XLNT TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

Thêm vào đó là các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất như CaCO3, CaSO4, H3PO4, NaOH, Na2CO3…Những chất này cùng với các chất hữu cơ trong nước thải có khả năng đe doạ nghiêm trọng

I.Đặt vấn đê

Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuất bia

có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các nhà máy bia có

từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc Trung Ương và địa phương, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nước ngoài

Công nghiệp sản xuất bia đang là ngành tạo ra nguồn thu lớn cho ngân sách nhà nước và

có hiệu quả kinh tế, vì vậy trong mấy năm qua sản xuất bia đã có những bước phát triển khá nhanh

Công nghiệp sản xuất bia tạo nên một lượng lớn nước thải xả vào môi trường Loại nước thải này chứa hàm lượng lớn các chất lơ lửng, COD và BOD dễ gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, sự tăng trưởng của ngành sản xuất bia lại kéo theo các vấn đề môi trường như: vấn đề chất thải sản xuất, đặc biệt là nước thải có độ ô nhiễm cao Nước thải do sản xuất 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 Thêm vào đó là các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất như CaCO3, CaSO4, H3PO4, NaOH, Na2CO3…Những chất này cùng với các chất hữu cơ trong nước thải có khả năng đe doạ nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không được xử lý Vì vậy các loại nước thải này cần phải xử lý trước khi

xả ra nguồn nước tiếp nhận

Hiện nay có nhiều mô hình xử lý nước thải sản xuất bia đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới cũng như trong nước, vói nhiều hệ thống xử lý khác nhau bằng bể bùn hoạt tính; hệ thống xử lý kỵ khí kiểu UASB, kiểu tầng sôi; các kiểu dạng khác nhau của lọc sinh học kỵ khí và hiếu khí; hệ thống xử lý kết hợp kỵ khí hiếu khí; hệ thống kết hợp xử lý bằng bùn hoạt tính với thực vật thuỷ sinh… Với mục đích của bài tiểu luận này nhóm xin trình bày một vài mô hình đã được úng dụng hiệu quả trong công nghệ sản xuất bia với công nghệ MBBR (bể lọc sinh học bằng màng): Membrance Bio Reactor

II.Nguồn gốc và thành phần chất thải trong sản xuất bia

1.Nguồn gốc nước thải

+ Nước từ công đoạn rửa ở bộ phận nấu – đường hóa: chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu, bể chứa, bồn lên men,… có chứa nhiều cặn malt, tinh bột và các hợp chất hữu cơ nên có hàm lượng ô nhiễm hữu cơ rất cao

+ Nước rửa chai: có độ pH cao, đây là dòng thải có độ ô nhiễm cao

+ 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

2.Tính chất chất thải trong quá trình sản xuất bia

Nước thải từ quá trình sản xuất bia có thành phần, tính chất và nhiệt độ không ổn định, phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau như: nước làm lạnh, nước ngưng tụ, nước vệ sinh các thiết bị lên men, thùng nấu, bể chứa, đường ống, sàn nhà,… nước thải từ bồn lên men, nước rửa chai,… Trong đó đáng chú ý:

Nhìn chung, nước thải công nghiệp sản xuất bia bị ô nhiễm hữu cơ cao Tỉ số BOD5/COD cao, hàm lượng dinh dưỡng N, P rất cao, thuận lợi cho quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học

Tính chất của dòng thải nhà máy được xác định:

♣ Chỉ số COD = 1800 mg/l

♣ Chỉ số BOD5 = 1500 mg/l

♣ Lượng N tổng số = 25 mg/l

♣ Lượng P tổng số = 5 mg/l

♣ pH = 6 – 9

♣ Lưu lượng Q = 600 m3/ngày.đêm

♣ SS = 250 (mg/l)

III Các tiêu chuẩn thải trong công nghệ sản xuất bia

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

Chỉ tiêu Nước thải trước xử lý* Tiêu chuẩn thải **

Ghi chú:* Theo các số liệu nghiên cứu tại công ty Bia ong Thái Bình, Công ty Bia Nghệ

An, Nhà máy Bia NADA, nhà máy Bia Hạ Long

** Cột B theo TCVN 5945-1995, nước thải công nghiệp, Tiêu chuẩn thải ra nguồn nước mặt loại B

IV.Quy trình công nghệ trong xử lý nước thải

1. Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải:

Khi chon một công nghệ xử lý phải căn cứ vào các yêu cầu sau:

- Lưu lượng, thành phần và tính chất của nước thải

- Diện tích mặt bằng hiện có, cũng như các điều kiện mà nhà máy có thể chấp nhận

- Tiêu chuẩn đầu ra của dòng thải

- Đặc tính của nguồn tiếp nhận

- Kinh phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành

- Đảm bảo khả năng xử lý khi nhà máy mở rộng sản xuất

Tại Việt Nam các nhà máy bia hầu như không được đưa vào các khu công nghiệp

mà thường có nhà máy sản xuất ở gần với khu dân cư do vậy nhà máy thường có diện tích đặt nhà máy nhỏ Vì vậy, trong quá trình thiết kế hệ thống xử lý nước thải cần có các công trình chiếm diện tích vừa phải phù hợp với mặt bằng hiện có của nhà máy

2. Quy trinh công nghệ truyền thống xử lý nước thải sản xuất bia

2.Quy trình xử lý nước thải Công ty TNHH Nhà Máy Bia Việt Nam (Vietnam Brewery

Limited - VBL)

`

2.1 Hầm tiếp nhận(Receiving tunnel):

Bể nano dạng khô

Bể lọc áp

Bể

trung gian

Bể

lắng

Bể

MBBR

Bể

UASB

Bể

điều hòa

Hầm

tiếp

nh n â

Bể

Anoxi

c kết hợp

Cấp khi Bể chứa

bùn

Hầm tiếp

nh n â

Xử lý định ky Máy ép bùn

Song chắn rác: thường 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… Dựa vào khoảng cách giữa các thanh, người

ta chia song chắn rác thành hai loại

– Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 đến 100mm

– Song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 đến 25mm

– Chọn song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh là 25mm được đặt cố định, nghiêng một góc 600 đặt ở cửa vào bể gom và được lấy rác vào cuối ngày

Bể gom (collection tank): là nơi tiếp nhận nguồn nước thải trước khi đi vào các công

trình xử lý tiếp theo Bể gom thường được làm bằng bê tông, xây bằng gạch Trong quy trình này bể gom còn có tác dụng điều hòa lưu lượng nước thải

Lưới lọc: để giữ lại các chất lơ lửng có kích thước nhỏ Lưới có kích thước lỗ từ 0,5 đến

1mm Khi tang trống quay với vận tốc 0,1 đến 0,5 m/s, nước thải được lọc qua bề mặt trong hay ngoài, tùy thuộc vào sự bố trí đường dẫn nước vào Trong nhà máy bia là các mẫu trấu, huyền phù… bị trôi ra trong quá trình rửa thùng lên men, thùng nấu, nước lọc

bã hèm, sẽ được giữ lại nhờ hệ thống lưới lọc có kích thước lỗ 1mm Các vật thải được lấy ra khỏi bề mặt lưới bằng hệ thống cào

2.2 Bể điêu hòa: được dùng để duy trì lưu lượng dòng thải vào gần như không đổi, quan

trọng là điều chỉnh độ pH đến giá trị thích hợp cho quá trình xử lý sinh học Trong bể có

hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ các chất bẩn trong toàn thể tích 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 định lượng lượng acid cần cho vào bể đảm bảo pH từ 6,6 – 7,6 trước khi đưa vào bể xử lý UASB

2.3 Bể UASB: tại đây diễn ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ, vô cơ có trong nước

thải khi không có oxy Nước thải được đưa trực tiếp vào phía dưới đáy bể và được phân phối đồng đều ở đó, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ và các chất hữu cơ, vô cơ được tiêu thụ ở đây

Quá trình chuyển hóa các chất bẩn trong nước thải bằng vi sinh yếm khí xảy ra theo ba bước:

– Giai đoạn 1: một nhóm các vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải thủy phân các hợp chất hữu cơ phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng nhẹ như monosacarit, amino acid để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh hoạt động – Giai đoạn 2: nhóm vi khuẩn tạo men acid biến đổi các hợp chất hữu cơ đơn giản thành các acid hữu cơ thường là acid acetic, acid butyric, acid Propionic Ở giai đoạn này

pH của dung dịch giảm xuống

– Giai đoạn 3: các vi khuẩn tạo metan chuyển hóa hiđrô và acid acetic thành khí metan và cacbonic pH của môi trường tăng lên

2.4.bể anoxic: Hiện nay, công nghệ chủ yếu để xử lý nước thải nhà máy Bia vẫn sử dụng

UASB và tiếp sau đó là Aeroten Nhưng một thực tế, với BOD của nước thải Bia chỉ dao động trong khoảng 1000 mg/l thì sử dụng UASb có là tối ưu Trong khi trong nước thải nhà máy Bia hàm lượng Nitơ hữa cơ và Photpho là tương đối lớn, đó là những chất có khả năng gây ức chế cho các VSV khi nó có hàm lượng tương đối Theo số liệu phân tích tai một số nhà máy Bia thì Tổng Photpho lên đến 40mg/l, và Nitơ là 80 mg/l Như vậy vấn đề đặt ra là sử dụng UASB hay Anoxic sẽ thu được hiệu quả cao hơn cho cả hệ thống

Bể thiếu khí ANoxic có tác dụng khử Nitơ, phótpho tốt hơn ( đảm bảo hàm lượng Nitơ, Photpho vào bể Aeroten không quá lớn)

Bể anoxic kết hợp aerotank được lựa chọn để xử lý tổng hợp: khử BOD, nitrat hóa, khử NH4+ và khử NO3- thành N2, khử Phospho Với việc lựa chọn bể bùn hoạt tính xử lý kết hợp đan xen giữa quá trình xử lý thiếu khí, hiếu khí sẽ tận dụng được lượng cacbon khi khử BOD, do đó không phải cấp thêm lượng cacbon từ ngoài vào khi cần khử NO3-, tiết kiệm được 50% lượng oxy khi nitrat hóa khử NH4+ do tận dụng được lượng oxy từ quá trình khử NO3- Nước sau cụm bể anoxic – aerotank tự chảy vào bể lắng Bùn được giữ lại ở đáy bể lắng Một phần được tuần hoàn lại bể anoxic, một phần được đưa đến bể chứa bùn Nồng độ bùn hoạt tính trong bể dao động từ 1.000-5.000 mgMLSS/L Nồng độ bùn hoạt tính càng cao, tải trọng hữu cơ áp dụng và hiệu suất xử lý của bể càng lớn Oxy (không khí) được cung cấp bằng các máy thổi khí (airblower) và hệ thống phân phối khí

có hiệu quả cao với kích thước bọt khí nhỏ hơn 10 µm Lượng khí cung cấp vào bể với mục đích: (1) cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ hòa tan thành nước và carbonic, nitơ hữu cơ và amoni thành nitrat NO3-; (2) xáo trộn đều nước thải và bùn hoạt tính tạo điều kiện để vi sinh vật tiếp xúc tốt với các cơ chất cần xử lý

2.5.Bể sinh học MBBR: MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor ):

2.5.1 nguyên tắc: là quá trình xử lý nhân tạo trong đó sử dụng các vật làm giá thể làm vật liệu dính bám cho vi sinh dính bám vào để sinh trưởng và phát triển, là sự kết hợp giữa Aeroatnk truyền thống và lọc sinh học hiếu khí Các giá thể này luôn chuyển động không

ngừng trong toàn thể tích bể nhờ các thiết bị thổi khí và cánh khuấy Qua đó thì mật độ vi sinh ngày càng gia tăng, hiệu quả xử lý ngày càng cao

2.5.2.Phương pháp: Phương pháp sinh học hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ

vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa Các vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3- , SO42- ,…

Vi sinh vật tồn tại trong bùn hoạt tính của bể sinh học bao gồm Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas và Nitrobacter Thêm vào đó, nhiều loại vi khuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix, và Geotrichum cũng tồn tại

Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ hòa tan, chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo ba giai đoạn chính như sau:

– Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật;

– Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong

và bên ngoài tế bào;

– Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới

Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ các chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất, mật độ vi sinh vật và mức độ ổn định lưu lượng của nước thải ở trạm

xử lý Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng oxy hóa sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các nguyên tố vi lượng… Tải trọng chất hữu cơ của bể sinh học hiếu khí truyền thống thường dao dộng từ 0,32-0,64 kg BOD/m3.ngày đêm Nồng độ oxy hòa tan trong nước thải ở bể sinh học hiếu khí cần được luôn luôn duy trì ở giá trị lớn hơn 2,5 mg/l

Tốc độ sử dụng oxy hòa tan trong bể sinh học hiếu khí phụ thuộc vào:

– Tỷ số giữa lượng thức ăn (chất hữu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M;

– Nhiệt độ;

– Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật (bùn hoạt tính);

– Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất;

– Lượng các chất cấu tạo tế bào;

– Hàm lượng oxy hòa tan

2.6 Bể lắng – Xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia

Nước thải sau khi qua bể MBBR được phân phối vào vùng phân phối nước của bể lắng sinh học lamella Cấu tạo và chức năng của bể lắng sinh học lamella tương tự như bể lắng hóa lý Nước sạch được thu đều trên bề mặt bể lắng thông qua máng tràn răng cưa Hiệu suất bể lắng được tăng cường đáng kể do sử dụng hệ thống tấm lắng lamella Bể lắng lamella được chia làm ba vùng căn bản:

- Vùng phân phối nước;

- Vùng lắng;

- Vùng tập trung và chứa cặn

Nước và bông cặn chuyển động qua vùng phân phối nước đi vào vùng lắng của bể là hệ thống tấm lắng lamella, với nhiều lớp mỏng được sắp xếp theo một trình tự và khoảng cách nhất đinh Khi hỗn hợp nước và bông cặn đi qua hệ thống này, các bông bùn va chạm với nhau, tạo thành những bông bùn có kích thước và khối lượng lớn gấp nhiều lần các bông bùn ban đầu Các bông bùn này trượt theo các tấm lamella và được tập hợp tại vùng chứa cặn của bể lắng

2.7 Bể lọc áp lực:

Bể lọc áp lực sử dụng trong công nghệ này là bể lọc áp lực đa lớp vật liệu: sỏi đỡ, cát thạch anh và than hoạt tính để loại bỏ các chất lơ lửng, các chất rắn không hòa tan, các nguyên tố dạng vết, halogen hữu cơ nhằm đảm bảo độ trong của nước

Nước sau khi qua cụm lọc áp lực đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường theo QCVN 24:2009 cột B

2.8 Bể nano dạng khô

Nước thải sau khi qua bể lọc áp lực sẽ đi vào bể nano dạng khổ để loại bỏ triệt để các chất lơ lửng còn sót lại trong nước, và khử trùng nước thải

Nước sau khi qua bể nano dạng khô đạt yêu cầu xả thải theo quy định hiện hành của pháp luật Lượng nước này, một phần được sử dụng để làm mát máy móc trong nhà máy; một phần được đưa tới nguồn tiếp nhận qua mương thoát nước

• Chất lượng nước đầu ra trong xử lý

Bảng: số liệu chất lượng nước sau khi xử lý

thải

Biểu đồ thể hiện mối quan hệ nguồn nước thải đầu ra so với chỉ tiêu tải nước

Nhận xét biểu đồ:

Hiệu quả xử lý nước thải của thải Công ty TNHH Nhà Máy Bia Việt Nam (Vietnam Brewery Limited - VBL) đã đạt được hiệu quả xử lý 90-95% chất lượng nước theo tiêu chuẩn thải nước

Ưu và nhược điểm của quy trình xử lý nước thải bằng công nghệ MBBR

- Chất lượng nước sau xử lý đạt chất lượng xả thải hiện hành của Việt Nam

- Năng suất xử lý cao

- Tính tự động hóa cao

- Công nghệ đề xuất phù hợp với đặc điểm, tính chất của nguồn nước thải;

-Nồng độ các chất ô nhiễm sau quy trình xử lý đạt quy chuẩn hiện hành;

- Công trình thiết kế dạng modul, dễ mở rộng, nâng công suất xử

Ưu điểm nổi bật

• Chịu được tải trọng hữu cơ cao, 2000-10000gBOD/m³ngày, 2000-15000gCOD/m³ngày

• Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%

• Loại bỏ được Nito trong nước thải

• Tiết kiệm được diện tích.

Nhược điểm:

· Nhân viên vận hành cần được đào tạo về chuyên môn;

· Chất lượng nước thải sau xử lý có thể bị ảnh hưởng nếu một trong những công trình đơn

vị trong trạm không được vận hành đúng các yêu cầu kỹ thuật;

· Bùn sau quá trình xử lý cần được thu gom và xử lý định kỳ

Nhận xét:

Trong công nghệ xử lý nước thải của Công ty TNHH Nhà Máy Bia Việt Nam (Vietnam Brewery Limited - VBL) xử dụng công nghệ MBBR đạt hiệu quả xử lý cao hơn so với công nghệ xử lý nước thải truyền thống vì trong giai đoạn xử lý sinh học hiếu khí có kết hợp cả 2 quá trình tăng trưởng lơ lửng và tăng trưởng đính bám trong khi công nghệ xử lý truyền thống thì chỉ có quá trình tăng trưởng lơ lửng vì vậy hiệu quả xử lý đạt cao hơn Câu hỏi

1 Trong bể UASB quá trình chuyển hóa các chất bẩn nhà máy bia bằng vi sinh yếm khí xảy ra theo máy giai đoạn?

A 1 B 2

C 3 D 4

2 Trong bể điều hòa trước khi qua bể UASB hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia

có pH bằng bao nhiêu

A 6.6 -7.6 B 7.6 – 8.5

C.5.6 – 6.6 C 7.6-9

3 Nước thải trong công đoạn lên men chính và lên men phụ gồm những thành phần nào?

Đáp án: Rất giàu chất men – chủ yếu là protein, các chất khoáng , vitamin cùng với bia cặn

4.Quá trình loại bỏ Nito, phootspho chủ yếu được thực hiện trong giai đoạn nào?

C.Bể sinh học MBBR D.Tất cả