Bia được sản xuất tại Việt Nam cách đây trên 100 năm tại nhà máy Bia Sài Gòn và Hà Nội. Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong trời gian ngắn, ngành sản xuất bia đã có những bước phát triển mạnh mẽ. Mức tiêu thụ bia bình quân theo đầu người vào năm 2011 dự kiến là 28 lít/người/năm. Bình quân lượng bia tăng 20% mỗi năm.
Tuy nhiên, sự tăng trưởng của ngành sản xuất bia lại kéo theo các vấn đề môi trường như: vấn đề chất thải sản xuất, đặc biệt là nước thải có độ ô nhiễm cao. Nước thải do sản xuất rượu bia thải ra thường có đặc tính chung là ô nhiễm hữu cơ rất cao, nước thải thường có màu xám đen và khi thải vào các thuỷ vực đón nhận thường gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân huỷ của các chất hữu cơ diễn ra rất nhanh. Thêm vào đó là các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất như CaCO3, CaSO4, H3PO4, NaOH, Na2CO3…Những chất này cùng với các chất hữu cơ trong nước thải có khả năng đe doạ nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không được xử lý. Kết quả khảo sát chất lượng nước thải của các cơ sở sản xuất bia trong nước ở Hà Nội, Hải Dương, Hà Tây, Hoà Bình cho thấy, nước thải từ các cơ sở sản xuất bia nếu không được xử lý có COD, nhu cầu oxy sinh hoá học BOD, chất rắn lơ lửng SS đều rất cao.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 và tính chất nước thải VBL
3. Quy trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia
THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA
1. Hầm tiếp nhận:
Song chắn rác: thường làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào của kênh dẫn sẽ giữ lại các tạp chất vật thô như giẻ, rác, bao nilon, và các vật thải khác được giữ lại, để bảo vệ các thiết bị xử lý như bơm, đường ống, mương dẫn… Dựa vào khoảng cách giữa các thanh, người ta chia song chắn rác thành hai loại:
– Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 đến 100mm. – Song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 đến 25mm.
– Chọn song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh là 25mm được đặt cố định, nghiêng một góc 600 đặt ở cửa vào bể gom và được lấy rác vào cuối ngày.
Bể gom: là nơi tiếp nhận nguồn nước thải trước khi đi vào các công trình xử lý tiếp theo. Bể gom thường được làm bằng bê tông, xây bằng gạch. Trong quy trình này bể gom còn có tác dụng điều hòa lưu lượng nước thải.
Lưới lọc: để giữ lại các chất lơ lửng có kích thước nhỏ. Lưới có kích thước lỗ từ 0,5 đến 1mm. Khi tang trống quay với vận tốc 0,1 đến 0,5 m/s, nước thải được lọc qua bề mặt trong hay ngoài, tùy thuộc vào sự bố trí đường dẫn nước vào. Trong nhà máy bia là các mẫu trấu, huyền phù… bị trôi ra trong quá trình rửa thùng lên men, thùng nấu, nước lọc bã hèm, sẽ được giữ lại nhờ hệ thống lưới lọc có kích thước lỗ 1mm. Các vật thải được lấy ra khỏi bề mặt lưới bằng hệ thống cào.
2. 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:
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:
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 3: 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 bể aeroten 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
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 khô
Nước thải sau khi qua bể lọc áp lực sẽ đi vào bể nano dạng khổ để loại bỏ triệt để các chất lơ lửng còn sót lại trong nước, và khử trùng nước thải
Nước sau khi qua bể nano dạng khô đạt yêu cầu xả thải theo quy định hiện hành của pháp luật. Lượng nước này, một phần được sử dụng để làm mát máy móc trong nhà máy; một phần được đưa tới nguồn tiếp nhận qua mương thoát nước.
ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA
a. 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.
Công ty chúng tôi nghiên cứu đưa ra những phương pháp xử lý nước thải sản xuất bia triệt để, nước thải đầu ra đạt quy chuẩn hiện hành với các công nghệ tiên tiến, chi phí vận hành đầu tư ban đầu thấp, vận hành đơn giản.
