Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia công suất 50 triệu lit năm

Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

MỞ ĐẦU
Môi trường sống chung quanh ta đang cạn kiệt, trái đất đang kêu gọi sự bảo
vệ của toàn thể nhân loại vì vậy, ngoài vấn đề bảo vệ và sử dụng hợp lý tài
nguyên thiên nhiên thì việc xử lý các chất thải do con người tạo ra là rất cấp
thiết.
Cùng với nhiệp độ phát triển mạnh mẽ của thế giới và khu vực, nền công
nghiệp của Việt Nam cũng đang phát triển không ngừng, kinh tế phát triển,
thu nhập tăng cao, đời sống của người dân dần phát triển. Kèm theo những
thành tựu đã đạt được là vấn đề ô nhiễm môi trường, việc cung cấp nước
sạch, việc thải bỏ và xử lý nước bị ô nhiễm trước khi đổ vào nguồn tiếp nhận
là vấn đề bức xúc của người dân. Ngành sản xuất rượu bia ở nước ta cũng
không ngoại lệ, với đặc điểm là một trong những ngành có lượng nước thải
lớn và hàm lượng ô nhiễm cao nếu không được xử lý thì sẽ gây ô nhiễm năng
GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

1


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

nề cho nguồn tiếp nhận và môi trường sống xung quanh. Vì vậy, việc xử lý
nước thải bia được quan tâm giải quyết.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH BIA
Ι.1.Giới thiệu sơ lược

- Bia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niên
đại ít nhất là từ thiên niên kỷ 5 TCN
Bia nói một cách tổng thể là một loại đồ uống chứa cồn được sản xuất bằng
quá trình lên men đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được
chưng cất sau khi lên men. Dung dịch đường không bị lên men thu được từ
quá trình ngâm nước gọi là hẻm bia hay “nước ủ bia” .
- Hiện nay nhu cầu bia trên thế giới cũng như ở việt nam rất lớn vì nó là
loại nước uống mát, bổ và đặc biệt có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát
……do đó dẫn đến việc hình thành hàng loạt các doanh nghiệp ,cơ sở sản
xuất bia với 2 dạng công nghệ và thiết bị chủ yếu trong quá trình sản xuất:
GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

2


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

công nghệ thiết bị hiện đại và công nghệ thiết bị sản xuất cổ điển cùng theo
sự xuất hiện của nhiều nhà máy sản xuất bia thì các loại chất thải ra trong
qui trình sản xuất bia cũng không ngừng tăng lên gây ô nhiềm nặng nề đối
với môi trường vì vậy việc thiết kế các hệ thống xử lý nước thải trong
nghành sản xuất bia là một trong những vấn đề tất yếu không thể thiếu cho
việc bảo vệ môi trường cùng với các hoạt động thiết thực đối với môi
trường sẽ đảm bao sự phát triển bền vững cũa xã hội loài người.
Ι.2.Qui trình sản xuất của nhà máy bia.
Ι.2.1 Nguyên liệu chính.
Bia được sản xuất từ : Matl ( đại mạch nảy mầm ) ,gạo tẻ, hoa houblon,
nước, nấm men. Hiện nay, nguyên liệu chính để sản xuất bia là matl đại

mạch và houblon đều phải nhập ngoại ( 60%-70%).
Ι.2.2 Quy trình công nghệ sản xuất bia
1. Chuẩn bị nguyên liệu

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

3


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN
Nước mềm

Malt

Gạo

Lò hơi
Chuẩn bị nguyên liệu
Nấu – đường hóa

Hơi nước
Phụ gia

Lọc dịch đường
Hoa houblon

Bã malt

Nấu hoa Houblon

Hơi nước

Lọc, tách bã

Bã hoa+ malt

Làm lạnh
Rửa men
giống

Men giống

Lên men chính, phụ

Bã men

Phục hồi
men
Chất trợ lọc
Hơi

Rửa chai

Nén CO2
Lọc trong bia

Xút

Bão hòa CO2
chai

Sục khí

Bã lọc
Bia hơi

Chiết bia
Đóng nắp

Hơi nước

Thanh trùng

Kiểm tra-dán nhãn-nhập kho

Hình 1: Công nghệ sản xuất bia cùng theo dòng thải.

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

Sản phẩm
Nước thải

4


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

Nguyên liệu được chuyển vào kho bảo quản của nhà máy theo số lượng mẻ
nấu mỗi ca về tập kết tại phân xưởng nấu. Malt và gạo được xay nghiền nhỏ
đến kích thước tiêu chuẩn.
Thiết bị dùng để nghiền malt là máy nghiền trục hoặc nghiền búa.
2.Nấu .
Là quá trình phá vỡ các màng tinh bột, thực hiện quá trình thủy phân với
điều kiện p = 2-3atm ,t0 = 110 -1300C
3.Đường hóa .
Chuyển tinh bột về đường ( gống như trong sản xuất rượu, cho enzim để
chuyển hóa tinh bột. Trong sản xuất bia ,không cần cho enzim vì trong malt
đã có sẵn enzim ) ở điều kiện: t0 = 600C, t = 30phút ( 1 mẻ).
4. Lọc dịch đường, nấu hoa, lắng cặn, làm lạnh.
Dịch đường được bổ sung hoa houblon và nâng nhiệt độ lên 100 0C. Bã lọc
được rửa bằng nước nóng ở nhiệt độ 75- 80 0C. Sau nấu hoa, dịch đường
được bơm sang thùng xoáy lốc để tách bà hoa và cặn lắng. Sau đó được làm
lạnh nhanh để hạ nhiệt độ xuống 8-100C và được bổ sung oxy với lượng 30
– 35 ml khí /lit dịch ( tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển ) rồi
chuyển vào thiết bị len men.
5. Quá trình lên men .
Đây là quá trình quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia, thực chất
đây là quá trình lên men rượu :
men

C6H12O6

C2H5OH + CO2

Điều kiện lên men :+ ở nhiệt độ thấp :5-100C
+ Thời gian dài: 2 ngày (bia ngắn ngày) – 60 ngày, thời gian lên men

càng dài, chất lượng bia càng cao.
Có hai phương pháp lên men : lên men nổi ( 10-14 0C) và lên men chìm ( 5100C):
GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

5


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

lên men chính: Thường 1– 2 ngày, nhiệt độ duy trì trong giai đoạn lên men
chính từ 8 – 100C. khi lên men, nhiệt độ của dịch đường trong thùng tăng
lên cho phép lên đến 14-160C với áp suất khống chế ở mức 1,3-1,5bar. Ở
giai đoạn này, tận thu men chính có chất lượng tốt đê cấp men giống.
Lên men phụ (tàng trữ): nhiệt độ 5 -10 0C, thời gian:20 – 50 ngày để trong
thùng, số ngày tàng trữ càng lớn, chất lượng bia càng tốt. Chuyển hóa được
triệt để đường thành rượu. Hai giai đoạn có thê tiến hành 1 hoặc 2 thiết bị.
6. Lọc bia.
Mục đích của quá trình lọc bia là tách các hạt cặn, tạp chất còn sót lại trong
bia, làm tăng độ trong của bia và làm tăng thời gian bảo quản.Thiết bị lọc
có thể là lọc khung bản với chất trợ lọc là diatomit.
7.Bão hòa CO2 và chiết bia .
Từ thùng chứa bia trong, bia có thể được bão hòa thêm CO2 với lượng nhât
định ( có tác dung giải khát ) rồi đưa đi chiết chai, chiết bom hoặc đóng lon
Bao bì được rửa ,sau đó chiết, đóng nắp, thanh trùng, kiểm tra, dán nhãn,
đóng két và xuất xưởng.
Ι.3. Các dạng chất thải trong sản xuất bia.
1. Khí thải .
- CO2 từ các thùng lên men – khá sạch ( là CO2 thực phẩm )

thu hôi

- Các chất khí và bụi ô nhiễm phát sinh chủ yếu do đốt nhiên liệu than ,dầu
ở lò hơi gồm - - SO2, NOx, CO2, CO, bụi than …
xử lý bằng xyclon
bụi sau đó hấp phụ .
- Bụi từ khâu xay, nghiền nguyên liệu có thể khắc phục bằng cách sử dụng
phương pháp xay ướt, lọc bằng túi vải hoặc bao che kín hệ thống nghiền và
tải liệu.
- Ngoài ra các khí NH3, Freon ..có thể sinh ra khi hệ thống máy lạnh bị rò rỉ
Nồng độ (mg/m3)
GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

6


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

Chất ô nhiễm
Nồi hơi than

Nồi hơi dầu

Bụi, khói

420 - 620

10.9 – 11.4

SO2

210.8 – 647.4

925 – 2078

NOx

225 - 305

148 – 242

CO

12 – 22.1
Bảng 1: Nồng độ các chất ô nhiễm từ nồi hơi [8]

2.chất thải rắn.
Chất ô nhiễm

Đơn vị

Lượng

Bã hèm

kg

21-27

Nấm men

kg

3 -4

Vỏ chai vỡ

Chai

0.9

Bùn hoạt tính

kg

0.3 – 0.4

Nhãn, giấy

kg

1.5

Bột trợ lọc

kg

0.2 – 0.5

Bảng 2 : Lượng chất thải rắn phát sinh khi sản xuất 1 lit bia[8]
- Xỉ than ( lò hơi): sản xuất vật liệu xây dựng, làm đường, xây dựng.
- Bã bia, bã men : làm thức ăn gia súc dưới dạng sinh khối.
Nếu men bia chất lượng tốt (chứa vitamin và đạm rất nhiều ): sử dụng 30%
làm men giống còn lại làm thức ăn gia súc
- Bã lọc bia: chủ yếu chứa chất trợ lọc
- Chon, lon hỏng, vỏ đựng , hộp giấy

phân bón, chôn lấp .
tận thu, tái chế.

3. Nước thải:
GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

7


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

Là dạng chất thải chủ yếu gây ô nhiễm chính trong sản xuất bia.
Nước làm mát : cho máy lạnh, làm lạnh dịch bia
Nước ngưng tụ trong nấu bia
Dung dịch tẩy rửa : xút, axit hữu cơ có tác dung tẩy .
Nước rửa các thùng lên men, chai như CIP
Nước vệ sinh thiết bị, nhà xưởng: đây là lượng lớn nhất .
Nước thải là nguồn thải đáng luu ý trong nghành sản xuất bia. Công nghệ

sản xuất bia sử dụng một lượng nước lớn và thải ra một lượng nuớc thải
đáng kể. Lượng nước thải thải ra gấp 10 -20 lần lượng bia thành phẩm.
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
ΙΙ.1 Đặc trưng của nước thải nhà máy bia.
ΙΙ1.1 Các nguồn phát sinh và đặc tính của nước thải
- Trong sản xuất bia, nước thải là dạng chất thải chủ yếu gây ô nhiễm trong
sản xuất và được phân thành ba loại:
- Nước thải coi như sạch: Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước
thải ít hoặc gần như không gây ô nhiễm nên có khả năng tuần hoàn sử dụng
lại.
- Nước thải từ công đoạn sản xuất: là nước thải có độ ô nhiễm hữu cơ cao
do đặc trưng nguyên liệu đầu vào chủ yếu là gạo và malt. Hầu như tất cả
các công đoạn sản xuất đều sinh nước thải.
- Nước từ công đoạn rửa từ bộ phận nấu – đường hóa, chủ yếu là nước vệ
sinh thùng nấu, bể chứa, bồn lên men… có chứa nhiều cặn malt, tinh bột,
bã hoa và các hợp chất hưu cơ carbonat do vậy có hàm lượng ô nhiễm hưu
cơ cao.
- Công đoạn chiết chai dịch bia rớt trong quá trình chiết.

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

8


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

- Nước rửa chai là một trong những dòng thải có hàm lương ô nhiễm lớn
trong sản xuất bia. Ngoài ra, nước thải từ quá trình rửa chai có độ pH cao.

- Nước sinh hoạt: nước do công nhân sử dụng và thải ra.
- Nước chảy tràn trên bề mặt: lượng nước này chủ yếu là nước mưa, có lưu
lượng lớn vào mùa mưa, còn vào mùa khô thì không đáng kể.Đặc trưng của
nước thải này là cuốn theo các chất rơi vãi trên bề mặt nhà máy. Nhìn
chung ham lượng ô nhiễm các chất hưũ cơ hòa tan là nhỏ.
- Lượng nước thải lớn khoảng 7-10 m3/1000 l bia thành phẩm
Thông số

Đơn vị

pH

Mức hiện tại ở Việt Nam
6-9

BOD5

mg/l

900-1400

COD

mg/l

1700-2200

SS

mg/l

500-600

Tổng N

mg/l

30

Tổng P

mg/l

22-25

NH4+

mg/l

13-16

Bảng 3: Các thông số đặc trưng của nước thải bia [8]
ΙΙ .1.2. Phương án giảm thiểu lượng nước thải
Tái sử dụng nước thải
- Nước làm mát cho máy lạnh, làm lạnh dịch bia có thể giải nhiệt, tuần
hoàn.
- Nước ngưng tụ trong nấu bia có thể thu hồi cấp lại cho nồi hơi(do nước
ngưng còn ở nhiệt độ cao. Đây là nước mềm, không chứa ion Ca 2+,
Mg2+
đóng cặn thành thiết bị ).

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

9


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

Nước rửa các thùng lên men xử lý bằng phương pháp lọc, bổ xung thêm
hóa chất để tái sử dụng
 Phân luồng dòng thải
- Dòng 1 : Nước làm lanh trong các thiết bị, tháp giải nhiệt của hệ thống
lạnh, nước ngưng ở các nồi nấu… Đây là nguồn nước quy ước sạch
- Dòng 2 : Nước thải sinh hoạt, được quy thành nước thải xám và nước thải
đen. Trong đó nước thải xám là nước thải phát sinh từ các hoạt động nấu
ăn, tắm rửa, giặt giũ. Nước thải đen là nước thải sinh ra trong việc xả bồn
cầu tại các khu vệ sinh. Nước thải đen bắt buột xử lý trước khi xả vào hệ
thống xử lý nước thải chung.
- Dòng 3 : Nước thải sản xuất là dòng thải lớn từ các công đoạn sản xuất.
Dòng thải này có hàm lượng ô nhiễm hữu cơ cao nên cần phải xử lý triệt
để.
 Áp dụng sản xuất sạch hơn
- Giảm thiểu lượng nước sử dụng: tuyên truyền, huấn luyện cho công nhân
về cách sử dụng nước tiết kiệm và lợi ích của việc tiết kiệm nước.Sử dụng
đúng mức lượng nước để rửa thiết bị, nhà xưởng, nước vệ sinh…
- Thay đổi các công nghệ cũ bằng các công nghệ mới ít gây ô nhiễm hơn
+ Tránh việc nước rò rỉ thiết bị đổ ra ngoài
+ Tái sử dụng, tái chế các nguồn nước thích hợp

ΙΙ .2 Lựa chọn dây chuyền xử lý nước thải cho nhà máy.
- Khi chọn một công nghệ xử lý nước thải 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 được.
• Tiêu chuẩn đầu ra của nước thải.
GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

10


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

• 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.
Dựa vào đặc trưng của dòng thải và tiêu chuẩn đầu ra của nhà máy bia công
suất 5 triệu lit bia / năm.
Thông số
Q ( m3/ngày.đêm)

Nước thải
đầu vào

Nước thải sau xử lý(QCVN 242009)cột B

2000

2000

COD(mg/l)

2500

100

BOD(mg/l)

1800

50

SS(mg/l)

500

100

∑N (mg/l)

50

30

∑P (mg/l)

8

6

Ta thấy BOD5/COD =0,72 nằm trong khoảng 0,5 – 0,75 chứng tỏ hàm lượng
chất hữu cơ trong dòng thải khá cao nên để xử lý đạt hiệu quả cao tốt nhất ta
dùng biện pháp xử lý sinh học, vì ta cũng biết nước thải trong sản xuất bia chứa
chủ yếu các chất hữu cơ ở dạng hòa tan và ở dạng lơ lững như: hidratcacbon,
protein, các axit hữu cơ….
Phương pháp xử lý nước thải gồm có:
+ Xử lý sinh học hiếu khí
+ Xử lý sinh học yếm khí
Thuyết minh.
1.song chắn rác thô.
Thu Hương
Bảng 4: Các thông số GVHD:
đầu vàoHoàng
và tiêuThị
chuẩn
dòng ra của nước thải nhà máy

11


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

Nuớc 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. Nước thải trước khi
đi vào bể thu gom, phần rác thô có kích thước lớn như giẻ, rác, bao nilon,

và các vật thải khác được giữ lại ở song chắn rác thô, để bảo vệ các thiết bị
xử lý như bơm, đường ống, mương dẫn …và rác thải được công nhân gom
vào thùng chứa và mang đi đổ nơi qui định của nhà máy.
2. Bể gom.
Lá nơi tiếp nhận nguồn nước thải trước khi đi vào các công trình xử lý tiếp
theo. Bể gom thường được làm bằng bêtông, xây bằng gạch, nó có tác dụng
điều hòa lưu lượng nước thải.
3.Song chắn rác tinh.
Để giữ lại các chất lơ lửng có kích thước nhỏ. Thiết bị tách rác tinh có hình
dạng trống quay có kích thước khe chắn 1mm. Tại đây, toàn bộ toàn rác có
kích thước > 1mm sẽ được giữ lại trên bề mặt trống và được dao gạt ra
ngoài như các mẫu trấu, huyền phù…
4. Bể điều hòa.
Đựợc dùng để duy trì lưu lượng dòng thải vào gần như không đổi ngoài ra
còn 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
nông độ các chất bẩn trong toàn thể tích bể và không cho cặn lắng trong bể,
pha loãng nồng độ các chất độc nếu có. Tại bể điều hòa nước được điều
chỉnh pH về giá trị thích hợp từ 6,6 – 7,6 nhờ bộ pH - controller.

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

12


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN
Nước xút rửa
chai

Nước thải trong sản xuất

Song chắn rác thô

Rác thải

Hố gom
Tách nước dư
Song chắn rác tinh

Dinh dưỡng

Bể điều hòa

Sục khí

Bể lắng sơ cấp

Thu khí sinh học

Sục khí

Hóa chất

UASB

Bể chứa bùn

SBR

Bể khử trùng

Máy ép bùn

Nước đã xử lý, ra môi trường bên ngoài

Hình 2 : sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia.

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

Đóng bao bùn khô

13


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

5. Bê lắng sơ cấp.

Vùng phân phôi nước vào

Nước thải từ bể điều hòa bơm lên bể lắng. Tại đây, hàm lượng chất rắn lơ
lửng SS, BOD, COD giảm xuống nhằm giảm tải và đảm bảo các thông số
đầu vào cho các công trình tiếp theo.
Nước thải sau khi đi qua bể lắng được bơm sang bể UASB. Bùn ở đáy bể
được bơm qua bể chứa bùn.
Có thể phân chia bể lắng thành 4 vùng :

Hình 3: Sơ đồ mặt đứng thể hiện 4 vùng trong bể lắng

Vùng lắng các hạt
cặn

Vùng thu nước ra

6.UASB.

Vùng chứa và cô đặc cặn
Hiệu suất xử lý cao đối với nước thải có tải trọng ô nhiễm cao (75-85%)[1].
Kết cấu và vận hành đơn giản, năng lượng cần thiết cho hệ thống thấp
(dòng thải vào thiết bị phun từ dưới lên cùng với sự tạo thành khí trong quá
trình vận hành cho nên khuấy trộn tôt không cần tốn năng lượng cho khuấy
trộn nữa). Mặc khác tạo sản phẩm khí sinh học CH 4 (65-70%), đây là nguồn
năng lượng sạch nên có thể dùng cho sinh hoạt.
Tại bể UASB diễn ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ có trong nước mà
không cần 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.
Cấu tạo:
GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

14


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

1.vùng phản ứng kị khí
2.vùng lắng cặn
3.cửa dẫn hỗn hợp bùn nước sau khi đã tách khí
4.cửa tuần hoàn cặn lắng
5.máng thu nước
6.ống nước dẫn sang bể aroten
7.khí sản phẩm thu được
8.ống dẫn hỗn hợp khí
7.SBR.
Bể SBR là một công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính,
trong đó tuần tự diễn ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải.
Các chất hữu cơ bị oxy hóa trong giai đoạn thổi khí. Ngoài ra, hệ thống
aeroten hoạt động gián đoạn có thể khử được nito và photpho sinh hóa do

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

15


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

có thể điều chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí trong bể
bằng việc thay đổi chế độ cung cấp oxy.
Cơ chế của quá trình:
- Oxy hóa các hợp chất hữu cơ không chứa nitơ (gluxit, hydrocacbua, axit
hữu cơ. ....)
vsv

y z
CXHYOZ + ( x + - )O2
4 2

xCO2 +

y
H2 O + E
2

- Oxy hóa các hợp chất hữu cơ chứa nitơ (protein, axitamin....).
vsv

y z 3
CxHyOzN +(x + - + )O2
4 2 4

xCO2 +

y−4
H2O + NH3 + E
2

- Quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ để tổng hợp sinh khối.
vsv

CxHyOz + NH3 + (x +

y z
- -5)O2

4 2

- Quá trình tự hủy của sinh khối.

C5H7NO2 +(x-5)CO2 +

y−4
H2 O + E
2

vsv

C5H7NO2 + 5O2

5CO2 + 2H2O + NH3 + E

- Ngoài ra trong hệ thống còn xảy ra các quá trình nitrit và nitrat hóa.
vsv

+ Nitrit hóa: NH4+ + 3/2O2 + H2O
+ Nitrat hóa : NO2- + 1/2O2

NO2- + 2H3O+ + E
NO3-

vsv

+
4

NO3- +

Phương trình tổng quát: NH + 2O2 + H2O
2H3O+
- Oxy hóa các hợp chất vô cơ:
S

SO42-

; P

PO43- ; Fe+2

Fe+3

Nguyên lý hoạt động của bể SBR.

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

16


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

Nước thải vào
4.

Làm đầy nước thải

1.

Sục khí

2...

3.

Xả nước thải

5.

Xả bùn dư

Nước trong

Lắng

Hình 5: Sơ đồ làm việc của bể aeroten hoạt động theo mẻ.

Bể aeroten hoạt động theo mẻ kế tiếp để xử lý nước thải được thực hiện theo 5
giai đoạn kế tiếp nhau:
- Giai đoạn 1: Đưa nứơc thải vào bể. Nước thải đã qua bể UASB tự chảy
hoặc bơm vào bể đến mức định trước bằng rơle phao, rơle phao phát tín hiệu
để tự động đóng van hoặc bơm cấp nước vào.
- Giai đọan 2: Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục
khí hay làm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp.
Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, yêu cầu về mức độ
xử lý. 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 ở đáy bể
- Giai đoạn 3: Lắng trong nước: quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu
GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

17


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

quả thủy lực của bể đạt 100%. Thời gian lắng trong và cô dặc bùn thường kết
thúc sớm hơn 2h.
-

Giai đoạn 4: Tháo nước đã được lắng trong ở phần trên của bể ra nguồn
tiếp nhận, phần nước trong sẽ được gạn ra nhờ thiết bị gạn nước bề mặt
Decanter sau đó được đi vào bể khử trùng. Phần bùn lắng sẽ tham gia vào
chu tình xử lý mới, lượng bùn dư sẽ được bơm qua bể nén bùn.

-

Giai đoạn 5: Chờ đợi để nạp mẻ mới

Hiệu quả xử lý bể SBR phụ thuộc vào các yếu tố sau: Thành phần các chất có
trong nước thải, pH, hàm lượng oxy, lượng bùn, và trạng thái hoạt tính của
bùn……..(Quá trình này có thể vận hành bằng tay)
8. Bể khử trùng.

Nhằm mục đích tiêu diệt các loại vi sinh vật gây bệnh chưa được hoặc không
thể tiêu diệt trong quá trình xử lý nước thải. Trong nước thải của bia có rất
nhiều loại nấm và vi sinh vật.
Để tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật gây bệnh, ta có thê khử trùng bằng các
phương pháp khác nhau như: Clo hóa, ozon hóa, tia cực tím UV … Thông
thường, phương pháp clo hóa được sử dụng rộng rãi hơn. Quá trình cung cấp
clo được thực hiện nhờ hai 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.
9. Bế chứa bùn.
Lượng bùn dư từ xử lý hiếu khí, ki khí và bể lắng bậc 1 được bơm vào bể chứa
bùn. Khi đó bùn sẽ được tách làm hai phần bùn: phần bùn đặc lắng xuống đáy
và đưa vào thiết bị tách bùn còn phần nước trong phía trên được bơm vào hố
gom.
10.Thiết bị ép bùn.
Việc xử lý cặn, bùn trong xử lý sinh học là hết sức cần thiết. Nếu xử lý không
tốt sẽ lên men yếm khí sinh mùi hôi thối, gây ô nhiễm môi trường xung
GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

18


Tính toán thiết bị xử lý hiếu khí theo công nghệ SBR cho nước thải nhà máy bia với
công suất 50 triệu lít bia
Lớp CNMT-K51_QN

quanh. Để tránh tình trạng này, lượng bùn dư sẽ được làm khô bằng thiết bị ép
bùn.
Bùn từ các bể được bơm chuyên dụng loại trục vít bơm vào ngăn hòa trộn cua
thiết bị ép bùn. Tại đây có bổ sung lượng hóa chất polymer bằng hệ thống bơm

định lượng. Bùn hòa trộn với hóa chất keo tụ được định lượng bằng bơm định
lượng, sau đó bùn được bơm lên lưới lọc. Quá trình làm khô bùn được thực
hiện tại đây. Phần bùn khô được giữ lại trên lưới và được dao gạt ra ngoài,
phần nước trong chảy xuống máng và được đưa về hố gom.
Các thông số đầu vào và đầu ra của nước thải khi đi qua các thiết bị xử lý:
Các thiết bị

Q(m3/ngày) COD(mg/l) BOD
(mg/l

SS

pH

∑N

∑P

(mg/l)

Đầu vào

2000

2500

1800

500

6-9

50

8

Song chắn rác thô

2000

2500

1800

500

6-9

50

8

Hố gom

2000

2500

1800

500

6-9

50

8

Song chắn rác tinh

2000

2325

1710

450

6 -9

50

8

Bể điều hòa

2000

2325

1710

450

6-9

50

8

Bể lắng sơ cấp

2000

1628

1248

234

6 -9

50

8

Xử lý sinh học kị khí

2000

488

312

140

6 -9

50

8

Xử lý sinh học hiếu khí

2000

70

45

25

5,5 -9

30

6

Tiêu chuẩn 24:2009

2000

50

100

5,5 - 9

30

6

100

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

19


CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG HIẾU KHÍ TRONG XỬ
LÝ NƯỚC THẢI
III.1 Tính toán bể SBR trong hệ thống xử lý nước thải
1. Công trình SBR hoạt động gián đoạn, có chu kỳ. Các quá trình trộn nước
thải với bùn, lắng bùn cặn… diễn ra gần giống với điều kiện lý tưởng nên
hiệu quả xử lý nước thải cao. BOD của nước thải sau xử lý thường thấp hơn
50mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng từ 10 – 45mg/l và N – NH 3 từ 0,3 – 12 mg/l.
Bể aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ. Làm việc không cần bể lắng bậc
2.[3trang224]
1
7

3
4
5

2

6

Hình 6: Bể SBR

Chú thích:
1. Ống dẫn nước vào.

6. Ống hút cặn

2. Ống thu nước ra.

7. Lan can

3. Decanter.
4. Máy khuấy trộn bề mặt.
5. Thanh gạt bùn.
ΙΙΙ .1.1 Các chỉ tiêu thiết kế.
1.Thời gian tích nước vào bể 3 giờ, thời gian sục khí 5 giờ, thời gian lắng
GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

19


tĩnh 1,5 giờ, thời gian xả nước trong 2 giờ, chờ nạp mẻ mới 0,5 giờ. Tổng thời

gian của một chu kỳ T = 12h.
2.Tỷ lệ F/M = 0,1 – 0,2 kgBOD5/kg bùn.ngày [2] chọn F/M = 0,1
3. Hệ số động học Y = 0,65(g/g), hệ số phân hủy nội bào Kd = 0,05(ngày -1)
4. Độ tro của cặn Z = 0,3 hay cặn bay hơi bằng 0,7 cặn lơ lửng [5]
5. Tỷ trọng của cặn: 1,02
6. Chọn 45% thể tích bể chứa nước trong tháo đi mỗi ngày.
7. Nồng độ cặn được cô đặc trong phần chứa bùn phía dưới bể = 10000(mg/l)
(trong đó 0,7×10000 = 7000 (mg/l) là bùn hoạt tính) [2]
8. Xả cặn sau mỗi chu kỳ.
9. Chiều sâu công tác của bể H = 3 – 6(m) [5], chọn H = 6(m), tường dự trữ
0,3(m), lỗ ống phân phối khí đặt trên đáy 0,3 (m).
10. BOD5 = 0,68 BOD21 [2]
11.BOD21 trong tế bào bằng 1,42 nồng độ tế bào đã chết.
12. Hàm lượng BOD5 đầu ra 45(mg/l) ( loại B), cặn lơ lửng 25mg/l, trong đó
65% là cặn hữu cơ BOD21.[6]
13. Hàm lượng các chất bay hơi trong cặn lơ lửng chiếm 75% [2]
14.Dựa vào tỉ số BOD5:N:P = 100:5:1 và thành phần của nước thải (BOD5 =
312(mg/l), N = 50(ng/l), P = 8(mg/l) tương ứng với chỉ số BOD5:N:P =
100:16:2,6), có thể kết luận chất dinh dưỡng đa lượng đủ cho vi sinh vật phát
triển.
ΙΙΙ .2.1 Tính toán bể SBR.
1. Số lượng bể và chu kỳ phân đoạn thời gian làm việc
Trong nhà máy thiết kế 4 bể làm việc song song nhau chu kỳ phân đoạn thời gian
làm việc của từng bể như nhau.
GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

20


Ghi chú:

3h

: là thời gian làm đầy nước.

5h

: là thời gian sục khí.

1,5h

: là thời gian lắng tĩnh.

2h

: là thời gian xả nước.

0,5h

: là thời gian chờ nạp mẻ mới.

3h

1.5h

5h

2h 0.5h

5h

3h

1,5h

2h

5h

3h

0.5h
1,5h

2h 0.5h

5h

1,5h

3h

2h 0.5h

12h chu trình lặp lại

2. Xác định hiệu suất xử lý của bể theo BOD5:

E BOD5 =

312 − 45

.100 = 86%
312

3. Xác định nồng độ BOD5 hòa tan trong nước đã xử lý.
BOD5 đầu ra = BOD5 hòa tan + BOD5 chúa trong cặn lơ lửng.


BOD5 hòa tan = BOD5 đầu ra – BOD5 chứa trong cặn lơ lửng.

BOD5 chứa trong 25(mg/l) cặn lơ lửng đầu ra:
Cặn hữu cơ:

0,65 × 25 = 16,25 (mg/l) = BOD21.

BOD21 bị oxy hóa thành cặn:

1,42 × 16,25 = 23,07 (mg/l).

Lượng BOD5 trong cặn lơ lửng:

0,68 × 23,07 = 15,69 (mg/l).

Lượng BOD5 hòa tan khi ra khỏi bể: 45 – 15,69 = 29,31 (mg/l).
4. Tính thể tích cần thiết của 4 bể SBR.
GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

21


Thể tích phần chứa nước của 4 bể SBR:

V=

2000m 3 / ngày
.12h = 1000 (m3) [2]
24

Thể tích phần nước chiếm 45% dung tích bể SBR nên thể tích tổng cộng
của 4 bể:
V=

1000
= 2222(m3)
0,45

Thể tích 1 bể: 2222 : 4 = 556 (m3)
Chiều cao chứa nước và chứa cặn của bể: H = 6(m)
Diện tích 1 bể SBR:
F=

556
= 93(m 2 )
6

Chọn bể hình chữ nhật có cạnh: a × b = 11,5 × 8(m)
5. Xác định nồng độ bùn hoạt tính cần thiết duy trì trong bể:
Áp dụng công thức:
V=

Q.S 0
X (F / M )

Trong đó:

 X=

QS 0
V (F / M )

[2]

V: thê tích tổng bốn bể SBR

Q: lưu lượng nước thải
S0: nồng độ BOD5 đầu vào
X: nồng độ bùn hoạt tính
F/M = 0,1 (kgBOD5/kg bùn.ngày)
5.1

Nồng độ bùn hoạt tính cần duy trì trong bê:
X=

2000.312
= 2808( mg / l )
2222.0,1

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

22


Nồng độ bùn cặn thực trong bể:

Hàm lượng chất hữu cơ bay hơi trong cặn lơ lửng:
140 × 75% = 105(mg/l) [2]
Nồng độ bùn cặn thực:
X1 = cặn vô cơ + bùn/0,7 = (312- 105) + 2808/0,7 = 4218(mg/l)
Khối lượng bùn hoạt tính cần có trong bể:
Gbùn = 2222 × 2808×10-3 = 6239(kg)
Khối lượng bùn cặn thực trong bể:
Gcặn = 2222 × 4218×10-3 =9372 (kg)
6. Tính thể tích bùn choán chỗ sau một chu kỳ làm việc.
G1 = G 0 +
Trong đó:

PX
+ SS1 [2]
0,7

G0: lượng bùn cần duy trì trong bể sau mỗi lần xả: G0 =9372(kg)
Px: lượng bùn sinh ra sau mỗi chu kì
SS: lượng cặn hữu cơ đi vào bể mỗi chu kì

Lượng bùn hữu cơ đi vào bể:
SS1 = (312 – 105) × 2000 × 10-3 = 414(kg) [2]
Lượng bùn sinh ra sau mỗi chu kì.
Px = Y(S0 – S)Q – kd × G0 [2]
Trong đó:

S0: nồng độ BOD5 đầu vào
S: nồng độ BOD5 hòa tan đầu ra
Kd: hệ số phân hủy nội bào Kd = 0,05(ngày-1)
Y: hệ số động học Y = 0,65(g/g)

Px = 0,65(312 – 29,31) ×2000×10-3 – 0,05×6239 = 55,55(kg)

GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

23


Tổng bùn cặn trong bể sau một chu kì.
G1 = 9372 + 55,55/0,7 + 414= 9865 (kg)
7. Thể tích bùn choán chỗ khi cô đặc đến 10000(mg/l) hay 10 (kg) và tỷ trọng của
bùn la 1,02.
Vbùn =

9865
= 967,16(m 3 )
1,02.10

Chiều cao bùn trong bể.
hbùn =

Vb 967,16
=
= 2,6( m)
F
4.93

8. Chiều cao phần nước trong đã lắng trên lớp bùn
hn = 6 – 2,6 = 3,4(m)
Chiều cao phần nước trong phía trên bùn theo tính toán hay la độ sâu rút

nước ra:
h = 0,45 × 6 = 2,7(m)
Phần nước trong dự trữ dưới ống khoan lỗ thu nước để khỏi kéo cặn ra.
hdự trữ = 3,4 – 2,7 = 0,7 (m)
9. Tính lượng oxy cần thiết để khử BOD5

Q ( S 0 − S ).10 −3
4,57.Q ( N 0 − N )
−1,42 Px +
( kgO2 / ngày )
OC0 =
f
1000
Trong đó:

f: hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang BOD21,
f = 0,68
Px: lượng bùn hoạt tính sinh ra trong ngày

2000(312 − 29,31).10 −3
4,57.2000.20
−1,42.55,55 +
OC0=
=
0,68
1000
= 935,36(kgO2/ngày)
GVHD: Hoàng Thị Thu Hương

24