Kỹ thuật xử lý nước thải trong ngành sản xuất rượu bia nước giải khát

Nước thải do rượu bia thải ra thường có đặc tính chung là ô nhiễm hữu cơ rất cao, nước thải thường có màu xám đen và khi thải vào các thuỷ vực đón nhận thường gây ô nhiễm nghiêm trọng

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Đề tài:

Kỹ thuật xử lý nước thải trong ngành sản xuất rượu bia nước giải khát

ĐẶT VẤN ĐỀ

 Trong những năm gần đây công nghiệp thế giới phát triển với tốc độ rất cao Cùng với sự phát triển chung của ngành công nghiệp thì

ngành công nghiệp sản xuất rượu bia cũng phát triển mạnh mẽ.

 Bên cạnh những thành tựu về kinh tế - xã hội do phát triển công

nghiệp là những vấn đề về ô nhiễm môi trường ngày càng quan

trọng, trong đó, nước thải của ngành sản xuất bia cũng gây ra

những tác động xấu đến môi trường Nước thải do rượu bia thải ra

thường có đặc tính chung là ô nhiễm hữu cơ rất cao, nước thải

thường có màu xám đen và khi thải vào các thuỷ vực đón nhận

thường gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân huỷ của các chất hữu

cơ diễn ra rất nhanh Chính vì vậy, việc tìm ra các biện pháp thích hợp để xử lí chất thải từ sản xuất rượu bia là rất cần thiết để sớm được áp dụng vào thực tế.

Lịch sử hình thành và tốc độ phát triển

Lịch sử hình thành

7000 năm TCN người Babilon

đã biết sản xuất bia từ hạt đại mạch

Cùng với sự phát triển của thời gian công thức chế biến bia đã

thay đổi dần, người ta biết cho thêm cỏ dại có hương thơm để chonước có vị dễ chịu hơn như: ngải cứu, lupin … để tăng hương vị

của bia

Cây đại mạch

Lịch sử hình thành

Năm 1857, nhà bác học người Pháp Louis Pasteur đã khẳng định “ nấm men là vi sinh vật duy nhất mà hoạt động của chúng đã làm nên quá trình lên men bia.”

Ngày nay kỹ thuật sản xuất bia được cải tiến, quá trình lên men

giảm từ 49 ngày xuống còn 12 ngày

Louis Pasteur

• Việt Nam

Ở Việt Nam bia được người Pháp du nhập vào cuối thế kỷ 19 với

việc xây dựng 2 nhà máy bia: nhà máy bia Hà Nội và nhà máy bia Sài

Gòn Qua hơn một thế kỷ thăng trầm và phát triển, hiện cả nước có khoảng

129 cơ sở sản xuất bia Có nhiều cơ sở sản xuất có quy mô lớn từ 200 - 400 triệu lít/năm như nhà máy bia Củ Chi (Sabeco), nhà máy bia Mê Linh

(Habeco), nhà máy bia Bình Dương (SABMiller),…Theo đó, tổng công

suất ngành bia đến nay đạt khoảng 4,8 tỷ lít/năm

Đặc tính nước thải phát sinh

Nguồn gốc nước thải

Nấu – đường hóa: Nước thải của các công đoạn này giàu các chất

hydroccacbon, xenlulozơ, hemixenlulozơ, pentozơ trong vỏ trấu, các mảnh hạt

và bột, các cục vón… cùng với xác hoa, một ít tanin, các chất đắng, chất màu Công đoạn lên men chính và lên men phụ: Nước thải của công đoạn này rất giàu xác men – chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin cùng với bia cặn

Giai đoạn thành phẩm: Lọc, bão hòa CO2, chiết bock, đóng chai, hấp chai Nước thải ở đây chứa bột trợ lọc lẫn xác men, lẫn bia chảy tràn ra ngoài…

Nước thải từ quy trình sản xuất bao gồm:

   -  Nước lẫn bã malt và bột sau khi lấy dịch đường Để bã trên sàn lưới, nước sẽ tách ra khỏi bã

   -  Nước rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men

và các loại thiết bị khác

-  Nước rửa chai và két chứa

   -  Nước rửa sàn, phòng lên men, phòng tàng trữ

   -  Nước thải từ nồi hơi

-  Nước vệ sinh sinh hoạt

  - Nước thải từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lượng clorit cao (tới 500 mg/l), cacbonat thấp

Đặc tính nước thải phát sinh

Thành phần và tính chất nước thải

Trong sản xuất bia, do đặc thù về công nghệ nên lượng nước tiêu hao cao và lượng nước thải cũng lớn

Đặc tính nước thải của các nhà máy bia là giàu các hợp chất hữu cơ

như tinh bột, xenluloza, các loại đường, axít, các hợp chất phốt pho, nitơ Các chất này sẽ được oxi hoá bởi vi sinh vật, tạo ra sản phẩm cuối là CO2, H2O, NH3 và sản phẩm trung gian là rượu, aldehit, axit, Đây là nguồn gây

ô nhiễm cao nếu thải trực tiếp ra môi trường

Các đặc tính của nước thải:

- Hàm lượng BOD cao

- pH dao động lớn

- Ảnh hưởng tới nồng độ N, P

- Ảnh hưởng tới hàm lượng chất rắn lơ lửng

- Ngoài ra, lưu lượng và đặc tính dòng nước thải trong công nghệ sản xuất bia còn biến đổi theo quy mô, sản lượng và mùa sản xuất Trong bã bia còn chứa một lượng lớn chất hữu cơ, khi lẫn vào nước thải sẽ gây ra ô nhiễm ở mức độ cao

Nước thải rửa chai bia 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

Do đó dòng thải của quá trình rửa chai có pH cao và làm cho dòng thải chung có pH kiềm tính

Trong nước thải rửa chai còn có hàm lượng đồng và kẽm là do sửa

dụng loại dãn nhãn chai có in ấn bằng các loại thuốc in có chứa kim loại Hiện nay, loại dán 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 clo

Rửa với

nước nóng

Rửa qua dung dịch kiềm loãng nóng (1-3% NaOH)

Rửa sạch bẩn

và nhãn bên ngoài chai

rủa sạch bằng nước nóng và nước lạnh

Các chất ô nhiễm Đơn vị Giá trị Tác động đến

môi trường

SS mg/l 70-600 Gây ngạt thở cho

thủy sinh COD mg/l 600-2400 Ô nhiễm BOD mg/l 310-1400 Ô nhiễm

Tổng N mg/l 90 Gây hiện tượng

phú dưỡng

Tổng P mg/l 50 Kích thích TV

phát triển Nhiệt độ 0

C 35-55

Tính chất đặc trưng của nước thải

( Nguồn: PGS.TS Lương Đức Phẩm, công nghệ xử lý nước thải, NXB Giáo Dục)

Các phương pháp xử lý nước thải nhà máy bia

Đặc tính nước thải của các nhà máy bia là giàu các hợp chất hữu cơ như tinh bột, xenluloza, các loại đường, axít, Các chất này sẽ được oxi hoá bởi vi sinh vật, tạo ra sản phẩm cuối là CO2, H2O, NH3 và sản phẩm trung gian là rượu, aldehit, axit, Đây là nguồn gây ô nhiễm cao nếu thải trực tiếp ra môi trường

Có nhiều phương pháp ứng dụng xử lý nước thải các nhà máy rượu, bia như: sử dụng màng lọc, phương pháp hoá học, phương pháp sinh học Trong các phương pháp trên, thì phương pháp xử lý bằng sinh học cho hiệu quả tối ưu và được sử dụng rộng rãi nhất

Phương pháp cơ học

Nước thải rửa chai, lọ và tec cần qua sàng lọc để loại bỏ mảnh thủy tinh vỡ

và nhãn giấy Nước thải sản xuất hỗn hợp cần cho các bể tách dầu trước khi xử

lý sinh học.

Tùy theo kích thước và tính chất đặc trưng của từng loại vật chất mà người

ta đưa ra nhưng phương pháp thích hợp để loại bỏ chúng ra khỏi nước thải.

Nước thải sản xuất và nước thải vệ sinh tập trung vào một hệ thống được

xử lý bằng sục một giai đoạn Nước làm lạnh và nước mưa thải vào nơi tiếp

nhận không cần xử lý.

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

Phương pháp cơ học

• 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 thủy lực là 24.5), chiếm 60% tổng số hạt cặn có trong nước thải.

Tùy theo đặc tính của dòng chảy ta có thể phân loại bể lắng cát như sau:

- Bể lắng cát ngang nước chảy thẳng, chảy vòng (Vmax = 0.3 m/s, Vmin = 0.15 m/s và thời gian lưu nước từ 30 – 60s)

- Bể lắng cát đứng, nước chảy từ dưới lên (V = 3-3.7 m/s, thời gian lưu nước khoảng 2-3.5 phút.

- Bể lắng cát nước chảy xoắn ốc

Phương pháp cơ học

Bể lắng đợt 1

Bể lắng 1 có nhiệm vụ tách các hạt lơ lửng trên nguyên tắc trọng lực Cặn lắng của bể lắng 1 là loại cặn có trọng lượng thay đổi, có khả năng kết dính và keo tụ với nhau Quá trình lắng tốt có thể loại bỏ 90-95% lượng cặn trong nước thải vì vậy đây là quá trình quạn trọng trong xử lý nước thải và thường được bố trỉ xử lý ban đầu hay sau xử lý sinh học

Căn cứ theo chiều nước chảy người ta phân biệt các dạng bể lắng sau:

- Bể lắng ngang

- Bể lắng đứng

- Bể lắng radien

Phương pháp cơ học

Bể tách dầu mỡ

Bể tách dầu mỡ thường được ứng dụng trong xử lý nước thải công

nghiệp có chứa dầu mỡ, các chất nhẹ hơn nước và các dạng chất nổi khác Đối với nước thải sinh hoạt, do hàm lượng dầu mỡ và các chất nổi không lớn cho nên có thể thực hiện tách chúng ngay ở bể lắng đợt 1 nhờ các thanh gạt dầu mỡ, chất nổi trên bề mặt bể lắng

Bể lọc

Dùng để tách các phần tử lơ lửng phân tán trong nước thải với kích thước tương đối nhỏ sau bể lắng, bằng cách cho nước thải đi qua các vật liệu lọc như nước, cát, thạch anh, than cốc, than bùn…

Quá trình lọc chỉ áp dụng cho các công nghệ xử lý nước tái sử dụng và cần thu hồi một số thành phần quý hiếm có trong nước thải Các loại bể lọc được phân loại như sau:

- Lọc qua vách lọc

- Bể lọc với lớp vật liệu lọc dạng hạt

- Thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh

Phương pháp cơ học

Phương pháp hóa lý

 Là phương pháp dùng các phẩm hóa học, cơ chế vật lý để loại bỏ các cặn hòa tan, cặn lơ lửng, kim loại nặng và góp phần làm giảm COD, BOD5

trong nước thải

Các phương pháp hóa học là chất oxi hóa bậc cao như H2O2, O3, Cl, phương pháp trung hòa đông keo tụ

 Thông thường các quá trình keo tụ thường đi kèm theo qua trình trung hòa hoặc các hiện tượng vật lí khác Những phản ứng xảy ra là phản ứng trung hòa, phản ứng oxi hoá khử, phản ứng tạo chất kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại

Bể điều hòa

Lưu lượng và chất lượng nước thải từ hệ thống thu gom chảy về khu xử lý thường dao động theo các giờ trong ngày Nước thải thường có giá trị pH khác nhau Muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học, phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về giá trị thích hợp (pH = 6-9).

Nước thải nhà máy bia có khoảng pH dao động rất lớn (từ 5-12), vì thế muốn

trung hòa ta phải sử dụng các dung dịch axit kiềm.

Loại bể này có thể có hoặc không có thiết bị khuấy trộn tùy thuộc tính chất nước thải khác nhau Thiết bị khuấy trộn làm nhiệm vụ hòa trộn để cân bằng nồng độ các chất bẩn cho toàn bộ thể tích nước thải có trong bể và ngăn ngừa cặn lắng trong bể, pha loãng các chất độc hại có trong bể nếu có.

Phương pháp hóa lý

- Ozon hóa : phương pháp này bắt đầu được sử dụng rộng rãi để xử lý

nước thải ozon tác động mạnh mẽ vào chất hữu cơ Sau quá trình ozon hóa

số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt đạt 99.8%

Phương pháp hóa lý

Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp thụ được dùng trong bước xử lý bậc cao sau xử lý

sinh học để khử các chất hưu cơ không bị oxi hóa sinh học hấp phụ là tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân chia giũa hai pha lỏng/khí hay lỏng/rắn

Cơ chế của quá trình hấp phụ như sau: các phân tử hòa tan khi tiếp xúc giữa hai pha rắn/lỏng sẽ hấp phụ lên bề mặt chất rắn bằng các lực liên kết của các phân tử bề mặt có thừa hóa trị Các chất hấp phụ thường được sử dụng như: than hoạt tính các chất tổng hợp và các 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 hydroxyt kim loại ít được sử dụng vì năng lượng tương tác của chúng với các phân tử nước lớn

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây ô nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước.

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp kị khí và hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo ra điều kiện tối ưu cho quá trình oxy sinh hóa nên quá

trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn xử lý sinh học tự nhiên

Phương pháp sinh học

Phương pháp hiếu khí:

- Thực chất đây là quá trình phân hủy các chất hữu cơ dưới tác dụng

của các vi sinh vật hiếu khí khi có sự tham gia của ôxi Phương trình cơ bản của quá trình phân hủy hiếu khí là:

- Mỗi phương phương pháp xử lý đều có các ưu và

nhược điểm khác nhau

Phương pháp sinh học

Bể Aeroten

Bể Aeroten thông thường: Đòi hỏi phải ở chế độ dạng chảy nút khi đó chiều dài bể rất lớn so với chiều rộng Trong bể này nước thải có thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hoàn đưa vào đầu bể Ở chế độ dạng chảy nút, bông bùn có đặc tính tốt hơn, dễ lắng Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể quá trình phân hủy nội bào sảy ra ở cuối bể

Bể Aeroten thông thường

Ngoài ra còn bể Aeroten mở rộng và bể Aeroten xáo trộn hoàn toàn

Hình: Bể Aeroten khuấy trộn hoàn toàn

Bể Aeroten

Bể SBR ( bể hoạt động gián đoạn)

Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn Qúa trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ có một điều khác đó là tất cả các quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước: làm đầy, phản ứng, xả cạn, ngưng …

Bể UASB

UASB là bể xử lý sinh học kị khí dạng chảy ngược qua lớp bùn, phương pháp

này phát triển mạnh ở Hà Lan Xử lý bằng phương pháp kỵ khí được ứng dụng để

xử lý các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ tương đối cao, khả năng phân hủy sinh học tốt, nhu cầu năng lượng thấp và sản sinh năng lượng.

Chức năng của bể UASB là thực hiện phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kị khí thành các dạng khí sinh học Các chất hữu cơ trong nước thải đóng vai trò chất dinh dưỡng cho vi sinh vật Nước thải đi từ dưới lên với vận tốc được duy trì trong khoảng 0.6-1.2 m/h Thời gian lưu nước trong bể thường kéo dài 30-40h Hoạt động của bể UASB cần duy trì dở điều kiện thích hợp:

+ pH khoảng 7-7.2

+ Nhiệt độ ổn định 33-35 0 C

+ Tải trọng hữu cơ đạt từ 10-15 kg/m 3 ngày.

Lựa chọn đối tượng và biện pháp xử lý

Đối tượng nghiên cứu

Tên: Công ty TNHH SABMiller Việt Nam

THÔNG TIN CƠ BẢN:

- Là công ty sản xuất bia

Bình Dương

- Công suất ban đầu: 5.000.000hl/năm.

NGUYÊN, NHIÊN LIỆU ĐẦU VÀO

3 (dạng viên và cô đặc)Hoa Houblon Tấn/năm 21

QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA

Lắng, lọc trong Làm lạnh, nạp khí Lên men

Lọc

Bồn trữ, bão hòa CO2Thanh trùng,chiết trai Dán nhãn, vô két

Nước thải bia hơi

THUYẾT MINH QUY TRÌNH

- Malt, gạo được vận chuyển về và bảo quản cần thận sau đó đưa

vào các bồn của phân xưởng nấu – đường hóa

- Malt, gạo được nấu một thời gian nhất định sẽ tự động lọc bã kỹ và cho ra dịch đường Đường này sẽ được chuyển đến bộ phận lên men

- Malt, gạo được vận chuyển về và bảo quản cần thận sau đó đưa

vào các bồn của phân xưởng nấu – đường hóa

- Malt, gạo được nấu một thời gian nhất định sẽ tự động lọc bã kỹ và cho ra dịch đường Đường này sẽ được chuyển đến bộ phận lên men

-Tại đây bộ phân lên men tiếp nhận dịch đường trộn chung với hoa Houlon và một số phụ gia khác để lên men

- Trải qua hai quá trình lên men chính và lên men phụ

- Quá trình lên men chính sẽ tạo ra bia bán thành phẩm và lọc các tạp chất lẫn trong nước bia rôi chuyển đến phân xưởng chiết

-Tại đây bộ phân lên men tiếp nhận dịch đường trộn chung với hoa Houlon và một số phụ gia khác để lên men

- Trải qua hai quá trình lên men chính và lên men phụ

- Quá trình lên men chính sẽ tạo ra bia bán thành phẩm và lọc các tạp chất lẫn trong nước bia rôi chuyển đến phân xưởng chiết

Chiết

- Tại đầu Keg inox 30 lít sẽ được súc, hấp, làm lạnh nhằm tiệt trùng

vi khuẩn, làm khô ráo

-Chiết bia và đóng nút

- Chuyển đến các kho có trang bị hệ thống làm lạnh và các thiệt bị khác để đảm bảo bia tươi sản xuất ra

- Tại đầu Keg inox 30 lít sẽ được súc, hấp, làm lạnh nhằm tiệt trùng

vi khuẩn, làm khô ráo