Tiểu luận Nước thải của nhà máy bia

Nước thải của nhà máy bia I. Quy trình công nghệ sản xuất bia và các nguồn nước thải. Các nhà máy bia trân thế giới ngày nay đều dùng nguyên liệu là thóc malt (đại mạch nẩy mầm) khoảng 70% và các loại bột 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: 1) nấu - đường hoá: nấu bột và trộn với bột malt, cho thuỷ phân dịch bột thành đường, lọc bỏ bả các loại bột, bả hoa hublon. Nước thải của công đoạn này giàu các chất hidrocacbon, xenlulozơ, hêmĩnlulozơ, pentozơ trong vỏ trấu, các mảnh hạt và bột, các cọc vón…cùng với các xác hoa, một ít tanin, các chất đắng, chất màu. 2) Công đoạn lên men chính và lên men phụ: nước thải của công đoạn nảyats giàu xác men - chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin cùng với bia cặn. 3) Giai đoạn thành phẩm: lọc, bảo hoà CO2, chiết bock, đóng chai, hấp chai. Nước thải ở đây chứa bột chợ lọc lẩn xác men, lẩn bia chảy tràn ra ngoài… Nước thải nhà máy bia khoảng gấp 6 lần so với bia thành phẩm, bao gồm: - Nước lẩn bã malt và bột sau khi lấy dịch đường. Để trên sàn 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 500mg/l), cacbonat thấp. Nói trung nước thải các công đoạn sản xuất chứa nhiều các chất hữu cơ và có các chỉ số như sau: BOD5 Khoảng 1000mg/l nếu không kịp tách men, chỉ số này sẻ cao hơn rất nhiều COD/BOD 1.6-1 PH 5-11 Tải trọng BOD5 500kg/ngày (với xí nghiệp có công suất 16 triệu lít/năm, khoảng 80.000l/ngày) BOD5 cho một lít bia 6g Các chất hữu cơ (các hợp chất hidrocacbon, protein, axit hữu cơ cùng với các chất tẩy rửa) có nồng độ cao, nồng độ các chất rắn, thô hoặc kết lắng thấp. Nước thải rửa chai cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớn trong công nghệ sản xuất bia. Về nghiên lí, chai để đóng bia được rửa qua các bước: rửa với nước nóng, rửa bằng dung dịch kiềm loãng nóng (1-3% NaOH), tiếp đó rửa sạch bẩn và nhản 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 co giá trị pH kiềm tính. Kiểm tra nước thải từ các máy rửa chai đối với loại chai 0.5 l cho thấy mức độ ô nhiễm (bảng). Ô nhiểm nước thải từ máy rửa chai bia. Thông số Hàm lượng(mg/l) Thấp cao Trung bìng COD 810 4480 2490 BOD5 330 3850 1723 Nitơ NH+4 2.05 6.15 4.0 P tổng 7.9 32.0 12.8 Cu 0.11 2.0 0.52 Zn 0.20 0.54 0.35 AOX 0.10 0.23 0.17 PH=8.3 đến 11.2 Nước tiêu thụ để rửa 1 chai = 0.3 đến 0.5 lít Trong nước thải rửa chai có hàm lượng đồng và kẽm là do sử dụng loại nhản dán chai có in ấn bằng các loại thuốc in có chửa kim loại. Hiện nay loại nhãn dán chai có chứa kim loại đã bị cấm sử dụng ở nhiều nước. Trong nước thải có tồn tại AOX là do quá trình khử trùng có dùng chất khử là hợp chất của clo. II. Quy trình công nghệ sản xuất bia. Chuẩn bị nguyên liệu Nấu – đường hóa Lọc dịch đường Nấu hoa Tách bã Làm lạnh Lên men chính, phụ Lọc bia Bão hòa CO2 Chiết chai, lon Đóng nắp Thanh trùng Kiểm tra, dán nhãn, nhập kho Gạo Malt Nước mềm Hơi nước Nước cấp để rửa sàn thiết bị Enzim Hoa hublon Hơi nước Bã malt Bã malt Glicol hay nước đá Men giống Bã men Sục khí Hoạt hóa và dùng lại men Chất trợ lọc Bã lọc Nén CO2 Bia hơi Rửa chai Hơi Xút Chai Lon Nước thải Hơi nước Nước thải Sản phẩm Công nghệ sản xuất bia và các dòng thải Trong sản xuất bia, công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự khác nhau có thể chỉ là áp dụng phương pháp lên men nổi hay men chìm. Nhưng sự khác nhau cơ bản là vấn đề sử dụng nước cho quá trình rửa chai, lon, máy móc thiết bị, sàn nhà... Điều đó dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ô nhiễm của các nhà máy bia rất khác nhau. Ở các nhà máy bia có biện pháp tuần hoàn nước và công nghệ rửa tiết kiệm nước thì lượng nước thấp, như ở CHLB Đức, nước sử dụng và nước thải trong các nhà máy bia như sau: - Định mức nước cấp: 4 ÷ 8 m3/1000 lít bia; tải lượng nước thải: 2,5 ÷ 6 m3/lít bia; - Tải trọng BOD5: 3 ÷ 6 kg/1000 lít bia; tỉ lện BOD5: COD = 0,55 ÷ 0,7. - Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải như sau: BOD5 = 1100 đến 1500 mg/l; COD = 1800 đến 3000 mg/l; - Tổng nitơ: 30 đến 100 mg/l; tổng phospho: 10 đến 30 mg/l Với các biện pháp sử dụng nước hiệu quả nhất thì định mức nước thải của nhà máy bia không thể thấp hơn 2 đến 3 m3 cho 1000 lít bia sản phẩm. Trung bình lượng nước thải ở nhiều nhà máy bia lớn gấp 10 đến 20 lần lượng bia sản phẩm. Rosenwinkel đã đưa ra kết quả phân tích đặc tính nước thải của một số nhà máy bia: Bảng đặc tính nước thải của một số nhà máy bia: Thông số Đơn vị Nhà máy i Nhà máy II Nhà máy III từ... trung bình pH 5,7 ÷ 11,7 BOD5 mg/l 185 ÷ 2400 1220 775 1622 COD mg/l 310 ÷ 3500 1909 1220 2944 Nitơ tổng mg/l 48 ÷ 348 79,2 19,2 Phospho tổng mg/l 1,4 ÷ 9,09 4,3 7,6 Chất không tan mg/l 158 ÷ 1530 634 Tải lượng nước thải m3/1000 lít bia 3,2 Tải trọng ô nhiễm kg BOD5/1000 lít bia 3,5 Lưu lượng của dòng thải và đặc tính dòng thải trong công nghệ sản xuất bia, còn biến đổi theo chu kì và mùa sản xuất. Do đặc tính của nước thải công nghệ sản xuất bia có chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao ở trạng thái hòa tan và trạng thái lơ lửng, trong đó chủ yếu là hidratcacbon, protein và các axit hữu cơ, là các chất có khả năng phân hủy sinh học. Tỉ lệ giữa BOD5 và COD nằm trong khoảng tự 0,5 đến 0,7 nên chúng thích hợp với phương pháp xử lí sinh học. Tuy nhiên, trong những trường hợp thiếu các chất dinh dưỡng như nitơ và photpho cho quá trình phát triển của vi sinh vật, cần phải bổ sung kịp thời. Nước thải trước khi đưa vào xử lí sinh học cần qua sàng, lọc, để tách các tạp chất như giấy nhãn, nút bấc và các loại hạt rắn khác. Đối với dòng thải rửa chai có giá trị pH cao cần trung hòa bằng CO2 của quá trình lên men hay bằng khí thải nồi hơi. III) Xử lí nước thải ở nhà máy bia. 1) Xử lí sơ bộ nước thải Nước thải rửa chai, lọ và tec cần qua sàng tuyển để loại bỏ mảnh thủy tinh vỡ và nhãn giấy. Nước thải sản xuất hỗn hợp cần cho các bể tách dầu trước khi xử lí sinh học. Nước thải sản xuất và nước vệ sinh tâp trung vào một hệ thống được xử lí bằng sục một gia đoạn: nước làm lạnh và nước mưa thải vào nơi tiếp nhận không cần xử lí. Quy trình công nghệ xử lí nước thải của các nhà máy bia thường chọn phương pháp sinh học hiếu khí với kĩ thuật bùn hoạt tính. Sơ đồ xử lí sinh học nước thải sản xuất bia được trình bày ở hình sau. Song, nếu nước thải đặc sẽ phải qua xử lí sinh học 2 giai đoạn: kị khí và hiếu khí. AROTEN BỂ TẬP TRUNG BỂ CHỨA BÙN DƯ BƠM BÙN LẮNG BƠM 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 khoản 1000 m3 - Lưu lượng nước thải 500 m3/ngày - BOD5 trung bình 880 mg/lít - Tải trọng BOD5 1320 kg/ngày Giá các thông số làm việc của thiết bị theo các số liệu sau: Tải trọng BOD5 của nước 0.5g/m3.ngày Tải trọng BOD5của bùn 0.16kg/m3.ngày Bùn thừa 0.3-0.5kg/m3.ngày Chỉ số bùn 180ml/g - Bể lắng thứ cấp có các thông số sau: Dung tích làm việc 225 m2 Diện tích bề mặt 150 m2 Thời gian lưu Khoảng 11h Thường lượng bùn khô thu được sau bể lọc khoảng 4 kg/m3 - Nước thải sau khi xử lí có các giá trị sau: COD 50-70 mg/l BOD5 5-20 mgl Chất rắn sa lắng <0.1 mg/l PH 7.5-7.8 Clorit 40 mg/l Amon nitrat 0.4-2 mg/l Photpho vô cơ 0.2-8 mg/l 2) 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 nươc 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 (aroten) với tải lượng bùn (hay tỉ lệ thức ăn/vi sinh vật F/M) F/M = 0,05 – 0,1 kg BOD5/kg bùn/ngày và chỉ số bùn tới 270 ml/g. Do hàm lượng hữu cơ dạng hiđratcacbon cao, nếu thiếu chất dinh dưởng như nitơ và photpho thì quá trình sinh khối bùn dể 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 các lớp đệm bằng các hạt nhân tạo, gỗ…), loại này thường có tải trọng thể tích (kg BOD5 trong 1 đơn vị thể tích làm việc của thiết bị trong một ngày) từ 1,0 - 1,6 kgBOD5/m3. Ngày và tải trọng bùn F/M = 0,4 – 0,64 kg/m3/ngày. - Hồ sinh học hiếu khí: có thể gồm một hoặc nhiều hồ nối tiếp nhau hay song song được sục khí, vận hành với tải lượng tối đa từ 0.025-0.03 kg BOD5/m3.ngàyvà sau đó có bể lắng với thời gian lưu là 1 ngày. Đáy hồ phải được trống thấm và đòi hỏi diện tích lớn (100m2 cho 1000 lít bia sản phẩm trong 1 ngày). - Phương pháp kị khí được sử dụng để xử lí nước thải có lượng chất hửu cơ ô nhiểm cao (COD > 2000 mg/l), càng lớn càng tốt. Do phương pháp yếm khí có yêu điểm lượng bùn sinh ra ít, tiêu tốn ít năng lượng (không cần sục khí) và tạo ra khí metan có giá trị năng lượng nên nhiều nhà máy bia ở nước ngoài đã sử dụng phương pháp nàyđể 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 nhiểm trước khi đưa vào xử lí hiếu khí, kết hợp giửa phương pháp hiếu khi và kị khí. Thiết bị sinh học kị khí UASB dược xử dụng nhiều trong nhà máy bia ở Brazil, Hà Lan và Tây Ban Nha. COD ban đầu dòng khí thải đưa vào thiết bị UASB có giá trị từ 1500 - 4000mg/l. Thời gian phản ứng từ 2h - 10h. Hiệu suất khử COD của thiết bị UASB nhìn chung đạt 75%. Hình sau mô tả một ví dụ về hệ thống xử lí nước thải bằng phương pháp kết hợp giữa kị khí và hiếu khí của nhà máy sản xuất bia - nước giải khát Bavaria ở Lieshout - Hà Lan. Nước thải đưa vào xử lí gồm ba dòng: - Dòng 1: nước thải của xí nghiệp sản xuất bia: Q1=1.900m3 / ngày (38%);COD=1700mg/l;pH=10;t=270c. - Dòng 2: Nước thải của xí nghiệp sản xuất malt: Q2=16000m3/ngày(32%);COD=900mg/l;pH=6.5;t=130C. - Dòng 3: Nước thải của xí nghiệp nước giải khát: Q3=15000m3/ngày (30%); COD=1600mg/l; pH=10;t=300C. Dòng trong có đặc tính lưu lượng dao động trong ngày rất lớn: Qmax=250m3/h; giá trị COD dao động rất mạnh: CODmax = 1600mg/l; pH = 6-10. Nước thải ra của hệ thống này có COD = 50mg/l; cao nhất là 60mg/l. khí nước thải ^ ^ ^ 1 2 3 5 4 6 nước thải sau xử lí a a) Sơ đồ xử lí yếm khí – hiếu khí của nhà máy bia Lieshout, Hà Lan. Hệ thống xử lí bao gồm: 1. Bể chứa 1 dùng để điều hoà điều chỉnh pH, có dung tích V = 3000m3. 2. Bể axit hoá 2 có dung tích 1500 m3; 3. Bể yếm khí UASB 3 có dung tích 1400 m3; thời gian phản ứng 5 – 6 h. 4. Bể ổn định tiếp xúc 4 có dung tích 200 m3; 5. Bể xục khí (aeroten) 5 có dung tích 10800 m3; 6. Bể lắng thứ cấp 6 có dung tích 1400 m3; Nước thải từ bể axit được tuần hoàn một phần về bể chứa, một mặt có tác dụng tăng hiệu suất quá trình axit hoá mặt khác ổn định độ pH của nước thải. b) Hệ thống xử lí nước thải của nhà máy bia NaDa Nam Định THUYẾT MINH SƠ ĐỒ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY: Nước thải dồn về giếng, qua song chắn rác 0 về bể lắng cát 1, qua song chắn rác 2 về bể điều hoà. Rác, bã bia nổi thường xuyên được vớt và vận chuyển về khu chứa rác thải của nhà máy, cát lắng được vét định kỳ. Tại bể điều hoà 3 không khí được thổi vào qua các đĩa thổi khí để trộn đều nước thải, cung cấp oxy sơ bộ cho quá trình xử lý. Thời gian lưu của nước thải trong bể điều hoà là 3 h. Nước thải được các bơm chìm bơm liên tục về bể Aeroten 4. Tại đây nước thải được xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính, các vi sinh vật kết tụ với nhau thành dạng bông, sẽ hấp thụ chất hữu cơ có trong nước thải. Không khí được thổi từ các đĩa thổi khí, cung cấp lượng oxy cần thiết cho sự hô hấp của các vi sinh vật. Cường độ thổi khí là 10m3/m2.h, đảm bảo đủ oxy cho quá trình xử lý đồng thời không làm biến dạng kết cấu của bông bùn hoạt tính. Nồng độ oxy yêu cầu trong bể là trên 4mg/l, sau quá trình xử lý, nồng độ oxy là trên 2 mg/l. Nhờ quá trình hấp thụ và oxy hoá chất hữu cơ của bùn hoạt tính, BOD5 của nước thải giảm từ 750 mg/l xuống còn 50 mg/l. Hỗn hợp nước thải và bùn chuyển sang bể lắng thứ hai 5. Bể được sắp xếp các tấm phẳng song song để tăng hiệu suất lắng. Bể lắng có hiệu suất cao do giữ được chế độ chảy tầng của nước trong bể. Sau khi lắng nước thải thoả mãn tiêu chẩn quy định của TCVN 5945 - 1995, và được xả ra hệ thống thoát nước chung. Váng, bọt trên bể aeroten và bể lắng theo ống thu chất nổi về bể ủ bùn. Hệ thống bể aeroten-bể lắng có hai đơn nguyên, công suất mỗi đơn nguyên là 400 m3/ngày, tuỳ vào lưu lượng nước thải mà cho một hay hai đơn nguyên hoạt động. Bơm bùn hoạt động đưa bùn tuần hoàn từ đáy bể lắng về bể điều hoà và bể aeroten với lưu lượng 15 m3/h. Bùn hoạt tính dư được xả xuống bể ủ bùn. Nước bùn tràn từ bể ủ bùn vào bể diều hoà để xử lý lại. Bùn dư tại bể ủ bùn được các vi sinh vật yếm khí phân huỷ, sau khoảng 6 tháng, bùn cặn chín được hút ,vận chuyển ra bãi chôn lấp của thành phố. Điều kiện hoạt động của hệ thống xử lý nước thải được theo dõi bằng các thiết bị đo pH và oxy hoà tan. Các công trình hiếu khí hoạt động liên tục không có mùi hôi, các công trình kỵ khí được đậy kín nên không có khả năng bốc mùi hôi. Khi mưa to, song chắn 0 được mở ra để tiêu thoát nước mưa ra cống thoát nước trong khu vực, trạm xử lý nước thải vẫn hoạt động bình thường nhưng với tải lượng hữu cơ thấp. Các công trình chính được vận hành tự động. Hệ thống điều khiển từ xa bố trí trong nhà điều hành theo dõi được sự hoạt động của các công trình. Chế độ hoạt động của các công trình được duy trì ổn định nhờ các thiết bị kiểm tra, hiển thị tự động. CÁC YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI: - Quá trình xử lý không cần bổ sung hoá chất thường xuyên. - Trạm phải hoạt dộng liên tục. - Bùn hoạt tính ban đầu được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm trên mầm bùn lấy từ trạm xử lý nước thải của nhà máy bia khác, sau đó sẽ đưa vào bể aeroten. - Các thông số kiểm tra thường xuyên: pH, hàm lượng oxy, BOD5, liều lượng bùn. - Hạn chế đến mức tối đa ảnh hưởng của mùi nước thải đến môi trường xung quanh. CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI: - Lưu lượng nước thải lớn nhất: Qmax = 810 m3/ngày - Lưu lượng nước thải trung bình: Qtb = 670 m3/ngày - Tải lượng BOD5: 600 kg/ngày - Thời gian điều hoà nước thải: tđh = 4 h - Thời gian thổi khí: ttk = 2,3 h - Liều lượng bùn hoạt tính trong bể aeroten: 4,5 g/l - Thời gian lắng đợt hai: 1,5 h CÁC CÔNG TRÌNH CHÍNH CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI: Diện tích xây dựng của trạm: 90 m2. 1. Giếng thu nước thải kết hợp với phai chắn rác: Xây bằng gạch, phai chắn rác chế tạo bằng thép Chức năng: tách nước thải về trạm xử lý và ngăn không cho nước mưa vào nhà máy khi bơm. 2. Bể lắng cát: Xây bằng gạch, dài 5 m Chức năng: lắng cát và các tạp chất trước khi đưa nước đi xử lý 3. Song chắn rác: Chế tạo bằng thép inox. Chức năng: tách rác nổi và bã bia trong nước thải trước khi đưa về bể điều hoà. 4. Bể điều hoà: Xây bằng bê tông cốt thép, thể tích 125 m3, lắp các đĩa phân phối khí để trộn đều nước thải và cung cấp sơ bộ oxy, các máy bơm chìm để bơm nước thải sang bể aeroten. Chức năng: Thu và điều hoà nước thải, tập trung và bơm nước mưa trong trường hợp cần thiết. 5. Bể aeroten: Chế tạo bằng thép, 2 bể, thể tích 2´80 m3 trong đó lắp các đĩa phân phối khí, các thiết bị kiểm tra pH và hàm lượng oxy trong bể. Chức năng: xử lý sinh học cưỡng bức bằng phương pháp hiếu khí. 6. Bể lắng đợt hai: Chế tạo băng thép, 2 bể, thể tích 2´60 m, lắp đặt các tấm phẳng song song để tăng cường hiệu suất lắng, mỗi bể có một máy bơm bùn hoạt tính tuần hoàn về bể aeroten. Chức năng: tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải. 7. Bể ủ bùn: Xây bằng bê tông cốt thép, thể tích 36 m3. Chức năng: chứa và xử lý yếm khí bùn hoạt tính dư. 8. Phòng điều hành: Xây bằng gạch, mái lợp tôn kẽm, diện tích 8 m2. Chức năng: Theo dõi, vận hành các công trình xử lý nước thải. CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI: TT Thiết bị Số lượng Đặc điểm 1 Song chắn rác 1 Chế tạo bằng inox, khe hở 14 mm 2 Đĩa phân phối khí 90 Màng cao su xốp có tính đàn hồi cao đường kính 200 - 250 mm, lưu lượng 5-6 m3/h 3 Máy bơm nước thải 2 Bơm chìm, chịu được hoá chất, khe hở bánh răng công tác lớn Công suất 1,5 kW Năng suất 20 - 24 m3/h Chiều cao 10 - 12 m 4 Máy thổi khí 3 Năng suất 18 kg oxy/h Công suất 5,5 kW 5 Thiết bị tự động đo pH 1 6 Thiết bị đo oxy 1 7 Máy bơm bùn 2 Bơm đặt cạn, công suất 0,75 kW 8 Hệ thống điều khiển tự động 1 9 Bộ lắng trong bể lắng thứ hai 2 Tấm phẳng, chế tạo bằng inox KẾT LUẬN: Phương pháp xử lý hiếu khí nước thải nhà máy bia có ưu điểm là nhanh chóng, hiệu suất cao, không gây mùi hôi cho không gian sản xuất. Hệ thống tự động nên tốn ít nhân công vận hành hệ thống.