Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, xử lý nước thải công nghiệp đang là vấn đề vô cùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch môi trường sống đồng thời góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên thế giới. Tại nhiều nước có nền công nghiệp phát triển cao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,... các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực tự động hoá cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội vô cùng to lớn.Do đó trong tiểu luận này em xin trình bày về vấn đề tự động hóa quá trình xử lý nước thải nhà máy bia.Mục tiêu của tiểu luận này là:•Đưa ra được công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia.•Phân tích, lựa chọn đối tượng điều chỉnh tự động.•Đề xuất được các đối tượng điều khiển tự động•Giới thiệu về hệ thống tự động hóa hiện nay ở một số nhà máy bia.
Trang 1Mục lục
Trang
Mục lục 1
Lời mở đầu 2
I Một vài nét giới thiệu về công nghệ sản xuất bia 3
II Công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia khi chưa áp dụng tự động hóa 5
III Công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia khi chưa áp dụng hệ thống tự động hóa 6
IV Đề xuất các yếu tố tự động hóa vào công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia 10
V Giới thiệu về hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia trong thực tế 12 V.1 Sơ đồ công nghệ 13
V.2 Thuyết minh công nghệ 14
V.3 Về công tác xử lý bùn và cặn rác 15
Tài liệu tham khảo 18
Trang 2Lời mở đầu
Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, xử lý nước thải công nghiệp đang là vấn đề vô cùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch môi trường sống đồng thời góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên thế giới Tại nhiều nước có nền công nghiệp phát triển cao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp, các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực tự động hoá cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế
xã hội vô cùng to lớn
Do đó trong tiểu luận này em xin trình bày về vấn đề tự động hóa quá trình xử lý nước thải nhà máy bia
Mục tiêu của tiểu luận này là:
Đưa ra được công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia
Phân tích, lựa chọn đối tượng điều chỉnh tự động
Đề xuất được các đối tượng điều khiển tự động
Giới thiệu về hệ thống tự động hóa hiện nay ở một số nhà máy bia
TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI
NHÀ MÁY BIA
Trang 3I Một vài nét giới thiệu về công nghệ sản xuất bia
Bia được sản xuất lâu đời trên thế giới, là sản phẩm lên men có tác dụng giải khát, tạo sự thoải mái và tăng cường sức lực cho cơ thể Các nước có sản lượng sản xuất bia cao là Mỹ, Đức với sản lượng trên 10 tỷ lít/ năm, và còn nhiều nước với sản lượng trên 1 tỷ lít/ năm
Ở Việt Nam, theo các số liệu đã công bố thì sản lượng bia ở nước ta ngày càng tăng theo các năm Số liệu thống kê cho thấy, trong ngành sản xuất bia có
ba doanh nghiệp có sản lượng trên 100 triệu lít/ năm là Sabeco (năng lực sản xuất trên 300 triệu lít/ năm), Habeco (trên 200 triệu lít/ năm), và công ty liên doanh nhà máy bia Việt Nam (trên 100 triệu lít/ năm) Có 15 doanh nghiệp bia
có công suất lớn hơn 15 triệu lít/ năm và 19 doanh nghiệp có sản lượng sản xuất bia thực tế trên 20 triệu lít/ năm Và có khoảng 268 cơ sở còn lại có năng lực sản xuất dưới 1 triệu lít/ năm [1]
Hình 1: Sản lượng bia của cả nước Trên đây là biểu đồ thể hiện sản lượng bia của cả nước từ năm 2003-2006 và theo lộ trình phát triển này, năm 2010 sản lượng bia của cả nước vào khoảng 2-3
tỷ lít/ năm và mức tiêu thụ bình quân trên đầu người vào khoảng 28-30 lít/ người/ năm Với tốc độ phát triển nhanh hiện nay, nhiều nhà máy bia quy mô lớn cũng đang được đầu tư mở rộng cũng kéo theo nhiều vấn đề nảy sinh như tiêu tốn tài nguyên và ô nhiễm môi trường
I.2 Công nghệ sản xuất bia [1]
Trang 4Hình 2: Sơ đồ công nghệ sản xuất bia 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, 8 ÷ 10 %
là các hợp chất chứa nito, ngoài ra còn chứa các axit hữu cơ, chất khoáng và một
số vitamin
Nguyên liệu chính để sản xuất bia bao gồm: malt đại mạch, nguyên liệu thay thế như gạo, lúa mì, ngô ; hoa Houblon, men và nước
Trang 5Trong đó nước chiếm thành phần chủ yếu, nước dùng để sản xuất bia phải là nước mềm, hàm lượng sắt, mangan càng thấp càng tốt, nước phải được khử trùng trước khi đưa vào nấu, đường hóa
Các công đoạn sản xuất bia chính được miêu tả theo hình 2 với các nguyên liệu đầu vào và các phát thải đi kèm
II Các nguồn phát sinh nước thải và đặc tính nước thải công nghiệp sản xuất bia [2]
Nước thải của công nghệ sản xuất bia bao gồm
- Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như không bị
ô nhiễm, có khả năng tuần hoàn, sử dụng lại
- Nước thải bộ phận nấu - đường hóa, chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu, bể chứa, 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 chữa bã men và chất hữu cơ
- Nước thải rửa chai, đây cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớn trong công nghệ sản xuất bia Về nguyên lý, chai để đóng bia được rửa qua các bước như sau: rửa với nước nóng => rửa bằng dung dịch kiềm loãng (1 ÷ 3% NaOH) => rửa sạch bẩn và nhãn bên ngoài chai sau đó rửa sạch bằng nước nóng và nước lạnh Do đó dòng thải của quá trình rửa chai có đội pH cao và làm cho dòng thải chung có giá trị pH kiềm tính
Kiểm tra nước thải từ các nhà máy rửa chai 0.5l cho thấy mức độ ô nhiễm như trong bảng 1:
Thông số
Hàm lượng, mg/l
Trang 6pH = 8,3 đến 11,2
Nước tiêu thụ để rửa chai = 0.3 đến 0.5 lít
Bảng 1: Ô nhiễm nước thải từ nhà máy rửa chai bia Trong nước thải rửa chai có hàm lượng đồng và kẽm là do sử dụng loại nhãn dán chai có in ấn bằng các loại thuốc in có chứa kim loại Hiện nay loại nhãn chai có chứa kim loại đã bị cấm sử dụng ở nhiều nước Trong nước thải có tồn tại AOX là do quá trình khử trùng có dùng 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 phương pháp lên men nổi hay chìm Nhưng sự khác nhau cơ bản là vấn đề sử dụng nước cho quá trình rửa chai, lon, máy móc thiết bị, sàn nhà, Điều đó dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ô nhiễm của các nhà máy bia rất khác nhau Ở các nhà máy bia có biện pháp tuần hoàn nước và công nghệ rửa tiết kiệm nước thì lượng nước thấp so với các nhà máy bia không có những biện pháp trên Ngoài ra lưu lượng dòng thải và đặc tính của dòng thải trong công nghệ sản xuất bia còn biến đổi theo chu kỳ và mùa sản xuất Do đó việc đặt ra vấn đề xử lý nước thải nhà máy bia là rất quan trọng
III Công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia khi chưa áp dụng hệ thống tự động hóa
Hiện nay, ở nước ta và trên thế giới có rất nhiều hệ thống xử lý nước thải khác nhau và có hiệu quả kinh tế, trong quá trình xử lý nước thải, việc áp dụng
tự động hóa vào có hiệu suất và hiệu quả kinh tế rất cao, nó đã và đang được áp dụng rộng rãi Trong bài tiểu luận này em xin giới thiệu về công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia khi chưa áp dụng hệ thống tự động hóa và đề suất một số phương án cho việc tự động hóa sơ đồ xử lý nước thải nhà máy bia, được thể hiện như sau
Trang 7Hình 3: Sơ đồ xử lý nước thải của nhà máy bia khi chưa ứng dụng tự động hóa
Trang 8Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia bao gồm nhiều công đoạn được thể hiện như trên hình 3 Hoạt động của hệ thống này như sau:
Nước thải từ nhà máy được thu gom vào hố bơm Từ hố bơm P1 bơm nước qua song chắn rác Đây là bước xử lý sơ bộ Mục đích của quá trình này là khử tất cả các tạp chất có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử
lý nước tải như làm tắc máy bơm, đường ống hoặc kênh dẫn Đây là bước quan trọng đảm bảo điều kiện làm việc việc thuận lợi cho cả hệ thống Rác tự động vào thùng chứa bằng cách xối nước liên tục hoặc cào thủ công
Sau song chắn rác, nước tự chảy vào bể cân bằng Bể này có tác dụng điều hoà lưu lượng để duy trì dòng thải vào gần như không đổi cho các công đoạn sau, khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý Nhiệt độ nước được đo thủ công theo chu kỳ hoặc thời điểm tuỳ thuộc vào kỹ sư vận hành Máy bơm P2 sẽ bơm nước từ bể cân bằng vào bể trung hoà và ổn định lưu lượng [3]
Nước thải chứa các axít vô cơ hoặc kiềm cần được trung hoà đưa pH về khoảng 7±0.2 trước khi sử dụng cho công đoạn xử lý tiếp theo Trung hoà nước thải thực hiện bằng cách bổ sung các tác nhân hoá học Trong quá trình trung hoà, một lượng bùn cặn được tạo thành Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ
và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng các tác nhân sử dụng cho quá trình [3]
Để trung hoà trong công nghệ này người ta sử dụng tác nhân hoá học là NaOH và HCl Khi pH vượt ngưỡng dưới thì bơm định lượng DP bổ sung thêm NaOH, khi pH vượt ngưỡng trên thì DP bổ sung HCl và cho máy khuấy M1 hoạt động Máy khuấy tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng trung hoà và làm đồng đều hoá chất bổ sung với nước thải Điều khiển pH được thực hiện thủ công Để bảo đảm an toàn cho vi sinh vật người vận hành thường xuyên phải đo tay độ pH đầu nguồn nước vào bể kỵ khí để đảm bảo chắc chắn rằng pH không vượt ngưỡng cho phép Khi phát hiện pH không đạt yêu cầu thì người vận hành tắt P1, P2, P3 để cắt nguồn nước không bảo đảm chỉ tiêu pH cho công đoạn xử lý sinh học tiếp sau vì các vi sinh vật rất nhạy cảm với pH, pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào
tế bào Nếu vi sinh vật chết sẽ cần nhiều thời gian và kinh phí để khôi phục lại chúng đồng thời làm gián đoạn sản xuất [3]
Sau khi trung hoà nước được xử lý tiếp bằng các phương pháp sinh học Người ta sử dụng các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan và một số chất vô cơ như H2S, các chất sunfit, amoniac, nitơ…Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để
Trang 9phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá [2] Trong công nghệ sử dụng hai phương pháp là kỵ khí và hiếu khí tại các bể
kỵ khí và hiếu khí
Phương pháp kỵ khí được dùng để lên men bùn cặn sinh ra trong quá trình
xử lý bằng phương pháp sinh học hoặc nước thải công nghiệp chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao (BOD=4÷5 g/l) Đây là phương pháp cổ điển nhất dùng để
ổn định bùn cặn, trong đó các vi khuẩn kỵ khí phân huỷ các chất hữu cơ Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm cuối cùng, người ta phân loại quá trình này thành: lên men rượu, lên men axit lactic, lên men metan, Những sản phẩm cuối của quá trình lên men là: cồn, các axit, axeton, khí CO2, H2, CH4 Trong công nghệ các chất khí (biogas) sẽ được thu hồi và đốt nhờ hệ thống thu hồi và xử lý khí [2]
Phương pháp hiếu khí là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí Bể hiếu khí luôn chứa các vi khuẩn hiếu khí Trong công đoạn có hệ thống sục khí bao gồm máy thổi khí B và các ống dẫn khí làm nhiệm vụ cung cấp đủ lượng ôxi cần thiết cho vi khuẩn trong quá trình phân giải chất hữu cơ đồng thời xáo trộn làm tăng khả năng hấp thụ các chất hữu cơ của vi sinh vật đảm bảo sự phân giải tối đa Kết quả là hình thành các bông sinh học có thể lắng trọng lực ở đầu ra của bể Đối với đa số các vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu là 6.5÷8.5 Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn tới chức năng hoạt động của vi sinh vật Đối với đa số vi sinh vật, nhiệt độ nước thải phải từ 6÷370 C[2] Nói chung giá trị DO luôn được bảo đảm trong khoảng cho phép nhờ công suất không đổi của máy thổi khí theo thiết kế trừ trường hợp có sự cố (hỏng máy thổi, tắc ống dẫn khí, ) và được giám sát thủ công Nhiệt độ nước trong bể đo thủ công theo quy trình vận hành (định kỳ hoặc theo thời điểm do kỹ sư vận hành quyết định)
Nước thải sau khi được xử lý tại bể hiếu khí sẽ tràn sang bể lắng đứng Tại đây sử dụng phương pháp lắng trọng lực Trong nước thải vào các bể này chứa bùn hoạt tính là sản phẩm của quá trình phân giải của vi sinh tại bể hiếu khí Bùn hoạt tính có dạng bông màu vàng nâu, dễ lắng, kích thước từ 3 đến 5µm Những bông này gồm các vi sinh vật sống và chất rắn (40%) Vi sinh bao gồm vi khuẩn, động vật bậc thấp, dòi, giun, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, [2], một phần bùn được đưa quay trở lại bể hiếu khí để bảo đảm đủ lượng vi sinh cần thiết Bể lắng có thể tích thiết kế đủ lớn để nước được lưu trong đó vài giờ,
đủ thời gian cho quá trình lắng, do đó có thể xả bùn và ép bùn liên tục (luôn bật máy gạt bùn M2, bơm hút bùn SP và máy ép bùn D) Các van tay V4, V5 được
mở trước ở các độ mở nhất định, các mức mở này do kỹ sư vận hành thực hiện
Trang 10nhằm đảm bảo sự cân bằng giữa thức ăn và vi khuẩn hiếu khí
Nhược điểm của hệ thống này:
- Hệ thống vẫn phải điều khiển thủ công
- Các bước đo các thông số DO, pH vẫn phải lấy mẫu và đo thủ công => kết quả không đồng đều và độ chính xác không cao
- Hiệu quả kinh tế thấp
=> Khắc phục bằng các áp dụng tự động hóa vào hệ thống này vì ưu điểm của
hệ thống khi tự động hóa sẽ cho phép giám sát điều khiển tất cả các công đoạn
xử lý nước thải từ một trung tâm điều khiển Để làm được điều này cần trang bị thêm vào hệ thống các thiết bị đo lường, cảm biến điều khiển
IV Đề xuất các yếu tố tự động hóa vào công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia [4]
Hệ thống tự động hóa có thể chia làm hai phần: hệ thống thông tin và hệ thống điều khiển
Hệ thống thông tin có nhiệm vụ thực hiện các chức năng thông tin Các chức năng này cho phép giám sát quá trình công nghệ: cụ thể là thu thập, bảo quản, thống kê và ghi lại các thông tin đã diễn ra của quá trình điều khiển, cần cho dự báo trước các tình huống sự cố hay thông tin về sự thay đổi yêu cầu đặt trước của quá trình
Hệ thống điều khiển dùng để tạo ra và thực hiện các tác động điều khiển dựa trên các tối ưu; bằng các phương tiện tự động thực hiện các thao tác logic và theo chương trình đối với các phần tử phân tán (điều khiển phân tán các cơ cấu chấp hành , các liên động sự cố, khởi động và dừng hệ thống máy )
Vấn đề đo lường từ xa các thông số của hệ thống công nghệ là rất quan trọng Các thông số cần đo có thể kể đến như: mực nước trong các bể chứa, trong các buồng đầu vào công trình, lưu lượng, các chỉ số chất lượng nước như
pH, T, DO, Các thiết bị cho tín hiệu từ xa giúp người điều khiển nhìn nhận được toàn cảnh về trạng thái làm việc của các thiết bị Các thiết bị hiện trường truyền về Trung tâm điều khiển các tín hiệu sau đây: tín hiệu về tắt sự cố, về hỏng hóc các thiết bị điều khiển hay của các thiết bị phụ trợ (quạt, máy bơm ), giá trị sự cố của các thông số công nghệ, sự trục trặc điều tiết chất phản ứng
Từ những nhược điểm trên, ta áp dụng tự động hóa vào sơ đồ công nghệ, thêm các thiết bị điều chỉnh tự động, giám sát, điều khiển, cảnh báo, báo động
và được thể hiện qua sơ đồ sau:
Trang 11Hình 4: Sơ đồ xử lý nước thải sau khi ứng dụng tự động hóa
Trang 12Từ những nhược điểm của sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia khi chưa ứng dụng tự động hóa vào hệ thống xử lý nước thải Em đề xuất một số thiết bị và cơ cấu chấp hành được gắn vào hệ thống trên và được thể hiện ở hình 4:
Từ hình 4 ta có một số thiết bị đo như sau:
1 TIC1, TIC2 Truyền xa, chỉ thị và điều chỉnh tự động
nhiệt độ
van điều chỉnh
4 FRI1, FRI2, FRI3, FRI4 Đo lưu lượng, ghi và hiển thị
Từ tính chất, ứng dụng của từng thiết bị trong hệ thống em đã đề xuất một số thiết bị đo pH, DO, nhiệt độ và điều khiển tự động, đo và hiển thị một số dòng lưu lượng như hình trên
V Giới thiệu về hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Habeco
Sau khi đề xuất và lập sơ đồ tự động, em tiến hành tìm hiểu thực tế tại hệ thống
xử lý nước thải của nhà máy bia Habeco Hải Phòng và tìm hiểu được hệ thống
tự động xử lý nước thải của nhà máy và được thể hiện qua sơ đồ sau:
