Nghiên cứu, thiết kế cơ sở xử lý nước thải nhà máy bia bình định

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Viện Khoa học&Công nghệ Môi trường

Độc lập-Tự do-Hạnh phúc.

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

Sinh viên

: Ngô Hồng Phƣơng

Chuyên ngành : Công nghệ môi trƣờng
Khoá

: 43

1.Tên đề tài : Nghiên cứu, thiết kế cơ sở xử lý nước thải nhà máy bia Bình Định.
2.Các số liệu ban đầu : Theo số liệu thực tế từ quá trình sản xuất của công ty và các tài
liêụ có liên quan. .
3.Nội dung các phần tính toán :
-

Hiện trạng môi trường nhà máy.

-

Đề xuất, thiết kế và tính toán cơ sở xử lý nước thải cho nhà máy

4.

Cán bộ hƣớng dẫn : PGS.TS Đinh Văn Sâm.

5.

Ngày giao nhiệm vụ :

6.

Ngày hoàn thành :

Ngày …..tháng…..năm 2003
CHỦ NHIỆM KHOA

CÁN BỘ HƢỚNG

DẪN

Kết quả đánh giá :
- Quá trình làm đồ án

:

- Điểm bảo vệ

:

- Điểm duyệt

:

Ngày…..tháng…..năm 2003.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

1


Lời cảm ơn

Sau một thời gian tìm hiểu, thu thập số liệu và tính
toán, được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo - PGS.TS
Đinh Văn Sâm em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới các thầy cô giáo
ViệnKH&CNMT - Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội đã dạy dỗ
giúp đỡ em trong suốt những năm học vừa qua. Đặc biệt em xin
bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc PGS.TS Đinh Văn Sâm - người thầy
trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Nhà máy bia Đông Nam Á,
Nhà máy bia Bình Định đã giúp tôi thu thập số liệu và tìm hiểu
công nghệ trong những ngày tôi thực tập tại đó.

Hà Nội 5/2003
Sinh viên

Ngô Hồng Phương

2

MỤC LỤC
Trang
Mở đầu

……………………………………………………….

I. Giới thiệu nhà máy bia Bình Định - Hiện trạng môi trƣờng.
I.1. Giới thiệu nhà máy bia Bình Định.
I.1.1. Vị trí địa lý và mặt bằng nhà máy.
I.1.2. Phân bố năng suất của nhà máy.
I.2. Công nghệ sản xuất bia của nhà máy.
I.2.1. Nguyên liệu cho sản xuất bia.
I.2.2. Quy trình công nghệ sản xuất bia.
I.3. Hiện trạng môi trương nhà máy bia.
I.3.1. khí thải.
I.3.2. Chất thải rắn.
I.3.3. Nước thải.
II. Giới thiệu về công nghệ xử lý nƣớc thải nhà máy bia.
III. Thiết kế, tính toán cơ sở xử lý nƣớc thải cho nhà máy bia.
III.1. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia.
III.1.1. Các phương pháp yếm khí.
III.1.1.1. Cơ chế quá trình xử lý yếm khí.
III.1.1.2. Một số thiết bị xử lý yếm khí thông dụng.
III.1.2. Các phương pháp hiếu khí.
III.1.2.1. Cơ chế quá trình xử lý hiếu khí.
III.1.2.2. Oxy hoá bằng cấp khí tự nhiên.
III.1.2.3. Oxy hoá bằng cấp khí cưỡng bức.
III.1.3. Các phương pháp xử lý bùn cặn.
III.2. Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy bia Bình Định.
III.2.1. Đề xuất công nghệ.

III..2.2. Cơ sở lựa chọn dây truyền và thiết bị xử lý.
III.2.3. Cờu tạo và nguyên tắc hoạt động của các thiết bị.
III.3. Tính toán thiết kế các thiết bị chính .
III.3.1. Bể điều hoà.
III.3.2. Bể UASB.
III.3.3. Bể aeroten.
III.3.4. Bể lắng đợt hai.

3


III.3.5. Bể lên men tiêu huỷ bùn.
III.4. Tính toán các thiết bị phụ.
III.4.1. Bố trí mặt bằng cơ sở xử lý.
III.4.2. Bố trí cao trình cơ sở xử lý.
III.4.3. Tính toán máy nén, cụm bơm.
IV. Dự toán kinh phí xây dựngvà chi phí xử lý.
IV.1. Dự toán kinh phí xây dựng.
IV.2. Tính chi phí thiết bị.
IV.3. Tính chi phí vận hành.
IV.4. Dự tính giá thành xử lý.
Kết luận.
Tài liệu tham khảo.

4


MỞ ĐẦU
Bia được sản xuất lâu đời trên thế giới và loại nước giải khát rất thông dụng trong đơì
sống hằng ngày của con người. Bia mang hương vị đặc trưng riêng, là loại nước uống mát

bổ. Khi dược sử dụng đúng mức, bia tạo sự sảng khoái và tăng cường sức lực cho cơ thể.
Bia không những chứa các thành phần có giá trị dinh dưỡng cao mà còn có tác dụng giải
khát rất hữu hiệu do có chứa CO2 bão hoà. Nhờ ưu điểm này, bia được sử dụng ở khắp nơi
trên thế giới với sản lượng ngày càng tăng.
Trên thế giới từ những năm 1990 đến nay sản lượng bia tăng hơn 20%, năm 1993 sản
lượng bia đạt khoảng 116468 triệu lít, đến năm 2000 sản lượng bia trên thế giới là 142780
triệu lít, trung bình mỗi năm tăng trên 3 tỷ lít bia. Hiện nay trên thế giới có trên 30 nước
sản xuất bia với sản lượng trên 1 tỷ lít /năm, trong đó Mĩ và CHLB Đức là hai nước dẫn
đầu với sản lượng trên 10 tỷ lít /năm.
Ở Việt Nam, bia là một trong những ngành công nghiệp có tốc độ tăng trưởng cao.
Năm 1993 sản lượng bia cả nước đạt trên 200 triệu lít/năm, năm1995 sản lượng đạt trên
500 triệu lít/năm. Đến năm 2000 sản lượng bia cả nước đạt gần 800 triệu lít.
Cùng với các ngành công nghiệp khác, sự phát triển nhanh chóng về số lượng và quy mô
các doanh nghiệp sản xuất bia đã kéo theo những vấn đề về bảo vệ và chống ô nhiễm môi
trường. Trong quá trình hoạt động ngành sản xuất bia cũng tạo ra lượng lớn các chất thải
gây ô nhiễm môi trường ở cả 3 dạng : khí thải, chất thải rắn và nước thải. Trong đó nguồn
gây ô nhiễm chính và cần được tập trung giải quyết là nước thải. Nguồn thải này nếu
không được xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường nước, đất, tác động đến nguồn nước ngầm.
Ngoài ra còn gây ô nhiễm thứ cấp tạo các khí gây mùi khó chịu, làm ô nhiễm không khí,
ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ và đời sống cộng đồng.
Vì vậy, ở nước ta xử lý nước thải của ngành sản xuất bia cũng là một vấn đề đáng quan
tâm. Hiện nay mới chỉ có một vài cơ sở sản xuất lớn có hệ thống xử lý nước thải như : Nhà
máy bia Việ Nam, bia Huda, bia Đông Nam Á,…những hệ thống này được nhập công
nghệ từ nước ngoài lên có giá thành rất cao, đó là chưa tính đến khả năng công nghệ không
phù hợp. Còn lại hầu hết các cơ sở sản xuất bia đều thải trực tiếp nước thải vào hệ thống
thoát nước công cộng mà không qua xử lý. Hơn nữa các cơ sở này đều nằm trong thành
phố, khu công nghiệp hay xen lẫn với khu vực dân cư.
Để đáp ứng thực tế khách quan trên, việc nghiên cứu và thiết kế hệ thống khả thi về công
nghệ cũng như giá thành xử lý là vấn đề cần thiết và cấp bách hiện nay.

5


Với đề tài " Nghiên cứu, thiết kế cơ sở xử lý nước thải cho nhà máy bia Bình Định " chúng
tôi mong muốn có thể đáp ứng được phần nào yêu cầu trên.

6


I.GIỚI THIỆU NHÀ MÁY BIA BÌNH ĐỊNH - HIỆN TRẠNG MÔI TRƢỜNG.
I.1. Giới thiệu nhà máy bia Bình Định.
Nhà máy bia Bình Định là nhà máy nằm trong khu công nghiệp Phú Tài, tinh Bình Định.
Năng xuất của nhà máy đạt 25 triệu lí bia trên một năm. Sản phẩm chính của nhà máy gồm
bia chai, bia lon và bia hơi.
I.1.1. Vị trí địa lý và mặt bằng nhà máy.
Vị trí địa lý và mặt bằng nhà máy được thể hiện trong hình I.1.1
I.1.2. Phân bố năng suất của nhà máy.
Thời vụ sản xuất trong năm của nhà máy được thể hiện trong biểu đồ I.1.2
Hình I.1.2. Biểu đồ phân bố năng suất của nhà máy trong năm.

Năng suất
(Triệu lít)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Thời gian
(Tháng)

7


Hà nội

Bắc

Quốc lộ 1A

Ngã ba Phú Tài

Gia Diên Trì

Khu công nghiệp
Phú Tài

Đ - ờng đi Quy Nhơn
Đ - ờng
n- ớ cthải

Nhà má y
bia
Bình Đ ịnh

Đ è o Cù Mông

Đ i TP Hồ ChíMinh
Khu
vực
sản
suất

Trạ m xử lý
n- ớ c thải
Nhà
kho

Cổng vào
Khu vă n
phòng

Hỡnh I.1.1. S mt bng v v trớ nh mỏy.
8


I.2. Công nghệ sản xuất bia của nhà máy.
I.2.1. Nguyên liệu cho sản xuất bia.
Bia được sản xuất lâu đời trên thế giới và là loại nước giải khát rất thông dụng. Thành phần
chính của bia bao gồm: 80-90% là nước, 2.5-6% cồn, 0.3-0.4% H2CO3 và 5-10% là các
chất tan, trong các chất tan có 30% là gluxit, 8-10% là các hợp chất chứa Nitơ, ngoài ra
còn có các axit hữu cơ, chất khoáng và một số vitamin.
I.2.1.1. Nguyên liệu chính:
Nguyên liệu chính cho sản xuất bia bao gồm: Malt đại mạch, gạo tẻ, hoa houblon,
nấm men và nước. Hiện nay ngoài gạo tẻ thì các nguyên liệu này đều phải nhập ngoại.
-

Malt đại mạch: Là hạt đại mạch được nảy mầm trong điều kiện nhân tạo, trong quá
trình nảy mầm, một lượng lớn các enzim hình thành và tích tụ trong đại mạch. Các
enzim này là tác nhân phân giải các hợp chất gluxit, prôtêin trong malt thành nguyên
liệu mà nấm men có thể sử dụng để lên men.
Hạt đại mạch chứa 4-5% độ ẩm, 76% độ tan.
Thành phần hoá học tính theo phần trăm chất khô:
Tinh bột

: 58%

prôtêin

: 10%

Chất béo

: 2.5%

Xơ

: 6%

Khoáng

: 2.8%

Sacaroza

: 5%

Đường khử : 4%

Pentoza hoà tan: 1%

Hexoza và Pentoza không hoà tan: 9%
Ngoài ra còn một số các chất màu, chất thơm, chất đắng,…
-

Gạo tẻ: Để tận dụng lượng enzim amilaza có trong malt và để hạ giá thành sản phẩm,
gạo tẻ được dùng làm nguyên liệu thay thế, tỷ lệ gạo trong sản xuất bia khoảng 30%.
Gạo tẻ chứa 76% độ tan, 12% độ ẩm. Thành phần hoá học của gạo tính theo phần trăm

chất khô:
Tinh bột : 70-75%

Các loại đường : 2-5%

Khoáng : 1-1.5%

Prôtit

: 7-8%

Chất béo : 1-1.5%
- Hoa houblon: hoa houblon chứa các chất thơm, các chất có vị đắng đặc trưng. Nhờ đó
hoa có vị dễ chịu, hương thơm, bọt lâu tan,…
Thành phần hoá học của hoa houblon cho sản xuất bia tính theo % chất khô:
Độ ẩm

: 12.5%

Các chất chứa Nitơ: 17.5%

Xơ

: 13.3%

Các chất đắng

: 18.3%

Este

: 0.4%

Tro

: 7.5%

9


Tanin

: 3%

Các chất trích ly không chứa Nitơ: 27.5%
Nước:
Sản xuất bia là nghành sử dụng nhiều nước với những mục đích khác nhau : Nước nguyên
liệu, nước làm lạnh, nước rửa thiết bị, bao bì, vệ sinh nhà xưởng ,nước để sản xuất hơi,…
Chất lượng bia phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng nguồn nước cấp.Nước dùng cho sản xất
bia phải là nước đã qua xử lí,đạt các tiêu chuẩn cho nước nguyên liệu để sản xuất nước giải
khát.

-

+Không màu không mùi.

+Chỉ số coli<3

+Độ pH: 6,5 - 7,0

+Độ cứng:8-12 0H

+NH3 và NO2-- :Không có

+Fe2+,..không có hoặc rất ít

Nấm men: Nấm men sử dụng trong công nghiệp sản xuất bia là loại nấm đơn bào thuộc
chủng Saccharomyces. Hiện nay nhà máy đang sử dụng loại nấm men chìm thuộc loại
Saccharomyces Carlsbergensis có độ thuần khiết cao, tỉ lệ chết < 7%.

I.2.1.2. Nguyên liệu phụ.
Ngoài các nguyên liệu chính, công nghệ sản xuất bia của nhà máy còn sử dụng các
nguyên liệu phụ:
-

Chất trợ lọc Diatomit nhằm nâng cao hiệu quả và rút ngắn thời gian trong quá trình lọc.

-

Xút, P3 + Reecon+ Disoree, Oxonia,… được sử dụng để vệ sinh trong thiết bị chai,
Keg.

-

Các tác nhân lạnh NH3, Glycol sử dụng trong máy nén.

-

Để sản xuất bia còn sử dụng các nhiên liệu và năng lượng:

-

Nhiên liệu được sử dụng là dầu DO dùng để đốt lò hơi cung cấp cho quá trình sản xuất.

-

Điện để vận hành thiết bị, dùng cho sinh hoạt,…

I.2.1. Quy trình công nghệ sản xuất bia.
Các công đoạn chính của công nghệ sản xuất bia được mô tả tóm tắt trong sơ đồ (Hình
II.2).

10


Nguyên liệu

Xay

Nấu

Phụ gia

Lọc
Hoa

Đun sôi

Phụ gia
Xoáy lốc

Phụ gia

Làm lạnh

Lên men
chính, phụ

Lọc bia

Phụ gia

Bia tươi

Chiết lon

Thanh trùng

Chiết chai

Đóng nắp

Làm lạnh

Đóng nắp
Rửa, thanh
trùng keg

Thanh trùng

Kiểm tra độ đầy

Chiết keg

Đóng hộp

Rửa chai

Thanh trùng

Kiểm tra độ đầy

Dán nhãn

Nhập kho

Hình II.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia

11


I.2.1.1. Mô tả quy trình công nghệ.
Gạo và malt được xử lý sơ bộ rồi cân định lượng cho từng mẻ nấu. Tiếp đó gạo và
malt được xay, sàng trên 2 hệ thống riêng. Nước được xử lý riêng cho nấu bia được đưa
vào bột gạo để nấu cháo và cấp hơi tiến hành dịch hoá và đun sôi. Sau đó dịch cháo và
malt được đưa vào nồi nấu hỗn hợp. Tại đây hỗn hợp được bổ xung thêm các chất và các
enzim để tiến hành đường hoá. Quá trình đường hoá xảy ra nhờ sự gia nhiệt của hơi nước
và hơi quá nhiệt. Kết thúc quá trình đường hoá, toàn bộ dịch nấu sẽ được chuyển sang nồi
lọc để lọc bã bia. Khi đạt được độ trong theo yêu cầu, cho thêm hoa và điều chỉnh đến độ
pH thích hợp. Kiểm tra các thông số kỹ thuật của dịch hèm (pH, độ màu, độ đắng,
đường,…). Dịch hèm nếu đạt chỉ tiêu yêu cầu sẽ được bơm sang nồi xoáy lốc để tách bã
hoa. Sau quá tròm nấu, dịch hèm sẽ được làm lạnh tới nhiệt độ lên men theo yêu cầu nhờ

máy làm lạnh nhanh và được xông khí ôxy (đã được khử trùng) tới một nồng độ thích hợp
cho sự lên men. Thời gian thực hiện 1 mẻ nấu khoảng 8- 9h. dịch hèm đã được làm lạnh sẽ
được chuyển sang lên men cùng với lượng men đã được kiểm soát ( về chất lượng, định
lượng,…) và lựa chọn để lên men.
Sau quá trình lên men (13-15 ngày gồm cả lên men chính và lên men phụ tiếp theo
đến quá trình lọc. Bột Diatomit được hoà với nước theo tỉ lệ định sẵn rồi thêm vào dịch bia
trong suốt quá trình lọc. Giấy lọc bia trong máy lọc cũng được phủ trước một lớp Diatomit
và tiến hành lọc kín có áp lực để đảm bảo độ trong, chế độ vệ sinh và giữ lượng CO2 bão
hoà.
Kết thúc quá trình lọc, chất lượng bia sẽ được kiểm tra lại trước khi đóng hộp bởi
phòng Q.C.
Bia đạt yêu cầu sẽ được đóng lon, chai, keg tuỳ theo yêu cầu của thị trường và được
thanh trùng trước khi xuất xưởng.

12


Tiêu tốn nguyên liệu cho 1000 lit bia thành phẩm:
TT

Tên nguyên, nhiên liệu

Đặc tính

Đơn vị tính

Số lượng

1

Gạo và malt

10-12% ẩm

kg

171.4

2

Hoa houplon

hoa

kg

0.86

3

3

Nước

m

89

4

NaOH

kg

2.86

5

P3+ Reecon+ Disoree

kg

0.357

6

Oxonia

kg

0.143

7

Advantage plus

kg

0.143

8

Chất trợ lọc

kg

1.429

9

Dầu DO

Tấn

0.143

10

Hơi

Tấn

2.143

Diatomit

I.2.1.2. Các công đoạn chính.
1. Xay nguyên liệu.
Gạo và malt qua cân tự động sau đó được nghiền nhỏ rồi chuyển sang nồi nấu.
2. Nấu, đường hoá.

Bột gạo sau khi xay song được trộn với nước mềm và đưa vào nồi nấu khuấy đều, đun hỗn
hợp lên khoảng 500C sau đó bổ xung khoảng 5% lượng malt nhằm cung cấp enzim phục
vụ cho quá trình đưòng hoá. Nâng nhiệt độ lên 850C dừng 10 phút rồi nâng nhiệt độ lên
1000C, đun sôi trong 25 phút để cháo chín. Toàn bộ lượng malt còn lại được trộn với nước
đưa vào nồi nấu, lúc này cháo bên nồi cháo vừa chín, bơmm từ từ khối dịch cháo sang nồi
malt, nhiệt độ trong nồi lúc này đạt 650C, giữ nhiệt độ này trong 60 phút . Sau đó nâng
nhiệt độ lên 760C, giữ nhiệt độ này trong 5 phút, đây là nhiệt độ tối ưu cho quá trình tạo ra
dextrin. Kết thúc quá trình này dịch đường được bơm sang nồi lọc.
3. Lọc dịch đường.
Mục đích quá trình này là lọc bã malt, tách pha lỏng ra khỏi hỗn hợp để tiếp tục đưa sang
các quá trinh sau. Quá trình lọc gồm 2 bước :
-

Lọc hỗn hợp dịch đường thu nước nha đầu.

-

Dùng nước nóng rửa bã để thu nước nha cuối.

4. Nấu hoa.
Sau khi lọc song, dịch đường được đưa sang nồi nấu với hoa houblon để tạo hương vị cho
bia, nhiệt độ trong nồi nấu luôn giữ ở 1000C.
5. Tách bã và làm lạnh dịch dường.

13


Dịch đường sau khi nấu song được đưa sang thiết bị xoáy lốc để tách bã hoa, sau đó
được làm lạnh tới 160C, bổ xung khí CO2 đã được khử trùng rồi đưa sang thiết bị lên mem.
6. Lên men chính, phụ.

Đây là công đoạn quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia, quá trình lên mem nhờ
tác dụng của mem giống để chuyển hoá đường thành alcol etylic và khí cacbonic.
Quá trình lên mem gồm 2 giai đoạn :

C6H12O6
-

Men

2C2H5OH

+

2CO2

Lên mem chính : Diễn ra trong khoảng 7-8 ngày, kết thúc quá trình này nhiệt độ hạ
xuống còn 40C và thu hồi nấm mem.

-

Lên mem phụ : Quá trình này diễn ra chậm, thời gian từ 6-8 ngày, nhiệt độ lên mem từ
-2-40C.

7. Lọc bia.
Bia được làm trong nhờ quá trình lọc trên máy lọc khung bản với chất trợ lọc là bột
diatomit.
8. Đóng gói.
Bia thành phẩm của nhà máy sau khi đạt các chỉ tiêu được chuyển sang phân sưởng
đóng gói để chiết chai, lon, hay keg.

I.3. Hiện trạng môi trường nhà máy bia.
Sơ đồ công nghệ có kèm dòng thải trong quá trình sản xuất của nhà máy được mô tả
trong sơ đồ (hình I.3).
Công nghệ sản xuất bia sinh ra 3 nguồn thải chính là khí thải, chất thải rắn và nước thải.
I.3.1. Khí thải.
Khí CO2 sinh ra trong quá trình lên men được thu hồi đưa vào máy nén để tái sử
dụng làm bảo hoà CO2 trong bia, phần dư được đóng vào các bình chứa và bán ra thị
trường.
Các khí thải sinh ra từ khu vực lò hơi. Trong nhà máy sử dụng dầu DO để đốt nên
các khí thải sinh ra từ lò đốt gồm SO2, NOx, CO2,… các khí này được pha loãng nhờ ống
khói có độ cao khá lớn, ít gây ô nhiễm và ảnh hưởng tới khu vực xung quanh.
Các khí NH3, glycol có thể sinh ra khi hệ thống máy làm lạnh bị rò rỉ.
Hơi nước từ các đường ống bị rò rỉ, trong các nồi nấu
I.3.2 Chất thải rắn

14


-

Các bụi nguyên liệu từ khâu xay, nghiền được hút vào cyclon và tái sử dụng đưa vào
nồi nấu.

-

Bã bia, bã hoa được thu gom và chứa ở các cyclon sau đó bán cho nhân dân để nuôi cá
và chăn nuôi gia súc.

-

Men bia được làm sạch và được đưa vào bình chứa để sử dụng cho các lần sau. Men
thải được ép khô và bán.

-

Chai vỡ, lon hỏng được bán để tái chế.

-

Bao bì plastic, giấy hỏng được bán cho các cơ sở tái chế.

-

Đối với các loại chất thải rắn sử dụng lại được như rác sinh hoạt, bùn lạo vét cống rãnh,
bùn hoạt tính từ khu xử lý nứơc được tập trung lại 1 chỗ trong khu vực nhà máy, hàng
ngày vận chuyển rác thải này đến bãi rác chung của thành phố.

15


N- ớ c cấp rửa sàn thiết bị

Gạ o

Malt

Bụi tinh bột

Xay

ồn

Phụ gia
Nấu

Hơi

N- ớ c nóng
Lọc bã bia

Bụi,
Khíthải

Bã bia
Phụ gia
Nấu hoa

Hơi

Tá ch bã hoa

Nồi hơi

Bã hoa
N- ớ c làm lạ nh
Làm lạ nh

ồ n, nhiệt

Má y lạ nh

Glycol
Làm lạ nh

N- ớ c nóng

Lên men
chính, phụ

Bã men

CO2thất
thoá t,ồn

NH3 thất thoá t

Lọc bia

Chất trợ lọc
Chai, lon
Xút
Hơi

Rửa

Bã

Nén CO2

Bia t- ơi

Chai, lon

Chiết bia

Bia rơi vã i

Đ óng nắp
Hơi

N- ớ c nóng
Thanh trù ng

Nhiệt
Kiểm tra,dá n
nhã n, đóng két

Sản phẩm

N- ớ c thải
Hình I.3 Sơ đồ công nghệvà dòng thải của quá trình sản xuất bia

16


I.3. 3. Nước thải.
Công nghệ sản xuất bia là công nghệ gián đoạn , lại phụ thuộc nhiều vào mùa vụ, thời tiết
tronh năm. vì vậy lượng nước thải của nhà máy bia nhìn chung dao động theo thời gian
trong ngày, một trong những yếu tố biến động lưu lượng nước thải là thời điểm rửa nhà
sưởng, thiết bị sản xuất.

Để thiết kế &xây dựng hệ thống xử lý nước thải cần biết được chính xác lưu lượng, đặc
tính của nước thải để có biện pháp xử lý thích hợp cho tường dòng thải. Có thể phân ra các
luồng nước thải như sau :
- Dòng thải 1: Nườc do ngưng tụ, nước làm lạnh, dòng thải này thường ít và ít gây ô
nhiễm nên có thể thải trực tiếp hoặc xử lý sơ bộ để tái sử dụng. Đây là nguồn nước tương
đối sạch chiếm khoảng 30% so với tổng lượng nước thải.
-

Dòng thải 2 : Nước thải có chứa dầu mỡ do rửa các thiết bị máy móc cơ khí, dòng thảI
này có lưu lượng nhỏ có thể xử lứ bằng cách nhập về bể phân ly có kết cấu đặc biệt để
tách dầu. Dòng thải này không cần xử lý nếu quá trình tách dầu đảm bảo hàm lượng
dầu có trong nước thải nhỏ hơn TCCP .

-

Dòng thải 3 : Nước dùng để rửa thiết bị nấu, lên men, thùng chứa, nước thải này chứa
nhiều hydrôcacbon, xenluloza, pentoza, prôtêin, các chất khoáng,...
Chiếm một lượng lớn và là nguồn gây ô nhiễm chính cần phải xử lý. Dòng thảI này còn
bao gồm nước thải từ quá trình vệ sinh, khử trùng thiết bị, nước rửa chai, keg chứa.
Nước thải loại này có chứa các dung dịch khử trùng như H2O2, đặc biệt có độ pH cao
do chứa dung dịch xút trong công đoạn rửa chai.
Nhìn chung nước thải trong các công đoạn sản xuất có chứa nhiều các chất hữu cơ với
nồng độ cao các hợp chất hydratcacbon, prôtêin, axit hữu cơ, dung dịch xút NaOH, các
chất tẩy rửa với nồng độ thấp.
- Dòng thải 4 : Nước thải sinh hoạt, nước mưa, nước thải bộ phận xử lý nước ngầm.
Dòng thải này không lớn, có thể thải trực tiếp ra cống thải.
Do tính chất nước thải của nhà máy bia có hàm lượng chất hữu cơ cao , đều là các chất
có khả năng phân huỷ sinh học nên phương pháp phổ biến và kinh tế nhất để xử lý
nước thải loại này là xử lý sinh học

17


Các nguồn thải của sản xuất bia và đặc trưng. 12.

Nguồn phát sinh

Thàn phần nước thải

Đặc trưng

- Nấu, đường hoá

Bã hạt, đường

BOD, SS

- Lắng, tắch bã

Prôtêin, đường

BOD

- Lên men

Nấm men, bia, prôtêin

BOD

- Lọc

Diatomit, nấm men, bia

SS, BOD

- Rửa bao bì

Bia, xút, nhãn chai

PH cao, COD, BOD,SS

* Cân bằng nước :
Định mức nước cấp đối với nhà máy bia 9 m3 /1000 lít bia.
Trong công nghệ sản xuất bia, nước được dùng cho các công đoạn với tỷ lệ như sau :
Nước trong các công đoạn

Tỷ lệ (%)

- Nước trong sản phẩm bia (V1)

10

- Nước sản xuất hơi (V2)

10

- Nước làm lạnh (V3)
- Nước rửa chai, rửa sàn, thiết bị (V4)
- Nước dùng cho các mục đích khác (V5)

15
35
30

 Lượng nước sử dụng trong các công đoạn :
V1 = 10%9 = 0,9 m3.
V2 =

10%9 = 0,9 m3 .

V3 = 15%9 = 1,35 m3 .
V4 = 35%9 = 1,35 m3 .
V5 = 30%9 = 2,7 m3 .
Ta có thể phân loại lưu lượng nước như sau :
Nước đi vào sản phẩm Vsp .
Nước tuần hoàn Vth .
Nước thải Vthải .
Nước thất thoát Vtt .
Lượng nước tuần hoàn Vth chính là lượng nước làm lạnh Vth = V3 = 1,35 m3.
Lượng nước đi vào sản phẩm bao gồm lượng nước hoà trộn ban đầu và lượng nước dùng
để nấu, nếu bỏ qua thể tích hơi nước ta có Vsp = V1 = 0,9 m3.

18


Lượng nước dùng để sản xuất bia dùng cho các công đoạn nấu, rửa chai hay than trùng,
lượng nước thải này chiếm khoảng 50% nước dùng để sản xuất hơi còn lại là thất thoát hay
đi vào trong sản phẩm bia.
Vtt = 0,50,9 = 0,45 m3.
Ta có tổng lượng nước cấp : Vcấp = Vsp + Vth + Vtt + Vthải.

 Vthải = Vcấp - Vsp - Vth - Vtt
= 9 - 0,9 - 1,35 - 0,45 = 6,3 m3.
Như vậy định mức nước thải là 6,3 m3 /1000lít bia , lấy 6,5 m3/1000l.
* Định mức nước thải.
Dựa vào biểu đồ phân bố năng suất của nhà máy ta có thể thấy năng suất sản xuất bia đạt
cao nhất tại các tháng 5, 6, 7 với mức 3 triệu lít / tháng.
Giả sử trong 1 tháng nhà máy sản xuất 27 ngày liên tục
 Năng suất trong 1 ngày :

3.000.000
= 111.000 lít / ngày .
27

Với định mức nước thải là 6,5 m3 / 1000l bia .
 Định mức nước thải trong ngày của nhà máy : 6.5111 = 721,5
lấy tròn 720 m3/ngày.
Đặc tính nước thải của nhà máy bia Bình Định

Thông số
Lưu lượng

Đơn vị
3

m /ngày

pH

Giá trị
720

5,711,7

COD

mg/l

3000

BOD5

mg/l

1800

SS

mg/l

700

NTổng

mg/l

90

PTổng

mg/l

30

19


II. GIỚI THIỆU MỘT SỐ DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC
THẢI NHÀ MÁY BIA.
1. Sơ đồ xử lý nước thải của nhà máy bia Will Brau GamH (CHLB Đức)[3].

Nước thải

Loại dầu
lắng

Bể lắng

Bể biến khí
Aeroten

Nước ra

Bùn hồi lưu
Bùn thừa

Sấy khô

Bể chứa bùn

Lọc bùn

Sơ đồ xử lý nước thải nhà máy bia có công suất 16trl/năm được thiết kế theo các thông số.

- Dung tích bể hiếu khí
- Lưu lượng nước thải
-BOD5
Tải trọng BOD5

: 1000 m3
: 500 m3/ngày
: 880 mg/l
: 1320 kg/ngày.

Giá trị các thông số làm việc của thiết bị:
- Tải trọng BOD5 của nước

: 0,5 kg/m3.ngày.

- Tải trọng BOD5 của bùn

: 0,16 kg/m3.ngày.

- Bùn thừa

: 0,3  0,5 kg/kg

- Chỉ số bùn

: 150 ml/g

Bể lắng thứ cấp:

- Dung tích làm việc
- Diện tích bề mặt

: 225 m3
: 180 m2

- Thời gian lưu

: 11h

- Lượng bùn khô thu được sau bể lọc

3

Nước sau xử lý

: 4 kg/m .
COD: 70 80 mg/l
BOD5: 5  20 mg/l

20


2.Sơ đồ hệ thống xử lý yếm - hiếm khí của nhà máy bia Bavaria,
Lieshout(HàLan)[2].

KhÝ
3

2

1

6
5

4

N- í c sau
xö lý

Nước thải đưa vào xử lý có lưu lượng trong ngày dao động rất lớn, Qmax=250 m3/h, giá trị
COD thay đổi rất mạnh CODmax = 1600 mg/l, Ntổngmax=30 mg/l,

BOD5
 0,7 . T0 = 20 
COD

210C, pH = 6  10.
Hệ thống xử lý bao gồm:
Bể 1 dùng để điều hoà, điều chỉnh pH, có dung tích V = 300 m3.
Bể axit 2 có dung tích

1500 m3.

Bể yếm khí UASB có dung tích 1400 m3, tr = 5,6 h
Bể ổn định tiếp xúc 4 có dung tích 200 m3.
Bể sọc khí Aeroten 5 có dung tích 10800 m3.
Bể lắng thứ cấp 6 có dung tích 1400 m3.
Nước thải ra của hệ thống này có COD = 50  60 mg/l

21


3.S nc thi nh mỏy bia ụng Nam .

N- ớ c thải

Bểđiều
hoà l- u
l- ợ ng

Bể
UASB

N- ớ c sau

Bểlắng

Bểbiến khí
Aeroten

xử lý
Bù n tuần hoàn

Polỷme

Bù n d-

N- ớ c ép bù n

Bểtrộn

ép bù n
Bù n thải

H thng ny c thit k cho nh mỏy bia cú cụng sut 36 triu lớt/nm.
Vi cỏc thụng s u vo:

Thụng s

Giỏ tr trung bỡnh

Giỏ tr cao nht

COD

3000 mg/l

5000 mg/l

BOD5

2000 mg/l

3000 mg/l

Lu lng

3

600 m /ngy

700 m3/ngy

TSS

700 mg/l

1300 mg/l

NTng

90 mg/l

PTng

60 mg/l

B iu ho cú dung tớch

: 210 m3

B UASB

: 400 m3

B Aeroten

: 360 m3
: ng kớnh 7 m

B lng
Dựng ra t tiờu chun loi B :

COD : 100 mg/l.
BOD5 : 50 mg/l.
TSS : 100 mg/l.
PTng : 6

mg/l.

Nhn xột:

22


Việc lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp đối với nước thải nhà máy bia phụ thuộc
vào các yếu tố như: Tính chất, lưu lượng dùng thải, các điều kiện về kinh tế trong yêu cầu
về chất lượng dòng thải…
- Phương pháp xử lý hiếu khí dùng bùn hoạt động tính thích cho xử lý nước thải có
hàm lượng chất hữu cơ từ 500  1000 mg/l. Phương pháp này thường áp dụng cho các nhà
may sản xuất bia có công suất nhỏ, dây chuyền sản xuất còn lạc hậu nên lượng nước tiêu
hao lớn, hàm lượng chất hữu cơ có trong nước thải không cao.
Hệ thống này vận hành đơn giản, ổn định, an toàn, chi phí xây dựng thấp, trong
những năm gần đây đã được áp dụng tại một số nhà máy sản xuất bia tại Việt Nam.
Tuy nhiên phương pháp này không thích hợp để xử lý nước thải có hàm lượng chất
hữu cơ lớn và yêu cầu về chất lượng dòng thải cao.
- Ở các nước công nghiệp hay một số nhà máy sản xuất bia lớn tại Việt Nam, do có
công nghệ sản xuất bia đồng bộ và hiện đại, lượng nước tiêu hao trên một đơn vị sản phẩm
ít, nước thải lại được phân luồng nên có hàm lượng chất hữu cơ từ cao từ 1500  3000 mg/l

trong đó 60  70% là BOD.
Để xử lý nước thải loại này thường áp dụng hệ thống xử lý liên hợp yếm khí - biến
khí. Trước tiên nước thải có hàm lượng COD, BOD cao được xử lý trong thiết bị yếu khí
kiểm dòng ngược UASB. Nước thải sau xử lý yếm khí với hàm l ượng BOD từ 200  500
mg/l được chuyển vào bể biến khí Aeroten để xử lý đạt tới tiêu chuẩn dòng thải.
Phương pháp này có ưu điểm:
Hiệu quả xử lý cao.
Lượng bùn tạo ra ít (10  15% so với xử lý biến khí hoàn toàn)
Tiết kiệm năng lượng tới 85  90%.
Đương nhiên hệ thống này cần đầu tư kinh phí lớn.

III. THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN CƠ SỞ XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHO NHÀ MÁY BIA
BÌNH ĐỊNH.
III.1.Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia
Có nhiều phương pháp xử lý nước thải trong đó có 4 phương pháp chính là [4]: Phương
pháp cơ học, hoá lý, hoá học và sinh học. Việc áp dụng phương pháp nào cho phù hợp tuỳ
thuộc vào đặc tính của dòng thải, tính chất nước thải và mức độ cần làm sạch.
-

Phương pháp cơ học : Để loại các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải thướngử dụng các quá
trình thuỷ cơ như lọc qua song chắn, lưới lọc, ly tâm, lắng và lọc.

23


-

Phương pháp hoá lý : Là các quá trình đông, keo tụ, tuyển nổi, hấp thụ, trao đổi
ion,…Phương pháp này thường được sử dụng để tắch những hạt rắn ổ dạng keo, các
chất hoạt động bề mặt, kim loại nặng trong nước hay để làm sạch triệt để nước thải sau

khi xử lý sinh học.

-

Phương pháp hoá học : Dùng các tác nhân hoá học để xử lý nước thải bằng các quá
trình trung hoà, oxy hoá khử.

-

Phương pháp sinh học : Phương pháp này được sử dụng nhiều trong xử lý nước thải,
đặc biệt đối với nước thải có chứa các chất hữu cơ.

Đối với nhà máy bia Bình Định, do tính chất nước thải nhà máy có tỉ lệ BOD5/COD = 0,5
0,7, các chất hữu cơ chủ yếu ở dạng hoà tan nên phương pháp thích hợp nhất là xử lý theo
phương pháp sinh học.
Theo quan điểm hiện đại nhất, cơ chế của quá trình oxy hoá sinh hoá làm sạch nước thải
bao gồm 3 giai đoạn [2]:
1. Di chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vậ do khuếch
tán đối lưu và khuếch tán phân tử.
2. Di chuyển chất từ bề mặt ngoài môi trường tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch
tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bào.
3. Quá trình chuyển hoá các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh năng lượng
và quá trình tổng hợp các chất mơi của tế bào với sự hấp thụ năng lượng.
Các giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển hoá các chất
đóng vai trò chính trong quá trình xử lý nước thải.
Phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên cở sở hoạt động của Vi
sinh vật phân huỷ các chất bẩn gây ô nhiễm có trong nước thải. Các VSV sử dụng các chất
hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình
dinh dưỡng, chung nhận các nchất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản
nên sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ VSV gọi

là quá trình oxy hoá sinh hoá.
Như vậy nước thải có thể được xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặc trưng
bởi 2 chỉ tiêu BOD hay COD. Để xử lý theo phương pháp này nước thải sản xuất cần
không chứa các chất độc, tạp chất, các muối kim loại nặng hay nồng độ của chúng không
được vượt quá nồng độ cực đại cho phép và có tỉ số BOD/ COD  0,5.
Phương pháp xử lý nước thải bằng oxy hoá sinh hoá có thể chia ra làm 2 loại chính
:

24

Comment [D1]:


-

Xử lý yếm khí : Bể UASB, bể lọc yếm khí, bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, hồ yếm khí, ổn
định cặn trong môi trường yếm khí(bể mêtan).

-

Xử lý hiếu khí : Bể Aeroten, bể lọc sinh học, hoò hiếu khí, hồ oxy hoá, ổn định cặn
trong môi trường hiếu khí.

III.1.1. Các phương pháp yếm khí.
III.1.1.1.Cơ chế quá trình phân huỷ yếm khí.
Quá trìnhnày thực hiện nhờ các chủng VSV kị khí bắt buộc và không bắt buộc, quá trình
này thích hợp cho nước thải có hàm lượng chất hữu cơ lớn từ 3000  10.000mg/l. Cơ chế
phân giải yếm khí các chất hữu cơ bằng lên men sinh khí gồm 3 giai đoạn [12].
- Giai đoạn 1: Giai đoạn thuỷ phân.
Dưới tác dụng của enzim Hydroza do các VSV tiết ra, các hợp chất hữu cơ phức

tạp như gluxit, lipit, protein… được phân giải thành các chất hữu cơ đơn giản, dễ tan trong
nước như: đường, peptit, glyxêrin, axit béo, axit amin…
- Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men các axit hữu cơ.
Các sản phẩm trong quá trình thuỷ phân sẽ được phân giải yếm khí tiếp tục tạo
thành các axit hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn như : axit butynic, axit propionic, axit
axetic, axit foomic, … tiền đề của sự tạo thành khí mêtan.
Ngoài ra sự lên men cũng tạo thành rượu, endehyt, các chất khí CO2, H2, NH3,
H2S,…
Trong giai đoạn này COD, BOD giảm không đáng kể, tuy nhiên độ pH của môi
trường có thể giảm mạnh.
- Giai đoạn 3: Giai đoạn sinh khí mêtan.
Dưới tác dụng của các vi khuẩn lên men mêtan, các axit hữu cơ bị phân hoá tạo
thành CH4 sự tạo thành CH4 có thể theo 2 phương thức:
+ Do decorboxyl hoá axit axetic:
CH3 - COOH 
 CH4 + CO2.
VSV

+ Do khí CO2 trong đó chất nhường điện tử là H2 hoặc các chất hữu cơ khác.
CO2 + 8H+ 
 CH4 + 2H2O
VSV

Phương trình tổng quát biểu diễn quá trình lên mem yếm khí :
 4a  b  2c  3d 
 4a  b  2c  3d 
 4a  b  2c  3d 
VSV
Ca H bOc N d  
 

 H 2O 
CH 4  
CO2  dNH 3
4
8
4







25