , TCVN 5945 –2005:

Bảng 2:

ST T

Chất ô

Nồng độ trung bình

Được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào của kênh dẫn sẽ giữ lại các tạp chất vật thô như giẻ, rác, bao nilon, và các vật thải khác được giữ lại, để bảo vệ các thiết bị xử

lý như bơm, đường ống, mương dẫn…

Chọn song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh là 25mm được đặt cố định,nghiêng một góc 60o đặt ở cửa vào bể gom và được lấy rác vào cuối ngày bằng hệ thống trục vớt

2 Bể lắng cát:

Bể lắng cát nhằm loại bỏ cát, sỏi, đá dăm, các loại xỉ khỏi nước thải Trong nước thải,bản thân cát không độc hại nhưng sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của các côngtrình và thiết bị trong hệ thống như ma sát làm mòn các thiết bị cơ khí, lắng cặn trongcác kênh hoặc ống dẫn, làm giảm thể tích hữu dụng của các bể xử lý và tăng tần sốlàm sạch các bể này

Bể lắng cát thường được đặt phía sau song chắn rác và trước bể lắng sơ cấp Trong

bể lắng cát các thành phần cần loại bỏ lắng xuống nhờ trọng lượng bản thân của

chúng trong quá trình nước thải chuyển động qua bể lắng cát Bể lắng cát sẽ đượctính toán với tốc độ dòng chảy đủ lớn (0.3m/s) để các phần tử hữu cơ nhỏ không lắngđược và đủ nhỏ (0.15m/s) để cát và các tạp chất vô cơ giữ lại được trong bể Các hạtcát được giữ lại có độ lớn thuỷ lực 18-24 mm/s.

Chúng tôi lựa chọn bể lắng cả theo chiểu chuyển động ngang của dòng chảy códạng hình chữ nhật

3 Bể điều hòa:

Được dùng để duy trì lưu lượng dòng thải vào gần như không đổi, quan trọng là điềuchỉnh độ pH đến giá trị thích hợp cho quá trình xử lý sinh học Trong bể có hệ thốngthiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ các chất bẩn trong toàn thểtích bể và không cho cặn lắng trong bể, pha loãng nồng độ các chất độc hại nếu có.Ngoài ra còn có thiết bị thu gom và xả bọt, váng nổi Tại bể điều hòa có máy địnhlượng lượng acid cần cho vào bể đảm bảo pH từ 6,6 – 7,6 trước khi đưa vào bể xử lýUASB

4 Bể tuyển nổi :

Được sử dụng để loại bỏ các hạt rắn hoặc lỏng ra khỏi hỗn hợp nước thải và cô đặc bùn sinh học Không khí được thổi vào bể tạo bọt khí, bọt khí và hạt nổi lên trên mặt nước thải và bị loại bỏ bằng các thiết bị gạt bọt Một số loại hóa chất như phèn nhôm,muối ferric, silicat hoạt tính được thêm vào nước thải để kết dính các hạt lại làm cho

nó dễ kết với các bọt khí để nổi lên bề mặt hơn Khi các hạt đã nổi lên bề mặt, chúng

có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt

Quá trình này được thực hiện bằng phương pháp tuyển nổi bằng áp suất hay còn gọi là tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch Ưu điểm của phương pháp là cho