Embed Size (px)
Citation preview
Bài Luận
Đề Tài:
Công nghệ xử lý nước thải ngành sản xuất bia
MỤC LỤC………………………………………………………………...........1I. Tổng quan ngành sản xuất bia tại Việt
Nam……………………………21. Giới thiệu về bia…………………………………………………22. Tình hình sản xuất bia và xu hướng phát triển tại Việt Nam…...2
II. Nguyên vật liệu………………………………………………………….3
1. Nước…………………………………………………………………32. Mạch nha……………………………………………………………33. Gạo…………………………………………………………………..34. Hoa bia………………………………………………………………45. Men………………………………………………………………….4
III. Quy trình sản xuất bia…………………………………………………..51. Xay nguyên liệu…………………………………………………62. Nấu………………………………………………………………63. Lên men…………………………………………………………64. Lọc bia và hoàn thiện sản phẩm………………………………...75. Đóng chai, lon, keg và thanh trùng sản phẩm…………………..86. Các bộ phận phụ trợ……………………………………………..9
a. Các quá trình vệ sinhb. Quá trình cung cấp hơic. Quá trình cung cấp lạnh cho sản xuấtd. Quá trình cung cấp khí néne. Quá trình thu hồi và sử dụng CO2
7. Các vấn đề môi trường phát sinh………………………………10IV. Nguồn gốc và thành phần nước thải trong quá trình sản xuất bia……
111. Nguồn gốc nước thải…………………………………………...112. Thành phần tính chất nước thải………………………………..113. Quy trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia….12
V. Thuyết minh quy trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia1. Hầm tiếp nhận………………………………………………….14
a. Song chắn rácb. Bể gomc. Lưới lọc
2. Bể điều hoà…………………………………………………….143. Bể UASB………………………………………………………154. Bể sinh học MRRB…………………………………………….165. Bể lắng…………………………………………………………196. Bể lọc áp lực…………………………………………………...197. Bể nano dạng khô………………………………………………20
VI. Ưu, nhược điểm công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia…...201. Ưu điểm………………………………………………………...20
2. Nhược điểm…………………………………………………….20VII. Kết luận…………………………………………………………….20
I. Tổng quan về ngành sản xuất bia tại Việt Nam:1. Giới thiệu về bia:
Đức: “Bia là một loại đồ uống thu nhận nhờ lên men và không qua chân cất, và chỉ sử dụng hạt đại mạch nảy mầm, hoa huoblon, nấm men và nước”.
Pháp: “Bia là một loại đồ uống thu được bằng cách len men rượu dịch chiết các chất từ đại mạch nảy mầm, có bổ sung không quá 30% nguyên liệu thay thế khác và hoa huoblon”.
Việt Nam: “Bia là đồ uống len men có độ cồn thấp, được len men từ 6 nguyên liệu chính là malt, huoblon, nấm men và nước’.
Bia là loại nước uống mát, bổ, có độ cồn thấp, có bọt xốp mịn va hương vị đặc trưng của hoa huoblon. Đặc biệt CO2 trong bia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của người uống, giúp tiêu hoá nhanh và ăn uống ngon miệng. Nhờ những ưu điểm này, bia được sử dụng rộng rãi ở hầu khắp các nước trên thế giới và sản lượng của nó ngày càng tăng.
Bia được con người chế biến và sử dụng từ 1000 năm trước công nguyên. Quê hương đầu tiên của thứ đồ uống này là các bộ lạc Babilon định cư ở vùng hạ lưu sông Hố (vùng Lưỡng Hà). Qua gần 1000 năm phát triển, ngày nay, công nghệ sản xuất bia đã đạt đến mức hầu như hoàn chỉnh. Thực chất của Công nghệ bia là công nghệ Enzym và Công nghệ vi sinh vật.
Với bia, khi sử dụng đúng mức sẽ tạo cho con người sự thoải mái dễ chịu và tăng sức lực cho cơ thể.
Hàm lượng rượu ethylic trong bia rất thấp so với rượu, do vậy ít ảnh hưởng xấu đối với con người. Thành phần của các chất hoà tan trong bia đều có ích cho cơ thể con người.2. Tình hình sản xuất bia và xu hướng phát triển tại Việt Nam:
Năm 2003, năng suất bia của cả nước đạt 1.29 tỉ lít/năm, năm 2004 vượt lên 1.37 tỉ lít/năm, năm 2005 là 1.5 tỉ lít/năm, năm 2007 là 1.7 tỉ lít/năm. Vì vậy trong quy hoạch tồng thể phát triển ngành bia rượu, nước giải khát Việt Nam đến năm 2010, Bộ Công Nghiệp điều chỉnh lại chỉ tiêu năm 2010 sản lượng bia cả nước là 2.5 tỉ lít.
Mục tiêu đến năm 2010, ngành bia-rượu-nước giải khát sẽ là ngành kinh tế mạnh, khuyến khích sử dụng nguyên liệu trong nước, sản phẩm chất lượng cao, có uy tín, thương hiệu.
Với định hướng phát triển là hiện đại hoá công nghệ, ưu tiên sử dụng thiết bị trong nước, tập trung đầu tư các nhà máy có công suất lớn, quy hoạch và xây dựng các trung tâm nghiên cứu.
Ngày nay, vệ sinh an toàn thực phẩm là yếu tố đi đầu quyết định đến chất lượng sản phầm và an toàn cho người sử dụng. Vì vậy mỗi nhà máy đều có phương pháp kiểm tra trong từng khâu của quy trình sản xuất bia.
II. Nguyên vật liệu:1.Nước
- Bơm từ giếng lên- Qua xử lý:
+ Loại các tạp chất+ Khử muối+ Diệt các vi khuẩnNước dùng cho nấu bia phải sạch và tinh khiết
2.Mạch nha:
Hình 1: Lúa mạch- Được ủ từ lúa mạch- Nhập khẩu từ châu Âu.- Chế biến mạch nha gồm:
+ Ngâm nước+ Ủ cho nảy mầm+ Sấy
Mạch nha là nguồn nguyên liệu chính cho ta chất chiết “len men được”3.Gạo:
Hình 2: Hạt lúa- Gạo là nguyên liệu phụ- Được sử dụng là nguồn bổ trợ cho hương vị- Là nguồn nguyên liệu chiết có sẵn tại chỗ
4.Hoa bia:
Hình 3: Hoa houblon- Được nhập khẩu từ châu Âu, châu Úc, châu Mỹ- Có tác dụng tăng thêm mùi vị và độ đắng.- Hoa bia phải được đun sôi để hòa tan chất đắng vào trong bia
5.Men:
Hình 4: Men- Là loại nấm đơn bào.- Kích thước đường kính mỗi tế bào men chỉ vào quãng 1/100 mi-li-mét.- Có nhiều dòng men khác nhau. Mỗi dòng men có các đặc tính đặc thù
riêng biệt của chúng.- Men đặc trưng
III. Quy trình sản xuất bia:
Sơ đồ 1: Sơ đổ quy trình sản xuất bia
1. Xay nguyên liệu:
CHUẨN BỊNghiền
Bụi
Gạo
Malt
ĐiệnTiếng ồn
Đường Nước thảiNẤUHồ hóa, đường hóaLọc dịch đườngNấu hoaLắng nóngHơi
Điện
NướcHoa Houplon
MùiNhiệt
Bã hèm
LÊN MENLàm lạnhLên men chínhLên men phụ
Men
Khí CO2
Men
ĐiệnNước thải
HOÀN THIỆNLọc biaỔn định, bão hòa CO2
Pha biaLọc vô trùng
Nước thảiBộ trợ lọc
Bộ trợ lọcCO2
MenĐiện
Vỏ chai, lon, keg Nước thảiĐÓNG CHAI, LON, KEG VÀ
THANH TRÙNGNhãn mác Chai vỡ
Điện Nhãn mác hỏng
Malt và gạo (gọi tắt là nguyên liệu) được đưa đến bộ phận nghiền nguyên
liệu thành các mảnh nhỏ, sau đó được chuyển sang nồi nấu để tạo điều kiện cho
quá trình chuyển hóa nguyên liệu và trích ly tối đa các chất hoà tan trong nguyên
liệu. Các nhà sản xuất bia thường sử dụng các thiết bị nghiền khô hoặc nghiền ướt.
2. NấuQuá trình nấu gồm 4 công đoạn:
• Hồ hóa và đường hóa: nguyên liệu sau khi xay nghiền được chuyển tới
thiết bị hồ hóa và đường hóa bằng cách điều chỉnh hỗn hợp ở các nhiệt độ khác
nhau. Hệ enzyme thích hợp chuyển hóa các chất dự trữ có trong nguyên liệu
thành dạng hòa tan trong dịch: các enzyme thủy phân tinh bột tạo thành đường,
thủy phân các chất protein thành axít amin và các chất hoà tan khác sau đó
được đưa qua lọc hèm để tách đường và các chất hoà tan khỏi bã bia.
• Lọc dịch đường: dịch hèm được đưa qua máy lọc nhằm tách bã hèm ra
khỏi nước nha.
• Đun sôi với hoa houblon: dịch đường sau khi lọc được nấu với hoa
houblon và đun sôi trong 60-90 phút. Mục đích của quá trình nhằm ổn định
thành phần của dịch đường, tạo cho sản phẩm có mùi thơm đặc trưng của hoa
huoblon.
• Lắng nóng dịch đường: dịch sau khi nấu được đưa qua bồn lắng xoáy
nhằm tách cặn trước khi chuyển vào lên men. Quá trình nấu sử dụng nhiều
năng lượng dưới dạng nhiệt năng và điện năng cho việc vận hành các thiết bị;
hơi nước phục vụ mục đích gia nhiệt và đun sôi.
3. Lên men• Làm lạnh và bổ sung ôxy: dịch đường sau lắng có nhiệt độ khoảng 90-
95oC được hạ nhiệt độ nhanh đến 8-10oC và bổ sung ôxy với nồng độ 6-8 mg
O2/lít.Quá trình lạnh nhanh được thực hiện trong các thiết bị trao đổi nhiệt với
môi chất lạnh là nước lạnh 1-2oC.
• Chuẩn bị men giống: Nấm men được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm,
sau đó được nhân trong các điều kiện thích hợp để đạt được mật độ nấm men
cần thiết cho lên men
• Lên men chính: dịch đường được cấp bổ sung ôxy, làm lạnh đến nhiệt
độ thích hợp để tiến hành quá trình lên men chính với thời gian và điều kiện
phù hợp. Khí CO2 sinh ra trong quá trình lên men được thu hồi. Thời gian lên
men chính thường là 5-7 ngày. Trong trường hợp lên men chìm, sau khi kết
thúc lên men chính nấm men kết lắng xuống đáy các tank lên men và được lấy
ra ngoài gọi là men sữa. Nấm men sẽ được lấy một phần để tái sử dụng cho lên
men các tank tiếp theo hoặc được thải bỏ. Trong trường hợp lên men nổi, nấm
men tập trung lên bề mặt và cũng được tách một phần khỏi dịch lên men.
• Lên men phụ: dịch sau khi kết thúc giai đoạn lên men chính được
chuyển sang giai đoạn lên men phụ để hoàn thiện chất lượng bia (tạo hương và
vị đặc trưng). Quá trình lên men này diễn ra chậm, tiêu hao một lượng đường
không đáng kể, bia được lắng trong và bão hoà CO2. Thời gian lên men từ 14-
21 ngày hoặc hơn tuỳ thuộc vào yêu cầu của từng loại bia.
4. Lọc bia và hoàn thiện sản phẩm• Lọc bia: Sau lên men, bia được đem lọc để đạt được độ trong theo yêu
cầu. Việc lọc trong bia luôn thực hiện với sự duy trì nhiệt độ lạnh cho bia trước
và sau khi lọc khoảng -1oC đến 1oC. Tác nhân quan trọng để lọc bia là các loại
bột trợ lọc khác nhau. Sau khi lọc chúng trở thành chất thải và là vấn đề gây ô
nhiễm lớn trong quá trình sản xuất.
• Hoàn thiện sản phẩm: bia có thể được lọc hoặc xử lý qua một số công
đoạn như qua hệ thống lọc trao đổi chứa PVPP hoặc silicagel để loại bớt
polyphenol và protein trong bia, tăng tính ổn định của bia trong quá trình bảo
quản. Nhằm mục đích tăng tính ổn định của bia người ta có thể sử dụng thêm
các enzyme hoặc chất bảo quản được phép sử dụng trong sản xuất bia.
• Pha bia: Trong công nghệ sản xuất bia gần đây các nhà sản xuất tiến
hành lên men bia nồng độ cao (phổ biến trong khoảng 12,5-16 độ plato) để tăng
hiệu suất thiết bị và tiết kiệm năng lượng. Trong quá trình lọc và hoàn thiện sản
phẩm họ sẽ pha loãng bia về nồng độ mong muốn theo tiêu chuẩn sản phẩm
trên những thiết bị chuyên dùng. Quá trình pha loãng bia luôn yêu cầu nước
tiêu chuẩn cao trong đó hàm lượng ôxy hòa tan dưới 0,05 ppm.
Bão hoã CO2: Bia trong và sau khi lọc được bão hòa thêm CO2 để
đảm bảo tiêu chuẩn bia thành phẩm trước khi đóng chai, lon.
• Lọc bia vô trùng: có nhiều nhà máy bia trang bị hệ thống lọc màng để
sản xuất bia tươi đóng chai/lon không thanh trùng.
5. Đóng chai, lon, keg và thanh trùng sản phẩmĐể đáp ứng nhu cầu khác nhau của người tiêu dùng và đảm bảo việc vận
chuyển bia đến nơi tiêu thụ, các nhà sản xuất bia phải tiến hành khâu bao gói.
Các bao bì phải được rửa sạch sẽ tiệt trùng trước khi chiết rót. Khâu rửa bao bì
tốn nhiều hóa chất và năng lượng kèm theo nước thải với tải lượng BOD cao.
Bia được chiết vào chai, lon, keg bằng các thiết bị chiết rót. Tùy theo
yêu cầu của thị trường, thời gian lưu hành sản phẩm trên thị trường có thể từ 1
tháng đến hàng năm. Do vậy yêu cầu chất lượng của bia sau khi đóng vào bao
bì cũng rất khác nhau. Việc kiểm soát tốt các thông số trong quá trình chiết như
hàm lượng ôxy/không khí trong chai/lon đòi hỏi nghiêm ngặt và như vậy cần
phải lựa chọn tốt thiết bị chiết rót ngay từ khi đầu tư. Quá trình đóng chai/lon
cần độ chính xác cao về hàm lượng ôxy/không khí, mức bia trong chai. Nếu
thiết bị làm việc không chính xác sẽ dẫn đến nhiều sản phẩm hỏng, mức hao
hụt bia cao, gây tải lượng hữu cơ cao trong nước thải.
Sau khi chiết, sản phẩm được thanh trùng. Quá trình thanh trùng được
thực hiện nhờ hơi nước qua các thang nhiệt độ yêu cầu. Yêu cầu kỹ thuật cho
khâu thanh trùng được tính bằng đơn vị thanh trùng.
Đơn vị thanh trùng (PE) = t x 1,393 (T - 60)
Trong đó: t là thời gian thanh trùng (phút); T là nhiệt độ thanh trùng (ºC)
6. Các bộ phận phụ trợ
a. Các quá trình vệ sinhTrong sản xuất bia quá trình vệ sinh đóng vai trò quan trọng để đảm bảo
các yêu cầu công nghệ và an toàn vệ sinh thực phẩm cho sản phẩm, để tránh ô
nhiễm chéo từ môi trường vào sản phẩm. Công việc chủ yếu thực hiện bằng tay
và nhờ sự trợ giúp của các bơm, vòi phun cao áp.
Vệ sinh thiết bị nhờ hệ thống vệ sinh trong thiết bị (CIP) có thể tự động
hoá ở các mức độ khác nhau. Các giai đoạn trong quy trình CIP bao gồm:
- Khâu tráng rửa ban đầu: Các bồn chứa và đường ống được rửa bằng
nước thường để loại các chất bẩn bám trên bề mặt. Nước rửa không được tái sử
dụng mà thải ra hệ thống xử lý nước thải.
- Khâu rửa bằng hoá chất: Sau khi kết thúc quá trình rửa ban đầu, các
bồn chứa và đường ống được súc rửa bằng dung dịch xút nóng ở nhiệt độ 70-
85oC để tẩy sạch các chất bẩn còn bám ở bề mặt. Thời gian tuần hoàn xút nóng
15-30 phút tuỳ thuộc vào mức độ bẩn của thiết bị. Xút nóng được thu hồi về
thiết bị chứa để tái sử dụng. Sau khi tuần hoàn xút nóng, thiết bị được tráng rửa
bằng nước.
Một số thiết bị sau khi rửa bằng xút và tráng rửa có thể phải rửa tiếp
bằng dung dịch axit và sau đó được tráng rửa bằng nước nhiều lần đến khi
sạch.
- Khâu súc rửa cuối cùng: Các bồn và đường ống được súc rửa lần cuối
với dung dịch nước ở nhiệt độ môi trường để làm sạch các chất tẩy rửa còn lại.
Phần nước này được thu hồi và tái sử dụng cho khâu súc rửa sơ bộ.
Do vậy, ngoài khả năng đảm bảo mức độ vệ sinh thực phẩm, quy trình
súc rửa, tái sử dụng cho phép tiết kiệm tài nguyên nước và hóa chất sử dụng.
b. Quá trình cung cấp hơi
Hệ thống nồi hơi đốt than hoặc dầu với áp suất tối đa là 10 bar, áp suất
làm việc trong khoảng 4-6 bar. Thiết bị cung cấp hơi là nồi hơi chạy bằng
nhiên liệu hóa thạch (than đá, ga), khí sinh học, hoặc bằng điện. Từ nồi hơi, hơi
nước được dẫn trong các ống chịu áp cung cấp cho các thiết bị cần gia nhiệt.
Hiệu suất của nồi hơi, các chế độ vận hành, việc bảo ôn cách nhiệt, việc tận thu
và sử dụng nước ngưng có ý nghĩa lớn trong việc xem xét hiệu quả của hệ
thống cung cấp nhiệt trong nhà máy bia.
c. Quá trình cung cấp lạnh cho sản xuấtTrong nhà máy bia các quá trình có sử dụng lạnh là quá trình làm lạnh
dịch đường từ khâu nấu, quá trình lên men, quá trình nhân và bảo quản giống
men, quá trình làm lạnh bia thành phẩm trong các bồn chứa bia thành phẩm,
quá trình làm lạnh nước phục vụ lên men và vệ sinh... Hệ thống máy lạnh với
môi chất hiện nay thường sử dụng là ammoniac sẽ làm lạnh glycol hoặc nước
là các môi chất thứ cấp cho các thiết bị lên men và trao đổi nhiệt. Việc tính toán
công suất máy lạnh, thiết kế hệ thống cung cấp lạnh hợp lý sẽ đảm bảo chi phí
vận hành thấp, hiệu quả sản xuất cao.
d. Quá trình cung cấp khí nénKhí nén được dùng trong nhiều quá trình trong nhà máy sản xuất bia.
Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí, chứa sẵn trong các bình chứa. Máy
nén khí tiêu tốn nhiều điện năng, khí nén được dự trữ ở áp suất cao trong các
balông chứa khí, rất dễ bị rò rỉ, hao phí do thoát ra ngoài trên đường ống .
e. Quá trình thu hồi và sử dụng CO2
Bao gồm balông chứa, thiết bị rửa, máy nén CO2 , thiết bị loại nước, lọc
than hoạt tính, thiết bị lạnh, thiết bị ngưng tụ CO2, 1 tank chứa CO2, 1 thiết bị
bay hơi CO2, hệ thống đường ống, phụ kiện. Toàn bộ CO2 trong quá trình lên
men sẽ được thu lại và sử dụng cho việc bão hòa CO2 của bia thành phẩm trong
quá trình lọc.
7. Các vấn đề môi trường phát sinh- Vấn đề môi trường lớn nhất trong nhà máy bia là lượng nước thải rất lớn
chứa nhiều chất hữu cơ, pH cao, nhiệt độ cao. Việc lưu giữ và thải bỏ lượng men thải lớn và bột trợ lọc, vải lọc có lẫn nấm men sau mỗi lần lọc làm tải lượng hữu cơ trong nước thải rất lớn. Theo sơ đồ hình 2, quá trình sản xuất bia phát thải ra môi trường dưới cả ba dạng rắn, lỏng và khí
IV. Nguồn gốc và thành phần nước thải trong quá trình sản xuất bia
1. Nguồn gốc nước thải
- Nấu – đường hóa: Nước thải của các công đoạn này giàu các chất hydroccacbon, xenlulozơ, hemixenlulozơ, pentozơ trong vỏ trấu, các mảnh hạt và bột, các cục vón…cùng với xác hoa, một ít tanin, các chất đắng, chất màu.
- Công đoạn lên men chính và lên men phụ: Nước thải của công đoạn này rất giàu xác men – chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin cùng với bia cặn.
- Giai đoạn thành phẩm: Lọc, bão hòa CO2, chiết bock, đóng chai, hấp chai. Nước thải ở đây chứa bột trợ lọc lẫn xác men, lẫn bia chảy tràn ra ngoài…
Nước thải từ quy trình sản xuất bao gồm:
- Nước lẫn bã malt và bột sau khi lấy dịch đường. Để bã trên sàn lưới, nước sẽ tách ra khỏi bã.
- Nước rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loại thiết bị khác.
- Nước rửa chai và két chứa.
- Nước rửa sàn, phòng lên men, phòng tàng trữ.
- Nước thải từ nồi hơi
- Nước vệ sinh sinh hoạt
– Nước thải từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lượng clorit cao (tới 500 mg/l), cacbonat thấp.
2. Thành phần tính chất nước thải
Thành phần và tính chất nước thải đầu vào:
- Đặc trưng nước thải bia là có hàm lượng các chất hữu cơ protein và cacbonnateous cao.
- Nước thải lọc bã hèm trong công nghệ. Đây là loại nước thải ô nhiễm khá mạnh. Nước thải phát sinh từ công nghệ lọc phèn, nên chúng bị nhiễm bẩn chủ yếu bởi các chất hữu cơ, cặn bã hèm các VSV. Chỉ tiêu ô nhiễm như sau:
COD = 4000-5000mg/l
SS = 200-300mg/l
- Nước thải lọc dịch đường: loại nước thải này thường bị nhiễm bẩn hữu cơ lượng Gluco trong nước này cũng ở mức cao, là môi trường thuận lợi cho sự phát triển của các loại vi sinh vật. Ngoài ra, nước thải lọc đường có độ đục và độ màu khá cao.
- Nước thải của các thiết bị giải nhiệt được coi là sạch nhưng có nhiệt độ cao 40-45oC có thể có lượng dầu mỡ nhưng không đáng kể.
Trong sản xuất bia công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự khác nhau có thể chỉ là phương pháp lên men nổi hay chìm. Sự khác nhau cơ bản là lượng nước sử dụng cho mục đích rửa chai, máy móc thiết bị, sàn nhà, số lượng công nhân sử dụng nước cho sinh hoạt,…Điều này dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ô nhiễm của các nhà máy bia khác nhau.
Thông số Đơn vị Nhà máy 1 Nhà máy 2 Nhà máy 3pH 5.7 - 11.7BOD5 mg/l 185 - 2400 775 1622COD mg/l 310 - 3500 1220 2944Tổng Nito mg/l 48 - 348 19.2 -Tổng Phospho mg/l 1.4 - 9.09 7.6 -Chất không tan mg/l 158 - 1530 - -Tải lượng nước thải m3/1000lit 3.2 - -
Bảng 1: Phân tích đặc tính nước thải của một số nhà máy bia
3. Quy trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia
Nước thải vào
Hầm tiếp nhận
Bể điều hòa
Bể UASB
Bể MBBR
Bể lắng
Bể lọc áp lực
Bể nano dạng khô
Bể chứa bùn
Nguồn tiếp nhận
Cấp khí
Xử lí định kì
Máy ép bùn
Sơ đồ 2: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải
V. Thuyết minh quy trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia
1. Hầm tiếp nhận:
a. Song chắn rác: thường làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào của kênh dẫn sẽ giữ lại các tạp chất vật thô như giẻ, rác, bao nilon, và các vật thải khác được giữ lại, để bảo vệ các thiết bị xử lý như bơm, đường ống, mương dẫn… Dựa vào khoảng cách giữa các thanh, người ta chia song chắn rác thành hai loại:
– Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 đến 100mm.
– Song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 đến 25mm.
– Chọn song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh là 25mm được đặt cố định, nghiêng một góc 600 đặt ở cửa vào bể gom và được lấy rác vào cuối ngày.
b. Bể gom: là nơi tiếp nhận nguồn nước thải trước khi đi vào các công trình xử lý tiếp theo. Bể gom thường được làm bằng bê tông, xây bằng gạch. Trong quy trình này bể gom còn có tác dụng điều hòa lưu lượng nước thải.
c. Lưới lọc: để giữ lại các chất lơ lửng có kích thước nhỏ. Lưới có kích thước lỗ từ 0,5 đến 1mm. Khi tang trống quay với vận tốc 0,1 đến 0,5 m/s, nước thải được lọc qua bề mặt trong hay ngoài, tùy thuộc vào sự bố trí đường dẫn nước vào. Trong nhà máy bia là các mẫu trấu, huyền phù… bị trôi ra trong quá trình rửa thùng lên men, thùng nấu, nước lọc bã hèm, sẽ được giữ lại nhờ hệ thống lưới lọc có kích thước lỗ 1mm. Các vật thải được lấy ra khỏi bề mặt lưới bằng hệ thống cào.
2. Bể điều hòa:
Hình 6: Bể điều hòa
Bể điều hòa được dùng để duy trì lưu lượng dòng thải vào gần như không đổi, quan trọng là điều chỉnh độ pH đến giá trị thích hợp cho quá trình xử lý sinh học. Trong bể có hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ các chất bẩn trong toàn thể tích bể và không cho cặn lắng
trong bể, pha loãng nồng độ các chất độc hại nếu có. Ngoài ra còn có thiết bị thu gom và xả bọt, váng nổi. Tại bể điều hòa có máy định lượng lượng acid cần cho vào bể đảm bảo pH từ 6,6 – 7,6 trước khi đưa vào bể xử lý UASB.
3. Bể UASB:
Hình 7: Bể UASB
Tại đây diễn ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ, vô cơ có trong nước thải khi không có oxy. Nước thải được đưa trực tiếp vào phía dưới đáy bể và được phân phối đồng đều ở đó, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ và các chất hữu cơ, vô cơ được tiêu thụ ở đây.
Quá trình chuyển hóa các chất bẩn trong nước thải bằng vi sinh yếm khí xảy ra theo ba bước:
– Giai đoạn 1: một nhóm các vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải thủy phân các hợp chất hữu cơ phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng nhẹ như monosacarit, amino acid để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh hoạt động.
– Giai đoạn 2: nhóm vi khuẩn tạo men acid biến đổi các hợp chất hữu cơ đơn giản thành các acid hữu cơ thường là acid acetic, acid butyric, acid Propionic. Ở giai đoạn này pH của dung dịch giảm xuống.
– Giai đoạn 3: các vi khuẩn tạo metan chuyển hóa hiđrô và acid acetic thành khí metan và cacbonic pH của môi trường tăng lên.
4. Bể sinh học MBBR:
Hình 8: Bể MBBR
Phương pháp sinh học hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Các vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3
- , SO42- ,…Vi sinh vật tồn tại trong bùn hoạt tính của bể sinh học bao
gồm Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas và Nitrobacter. Thêm vào đó, nhiều loại vi khuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix, và Geotrichum cũng tồn tại.
Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ hòa tan, chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo ba giai đoạn chính như sau:
– Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật;
– Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào;
– Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới.
Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ các chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất, mật độ vi sinh vật và mức độ ổn định lưu lượng của nước thải ở trạm xử lý. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng oxy hóa sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các nguyên tố vi lượng… Tải trọng chất hữu cơ của bể sinh học hiếu khí truyền thống thường dao dộng từ 0,32-0,64 kg BOD/m3.ngày đêm. Nồng độ oxy hòa tan trong nước thải ở bể sinh học hiếu khí cần được luôn luôn duy trì ở giá trị lớn hơn 2,5 mg/l.
Tốc độ sử dụng oxy hòa tan trong bể sinh học hiếu khí phụ thuộc vào:
– Tỷ số giữa lượng thức ăn (chất hữu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M;
– Nhiệt độ;
– Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật (bùn hoạt tính);
– Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất;
– Lượng các chất cấu tạo tế bào;
– Hàm lượng oxy hòa tan.
Các phản ứng sinh hóa cơ bản của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải gồm có:
· Oxy hóa các chất hữu cơ:
· Tổng hợp tế bào mới:
· Phân hủy nội bào:
Ưu điểm của công nghệ MBBR so với công nghệ truyền thống:– Tất cả mọi thiết kế đều nhằm mục đích là hiệu quả xử lý, tiết kiệm năng
lượng. Với công nghệ sinh học xử lý nước thải, chúng ta cần mật độ vi sinh vật cao nhằm mục đích đẩy nhanh quá trình oxy hóa sinh hóa. Nói nôm na là càng nhiều vi sinh ăn chất hữu cơ có trong nước thì quá trình xử lý sẽ nhanh hơn. Vấn đề ở đây là làm sao cho bề mặt tiếp xúc giữa nước thải, oxi và vi sinh vật càng cao càng tốt.
– Giá thể lưu động MBBR được ứng dụng rộng rãi trên thế giới vài năm trở lại đây. Giá thể MBBR dạng hình cầu có kích thước Ø 20 cm, có tỷ trọng nhẹ hơn nước nên trong quá trình sục khí, giá thể vi sinh bám dính di chuyển khắp nơi trong bể MMBR.. Với mật độ này các quá trình oxy hóa để khử BOD, COD và NH4 diễn ra nhanh hơn gần 10 lần so với phương pháp truyền thống.
Bảng 2: So sánh hệ thống MBBR và hệ thống bể sinh học hiếu khí
Điều quan trọng hơn nữa của phương pháp MBBR là chúng ta không cần phải tuần hoàn bùn hiếu khí lại như phương pháp Aeroten, nhược điểm của việc tuần hoàn bùn là làm giảm đi sự hoạt động của vi sinh hiếu khí vì vi sinh phải nằm ở bể lắng, không có dưỡng khí, khi bơm bùn hoàn lưu về bểaeroten làm cho vi sinh bị “shock” tải trọng, do đó hiệu quả xử lý sẽ không cao bằng phương pháp giá thể MBBR.
Nước thải dệt nhuộm có hàm lượng N, P trong nước khá nhỏ nên chúng ta cũng không cần phải xây dựng bể thiếu khí Anoxic để khử N, P là do bể MBBR chứa đựng các giá thể di động cũng là nơi lưu trú cho các chủng vi sinh bám dính khử N, P. Hai loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosomonas và Nitrobacter.
Ta có phương trình như sau:
Như vậy bể sinh học hiếu khí MBBR có nhiệm vụ xử lý các chất hữu cơ
còn lại trong nước thải. Trong bể MBBR diễn ra quá trình oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo trong nước thải dưới sự tham gia của vi sinh vật hiếu khí. Tại bể MBBR có hệ thống sục khí trên khắp diện tích bể nhằm cung cấp ôxy, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí sống, phát triển và phân giải các chất ô nhiễm. Vi sinh vật hiếu khí sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ dạng keo và hòa tan có trong nước để sinh trưởng. Ở điều kiện thuận lợi, vi sinh vật phát triển mạnh, sinh khối tăng và tồn tại dưới dạng bông bùn dễ lắng tạo thành bùn hoạt tính. Sau quá trình oxy hóa (bằng sục không khí) với đệm vi sinh di động, bùn hoạt tính (tức lượng vi sinh phát triển và hoạt động tham gia quá trình xử lý) được bám giữ trên các giá thể bám dính di động dạng cầu. Nước thải sau khi qua bể MBBR sẽ tự chảy vào bể lắng sinh học.
5. Bể lắng – Xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia
Hình 9: Bể lắng
Nước thải sau khi qua bể MBBR được phân phối vào vùng phân phối nước của bể lắng sinh học lamella. Cấu tạo và chức năng của bể lắng sinh học lamella tương tự như bể lắng hóa lý. Nước sạch được thu đều trên bề mặt bể lắng thông qua máng tràn răng cưa.
Hiệu suất bể lắng được tăng cường đáng kể do sử dụng hệ thống tấm lắng lamella. Bể lắng lamella được chia làm ba vùng căn bản:
- Vùng phân phối nước;
- Vùng lắng;
- Vùng tập trung và chứa cặn.
Nước và bông cặn chuyển động qua vùng phân phối nước đi vào vùng lắng của bể là hệ thống tấm lắng lamella, với nhiều lớp mỏng được sắp xếp theo một trình tự và khoảng cách nhất đinh. Khi hỗn hợp nước và bông cặn đi qua hệ thống này, các bông bùn va chạm với nhau, tạo thành những bông bùn có kích thước và khối lượng lớn gấp nhiều lần các bông bùn ban đầu. Các bông bùn này trượt theo các tấm lamella và được tập hợp tại vùng chứa cặn của bể lắng.
6. Bể lọc áp lực:Bể lọc áp lực sử dụng trong công nghệ này là bể lọc áp lực đa lớp vật
liệu: sỏi đỡ, cát thạch anh và than hoạt tính để loại bỏ các chất lơ lửng, các chất rắn không hòa tan, các nguyên tố dạng vết, halogen hữu cơ nhằm đảm bảo độ trong của nước .
Nước sau khi qua cụm lọc áp lực đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường theo QCVN 24:2009 cột B.
7. Bể nano dạng khôNước thải sau khi qua bể lọc áp lực sẽ đi vào bể nano dạng khổ để loại
bỏ triệt để các chất lơ lửng còn sót lại trong nước, và khử trùng nước thải
Nước sau khi qua bể nano dạng khô đạt yêu cầu xả thải theo quy định hiện hành của pháp luật. Lượng nước này, một phần được sử dụng để làm mát máy móc trong nhà máy; một phần được đưa tới nguồn tiếp nhận qua mương thoát nước.
Sau đó nước thải sẽ được đưa ra nguồn tiếp nhận đạt loại A theo QCVN 40:2011/BTNMT.VI. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIAa. Ưu điểm:
- Công nghệ đề xuất phù hợp với đặc điểm, tính chất của nguồn nước thải;
- Nồng độ các chất ô nhiễm sau quy trình xử lý đạt quy chuẩn hiện hành;
- Diện tích đất sử dụng tối thiểu.- Công trình thiết kế dạng modul, dễ mở rộng, nâng công suất xử
lý. b. Nhược điểm:
- Nhân viên vận hành cần được đào tạo về chuyên môn;
- Chất lượng nước thải sau xử lý có thể bị ảnh hưởng nếu một trong những công trình đơn vị trong trạm không được vận hành đúng các yêu cầu kỹ thuật;
- Bùn sau quá trình xử lý cần được thu gom và xử lý định kỳ.VII. Kết luậnLựa chọn công nghệ xử lý nước thải:Khi chọn một công nghệ xử lý phải căn cứ vào các yêu cầu sau:
- Lưu lượng, thành phần và tính chất của nước thải.- Diện tích mặt bằng hiện có, cũng như các điều kiện mà nhà máy có thể
chấp nhận.- Tiêu chuẩn đầu ra của dòng thải.- Đặc tính của nguồn tiếp nhận- Kinh phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành.- Đảm bảo khả năng xử lý khi nhà máy mở rộng sản xuất.
