Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả xử lí của hệ thống xử lí nước thải tại nhà máy bia sài gòn sông lam

Chính vì vậy, Tôi muốn tìm hiểu hệ thống xử lí nước thải tại nhà máy bia Sài Gòn - Sông Lam nhằm hiểu được nguyên tắc hoạt động, những hạn chế, những ưu điểm của công nghệ và từ đó có th

TR-ờng đại học vinh khoa sinh học

===  ===

vũ thị nhung

Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả xử lí

của hệ thống xử lí n-ớc thải tại nhà máy bia

Sài Gòn - Sông Lam

khóa luận tốt nghiệp đại học

Chuyên ngành: khoa học môi tr-ờng

nghệ an - 2012

TR-ờng đại học vinh khoa sinh học

===  ===

Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả xử lí

của hệ thống xử lí n-ớc thải tại nhà máy bia

Sài Gòn - Sông Lam

khóa luận tốt nghiệp đại học

Chuyên ngành: khoa học môi tr-ờng

GV h-ớng dẫn: hồ thị ph-ơng

SV thực hiện: vũ thị nhung

Lớp: 49B2 - KHMT

nghệ an - 2012

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bài khóa luận tốt nghiệp này, trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Hồ Thị Phương đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập và làm khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn công ty cổ phần bia Sài Gòn - Sông Lam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em tìm hiểu, học hỏi và hoàn thành bài khóa luận này Em xin chân thành cảm ơn tổ xử lí nước thải và đặc biệt anh Hoàng Trọng Bảo (thành viên tổ

xử lí nước thải của công ty cổ phần bia Sài Gòn - Sông Lam) đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em trong suốt quá trình thực tập và làm khóa luận tốt nghiệp

Em xin cảm ơn sự động viên, giúp đỡ nhiệt tình của gia đình và bạn bè, đã giúp

em hoàn thành bài khóa luận tốt nghiệp này

Kết quả bài khóa luận này chắc chắn còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô, các anh chị cùng các bạn

Xin chân thành cảm ơn!

Vinh, tháng 5 năm 2012

Sinh viên

Vũ Thị Nhung

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Tính cấp thiết của đề tài 2

3 Mục tiêu nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Một số khái niệm liên quan 3

1.2 Tổng quan về phương pháp xử lí nước thải bằng phương pháp vi sinh 3

1.2.1 Cơ chế chung 3

1.2.2 Quá trình xử lí kị khí 4

1.2.3 Quá trình xử lí hiếu khí: 6

1.2.4 Quá trình xử lí thiếu khí 8

1.3 Một số phương pháp xử lí nước thải của nhà máy bia theo phương pháp sinh học 8

1.3.1 Mô hình xử lý theo hai bậc: UASB + Aerotank 10

1.3.2 Mô hình lọc ngược kị khí - Aerotank hoạt động gián đoạn: (UAF + SBR) 12

1.3.3 Mô hình xử lí hiếu khí aerotank ở nhà máy bia Will Brau GmbH (Đức) 13

1.3.4 Hệ thống xử lý nước thải theo mô hình SBR nhà máy bia Sài Gòn - Nghệ Tĩnh 15

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

2.1 Địa điểm và đối tượng nghiên cứu 17

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu 17

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu 17

2.2 Nội dung nghiên cứu 17

2.3 Phương pháp nghiên cứu 17

2.3.1 Phương pháp khảo sát và thu thập tài liệu 17

2.3.2 Phương pháp phỏng vấn 18

2.3.3 Phương pháp phân tích và thu thập số liệu từ phòng thí nghiệm tổ xử lí nước thải của công ty 18

2.3.4 Phương pháp kế thừa 19

2.3.5 Phương pháp xử lí số liệu thu thập được 19

2.3.6 Phương pháp đánh giá khả năng xử lí 19

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 21

3.1 Vài nét khái quát về công ty cổ phần bia Sài Gòn - Sông Lam 21

3.1.1 Lịch sử hình thành 21

3.1.2 Công nghệ sản xuất bia: 22

3.1.3 Nhu cầu về vật tư, nguyên liệu, năng lượng : 30

3.1.4 Nhu cầu điện nước 30

3.2 Các nguồn thải chính trong sản xuất bia 30

3.2.1 Nước thải và đặc điểm của nước thải bia nhà náy bia Sài Gòn - Sông Lam 30

3.2.2 Chất thải rắn 34

3.2.3 Chất gây ô nhiễm không khí 35

3.3 Hệ thống xử lí nước thải của nhà máy 36

3.3.1 Quy trình công nghệ 36

3.3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 37

3.4 Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào của hệ thống xử lí 47

3.5 Đánh giá hiệu quả xử lí của hệ thống qua từng đơn vị xử lí 48

3.5.1 Đánh giá hiệu quả xử lí sau quá trình xử lí yếm khí 48

3.5.2 Đánh giá hiệu quả xử lí sau bể hiếu khí SBR và bể khử trùng 49

3.6 Đánh giá hiệu quả xử lí của toàn bộ hệ thống 50

3.6.1 Kết quả phân tích nước sau khi qua toàn bộ hệ thống xử lí 50

3.6.2 Đánh giá khả năng xử lí của toàn bộ hệ thống 50

3.7 So sánh sự biến động các chỉ tiêu của hệ thống qua các tháng (từ tháng 10/2011 đến 3/2012) 52

3.7.1 Nước thải đầu vào 52

3.7.2 Nước thải sau bể khử trùng 56

3.8 Tính sơ lược chi phí sản xuất 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

1 Kết luận 64

2 Kiến nghị 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒ

Hình 1: Sơ đồ mô hình xử lí theo 2 bậc UASB + Aerotank 10

Hình 2: Sơ đồ xử lý nước thải nhà máy bia theo mô hình UAF và SBR 12

Hình 3: Sơ đồ mô mình xử lí hiếu khí aerotanhk ở nhà máy bia Will Brau GmbH 13

Hình 4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Sài Gòn - Nghệ Tĩnh 15

Hình 5: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia của nhà máy bia Sài Gòn - Sông Lam 23

Hình 6: Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải tại nhà máy bia Sài Gòn - Sông Lam 36

Hình 7: Hình ảnh hố thu gom nước thải 37

Hình 8: Hình ảnh thiết bị tách rác tinh 38

Hình 9: Hình ảnh thiết bị xử lí mùi hôi 39

Hình 10: Sơ đồ hệ thống xử lí mùi hôi 40

Hình 11: Sơ đồ hệ thống xử lí khí CH4 41

Hình 12: Hình ảnh hệ thống đốt khí CH4 42

Hình 13: Hình ảnh bể xử lí hiếu khí SBR 43

Hình 14 : Hình ảnh bể khử trùng 45

Hình 15: Hình ảnh máy ép bùn 46

Hình 16: Hình ảnh hồ điều hoà 46

Hình 17: Biểu đồ thể hiện sự biến động các giá trị qua các bể xử lí 51

Hình 18: Biểu đồ biến động độ màu đầu vào qua các tháng 53

Hình 19: Biểu đồ biến động TSS đầu vào qua các tháng 53

Hình 20: Biểu đồ biến động BOD5 đầu vào qua các tháng 54

Hình 21: Biểu đồ biến động COD đầu vào qua các tháng 55

Hình 22: Biểu đồ thể hiện sự biến động pH đầu vào qua các tháng 56

Hình 23: Biểu đồ biến động TSS sau xử lí qua các tháng 57

Hình 24: Biểu đồ biến động độ màu sau xử lí qua các tháng 58

Hình 25: Biểu đồ biến động BOD5 sau xử lí qua các tháng 58

Hình 26: Biểu đồ biến động COD sau xử lí qua các tháng 59

Hình 27: Biểu đồ biến động tổng P sau xử lí qua các tháng 60

Hình 28: Biểu đồ thể hiện sự biến động pH đầu ra qua các tháng 60

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Nhu cầu nguyên liệu, năng lượng sản xuất bia 30

Bảng 2: Tính chất nước thải chung của nhà máy bia Sài Gòn - Sông Lam 33

Bảng 3: Tính chất nước thải sản xuất 33

Bảng 4: Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải sản xuất 34

Bảng 5: Lưu lượng nước thải nhà máy 34

Bảng 6: Giá trị các chỉ tiêu đầu vào hệ thống xử lí (tháng 3) 47

Bảng 7: Giá trị các chỉ tiêu phân tích ở bể trung gian 48

Bảng 8: Giá trị các chỉ tiêu phân tích tại bể khử trùng 49

Bảng 9: Giá trị các chỉ tiêu phân tích sau toàn bộ hệ thống xử lí 50

Bảng 10: Giá trị thông số nước thải đầu vào qua các tháng 52

Bảng 11: Giá trị các thông số ở bể khử trùng qua các tháng từ tháng 10/2011 - 3/2012 56

Bảng 12: Giá thành một số loại hóa chất 62

Bảng 13: Bảng các khoản chi phí để xử lí nước thải nhà máy bia Sài Gòn - Sông Lam 63

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU

Tên viết tắt Tên tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt

BOD Biological Oxygen Demand Nhu cầu Oxi sinh học

COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu Oxi hóa học

DO Dissolved Oxygen Hàm lượng Oxi hòa tan

MLSS Mixed Liquor Suspended Solids Nồng độ vi sinh vật (hay bùn

hoạt tính) trong bể SBR F/M Food/Microoganism Tỉ lệ thức ăn/vi sinh vật

SBR Sequencing Batch Reactor Aerotank hoạt động gián đoạn UAF Upflow Anaerobic Floating Bể lọc kị khí vật liệu nổi UASB Upflow Anaerobic Sludge

Phát triển kinh tế là điều tất yếu để phát triển xã hội, tuy nhiên, chúng ta không thể chỉ chú trọng phát triển kinh tế mà không chú tâm tới phát triển cân bằng với các giá trị về xã hội và môi trường, sản xuất và bảo vệ môi trường phải là hai vấn đề không được tách rời nhau nhằm hướng tới sự phát triển bền vững

Ở Việt Nam tuy kinh tế còn gặp nhiều khó khăn nhưng nền công nghiệp đang ngày càng phát triển cũng đã và đang có nhiều đóng góp đáng kể cho sự phát triển của đất nước Tuy vậy, nó cũng đã có nhiều ảnh hưởng đáng kể tới môi trường và vấn đề ô nhiễm môi trường sinh thái đang là vấn đề nóng, vấn đề bức xúc của toàn xã hội Những năm gần đây do nhu cầu thị trường ngày càng cao, ngành công nghiệp bia phát triển khá nhanh Hiện nay đã có hơn 300 nhà máy sản xuất bia trong cả nước Ngành công nghiệp bia đã đóng góp những nguồn lợi kinh tế to lớn cho đất nước, tuy nhiên, ít nhiều cũng gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và cảnh quan thiên nhiên Đây cũng là ngành tạo ra lượng nước thải khá lớn

Nhà máy bia Sài Gòn - Sông Lam đã đi vào hoạt động từ năm 2010 công suất 100 triệu lít bia/1 năm, là một nhà máy có sản lượng bia lon và bia chai hàng năm tương đối lớn, đáp ứng hầu hết nhu cầu tiêu dùng của dân cư trong tỉnh và trên cả đất nước Nhà máy đã xây dựng hệ thống xử lý nước thải nhằm xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn thải trước khi xả thải ra môi trường Nhằm tìm hiểu hệ thống xử lý và hiệu quả xử lý của hệ

thống xử lý nước thải của nhà máy Tôi chọn đề tài “Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả xử

lí của hệ thống xử lí nước thải tại nhà máy bia Sài Gòn - Sông Lam”

2 Tính cấp thiết của đề tài

Nước thải công nghiệp đã và đang trở thành nỗi lo chung không chỉ của các nhà máy, các cơ quan quản lý mà còn là nỗi lo chung của cả cộng đồng Vì vậy, ngày nay con người đang không ngừng phát triển và hoàn thiện những công nghệ xử lí nước thải nhằm làm giảm những tác động xấu đến môi trường Chính vì vậy, Tôi muốn tìm hiểu

hệ thống xử lí nước thải tại nhà máy bia Sài Gòn - Sông Lam nhằm hiểu được nguyên tắc hoạt động, những hạn chế, những ưu điểm của công nghệ và từ đó có thể tìm ra được những giải pháp để xử lí hiệu quả hơn

3 Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu quy trình sản xuất, nhu cầu nguyên liệu, các nguồn phát thải, đặc trưng nước thải của nhà máy

- Tìm hiểu công nghệ xử lí nước thải (XLNT) của nhà máy

- Bước đầu điều tra chất lượng nước thải trước và sau khi xử lí nhằm đánh giá về khả năng xử lí các chất ô nhiễm có trong nước thải

- Tính sơ lược chi phí xử lí (nếu có thể)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Một số khái niệm liên quan

- Chất thải: là vật chất ở thể rắn, lỏng, khí được thải ra từ sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, sinh hoạt hoặc hoạt động khác (luật BVMT - Nhà xuất bản chính trị quốc gia)

- Nước thải: là nước đã được thải ra sau khi đã sử dụng hoặc được tạo ra trong một qui trình công nghệ và không còn giá trị trực tiếp đối với quá trình đó (Theo TCVN 5980-1995 và ISO 6107/1-1980)

- Ô nhiễm môi trường: là sự biến đổi các thành phần môi trường không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đối với con người và sinh vật

- Tiêu chuẩn môi trường: là giới hạn cho phép của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của các chất gây ô nhiễm trong chất thải, được

cơ quan nhà nước có thẩm quyền quy định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ môi trường

- Đánh giá tác động môi trường: là việc phân tích, dự báo các tác động đến môi trường của dự án đầu tư cụ thể để đưa ra các biện pháp bảo vệ môi trường khi triển khai dự án đó

- BOD (Biochemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hóa): là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ

- COD (Chemical Oxygen Demand-nhu cầu oxy hóa hóa học): là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ

- Tổng N : là tổng hàm lượng nitơ có trong nước thải

-Tổng P : là tổng hàm lượng phốt pho có trong nước thải

1.2 Tổng quan về phương pháp xử lí nước thải bằng phương pháp vi sinh

1.2.1 Cơ chế chung

- Phương pháp sinh học kị khí và hiếu khí được ứng dụng để xử lí nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp khỏi nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ (H2S, NH3, các sunfua, các nitric,… ) Quá trình xử lí dựa vào khả năng của vi sinh vật

sử dụng các chất này làm chất dinh dưỡng trong hoạt động sống, các chất hữu cơ đối với vi sinh vật là nguồn các bon

- Trong quá trình dinh dưỡng, các vi sinh vật sẽ sử dụng các chất bẩn có trong nước thải để tạo tế bào mới, sinh trưởng, sinh sản nên sinh khối của chúng sẽ tăng lên , kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước

- Quá trình diễn ra theo 2 giai đoạn :

+ (1) Giai đoạn hấp phụ các chất phân tán nhỏ, keo và hòa tan (dạng hữu cơ và

vô cơ) lên bề mặt tế bào vi sinh vật

+ (2) Giai đoạn phân hủy các chất chỉ hấp phụ qua màng vào trong tế bào vi sinh vật Đó là phản ứng hóa sinh [1]

- Trong công nghệ xử lí nước thải thì thuật ngữ “cơ chất hay chất nền ” được hiểu là chất hữu cơ nhiễm bẩn, có thể là nguồn cacbon dinh dưỡng cho vi sinh vật được tính bằng BOD, và “ nồng độ enzim (men) ” là nồng độ bùn hoạt tính Như vậy, hoạt tính của bùn cũng có thể coi là hoạt tính của hệ enzim của vi sinh vật trong bùn hoạt tính [4]

1.2.2 Quá trình xử lí kị khí

Quá trình này sử dụng quần thể vi sinh vật hoạt động trong điều kiện không có O2

để phân giải một phần các chất hữu cơ có trong nước thải Kết quả của quá trình này tạo ra một hỗn hợp khí gồm CH4, H2S, NH3, trong đó thành phần chính là CH4 (65% tổng sản phẩm của lên men kị khí)

Vì vậy, quá trình lên men kị khí người ta còn gọi là quá trình lên men methane, vi sinh vật trong lên men kị khí gọi chung là vi sinh vật methane

Các vi sinh vật chỉ sử dụng một phần nhỏ chất hữu cơ ở trong nước để tạo năng lượng và xây dựng tế bào mới

Quá trình phân hủy kị khí diễn ra theo phương trình sau:

Chất hữu cơ + VSV→ CH4 + H2 + H2O + H2S + NH3 + TB mới [3]

Trong bể kị khí UASB, bùn (vi sinh vật) được phát triển thành một lớp dày Trong lớp bùn này dưới tác dụng của dòng nước đi từ dưới lên, các hạt bùn nổi lơ lửng tạo thành một lớp đệm dạng hạt Hạt bùn bền với tác động của dòng nước thải vào, đủ nhẹ để nổi lơ lửng do tác động của dòng chảy và đủ nặng để không bị dòng nước kéo

ra khỏi bể phản ứng Nước thải được cấp từ dưới đáy bể và thu ở phía trên Trong quá trình nước thải đi từ dưới lên sẽ tiếp xúc với bùn hoạt tính, khi đó xảy ra 2 quá trình: + Chất hữu cơ được bùn hoạt tính phân hủy yếm khí tạo thành CO2 và CH4

+ Quá trình lọc trong nhờ lớp đệm dạng hạt [2]

* Tác nhân sinh học:

- Ở giai đoạn thủy phân: phân giải các chất hữu cơ phức tạp trong nước thành các chất dễ tan hơn nhờ các enzim ngoại bào của vi sinh vật Một số vi sinh vật phổ biến tham gia vào quá trình này như: Ecoli, bacillus, pseudomonas,…

- Trong giai đoạn axit hóa: trong giai đoạn này chủ yếu là nhóm vi khuẩn, nấm mốc và động vật nguyên sinh thực hiện lên men axit tạo thành các axit hữu cơ đơn giản dễ bay hơi Một số loại điển hình như: nhóm vi khuẩn clotrium, lactobacillus, cosine bactium ssp, nấm mốc, penicillin, Acety momycer, Staphylococus,…

- Giai đoạn lên men methane: các axit hữu cơ đơn giản sẽ được tiếp tục phân hủy thành CH4 và CO2 Nhóm cá vi sinh vật lên men methane là nhóm kị khí tuyệt đối Một số chủng vi sinh vật methane điển hình như: Metano bacterium, Metano saccaria, Metano brevibacter,…

* Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men kị khí:

- Oxi: Đối với đại đa số sinh vật, oxi là chất không thể thiếu, nhưng đối với các vi sinh vật kị khí, O2 lại được xem là độc tố trong môi trường xử lí nước thải Do đó, trong xử lí nước thải bằng con đường kị khí phải ở điều kiện kị khí tuyệt đối

- Các chất dinh dưỡng: Có ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật,

nó liên quan mật thiết đến quá trình phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải Cũng như các vi sinh vật khác, các vi sinh vật kị khí đòi hỏi các thành phần dinh dưỡng thiết yếu như: các hợp chất chứa C, N, P và một số nguyên tố vi lượng khác Nếu không cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng sẽ ảnh hưởng tới quá trình phân giải các chất có trong nước thải Chẳng hạn, nếu không đủ N sẽ ảnh hưởng tới sự tổng hợp enzim của các vi sinh vật tiến hành phân giải kị khí, vì thế, nếu cung cấp quá thiếu N

sẽ làm hạn chế các vi sinh vật có trong nước thải

- Nhiệt độ: Lên men kị khí có 3 vùng nhiệt độ:

thêm nhiệt lượng Ở các nước nhiệt đới thường sử dụng phương pháp kị khí ở vùng nhiệt độ trung bình (20 - 45°C)

- pH: pH tối ưu trong quá trình phân hủy kị khí từ 6,5 - 8,5 Nếu pH giảm mạnh

sẽ ảnh hưởng tới quá trình tạo khí CH4, vì pH thích hợp để tạo CH4 là pH kiềm

- Độc tố: các độc tố có trong nước thải có thể ảnh hưởng tới vi sinh vật kị khí như dẫn xuất clorua của mêtan (CH2Cl, CCl4, CH3Cl…), một số chất như: H2S, SO2, focmandehit,… Vì vậy, cần kiểm soát chất lượng, nồng độ, lưu lượng nước thải trước khi đưa vào xử lí yếm khí [3]

1.2.3 Quá trình xử lí hiếu khí:

- Cơ chế chung của quá trình hiếu khí:

Bản chất của quá trình xử lí hiếu khí là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí để oxy hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng một phần hữu cơ

và năng lượng khai thác được từ quá trình oxy hóa để tổng hợp sinh khối của chúng

Cơ chế của quá trình oxy hoá:

- Oxy hoá các hợp chất hữu cơ không chứa Nitơ:

2

34

324

- Oxy hoá các hợp chất hữu cơ không chứa Nitơ tổng hợp sinh khối:

2

45

524

- Oxy hoá các hợp chất hữu cơ có chứa Nitơ tổng hợp sinh khối:

2

1110

4

432

* Các nhóm vi khuẩn hô hấp hiếu khí quan trọng là:

- Pseudomonas, đặc biệt là P.putida và P.stutzeri

- Aerobacter aerogenes

- Nitrosomonas vinogradski (có khả năng nitrit hoá)

- Bacillus subtilis (vai trò quan trọng trong quá trình phân huỷ protein)

- Flavobacterium và Alcaligenes (đối với nước thải giàu Fe, S)

* Các nhóm vi khuẩn hô hấp tuỳ tiện gồm:

- Cellulomonas bizotera (có khả năng oxy hoá celluloza)

- Nitrobacter (có khả năng nitrat hoá)

- Rhodopseudomonas (sắc tố màu đỏ) làm bùn hoạt tính (trong hệ thống

* Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lí hiếu khí:

+ O2: là yếu tố cần thiết cho vi sinh vật phát triển, là thành phần quan trọng để đảm bảo quá trình xử lí hiếu khí có hiệu quả Vì vậy, trong bể xử lí hiếu khí người ta phải lắp đặt hệ thống máy thổi khí để cung cấp O2 cho quá trình xử lí

+ Nồng độ các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải: phải ở mức cho phép Nếu nồng độ các chất bẩn hữu cơ quá cao sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật hiếu khí, người ta thường dựa theo chỉ số COD và BOD của nước thải để đưa vào xử lí hiếu khí Nếu COD > BOD rất nhiều lần, trong đó xenlulo, hemixenlulo, protein, tinh bột chưa tan, thì phải xử lí kị khí trước khi qua xử lí hiếu khí

+ pH: thường ở 6,5 - 8,5

+ Nhiệt độ: 25 - 30°C

+ Các chất dinh dưỡng, N, P, chất khoáng: cũng ảnh hưởng tới quá trình phát triển của vi sinh vật Nếu thiếu các chất này sẽ ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất của vi sinh vật và ảnh hưởng tới quá trình xử lí nước thải [3]

1.2.4 Quá trình xử lí thiếu khí

Phương pháp này sử dụng khả năng khử nitrit của vi sinh vật trong điều kiện thiếu oxi Trong điều kiện thiếu oxi hoà tan, sẽ xảy ra sự khử nitrit Oxi được giải phóng từ nitrat sẽ oxy hoá chất hữu cơ và ni tơ sẽ được tạo thành

NO3- + Vi sinh vật  NO2 + O2

Chất hữu cơ + O2  N2 + CO2 + H2O

- Trong hệ thống xử lí theo kỹ thuật bùn hoạt tính sự khử nitric sẽ xảy ra khi không tiếp tục cung cấp không khí Khi đó, oxi cần cho hoạt động của vi sinh giảm dần và việc giả phóng oxi từ nitrat sẽ xảy ra Theo nguyên tắc trên, phương pháp thiếu khí (khử nhật hoá) được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải [1]

- Phương pháp kị khí và hiếu khí đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, trong thực tế, tùy thuộc vào tính chất của từng loại nước thải khác nhau mà người ta có thể chọn phương pháp hiếu khí hay kị khí hoặc có thể kết hợp cả yếm khí và hiếu khí nhằm đạt kết quả xử lí cao nhất Một số phương pháp xử lí nước thải theo phương pháp sinh học thường được áp dụng như:

+ Phương pháp xử lí sinh học kị khí:

° Phương pháp xử lí tiếp xúc kị khí (Anaerobic Contact Process)

° Quá trình xử lí bằng lớp bùn kị khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB)

° Quá trình lọc kị khí (Anaerobic Filter Process)

+ Phương pháp xử lí hiếu khí:

° Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng

° Bể hiếu khí hoạt động gián đoạn

° Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám

° Hồ sinh học [2]

1.3 Một số phương pháp xử lí nước thải của nhà máy bia theo phương pháp sinh học

Việc lựa chọn phương pháp xử lí hiếu khí, kị khí hay kết hợp và thiết bị sinh học để xử lí nước thải công nghiệp bia phụ thuộc vào đặc tính nước thải, lưu lượng nước thải, điều kiện kinh tế - kĩ thuật và diện tích sử dụng cho phép

Trong hệ thống xử lí nước thải công nghiệp bia thường dùng các phương pháp sinh học sau:

- Phương pháp bùn hoạt tính (aeroten) với tải lượng bùn (hay tỉ lệ thức ăn/vi sinh học F/M), F/M = 0,05 đến 0,1 kg BOD5/kg bùn/ngày và chỉ số bùn tới 270 ml/g Do hàm lượng hữu cơ dạng hidratcacbon cao, nếu thiếu chất dinh dưỡng như nitơ và phospho thì quá trình sinh khối bùn dễ tạo ra bùn dạng sợi, khó lắng Kinh nghiệm chỉ ra rằng, càng hạn chế bã men trong nước thải, vận hành thiết bị với tải trọng bùn không cao sẽ hạn chế được quá trình tạo bùn dạng sợi

- Phương pháp màng sinh học hiếu khí với thiết bị dạng tháp, trong có lớp đệm bằng các hạt nhân tạo, gỗ, Loại này thường có tải trọng thể tích (kg trong một BOD5 đơn

vị thể tích làm việc của thiết bị trong một ngày) từ 1,0 đến 1,6 kg BOD5/m3

.ngày và tải lượng bùn F/M = 0,4 đến 0,64 kg BOD5/ m3

cho 1000 lít bia sản phẩm trong một ngày)

- Phương pháp kị khí: sử dụng để xử lí nước thải có lưu lượng chất hữu cơ ô nhiễm cao (COD > 2000 mg/l), càng lớn càng tốt Do phương pháp yếm khí có lượng bùn sinh ra ít, tiêu tốn ít năng lượng (không cần sục khí) và tạo ra khí methane có giá trị năng lượng nên nhiều nhà máy bia ở nước ngoài đã sử dụng phương pháp này để xử lí nước thải

Hoặc là do yêu cầu của dòng thải ra, nước thải bia cần được xử lí kị khí trước

để giảm tải trọng ô nhiễm trước khi đưa vào xử lí hiếu khí, kết hợp giữa phương pháp

kị khí và hiếu khí Thiết bị sinh học kị khí UASB được sử dụng nhiều trong các nhà máy bia ở Brazil, Hà Lan và Tây Ban Nha

COD ban đầu của dòng thải đưa vào thiết bị UASB có giá trị 1.500 đến 4.000 mg/l Thời gian phản ứng từ 2 đến 10h Hiệu suất khử COD của thiết bị UASB nhìn chung đạt 75% [4]

1.3.1 Mô hình xử lý theo hai bậc: UASB + Aerotank

Hình 1: Sơ đồ mô hình xử lí theo 2 bậc UASB + Aerotank

Nguyên tắc hoạt động:

- Nước thải sinh hoạt và nước xử lý tại bể tự hoại được dẫn vào bể gom

- Nước thải sản xuất sau khi qua bộ phận tách rác nhằm loại bỏ rác và các chất rắn lớn cũng được thu gom về bể gom

Bể gom, kết hợp tách rác

Nướcvào

Bể Aerotank có đệm vi sinh

Nước sau xử lí

Cấp khí

Chlorin

cclcClo

- Sau đó nước thải được bơm chuyển qua hệ thống điều chỉnh pH tự động, rồi chuyển sang bể lắng 1 và qua bể phân hủy yếm khí Tại đây, một phần các chất thải hữu cơ được phân hủy bởi các vi khuẩn yếm khí thành các chất vô cơ, sinh khối (bùn)

và biogas Biogas sẽ được thu gom và đốt bỏ Hệ thồng đốt khí biogas sẽ được trang bị các thiết bị đánh lửa tự động Hiệu suất khử các hợp chất hữu cơ của bể UASB là 85%

- Nước thải sau bể UASB sẽ được chuyển qua bể bể trung gian Từ đây nước thải

sẽ được phân hủy tiếp trong bể phân hủy hiếu khí bùn hoạt tính (aerotank) Tại bể aerotank, không khí sẽ được cung cấp liên tục bởi máy thổi khí Hiệu suất của bể aerotank là >90%

- Nước thải sau quá trình xử lý hiếu khí được chuyển qua bể lắng 2 để tách bùn, một phần bùn được hồi lưu trở lại bể Aerotank Sau đó nước thải được bơm qua ngăn khử trùng sử dụng chlorine để khử trùng trước khi thải ra ngoài

- Bùn dư từ bể UASB và các bể lắng sẽ được thu gom vào bể chứa bùn và nén trước khi đem đi xử lý cùng với rác thải sinh hoạt Polyme được sử dụng để làm xúc tác cho quá trình trợ lắng và tách nước

- Hệ thống vận hành tự động, điều hành đơn giản nên không tốn nhiều nhân lực

để hệ thống hoạt động

- Hiệu quả xử lý cao thích hợp với đặc tính nước thải nhà máy bia

- Do kết hợp cả hai phương pháp xử lý yếm khí và háo khí nên giảm được chi phí cho việc cấp khí

- Hệ thống hoạt động liên tục nên khi xảy ra sự cố rất khó khắc phục ảnh hưởng đến quá trình xử lý

- Hệ thống khó thích nghi được với những dòng thải biến động về lưu lượng

- Lắp đặt hệ thống đòi hỏi kỹ thuật, độ chính xác cao, nếu không khi đi vào hoạt động sẽ xảy ra sự cố

1.3.2 Mô hình lọc ngược kị khí - Aerotank hoạt động gián đoạn: (UAF + SBR)

Hình 2: Sơ đồ xử lý nước thải nhà máy bia theo mô hình UAF và SBR

* Bể lọc kị khí vật liệu nổi: UAF (Upflow Anaerobic Floating)

Các loại bể lọc kị khí thường là các loại bể kín, phía trong chứa vật liệu đóng vai trò như giá thể của vi sinh vật dính bám Các giá thể làm bằng vật liệu có hình dạng, kích thước khác nhau, hoạt động như những vật liệu lọc Các dòng nước thải đi

từ dưới lên Các chất hữu cơ được vi khuẩn hấp thụ và chuyển hóa để tạo thành CH4

và các loại khí khác Các loại khí sinh học được thu gom tại phần trên bể

Ưu điểm: Bể lọc kỵ khí có khả năng tách các chất bẩn hữu cơ (BOD) cao, thời

gian lưu nước ngắn, vi sinh vật dễ thích nghi với nước thải, quản lý vận hành đơn giản,

ít tốn năng lượng và dễ hợp khối với bể tự hoại và các công trình xử lý nước thải khác

pháp sinh học khác, thời gian đưa công trình vào hoạt động dài, bể thường hay bị sự cố tắc nghẽn, hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải ra khỏi bể lớn Các loại vật liệu lọc

có đặc tính kỹ thuật yêu cầu thường có giá thành cao

* Aerotank hoạt động gián đoạn: SBR (Sequencing Batch Reactor)

Aerotank kết hợp lắng hoạt động gián đoạn theo mẻ là một dạng công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó tuần tự diễn ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn của bể tối thiểu là 3

Bể lọc kị khí vật liệu nổi (UAF)

Nước thải ra ngoài

Các giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bể bao gồm: Làm đầy nước thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nước thải và xả bùn dư Trong bước một, khi cho nước thải vào bể, nước thải được trộn với bùn hoạt tính lưu lại từ chu kỳ trước Sau đấy hỗn hợp nước thải và bùn được sục khí ở bước hai với thời gian thổi khí đúng như thời gian yêu cầu Bước thứ ba là quá trình lắng bùn trong điều kiện tĩnh Sau đó nước trong nằm phía trên lớp bùn được xả ra khỏi bể Bước cuối cùng là xả lượng bùn dư được hình thành trong quá trình thổi khí ra khỏi ngăn bể, các ngăn bể khác hoạt động lệch pha để đảm bảo cho việc cung cấp nước thải lên trạm xử lý nước thải liên tục

Công trình SBR hoạt động gián đoạn, có chu kỳ Các quá trình trộn nước thải với bùn, lắng bùn cặn diễn ra gần giống điều kiện lý tưởng nên hiệu quả xử lý nước thải cao BOD của nước thải sau xử lý thường thấp hơn 50 mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng từ

10 đến 45 mg/l và N - NH

3 khoảng từ 0,3 đến 12 mg/l Bể aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ làm việc không cần bể lắng đợt hai Trong nhiều trường hợp, người ta cũng bỏ qua bể điều hoà và bể lắng đợt một

cao, khử được các chất dinh dưỡng nitơ, dễ vận hành Sự dao động lưu lượng nước

thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý

hiệu quả người hành phải có trình độ và theo dõi thường xuyên các bước xử lí nước

Lọc bùn 86m3

Bể chứa bùn

Bể lắng 25m3

Nước thải

Xử lí nước thải ở nhà máy bia có công suất 16 triệu lít/năm được thiết kế theo các thông số sau:

+ Dung tích bể hiếu khí: khoảng 1000 m3

+ Lưu lượng nước thải: 500 m3

/ngày + BOD5: trung bình 880 mg/l

+ Tải trọng BOD5: 1320 kg/ngày

- Giá trị các thông số làm việc của thiết bị theo các số liệu sau:

+ Tải trọng BOD5 của nước: 0,5 kg/m3

.ngày + Tải trọng BOD5 của bùn: 0,16 kg/m3

.ngày + Bùn thừa: 0,3 - 0,5 kg/kg

+ Chỉ số bùn: 180 mg/g

-Bể lắng thứ cấp có các thông số sau:

+ Dung tích làm việc: 225 m3

+ Diện tích bề mặt: 150 m2

+ Thời gian lưu: khoảng 11 h

Thường lượng bùn khô thu được sau bể lọc khoảng 4 kg/m3

1.3.4 Hệ thống xử lý nước thải theo mô hình SBR nhà máy bia Sài Gòn - Nghệ Tĩnh

Hình 4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Sài Gòn - Nghệ Tĩnh

Chú thích: : Đường nước thải ra; : Đường nước thải vào; : Đường thải bùn

* Bể SBR: Hệ thống bể SBR bao gồm 10 bể, 4 bể nhỏ thể tích 80m3 và 6 bể lớn thể tích 120m3

Bể điều hòa

* Máy ép bùn: Công suất 1m3/h

* Bể tách bùn: Hệ thống 10 bể tách bùn (từ T1…T10), mỗi bể thể tích 7m3

Nước thải của nhà máy bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất được dẫn theo các hệ thống mương thải đi qua song chắn rác được loại bỏ các chất thải có kích thước lớn như lá cây, túi bóng,… đến bể gom nước thải

Tại bể gom nước thải, nước thải được bơm lên trống tách rác để tách những chất bẩn nhỏ hơn như: tàn thuốc lá, mảnh vụn nilon,… Sau đó nước thải được đưa qua

bể điều hòa

Tại bể điều hòa, nhờ hệ thống điều chỉnh pH tự động mà nước thải được điều chỉnh pH thích hợp với môi trường sống thuận lợi của vi khuẩn Sau đó nước thải được bơm lên các bể SBR Thông thường người ta sẽ bơm nước thải vào từng bể để xử lý theo các mẻ, đảm bảo tính liên tục cho quá trình xử lý

Tại bể SBR nước thải được xử lý theo đúng nguyên lý của hoạt động của hệ thống SBR, tuy nhiên thời gian các giai đoạn có sự thay đổi thích hợp với chế độ, lưu lượng nước thải của nhà máy Thời gian sục khí thường kéo dài 4 giờ, và thời gian lắng kéo dài từ 1 giờ đến 1giờ 30 phút

Sau quá trình xử lý tại bể SBR, nước thải được thải trực tiếp ra mương thoát nước của thành phố, còn lượng bùn xả được chuyển qua bể chứa bùn Tại bể chứa bùn, bùn tồn tại dạng dịch bùn, thể tích nước chiếm >80%, do đó cần phải qua bước tách bùn khô Một phần nhỏ dịch bùn được bơm sang máy ép bùn, nhưng do công suất máy

bé nên lượng bùn tách không đáng kể Phần lớn bùn được chuyên qua 10 ngăn tách bùn, các ngăn tách bùn hoạt động theo kiểu màn lọc, đáy bể được bố trí các tấm màn

có khả năng tách nước ra khỏi dịch bùn Nước chảy qua màn lọc còn bùn bị giữ lại ở trên Quá trình tách bùn thủ công này rất dễ thực hiện nhưng hiệu quả rất cao [7]

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Địa điểm và đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu

Địa điểm nghiên cứu của đề tài tại công ty cổ phần bia Sài Gòn - Sông Lam thuộc

xã Nam Giang - Nam Đàn - Nghệ An

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống dây chuyền sản xuất, hệ thống quản lí nguồn thải, nước thải

- Đối tượng nghiên cứu chủ yếu của đề tài là hệ thống xử lí nước thải của nhà máy Hệ thống này được xây được xây dựng dựa trên nền tảng công nghệ vi sinh, sử dụng cả kị khí và hiếu khí, các đối tượng nghiên cứu chính :

+ Các đơn vị xử lí

+ Nước thải đầu vào

+ Nước thải sau khi qua các đơn vị xử lí

+ Nước thải sau khi qua toàn bộ hệ thống xử lí

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu dây chuyền sản xuất của nhà máy

- Tìm hiểu, đánh giá về thành phần các chất ô nhiễm có trong nước thải của nhà máy

- Tìm hiểu nguyên lí hoạt động của hệ thống XLNT (xử lí nước thải)

- Phân tích, đánh giá hiệu quả xử lí của từng đơn vị xử lí

- Phân tích, đánh giá hiệu quả xử lí của toàn bộ hệ thống xử lí

- Bước đầu tìm hiểu sự biến động hiệu quả xử lí của hệ thống xử lí nước thải của nhà máy từ tháng 10/2011 đến 3/2012

- Tính toán sơ bộ chi phí xử lí của hệ thống xử lí nước thải

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp khảo sát và thu thập tài liệu

- Tiến hành tìm hiểu, tham quan hệ thống xử lí, cách bố trí các đơn vị xử lí, vị trí đặt hệ thống xử lí nước thải, đồng thời có thể đánh giá bằng trực quan về tình trạng hoạt động của hệ thống

- Thu thập tài liệu liên quan từ Công ty cổ phần bia Sài Gòn - Sông Lam, giáo trình, sách, báo, tạp chí chuyên ngành, các khoá luận tốt nghiệp của khoá trước, qua mạng internet,

- Phương pháp lấy mẫu :

Mẫu được lấy tại 4 điểm đại diện cho từng đơn vị xử lí chính:

+ Lấy mẫu nước thải đầu vào bể yếm khí, nhằm theo dõi được nồng độ và lưu lượng các chất ô nhiễm có trong nước thải đầu vào, đảm bảo điều kiện phù hợp với quá trình xử lí kị khí

+ Lấy mẫu nước thải tại bể trung gian sau quá trình xử lí yếm khí

+ Lấy mẫu tại nơi xả của bể khử trùng sau quá trình xử lí hiếu khí SBR và khử trùng

+ Lấy mẫu tại bể điều hòa số 3

Các mẫu được lấy vào chai nhựa thể tích 2l và được đưa vào phân tích với tần suất 2 ngày/1 lần nhằm kiểm soát tốt quá trình xử lí của hệ thống

- Phương pháp phân tích mẫu:

+ Đo pH: sử dụng máy đo pH 3110

+ Nhiệt độ: sử dụng nhiệt kế hoặc máy đo pH

+ BOD5: sử dụng tủ ủ và đầu oxitop IS6

+ COD: sử dụng máy so màu photolab 6100VIS, với các cell hóa chất có sẵn + Clo dư: sử dụng máy COLORIMETER DR/890

+ Tổng P: sử dụng máy COLORIMETER DR/890 (chương trình 80)

2.3.4.Phương pháp kế thừa

Ngoài số liệu phân tích được tại phòng thí nghiệm của tổ xử lí nước thải tại thời điểm tiến hành nghiên cứu, trong luận văn này, tôi còn sử dụng số liệu của công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên KTMT & TN Nghệ An trong những lần quan trắc tại công ty, nhằm chúng ta có cái nhìn đầy đủ và khách quan hơn về khả năng xử lí của

hệ thống

2.3.5 Phương pháp xử lí số liệu thu thập được

- Tiến hành tính toán số liệu thu thập được bằng cách tính các giá trị trung bình, nhằm lấy giá trị đại diện

- Xử lí số liệu bằng exel

2.3.6 Phương pháp đánh giá khả năng xử lí

2.3.6.1 Đánh giá hiệu quả xử lí theo phần trăm khối lượng đầu vào:

Sau khi có số liệu về chất lượng nước trước khi vào hệ thống xử lí và sau khi ra khỏi hệ thống xử lí, ta có thể tiến hành đánh giá hiệu quả xử lí của toàn bộ hệ thống dựa trên hiệu quả xử lí một số chỉ tiêu đặc trưng của nước thải Các chỉ tiêu thể hiện rõ thành phần và bản chất nước thải nhà máy bia như: pH, SS, DO, BOD5, COD, tổng N, tổng P,

Hiệu quả xử lí chất X (%) = 1.100%

xo

x xo

2.3.6.2 Đánh giá hiệu quả xử lý của từng đơn vị xử lí

Hệ thống xử lý được tạo nên từ nhiều đơn vị xử lý khác nhau Vì vậy để có thể đánh giá toàn diện về khả năng xử lí thì việc đánh giá khả năng xử lý của từng công đoạn là cần thiết Việc đánh giá hiệu quả xử lí cũng theo công thức:

X (%) = 1 100 %

xo

x xo

+ Nước thải đầu vào

+ Nước thải trong bể trung gian sau quá trình xử lí yếm khí

+ Nước xả trong bể khử trùng sau quá trình xử lí hiếu khí và khử trùng

+ Nước xả thải ra môi trường tại hồ điều hòa số 3

2.3.6.3 Đánh giá hiệu quả xử lí so với QCVN24 - 2009

So sánh chất lượng nước sau khi xử lí với tiêu chuẩn thải của nước thải công nghiệp QCVN24 - 2009 là một yêu cầu quan trọng nhằm đánh giá sự hiệu quả xử lí của hệ thống xử lí và sự tuân thủ của nhà máy với những quy định về bảo vệ môi trường Đây là cơ sở cho việc quản lý môi trường và việc thực hiện những quy định về luật bảo vệ môi trường của tất cả các cơ sở, nhà máy sản xuất Việc xử lí nước thải của nhà máy đạt yêu cầu khi các chỉ tiêu về chất lượng nước thải chất lượng nước thải nằm trong giới hạn cho phép của QCVN24 - 2009

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN

3.1 Vài nét khái quát về công ty cổ phần bia Sài Gòn - Sông Lam

3.1.1 Lịch sử hình thành

Nhà máy bia Sài Gòn - Sông Lam nằm ở xã Nam Giang - Nam Đàn - Nghệ An

- Phía Bắc giáp núi Rú mượu

- Phía Nam giáp quốc lộ 46

- Phía Tây giáp kênh đào

- Phía Đông giáp dãy kéo dài của núi Rú mượu

Nhà máy bia Sài Gòn - Sông Lam bắt đầu thi công từ tháng 7/2009 và bắt đầu đi vào hoạt động từ tháng 7/2010 Ngày12/8/2010 nhà máy đã xuất xưởng mẻ bia đầu tiên với các sản phẩm bia lon 333 và bia chai 355 ml, 450 ml Ngày 10/3/2011 chính thức khánh thành Đây là dự án lớn nhất từ trước đến nay được đầu tư xây dựng tại Nghệ An, với tổng đầu tư lên tới 1450 tỷ đồng Đây là nhà máy hiện đại của Sabeco được đầu tư máy móc và kĩ thuật hiện đại theo tiêu chuẩn Châu Âu với công suất thiết

kế đạt 100 triệu lít/năm và có thể mở rộng công suất lên đến 200 triệu lít/năm

Chức năng chính của công ty là sản xuất bia Sài Gòn: bia chai 355 ml, 450 ml, bia lon 333, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường

Năm 2011 nhà máy đã sản xuất đạt công suất gần 100 triệu lít/năm, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường và đóng góp vào ngân sách nhà nước một phần không nhỏ Đồng thời, giải quyết việc làm cho gần 200 công nhân, góp phần vào sự phát triển kinh tế của địa phương

3.1.2.Công nghệ sản xuất bia:

Sàng

Cân Cân

Trộn Trộn

Hình 5: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia của nhà máy bia Sài Gòn - Sông Lam

Nấm men giống

Nhân giống các cấp

Nấm men tái sử dụng Giải nhiệt

Lên men chính

Thu hồi men

Xử lí Lên men phụ

Chiết

Lọc tinh Lọc thô

Bão hòa CO2

Tàng trữ

Thu hồi

CO2Làm sạch

Rửa, vô trùng Tiếp nhận

Cặn

Nguyên liệu chính cho sản xuất bia:

- Malt: Là đại mạch nẩy mầm, là nguyên liệu chính dùng trong sản xuất bia, nó quyết định chất lượng bia:

+ Malt cung cấp toàn bộ lượng gluxit để chuyển hóa đường thành cồn, các thành phẩm khác của bia

+Malt cung cấp enzyme amylase

+Malt chứa một lượng lớn protein

Nhà máy sử dụng malt vàng, nhập chủ yếu từ Úc, Đức, Pháp, mỗi lần nhập

500 tấn

- Gạo: Là nguyên liệu thay thế cho malt, được sử dụng trong sản xuất bia nhằm

hạ giá thành, góp phần đa dạng hóa sản phẩm

Tại công ty bia Sài Gòn - Sông Lam tỉ lệ gạo thường chiếm 25%, và malt chiếm 75% Gạo nhà máy dùng cho sản xuất được mua chủ yếu từ Long An và các tỉnh miền Tây Tỉ lệ tạp chất và tấm khá cao, nhưng giá thành rẻ Thường dùng loại gạo cũ vì khi nấu dễ lọc hơn, tạo cho bia hương vị mới và độ bền keo cao hơn

- Hoa houblon: tên khoa học là Humulus lupulus, sử dụng cho sản xuất bia là hoa cái chưa thụ phấn, là nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất bia:

+ Tạo vị đắng đặc trưng

+Tạo hương thơm đặc trưng

+Tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt

+Tăng độ bền keo và tính kháng khuẩn

- Nước: Nước là thành phần cơ bản trong quá trình sản xuất bia; chiếm 77 - 90 % trọng lượng bia thành phẩm, dùng trong quá trình trộn, nấu, đường hóa, pha loãng dịch lên men, xử lý nấm men, cấp cho lò hơi, vệ sinh thiết bị, dụng cụ chứa bia, cấp nhà xưởng, sinh hoạt

- Nấm men: Đây là tác nhân sinh học xúc tiến cho quá trình sản xuất lên men dịch đường tạo CO2 và rượu đồng thời tạo ra nhiều sản phẩm bậc hai khác có ảnh hưởng đến chất lượng bia Hiện tại nhà máy sử dụng chủng Saccharomyces Carlsbergensis để lên men chìm, nó có khả năng tái sử dụng tốt (6 - 8 đời) Loại này

ưa sống ở nhiệt độ < 10◦C, tiêu thụ hầu hết chất chiết Khi lên men nhà máy sử dụng

cả nấm men tái sử dụng và nấm men nhân giống từ ống giống

 Quy trình công nghệ gồm các công đoạn chính sau:

- Công đoạn thủy phân nhằm biến đổi malt, gạo đưa vào sử dụng dịch đường lên men

- Công đoạn lên men và lọc bia là quá trình biến dịch đường lên men thông qua

nấm men Saccaromyces carlbergensis thành sản phẩm bia rồi đem lọc

- Công đoạn hoàn thiện thành phẩm được thực hiện tại phân xưởng bia chai, bia lon sau khi chiết và xuất xưởng Sản phẩm của phân xưởng này là sản phẩm

chính của qui trình sản xuất

* Nghiền nguyên liệu:

Malt và gạo được xay nghiền thành hạt nhỏ nhằm tăng bề mặt tiếp xúc với nước, thúc đẩy quá trình đường hóa, quá trình thủy phân khác nhanh hơn, dễ hơn Malt (hoặc gạo) nhập từ kho được quạt hút đưa lên tầng trên cùng của phân xưởng nấu, qua thiết bị ổn định lưu lượng vào bồn chứa trung gian để ổn định lưu lượng, rồi qua máy sàng rác loại bỏ rác (ví dụ: dây nilon, nguyên liệu bị sâu, bị dính cục,…), tiếp đó sẽ qua máy sàn sạn loại bỏ sạn (những hạt có khối lượng lớn hơn loại malt hoặc gạo), sau đó được đưa vào bồn trung gian xuống cân định lượng (cân định lượng là cân được qui định số lượng malt (gạo)) được vận chuyển vào bồn trung gian từng đợt Bụi trong quá trình sang được thu hồi trong thiết bị lắng xyclon Từ bồn trung gian tiếp theo, nguyên liệu sẽ được gàu tải vận chuyển lên vít lùa, đưa xuống máy xay búa đập Máy xay này có sử dụng búa để đập các nguyên liệu

* Quá trình thủy phân ( nấu bia):

- Chuẩn bị nguyên liệu:

Nguyên liệu chuẩn bị cho một mẻ nấu tại nhà máy gồm:

+Malt: 7500 kg

+ Houblon: 4 kg cao, 15 kg viên

+ Canxi clorua (CaCl2): 5,6 kg

- Hồ hoá (ở nồi gạo):

Pha 2.500 kg bột gạo với 55 hls (hectolit) nước ở nhiệt độ 45◦C (nước và bột gạo sẽ được trộn theo tỉ lệ 1 : 4 ở máy pha bột gạo), rồi bơm vào nồi nấu Cho Malt lót lần thứ nhất, khoảng 140 kg bột Malt đã pha với nước và đồng thời cho vào 180 ml

H2SO4 (để giảm pH) vào nồi nấu, sau đó ta nâng nhiệt lên đến 72◦C để enzyme và amylaza phân tích các phân tử tinh bột thành đường trong 15 phút Tiếp theo, ta nâng nhiệt độ đến 85◦C trong 5 phút để thực hiện quá trình hồ hóa, vì ở 100◦C hoạt tính của enzyme bị biến tính Sau đó, cho 44 hls nước vào để hạ nhiệt độ xuống 72◦C đồng thời cho malt lót lần 2 (khoảng 130 kg đã được pha với nước, chiếm khoảng 5%), giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 20 phút để đường hóa các phần còn sót lại, rồi lại nâng nhiệt độ lên 100◦C, giữ trong 30 phút để hồ hóa hoàn toàn tinh bột (trong gian đoạn này vẫn cấp ít hơi để giữ nhiệt độ sôi và chạy cánh khuấy tốc độ lớn để ổn định nhiệt

độ sôi và dịch không bị đóng cháy), kết thúc quá trình hồ hóa và chuẩn bị phối trộn

- Đường hóa (ở nồi malt hay nồi cháo)

+ Trong lúc giữ nhiệt độ nồi gạo ở 100◦C, thì ở nồi malt (nước hòa trộn với malt theo tỉ lệ 1 : 3) bắt đầu hoạt động nâng nhiệt khoảng 50◦C cho enzyme protease thực hiện quá trình đạm hóa, đồng thời pha bổ sung CaCl2 (khoảng 5,6 kg cho 7500 kg malt) Mục đích của quá trình bổ sung CaCl2 để ổn định và điều chỉnh pH tối thích hợp cho enzyme hoạt động, tăng độ bền nhiệt cho enzyme, đồng thời phục vụ cho quá trình lắng men

Dịch hồ hóa trong nồi hồ hóa ở 100◦C được bơm qua nồi đạm hóa ở 50◦C, để tiến hành quá trình đường hóa trong thiết bị đạm hóa Trong quá trình bơm dịch hồ hóa vào nồi đạm hóa thì nhiệt độ của khối dịch sẽ nâng lên dần và khi đạt được 65◦C thì phải giữ nhiệt độ này trong suốt quá trình bơm dịch hồ hóa, và không cho khối dịch trong nồi đạm hóa vượt qua nhiệt độ này, vì nếu cao hơn sẽ ảnh hưởng tới sự hoạt động của enzyme amylase và làm mất hoạt tính của cấ enzyme protease trong dịch nấu malt Sau khi bơm dịch cháo ở nồi hồ hóa sang nồi đạm xong, bắt đầu tiến hành giai đoạn đường hóa ở 65◦C trong 30 phút Tiếp theo, nâng nhiệt độ lên 75◦C và tiến hành thử iod, nếu iod có màu xanh thì ta giữ nhiệt độ này trong 5 phút mới thử lại iod, cho đến khi iod không còn màu xanh (đây chính là quá trình đường hóa)

- Lọc hèm:

Kết thúc quá trình đường hóa ta nâng nhiệt độ lên 76◦C để đem qua lọc Thời gian lọc và rửa bã là 2 giờ Nhà máy sử dụng máy lọc ép khung bản, có công suất lớn, cấu tạo từ các khung và bản mới nhất của Đức hiệu Meura 2001

- Houblon hóa:

Trong quá trình lọc, dịch đường hóa luôn phải giữ nhiệt độ cho dịch ở trong nồi houblon không dưới 70◦C và dịch đường lọc lần đầu sau khi lọc xong ta nâng nhiệt độ lên 100◦C và cho cánh khuấy hoạt động 40/50 vòng/phút Tiếp tục đưa lượng nước rửa

bã vào nồi houblon ở 100◦C Sau khi trộn lẫn dịch ban đầu với dịch rửa bã ta được một dịch đồng nhất cuối cùng - gọi là đường ngọt Để dịch đường ngọt này đạt được những yêu cầu công nghệ sản xuất bia thì phải đun sôi với houblon trong 1,5 - 2 giờ nhằm trích ly các chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa houblon vào dịch đường ngọt để biến đổi nó thành dịch đường có vị đắng và hương thơm dịu của hoa

Trong quá trình nấu houlon, mỗi giờ chế phẩm houblon bỏ vào khoảng 1 - 1,5 g/l,

ở thời gian 10 - 15 phút cuối người ta thường cho thêm Al2(SO4)3 với liều lượng 0,5 - 1,2 g/1500l, để quá trình lắng các phân tử li ti nhanh chóng hơn mà không ảnh hưởng tới chất lượng lên men và còn tạo điều kiện cho quá trình kết lắng của cá phân tử protein khó kết lắng như adextrin,… đồng thời cũng kết lắng được một số vi sinh vật nhiễm trong nước nha

* Công đoạn lên men bia:

Dịch đường sau khi nấu xong được đưa sang phân xưởng lên men lắng cặn sơ bộ Tiến trình lên men chính :

Trước khi cho men vào phải làm vệ sinh các tank Nước mout sau khi qua máy giải nhiệt thì nhiệt độ còn khoảng 8 - 9◦C được bơm vào các tank lên men chính Cùng với dòng nước nha vào tank lên men, sục không khí đã khử trùng và làm sạch vào nước nha, đồng thời cho men giống vào các ốp để bơm hòa cùng với nước nha trên đường vào tank lên men Lượng men cho vào khoảng 20.106

tế bào lên men/1ml nước mout Khi nấm men cho vào tank, nhờ có CO2 nên chúng phát triển sinh khối sau đó dịch đường thêm vào thì nấm men tiếp tục phát triển Thời gian phát triển sinh khối là

48 tiếng Quá trình lên men chính kết thúc khi nồng độ đường sót lại là 2,7 - 3,2% Thời gian lên men chính kéo dài 7 - 10 ngày, Nhiệt độ lên men chính 5 - 8◦C Trong

quá trình lên men chính áp xuất trong tank lên men từ 0,4 - 0,6 kg/cm2, đồng thời quá trình này sản sinh nhiều CO2, vì vậy ta phải mở van CO2 thoát ra về bồn thu hồi sao cho áp suất kế chỉ từ 0,4 - 0,6 kg/cm2

- Lên men phụ :

Quá trình này được thực hiện:

Quá trình lên men phụ, nấm men trong bia non phải được tiếp tục lên men lượng đường còn lại để tạo thành CO2 và các sản phẩm khác, đồng thời các axit hữu cơ tác dụng với rượu để tạo thành các chất este,… tức là ở đây xảy ra các quá trình nhằm ổn định thành phần và tính chất cảm quan của sản phẩm Sản phẩm của quá trình này gọi

là bia tươi Các quá trình sinh lý, hóa sinh diễn ra hoàn toàn tương tự như ở giai đoạn lên men chính nhưng với tốc độ chậm hơn, vì nhiệt độ thấp hơn từ (0 - 1◦C) và lượng nấm men cũng rất ít (1.000.000 - 2.000.000 tế bào/cm3

)

* Lọc bia :

Lọc bia nhằm làm cho bia có độ trong, sáng đúng yêu cầu chất lượng, tách triệt để các phần tử rắn khuếch tán trong bia, kể cả tế bào nấm men và các vi sinh vật khác (nếu có) nhằm làm ổn định và gia tăng độ bền vững sinh học, hóa học, tăng thời gian bảo quản bia tươi

Bia tươi là hỗn hợp và thành phần của nó là hệ keo đa tầng có nhiều thành phần hòa tan, không hòa tan, cả vật chất sống và không sống phân tán trong đó Do tính không

ổn định của hệ keo cũng như các hoạt động sống khác nên dễ dàng gây kết tủa vẩn đục

và làm hư hỏng bia Vì vậy, lọc để loại bỏ các phần tử rắn không tan kể cả các phần tử

dễ kết tủa, các vi sinh vậy… làm cho bia ổn định chất lượng theo yêu cầu Để làm việc

đó thường dùng các thiết bị lắng lọc ly tâm có bột trợ lọc

Trước khi lọc ta phải làm vệ sinh máy lọc Bia từ phòng lên men phụ chuyển sang phòng lọc qua máy hạ nhiệt độ xuống 0◦C, nhiệt độ này giúp cho các đạm cao phân tử kết tủa trước khi vào máy lọc Sau khi qua thiết bị làm lạnh, bia được đi qua máy lọc ống Tại đây, bột trợ lọc điatomit đã được pha trong thùng disimat, bột trợ lọc được bám vào các thành ống bên ngoài tạo thành các mao quản chỉ cho phép bia đi qua Cặn

hư hỏng phủ men tủa protein vào tank bị giữ lại máy lọc Sau khi bia đã qua máy lọc ống tiếp tục đi vào máy lọc đĩa Tại đây bột nhựa PVPP cũng được pha ở trong thùng disimat được bơm vào Bột nhựa đi vào nằm lên trên các đĩa có nhiệm vụ giữ lại các polyphenol làm có hại trong bia, vì các pholyphenol có thể gây kết tủa trong bia Sau

khi bia đi qua hai hệ thống lọc, nó tiếp tục được đưa qua thiết bị filtrap Máy lọc này

có tác dụng thu hồi lại các bột trợ lọc lẫn trong bia Sau khi bia đã đi qua các công đoạn lọc, tiếp tục đi vào thiết bị TP2 thiết bị này có tác dụng duy trì áp lực Sau khi qua thiết bị này, bia sẽ được bão hòa CO2 được cho vào với tiêu chuẩn 5,2 - 5,4 g/l Sau khi đã qua toàn bộ hệ thống lọc và bão hòa CO2, bia sẽ được bơm sang thùng chứa TBF Tại đường vào ống TBF, người ta bổ sung vào đó một lượng axit ascorbic,

và cullupuline với liều lượng đối với từng loại bia như sau:

- Acide ascorbic: bia chai nội tiêu 450 ml = 1,6 g/l

bia chai 355 và lon 333 = 3,3 g/l

- Cullupuline: 2,2 g/l cho tất cả các loại bia

* Chiết rót

Đối với bia, điều đầu tiên cần quan tâm là phải chiết đẳng áp, sản phẩm chảy vào chai được dẫn tới sát đáy hoặc chảy theo thành chai xuống tránh làm xáo trộn sản phẩm

Sự tiếp xúc của sản phẩm với oxy không khí sẽ dẫn tới những ảnh hưởng xấu,

vì vậy cần phải đẩy hết không khí ra ngoài bằng cách hút chân không trước khi tạo áp suất đối Hoặc là cho bia sủi bọt đẩy không khí ở chỗ trống sau khi chiết ra khỏi chai Việc nén CO2 vào chai để tạo áp suất đối kháng là cần thiết để cải thiện chất lượng sản phẩm do việc giảm đáng kể hàm lượng oxy xâm nhập vào trong bia và hàm lượng CO2 tăng tạo thêm bọt cho bia

* Thanh trùng

Để tiêu diệt hoàn toàn tế bào nấm men còn sót lại trong bia sau khi lọc, đảm bảo

tế bào nấm men không hoạt động trở lại (ở nhiệt độ 20 - 25o

C) gây đục bia, kéo dài

thời gian bảo quản cho bia Bia sau khi chiết theo băng tải vào hệ thống thanh trùng gồm 10 khoang chia 3 vùng nhiệt độ: vùng nâng nhiệt, vùng thanh trùng, vùng hạ nhiệt

độ

3.1.3 Nhu cầu về vật tư, nguyên liệu, năng lượng :

- Nguyên vật liệu tính cho công suất 100 triệu lít/năm

Bảng 1: Nhu cầu nguyên liệu, năng lượng sản xuất bia

(Số liệu do Công ty cổ phần bia Sài Gòn - Sông Lam cung cấp)

3.1.4 Nhu cầu điện nước

- Nhu cầu điện sử dụng: 10.479.200 KWh/năm

- Nhu cầu nước sử dụng: 1.000.000 m3/năm Nguồn nước cung cấp cho nhà máy được lấy từ nguồn nước mặt của kênh Đào (dự kiến khai thác khoảng 3000 m3/ngày)

và nguồn nước ngầm từ các giếng khoan trong khu vực nhà máy (dự kiến khai thác khoảng 900 m3

/ngày)

- Nguồn nước cung cấp cho mục đích sinh hoạt sẽ được xử lý đạt tiêu chuẩn TCVN 5502 : 2003 Nguồn nước cung cấp cho hoạt động sản xuất sẽ được xử lý đạt tiêu chuẩn nước nấu bia Sài Gòn

3.2 Các nguồn thải chính trong sản xuất bia

3.2.1 Nước thải và đặc điểm của nước thải bia nhà náy bia Sài Gòn - Sông Lam

3.2.1.1 Nước mưa chảy tràn

- Nước mưa có thể gây ô nhiễm môi trường nước mặt Nồng độ chất bẩn có trong nước mưa phụ thuộc vào các yếu tố như cường độ mưa, thời gian mưa, không khí, độ bẩn của khu vực…

- Lượng nước mưa chảy tràn từ nhà máy phụ thuộc vào mùa Tổng lượng nước mưa chảy tràn hàng năm được ước tính:

1.452 mm/năm  20ha = 1,452 m/năm  200.000 m2 = 290.400 m3/năm

- Lượng nước mưa chảy tràn cao nhất trong ngày có thể được tính (theo lượng mưa ngày lớn nhất) :

197mm/ngày  20 ha = 0,197 mm/ngày  200.000 m2 =39.400 m3/ngày

- Trong nước mưa chảy tràn thường chứa các chất lơ lửng do cuốn theo đất đai, dầu mỡ, hàm lượng căn lơ lửng thường vào khoảng 400 - 600 mg/l, BOD5 từ 40 - 120 mg/l và còn chứa một số loài vi khuẩn gây bệnh Lượng nước mưa chảy tràn của nhà máy đươc xếp vào loại có mức ô nhiễm nhẹ

- Để đảm bảo nước mưa không bị nhiễm các chất độc hại, nhà máy có mương thu gom các loại nước thải vệ sinh máy móc, thiết bị trong dây chuyền đưa về hệ thống xử

lí nước thải

3.2.1.2 Nước thải sinh hoạt

Tổng lượng nươc thải sinh hoạt (công nhân tắm rửa tại nhà máy) ước tính khoảng

33 m3/ngày đêm, được tính:

+ Lượng thải bình quân: 150 lít/người/ngày

+ Số công nhân làm việc : 218 người

Nước thải sinh hoạt chứa các loài vi khuẩn, các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng…

+ Hàm lượng và tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt sau bể phốt:

(mg/ngày)

Tải lượng (kg/ngày)

(Nguồn FOODTECH tính toán, 6/2007, theo tài liệu ĐTM của công ty)

- Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt không cao và phần lớn chứa các chất hữu cơ dể phân hủy sinh học Nước thải sinh hoạt sau khi qua bể phốt được thu gom và xử lí chung với nước thải sản xuất

3.2.1.3 Nước thải từ hệ thống xử lí khí thải nồi hơi

- Hệ thống xử lí khí thải của nồi hơi cũng phát sinh một lượng nước thải đáng kể Khi nhà máy hoạt động với công suất 100 triệu lít/năm thì lưu lượng nước thải ước tính là 36 m3/ngày

- Lượng nước thải này cũng thu gom và xử lí

3.2.1.4 Nước thải sản xuất

- Công nghệ sản xuất bia sử dụng rất nhiều nước và có rất nhiều công đoạn thải ra nước thải:

+ Ở công đoạn nấu - đường hóa: nước thải ở công đoạn này giàu các chất hidratcacbon, xenlulozo, hemixenlulozo, một ít tamin, các chất đắng, chất màu

+ Ở giai đoạn len men chính và lên men phụ: nước thải giàu xác men, chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin cùng bia cặn

+ Giai đoạn thành phẩm: lọc, bão hòa CO2, chiết, đóng chai, thanh trùng, nước thải chứa bột trợ lọc lẫn xác men, lẫn bia chảy tràn ra ngoài

+ Nước thải vệ sinh các nồi nấu

+ Nước thải vệ sinh các bồn lên men

+ Nước thải vệ sinh thiết bị lọc khung bản, lọc tinh bia

+ Nước thải từ quá trình rửa chai, lon

+ Nước thải từ phòng thí nghiệm

+ Nước thải vệ sinh máy móc, thiết bị khác và vệ sinh nhà xưởng

+ Nước từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lượng chlorit cao (khoảng 500 mg/l), hàm lượng cacbon thấp

- Lượng nước thải sản xuất của nhà máy:

+ Theo định mức của Tổng Công ty Bia Rượu Nước giải khát Sài Gòn, nhu cầu nước để sản xuất ra 1 lít bia là: 9,4 lít nước/lít bia Trong đó, 1 lít nằm trong thành phẩm,

1 lít tái sử dụng và bay hơi, còn lại 7,4 lít thải ra môi trường dưới dạng nước thải

+ Khi nhà máy sản xuất 100 triệu lít bia/năm thì lượng nước thải là