Đồ án Quy trình công nghệ sản xuất bia và các nguồn nước thải

Phần I Tổng quan 1. Giới thiệu: Trong những năm gần đây, công nghiệp bia của nước ta đã có những tiến bộ vượt bậc, đáng kể nhất trong đó phải nói đến việc mở rộng quy mô hoạt động, tăng sản lượng, của các công ty, các xưởng sản xuất trên cả nước. Từ một sản phẩm chịu sự cạnh tranh gay gắt của nguồn hàng nhập lậu đến những nhãn hiệu nổi tiếng trên thế giới, đến nay có thể nói sản phẩm bia trong nước đã chiếm lĩnh được lòng tin và sự ưa chuộng của người tiêu dùng, các hãng lớn trên thế giới cũng đã có sự hợp tác liên doanh với các công ty trong nước. Định hướng phát triển của ngành cũng đã đề ra qui hoạch phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu tăng trưởng, mức tiêu thụ theo dự báo từ 10l/người/năm trong năm 2000 sẽ tăng lên 30l/người/năm trong năm 2010. Theo đó, với số lượng nhà máy bia hiện có, sẽ tập trung đầu tư nâng cấp, mở rộng một số nhà máy cùng với chuyển địa điểm, xây dựng một số dây chuyền mới theo công nghệ tiên tiến. Tuy nhiên, trong sản xuất bia nói riêng cũng như sản xuất công nghiệp nói chung, một vấn đề đặt ra là xử lý ô nhiễm từ các nhà máy, trong đó vấn đề xử lý nước thải là vấn đề đòi hỏi sự quan tâm nhiều nhất. Hiện nay cả nước có gần 500 nhà máy và cơ sở sản xuất bia với sản lượng khoảng 720 triệu lít. Quy trình sản xuất bia, qua các công đoạn lọc, nấu, rửa sản sinh ra lượng nước thải lớn, gây ô nhiễm, nhất là ở các giai đoạn lọc bã tại khâu nấu, lọc bia tại khâu lên men và nước rửa các thùng chứa lên men. Đa số các nhà máy bia ở nước ta đều có quy mô vừa và nhỏ, sử dụng những trang thiết bị còn lạc hậu nên lượng nước thải ô nhiễm sinh ra nhiều, ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường xung quanh. Các phân tích khoa học cho thấy, nước thải công nghiệp sản xuất bia là một trong những loại nước thải mang tính ô nhiễm mạnh và tác động sâu sắc đến môi trường nước. Nếu thải ra ngoài môi trường mà không xử lý thì dưới tác dụng của điều kiện môi trường các vi sinh vật sẽ phân huỷ các chất hữu cơ và sinh ra các mùi thối ảnh hưởng tới đời sống của khu vực dân cư xung quanh. Nước thải chưa được xử lý thải ra đồng ruộng sẽ gây ra hiện tượng phì dưỡng ảnh hưởng không nhỏ tới năng suất trồng trọt. Trong sản xuất bia, công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự khác nhau dễ thấy nhất là áp dụng phương pháp lên men nổi hay lên men chìm. Nhưng sự khác nhau cơ bản là vấn đề sử dụng nước cho quá trình rửa chai, lon, máy móc thiết bị, sàn nhà...Điều đó dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ô nhiễm của các nhà máy bia khác nhau. 2. Qui trình công nghệ sản xuất bia và các nguồn nước thải: Nguyên liệu trong sản xuất bia bao gồm: malt đại mạch, thường chiếm 70%, các nguyên liệu khác như gạo, ngô, mạch (không phải malt) khoảng 30%, ngoài ra còn dùng hoa hublon, các loại bột trợ lọc như diatomit, bentonit... Quá trình sản xuất bia gồm các công đoạn sau: Nấu-Đường hoá: nấu bột và trộn với bột malt, cho thuỷ phân dịch bột thành đường, lọc bỏ bã các loại bột, bã hoa hublon. Nước thải của công đoạn này giàu các chất hidrocacbon, xenluloza, hemixenluloza, pentoza trong vỏ trấu, các mảnh hạt và bột, các cục vón... cùng với xác hoa, một ít tanin, các chất đăng, các chất màu. Lên men: gồm có lên men chính và lên men phụ. Nước thải của công đoạn này rất giàu xác men trong đó chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin cùng với bia cặn. Hoàn thiện sản phẩm: bao gồm các công đoạn: lọc, bão hoà CO2, chiết bock, đóng chai, hấp chai, thanh trùng. Nước thải ở đây chứa bột trợ lọc lẫn xác men, lẫn bia chảy tràn ra ngoài… Nói chung, nước thải nhà máy bia bao gồm các loại như : - Nước lẫn bã malt và bột sau khi lấy dịch đường. Để bã trên sàng lưới, nước sẽ tách khỏi bã. - Nước rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loại thiết bị khác. - Nước rửa chai và téc chứa. - Nước rửa sàn, phòng lên men, phòng 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. Tóm lại, các loại nước thải phát sinh trong quá trình sản xuất từ các công đoạn khác nhau không những có sự khác biệt về thành phần, tính chất, nồng độ các chất ô nhiễm mà còn cả về lưu lượng và chế độ xả nước thải. Từng loại nước thải lại có sự thay đổi về thành phần, tính chất và nồng độ các chất ô nhiễm theo thời gian do chế độ thao tác, mức độ tự động hoá. Điều này sẽ gây khó khăn trong việc thiết lập các giải pháp kĩ thuật và công nghệ để xử lí ô nhiễm nước thải. Các đặc trưng cơ bản của các loại nước thải này có thể dẫn ra như sau Nước thải lọc bã hèm: Nước thải loại này phát sinh từ công đoạn lọc bã malt, là loại nước thải bị ô nhiễm khá mạnh. Thành phần và tính chất nước thải này có thể tham khảo ở một số nhà máy bia như: bia Sài Gòn, bia Cần Thơ, bia Sóc Trăng, Trà Vinh như sau: Bảng 1: Tính chất nước thải lọc bã hèm Các chỉ tiêu ô nhiễm đơn vị tính Nguồn thải từ Công ty bia Sài Gòn Các nhà máy bia khác pH - 6,8 7,2-9,4 Độ màu Pt-Co 60 200-400 Chất rắn lơ lửng (SS) mg/l 265 95-650 COD mg/l 946 1800-2500 Phosphat (PO43-) mg/ 2,68 0,25-5,60 Nước thải vệ sinh máy móc, thiết bị và sàn nhà trong các phân xưởng sản xuất: Thành phần, tính chất và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải loại này thay đổi theo từng công đoạn rửa và chế độ rửa. ở các thùng lên men, nước thải rửa chứa nhiều các vi sinh vật bám dính. ở các máy rửa chai, chai được rửa qua các bước: rửa với nước nóng,rửa bằng dung dịch kiềm loãng nóng (1-3% NaOH), tiếp đó là rửa sạch bẩn bên trong và nhãn bên ngoài chai, sau đó rửa sạch bằng nước nóng và nước lạnh, do đó dòng thải của quá trình rửa chai có độ pH cao và làm cho dòng thải chung có giá trị kiềm tính. Nước rửa sàn ngoài các tạp chất cơ học còn có khả năng chứa các chất hữu cơ hoà tan và các vi sinh vật. Nước thải từ hệ thống làm lạnh và làm mát thiết bị: Đây là loại nước thải được qui ước là sạch vì chúng chỉ đóng vai trò tác nhân trao đổi nhiệt, không trực tiếp tham gia vào quá trình công nghệ. Nước thải này có thành phần và tính chất giống với nguồn cung cấp ban đầu, chỉ khác là nhiệt độ của chúng cao hơn. (40-550C). Nước thải loại này thường được thải trực tiếp ra nguồn hoặc tái sử dụng sau khi đã làm nguội. Nước thải sinh hoạt: Đây là loại nước thải tạo ra do các hoạt động sinh hoạt ở nơi sản xuất. Nước thải loại này có mức độ ô nhiễm trên trung bình với thành phần giàu cặn bã hữu cơ, các chất dinh dưỡng N,P và vi sinh vật. Tuy nhiên trong nhà máy, nước thải sinh hoạt thường được thu gom riêng để xử lí tự hoại. Nước thải tự nhiên: Ngoài các loại nước thải kể trên còn một lượng nước mưa đáng kể trên bề mặt công ty, nhất là vào mùa mưa. Lượng nước mưa này cũng được qui ước là sạch và có thể xả trực tiếp vào cống nhận. Các loại nước thải sạch cũng có thể được tận dụng để pha loãng nồng độ nước thải đi vào xử lí. 3. Các phương pháp xử lí nước thải sản xuất bia: Nhiều phương pháp xử lí khác nhau đối với nước thải sản xuất bia đã được nghiên cứu và áp dụng thực tiễn tại nhiều nước trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Mỗi phương pháp xử lí chỉ đạt được một hiệu quả nhất định nào đó với một vài chất ô nhiễm tương ứng. Để đạt được hiệu quả xử lí mong muốn ở đầu ra, nhiều khi phải kết hợp nhiều phương pháp và quá trình xử lí khác nhau. Các phương pháp xử lí nước thải sản xuất bia có thể phân thành 2 nhóm chính: 3.1. Phương pháp xử lí cơ học và hoá lí: Thành phần nước thải sản xuất bia có chứa hàm lượng cặn khá lớn do xác các nấm men và bột trợ lọc bia hiện diện trong dòng thải. Xử lí cơ học là một phương pháp thông dụng để loại bỏ cặn lơ lửng (SS) ra khỏi các dòng thải của nhà máy bia. Các bể lắng đợt 1 chính là những công trình ứng dụng phương pháp này. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy xử lí nước thải sản xuất bia cho hiệu quả xử lí độ màu, độ đục khá cao trên các mô hình lắng, trung bình đạt 50-60%, việc giảm được SS cũng kéo theo một lượng đáng kể các chất hữu cơ. Một vấn đề cần chú ý trong sản xuất bia là các dòng thải từ các công đoạn khác nhau sẽ có độ pH khác nhau. Dòng thải từ khâu lọc bã hèm có thể có pH gần trung tính tuy nhiên dòng thải rửa chai lại thường có giá trị pH cao. Vì vậy trước khi đưa vào công đoạn xử lí chung, cần thiết phải phân luồng kiểm tra và trung hoà pH, có thể trung hoà pH bằng Ca(OH)2 hoặc bằng CO2 thu hồi từ khâu lên men. Phương pháp xử lí sinh học: Nước thải bia có hàm lượng các chất hữu cơ hoà tan và lơ lửng cao, tỉ lệ BOD5/COD =0,5-0,7, trong đó chủ yếu là gồm protein và aminoaxit từ nguyên liệu và nấm men, hydratcacbon (dextrin và đường) cùng pectin tan hoặc không tan, axit hữu cơ, rượu...từ nguyên liệu và sản phẩm rơi vãi nên đặc biệt thích hợp với các phương pháp xử lí sinh học. Các phương pháp xử lí sinh học gồm có xử lí hiếu khí, kị khí hay kết hợp, việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào đặc tính, lưu lượng nước thải, điều kiện kinh tế-kỹ thuật và diện tích sử dụng cho phép. Trong hệ thống xử lí nước thải công nghiệp bia thường dùng các phương pháp xử lí sinh học sau: 3.2.1. Phương pháp yếm khí Phương pháp yếm khí được sử dụng chủ yếu trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp khi lượng chất hữu cơ cao (BOD=1500-5000mg/l), xử lý bùn, cặn, bã thải rắn nhờ các vi khuẩn phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ. Tác nhân sinh học cho quá trình này là các vi khuẩn kị khí như các vi khuẩn thuộc các nhóm như Psendomonas, Poteus, Micrococcus, clstridum và vi khuẩn mêtan hoá như các nhóm Methanobacterium, Methanococcus và Methanosarcina, Methanobacillus, Methanospirillium, Methanothrix. Quá trình phân huỷ yếm khí không triệt để, do đó sau phân huỷ yếm khí thường có hệ thống phân huỷ hiếu khí để xử lý triệt để các chất ô nhiễm còn lại. Phương pháp có ưu điểm là sinh ra ít bùn hơn so với quá trình phân huỷ hiếu khí, không cần thiết bị cung cấp khí. Nhưng phương pháp còn có nhược điểm là thời gian phân huỷ dài, phân huỷ không triệt để. 3.2.2. Phương pháp hiếu khí. Phương pháp này thường được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng BOD trong khoảng từ 500- 1000mg/l Nguyên tắc: Sử dụng các vi sinh vật để ôxy hoá các hợp chất hữu cơ và vô cơ có khả năng chuyển hoá sinh học được đồng thời chính các vi sinh vật sử dụng một phần hữu cơ và năng lượng khai thác được từ quá trình ôxy hoá để tổng hợp nên sinh khối của chúng. Tác nhân sinh học của quá trình xử lý hiếu khí là các vi sinh vật hô hấp hiếu khí và tuỳ tiện: Psendomonas Putida, Psendomonas Stutzeri, Aerobacter Aerogenes, Nitrosomonas (Nitrat hoá), Vinogratski, Bacillus Subtilis (thuỷ phân), Flavo Bacterium, Alealigenes (giàu S, Fe) Có rất nhiều dạng xử lý hiếu khí: Dạng ôxy hoá bằng cấp khí tự nhiên (cánh đồng tưới và cánh đồng lọc, hồ sinh học). ôxy hoá bằng cấp khí cưỡng bức(lọc sinh học, bể aeroten). a. Tháp lọc sinh học Nguyên tắc làm việc của thiết bị này là tạo ra bề mặt giá thể trong tháp bằng cách cho các vật liệu đệm (đá, gỗ, các vật liệu đệm bằng nhựa PVC dạng bóng, hoa ,tấm…). Chất lỏng được tưới từ trên xuống chảy thành màng trên bề mặt giá thể, không khí được thổi từ dưới lên sục qua lớp màng tạo ra bề mặt tiếp xúc giữa pha khí và nước thải (giống như một tháp đệm). Tháp lọc sinh học có thể được cấp khí bằng không khí tự nhiên . Bùn sinh học sẽ tạo ra và bám vào bề mặt trên giá thể. Khi trọng lượng lớp bùn lớn sẽ tự tách rời khỏi bề mặt rồi được dòng nước cuốn xuống bể lắng. Tác nhân của hệ thống là cả vi sinh vật hô hấp yếm khí và hiếu khí. Phương pháp có ưu điểm là thiết bị dạng tháp nên chiếm ít mặt bằng,bề mặt tiếp xúc pha lớn, cấp khí cưỡng bức nên quá trình chuyển hoá nhanh, thiết bị gọn, tốn ít năng lượng cho cung cấp khí. Nhưng cũng còn có nhược điểm là chi phí xây dựng lớn, yêu cầu có khu hệ sinh vật ổn định, nhạy cảm khi tải trọng thay đổi. b. Hồ sinh học hiếu khí: Có thể gồm một hoặc nhiều hồ nối tiếp hoặc song song được sục khí, vận hành với tải trọng thể tích tối đa từ 0,25-0,3kg BOD5/m3.ngày và sau đó có bể lắng với thời gian là 1 ngày. Đáy hồ phải được chống thấm. Phương pháp này đặc biệt đòi hỏi diện tích lớn, thích hợp với những nhà máy có điều kiện tự nhiên thuận lợi. c. Hệ thống Aeroten Nguyên tắc Trong hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính, vi sinh vật sinh trưởng và phát triển ở trạng thái lơ lửng trong nước thải. Không khí được cấp liên tục đảm bảo yêu cầu của hai quá trình: bão hoà oxy giúp cho vi sinh vật thực hiện quá trình oxy hoá các chất hữu cơ và duy trì bùn hoạt tính dạng bông sinh học ở trạng thái lơ lửng trong dịch xử lý, tạo ra hỗn hợp lỏng huyền phù, giúp vi sinh vật tiếp xúc liên tục với các chất hữu cơ hoà tan trong nước, thực hiện quá trình phân huỷ hiếu khí để làm sạch nước. Tạo điều kiện cho các vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ tốt hơn Do vậy mà phương pháp này vận hành đơn giản, ổn định và an toàn hơn. Tác nhân sinh học của quá trình xử lý hiếu khí bằng bể aeroten là các vi sinh vật hô hấp hiếu khí. Psendomonas Putida, Psendomonas Stutzeri, Aerobacter Aerogenes, Vinogratski, Bacillus Subtilis (thuỷ phân), Flavo Bacterium, Alealigenes (giàu S, Fe). Phương pháp có ưu điểm là vận hành đơn giản, hiệu suất làm sạch cao hơn so với các quá trình xử lý sinh học khác,chi phí xây dựng thấp. Nhưng cũng có nhược điểm là đòi hỏi diện tích xây dựng lớn và tạo ra nhiều bùn. Bể aeroten có nhiều loại, phạm vi ứng dụng rộng. Có nhiều loại bể aeroten khác nhau tuỳ theo cách phân loại. Theo nguyên lý làm việc Bể aeroten không tái sinh bùn. Bể aeroten có tái sinh bùn. Theo chế độ thuỷ động. Aeroten đẩy. Aeroten khuấy trộn. Aeroten trung gian. Theo tải lượng bùn. Aeroten tải trọng cao hàm lượng sinh khối 1500- 3000mg/l. Aeroten tải trong trung bình hàm lượng sinh khối 1000- 1500mg/l Aeroten tải trong thấp hàm lượng sinh khối 500-1000mg/l Theo sơ đồ công nghệ Aeroten 1 bậc . Aeroten 2 bậc. Aeroten nhiều bậc. Theo chiều dẫn nước thải Xuôi chiều. Ngược chiều. d. Phương pháp kết hợp: Nước thải được xử lí kị khí trước khi đi vào xử lí hiếu khí để giảm tải trọng ô nhiễm. Phương pháp này thích hợp khi yêu cầu dòng ra có chất lượng cao. Trong các phương pháp xử lí sinh học kể trên, phương pháp bùn hoạt tính hiện nay được áp dụng phổ biến nhất ở Việt Nam. 3.3. Phương pháp bùn hoạt tính: Các công đoạn xử lí trong phương pháp bùn hoạt tính bao gồm: Tiền xử lí: công đoạn tiền xử lí nhằm loại bỏ ra khỏi nước thải tất cả các vật có thể gây tắc nghẽn đường ống làm hư hại máy bơm và làm giảm hiệu quả xử lí của giai đoạn sau, cụ thể: Nước thải rửa chai lọ, téc cần qua sàng chắn để loại bỏ mảnh thuỷ tinh vỡ và cặn giấy. Nước thải từ phân xưỏng nấu cần qua lưới chắn để loại bỏ các vỏ bã kích thước lớn. Xử lí sơ cấp: xử lí sơ cấp thường bao gồm các công đoạn lắng cát, điều hoà, lắng sơ cấp, tuyển nổi tách dầu. Đặc điểm của nước thải sản xuất bia là có lưu lượng không ổn định trong ngày, thay đổi theo ca sản xuất hoặc theo mùa vì vậy các dòng thải sau giai đoạn tiền xử lí cần được dẫn qua bể điều hoà để ổn định lưu lượng. Trong bể điều hoà phải có thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hoà tan và san đều nồng độ, không cho cặn lắng. Nước sau bể điều hoà được dẫn sang bể lắng sơ cấp hay còn gọi là bể lắng đợt 1. Bể lắng này có nhiệm vụ loại ra khỏi nước thải các loại cặn lắng gồm: cặn cứng như cát, cặn lơ lửng có khả năng dính kết và keo tụ. Xử lí hiếu khí: Nước thải sau khi qua bể lắng đợt 1 đi vào bể phản ứng hiếu khí aeroten. ở trong bể, các chất lơ lửng trong nước thải đóng vai trò là hạt nhân cho vi khuẩn dính bám và sinh trưởng, phát triển dần thành các bông bùn hoạt tính. Do quá trình sống của vi sinh vật sử dụng chất nền-BOD và các chất dinh dưỡng N, P chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hoà tan và sinh khối mới nên nước thải được làm sạch khỏi phần lớn các chất ô nhiễm. Bể aeroten phải được làm thoáng liên tục bằng sục khí hoặc làm thoáng bề mặt để đảm bảo cung cấp đủ oxi cho các quá trình sinh học diễn ra trong bể và để không lắng các bông bùn hoạt tính. Xử lí thứ cấp: Nước ra sau bể aeroten có một lượng lớn các bông bùn lơ lửng do đó cần đi vào bể lắng đợt 2 để làm trong nước và tách bông bùn. Ngoài ra, do số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu của nước tại bể aeroten không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ trong nước nên cần tuần hoàn lại một phần bùn ở bể lắng 2 để duy trì nồng độ bùn hoạt tính thích hợp trong bể. Tiệt trùng: Nước ra sau lắng 2 cần được qua bể tiếp xúc clo để đảm bảo diệt vi sinh vật, khử mầu, khử mùi và giảm nhu cầu oxi hoá sinh học trước khi xả vào nguồn tiếp nhận. Xử lí bùn: phương pháp bùn hoạt tính tạo ra một lượng bùn dư khá lớn. Bùn dư sau các bể lắng được thu gom về nơi tiếp nhận để làm khô và ổn định nếu cần thiết. Bùn dư của nước thải nhà máy bia thường ít chứa các chất độc hại do đó có thể xử lí đơn giản bằng cách nén, ép hoặc cô đặc bằng trọng lực, sau đó làm khô và đưa ra bãi thải hoặc thu hồi làm phân bón. Với ưu điểm như hiệu quả xử lí cao, quá trình vận hành đơn giản, dễ kiểm tra, phương pháp bùn hoạt tính đã được nghiên cứu và đề xuất tại các công ty bia Sài Gòn, bia Thanh Hoá… Phần II Đề xuất hệ thống Aeroten 1. Sơ đồ hệ thống aeroten: 6 2 3 7 4 5 Nước thải 1 8 Nước ra 9 10 Bùn khô Song chắn rác Bể điều hoà Bể lắng sơ cấp Bể aerotank Bể lắng thứ cấp Sân phơi bùn Máy nén khí Clo hoá Bùn lắng từ bể sơ cấp 10. Bùn hồi lưu 2. Thuyết minh dây chuyền: Các loại nước thải sau khi qua song chắn rác 1 để loại bỏ những rác thải có kích thước lớn được đưa vào bể điều hoà 2. Bể điều hoà có tác dụng điều hoà lưu lượng và ổn định dòng vào. Sau đó nước thải qua van tự chảy vào bể lắng sơ cấp 3, ở bể lắng 3 nước thải được lưu lại một thời gian để một số tạp chất lơ lửng lắng xuống. Cặn lắng ở bể sơ cấp được đưa về bể chứa. Sau bể lắng sơ cấp, nước được đưa vào bể aeroten 4. Bể này có tác dụng chủ yếu là oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải, bể được cấp khí liên tục nhằm cung cấp oxy cho các vi sinh vật và duy trì bùn hoạt tính ở dạng lơ lửng. Bể aeroten được làm thoáng bằng thiết bị sục khí. Nước ra sau bể hiếu khí được chảy vào bể lắng thứ cấp 5 và lưu lại ở đây để lắng bùn hoạt tính. Bùn lắng đi vào ngăn chứa, một phần bùn được bơm trở lại bể aeroten, bùn dư được đưa sang bể chứa. Định kì, bùn được đưa sang máy lọc ép băng tải rồi đưa sang sân phơi bùn. Nước sau khi lắng được dẫn qua bể clo hoá 8 để tiệt trùng và được xả vào đường tiếp nhận. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ôxy hoá trong bể Aeroten 1,Nhiệt độ và pH. Trong quá trình xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học, ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng giữ một vai trò rất quan trọng và phải được quan tâm rất cẩn thận. Tốc độ phản ứng sinh học sẽ tăng cực đại tại giá trị nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ thường khoảng 300C đối với đa số hệ thống xử lý chất thải bằng phương pháp hiếu khí. Nhiệt độ không những làm ảnh hưởng đến tốc độ chuyển hoá các chất hữu cơ của vi sinh vật mà còn gây ảnh hưởng tới sự tồn tại và phát triển của chúng. ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng của các quá trình sinh học được thể hiện qua biểu thức sau: rT =r20. q(T –20) Trong đó: rT, r20: Tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T0C và 200C tương ứng. q:Hệ số nhiệt độ, có giá trị trung bình 1,04 đối với hệ thống bùn hoạt tính. T : Nhiệt độ, 0C Đa số các hệ thống sinh học làm việc được trong dải pH từ 5 đến 9 và khoảng pH tối ưu từ 6,5 đến 8,5. Điều cần lưu ý là giá trị pH phải được xét đối với hỗn hợp nước thải cùng với sự phát triển của vi sinh vật tại cửa xả nước ra chứ không phải pH của nước thải đưa vào hệ thống xử lý. 2, Hàm lượng sinh khối (MLSS). Để có tốc độ oxy hoá tối ưu, phải lựa chọn phương pháp xử lý, thiết bị và nồng độ sinh khối thích hợp nhằm duy trì sự trao đổi chất ổn định trong suốt quá trình xử lý. Trong các hệ thống aeroten , sinh khối được tách khỏi nước đã xử lý trong bể lắng thứ cấp và được tuần hoàn lại một phần vào bể Aeroten. Tuy nhiên với các loại nước thải giàu chất hữu cơ, nguồn nguyên liệu cho quá trình tổng hợp sinh khối phong phú nên lượng sinh khối tạo thành lớn. Hàng ngày phải loại ra một tỷ lệ nào đó sao cho lượng sinh khối có trong bể ổn định, đảm bảo tốc độ oxy hoá và hiệu quả xử lý nước thải. Đối với bể aeroten, hàm lượng sinh khối trong bể có thể từ 500- 3000(mg/l). Tuỳ theo tính chất và đặc trưng của hệ thống xử lý, nước thải cường độ hoạt hoá của bùn mà hàm lượng sinh khối sẽ khác nhau: Các hệ thống cao tải thường sử dụng hàm lượng sinh khối cao 1500- 3000(mg/l) Với các hệ thống Aeroten thông thường hàm lượng sinh khối dao dộng trong khoảng từ 500- 1500 (mg/l). Tỷ lệ tuần hoàn bùn từ 30 á 60%, tuỳ theo yêu cầu nồng độ bùn trong bể aeroten, phần bùn còn lại được hệ thống bơm bùn chuyển sang bể nén bùn. 3, Thời gian lưu của nước thải. Thời gian lưu của nước thải trong thiết bị được tính dựa trên lưu lượng dòng vào. q = V/Q0 Trong đó: q : Thời gian lưu (h hoặc ngày). V : Thể tích thiết bị (m3). Q0: Lưu lượng dòng vào (m3/h hoặc m3/ngày). Trong quá trình oxy hoá, thời gian lưu cần được duy trì ổn định để tránh làm việc quá tải cho bể xử lý, tạo sự ổn định cho khu hệ vi sinh vật trong hệ thống và đảm bảo chất lượng dòng ra. 4, Nguồn dinh dưỡng N, P. Để tăng tốc độ phản ứng sinh hoá, duy trì sự phát triển của vi sinh vật, đảm bảo quá trình làm sạch nước theo yêu cầu của dòng thải phải cung cấp đầy đủ dinh dưỡng C, N,P và một số nguyên tố khoáng cho vi sinh vật phát triển. Các nguyên tố vi lượng thường có sẵn trong nước thải nhưng thành phần Nitơ và Photpho của nước thải sản xuất bia thường thấp. Sự thiếu hụt các thành phần này sẽ kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật, hạn chế quá trình oxy hoá sinh học. Thiếu Nitơ và Photpho trong thời gian dài là một trong những nguyên nhân thay đổi tương tác trong khu hệ vi sinh vật của hệ thống Aeroten. Các vi khuẩn vi khuẩn dạng sợi thuộc nhóm Mircrothix, Thiothrix phát triển được trong nước thải nghèo Nitơ, Photpho. Vì vậy chúng phát triển mạnh, lấn át trực khuẩn làm cho khối bùn trong bể tăng lên. Hiện tượng này gọi là sự phồng lên cuả bùn. Khi đó bùn xốp, khó lắng, dễ bị cuốn ra khỏi hệ thống xử lý, làm giảm sự sinh trưởng của bùn hoạt tính, giảm cường độ quá trình oxy hoá. Chỉ số thể tích bùn lớn gây khó khăn cho quá trình lắng bùn ở bể lắng thứ cấp sau xử lý nước thải. Hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng phụ thuộc vào thành phần của nước thải và tỷ lệ của chúng được xác định bằng thực nghiệm. Người ta thường lấy tỷ lệ COD : N : P = 100 : 5 : 1. Trong xử lý sinh học, nguồn Nitơ được sử dụng dưới nhiều dạng khác nhau tuỳ theo tính chất của nước thải. Có thể dùng muối nitrat, muối amôn, urê... Cũng như Nitơ, Photpho là thành phần không thể thiếu được trong quá trình phát triển của vi sinh vật. Ngoài tác dụng cung cấp nguồn dinh dưỡng, muối photpho còn tạo tính đệm ổn định cho môi trường, duy trì pH ổn định cho quá trình xử lý. Photpho thưsờng được bổ xung dưới dạng muối photphat KH2PO4, (NH4)2HPO4 và supephotphat... 5, Độ oxy hoà tan (DO). Để oxy hoá các chất hữu cơ, các vi sinh vật cần có oxy và chúng chỉ có thể sử dụng dưới dạng hoà tan. Để cung cấp oxy cho nước thải người ta tiến hành cấp khí. Trong bể oxy hoá, nhờ cấp khí liên tục tạo nồng độ oxy hoà tan cao nên tốc độ phản ứng các chất hữu cơ tăng. Thiếu oxy hoà tan cũng là một trong những nguyên nhân làm cho bùn phồng lên do vi khuẩn dạng sợi phát triển mạnh. Để khắc phục sự thiếu oxy đó cần cung cấp thêm oxy cho dịch hỗn hợp (ít nhất là 2 mgO2/l). Việc cung cấp đủ oxy hoà tan còn có tác dụng làm phân giã các khối bông lớn do lắng đọng, tránh các điểm chết trong thiết bị phản ứng, nâng cao hiệu quả làm sạch và rút ngắn thời gian lưu của nước thải trong hệ thống xử lý. Hiệu xuất sử dụng oxy hoà tan còn phụ thuộc nhiệt độ xử lý, tính chất nước thải, tỷ số F/M ( Food/ Micoorganismes) là tỷ lệ giữa nguồn dinh dưỡng – chất hữu cơ và lượng sinh khối dùng để xử lý, tốc độ sinh trưởng, đặc tính sinh lý và đặc trưng của vi sinh vật. Để đảm bảo tốc độ oxy hoá, DO trong bể oxy hoá cần đạt giá trị 2 mg/l. 6, Các chất độc. Kiểm soát các chất độc có trong nước thải là một trong những yếu tố quan trọng để đảm bảo quá trình xử lý sinh học. Cần kiểm tra đảm bảo hàm lượng của chúng không vượt quá giới hạn cho phép. Kim loại nặng < 2 (mg/l), Phenol <140 (mg/l), Xianua <60 (mg/l) Một số thông số kiểm soát khi vận hành bể Aeroten Trong vận hành người ta thường điều chỉnh các tham số sau, tốc độ tuần hoàn của bùn hoạt tính, lượng bùn dư thải, hàm lượng MLSS, F/M. Hàm lượng MLSS trong bể aeroten thường dao động trong khoảng 1000mg/l - 10000mg/l. Các phân tích trong phòng thí nghiệm để giám sát quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính bao gồm nồng độ ôxy hoà tan, nồng độ hỗn hợp lỏng và chất rắn lơ lửng (MLSS), chỉ số thể tích bùn SVI, nồng độ BOD và chất rắn huyền phù ở dòng ra. Chỉ số thể tích bùn SVI: là thể tích bùn (ml) của 1 gam bùn khô. SVI thể hiện trạng thái hoạt động và độ lắng của bùn và được tính theo công thức. SVI = (ml/g) trong đó : MLSS: Hàm lượng bùn hoạt tính (mg/l). VL (ml): Thể tích lắng trong ống trong thời gian là 30 phút. Khi SVI < 80 (ml/g): Có hiện tượng rã bùn, nước không