Tiểu luận: Xây dựng hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia

Ngoài ra còn có nhiều tập đoàn, công ty khác như Interbrew với những thương hiệu nổi tiếng như Bechs, Diebels, Bas, Leffe….với doanh thu hàng tỉ USD/năm.Đó là những bước phát triển khả q

I. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ.

1.1.Tình hình phát triển ngành công nghiệp sản xuất bia trên thế giới

Trên thế giới, bia được coi là mặt hàng nước giải khát có mức tiêu thụ khálớn cũng là sản phẩm có bề dày lịch sử phát triển khá lâu đời Trên thế giới hiệnnay đã có nhiều tập đoàn, công ty xuyên quốc gia như Heniken, Tiger, Will,Huda…Do nhu cầu ngày 1 lớn nên các công ty ngày càng cải tiến năng suất cũngnhư chất lượng và mở rộng thị trường ra toàn cầu

Thống kê năm 2011 từ Euromonitor cho biết, Châu Á đang là khu vực dẫn đầu thế giới về lượngtiêu thụ bia với 64 tỷ lít, tiếp theo là Châu Mỹ (57 tỷ lít) và Châu Âu (51 tỷ lít) Nhưng nếu xét về sức uống đầu người thì Châu Á vẫn chưa thể

là đối thủ xứng tầm với các cư dân trưởng thành tại Châu Âu Một số thông tin từ kết quả khảo sát:

CH Czech đứng đầu thế giới về tỉ lệ bia tiêu thụ trên đầu người với 174 lít(306 lon)/người/năm, xếp sau là Ireland (148 lít/người/năm) và Áo (123lít/người/năm)

Nhật Bản là quốc gia dẫn đầu Châu Á về tỉ lệ bia tiêu thụ trên đầu người với

64 lít/người/năm - Xếp thứ 41 thế giới

Dự đoán lượng bia tiêu thụ tại Châu Á sẽ đạt mức tăng trưởng 4,8% hằngnăm, trong đó Việt Nam, Lào, Campuchia được xem là những thị trường tiềm năngnhất với mức tăng trưởng dự kiến lên đến 9% (Giai đoạn 2011 - 2016)

Trung Quốc là lò sản xuất bia lớn nhất thế giới với 44 tỷ lít, tiếp theo là Mỹ (23 tỷlít) và Brazil (12 tỷ lít)

Trong nhiều năm qua, bia Heniken được xem là thương hiệu bia thành công nhất được xem là biểu tượng trong ngành Heniken luôn là sự lựa chọn hàng đầu không chỉ ở châu Á mà còn là số 1 ở Mỹ Với hơn 110 nhà máy trên 60 quốc gia, sản lượng là 109 triệu hector lít/năm, thương hiệu đạt 2,4 tỉ USD và tăng dần qua các năm

Ngoài ra còn có nhiều tập đoàn, công ty khác như Interbrew với những thương hiệu nổi tiếng như Bechs, Diebels, Bas, Leffe….với doanh thu hàng tỉ USD/năm.Đó là những bước phát triển khả quan hứa hẹn nhiều thành công trong lĩnh vực công nghiệp nước giải khát này

1.2.Tình hình phát triển công nghiệp sản xuất bia Việt Nam.

Trong những năm gần đây,cùng xu hướng hội nhập và phát triển kinh tế trong khu vực và trên thế giới,tốc độ công nghiệp hóa của Việt Nam ngày càng

tăng Nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất ra đời, nhiều ngành công nghiệp, nông nghiệp phát triển mạnh mẽ,đặc biệt là ngành công nghiệp sản xuất bia Hiện nước

ta có khoảng 350 cơ sở sản xuất bia trên khắp cả nước và còn đang tăng hằng năm

về số lượng

Ngành công nghiệp sản xuất bia Việt Nam có lịch sử hơn 100 năm

Xưởng sản xuất bia đầu tiên được đặt tên là xưởng sản xuất bia Chợ Lớn do người Pháp tên là Victor Larue mở vào năm 1875, là tiền thân của nhà máy bia Sài Gòn, nay là Tổng công ty Bia Rượu Nước giải khát Sài Gòn Ở miền Bắc vào năm 1889, người Pháp tên là Hommel đã mở xưởng bia ở Làng Đại Yên, Ngọc

Hà, sau trở thành nhà máy bia Hà Nội, nay là Tổng công ty Bia Rượu Nước giải khát Hà Nội Trong quá trình hình thành và phát triển, ngành sản xuất bia đã đạt mức tăng trưởng cao vào những năm của thời kỳ mở cửa Cùng với quá trình hộinhập, ngành sản xuất bia phát triển về quy mô và trình độ công nghệ, trở thành mộtngành công nghiệp có thế mạnh khi Việt Nam gia nhập tổ chức WTO

Việc đầu tư xây dựng các nhà máy bia được phát triển mạnh mẽ từnhững năm 1990 với các quy mô khác nhau, từ 100 nghìn lít/năm đến 100triệu lít/năm Từ những năm 2000 trở lại đây, quy mô đầu tư và mô hình hoạtđộng của các doanh nghiệp đã có nhiều thay đổi theo chủ trương đổi mớidoanh nghiệp nhà nước của Chính phủ Nhiều doanh nghiệp nhà nước đã được

cổ phẩn hóa mang lại tính tự chủ hơn cho doanh nghiệp trong việc quyết địnhđầu tư, sản xuất, kinh doanh Kết quả nổi bật nhất là đến năm 2008, 2 tổngcông ty Bia rượu nước giải khát của Việt Nam là Sabeco và Habeco đã được cổphẩn hóa Cùng với tiến trình cổ phần hóa, việc sáp nhập, giải thể, liên kết đểtrở thành các doanh nghiệp lớn hơn, thống nhất hơn về mô hình quản lý kinhdoanh cũng được diễn ra, tạo sự cạnh tranh mạnh mẽ hơn cho các thươnghiệu mạnh Nhiều doanh nghiệp bia địa phương đã trở thành các công ty con,công ty liên kết của Sabeco và Habeco; Một số doanh nghiệp trong nước đãđược các công ty bia nước ngoài như Heineken, SAB Miller, Carlsbergđầu tư, góp vốn hoặc mua lại Quy mô đầu tư các nhà máy mới cũng lớn hơn,phù hợp với quy mô quản lý, tiêu thụ trong tình hình hội nhập Nhiều nhà máybia quy mô 100-200 triệu lít/năm đã được đầu tư và đi vào hoạt động manglại hiệu quả và chất lượng tốt như nhà máy bia Sài Gòn Củ Chi, Hà Nội VĩnhPhúc, nhà máy bia Phú Bài (Huế)… và có khả năng mở rộng quy mô trong thờigian tới

Hình 1: Biến động số lượng nhà máy qua các giai đoạn

Về quy mô của các doanh nghiệp, ngành sản xuất bia có 3 doanh nghiệplớn là Sabeco, Nhà máy bia Việt Nam (nay đã đổi tên thành Công ty TNHHbia Châu Á Thái Bình Dương) và Habeco, chiếm hơn 51% năng lực sản xuấtbia của toàn ngành Năm 2007 Sabeco đạt sản lượng 774 triệu lít bia, Habecosản xuất 415 triệu lít và Nhà máy bia Việt nam sản xuất được 335 triệu lít Bêncạnh các doanh nghiệp lớn, còn rất nhiều doanh nghiệp nhỏ quy mô dưới 1triệu lít/năm Các doanh nghiệp này sẽ tiếp tục đổi mới, đầu tư và phát huyhiệu quả trong thời gian tới

Hình 2: Công suất bia của một số nhà máy

Cùng với sự gia tăng dân số thì sản lượng bia cũng tăng theo, năm 2005 đạt 1,5 tỉ lít, năm 2006 là 1,7 tỉ lít, năm 2007 là 1,9 tỉ lít, năm 2008 là 2,1 tỉ lít, năm

2009 là 2,4 tỉ lít, và năm 2010 đạt 2,7 tỉ lít Tốc độ tăng trưởng của ngành bia là từ 8-12%/năm Mức tiêu thụ bình quân là 17 lít/năm/người, nộp ngân sách 3976 tỉ đồng Vì thế ,ngành công nghiệp sản xuất bia rượu cũng góp phần quan trọng trong phát triển kinh tế Năm 2006 bộ kế hoạch và đầu tư cho phép công ty sữa Vinamilk

và tập đoàn SA BMiler thành lập công ty sản xuất bia tại Bình Dương với công xuất 100 triệu lít/năm và đã tung ra thị trường loại bia chai năm 2007 Ngoài ra cònrất nhiều dự án xây dựng nhà máy bia ở các tỉnh trên khắp cả nước như TCT Bia - Rượu - NGK Sài Gòn ở Vĩnh Phúc, Củ Chi với công suất khác nhau, dự án công ty bia Quy Nhơn, công ty Tân Hiệp Phát - Bình Dương…nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường

Trước những dấu hiệu tích cực còn rất nhiều vấn đề khó khăn mà các doanh nghiệp gặp phải đó là thực trạng hội nhập quốc tế sâu sắc, vấn đề cạnh tranh giữa các doanh nghiệp lớn nhỏ,doanh nghiệp thủ công Ngoài ra là nguồn nguyên liệu không ổn định phải nhập từ nước ngoài, công nghệ sản xuất còn lạc hậu…là những thử thách lớn mà ngành công nghiệp này đang gặp phải và cần được giải quyết

II. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA.

1. Công nghệ sản xuất bia.

1.1. Quy trình công nghệ sản xuất bia và một số định mức trong

sản xuất bia

Bảng 1: Tiêu hao tài nguyên trong một số nhà máy sản xuất bia

Tên tài nguyên Đơn vị Công nghệ Công Công nghệ Mức hiện

Làm lạnh (600C) Nấu (2-3at;110-1300C)

Đường hóa (600C) Lọc bã bia Nấu hoa Lọc bã hoa

Nước thải

Nước thải

Làm lạnh Lên men chính (100C) Nước, hơi

Nước, chất tải lạnh

Nước thải Chất trợ lọc, nước

Bụi tinh bột

Nước thải

Nước Nước

Hoa houblon, nước

Nước, glycol

Nước thải Nước thải Chuẩn bị nguyên liệu

Lên men phụ (20C) Lọc bia

Malt, gạo…

Nước

Nước nóng

Men giống

Nước nóng, glycol (tuần hoàn) Nước thải

Chất tải lạnh, CO2

tính truyền

thống

nghệ trung bình

Hình 3: Các công đoạn sản xuất chính.

Bảng 2: Tính chất nước thải nhà máy sản xuất bia.

Các

chất ô

nhiễm

Đơn vị tính

Mức hiện tại ở VN (nước thải chưa xử lý)

Tiêu chuẩn nước thải

sau xử lý TCVN 5945:2005*

Tác động đến môi trường

NH4+ mg/l 13-16 ≤5 ≤ 10 ≤15 độc hại cho cá nhưng

lại thúc đẩy thực vậtphát triển, thườnggây ra các hiện tượngtảo

Ghi chú: * Các thông số quy định trong tiêu chuẩn, chưa xét hệ số liên quan đến dung tích nguồn tiếp nhận và hệ số theo lưu lượng nguồn thải

A - Thải vào nguồn tiếp nhận dùng cho mục đích sinh hoạt

B - Nguồn tiếp nhận khác, ngoài loại A

C - Nguồn tiếp nhận được quy định

Bảng 3 Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước sản xuất bia

(đối với nhà máy bia công suất 100 triệu lít/năm)

Các chất ô nhiễm Tải lượng (kg/ngày)

110-[Nguồn: Tài liệu hướng dẫn sản xuất sạch hơn ngành bia]

Thành phần nước thải nhà máy bia vượt rất nhiều lần mức cho phép theo

tiêuchuẩn Việt Nam, cần phải qua xử lý Công suất của hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia cũng cần tính toán đủ lớn và phù hợp với công suất sản xuất bia kèm theo tiêu tốn nhiều năng lượng trong quá trình vận hành Xin tham khảo thông tin

xử lý nước thải trong phần 5 Vậy việc tiết kiệm nước và áp dụng các kỹ thuật sản xuất sạch hơn rất cần thiết để giảm lượng nước phát thải cũng như nồng độ

cơ chất hữu cơ trong nước thải

2.Một số công nghệ xử lý nước thải công nghiệp sản xuất bia hiện hành.

2.1.Công nghệ Aeroten truyền thống.

Aroten truyền thống là quy trình sử lí sinh học hiếu khí trong điều kiện nhântạo, tại đây các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học sẽ được vi sinh vật hiếu khí sử

dụng làm chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển sinh khối.Như vậy hàmlượng chất ô nhiễm ở dạng hữu cơ dễ phân hủy sinh học giảm xuống sinh khối của

vi sinh vật tăng lên.Aroten được cấp khí bằng máy thổi khí cấp oxi và khuấy trộnnước thải với bùn thải

- Không xử lý được nitơ và photpho

- Không xử lý được những chất ô nhiễm khó phân hủy sinh học

2.2.Công nghệ SBR:

Bể phản ứng theo mẻ là dạng công trình xử lí nước thải dựa trên phươngpháp bùn hoạt tính, nhưng trải qua 2 giai đoạn sục khí và lắng diễn ra cùng trong 1kết cấu

• Sơ đồ công nghệ:

• Ưu điểm

- Bể xây dựng tiết kiệm diện tích

- Có khả năng xử lý được nitơ, photpho và chất ô nhiễm hữu cơ

- Không phải xây dựng bể lắng II do đó tiết kiệm được chi phí

• Nhược điểm của công nghệ:

- Khó kiểm soát các thông số vận hành ( pH, To, F/M, )

- Do hoạt động theo mẻ nên người vận hành cần có tay nghề cao

- Tại Việt Nam thì công nghệ này chưa được áp dụng nhiều

2.3 Công nghệ màng sinh học MBR.

MBR là sự kết hợp giữa công nghệ màng và công nghệ sử lí nước thải bằngbiện pháp sinh học.Công nghệ sử dụng màng lọc được đặt ngập trong bể xử lí sinhhọc , màng lọc có tác dụng giữ lại lượng bùn sinh học vì vậy nâng cao hiệu xử lícặn lơ lửng.Hàm lượng lượng cặn lơ lửng trong bể sinh học sẽ tăng lên làm cho khảnăng phân hủy sinh học các chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào.

Chú thích:

Influent : đầu vào

Anaerobic reator:bể kị khí

Dynamic state bioreactor (1): bể sinh hoc thể động 1

Dynamic state bioreactor( 2):bể sinh học thể động 2

Membrane separation tank: bể lọc tách bằng màng

Oxygen exhausted reactor: bể yếm khí

KMS hollow fiber membrane: màng sợi rỗng

Suction pump: bơm

Enfluent : đầu ra

• Ưu điểm

Hiệu quả xử lý cao, có thể xử lý được nước thải có nồng độ chất ô nhiễm,Nitơ, Photpho cao

- Có thể xử lý triệt để được các vi khuẩn có trong nước thải

- Không cần xây dựng bể lắng đợt II do đó tiết kiệm được diện tích xây dựng

- Nước thải đầu ra có thể tái sử dụng được

• Nhược điểm:

Chi phí xây dựng tốn kém, do giá thành màng sinh học còn khá cao Có thểgấp 3-4 lần so với những công nghệ trên

- Quá trình vận hành phức tạp do đó công nhân vận hành cần có tay nghề cao

2.3 Công nghệ sinh học kị khí kết hợp với thiếu khí

Đây là công nghệ tiên tiến dùng để xử lý nước thải nghành bia hiện nay.Công nghệ này có ưu điểm là hiệu quả kinh tế cao, xử lý đơn giản

a.Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Hệ thống xử lý nước thải áp dụng phương

pháp xử lí kị khí kết hợp với hiếm khí được nêu trong hình sau:

b.Sơ đồ công nghệ hiếu khí kết hợp với kị khí:

c Thuyết minh công nghệ

Nước thải sản xuất cũng như các hoạt động sinh hoạt được tự chảy vào hệthống thu gom nước thải của nhà máy Sau đó, nước được tự chảy qua ngăn táchrác loại bỏ hầu hết rác có kích thước lớn hơn 20mm Rác thải được đem đi đốt,nước thải tự chảy vào hố thu sau đó chảy vào bể điều hoà

Tại bể điều hoà, nước thải được sục khí để tránh hiện tượng phân huỷ yếmkhí gây mùi, ngoài ra, sục khí còn phân huỷ một phần chất bẩn trong nước thải.Sau đó, nước thải được bơm lên bể UASB Trong bể UASB, nước thải cùng bùntuần hoàn được máy khuấy trộn đều Tại đây diễn ra quá trình phân huỷ làm giảmnồng độ COD, BOD Sau đó, nước thải được tự chảy sang bể Aeroten

Tại bể Aeroten nước thải, bùn hoạt tính được khuấy trộn nhờ quá trìnhthông khí liên tục Oxi trong không khí khuếch tán vào trong nước thải Dưới tácdụng của các vi sinh vật hiếu khí (nằm trong bùn hoạt tính) các chất ô nhiễm đượcchuyển hóa thành sinh khối tế bào mới và tự chảy qua bể lắng thứ cấp

Trong bể lắng thứ cấp, bùn tự lắng xuống nhờ trọng lực, nước trong đượcchảy qua máng chảy sang bể khử trùng Lượng bùn lắng xuống đáy bể lắng, mộtphần được bơm hồi lưu về bể Anoxic, một phần được bơm sang bể phân huỷ bùn

Trong bể phần huỷ bùn, bùn được phân huỷ hiếu khí làm cho thể tích bùnnhỏ, bùn ít gây mùi Nước trong tại bể phân huỷ bùn được bơm sang bể Anoxic,bùn đặc định kỳ (khoảng 1 năm, tuỳ thuộc vào lượng bùn) được bơm lên xe thugom bùn đem đi xử lý

Nước trong trên bề mặt bể lắng được tự chảy sang bể khử trùng, tại đây sửdụng máy Ozone tạo ra ozone khử các vi sinh vật gây bệnh trong nước thải trướckhi nước thải được thải ra môi trường

Khí từ các máy thổi khí được cấp chủ yếu cho bể Aeroten, bể điều hoà mộtphần được cấp cho bể chứa bùn và cấp cho các bơm Airlift hoạt động

Nước thải sau khi ra khỏi hệ thống xử lý đạt QCVN 40:2011

III. BÀI TOÁN GIẢ ĐỊNH

1. Nhà máy sản xuất bia Hà Nội.

Năm 1890 người Pháp đã xây dựng nhà máy bia tại Hà Nội chủ yếu là để phục vụ họ và những công chức Việt Nam tại một số thành phố lớn ở miền Bắc Nhà máy bia ban đầu mang tên một người Pháp là Hommel, sản xuất chỉ 150 lít/ngày do 30 người lao động do Pháp đào tạo Năm 1954, khi miền Bắc Việt Namđược giải phóng nhà máy bia được đổi tên là nhà máy bia Hà Nội nay là Tổng công

ty cổ phần bia - Rượu - Nước giải khát Hà Nội

Năm 1958 loại bia chai Trúc Bạch được sản xuất Năm 1960 nhà máy sản xuất được 15 triệu lít/năm, năm 1970 nâng lên 20 triệu lít/năm

Năm 1978 nhà máy được Cộng hòa Dân chủ Đức giúp đỡ cải tạo nhà nấu và năm 1983 nhà nấu liên hợp được đưa vào sử dụng, nâng công suất lên 30 triệu lít/năm Cũng trong năm này nhà máy bia Hà Nội đổi tên thành Công ty Bia Hà Nội Năm 1989 luận chứng kinh tế kỹ thuật đầu tư, mở rộng sản xuất từ 30 lên 50 triệu lít của nhà máy đã được phê duyệt và được thực thi.

Năm 2003, Tổng Công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội được thành lập trên cơ sở sắp xếp lại Công ty Bia Hà Nội và một số đơn vị thành viên Tổng Công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam.Từ ngày 1/7/2008 thành Tổng công ty cổ phần bia - Rượu - Nước giải khát Hà Nội

Đến nay, tổng công ty đã đầu tư đổi mới công nghệ, mua hầu hết các thiết bị máy móc hiện đại của Tây Âu Vào năm 2004, dự án đầu tư chiều sâu đổi mới công nghệ, nâng công suất lên đến 100 triệu lít/năm đã hoàn tất và đưa vào sử dụng.Năm 2012 Tổng công ty đạt sản lượng 612 triệu lít bia các loại

Nhà máy bia Hà Nội được xây dựng từ thời kỳ Pháp thuộc, từ đó đã qua sửachữa và thay thế nhiều lần nên thiết bị không đồng bộ