Nước thải công nghệ sản xuất bia bao gồm: - Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như không bị ô nhiễm, có khả năng tuần hoàn sử dụng lại. - Nước thải từ bộ phận nấu - đường hoá, chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu, bể chứa, sàn nhà … nên chứa bã malt, tinh bột, bã hoa, các chất hữu cơ, … - Nước thải từ hầm lên men là nước vệ sinh các thiết bị lên men, thùng chứa, đường ống, sàn nhà, xưởng, … có chứa bã men và chất hữu cơ. - Nước thải rửa chai, đây cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớn trong công nghệ sản xuất bia. Về nguyên lý để đóng chai thì phải 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 và nhãn bên ngoài chai và cuối cùng là phun kiềm nóng rửa bên trong và 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 vào làm cho dòng thải chung có giá trị pH kiềm tính. Kiểm tra nước thải từ các máy rửa chai đối với loại chai 0,5 lit cho thấy mức độ ô nhiễm như trong bảng 2: Bảng 2: Ô nhiễm nước thải từ nhà máy bia Thông số COD BOD5 Nitơ NH 4+ P tổng Cu Zn AOX Hàm lượng, mg/l Thấp Cao 810 4480 330 3850 2,05 6,15 7,9 32,0 0,11 2,0 0,20 0,54 0,10 0,23 pH = 8,3 đến 11,2 Trung bình 2490 1723 4,0 12,8 0,52 0,35 0,17 Nước tiêu thụ để rửa 1 chai = 0,3 đến 0,5lit Trong nước thải rửa chia có hàm lượng đồng và kẽm là do sử dụng loại nhãn dán chia có in ấn bằng các loại thuốc in có chứa kim loại. Hiện nay, loại nhãn dán chia có chứa kim loại đã bị cấm sử dụng ở nhiều nước. Trong nước thải có tồn tại AOX là do trong quá trình khử trùng có dung chất khử là hợp chất của clo. Trong sản xuất bia, công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự khác nhau có thể chỉ là sử dụng phưong pháp lên men chìm hay nổi. 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 nhễm của các 13 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. Số liệu trung bình của những thông số ô nhiễm như sau: - Lượng nước cấp cho 1000 lít bia là 4 – 8 m3 - Nước thải tính từ sản xuất 1000 lít bia thường là 2,5 – 6 m 3 hiện tại có thể lên tới 10m3 - Tải trọng BOD5 là 3 – 6 kg/1000 lít bia - Tỷ lệ BOD5/COD là 0,55 – 0,8 - Hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải như sau:  BOD5: 1100 – 1500 mg/l  COD : 1800 – 3000 mg/l  Tổng Nitơ : 30 – 100 mg/l  Tổng Photpho : 4,9 – 9 mg/l Chương III: Lựa chọn phương án xử lý nước thải nhà máy bia III.1. Lựa chọn phương pháp xử lý Lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải cho các nhà máy công nghiệp thực phẩm nói chung và nhà máy bia nói riêng là một bài toán kinh tế, kỹ thuật phụ thuộc vào nhiều yếu tố: ▪ Lưu lượng và đặc trưng của nước thải. 14 ▪ Yêu cầu nước thải sau xử lý . ▪ Diện tích và vị trí đất đai sử dụng để xây dựng trạm xử lý nước thải. ▪ Điều kiện kinh tế và kỹ thuật. Như vậy, từ sự phân tích đặc tính nước thải của nhà máy sản xuất bia ta thấy nguồn nước thải phát sinh từ nhà máy có nguồn gốc, thành phần và tính chất khác nhau, được phát sinh từ nước làm mát, nước ngưng, nước vệ sinh các thiết bị nấu, lọc, lên men, nước rửa sàn, nhà xưởng, nước rửa chai, téc chứa… Nước thải của nhà máy bia nói chung chứa hàm lượng chất hữu cơ cao ở trạng thái hoà tan và trạng thái lơ lửng, chủ yếu là các hiđratcacbon, protêin, các axit hữu cơ, là các chất có khả năng phân huỷ sinh học gây mùi hôi thối, lắng cặn, giảm nồng độ oxy hoà tan trong nước nguồn khi tiếp nhận chúng. Mặt khác, các muối nitơ, phốtpho trong nước thải bia dễ gây hiện tượng phú dưỡng cho các thuỷ vực; tỷ lệ BOD5/COD = 0,5 – 0,7 thích hợp với xử lý bằng biện pháp sinh học. Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học gồm xử lý sinh học hiếu khí và xử lý sinh học yếm khí. Xử lý sinh học bằng vi sinh hiếu khí (phương pháp sử dụng bùn hoạt tính) thường chỉ thích hợp cho xử lý nước thải có nồng độ COD, BOD5 thấp (BOD5 2000 mg/l). Với thành phần ô nhiễm như đã lựa chọn thì không thể xử lý trực tiếp bằng phương pháp sinh học hiếu khí được. Tuy nhiên, nếu chỉ xử lý bằng phương pháp sinh học yếm khí thì nước thải sau xử lý không đạt tiêu chuẩn thải (QCVN 24 – 2009 cột A, cột B) do quá trình phân huỷ yếm khí không triệt để vì hiệu suất xử lý yếm khí cao nhất cũng chỉ đạt 70 – 85%. Vì vậy, sau phân huỷ yếm khí thường có hệ thống phân huỷ hiếu khí để xử lý triệt để các chất ô nhiễm còn lại. Do đó, trong đồ án này chọn phương pháp xử lý sinh học yếm khí kết hợp hiếu khí để xử lý nước thải nhà máy bia. Việc lựa chọn xử lý yếm khí kết hợp hiếu khí là vì: Nước thải của nhà máy bia với thành phần đã lựa chọn có mức độ ô nhiễm lớn do đó xử lý yếm khí nhằm giảm mức độ ô nhiễm trước khi đưa vào xử lý hiếu khí, vừa giảm được thể tích bể hiếu khí vừa giảm được thể tích bùn sinh ra, thu hồi năng lượng dưới dạng biogas, giảm tiêu thụ điện năng cho việc cấp khí… 15 III.2. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải đã được lựa chọn Thuyết minh 1. Song chắn rác Nước thải sản xuất từ các phân xưởng sản xuất và nước rửa chai, theo đường mương dẫn chảy về khu xử lý. Phần nước xút rửa chai sẽ được thải từ từ vào hệ thống, không làm cho pH nước thải tăng. Bể điều hòa được xây dựng trong cùng mặt bằng của khu xử lý. Nước thải trước khi đi vào bể điều hòa, phần rác thô có kích thước lớn sẽ được giữ lại tại song chắn rác thô đặt nghiêng 600 ở ngăn tách rác. Rác tách ra sẽ được công nhân vận hành gom vào thùng chứa và mang đi đổ nơi qui định của nhà máy. Nước thải từ bể điều hòa được bơm lên bể cân bằng nhờ 2 bơm chìm (1 bơm dự phòng hoặc hoạt động đồng thời). Các bơm vận hành hoàn toàn tự động nhờ hệ thống điều khiển. Nước thải 2. Bể lắng Nước thải từ bể điều hòa được bơm lên bể lắng. Tại đây, hàm lượng chất rắn lơ Thùng rác lửng SS, BOD, COD giảm rác Song chắn xuống nhằm giảm tải và đảm bảo điều kiện đầu vào cho các công trình xử lý sinh học phía sau. Dinh Nước thải sau khi qua bể lắng được Sục khí bơm sang bể xử lý yếm khí UASB. Bùn dưỡng Bể điều hòa lắng ở đáy bể được đưa sang bể chứa bùn. 3. Xử Điều lý sinh học yếm khí (UASB) Bơm chỉnhbể UASB nước thải sẽ được phân phối đều trên diện tích đáy bể qua hệ Tại pH thống ống phân phối có đục lỗ. Nhờ hỗn hợp bùn yếm khí trong bể mà các chất hữu cơ Bể lắng I hoà tan trong nước được hấp thụ, phân huỷ và chuyển hoá thành khí (khoảng 70- 80 % Thu khí là CH4, 20-30% là CO2). Bọt khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên trên làm xáo trộn sinh Bể chứa bùn Bể UASB gây họcdòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng. Khi hạt cặn nổi lên gặp tấm chắn ra khí, khí sẽ được thoát lên trên và được thu vào hệ thống thu khí mêtan ở phía trên xử thành bể còn cặn rơi xuống dưới. Hỗn hợp bùn nước đã tách khí đi vào ngăn lắng. Tạilý làm Sục khí Bể nén bùn Bể SBR Máy ép bùn phân bón đây bùn lắng xuống dưới đáy qua cửa phân phối tuần hoàn lại vùng phản ứng yếm khí, Bơm phần bùn dư sẽ được đưa sang bể chứa bùn. Nước thải ra khỏi bể UASB có hàm lượng Decanter chất hữu cơ tương đối thấp được chảy tràn qua bể SBR thông qua máng thu nước. Bể khử trùng Hóa chất Nước sau xử lý, ra cống thoát 16 Ghi chú: đường nước thải đường rác đường khí đường bùn 4. Bể xử lý sinh học hiếu khí theo mẻ (SBR) Từ bể UASB, nước thải chảy từng mẻ vào bể SBR qua tuyến ống có lắp van điện để điều khiển tự động. Giai đoạn xử lý sinh học hiếu khí chính xảy ra tại đây. Quá trình oxy hóa chất bẩn thực hiện nhờ bùn hoạt tính hiếu khí. Bùn hoạt tính hiếu khí là tập hợp các vi sinh vật có khả năng oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải thành CO2, nước và các chất vô cơ khác. Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và để cung cấp đủ oxy cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ, dưới đáy mỗi bể có lắp hệ 17 thống phân phối khí. Để vi sinh vật phân hủy hết các chất hữu cơ có trong nước thải thì thể tích bể sinh học phải lớn và thời gian lưu lại trong bể đủ dài. Hiệu quả xử lý tại bể SBR phụ thuộc vào các yếu tố sau: Thành phần các chất trong nước thải, pH, hàm lượng oxy, lượng bùn, trạng thái hoạt tính của bùn… Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật hiếu khí, nhu cầu không thể thiếu được là oxy. Để vi sinh vật hoạt động tốt, lượng oxy hòa tan trong nước ở bể sinh học ít nhất phải đạt 2 – 4 mg/l. Tùy theo nhiệt độ của môi trường mà lượng oxy trong nước có khác nhau. Lượng oxy được cung cấp ở đây là nguồn oxy không khí thông qua thiết bị cấp khí và ở đáy bể có lắp một dàn ống khuếch tán khí. Nước thải lưu lại trong bể SBR và hầu hết các chất hữu cơ đều được phân hủy; hàm lượng BOD giảm và hàm lượng các thông số khác đạt tiêu chuẩn yêu cầu của nước thải sau xử lý (QCVN 24 – 2009 loại B). Tuy nhiên, trong nước thải vẫn còn chứa một lượng lớn bùn hoạt tính cần được tách ra khỏi nước thải trước khi thải ra môi trường. Vì vậy, nước thải sau chu kỳ sục khí sẽ được để yên nhằm lắng tách bùn. Phần nước trong sẽ được gạn ra khỏi nhờ thiết bị gạn nước bề mặt Decanter sau đó đi vào bể khử trùng. Phần bùn lắng sẽ tham gia vào chu trình xử lý mới, lượng bùn dư sẽ được bơm qua bể nén bùn và tiếp tục xử lý. Quá trình hoạt động của hệ thống từ lúc nước thải vào đến khi ra khỏi bể SBR được điều khiển hoàn toàn tự động từ trung tâm điều khiển. (quá trình này cũng có thể vận hàng bằng tay). 5. Khử trùng Nước thải sau khi qua bể SBR và được lắng gạn trong đã đạt một số tiêu chuẩn của nước thải nhưng trong nước thải vẫn còn chứa vi sinh vật và mầm bệnh. Vì vậy, để đảm bảo an toàn, nước thải cần được khử trùng trước khi thải vào môi trường. Để đảm bảo thời gian tiếp xúc giữa nước thải với clo hoạt tính, thể tích của bể khử trùng phải đủ lớn để nước thải lưu lại trong bể khử trùng tối thiểu là 30 – 45 phút. Hiệu quả và kinh tế nhất là khử trùng bằng dung dịch hypoclorit. Nồng độ clo hoạt tính sử dụng để khử trùng nước thải sau xử lý thông thường là 4 – 5ppm. Quá trình cung cấp clo được thực hiện nhờ 2 bơm định lượng (1 dự phòng) và 1 mixer hòa trộn. Bơm định lượng hypoclorit được điều khiển bằng tín hiệu của thiết bị decanter lấy nước ra từ bể SBR. 6. Bể chứa bùn yếm khí và bể nén bùn hiếu khí 18