Kỹ thuật xử lý nước thải trong ngành sản xuất rượu bia nước giải khát

hỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA MÔI TRƯỜNG

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Đề tài:
Kỹ thuật xử lý nước thải trong ngành sản xuất rượu bia nước giải khát


ĐẶT VẤN ĐỀ

 Trong những năm gần đây công nghiệp thế giới phát triển với tốc độ rất cao. Cùng với sự phát triển
chung của ngành công nghiệp thì ngành công nghiệp sản xuất rượu bia cũng phát triển mạnh mẽ.

 Bên cạnh những thành tựu về kinh tế - xã hội do phát triển công nghiệp là những vấn đề về ô nhiễm
môi trường ngày càng quan trọng, trong đó, nước thải của ngành sản xuất bia cũng gây ra những tác
động xấu đến môi trường. Nước thải do rượu bia thải ra thường có đặc tính chung là ô nhiễm hữu cơ rất
cao, nước thải thường có màu xám đen và khi thải vào các thuỷ vực đón nhận thường gây ô nhiễm
nghiêm trọng do sự phân huỷ của các chất hữu cơ diễn ra rất nhanh. Chính vì vậy, việc tìm ra các biện
pháp thích hợp để xử lí chất thải từ sản xuất rượu bia là rất cần thiết để sớm được áp dụng vào thực tế.


DANH MỤC

Lịch
Lịch sử
sử hình
hình thành
thành và
và tốc
tốc độ

độ phát
phát triển
triển

Tổng
Tổng quan
quan

Đặc
Đặc tính
tính nước
nước thải
thải

Các
Các phương
phương pháp
pháp xử
xử lý
lý

Lựa
Lựa chọn
chọn đối
đối tượng
tượng và
và biện
biện

Giới

Giới thiệu
thiệu đối
đối tượng
tượng

pháp
pháp xử
xử lý
lý
Biện
Biện pháp
pháp xử
xử lý
lý

Bể
Bể điều
điều hòa
hòa
Tính
Tính toán
toán và
và thiết
thiết kế
kế hệ
hệ thông
thông
Bể
Bể UASB
UASB

Lịch sử hình thành và tốc độ phát triển
Lịch sử hình thành
7000 năm TCN người Babilon
đã biết sản xuất bia từ hạt đại mạch

Cùng với sự phát triển của thời gian công thức chế biến bia đã
thay đổi dần, người ta biết cho thêm cỏ dại có hương thơm để cho
nước có vị dễ chịu hơn như: ngải cứu, lupin … để tăng hương vị
của bia.

Cây đại mạch


Lịch sử hình thành
Năm 1857, nhà bác học người Pháp Louis Pasteur đã khẳng định “ nấm men là vi sinh vật duy nhất mà hoạt động của chúng đã
làm nên quá trình lên men bia.”
Ngày nay kỹ thuật sản xuất bia được cải tiến, quá trình lên men
giảm từ 49 ngày xuống còn 12 ngày.

Louis Pasteur


•

Trên thế giới

Lịch sử hình thành và tốc độ phát triển
Tốc độ phát triển

Hiện nay trên thế giới có khoảng 25 quốc gia sản xuất bia với sản lượng lớn hơn 1 tỷ lít/năm. Trong đó nước như Đức, Mỹ, Úc
mỗi năm sản xuất trên dưới 10 tỷ lít/năm. Sản lượng bình quân tính theo đầu người ở một số quốc gia là 160 lít/năm như ở CH Séc,
….

• Việt Nam
Ở Việt Nam bia được người Pháp du nhập vào cuối thế kỷ 19 với việc xây dựng 2 nhà máy bia: nhà máy bia Hà Nội và nhà
máy bia Sài Gòn. Qua hơn một thế kỷ thăng trầm và phát triển, hiện cả nước có khoảng 129 cơ sở sản xuất bia. Có nhiều cơ sở sản
xuất có quy mô lớn từ 200 - 400 triệu lít/năm như nhà máy bia Củ Chi (Sabeco), nhà máy bia Mê Linh (Habeco), nhà máy bia
Bình Dương (SABMiller),…Theo đó, tổng công suất ngành bia đến nay đạt khoảng 4,8 tỷ lít/năm.


Đặc tính nước thải phát sinh
Nguồn gốc nước thải
Nấu – đường hóa: Nước thải của các công đoạn này giàu các chất hydroccacbon, xenlulozơ, hemixenlulozơ,
pentozơ trong vỏ trấu, các mảnh hạt và bột, các cục vón… cùng với xác hoa, một ít tanin, các chất đắng, chất
màu.
 

Công đoạn lên men chính và lên men phụ: Nước thải của công đoạn này rất giàu xác men – chủ yếu là
protein, các chất khoáng, vitamin cùng với bia cặn.

   

Giai đoạn thành phẩm: Lọc, bão hòa CO2, chiết bock, đóng chai, hấp chai. Nước thải ở đây chứa bột trợ
lọc lẫn xác men, lẫn bia chảy tràn ra ngoài…


Nước thải từ quy trình sản xuất bao gồm:

   -  Nước lẫn bã malt và bột sau khi lấy dịch đường. Để bã trên sàn lưới, nước sẽ tách ra khỏi bã.

   -  Nước rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loại thiết bị khác.

-  Nước rửa chai và két 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.


Đặc tính nước thải phát sinh
Thành phần và tính chất nước thải
Trong sản xuất bia, do đặc thù về công nghệ nên lượng nước tiêu hao cao và lượng nước thải cũng lớn.
Đặc tính nước thải của các nhà máy bia là giàu các hợp chất hữu cơ như tinh bột, xenluloza, các loại đường, axít, các hợp chất
phốt pho, nitơ... Các chất này sẽ được oxi hoá bởi vi sinh vật, tạo ra sản phẩm cuối là CO2, H2O, NH3 và sản phẩm trung gian là
rượu, aldehit, axit,.. Đây là nguồn gây ô nhiễm cao nếu thải trực tiếp ra môi trường.


Các đặc tính của nước thải:
- Hàm lượng BOD cao.
- pH dao động lớn.
- Ảnh hưởng tới nồng độ N, P
- Ảnh hưởng tới hàm lượng chất rắn lơ lửng

- Ngoài ra, lưu lượng và đặc tính dòng nước thải trong công nghệ sản xuất bia còn biến đổi theo quy mô, sản lượng và mùa sản

xuất. Trong bã bia còn chứa một lượng lớn chất hữu cơ, khi lẫn vào nước thải sẽ gây ra ô nhiễm ở mức độ cao.


Nước thải rửa chai bia cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớn trong công nghệ sản xuất bia. Về nguyên lý
chai để đóng bia được rửa qua các bước

Do đó dòng thải của quá trình rửa chai có pH cao và làm cho dòng thải chung có pH kiềm tính.
Rửa dụng
sạch bẩn
và dãn
nhãnnhãn
bên chai có in ấn
rủa bằng
sạch bằng
Rửa qua
dịch kiềm
loãng
nóng
Trong nước thải rửa chai
còndung
có hàm
lượng
đồng
và kẽm là do sửa
loại
các nước
loại nóng và

Rửa với nước nóng

nước lạnh
(1-3%
NaOH)
thuốc in có chứa kim loại. Hiện nay,
loại
dán nhãn chai có chứa kim loại ngoài
đã bịchai
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 clo.


Tính chất đặc trưng của nước thải
Các chất ô nhiễm

Đơn vị

Giá trị

Tác động đến môi trường

SS

mg/l

70-600

Gây ngạt thở cho thủy sinh

COD

mg/l

600-2400

Ô nhiễm

BOD

mg/l

310-1400

Ô nhiễm

Tổng N

mg/l

90

Gây hiện tượng phú dưỡng

Tổng P

mg/l

50

Kích thích TV phát triển

Nhiệt độ

0

C

35-55

( Nguồn: PGS.TS Lương Đức Phẩm, công nghệ xử lý nước thải, NXB Giáo Dục)


Các phương pháp xử lý nước thải nhà máy bia
Đặc tính nước thải của các nhà máy bia là giàu các hợp chất hữu cơ như tinh bột, xenluloza, các loại đường, axít, ... Các chất
này sẽ được oxi hoá bởi vi sinh vật, tạo ra sản phẩm cuối là CO2, H2O, NH3 và sản phẩm trung gian là rượu, aldehit, axit,.. Đây là
nguồn gây ô nhiễm cao nếu thải trực tiếp ra môi trường.
Có nhiều phương pháp ứng dụng xử lý nước thải các nhà máy rượu, bia như: sử dụng màng lọc, phương pháp hoá học, phương
pháp sinh học... Trong các phương pháp trên, thì phương pháp xử lý bằng sinh học cho hiệu quả tối ưu và được sử dụng rộng rãi
nhất.


Phương pháp cơ học
Nước thải rửa chai, lọ và tec cần qua sàng lọc 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 lý sinh học.
Tùy theo kích thước và tính chất đặc trưng của từng loại vật chất mà người ta đưa ra nhưng phương pháp thích hợp
để loại bỏ chúng ra khỏi nước thải.
Nước thải sản xuất và nước thải vệ sinh tập trung vào một hệ thống được xử lý bằng sục một giai đoạn. Nước làm
lạnh và nước mưa thải vào nơi tiếp nhận không cần xử lý.
Phương pháp xử lý cơ học có thể loại bỏ được 60% các tạp chất không hòa tan trong nước thải và giảm 20% BOD.

Các công trình trong xử lý cơ học gồm:


Phương pháp cơ học

 Song chắn rác:
Song chắn rác giữ lại các thành phần có kích thước lớn, tránh làm tắc máy bơm, đường ống hoặc kênh dẫn.Song chắn rác gồm
các thanh đan xếp cạnh nhau ở trên mương dẫn nước. Khoảng cách giữa các thanh đan gọi là khe hở. Song chắn rác được chia
thành 2 loại di động hoặc cố định, có thể thu gom rác bằng thủ công hoặc cơ khí. Song chắn rác được đặt nghiêng một góc 60-90 0
theo hướng dòng chảy.
+ Thiết bị tách rác thô: (song chắn rác, lưới chắn rác, lưới lọc, sàng, …), nhằm giữ lại các vật rắn như: mảnh thủy tinh, chai
lọ, nhãn giấy nút chai,…
+ Thiết bị lọc rác tinh: thiết bị lọc rác tinh thường được đặt sau thiết bị tách rác thô, có chức năng loại bỏ các tạp chất có kích
thước nhỏ hơn, mịn hơn như bã hèm, con men …


•

Bể lắng cát :

Phương pháp cơ học

Bể lắng cát dùng để tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn nhiều so với trọng lượng riêng của nước
như xỉ than, cát … ra khỏi nước thải.
Thông thường cặn lắng có đường kính hạt khoảng 0.25 mm (tương đương độ lớn thủy lực là 24.5), chiếm 60% tổng
số hạt cặn có trong nước thải.
Tùy theo đặc tính của dòng chảy ta có thể phân loại bể lắng cát như sau:
- Bể lắng cát ngang nước chảy thẳng, chảy vòng (Vmax = 0.3 m/s, Vmin = 0.15 m/s và thời gian lưu nước từ 30 –
60s)
- Bể lắng cát đứng, nước chảy từ dưới lên (V = 3-3.7 m/s, thời gian lưu nước khoảng 2-3.5 phút.

- Bể lắng cát nước chảy xoắn ốc


Phương pháp cơ học

 Bể lắng đợt 1
Bể lắng 1 có nhiệm vụ tách các hạt lơ lửng trên nguyên tắc trọng lực. Cặn lắng của bể lắng 1 là loại cặn có trọng lượng thay đổi,
có khả năng kết dính và keo tụ với nhau. Quá trình lắng tốt có thể loại bỏ 90-95% lượng cặn trong nước thải. vì vậy đây là quá
trình quạn trọng trong xử lý nước thải và thường được bố trỉ xử lý ban đầu hay sau xử lý sinh học.
Căn cứ theo chiều nước chảy người ta phân biệt các dạng bể lắng sau:
- Bể lắng ngang
- Bể lắng đứng
- Bể lắng radien


 Bể tách dầu mỡ

Phương pháp cơ học

Bể tách dầu mỡ thường được ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp có chứa dầu mỡ, các chất nhẹ hơn nước và các dạng
chất nổi khác. Đối với nước thải sinh hoạt, do hàm lượng dầu mỡ và các chất nổi không lớn cho nên có thể thực hiện tách chúng
ngay ở bể lắng đợt 1 nhờ các thanh gạt dầu mỡ, chất nổi trên bề mặt bể lắng.

 Bể lọc
Dùng để tách các phần tử lơ lửng phân tán trong nước thải với kích thước tương đối nhỏ sau bể lắng, bằng cách cho nước thải đi
qua các vật liệu lọc như nước, cát, thạch anh, than cốc, than bùn…
Quá trình lọc chỉ áp dụng cho các công nghệ xử lý nước tái sử dụng và cần thu hồi một số thành phần quý hiếm có trong nước
thải. Các loại bể lọc được phân loại như sau:
- Lọc qua vách lọc.
- Bể lọc với lớp vật liệu lọc dạng hạt.

- Thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh.


Phương pháp hóa lý

 Là phương pháp dùng các phẩm hóa học, cơ chế vật lý để loại bỏ các cặn hòa tan, cặn lơ lửng, kim loại nặng và góp phần làm
giảm COD, BOD5 trong nước thải.

 Các phương pháp hóa học là chất oxi hóa bậc cao như H2O2, O3, Cl, phương pháp trung hòa đông keo tụ.
 Thông thường các quá trình keo tụ thường đi kèm theo qua trình trung hòa hoặc các hiện tượng vật lí khác. Những phản ứng
xảy ra là phản ứng trung hòa, phản ứng oxi hoá khử, phản ứng tạo chất kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại.


Phương pháp hóa lý

 Bể điều hòa
Lưu lượng và chất lượng nước thải từ hệ thống thu gom chảy về khu xử lý thường dao động theo các giờ trong ngày. Nước thải
thường có giá trị pH khác nhau. Muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học, phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh
pH về giá trị thích hợp (pH = 6-9).
Nước thải nhà máy bia có khoảng pH dao động rất lớn (từ 5-12), vì thế muốn trung hòa ta phải sử dụng các dung dịch axit kiềm.
Loại bể này có thể có hoặc không có thiết bị khuấy trộn tùy thuộc tính chất nước thải khác nhau. Thiết bị khuấy trộn làm nhiệm vụ
hòa trộn để cân bằng nồng độ các chất bẩn cho toàn bộ thể tích nước thải có trong bể và ngăn ngừa cặn lắng trong bể, pha loãng
các chất độc hại có trong bể nếu có.


Phương pháp hóa lý

 Bể khử trùng
Khử trùng nước thải nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn gây nguy hiểm.
Khử trùng có nhiều phương pháp:

- Clo hóa (rộng rãi nhất): clo cho vào nước dưới dạng hơi hoặc clorua vôi.
- Ozon hóa : phương pháp này bắt đầu được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải. ozon tác động mạnh mẽ vào chất hữu cơ. Sau
quá trình ozon hóa số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt đạt 99.8%.


Phương pháp hấp phụ
Phương pháp hấp thụ được dùng trong bước xử lý bậc cao sau xử lý sinh học để khử các chất hưu cơ không bị oxi hóa sinh học.
hấp phụ là tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân chia giũa hai pha lỏng/khí hay lỏng/rắn.
Cơ chế của quá trình hấp phụ như sau: các phân tử hòa tan khi tiếp xúc giữa hai pha rắn/lỏng sẽ hấp phụ lên bề mặt chất rắn bằng
các lực liên kết của các phân tử bề mặt có thừa hóa trị. Các chất hấp phụ thường được sử dụng như: than hoạt tính các chất tổng
hợp và các chất thải của vài ngành sản xuất được dùng làm chất hấp phụ (tro, xỉ, mạt cưa…). Chất hấp phụ vô cơ như đất sét,
silicagen, keo nhôm và các chất hydroxyt kim loại ít được sử dụng vì năng lượng tương tác của chúng với các phân tử nước lớn.


Phương pháp sinh học
 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có
trong nước thải. Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây ô nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành
những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước.

 Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp kị khí và hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công
trình xử lý nhân tạo, người ta tạo ra điều kiện tối ưu cho quá trình oxy sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn
xử lý sinh học tự nhiên.


Phương pháp sinh học
 Phương pháp hiếu khí:
- Thực chất đây là quá trình phân hủy các chất hữu cơ dưới tác dụng của các vi sinh vật hiếu khí khi có sự tham gia của ôxi.
Phương trình cơ bản của quá trình phân hủy hiếu khí là:

- Mỗi phương phương pháp xử lý đều có các ưu và nhược điểm khác nhau

Bể Aeroten
Bể Aeroten thông thường: Đòi hỏi phải ở chế độ dạng chảy nút khi đó chiều dài bể rất lớn so với chiều rộng. Trong bể này nước thải có
thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hoàn đưa vào đầu bể. Ở chế độ dạng chảy nút, bông bùn có đặc tính tốt hơn, dễ
lắng. Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể. quá trình phân hủy nội bào sảy ra ở cuối bể.

Bể Aeroten thông thường