ĐỒ án xử lý nước THẢI NHÀ máy BIA HEINEKEN TP HCM

Trong Quy hoạch tổng thể phát triển ngành Bia Việt Nam giai đoạn 2010-2015 tầm nhìn 2025, với mục tiêu là “Xây dựng Ngành Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam thành một ngành kinh tế qua

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

- -

Đồ án môn học:

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

“Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho công ty TNHH Bia Việt Nam (VBL)

GVHD: Ths Phạm Trung Kiên

Ths Huỳnh Tấn Nhựt SVTH: Nhóm 1 – DH12MT

1 Phạm Huỳnh Tài 12127261

2 Trần Tấn Cường 12127052

3 Nguyễn Quốc Khánh 12149266

4 Nguyễn Thị Bích Ngọc 12127016

5 Phan Minh Quốc 12127144

6 Nguyễn Thị Kim Yến 12127273

7 Cao Thanh Hiền 12127213

Thủ Đức, tháng 12 năm 2015

MỤC LỤC

Chương 1 MỞ ĐẦU 4

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 4

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 4

1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 5

1.4 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 5

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA VÀ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM CỦA NƯỚC THẢI BIA 6

2.1 GIỚI THIỆU VỀ NGÀNH SẢN XUẤT BIA 6

2.1.1 Nguồn gốc ra đời 6

2.1.2 Tình hình phát triển ngành công nghiệp sản xuất bia 6

2.1.3 Vai trò của nghành bia 7

2.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA 8

2.2.1 Đặc tính nguyên liệu 9

2.2.2 Dây chuyền công nghệ khâu nấu và đường hóa 10

2.2.3 Lên men dịch đường 13

2.2.4 Giai đoạn lọc bia 13

2.3 CÁC NGUỒN PHÁT SINH CHẤT THẢI 14

2.3.1 Về nước thải 14

2.3.2 Khí thải 14

2.3.3 Tác nhân nhiệt 15

2.3.4 Chất thải rắn 15

2.3.5 Tiếng ồn, độ rung 15

Chương 3 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY BIA VIỆT NAM (VBL) 16

3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY VBL 16

3.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của công ty VBL 16

3.1.2 Sản phẩm của công ty 17

3.1.3 Sản lượng của công ty 18

3.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA CỦA NHÀ MÁY 18

3.2.1 Các loại nguyên liệu và hóa chất sử dụng 18

3.2.2 Quy trình công nghệ và thuyết minh 21

Chương 4 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT BIA 27

4.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT BIA 27

4.1.1 Thành phần, tính chất của nước thải sản xuất bia 27

4.1.2 Tác động đến môi trường của nước thải ngành bia 29

4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT BIA 32 4.2.1 Phương pháp cơ học 33

4.2.2 Phương pháp hóa lý 34

4.2.3 Phương pháp hấp thụ 36

4.2.4 Phương Pháp Sinh Học 36

4.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CẶN 41

Chương 5 CÁC PHƯƠNG ÁN ĐỀ XUẤT VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH 43

5.1 CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 43

5.1.1 Cơ sở thiết kế 43

5.1.2 Tính chất nước thải đầu vào 43

5.1.3 Yêu cầu chất lượng nước thải đầu ra 43

5.1.4 Yêu cầu thiết kế 44

5.2 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN VÀ DỰ TOÁN HIỆU XUẤT 44

5.2.1 PHƯƠNG ÁN 1 44

5.2.2 PHƯƠNG ÁN 2 52

5.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 59

5.3.1 Song chắn rác và hầm bơm 59

5.3.2 Bể điều hòa có thổi khí 68

5.3.3 Bể lắng I 63

5.3.4 Bể UASB 73

5.3.5 Bể ANOXIC 78

5.3.6 Bể AEROTANK 81

5.3.7 Bể lắng II phương án 1 91

5.3.8 Bể nén bùn phương án 1 91

5.3.9 Bể MBBR 103

5.3.10 Bể lắng II phương án 2 110

5.3.11 Bể nén bùn phương án 2 110

5.3.12 Bể lọc áp lực Error! Bookmark not defined 5.3.13 Bể khử trùng 123

Chương 6 TÍNH TOÁN KINH TẾ CHO DỰ ÁN 128

6.1 Dự toán kinh tế cho phương án 1 128

6.1.1 Chi phí đầu tư cơ bản ban đầu phương án 1 128

6.1.2 Chi phí vận hành và quản lý 131

6.1.3 Chi phí khấu hao tài sản và lãi suất ngân hàng 133

6.1.4 Giá thành cho 1 m3 nước thải 134

6.2 Dự toán kinh tế cho phương án 2 135

6.2.1 Chi phí đầu tư cơ bản ban đầu phương án 2 135

6.2.2 Chi phí vận hành phương án 2 138

6.1.3 Chi phí khấu hao tài sản và lãi suất ngân hàng 139

6.1.4 Giá thành cho 1 m3 nước thải 141

6.3 So sánh và lựa chọn phương án thiết kế cho hệ thống xử lý 141

Chương 7 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 142

7.1 KẾT LUẬN 142

7.2 KIẾN NGHỊ 142

TÀI LIỆU THAM KHẢO 143

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, Bia là một loại thức uống rất được ưa chuộng trên thế giới Ở các nước phương Tây, bia được xem là nước giải khát Trên thế giới có một số loại bia nổi tiếng như: Ale, Lager, Pilsener Riêng sản phẩm trong nước thì đứng đầu vẫn là nhãn hiệu Bia Sài Gòn, bia Đại Việt …

Theo thống kê hiện nay, cả nước có khoảng trên 320 nhà máy bia và các cơ sở sản xuất bia với tổng năng lực sản xuất đạt trên 800 triệu lít/năm Bia địa phương có

311 cơ sở, chiếm 97,18% số cơ sở nhưng chỉ chiếm 37,4% sản lượng bia cả nước (đạt 231 triệu lít) và đạt 60,73% công suất

Cũng theo thống kê mới nhất của bộ kế hoạch – đầu tư, bốn tháng đầu năm 2011 các doanh nghiệp trong nước đã sản xuất 714,6 triệu lít bia các loại, tăng 92% so với cùng kỳ năm ngoái Tốc độ tăng trưởng ngành bia tại Việt Nam, theo thống kê của các công ty nghiên cứu thị trường, ước đạt khoảng 15%/năm Việt Nam có khoảng 350 cơ sở sản xuất bia có trụ sở ở hầu hết các tỉnh thành trên cả nước và tiếp tục tăng về số lượng

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Song song với phát triển kinh tế thì ngành công nghiệp sản xuất bia cũng đang là mối quan tâm lớn trong vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nước thải Loại nước thải này chứa hàm lượng lớn các chất lơ lửng, COD và BOD dễ gây ô nhiễm môi trường Vì vậy, loại nước thải này cần phải xử lý trước khi xả vào nguồn tiếp nhận

Công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam tại phường Thới An, Quận 12, TP.HCM với ngành nghề kinh doanh sản xuất nước giải khát lên men (bia) Hoạt động của công ty đã góp phần vào sự phát triển kinh tế của Quận Tuy nhiên, các hoạt động sản xuất của công ty không tránh khỏi những tác động đến môi trường xung quanh

do việc phát sinh các chất thải có khả năng gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nước thải

Đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất bia tại công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam”, được thực hiện nhằm giải quyết vấn đề đang tồn tại ở công ty

đó là việc xử lý nước thải sản xuất trước khi thải vào môi trường

1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

- Tìm hiểu thành phần, tính chất đặc trưng của nước thải ngành bia nói chung và của công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam nói riêng

- Tìm hiểu tình hình hoạt động công nghệ sản xuất bia của Công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam

- Từ đó, đề xuất công nghệ xử lý nước thải phù hợp với điều kiện thực tế của Công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam, đạt chuẩn đầu ra, và tính toán chi tiết các công trình đơn vị

1.4 Ý NGHĨA THỰC TIỄN

Qua việc thảo luận, đề xuất và tính toán phương án thiết kế hệ thống xử lý cho công ty mà nhóm tham quan tìm hiểu giúp:

- Nêu khách quan tính chất nước thải của công ty

- Đề ra giải pháp thiết kế và xử lý hiệu quả nhất

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA VÀ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM CỦA NƯỚC THẢI BIA

2.1 GIỚI THIỆU VỀ NGÀNH SẢN XUẤT BIA

2.1.1 Nguồn gốc ra đời

Bia là một trong những đồ uống lâu đời nhất thế giới, lịch sử bia có niên đại đến

6000 năm TCN, nó đã được ghi lại trong văn bản lịch sử của vùng Lưỡng Hà Các tài liệu sớm nhất của người Sumer cũng đề cập tới bia Một lời cầu nguyện tới nữ thần Ninkasi còn được gọi là "Thánh ca cho Ninkasi" được dùng như một lời cầu nguyện cũng như phương pháp để ghi nhớ công thức làm bia trong một nền văn hóa

có rất ít người biết chữ

Như hầu hết các chất có chứa carbohydrat, chủ yếu là đường hoặc tinh bột, có thể lên men tự nhiên, có khả năng đồ uống giống bia được phát minh độc lập giữa các nền văn hóa khác nhau trên toàn thế giới Việc phát minh ra bánh mì và/hoặc bia đã được chứng minh là động lực cho con người phát triển công nghệ và xây dựng nền văn minh nhân loại Các thực nghiệm hóa học sớm nhất đã cho thấy bia lúa mạch được phát hiện tại Godin Tepe ở miền trung dãy núi Zagros của Iran có niên đại khoảng 3400-3000 năm TCN (Chalcolithic/Late Uruk Period)

Bia có thể đã được biết đến ở Châu Âu thời kỳ đồ đá mới khoảng 3000 năm TCN, và được ủ chủ yếu trong gia đình

Trước Cách mạng công nghiệp, bia tiếp tục được sản xuất bán trên quy mô gia đình, mặc dù đến thế kỷ 7 sau công nguyên, các tu viện ở Châu Âu cũng sản xuất và bán bia Trong cách mạng công nghiệp, việc sản xuất bia được chuyển từ thủ công sang công nghiệp, việc sản xuất nhỏ lẻ không còn đáng kể vào cuối thế kỷ 19 Sự phát triển của phù kế và nhiệt kế đã thay đổi việc làm bia, các công cụ đó cho phép người làm bia có thể kiểm soát nhiều hơn quá trình làm bia, thu được nhiều kết quả hơn

Ngày nay, ngành công nghiệp sản xuất bia là một nền kinh doanh toàn cầu, bao gồm một số công ty đa quốc gia chiếm ưu thế trên thị trường và hàng ngàn các nhà sản xuất nhỏ từ các cơ sở nhỏ tới các cơ sở lớn của vùng

2.1.2 Tình hình phát triển ngành công nghiệp sản xuất bia

Sản xuất bia, rượu, nước giải khát (bao gồm nước ngọt, nước khoáng và nước uống không cồn) là phân ngành kinh tế cấp 3 trong phân ngành cấp 2 sản xuất đồ uống, thuộc ngành cấp 1 là ngành công nghiệp chế biến, chế tạo

Ở Việt Nam, tính theo năm thành lập những nhà máy sản xuất bia, rượu quy mô công nghiệp sớm nhất (Bia Homel - Hà Nội là từ 1890, Bia BGI Sai gòn (1875),

Rượu Foutaine - Hà Nội 1898) có thể thấy sự hình thành nên ngành công nghiệp sản xuất đồ uống Việt Nam là khá sớm, từ cuối thế kỷ XIX Trải qua một khoảng thời gian dài cho tới sau ngày thống nhất đất nước (30/4/1975), ngành công nghiệp sản xuất đồ uống, bao gồm khá đầy đủ các sản phẩm chủ yếu là bia, rượu, nước giải khát mới có điều kiện phát triển, với sự ra đời lần lượt hàng ngàn cơ sở sản xuất dưới các tên gọi nhà máy, công ty, tổng công ty trong nước và các doanh nghiệp có vốn nước ngoài Khi đất nước đổi mới, nền kinh tế phát triển theo cơ chế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa, cơ cấu kinh tế cũng có nhiều thay đổi, mô hình quản

lý mới được hình thành, nhiều tổng công ty nhà nước được thành lập, trong đó có 2 tổng công ty thuộc ngành đồ uống là Tổng Công ty Bia - Rượu - Nước giải khát Hà Nội (Habeco) và Tổng Công ty Bia - Rượu - Nước giải khát Sài Gòn (Sabeco) Đây

là hai tổng công ty nòng cốt của ngành sản xuất đồ uống của Việt Nam

Sau nhiều năm đầu tư phát triển, năng lực sản xuất của ngành đã tăng lên không ngừng Nếu như năm 2000, cả nước mới có năng lực sản xuất bia khoảng 1,2 tỷ lít, thì đến 2010 năng lực đã tăng lên lần lượt là 2,5 tỷ lít bia Cho đến năm 2014 năng lực đó đã tăng lên khoảng trên 3 tỷ lít bia Năng lực sản xuất đó cho thấy ngành chiếm một vị trí đáng kể trong nền kinh tế quốc dân Điều đó cũng đã được Chính phủ xác định trong nhiều văn bản chỉ đạo của mình

Trong Quy hoạch tổng thể phát triển ngành Bia Việt Nam giai đoạn 2010-2015 tầm nhìn 2025, với mục tiêu là “Xây dựng Ngành Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam thành một ngành kinh tế quan trọng, sản xuất ra nhiều sản phẩm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu, đóng góp ngày càng nhiều cho ngân sách nhà nước; các sản phẩm bia, rượu, nước giải khát được sản xuất có chất lượng cao,

có uy tín, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, đa dạng về mẫu mã và chủng loại có thương hiệu hàng hóa và khả năng cạnh tranh trong quá trình hội nhập với khu vực

và thế giới”

2.1.3 Vai trò của nghành bia

Vai trò đó của ngành được thể hiện qua các mặt tác động chủ yếu như sau:

Tham gia đóng góp vào sự phát triển chung của ngành công nghiệp Việt Nam nói riêng và nền kinh tế nói chung với mức tăng trưởng về giá trị sản xuất bình quân trên 10% mỗi năm Tỷ trọng giá trị sản xuất công nghiệp của ngành chiếm khoảng 5,6-6% tổng giá trị ngành công nghiệp cả nước thuộc Bộ Công Thương quản lý

Đảm bảo cung cấp cho nhu cầu tiêu dùng của xã hội các mặt hàng bia các loại với số lượng, chất lượng ngày càng tăng, kiểu dáng, mẫu mã ngày càng phong phú, chiếm lĩnh cơ bản thị trường trong nước, đẩy lùi hàng nhập khẩu Hiện nay chỉ còn tình trạng nhập lậu một số sản phẩm bia với số lượng không đáng kể

Giải quyết việc làm cho hàng triệu lao động trong tất cả các khâu sản xuất, phân phối, cung ứng, vận tải; tạo điều kiện thúc đẩy sự phát triển công nghiệp và đóng góp ngân sách của các địa phương, phát triển mạng lưới phân phối, bán lẻ, góp phần cải thiện đời sống người lao động trên các vùng miền trong cả nước Có thể nói hầu hết các tỉnh, thành phố trực thuộc trung ương đều có những cơ sở sản xuất thuộc ngành thuộc mọi thành phần kinh tế

Sản phẩm bia là những sản phẩm không chỉ có thuế VAT mà còn chịu thuế tiêu thụ đặc biệt và nói chung có mức thuế xuất cao Vì thế ngành sản xuất bia là một trong số ít ngành đóng góp cho ngân sách lớn, với tỷ lệ khoảng bằng 50% doanh thu

tiêu dùng của ngành và với tổng mức thu nộp vào cả ngân sách trung ương và ngân sách địa phương hiện nay khoảng trên 30 ngàn tỷ đồng/năm

2.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

Quá trình sản xuất bia gồm 3 giai đoạn chính sau:

 Nấu và đường hóa

 Lên men chính, lên men phụ và tàng trữ

 Lọc bia và chiết bia

Có thể mô tả công đoạn sản xuất bia theo sơ đồ sau:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ

2.2.1 Đặc tính nguyên liệu

Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt Đại Mạch, hoa houblon và nước Để tiết kiệm nguồn malt Đại Mạch hoặc để sản xuất một vài loại bia thích hợp, với thị hiếu của người tiêu dùng Bên cạnh Đại Mạch, người ta còn dùng thêm các nguyên liệu phụ như bột mì, gạo, bột ngô, thậm chí cả bột đậu tương đã tách béo

2.2.1.1 Nước

Đối với bia, nước là một nguyên liệu không thể thay thế được Thành phần hóa học của nước ảnh hưởng đến đặc điểm, tính chất sau cùng của bia do nó tác động trong suốt các quá trình chế biến của công nghệ sản xuất bia

Trên dây chuyền công nghệ chính, nước được dùng trong quá trình nấu, pha loãng dung dịch đường để lên men, như vậy nước trở thành thành phần chính của sản phẩm Ngoài ra, nước còn được dùng ở những quá trình khác như làm lạnh, làm nóng, rửa dụng cụ, thiết bị, vệ sinh khu vực sản xuất

và đường maltose và sau đó sẽ được chuyển hóa thành cồn và CO2 trong quá trình

lên men

 Protein

Sản phẩm thủy phân của protêin được chia ra làm nhiều nhóm khác nhau và giữ một vai trò hết sức quan trọng trong sản xuất malt và bia Những nhóm kém phức tạp sẽ là chất dinh dưỡng cho nấm men trong quá trình lên men, nhưng nếu trong dịch đường có quá nhiều loại này nấm men không sử dụng hết, phần tồn tại trong bia sẽ là dinh dưỡng cho các vi sinh vật làm hỏng bia trong quá trình bảo quản

2.2.1.3 Chủng nấm men

Nấm men đóng vai trò quyết định trong sản xuất bia vì quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men bia chính là quá trình chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm Quá trình chuyển hóa này lại gắn liền với sự tham gia của hệ enzyme trong tế bào nấm men, do đó việc phải nuôi cấy nấm men để tạo điều kiện cho sự hình thành và hoạt động của hệ enzyme là một khâu kỹ thuật rất quan trọng không thể tiến hành một cách tùy tiện

Nấm men được sử dụng cho sản xuất bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc

giống Saccaromyces

2.2.2 Dây chuyền công nghệ khâu nấu và đường hóa

 Nghiền nguyên liệu

Mục đích của quá trình nghiền là nhằm tạo ra những điều kiện thuận lợi cho sự tiến triển của các biến đổi lý sinh hóa trong quá trình đường hóa, nhằm làm thế nào thu được lượng chất hòa tan lớn nhất Thiết lập được một điều kiện thích hợp về mối liên hệ giữa nước và các thành phần của bột malt là một điều kiện rất quan trọng, có như vậy mới giúp cho quá trình lên men xảy ra tốt và quá trình hình thành các chất hòa tan hiệu quả nhất

 Trộn nguyên liệu với nước

Quá trình đường hóa được bắt đầu bằng việc pha trộn bột malt, gạo với nước Nhằm tránh cho bột malt, gạo bị vón cục gây trở ngại cho việc thủy phân tinh bột, người ta sử dụng một thiết bị pha dựa theo nguyên lý Ventury hoặc bằng cơ học gồm một vít xoắn đánh tơi bột trong nước, phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật nấu hoặc

pha loãng, thường người ta áp dụng là: 3,5 - 4 lít nước cho 1kg gạo và 3 - 3,5 lít nước cho 1kg malt

 Nấu và đường hóa nguyên liệu

Mục đích là nhằm chuyển về dạng hòa tan tất cả các chất có phân tử lượng cao nằm dưới dạng không hoà tan trong bột malt Chúng sẽ cùng với những chất hòa tan có sẵn tạo thành chất chiết chung

Quá trình thủy phân các chất hữu cơ phức tạp trên là kết quả của sự tác dụng của

hệ thống enzyme có sẵn trong malt

 Thủy phân tinh bột

Thành phần quan trọng nhất của bia là cồn được sinh ra trong quá trình lên men

từ dịch đường Vì vậy sự thủy phân tinh bột thành maltose rất quan trọng Thêm vào đó các sản phẩm trung gian không lên men được như dextrine cũng được hình thành

Sự thủy phân tinh bột được tiến hành thành 3 giai đoạn không thay đổi nhưng hòa lẫn với nhau như sau:

 Hồ hóa dịch hóa  đường hóa

- Hồ hóa: tinh bột không hòa tan trong nước lã, không hòa tan trong dung

môi hữu cơ trung tính Khi ở trong nước lã bình thường chúng hút nước và trương

nở ra Vì thế, khi gia nhiệt thể tích của khối bột tăng lên, các hạt tinh bột bị nén chặt sau cùng chúng bị vỡ ra và tạo thành một dung dịch nhớt Độ nhớt của dung dịch phụ thuộc vào lượng nước pha và tùy theo cấu trúc của từng loại tinh bột

- Dịch hóa: dưới tác dụng của 𝜶 - amylase, các chuỗi dài amylo và amylopectin sẽ nhanh chóng cắt đứt thành những chuỗi nhỏ hơn, vì thế nên độ nhớt trong mẻ nấu giảm rất nhanh 𝜷 - amylase chỉ có thể cắt từ từ vào cuối mạch của amylo và cuối mạch nhánh của amylopectin và cứ cắt 2 gốc một như vậy

Dịch hóa có nghĩa là giảm độ nhớt trong dung dịch tinh bột đã hồ hóa bởi 𝜶 - amylase

-Đường hóa: 𝜶 - amylase tuần tự phân cắt các chuỗi của amylo và amylopectin thành dextrin có từ 7 -12 gốc glucose còn lại, 𝜷 - amylase tách 2 gốc từ đuôi còn lại của 𝜶 - amylase đã cắt để hình thành các chuỗi nhỏ hơn, các loại đường khác nhau như maltotriose và glucose có độ dài các chuỗi khác nhau cũng được hình thành

 Lọc dịch đường và rửa bã

Cháo malt sau khi đường hóa xong gồm 2 phần: phần đặc và phần loãng Phần đặc bao gồm tất cả những phần tử nhỏ không hòa tan của bột malt Phần loãng thì dung dịch nước chứa tất cả chất hòa tan trong mẻ nấu gọi là “dịch đường”

Mục đích của quá trình lọc là nhằm phân tách phần loãng riêng ra khỏi phần đặc Đặc trưng của cháo malt là trong đó có rất nhiều phần tử rắn Trong quá trình lọc, những phần tử rắn này sẽ tạo thành một lớp nguyên liệu lọc phụ Điều này có ý nghĩa khá lớn trong khi lọc

 Đun sôi dịch đường cùng với hoa houblon

Mục đích của quá trình đun sôi dịch đường với hoa houblon là nhằm ổn định thành phần và tạo cho bia có mùi thơm, vị đắng đặc trưng của hoa houblon

Bia là một loại giải khát có mùi thơm và vị đắng rất đặc trưng, mùi thơm vị đắng đặc trưng này gây nên bởi hoa houblon Đồng thời hoa houblon còn giúp cho bia thêm phần bền vững sinh học và khả năng tạo bọt tốt Một trong những phương pháp thông dụng nhằm chiết chất đắng và dầu thơm của hoa houblon là đun sôi trực tiếp dịch đường với hoa

Giảm nhiệt độ xuống 60-700C và giữ ở nhiệt độ này khoảng 2 giờ vì cần ít nhất

2 giờ các cặn bã mới lắng hết Sau đó, bơm phần trong của nước nha (loại bỏ phần cặn ở đáy thùng) sang thiết bị làm lạnh nhanh

- Bước 2:

Làm giảm nhanh nhiệt độ xuống tương ứng với nhiệt độ lên men (khoảng 7-

100C) Đến giai đoạn này, số cặn còn lại tuy không nhiều nhưng đó là những cặn rất nhỏ, đường kính của chúng thường không quá 0,5 𝝁m và lởn vởn trong dung dịch ở dạng huyền phù, rất khó lắng, thậm chí không lắng Phải loại bỏ các kết tủa này bằng ly tâm hoặc có khi sử dụng bột trợ lọc điatomit sau đó mới đưa nước nha vào thùng lên men

2.2.3 Lên men dịch đường

Sản xuất bia thuộc lĩnh vực lên men cổ điển (như lên men rượu, một số axit hữu

cơ, một số dung môi hữu cơ) Đó là một quá trình hóa sinh, vi sinh tương đối đơn giản so với các ngành lên men thuộc lĩnh vực lên men hiện đại như sinh tổng hợp các axit amin, các enzym

Trong sản xuất bia, quá trình lên men có hai dạng: lên men nổi và lên men chìm Hai dạng lên men này khác nhau chủ yếu ở chỗ sử dụng hai loại nấm men khác nhau Nấm men chìm thì lên men chính ở 6-90C, còn nấm men nổi thường có nhiệt độ lên men chính cao hơn Tại nhà máy áp dụng phương pháp lên men chìm

=> Các giai đoạn lên men

 Giai đoạn bắt đầu

Xuất hiện bọt trắng mịn và bám vào thành thùng và từ từ phủ kín bề mặt bia non Bọt này được xuất hiện từ 8 đến 16 giờ sau khi cấy men Nếu thời gian này bị kéo dài hơn thì nên bổ sung nấm men hoặc tăng nhiệt độ lên men, thông thường nhiệt độ lên men của nấm men bắt đầu từ 6-70

Nếu các biện pháp trên không hiệu quả thì cần kiểm tra lại hàm lượng O2, và hàm lượng O2 thông thường > 6mg/l

 Giai đoạn tiếp theo gọi là giai đoạn “Krausen collapsing”

Mức độ lên men ít mạnh mẽ hơn, lớp bọt dần dần bị xẹp xuống và cuối cùng tạo nên một lớp bao phủ màu nâu có vị đắng là do sự oxy hóa của nhựa hoa houblon và tannin

 Giai đoạn cuối cùng gọi là “collapsed foam”

Do tốc độ lên men tiếp tục giảm, bọt tiếp tục vỡ ra và cuối cùng chỉ còn một lớp bọt màu nâu xốp bẩn, lớp bọt này cần loại bỏ trước khi chuyển bia để khỏi làm bẩn nấm men thu hồi

2.2.4 Giai đoạn lọc bia

Sau khi lên men và hoàn tất quá trình làm chín bia có đầy đủ các thành phần hóa học, cũng như hương vị đặc trưng riêng biệt của từng loại bia nhưng bia vẫn còn

mờ đục nên cần phải lọc để trở nên trong suốt và óng ánh

 Lọc bia dựa trên cơ sở của 2 quá trình:

Quá trình cơ học: nhằm giữ lại các phần tử rắn có kích thước to hơn các lỗ hoặc

khe của lưới lọc

Quá trình hấp thu: đối với các phần tử có kích thước rất bé như các chất keo hòa

tan dưới dạng phân tử, các nấm men và vi sinh vật Ngoài các chất gây đục bia, quá trình hấp thu cũng làm giảm bớt một phần các chất protein, chất nhựa houblon, chất màu, cồn bậc cao và ester Vì vậy bia được trong chính là nhờ => quá trình này

Bia lọc xong phải đảm bảo về mặt chất lượng như: độ ổn định vi sinh, độ ổn định keo, độ ổn định mùi vị

Bia đã lọc được đưa vào tank chứa có áp lực, thời gian chứa từ 2-3 ngày ở nhiệt

độ từ 0-20C

2.3 CÁC NGUỐN PHÁT SINH CHẤT THẢI

Ngành công nghiệp sản xuất bia cũng như các ngành công nghiệp khác đều có

sự phát sinh chất thải trong quá trình sản xuất và ảnh hưởng đến môi trường cụ thể

là chất thải rắn, khí thải và đặc biệt là nước thải sản xuất Cụ thể như sau :

2.3.1 Về nước thải

Bia chứa chủ yếu là nước (>90%), còn lại là cồn (3 – 6%), CO2 và các hóa chất hòa tan khác Vì vậy sản xuất bia là một trong những ngành công nghiệp đòi hỏi tiêu tốn rất nhiều nước do đó sẽ thải ra môi trường một lượng rất lớn nước thải

Nước thải của nhà máy bia thường gồm những loại sau:

 Nước làm nguội, nước ngưng tụ Loại nước này không thuộc loại nước gây

ô nhiễm nên có thể xử lý sơ bộ và tái sử dụng lại

 Nước vệ sinh thiết bị như rửa thùng nấu, rửa bể chứa, rửa sàn nhà sản xuất

 Loại nước này chứa nhiều chất hữu cơ, cần phải được tiến hành xử lý để làm sạch môi trường và tái sử dụng lại

 Nước vệ sinh và các thiết bị lên men, thùng chứa đường ống, sàn nhà lên men

 Loại nước thải này chứa nhiều xác nấm men, xác nấm men rất dễ tự phân hủy,gây ra tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng Loại nước này cần có biện pháp

xử lý đặc biệt giảm nguy cơ ô nhiễm

 Nước rửa chai đựng bia Loại nước thải này cũng gây ô nhiễm nghiêm trọng,nước này không chỉ chứa các chất hữu cơ mà còn chứa rất nhiều các hợp chất màu từ mực in nhãn, kim loại ( đặc biệt là Zn và Cu)

2.3.3 Tác nhân nhiệt

Nhiệt tỏa từ lị nấu, lị hơi (nguồn nhiệt rất nặng) và từ hệ thống làm lạnh (nguồn nhiệt lạnh) và tiếng ồn do thiết bị sản xuất (máy bơm, máy lạnh, băng chuyền,…) ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của công nhân và mơi trường xung quanh

2.3.4 Chất thải rắn

Chất thải được phát sinh chủ yếu từ công đoạn: lọc dịch đường, tách bã, lên men chính – phụ, bao gồm bã thải lúa mạch – gạo, xỉ lò nấu, bã men bia, ngoài ra còn có chất thải rắn sinh hoạt từ văn phòng và bếp ăn

2.3.5 Tiếng ồn, độ rung

Chủ yếu được phát sinh từ quá trình hoạt động của các máy móc thiết bị như máy nghiền, máy đóng chai, thiết bị làm lạnh, băng chuyền

Chương 3 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY BIA VIỆT NAM (VBL)

3.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của công ty VBL

Công ty TNHH Nhà Máy Bia Việt Nam (VBL) được thành lập vào ngày 9/12/1991, giữa Tổng Công ty Thương mại Sài Gòn (SATRA) và Công ty Asia Pacific Breweries Ltd (“APB”) - nay là Công ty Heineken Asia Pacific Pte Limited (HEINEKEN Châu Á Thái Bình Dương), có trụ sở chính đặt tại lầu số 15 tòa nhà Melinh Point – số 2 đường Ngô Đức Kế Q.1, TP.HCM.Việt.Nam

Hình Công ty nhà máy Bia Việt Nam VBL

Nhà máy Bia có diện tích 12,7 hecta tọa lạc tại Phường Thới An, Q.12, TP Hồ Chí Minh, là một trong những nhà máy bia hiện đại nhất khu vực Đông Nam Á hiện nay Nhà máy nằm gần thành phố, thuận tiện trong lưu thông và vận chuyển hàng hóa

Công ty hiện có hơn 1.600 nhân viên và tạo hàng ngàn việc làm cho các nhà cung cấp và đối tác tại Việt Nam Ngoài Nhà Máy tại Quận 12, VBL còn sở hữu các Nhà Máy tại Đà Nẵng, Quảng Nam, Tiền Giang

Hình Các nhãn hiệu sản phẩm của VBL hiện nay

 Bia Tiger: Bia Tiger được sản xuất năm 1932, là sản phẩm bia đầu tiên của châu

Á do tập đoàn sản xuất

 Bia Heineken: Được nhập trực tiếp từ Hà Lan về Việt Nam, năm 1994 lần đầu

tiên Heineken được công ty Bia VietNam Brewery Lmited (VBL) sản xuất ngay tại Việt Nam

 Bia Biere Larue: Biere Larue lần đầu tiên được sản xuất vào năm 1909 bởi

người Pháp tên Victor Larue Bằng sự đúc kết từ nhiều năm kinh nghiệm, ông đã góp công giới thiệu đến Việt Nam một hương vị bia độc đáo đến từ Châu Âu mang đậm hương vị đặc trưng của hơn 100 năm truyền thống bia Pháp

 Bia BGI: Năm 1991 BGI mở chi nhánh đầu tiên ở Tiền Giang, thành lập và vận

hành vào ngày 10/4/1993 Sau vài năm thì BGI quyết định bán hết cho Foster’s

và từ ngày 23/9/1997 Foster’s đã chính thức tiếp quân tất cả tài sản của BGI

 Bia Bivina: Để đáp ứng nhu cầu của khách hàng trong nước, công ty đã sản xuất

ra một loại bia có chất lượng tốt và ổn định, giá thành thấp hơn so với Heineken

để phục vụ cho nhu cầu của người lao động trong nước Vào tháng 10/1997 NMBVN đã giới thiệu với thị trường nhãn bia nội địa đầu tiên của công ty – bia Bivina, một loại bia được sản xuất theo khẩu vị người tiêu dùng Việt Nam bằng công nghệ Quốc tế

3.1.3 Sản lượng của công ty

Trong quá trình hoạt động sản xuất nhà máy đã mở rộng sản xuất 2 lần: lần 1 vào ngày 18/7/1997 với năng suất 150 triệu L/năm, lần 2 vào ngày 8/6/2006 với năng suất 230 triệu L/năm

3.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA CỦA NHÀ MÁY

3.2.1 Các loại nguyên liệu và hóa chất sử dụng

Hình Các nguyên liệu đầu vào cho quá trình sản xuất

Nguyên liệu chính để sản xuất ra bia là: Nước, đại mạch (malt), hoa bia

(houblon) và men bia Heineken A

Nguyên liệu được công ty sử dụng để sản xuất bia đa số được nhập về từ nước

ngoài như: malt, hoa bia (houblon), men bia Heineken A

Nước được công ty sử dụng là nước giếng khoan ở độ sâu 75 – 80m đã qua xử

lý và kiểm định (hàm lượng khoáng rất thấp, vì khoáng ảnh hưởng đến mùi và vị

của Bia đặc biệt là vị)

Ngoài ra để sản xuất ra bia Tiger và bia Bivina công ty còn sử dụng một lượng

gạo mua trong nước để thay thế cho Malt, mục đích để hạ giá thành sản phẩm

3.2.1.1 Đại mạch (malt)

Đại mạch được chia làm 2 nhóm: mùa đông và mùa xuân, có chu kỳ sinh trưởng 100-120 ngày Malt là loại đại mạch được nảy mầm trong điều kiện nhân tạo Hạt đại mạch được ngâm trong nước sau đó được tạo môi trường ấm để thích hợp cho việc nảy mầm Quá trình nảy mầm, một lượng lớn các enzyme xuất hiện và tích tụ trong hạt đại mạch như: emzyme amylaza, enzym protesza Các enzym này là

những nhân tố thực hiện việc chuyển các chất trong thành phần hạt đại mạch thành nguyên liệu mà nấm men có thể sử dụng để tạo thành sản phẩm là bia, khi hạt đại mạch đã nảy mầm, người ta đem đi sấy khô ở nhiệt độ cao, trong thời gian ngắn tùy theo nhiệt độ sấy mà ta thu được những loại Malt khác nhau

Quá trình sấy thực hiện nhanh trong 24 giờ Sau đó loại bỏ mầm vì mầm có thể mang lại cho bia vị không bình thường Không thể dùng Malt vừa sấy xong để làm bia mà phải qua quá trình bảo quản, vì trong quá trình bảo quản Malt sẽ hút ẩm từ không khí độ ẩm dần tăng lên, trong malt lúc này xuất hiện một số hiện tượng hóa

lý ngược với lúc sấy khô

Thành phần hóa học của Malt tính theo % chất thô)

3.2.1.2 Hoa bia (Houblon)

Hoa Houblon là nguyên liệu thứ chính thứ 2 để sản xuất bia, hoa góp phần tạo ra mùi vị đặc trưng của bia, ngoài ra hoa Houblon còn được sử dụng như một chất bảo quản bia, làm tăng tính ổn định, khả năng tạo bọt, tính giữ bọt, làm cho bột mịn và xốp

Trong thành phần hoa Houblon gồm có:

+ Chất đắng: 19% + Chất đắng: 19%

+ Tanin: 4% + Tanin: 4%

+ Celluloza: 13% + Protein: 20%

+ Tro: 5-10 % + Khoáng: 8%

+ Tinh dầu: 1.5% + Chất hòa tan không chứa N2: 28%

+ Chất đắng: là thành phần thiết yếu và đặc trung của hoa Houblon, gồm acid đắng và nhựa đắng Trung bình trong hoa Houblon có chứa 16-19 % chất đắng, acid đắng chiếm 9-11 %, nhựa đắng chiếm 7-8 %

+ Lupulin và các đồng phân của nó: tạo ra 85-95 % chất đắng trong bia, có tính tạo và giữ bọt

+ Tanin (chất chát): C25H24O4 làm kết tủa các protid kém bền vững, tăng tính ổn định trong bia Thông thường trong bia có khoảng 0.012-0.02% tanin

+ Tinh dầu: có màu vàng sánh, trong, mùi thơm mạnh, tinh dầu quyết định mùi thơm của bia

 Hoa bia được tinh chế thành dạng cao để bảo quản tốt hơn Hoa Houblon sau khi vừa sấy xong sẽ được ngâm ngay vào cồn 96% để trích ly, rồi cô đặc dịch trích

ly thành cao Hoa Houblon được bảo quản ở nhiệt độ 0.5-200C

Hoa Houblon là nguyên liệu thứ chính thứ 2 để sản xuất bia, hoa góp phần tạo ra mùi vị đặc trưng của bia, ngoài ra hoa Houblon còn được sử dụng như một chất bảo quản bia, làm tăng tính ổn định, khả năng tạo bọt, tính giữ bọt, làm cho bột mịn và xốp

3.2.1.3 Nước (water)

Nước là nguyên liệu cơ bản nhất, không gì có thể thay thế nước trong quá trình sản xuất bia Nước chiếm từ 80-89% trọng lượng bia thành phẩm Ngoài tham gia vào thành phần bia, nước còn góp mặt trong quá trình nấu, làm nguội dịch đường, làm nóng, làm lạnh

Thành phần của nước ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của bia, vì vậy nguồn nước sử dụng trong sản xuất bia đòi hỏi phải có chất lượng cao hơn nước uống

+ pH: 6.5 – 7.2 + Độ cứng tổng: <= 50F

+ Độ kiềm tổng TAC: <= 40F + Độ đục: <=20NTP

3.2.1.4 Men bia (Yeast)

Men bia được sử dụng trong quy trình này là men Heineken A Năm 1886 Dr

Eilon phát triển thành công Heineken “A-yeast” – men bia đặc trưng của Heineken

và vẫn còn được ứng dụng trong công nghệ sản xuất bia ngày nay của Heineken

giúp mang lại cho các sản phẩm của Heineken một hương vị riêng độc đáo

3.2.1.5 Sản phẩm thay thế đại mạch (Gạo)

Gạo được coi là sản phẩm thay thế Malt trong quá trình sản xuất bia, ở những nơi nguồn gạo không dồi dào như nước ta thì gạo được thay thế bằng ngô, do hàm lượng glucid và protein khá cao, khả năng chuyển hóa chất hòa tan tốt Ở nước ta nguyên liệu thay thế được sử dụng là gạo, mặc khác việc ghiền, xay gạo cũng giản đơn không cần phải ngâm

3.2.2 Quy trình công nghệ và thuyết minh

Sơ đồ Mô hình quy trình công nghệ sản xuất Bia tại nhà máy VBL

3.2.2.1 Quy trình nhập malt đầu vào

Sơ đồ Quy trình nhập malt đầu vào

Hình Quy trình nhập malt tại nhà máy

 Thuyết minh quy trình nhập malt đầu vào:

+ Malt được nhập khẩu từ Bỉ và Úc, khi đưa về nhà máy sẽ đưa vào hồ chứa

malt sau đó theo băng tải đưa qua sàng trống để loại bỏ bớt tạp chất, malt sau khi

qua sàng trống sẽ được đưa vào nam châm điện để loại bỏ kim loại bị lẫn trong

malt, sau khi qua nam châm điện malt sẽ được đưa vào cân để xác định khối lượng

malt, sau đó theo gàu tải xuống băng tải vào xilo chứa malt

+ Và cuối cùng malt được đưa vào chứa trong bồn chứa malt để chuẩn bị cho

quá trình nấu bia (gạo được nhà máy thu mua về cũng được đưa vào chứa trong

xilo)

Máy sàng trống

Malt Hồ chứa

Malt

Nam châm điện

Cân Gàu tải

Băng tải Xilo

Bồn chứa

Malt

3.2.2.2 Quy trình nấu bia tại nhà máy

Sơ đồ Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất Bia tại nhà máy VBL

 Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất Bia:

Malt và gạo trong bồn chứa đã được loại bỏ tạp chất, kim loại… sẽ được đưa vào máy xay, nghiền nhỏ Malt để tăng bề mặt tiếp xúc với nước Công đoạn này nhằm mục đích phá vỡ cấu trúc của tinh bột, tăng khả năng thủy phân tinh bột, tạo điều kiện thuận lợi và thúc đẩy quá trình sinh, lý, hóa xảy ra trong nguyên liệu khi nấu, nhằm thu được dịch đường có nồng độ các chất là cao nhất Kết thúc quá trình nghiền Malt ta thu được 3 phần gồm: vỏ trấu, tấm thô và tấm nhuyễn, vỏ trấu được giữ lại như một thứ bột trợ lọc lấy dịch đường, đối với gạo thì phải xay mịn hơn Malt, không nên xay Malt trước thời gian dài vì hạt Malt dễ hút ẩm

Gạo trước khi đưa vào bồn trộn ủ cùng với Malt thì phải qua công đoạn hồ hóa mục đích của quá trình này là chuyển tinh bột từ dạng không hòa tan sang dạng hòa tan, làm cho quá trình tinh bột chuyển hóa thành đường diễn ra nhanh hơn

Bồn trộn ủ, nước 500C sẽ được đưa từ bên ngoài vào trộn ủ Malt, sau đó Malt được trao đổi nhiệt tại bồn trao đổi nhiệt ở nhiệt độ 1000C

Quá trình lọc cháo Malt từ bồn trao đổi nhiệt chuyển qua, bồn lọc là một thiết bị

có 2 đáy, quá trình này sẽ tách ra 2 phần là: dịch đường (nước mout: thành phần chủ yếu là nước và các chất hòa tan) và bã hèm

 Bã hèm sẽ được tận dụng bằng cách bán lại cho các công ty sản xuất thức ăn gia súc

 Dịch đường lúc này là dịch đường hơi đục sẽ tiếp tục được đưa qua bồn đun

sôi

Tại bồn nấu ở đây dịch đường được đun sôi với hoa Houblon (nhiệt độ ở 1000C, trong vòng 1 giờ) nhằm giúp các chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol và các thành phần của hoa được hòa tan vào dịch đường tạo cho bia có vị đắng, mùi vị đặc trưng của hoa Houblon và khả năng giữ bọt cho bia

Hiện tại công ty ở phường Thới An – quận 12 có 3 nhà nấu bia: nhà nấu 1, nhà nấu 2 và nhà nấu 3 Nhưng nhà nấu 1 hiện không hoạt động mà chỉ để trưng bày, công suất của nhà nấu 1 là 500.000 HL/năm, nhà nấu 2 là 1.500.000 HL/năm, nhà nấu 3 là 2.300.000 HL/năm

Sau quá trình nấu ta có được dịch đường nóng ta đưa qua bồn xoáy, thiết bị này làm việc theo lực hướng tâm, tại đây dịch đường nóng sẽ được tách cặn nóng, cặn

sẽ được đưa ra khỏi thiết bị dưới lớp đáy, còn nước đường trong sau khi tách cặn sẽ được đưa qua hệ thống làm lạnh

Hệ thống làm lạnh, làm lạnh bởi nhiều lớp ngăn, bằng những lá thép không gỉ, ở

hệ thống làm lạnh này thì nước đường sẽ được hạ nhiệt độ xuống còn từ 7 – 9 0C

Sau khi dịch đường được làm lạnh đến nhiệt độ 7 – 9 0C thì nước đường tiếp tục

được đưa qua bồn lên men để tiến hành lên men bia

Tại bồn lên men bia, thì men sẽ được đưa vào, cùng với khí O2, men đưa vào

phải là men thuần chủng và phải có tỷ lệ men chết dưới 8% đối với bia Tiger và

dưới 2 – 3 % đối với bia Heineken, quá trình lên men sẽ diễn ra tại đây, đây chính là

quá trình alcol hóa

3.2.2.3 Quy trình lên men bia (alcol hóa)

Sơ đồ Quá trình lên men bia

 Thuyết minh quá trình lên men:

Bia bão hòa CO2 trong quá trình lên men chính và được bổ sung CO2 trong khi

lên men phụ Hàm lượng CO2 bình thường sau khi lên men chính là 0,2% và khi lên

men phụ là 0,4 – 0,45% với áp suất tank là 0,3 atm và nhiệt độ 00C

Quá trình lên men chính thường xảy ra ở nhiệt độ 6 - 80C, trong 7 – 12 ngày đối

với bia vàng và khoảng 12 – 18 ngày đối với bia đen Nhưng theo công nghệ hiện

đại thì quá trình lên men chính diễn ra nhanh hơn Ở quá trình này thì men hấp thụ

đường dextrin và chuyển hóa thành rượu etylic, khí CO2 và các sản phẩm phụ khác,

sản phẩm của quá trình này là bia non

Quá trình lên men chính thường xảy ra qua 4 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Tạo bọt trắng và mịn chung quanh bề mặt dịch lên men, men

 Giai đoạn 2: Giai đoạn tạo bọt thấp, giai đoạn này xuất hiện nhiều bọt đặc

Khi kết thúc quá trình lên men, men bia sẽ được thu hồi về bộ phận thu hồi men,

để tận dụng nấu những mẻ bia kế tiếp, men sẽ được tận dụng nấu được 4 – 5 lần, men sẽ được kiểm tra tế bào chết bằng kính hiển vi, khi lượng tế bào chết cao vượt quá mức quy định, thì men sẽ được loại bỏ

Sau quá trình lọc bia, bia sẽ được chuyển sang bồn bia trong, bia lúc này có màu vàng đặc trưng, hoặc nâu đen đối với bia đen, lúc này bia đã chín mùi, nhưng vẫn chưa uống được, cần phải chuyển sang bồn bia trong để ổn định bia

Bia sau khi qua bồn bia trong là đã thành bia thành phẩm, lúc này sẽ được đem

đi chiết chai, chiết lon

Trước khi chiết bia thường được bão hòa CO2 lần nữa CO2 được nạp vào ngay trước khi chiết bia, trong thùng phối trộn

Chương 4 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT BIA

4.1.1 Thành phần, tính chất của nước thải sản xuất bia

4.1.1.1 Thành phần của nước thải bia

Nước thải của các nhà máy bia khoảng gấp 6 lần so với bia thành phẩm, bao gồm:

- Nước lẫn bã malt và bột sau khi láy dịch đường Để bã trên sang lưới, nước sẽ tách khỏi bã

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

bị khác

- Nước rửa chai và téc chứa

- Nước rửa sàn, phòng lên men, phòng trữ

- Nước thải từ nồi hơi

- Nước thải sinh hoạt

- Nước thải từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lượng chlorite cao (tới 50mg/l), cacbonate thấp

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:

- 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

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.Và nước thải trong các công đoạn sản xuất chứa nhiều các chất hữu cơ và có các chỉ số sau:

Bảng Ngưỡng giá trị chung của nước thải trong công đoạn sản xuất bia

BOD 5 Khoảng 1000 mg/l (nếu không kịp tách men, chi số

này sẽ cao hơn rất nhiều)

Tải trọng BOD 5 500 Kg/ngày (với xí nghiệp có công suất 16 triệu

l/năm khoảng 80,000 l/ngày)

Các chất hữu cơ (các hợp chất hydrocacbon, protein, acid hữu cơ cùng các chất tẩy rửa) có nồng độ cao, nồng độ các chất rắn, thô, hoặc kết lắng thấp Nước rửa chai cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớn trong công nghệ sản xuất bia Về nguyên lý, chai có thể đóng bia được rửa qua các bước: rửa với nước nóng, rửa bằng dung dịch kềm loãng nóng (1 – 3% NaOH), tiếp đo là rửa sạch bẩn

và nhãn bên ngoài chai và cuối cùng là phun kiềm nóng rửa bên trong và bên ngoài chai, sau đo là rửa sạch bằng nước nóng và nước lạnh Do đó dòng thải của quá trình rửa chai co độ pH cao và làm cho dòng thải chung co độ pH kiềm tính

Trong sản xuất bia, nước thải thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự khác nhau có thể chi là áp dụng phương pháp lên men nổi hay men 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 đo dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ô nhiễm của 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 Định mức nước cấp: 4 – 8

m3/1000 lít bia, tải lượng nước thải: 2.5 – 6 m3/lít bia Với các biện pháp sử dụng nước hiệu quả nhất thì định mức nước thải của nhà máy bia không thể thấp hơn 2 –

3 m3/1000 lít bia sản phẩm trung bình lượng nước thải

4.1.1.2 Tính chất của nước thải bia

Bảng Đặc tính nước thải một số nhà máy sản xuất bia

Tải lượng nước thải m3/1000 lít bia 4 – 8

Tải trọng ô nhiễm Kg BOD5/1000 lít bia 3 – 6

Lưu lượng dòng thải và đặc tính dòng thải trong công nghệ sản xuất bia còn biến đổi theo chu kỳ và mùa sản xuất Do đặc tính nước thải của công nghệ sản xuất bia có chứa hàm lượng hữu cơ cao ở trạng thái hòa tan và trạng thái lơ lửng, trong

đo chủ yếu là hydrocacbon, protein và các acid hữu cơ, là các chất có khả năng phân hủy sinh học Ti lệ BOD5/COD nằm trong khoảng từ 0.5 – 0.7 nên thích hợp với phương pháp xử lý sinh học Tuy nhiên, trong những trường hợp thiếu các chất dinh

dưỡng như nitrogen, phosphorus cho quá trình phát triển của vi sinh vật, cần phải bổ sung kịp thời

Nước thải trước khi đưa vào xử lý sinh hoạt cần phải qua sàng, lọc, để tách các tạp chất thô như giấy nhãn, nút bấc và các loại hạt rắn khác Đối với dòng thải rửa chai có giá trị pH cao cần được trung hòa bằng khí CO2 của quá trình lên men hay bằng khí thải

4.1.2 Tác động đến môi trường của nước thải ngành bia

- Trong quá trình sản xuất nước dùng cho các mục đích sau:

- Làm nguyên liệu phối trộn malt và gạo theo tỉ lệ thích hợp để nấu bia

- Sản xuất hơi nước dùng cho quá trình nấu bia

- Dùng cho quá trình rửa chai, bơm, các bồn lọc, bồn nấu, các thiết bị máy móc khác và sàn thao tác

- Dùng giải nhiệt cho hệ thống lạnh

- Nước dùng cho sinh hoạt hằng ngày của cán bộ công nhân viên

- Nước dự trữ cho công tác phòng cháy chữa cháy

Lượng nước thải xét về tính chất và đặc trưng của từng loại sẽ bị ô nhiễm với các mức độ khác nhau Chia làm hai loại: Nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất

 Nước thải sản xuất: nguồn ô nhiễm đáng quan tâm của nhà máy bia, gồm các nguồn sau:

 Nước làm lạnh, nước ngưng: được sử dụng theo chu trình khép kín nên lượng nước thải này không đáng kể và hầu như không bị ô nhiễm Do đó

có thể thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận mà không cần xử lý

 Nước thải vệ sinh các thiết bị như: bồn nấu, bồn lọc, bồn lên men, đường ống, … chứa bã hèm, tinh bột bã hoa bia, bã men …

 Nước từ công đoạn rửa chai: trước tiên chai được rửa bằng dung dịch kiềm loãng nóng (1 – 3% NaOH) để rửa sạch chất bẩn và nhãn chai, sau

đó được rửa lại bằng nước sạch và thanh trùng Do đó nước từ quá trình rửa chai có pH cao và cũng chứa các chất ô nhiễm hữu cơ (do bia và các chất bẩn khác trong quá trình lưu thông vỏ chai gây ra)

Lưu lượng nước thải từ các quá trình sản xuất bia rất lớn Theo tài liệu thống

kê của tổ chức y tế thế giới và theo khảo sát thực tế tại một số nhà máy trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh thì lượng nước thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia là

6 – 7 lít nước thải/ 1 lít bia Lượng nước thải này chủ yếu bị nhiễm bẩn bởi chất hữu

cơ với nồng độ rất lớn; chủ yếu là các hydratcacbon, protein và các axit hữu cơ; là những chất có khả năng phân hủy sinh học

Các dòng nước thải từ quá trình sản xuất bia có đặc điểm rất khác nhau Nước thải từ các công đoạn lọc và lên men không nhiều, chỉ chiếm khoảng 3 – 5% lưu lượng nước thải nhưng tải trọng BOD lại rất cao, chiếm đến 97% tồng tải lượng BOD trong nước thải sản xuất Trong khi đó công đoạn rửa chai lại lại tạo ra một

lượng nước thải rất lớn nhưng hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải không cao, nước thải hơi có tính kiềm

 Nước thải sinh hoạt: Nước thải sinh hoạt bao gồm nước thải từ: nhà ăn, nhà

vệ sinh, khu vực văn phòng … Nước thải này chủ yếu chứa các chất cặn bã, các chất dinh dưỡng (N,P), các chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ, COD và các vi khuẩn

Hoạt động sản xuất bia có mức độ ô nhiễm khá lớn Sự ô nhiễm này chủ yếu

là do các chất có nguồn gốc hữu cơ hòa tan trong các dòng thải, kèm theo đó là nước thải chung có độ màu và độ đục cao, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao và vi sinh vật, nấm men, nấm mốc

 Sự hiện diện của các chất độc hại trong nước thải sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp tới hệ động vật dưới nước và hệ sinh thái thủy vực Chúng không những làm chết các loài thủy sinh mà còn làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn nước nơi tiếp nhận

 Hàm lượng chất hữu cơ cao sẽ làm tăng các chất dinh dưỡng có trong nguồn nước, tạo hiện tượng phú dưỡng hóa kênh rạch, thúc đẩy sự phát triển bùng

nổ của các loại rong tảo

 Hàm lượng chất rắn cao sẽ dễ dẫn đến hiện tượng tắc nghẹt các đường cống thoát nước chung của địa phương Sau thời gian tích tụ lâu ngày và dưới những điều kiện yếm khí, chúng có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật hoại sinh Kết quả của quá trình này là sản sinh ra các khí CH4, CO2, H2S, trong đó hydrosulfua là chất khí gây ra mùi thối đặc trưng

Ngoài ra trong quá trình xúc rửa chai, cũng tạo ra một lượng kim loại nặng

và các chất độc hại khác trong các nhãn chai Do đó, để giảm lượng kim loại nặng

và các chất độc hại khác trong nước cần tránh in ấn bao bì bằng các chất có chứa kim loại nặng

4.1.2.1 Lượng nước thải

Nhu cầu sử dụng nước của nhà máy Bia – Rượu – Nước giải khát thường lớn nên hầu hết phải khai thác nước ngầm để phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt của nhà máy Việc khai thác nước ngầm có nguy cơ gây nên sự cạn kiệt nguồn nước ngầm vào mùa khô, dân cư trong khu vực có nguy cơ không đủ nước dùng

Đối với vấn đề thoát nước, hoạt động của nhà máy bia có thể làm gia tăng mức chịu tải của hệ thống thoát nước tập trung hoặc làm tăng thêm lưu lượng dòng chảy, làm

ô nhiễm các nguồn tiếp nhận nước thải Vì vậy cần phải xem xét và đánh giá thực tế

về khả năng tiêu thốt nước của khu vực dự án, khả năng xảy ra tình trạng ngập lụt…

4.1.2.2 Nhiệt độ

Nước thải từ phân xưởng lên men có nhiệt độ từ 10 ÷ 140C

Nước thải từ phân xưởng nấu có nhiệt độ từ 46 ÷ 550C, cao hơn rất nhiều tiêu chuẩn cho phép đối với nước thải công nghiệp – TCVN 5945 – 2005 Do vậy nó ảnh hưởng đến môi trường như sau:

- Nhiệt độ nước tăng cao gây ảnh hưởng xấu đến đời sống các loài thủy sinh

và quá trình tự làm sạch của nước

- Nhiệt độ tăng làm giảm nồng độ ôxy hòa tan dẫn đến tình trạng mất cân bằng của ôxy trong nước, quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ diễn ra trong điều kiện phân hủy kị khí, điều này làm cho cá và các lòai thủy sinh khác bị chết hoặc làm giảm tốc độ sinh trưởng

4.1.2.3 Hàm lượng oxy hòa tan (DO)

DO của nhà máy bia thường rất thấp ,do trong nước thải chứa nhiều các hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy

DO thường dao động 0 ÷ 1.7 mg/l Tại phân xưởng men: DOmin = 0 ; DOmax = 0.5 mg/l Tại cống chung : DO = 1.4 ÷ 1.7 mg/l

Bảng Tiêu chuẩn phân loại mức độ ô nhiễm

Mức độ ô nhiễm DO (mg/l) BOD 5 (mg/l) SS (mg/l) N.NH 3 (mg/l)

Rất nhẹ > 6.5 < 3.0 < 20 < 0.5 Nhẹ 4.5 ÷ 6.5 3.0 ÷ 4.9 20 ÷ 49 0.5 ÷ 0.9 Tương đối nặng 2 ÷ 4.4 5 ÷ 15 50 ÷ 100 1 ÷ 3

nặng < 2.0 > 15 > 100 >3.0

(Nguồn: Tổ chức Y tế thế giới, năm 2006 )

- Giảm DO cũng đồng nghĩa với việc môi trường nước đã bị ô nhiễm do chủ yếu là chất hữu cơ

- DO thấp kìm hãm sự phát triển của sinh vật thủy sinh

- Ảnh hưởng tới quá trình phân hủy chất hữu cơ

- Ngoài ra, con người cũng sẽ gặp nguy hiểm khi sử dụng nguồn nước trên phục vụ cho nhu cầu ăn uống

4.1.2.4 Độ pH (tính axit, tính kiềm)

Phân xưởng lên 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 ngồi, pH sẽ thay đổi, điều này phụ thuộc: mức

độ pha loãng, thành phần và sinh khối của sinh vật thủy sinh

- Tính axit của mơi trường nhà máy bia gây ảnh hưởng xấu trực tiếp tới đời sống thủy sinh vật và nhiều hậu quả xấu khác

- Tưới cây bằng nước có tính axit sẽ làm tăng độ hòa tan của một số kim loại

- Hậu quả là làm giảm khả năng hòa tan của ôxy 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

- Chất rắn lơ lửng là tác nhân gây tắc nghẽn cống thoát nước

4.1.2.6 Nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD)

BOD ở nhà máy bia thường rất lớn thường dao động trong khoảng 310 ÷

1400 mg/l (theo Lovan & Forre) Nước thải ra làm cho nguồn tiếp nhận bị ô nhiễm mùi và độ màu của nước thải bia

Do hàm lượng chất hữu cơ cao dẫn đến xuất hiện quá trình phân hủy kị khí các sản phẩm của quá trình này làm cho nước bị biến đổi thành màu đen, bốc mùi hơi 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 bia gây ra sự

khó chịu cho người dân xung quanh

Gây ảnh hưởng xấu tới quần thể sinh vật thủy sinh vùng xung quanh cửa cống và khu vực tiếp nhận

4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT 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 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

Có nhiều phương pháp ứng dụng xử lý nước thải các nhà máy rượu, bia như: sử dụng màng lọc cơ học, phương pháp hoá lý, 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

4.2.1 Phương pháp cơ học

Là phương pháp dùng để loại bỏ các vật chất có kích thước lớn như cành cây, bao bì chất dẻo, giấy, giẻ rách, cát, sỏi và cả những giọt dầu, mỡ có lẫn trong nước thải Ngoài ra, vật chất còn nằm ở dạng lơ lửng hoặc ở dạng huyền phù

Tuỳ theo kích thước và tính chất đặc trưng của từng loại vật chất mà người ta đưa ra những phương pháp thích hợp để loại chúng ra khỏi môi trường nước Những phương pháp loại các chất rắn có kích thước lớn và tỷ trọng lớn trong nước được gọi chung là phương pháp cơ học Phương pháp xử lý cơ học có thể loại bỏ được đến 60% các tạp chất không hoà tan có trong nước thải và giảm 20% BOD Các công trình trong xử lý cơ học bao gồm: song chắn rác, bể lắng cát, bể tách dầu mỡ,

Thiết bị tách rác thô: (Song chắn rác, lưới chắn rác, lưới lọc, sàng,…) Nhằm

giữ lại các vật rắn có kích thước lớn như: mảnh thủy tinh vỡ, chai lọ, nhãn giấy, nút bấc,…

Thiết bị tách rác tinh: Thiết bị tách rác tinh thường được đặt sau thiết bị tách rác thô, có chức năng loại bỏ các tạp chất rắn có kích cỡ nhỏ hơn, mịn hơn

4.2.1.2 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 Các cặn lắng thường có đường kính hạt khoảng 0,25 mm chiếm 60% tổng số các hạt cặn có trong nước thải

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

Bể lắng cát ngang nước chảy thẳng, chảy vòng

Bể lắng cát đứng nước chảy từ dưới lên

Bể lắng cát nước chảy xoắn ốc

Bể lắng cát thường được đặt sau song chắn rác, lưới chắn và đặt trước bể điều hòa lưu lượng

Trong bể lắng cát ngang, dòng nước chảy theo phương ngang hoặc vòng qua

bể với vận tốc: V = 0,15 - 0,3 m/s, thời gian lưu nước từ 0,5 – 1 phút Bể lắng cát đứng nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên với vận tốc nước dâng từ 3 – 3,7 m/s, vận tốc nước chảy trong máng thu (xung quanh bể) khoảng 0,4 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động trong khoảng 2 -3,5 phút

Cát trong bể lắng được tập trung về hố thu hoặc mương thu cát dưới đáy sau

đó lấy cát ra khỏi bể có thể bằng thủ công (nếu lượng cát < 0,5 m3/ngày đêm) hoặc bằng cơ giới (nếu lượng cát > 0,5 m3/ngày đêm) Cát từ bể lắng cát được đưa đi phơi khô ở sân phơi và cát khô thường được đưa đi xử lý hoặc sử dụng lại cho những mục đích xây dựng

4.2.1.3 Bể lắng đợi I

Bể lắng I có nhiệm vụ tách các hạt lơ lửng trên nguyên tắc lắng trọng lực Quá trình lắng loại bỏ các loại cặn có tỷ trọng và kích thước khác nhau Một quá trình lắng tốt có thể loại bỏ 90 – 95% lượng cặn trong nước thải

Bể lắng 1 được bố trí xử lý ban đầu hay sau xử lý sinh học Dựa vào chiều dòng chảy của nước và khối lượng nước thải ta có thể chia bể lắng 1 thành 3 dạng như:

Bể lắng ngang: Nước chuyển động theo phương ngang vào bể có vận tốc không lớn hơn 0.01m/s và thời gian lưu nước từ 1,2h – 2,5h Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật và xử lý ở những công trình xử lý nước thải có công suất Q>= 15000 m3/ngày Tỉ lệ chiều dài và chiều rộng không nhỏ hơn ¼ và chiều sâu đến 4m

Bể lắng đứng: nước chảy vào bể theo phương thẳng đứng từ dưới đáy bể lên Bể lắng đứng thường có mặt bằng hình tròn, đường kính không vượt quá chiều sâu công tác và thường được dùng ở trạm xử lý có công suất nhỏ dưới 20.000 m3/ngày

Bể lắng radien: nước chảy vào bể theo hướng trung tâm ra qua thành bể hay chảy ngược lại Thường dùng cho các trạm xử lý công suất lớn Q>= 20000m3/ngày

4.2.1.5 Bể lọc

Dùng để tách các hạt hoặc các phân tử lơ lửng phân tán trong nước thải với kích thước tương đối nhỏ sau quá trình lắng, bằng cách cho nước thải đi qua các vật liệu lọc như sỏi, cát, thạch anh, than cốc, than bùn, Quá trình lọc chỉ áp dụng khi nước thải sau quá trình lắng số liệu về SS vẫn chưa đạt được như yêu cầu

Ta có thể phân biệt các loại bể lọc như:

hoà tan, cặn lơ lửng, kim loại nặng và góp phần làm giảm COD, BOD5 trong nước thải bằng cách sử sản phẩm hóa học

Các phương pháp hóa học là phương pháp sử dụng chất oxi hóa bậc cao như

H2O2, Ozone, Cl2; phương pháp trung hòa, keo tụ tạo bông

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

4.2.2.1 Bể điều hòa lưu lượng

Nước thải sau khi đi qua xong chắn rác, hầm bơm, bể lắng cát sẽ được vận chuyển đến 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 Tại đây nước thải sẽ được ổn định cả lưu lượng và nồng độ chất thải Để ổn định được tốt người ta thường dùng các thiết bị khuấy trộn Tùy theo từng loại nước thải mà bể điều hòa có các thiết bị khuấy trộn khác nhau Các thiết bị khuấy trộn có thể sử dụng như cánh khuấy cơ học, sục khí liên tục,…

Nước thải mới vào bể thường có giá trị pH khác nhau Muốn nước thải được

xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phía sau thì chúng ta 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

4.2.2.2 Bể trộn + kết tủa + tạo bông

Trong nước thải, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của hạt thường nhỏ dao động trong khoảng 0.1-10 μm Các hạt này thường nằm lơ lửng khó lắng do đó tương đối khó tách loại bỏ chúng ra khỏi nước thải Dựa vào lực hút VanderWaals giữa các hạt có thể dẫn đến sự kết dính giữa chúng

Nhờ vào các chất trợ keo tụ sẽ làm cho các hạt keo bị trung hoà điện tích và

có thể liên kết với các hạt keo khác tạo thành các bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống

Khi xử lý để giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bộng cặn người ta sử dụng các hoá chất trợ keo tụ như: phèn nhôm, phèn sắt, polymer để kết dính các hạt keo, cặn lơ lửng thành những bông cặn có kích thước lớn hơn và nhờ quá trình lắng loại bớt các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải

4.2.2.3 Quá trình Khử trùng

Sau các quá trình xử lý hóa học, sinh học ở phía trước thì sẽ tới quá trình khử trùng nước thải Đây là quá trình sử dụng các hóa chất hay các tác nhân khác làm sạch nước và loại bỏ đi các vi sinh vật, các vi khuẩn

Có nhiều phương pháp để khử trùng như sử dụng ozon, hóa chất Clo, tia cực tím, hồ sinh học,…

4.2.3 Phương pháp hấp thụ

Phương pháp hấp phụ được dùng trong bước xử lý bậc cao sau xử lý sinh học

để khử các chất hữu cơ không bị oxy hóa sinh học Hấp phụ là hiện tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân chia giữa 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 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 hydroxit kim loại ít được sử dụng vì năng lượng tương tác của chúng với các phân tử nước lớn

4.2.4 Phương Pháp Sinh Học

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình nhằm phân hủy các vật chất hữu cơ ở dạng hòa tan, dạng keo và dạng phân tán nhỏ trong nước thải nhờ vào sự hoạt động của các vi sinh vật Quá trình này xảy ra trong điều kiện hiếu khí hoặc kị khí tương ứng với hai tên gọi thông dụng là: quá trình xử lý sinh học hiếu khí và quá trình xử lý sinh học kỵ khí (yếm khí)

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí được ứng dụng có hiệu quả cao đối với nước thải có hàm lượng BOD5 thấp như nước thải sinh hoạt sau xử lý cơ học và nước thải của các ngành công nghiệp bị ô nhiễm hữu cơ ở mức độ thấp (BOD5<

1000 mg/l) Tùy theo cách cung cấp oxy mà quá trình xử lý sinh học hiếu khí được chia làm hai loại:

- Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên (oxy được cung cấp từ không khí

tự nhiên do quang hợp của tảo và thực vật nước) với các công trình tương ứng như: cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hồ sinh học, đất ngập nước…

- Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo (oxy được cung cấp bởi các thiết

bị sục khí cưỡng bức, thiết bị khuấy trộn cơ giới…) với các quá trình và công trình tương ứng như sau:

 Quá trình vi sinh vật lơ lửng (quá trình bùn hoạt tính)

- Bể bùn hoạt tính thổi khí (Aerotank)

- Mương oxy hóa

- Hồ sinh học

 Quá trình vi sinh vật dính bám (quá trình màng vi sinh vật)

- Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Biophin)

- Bể lọc sinh học cao tải

- Tháp lọc sinh học

- Bể lọc sinh học tiếp xúc dạng đĩa quay (RBC): công trình này cho phép xử lý nitơ và photpho trong nước thải (xử lý bậc cao)

 Quá trình vi sinh vật kết hợp

Bể sinh học hiếu khí tiếp xúc (có cấu tạo và nguyên lý hoạt động giống như

bể Aerotank nhưng bên trong bể có trang bị thêm các vật liệu tiếp xúc để làm giá thể cho các vi sinh vật dính bám)

4.2.4.1 Phương pháp hiếu khí

Quá trình phân hủy hiếu khí dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí

Vi sinh vật sau khi tiếp xúc với nước thải có chứa các chất hữu cơ thì chúng sẽ phát triển dần dần (tăng sinh khối) Tốc độ phát triển của chúng tỷ lệ nghịch với nồng độ ôxy hòa tan trong nước Nếu chất hữu cơ có quá nhiều, nguồn ôxy không

đủ sẽ tạo ra môi trường kị khí Như vậy, trong quá trình phân hủy hiếu khí thì tốc

độ trao đổi của vi sinh vật phải luôn thấp hơn tốc độ hòa tan của ôxy trong nước Thực vật phù du và các sinh vật tự dưỡng khác sử dụng CO2 và khoáng chất để tổng hợp chất hữu cơ làm tăng sinh khối và làm giàu ôxy trong nước thải

Quá trình phân hủy hiếu khí diễn ra mạnh mẽ nếu dùng các biện pháp tác động vào như: sục khí, làm tăng lượng hoạt động của vi sinh vật bằng cách tăng bùn hoạt tính, điều chỉnh hàm lượng chất dinh dưỡng và ức chế các chất độc làm ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của vi sinh vật Hầu hết các vi sinh vật làm sạch nước thải đều là vi sinh vật hoại sinh, hiếu khí và ưa ấm Vì vậy mà nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của vi sinh vật, nhiệt độ thích hợp cho quá trình xử lý là

20 – 400C, tối ưu là 25 – 300C

Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải gồm 3 giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1 : ôxy hóa chất hữu cơ

CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + ΔH

- Giai đoạn 2 : Tổng hợp xây dựng tế bào

CxHyOz + O2 => tế bào VSV + CO2 + H2O + C5H7NO2 - ΔH

- Giai đoạn 3: ôxy hóa chất liệu tế bào

C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + 2H2O + NH2 ± ΔH’

Bể Aerotank

 Bể Aerotank thông thường

Đòi hỏi phải ở chế độ dạng chảy nút (plug – flow) 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 đặt tính tốt hơn, dễ lắng Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể, quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể

 Bể Aerotank mở rộng

Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đó tốc độ sinh trưởng thấp, sản lượng bùn thấp và chất lượng nước ra cao hơn Thời gian lưu bùn cao hơn so với các bể khác (20-30 ngày) Hàm lượng bùn thích hợp trong khoảng 3000 – 6000 mg/l

 Bể Aerotan xáo trộn hoàn toàn

Bể này thường có dạng tròn hoặc vuông, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu oxy đồng nhất trong bộ thể tích bể, đòi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bị sục khí thích hợp Thiết bị sực khí cơ khí (motor và cánh khuấy) hoặc thiết bị khuếch tán khí thường sử dụng bể này có ưu điểm chịu được quá tải tốt

Bể SBR

Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lí nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ có điều một khác 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 cặn, ngưng lắng…

Mương oxy hóa

Là mương dẫn dạng vòng có sục khí, để tạo dòng chảy trong mương cần có vận tốc đủ xáo trộn bùn hoạt tính Vận tốc trong mương thường được thiết kế lớn hơn 3m/s để tránh cặn lắng

4.2.4.2 Phương pháp kỵ khí

Quá trình xử lý sinh học kị khí thường được ứng dụng để xử lý sơ bộ các loại nước thải có hàm lượng BOD5 cao (>1000 mg/l), làm giảm tải trọng hữu cơ và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hiếu khí diễn ra có hiệu quả Xử lý sinh học kị khí còn được áp dụng để xử lý các loại bùn, cặn (cặn tươi từ bể lắng đợt một, bùn hoạt tính sau khi nén…) trong trạm xử lý nước thải đô thị và một số ngành công nghiệp

 Quá trình xử lý với vi sinh vật lơ lửng

Bể phản ứng tiếp xúc kị khí

Đối với nước thải BOD cao, xử lý bằng phương pháp kỵ khí tiếp xúc rất hiệu quả Nước thải chưa xử lý được khoấy trộn với bùn tuần hoàn và sau đó phân hủy trong bể phản ứng kín không cho không khí vào Sau khi phân hủy, hỗn hợp bùn nước đi vào bể lắng hoặc bể tuyển nổi, nước trong đi ra nếu chưa đạt yêu cầu xả vào nguồn tiếp nhận thì phải xử lý bằng phương pháp hiếu khí với Aerotan hoặc lọc sinh học Bùn kị khí sau khi lắng được hồi lưu để nuôi cấy trong nước thải mới Lượng sinh khối vi sinh vật kị khí thấp nên bùn dư thừa ra là rất ít

Bể xử lí bằng lớp bùn kị khí với dòng nước đi từ dưới lên (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 – 40 giờ Hoạt động của bể UASB cần duy trì ở điều kiện thích hợp:

- pH khoảng 7 – 7,2

- Nhiệt độ ổn định 33-35oC

- Tải trọng hữu cơ đạt từ 10 – 15 kg/m3.ngày

Bùn trong bể UASB chia thành 2 lớp: lớp bùn đặc và lớp bùn bông, hoạt động tốt thì chiều cao bùn bông gấp 2 lần lớp bùn đặt, cần có sự thu bùn để tránh hiện

tượng bùn trong bể UASB quá nhiều hoặc quá ít Thể tích khí tạo thành từ 0,2 – 0,5 kg/m3 BOD, bùn dư trong bể đưa sang bể nén làm phân bón Đây là một trong những quá trình kị khí ứng dụng rộng rãi nhất thế giới do:

- Cả 3 quá trình phân hủy – lắng lưu - tách khí được lắp đặt trong cùng 1 công trình

- Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng

- Ít tiêu tốn năng lượng vận hành

- Ít bùn dư nên chi phí xử lí bùn thấp và lượng bùn sinh ra dễ tách nước

- Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng

- Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí mê tan

 Quá trình xử lí kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám

Đây là phương pháp xử lý kị khí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám với vi khuẩn kị khí trên các giá mang Hai quá trình phổ biến của quá trình này là lọc kị khí và lọc với lớp vật liệu trương nở, được dùng để xử lý nước thải chứa các chất cacbon hữu cơ Quá trình xử lý sinh trưởng gắn kết cũng được dùng để khử nitrat

Bể lọc kị khí

Bể lọc kị khí là một bể chưa vật liệu tiếp xúc để xử lí chất hữu cơ chứa cacbon trong nước thải Nước thải được dẫn vào từ bể dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có vi sinh vật kị khí sinh trưởng và phát triển Vì vi sinh vật được giữ trên bề mặt tiếp xúc và không bị rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu của tế bào sinh vật rất cao

Bể phản ứng có dạng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu lọc

cố định Đây là dạng kết hợp giữa quá trình xử lý kị khí lơ lửng và dính bám

4.2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học

- Ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý nước thải

Đối với từng nhóm, từng loài vi sinh vật, có một khoảng pH tối ưu

VD: Trong xử lí kỵ khí sinh mê tan thì có 2 nhóm vi sinh thực hiện