báo cáo thực tập quy trình xử lý nước thải nhà máy bia hà nội

LỜI CẢM ƠN
Em xin trân trọng cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo trường Đại học
Vinh đã giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt khoá học Đại học 2008 - 2012.
Cho em bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo Thạc
sỹ: Nguyễn Đức Diện người đã tận tâm, tận lực giúp đỡ em trong suốt quá
học tập và làm luận văn tốt nghiệp. Em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong
khoa Sinh học đã đóng góp những ý kiến quý báu và giúp đỡ em rất nhiều
để em hồn thành tốt khố luận này.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình, tạo mọi điều kiện thuận
lợi của công ty cổ phần bia Hà Nội - Nghệ An đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho
tôi được thực tập tại công ty và thu thập nguồn tư liệu phục vụ cho việc
hoàn thành luận văn.
Chân thành cảm ơn tất cả cảc bạn bè, người thân đã động viên, giúp
đỡ, khuyến khích tơi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn tốt
nghiệp.
Kết quả của đề tài chắc chắn cịn có nhiều hạn chế, em xin kính
mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cơ giáo và tất cả các
bạn.
Xin chân

1


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Thế kỷ XX sản xuất công nghiệp phát triển mạnh mẽ tạo nên những
cuộc cách mạng cho nền kinh tế của nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên do
sự phát triển nhanh các ngành công nghiệp với mục đích thu lợi nhuận cao
các nhà sản xuất đã khơng quan tâm hoặc ít quan tâm tới hậu quả của các
phế thải công nghiệp đối với môi trường sinh thái. Nạn ô nhiễm môi trường
ngày càng trở nên trầm trọng và con người đã phải trả giá đắt cho những

hậu quả do chính họ gây ra. Chính vì vậy những thập niên cuối của thế kỷ
XX vấn đề bảo vệ môi trường là mối quan tâm hàng đầu của nhiều nước và
các tổ chức trên thế giới.
Ở Việt Nam nền công nghiệp tuy chưa phát triển mạnh nhưng do khó
khăn về kinh tế, vốn đầu tư và ý thức của con người nạn ô nhiễm môi
trường sinh thái cũng đã và đang trở thành vấn đề bức xúc. Các nhà máy
công nghiệp của Việt Nam hầu như chưa có sự quan tâm đúng mức đến vấn
đề chất thải, rất ít nhà máy có hệ thống xử lý nước thải hoặc có thì cũng
hoạt động theo kiểu đối phó.
Những năm qua do nhu cầu của thị trường, ngành công nghiệp bia
phát triển khá nhanh. Ngoài các nhà máy bia lớn thì hầu hết các địa phương
trong cả nước đều có từ 1 đến vài chục dây chuyền bia thủ cơng. Do vốn
đầu tư ít, thiếu cơng nghệ, lại chỉ quan tâm đến lợi nhuận, nước thải các
dây chuyền bia này hầu như không được xử lý mà đổ thẳng ra sơng, đồng
ruộng, góp phần đáng kể vào nạn ơ nhiễm môi trường ở nước ta.
Hiện nay nhu cầu sử dụng bia trên thế giới cũng như ở Việt Nam rất
lớn vì bia là một loại nước uống mát, bổ, có độ cồn thấp, có hương vị đặc
trưng của hoa houblon và các sản phẩm trong quá trình lên men tạo ra. Nhờ
vào những ưu điểm này mà bia được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các nước
trên thế giới và sản lượng ngày càng tăng.

2


Tuy nhiên sự xuất hiện của nhiều nhà máy sản xuất bia lại kéo theo
các vấn đề về môi trường như: chất thải sản xuất, đặc biệt là nước thải có
độ ơ nhiễm cao. Cùng với các loại nước thải sinh hoạt và nước thải của các
ngành công nghiệp khác đã gây ra sự ô nhiễm nặng nề đối với môi trường
và ngày càng trở thành vấn đề cấp bách mang tính chất xã hội và chính trị
của cộng đồng.

Trong chiến lược phát triển kinh tế của mình, Tổng Cơng ty cổ phần
Habeco xác định thị trường Nghệ An là thị trường giàu tiềm năng của miền
Trung, với nhiều đô thị và đông dân, kinh tế phát triển mạnh, Tổng công ty
đã triển khai quyết liệt, đảm bảo chất lượng cơng trình và tiến độ đề ra dưới
sự giám sát chặt chẽ theo hệ thống quản lý chất lượng của Tổng Công ty cổ
phần Habeco.Công ty cổ phần bia Hà Nội - Nghệ An (Nghi Lộc, Nghệ An)
là một nhà máy có sản lượng bia hơi và bia chai hàng năm tương đối lớn,
đáp ứng hầu hết nhu cầu tiêu dùng của dân cư trong tỉnh và các tỉnh xung
quanh.
Vì vậy việc tìm hiểu, nghiên cứu quy trình xử lý nước thải trong
ngành sản xuất bia là một yêu cầu cấp thiết cho việc bảo vệ môi trường
cùng với các hoạt động mang tính thiết thực đối với mơi trường sẽ đảm bảo
cho sự phát triển bền vững của xã hội loài người và các loại sinh vật sống
trên hành tinh của chúng ta.
Chính vì vậy mà tơi chọn đề tài "Tìm hiểu quy trình xử lý nước thải
Nhà máy bia Hà Nội - Nghệ An tại khu công nghiệp Nam Cấm - Nghi
Lộc - Nghệ An" để tìm hiểu rõ hơn và có cái nhìn bao qt về quy trình xử
lý nước thải nhà máy bia, thơng qua việc tìm hiểu quy trình xử lý nước thải
nhà máy bia để từ đó hồn thiện quy trình xử lý, bảo đảm an tồn mơi
trường.

3


2. Sự cần thiết và ý nghĩa khoa học của đề tài
Tọa lạc trên vị trí đắc địa của khu công nghiệp lớn nhất Nghệ AnKhu công nghiệp Nam Cấm, với một thương hiệu bia nổi tiếng hàng trăm
năm, Nhà máy bia Hà Nội Nghệ An là nhà máy thứ 23 của Tổng Công ty
Cổ phần Bia- Rượu -Nước giải khát Hà Nội (Tổng công ty Cổ phần
Habeco) được đầu tư đồng bộ với thiết bị và công nghệ tiên tiến gồm 3 dây
chuyền sản xuất bia lon, bia chai, bia hơi. Nhà máy cũng được thiết kế đảm

bảo tiết kiệm năng lượng, xử lý nước thải đạt yêu cầu, giảm thiểu khói thải
nồi hơi, giảm thiểu các nguồn gây ô nhiễm, tiếng ồn...
Trên cơ sở những kiến thức chuyên ngành mơi trường được các thầy
cơ giáo có kiến thức chuyên sâu truyền dạy tại trường, tôi đủ tự tin để chọn
đề tài này, thơng qua đó góp phần tìm hiểu rõ hệ thống xử lý nước thải, làm
rõ thêm những nguyên nhân gây ô nhiễm của nhà máy và từ đó có thể đề
xuất những biện pháp khắc phục cho nhà máy.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Tơi tìm hiểu quy trình xử lý nước thải nhà máy bia Hà Nội - Nghệ
An với các mục tiêu chính đó là:
Tìm hiểu qui trình sản xuất và sử dụng nước, các nguồn phát thải và
hệ thống xử lý nước thải nhà máy, nhằm đề xuất những biện pháp sử dụng
hợp lý tài ngun nước và bảo vệ mơi trường.
Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất bia ở Việt Nam nói chung và nhà máy
bia Hà Nội - Nghệ An tại khu công nghiệp Nam Cấm, Nghi Lộc, Nghệ An
nói riêng.
Xác định lượng nước đầu vào và đầu ra trong hệ thống xử lý nước
thải Nhà máy bia Hà Nội - Nghệ An.
Tìm hiểu rõ hơn về quy trình xử lý nước thải nhà máy Bia Hà NộiNghệ An tại khu công nghiệp Nam Cấm-Nghi lộc-Nghệ An.

4


Thơng qua việc tìm hiểu quy trình xử lý nước thải nhà máy bia để từ
đó hồn thiện quy trình xử lý, bảo đảm an tồn mơi trường.
Từ kết quả của việc nghiên cứu đề tài này sẽ góp phần vào việc đưa
ra những giải pháp khắc phục cho quá trình xử lý nước thải tại Nhà máy bia
Hà Nội - Nghệ An nói riêng và Việt Nam nói chung.
4. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận văn này là hệ thống quản lý nguồn

thải, nước thải và hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Hà Nội - Nghệ An.
5. Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài
Nước thải phân tích lấy từ các phân xưởng sản xuất chính và tại hệ
thống xử lý nước thải của nhà máy bia Hà Nội - Nghệ An. Đề tài nghiên
cứu, tìm hiểu hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia. Tuy nhiên thời gian
nghiên cứu chỉ kéo dài từ tháng 10/2009 đến tháng 4/2010 nên phần nào đó
chưa thể đánh giá hết khả năng hoạt động của hệ thống và tính chất biến
động của nước thải nhà máy trong thời gian một năm, đặc biệt là vào mùa
hè.
6. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu sơ lược về công ty và công nghệ sản xuất, sử dụng nước
của công ty cổ phần bia Hà Nội - Nghệ An.
- Phân tích nước đầu vào và đầu ra của nhà máy.
- Tìm hiểu các nguồn thải và đặc biệt là nước thải nhà máy.
- Tìm hiểu về hệ thống xử lý nước thải nhà máy.
- Đề xuất phương án nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.

5


Chương I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Tổng quan quy trình xử lý nước thải công nghiệp
1.1.1. Đặc trưng nước thải khu công nghiệp
Nước thải của khu công nghiệp gồm hai loại chính: nước thải sinh
hoạt từ các khu văn phịng và nước thải sản xuất từ các nhà máy sản xuất
trong khu cơng nghiệp. Đặc tính nước thải sinh hoạt thường là ổn định so
với nước thải sản xuất. Nước thải sinh hoạt ô nhiễm chủ yếu bởi các thông
số BOD5, COD, SS, Tổng N, Tổng P, dầu mỡ - chất béo. Trong khi đó các
thơng số ơ nhiễm nước thải công nghiệp chỉ xác định được ở từng loại hình
và cơng nghệ sản xuất cụ thể. Nếu khơng xử lý cục bộ mà chảy chung vào

đường cống thoát nước, các loại nước thải này sẽ gây ra hư hỏng đường
ống, cống thốt nước. Vì vậy, u cầu chung đối với các nhà máy, xí nghiệp
trong các khu cơng nghiệp cần phải xây dựng hệ thống xử lý nước thải sơ
bộ trước khí xả nước thải vào hệ thống thốt nước chung của khu cơng
nghiệp. Thành phần và tính chất, nồng độ của các chất bẩn trong hỗn hợp
nước thải được thể hiện cụ thể ở bảng sau:
Bảng1.1 : Chất lượng nước thải đầu vào hệ thống xử lý nước thải
tập trung khu công nghiệp
STT
1
2
3
4
5
6
7
8

Chỉ tiêu
Đơn vị Giá trị
o
Nhiệt độ
C
30
pH
5,0 - 9,0
COD
mg/l
800
BOD5

mg/l
500
Chất rắn lơ lửng
mg/l
300
Tổng Nito
mg/l
60
Tổng photpho
mg/l
8
Dầu mỡ thực vật
mg/l
30
1.1.2 Nghành sản xuất bia ở Việt Nam

QCVN 24:2009, cột A
40
6-9
50
30
50
15
4
10

Ngành cơng nghiệp sản xuất bia Việt Nam có lịch sử hơn 100 năm.
Xưởng sản xuất bia đầu tiên được đặt tên là xưởng sản xuất bia Chợ Lớn,

6

do một người Pháp tên là Victor Larue mở vào năm 1875, là tiền thân của
nhà máy bia Sài Gòn, nay là Tổng công ty Bia - Rượu - Nước giải khát Sài
Gòn. Ở miền Bắc, vào năm 1889, một người Pháp tên là Hommel đã mở
xưởng bia ở Làng Đại Yên, Ngọc Hà, sau trở thành nhà máy bia Hà Nội,
nay là Tổng công ty Bia - Rượu -Nước giải khát Hà Nội. Trong quá trình
hình thành và phát triển, ngành sản xuất bia đã đạt mức tăng trưởng cao
vào những năm của thời kỳ mở cửa. Cùng với quá trình hội nhập, ngành
sản xuất bia phát triển về quy mơ và trình độ cơng nghệ, trở thành một
ngành cơng nghiệp có thế mạnh khi Việt Nam gia nhập tổ chức WTO.
Việc đầu tư xây dựng các nhà máy bia được triển khai mạnh mẽ từ
những năm 1990 trở lại đây. Số các nhà máy bia là 469 vào năm 1998 với
các quy mơ khác nhau từ 100.000 lít/năm đến 100 triệu lít/năm. Mức tiêu
thụ bình qn đầu người tăng lên nhanh chóng trong vịng 10 năm qua từ
mức dưới10 lít/người năm vào năm 1997 đã đạt mức 18 lít/người.năm vào
năm 2006(hình 1).

Hình 1.1. Mức tiêu thụ bình qn đầu người qua các năm
Theo số liệu thống kê của Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thương)
tổng sảnlượng bia của Việt Nam qua 5 năm gần đây thể hiện trong hình 2.
Mặc dù,đến năm 2005 số cơ sở sản xuất chỉ cịn 329, nhưng quy mơ của

7


các doanh nghiệp đã tăng lên. Số liệu thống kê cho thấy trong ngành sản
xuất bia có 3doanh nghiệp có sản lượng trên 100 triệu lít/năm là Sabeco
(năng lực sản xuất trên 300 triệu lít/năm), Habeco (trên 200 triệu lít/năm)
và công ty liên doanh nhà máy bia Việt Nam (trên 100 triệu lít/năm). Có 15

doanh nghiệp bia có cơng suất lớn hơn 15 triệu lít và 19 doanh nghiệp có
sản lượng sản xuất thực tế trên 20 triệu lít. Khoảng 268 cơ sở cịn lại có
năng lực sản xuất dưới 1triệu lít/năm

Hình 1.2. Sản lượng bia cả nước
Theo lộ trình phát triển dự kiến đến năm 2010 cả nước sẽ sản xuất
khoảng 2,5 – 3 tỷ lít bia và mức tiêu thụ bình qn đầu người khoảng 2830lít/người/năm. Với tốc độ phát triển nhanh hiện nay, nhiều nhà máy bia
quy mô lớn đang được đầu tư và cũng kéo theo nhiều vấn đề nảy sinh như
tiêu tốn tài nguyên và ô nhiễm môi trường. Nếu áp dụng tiếp cận sản xuất
sạch hơn ngay từ khi đầu tư các nhà máy mới thì sẽ mang lại hiệu quả cao
cho quá trình sản xuất tại các nhà máy mới này đồng thời phịng ngừa được
rủi ro tác động mơi trường.
1.1.3 Giới thiệu các phương pháp xử lý nước thải
Công nghệ tổng quát để xử lý nước thải như sau:

8


Nước
thải

Xử lý
cơ học

Xử lý
cơ học

Xử lý
sinh học

Xử lý
bùn

Diệt
trùng

Môi
trường

Để xây dựng hệ thống khép kín, nước thải phải được làm sạch bằng
phương pháp cơ học, hóa học, hóa lí, sinh học và nhiệt đến chất lượng cần
thiết, tùy theo yêu cầu. Phân loại phương pháp xử lý ô nhiễm nước như sau:
a. Xử lý cơ học
Các quá trình xử lý cơ học nhằm gạt lọc, lắng để gạt bỏ khỏi nước
thải các tạp chất không tan vô cơ như đất, cát cũng như các tạp chất hữu cơ
có kích thước lớn ở dạng tấm, dạng sợi...cũng như điều hòa nước thải về
mặt lưu lượng, thành phần các chất hữu cơ, hóa học...Các cơng trình xử lý
cơ học tiêu biểu:
- Song chắn rác.
- Bể lắng: lắng cát, lắng sơ bộ.
- Bể lọc hay thiết bị lọc quay...
- Bể điều hịa.
Nhìn chung q trình xử lý cơ học giảm nồng độ chất bẩn hữu cơ
trong nước khoảng 10 - 20% và nó có tác dụng rất đáng kể trong việc làm
thuận tiện cho các q trình xử lý hóa lý và sinh học sau đó.

9


b. Xử lý hóa lý

Thường được dùng để xử lý nước thải cơng nghiệp có chứa nồng độ
các chất lơ lửng, các chất ở dạng keo, dạng nhũ tương cao, cũng như các
chất vơ cơ ở dạng hịa tan.
Thuộc về phương pháp xử lý này bao gồm các phương pháp sau:
Keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ,...
- Keo tụ: Làm trong và khử màu nước thải công nghiệp bằng chất
keo tụ và các chất trợ keo tụ có khả năng hấp phụ và tập trung các chất lơ
lửng, tạo thành những bơng cặn có kích thước lớn hơn, do đó lắng nhanh
hơn. Cơng trình tiêu biểu là bể keo tụ, bể tạo bông cặn, bể lắng.
- Tuyển nổi: Là tách các chất lơ lửng ra khỏi nước thải bằng cách
làm cho chúng nổi lên trên mặt nước và tách chúng ra ngoài. Một số chất
keo tụ, trợ keo tụ được đưa vào nước thải nhằm thu hút các chất bẩn. Các
bọt khí tạo ra bằng các cơ chế khác nhau ( như áp lực, cơ khí...) bám vào
các chất lơ lửng và kéo chúng nổi lên mặt nước, sau đó hỗn hợp được loại
ra ngồi. Cơng trình tiêu biểu cho phương pháp này là bể tuyển nổi.
- Hấp phụ, hấp thụ: Tách một số các chất hữu cơ, vơ cơ, khí ở dạng
hịa tan trong nước thải cơng nghiệp bằng cách tập trung các chất đó lên
trên bề mặt chất rắn ( hấp phụ), hoặc bằng cách thu hút các chất bẩn hoặc
hỗn hợp khí bằng các chất rắn hoặc lỏng (chất hấp thụ).
Cơng trình tiêu biểu cho phương pháp này là bể lọc than hoạt tính,
cột trao đổi ion.
c. Xử lý sinh học
Là quá trình xử lý chất thải hữu cơ dạng hòa tan triệt để nhất. Đây là
một quá trình phân hủy các chất hữu cơ dưới sự tham gia của các vi sinh
vật. Về cơ chế phân hủy, người ta phân biệt hai quá trình:
- Quá trình phân hủy kỵ khí: Là q trình phân hủy các chất bẩn hữu
cơ dưới tác dụng của các vi sinh vật kỵ khí trong điều kiện khơng có oxy.

10

Phương trình cơ bản của quá trình phân hủy kỵ khí là:
- O2
(CHO)nNS

CO2 + H2O + Tế bào VSV + Sản phẩm trung gian
VKKK
+ CH4 + NH4+ + H2S + H2 + Năng lượng

 VKKK: Vi khuẩn kỵ khí
 VSV : Vi sinh vật
Cơng trình tiêu biểu: Phân hủy yếm khí ngược dịng

- UASB

(Upflow Anaerobic Sludge Bed), q trình kỵ khí tiếp xúc, bể lọc kỵ khí.
- Q trình phân hủy hiếu khí: Là q trình oxy hóa các hợp chất
hữu cơ dưới tác dụng của các vi sinh vật hiếu khí có sự tham gia của oxy.
Phương trình cơ bản của q trình phân hủy hiếu khí là:
+ O2
(CHO)nNS

CO2 + H2O + Tế bào VSV + Sản phẩm trung gian +
VKHK
NH4+ + H2S + H2 + Năng lượng
NO3-

SO4-

 VKHK: Vi khuẩn hiếu khí

 VSV : Vi sinh vật
Các cơng trình tiêu biểu: Q trình bùn hoạt tính, bể lọc sinh học,
thiết bị tiếp xúc sinh học động...phổ biến nhất là q trình bùn hoạt tính với
các kiểu cải tiến của nó.
1.2. Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải bằng phương
pháp sinh học
Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt
và nước thải cơng nghiệp khỏi nhiều chất hữu cơ hịa tan và một số chất vô

11


cơ ( H2S, các sunfua, NH3, các nitric...). Qúa trình xử lý dựa trên khả năng
của vi sinh sử dụng các chất này làm chất dinh dưỡng trong hoạt động sống
- Các chất hữu cơ đối với vi sinh là nguồn cacbon.
Bảng 1.2 : Phân loại các cơng trình xử lý sinh học
Hiếu khí

Kỵ khí
Metan
UASB: Phân hủy yếm khí

Nhân tạo
Aerotank
Lọc sinh học
Đĩa tiếp xúc sinh học quay
Oxyten
Mương oxy hóa

ngược dịng

Lọc kỵ khí

Tự nhiên
Ao sinh học hiếu khí
Cánh đồng tưới

Ao sinh học kỵ khí

Phương pháp hiếu khí xử lý nước thải bao gồm xử lý hiếu khí trong
điều kiện tự nhiên và xử lý hiếu khí trong điều kiện nhân tạo. Tuy nhiên
trong thực tế người ta thường sử dụng điều kiện nhân tạo để xử lý nước
thải.
1.2.1 Cơ chế chung của q trình xử lý hiếu khí
Bản chất của phương pháp xử lý hiếu khí là q trình oxy hố. Các
vi sinh vật sử dụng oxy để oxy hoá các hợp chất hữu cơ và các hợp chất vơ
cơ có trong nước thải để có thể chuyển hố sinh học được, đồng thời chính
các vi sinh vật sử dụng một phần hữu cơ và năng lượng khai thác được từ
quá trình oxy hố để tổng hợp nên sinh khối của chúng.
Cơ chế của q trình oxy hố:
- Oxy hố các hợp chất hữu cơ không chứa Nitơ:


y z
y

C x H y O z   x  4  2 O2  xCO2  2 H 2 O 





- Oxy hố các hợp chất hữu cơ có chứa Nitơ:

12




y z 3
y 3

C x H y O z N   x  4  2  4 O2  xCO2  2 H 2 O  NH 3  E 





- Oxy hoá các hợp chất hữu cơ không chứa Nitơ tổng hợp sinh khối:


y z
y 4


C x H y O z  NH 3   x  4  2  5 O2   x  5CO2  2 H 2 O  C 5 H 7 NO2  E 





- Oxy hoá các hợp chất hữu cơ có chứa Nitơ tổng hợp sinh khối:


y z 43 
y  11

C x H y O z N  NH 3   x  4  2  4 O2   x  10 CO2  2 H 2 O  2C 5 H 7 NO2  E 





- Quá trình tự huỷ của sinh khối vi khuẩn:
C 5 H 7 NO2  5O2  5CO2  2 H 2 O  NH 3  E

1.2.2. Tác nhân sinh học
Vi sinh vật trong quá trình xử lý hiếu khí bao gồm 2 nhóm chính: Vi
khuẩn (gồm các vi khuẩn hơ hấp hiếu khí hoặc tuỳ tiện) và ngun sinh vật.
* Các nhóm vi khuẩn hơ hấp hiếu khí quan trọng là:
- Pseudomonas, đặc biệt là P.putida và P.stutzeri.
- Aerobacter aerogenes.
- Nitrosomonas vinogradski (có khả năng nitrit hố).
- Bacillus subtilis (vai trị quan trọng trong q trình phân huỷ
protein).
- Flavobacterium và Alcaligenes (đối với nước thải giàu Fe, S).
* Các nhóm vi khuẩn hơ hấp tuỳ tiện gồm:
- Cellulomonas bizotera (có khả năng oxy hố celluloza).
- Nitrobacter (có khả năng nitrat hố).
- Rhodopseudomonas (sắc tố màu đỏ) làm bùn hoạt tính (trong hệ
thống aerotank) có màu hồng.

- Microthirix, Thiothrix (dạng sợi) làm bùn hoạt tính trắng, xốp.
* Các nguyên sinh vật:
- Trùng roi (Euglena).

13


- Trùng tơ (Ciliatae).
Các ngun sinh vật này có kích thước lớn (30 – 50A 0), khả năng
lắng nhanh, ăn được vi khuẩn, bơng bùn kích thước nhỏ, làm nước trong.
* Quy luật phát triển của vi sinh vật trong mơi trường ni cấy:
Vi sinh vật chuyển hố các hợp chất hữu cơ nhờ hệ enzym mà chúng
tổng hợp được. Các hợp chất được chuyển hố chính là nguồn ngun liệu
để tổng hợp sinh khối và khai thác năng lượng cho q trình trao đổi chất.
Trong mơi trường nước, vi sinh vật phát triển theo các giai đoạn khác
nhau tuỳ thuộc vào đặc tính sinh lý và tốc độ sinh sản của chúng. Quá trình
phát triển của vi sinh vật được chia thành nhiều giai đoạn như minh hoạ
trên hình 1.1.
- Giai đoạn tiềm phát (A-B): Vi sinh vật chưa thích nghi với mơi
trường hoặc đang biến đổi để thích nghi. Đến cuối giai đoạn này tế bào vi
sinh vật mới bắt đầu sinh trưởng. Các tế bào mới tăng về kích thước nhưng
chưa tăng về số lượng.
- Giai đoạn sinh trưởng luỹ tiến (pha logarit hay pha chỉ số) (B-C):
Vi sinh vật phát triển với tốc độ riêng không đổi. Sau một thời gian nhất
định, tổng số tế bào cũng như trọng lượng tế bào tăng lên gấp đôi.
- Giai đoạn giảm tốc độ (C-D): Do dinh dưỡng đã cạn kiệt, vi sinh
vật khơng cịn sinh trưởng ở mức độ cực đại, nhiều tế bào đã già, tốc độ
phát triển giảm dần tới mức cân bằng ở cuối pha.
- Giai đoạn cân bằng (giai đoạn dừng) (D-E): Số lượng tế bào sống
được giữ ở mức không đổi, nghĩa là số lượng tế bào chết đi tương đương

với số lượng tế bào mới sinh ra. Tính chất vật lý của tế bào vi sinh vật bắt
đầu thay đổi, cường độ trao đổi chất giảm đi rõ rệt.
- Giai đoạn suy vong (E-F): Sự tích luỹ sản phẩm trao đổi chất có tác
động ức chế và tiêu diệt vi sinh vật, tốc độ sinh sản giảm đi rõ rệt và dần

14


ngừng hẳn, dẫn đến số lượng tế bào sống giảm đi rất nhanh và bắt đầu có
hiện tượng tự huỷ.
Hàm lượng
sinh khối X
mg/l

D

E
F

C

(1)

(2)
A

B
Thời gian 

Hình 1.3. Đường cong sinh trưởng của tế bào (1) và biến thiên

BOD (2)
Trong pha logarit, sinh khối tăng theo biểu thức:
dX
. X
dt

Trong đó:
dX
: tốc độ tăng trưởng của sinh khối, mg/l.t
dt

X:

hàm lượng sinh khối, mg/l

μ:

tốc độ sinh trưởng riêng, l/t

t:

thời gian, h.

1.2.3. Xử lý hiếu khí trong điều kiện nhân tạo
Để tăng cường q trình hoạt động sinh trưởng và phát triển của các
vi sinh vật trong nước thải, con người cố gắng tạo ra các điều kiện thuận lợi
nhất để thúc đẩy quá trình sinh trưởng phát triển như tăng cường DO, các

15

chất dinh dưỡng như Nitơ, Phốt pho... quá trình này được gọi là xử lý hiếu
khí trong điều kiện nhân tạo. Trong các phương pháp xử lý hiếu khí nước
thải trong điều kiện nhân tạo gồm có: Q trình sinh trưởng lơ lửng bùn
hoạt tính, sinh trưởng gắn kết lọc sinh học và kết hợp quá trình sinh trưởng
lơ lửng và gắn kết.
Bài luận văn sẽ đi sâu vào nghiên cứu q trình oxy hóa bằng bể
aerotank (q trình sinh trưởng lơ lửng bùn hoạt tính) và biến thể của nó là
bể SBR (aerotank kết hợp lắng hoạt động gián đoạn theo mẻ) bởi vì đây là
những biện pháp xử lý có hiệu quả cao, dễ vận hành và đã được áp dụng rất
rộng rãi trong quá trình xử lý nước thải.
1.2.3.1 Q trình oxy hố bằng bể Aerotankfd
Aerotank là bể oxy hố được cấp khí cưỡng bức. Trong hệ thống, các
vi sinh vật sinh trưởng, phát triển và tồn tại dưới dạng bơng sinh học (bùn
hoạt tính). Việc cấp khí đáp ứng 2 u cầu của q trình:
- Đảm bảo độ oxy hoà tan, giúp cho vi sinh vật thực hiện q trình
oxy hố các chất ơ nhiễm.
- Duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong nước cần xử lý, tạo
ra hỗn hợp lỏng - huyền phù, tạo điều kiện tối ưu cho quá trình tiếp xúc
giữa 3 pha: Rắn, lỏng, khí, đảm bảo hiệu quả oxy hố.
Trong q trình oxy hố các chất hữu cơ trong nước thải, lượng sinh
khối được tạo thành, một phần bùn được tuần hoàn trở lại bể aerotank để
ổn định hàm lượng sinh khối trong bể, phần còn lại được đưa về bể xử lý
bùn dư.
Hiệu suất xử lý nước thải trong hệ thống phụ thuộc vào thành phần
và tính chất nước thải, điều kiện thuỷ động học và điều kiện môi trường
như: Nhiệt độ, pH của nước thải, sự có mặt của các nguyên tố dinh
dưỡng,...

16

Phương pháp này vận hành tương đối đơn giản, ổn định, chi phí xây
dựng tương đối thấp. Tuy nhiên một hạn chế rất lớn của hệ thống này là chi
phí cho cấp khí khá lớn. Thực tế cho thấy, chi phí vận hành hệ thống chủ
yếu là chi phí cho cấp khí. Mặc dù cịn hạn chế, hệ thống aerotank là hệ
thống xử lý có hiệu quả và đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế
giới và bước đầu đã được áp dụng tại một số nhà máy sản xuất đường,
bia,..ở Việt Nam.
Để quá trình vận hành, hoạt động của bể aerotank đạt được hiệu quả
cao nhất thì các yếu tố có ảnh hưởng kìm hãm đến quá trình phải được loại
bỏ đến mức tối đa. Sau đây là các yếu tố có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả
hoạt động của bể xử lý hiếu khí aerotank.
a) Độ oxy hoà tan (DO)
Điều kiện đầu tiên để đảm bảo cho bể aerotank hoạt động có hiệu
quả là phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxy hoà tan trong môi trường lỏng
một cách liên tục, đáp ứng đầy đủ nhu cầu oxy hoá của sinh vật. Để đảm
bảo tốc độ oxy hố, độ oxy hồ tan trong bể cần đạt giá trị DO  4mg/l.
Thiếu oxy hoà tan cũng là một trong những nguyên nhân gây hiện
tượng “phồng” của bùn do vi khuẩn dạng sợi phát triển mạnh. Việc cung
cấp đủ oxy hồ tan cịn có tác dụng làm phân giã các khối bông lớn do lắng
đọng, tránh các điểm chết trong thiết bị phản ứng, nâng cao hiệu quả làm
sạch và rút ngắn thời gian lưu của nước thải trong hệ thống xử lý.
Độ oxy hoà tan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như phương thức cấp khí
(thổi khí hoặc nén khí), chiều cao cột nước, kết cấu thiết bị phân phối khí
(đường kính hạt khí càng giảm thì bề mặt riêng càng lớn, hàm lượng DO
càng tăng).
Hiệu suất sử dụng oxy hoà tan phụ thuộc vào nhiệt độ xử lý, tính
chất nước thải, tỷ số F/M (Food/Microorganismes) là tỷ lệ giữa nguồn dinh

17


dưỡng - chất hữu cơ và lượng sinh khối dùng để xử lý, tốc độ sinh trưởng,
đặc tính sinh lý và đặc trưng của vi sinh vật.
b) Nhiệt độ và pH.
Nhiệt độ nước thải trong bể aerotank có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt
động sống của các vi sinh vật. Tốc độ phản ứng sinh học sẽ tăng cực đại tại
giá trị nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ này thường nằm trong khoảng 16 - 37 0C.
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng sinh hoá được thể hiện qua
biểu thức sau:
rT = r20 .  (T - 20)
Trong đó:
rT , r20:Tốc độ phản ứng ở T0C và 200C tương ứng
:

Hệ số nhiệt độ (có giá trị trung bình 1,04 đối với hệ thống bùn

+ hoạt hố)
T:

Nhiệt độ, 0C

Nhiệt độ cao có thể làm chết các vi sinh vật, cịn nhiệt độ thấp, tốc
độ oxy hố sẽ giảm đáng kể và q trình thích nghi của vi sinh vật với môi
trường bị chậm lại.
Giá trị pH tối ưu với hệ thống aerotank nằm trong khoảng từ 6,5 - 8,5.
c) Hàm lượng sinh khối (MLSS) và tỷ lệ F/M
Để có tốc độ oxy hố tối ưu, phải lựa chọn phương pháp xử lý, thiết
bị và nồng độ sinh khối thích hợp nhằm duy trì sự trao đổi chất ổn định

trong suốt quá trình xử lý. Trong các hệ thống aerotank, sinh khối được
tách khỏi nước đã xử lý trong bể lắng thứ cấp và được tuần hoàn lại một
phần vào bể aerotank. Tuy nhiên với các loại nước thải giàu chất hữu cơ,
nguồn nguyên liệu cho quá trình tổng hợp sinh khối phong phú nên lượng
sinh khối tạo thành lớn. Hàng ngày phải loại ra một tỷ lệ nào đó sao cho

18


lượng sinh khối có trong bể ổn định, đảm bảo tốc độ oxy hoá và hiệu quả
xử lý nước thải.
Đối với bể aerotank, hàm lượng sinh khối trong bể có thể từ 500 3000 mg/l. Tuỳ theo hàm lượng và bản chất của các chất ô nhiễm trong
nước thải cũng như hoạt lực của bùn hoạt tính mà hàm lượng sinh khối sẽ
khác nhau:
- Các hệ thống cao tải thường sử dụng hàm lượng sinh khối cao 1500
- 3000 mg/l
- Với các hệ thống aerotank thông thường, hàm lượng sinh khối giao
động trong khoảng từ 500 - 1500 mg/l.
Tỷ lệ F/M (Food/Microorganism = Thức ăn/Vi sinh vật) cũng là một
thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của
vi sinh vật trong bể aerotank.
- Nếu F/M < 1: Hàm lượng sinh khối tạo thành ít, kích thước bơng
bùn tối ưu, bùn lắng nhanh, bể hoạt động hiệu quả.
- Nếu F/M > 1: Vi khuẩn phát triển nhanh, khơng tạo nha bào nên
khơng kết dính với nhau lại thành bơng, kích thước bơng bùn giảm, bùn
khó lắng làm nước ra sau xử lý không đạt độ trong yêu cầu.
e) Thành phần dinh dưỡng
Để tăng tốc độ phản ứng sinh hố, duy trì sự phát triển của vi sinh
vật, đảm bảo quá trình làm sạch nước theo u cầu thì dịng thải phải được
cung cấp đầy đủ dinh dưỡng C, N, P và một số nguyên tố khoáng cho vi

sinh vật phát triển. Các nguyên tố vi lượng thường có sẵn trong nước thải
nhưng thành phần nitơ và photpho của nước thải sản xuất bia thường thấp.
Thiếu nitơ và photpho trong thời gian dài là một trong những nguyên nhân
thay đổi tương tác trong khu hệ vi sinh vật của hệ thống aerotank. Các vi
khuẩn dạng sợi thuộc nhóm Mircrothrix, Thiothrix phát triển được trong
nước thải nghèo nitơ, photpho. Vì chúng phát triển mạnh lấn át trực khuẩn

19


làm cho khối bùn trong bể tăng lên. Hiện tượng này gọi là sự phồng lên của
bùn. Khi đó bùn xốp, khó lắng, dễ bị cuốn ra khỏi hệ thống xử lý, làm giảm
sự sinh trưởng của bùn hoạt tính, giảm cường độ q trình oxy hố. Chỉ số
thể tích bùn lớn gây khó khăn cho q trình lắng bùn ở bể lắng thứ cấp ảnh
hưởng đến quá trình xử lý nước thải.
Tương tác giữa các thành phần dinh dưỡng phụ thuộc vào đặc trưng
của nước thải và tỷ lệ của chúng được xác định bằng thực nghiệm. Người ta
thường lấy tỷ lệ COD: N: P = 100: 5: 1.
Trong xử lý sinh học, nguồn nitơ được sử dụng dưới nhiều dạng khác
nhau tuỳ theo tính chất của nước thải. Có thể dùng muối nitrat, muối amơn,
urê...
Cũng như nitơ, photpho là thành phần khơng thể thiếu được trong
q trình phát triển của vi sinh vật. Ngoài tác dụng cung cấp nguồn dinh
dưỡng, muối photpho cịn tạo tính đệm ổn định cho mơi trường, duy trì pH
ổn định cho q trình xử lý. Photpho thường được bổ xung dưới dạng muối
photphat KH2PO4, (NH4)2HPO4 và supephotphat...
f) Các chất độc.
Việc kiểm soát hàm lượng các chất độc trong nước thải cũng là một
trong những yếu tố quan trọng để đảm bảo sự hoạt động của hệ thống
aerotank. Việc xác định này chỉ cho ta thấy loại nước thải nào có thể xử lý

bằng bùn hoạt tính trong bể aerotank được hay khơng.
Nồng độ muối vô cơ trong nước thải không quá 10 g/l. Nếu là muối
vơ cơ thơng thường, có thể pha lỗng nước thải và xử lý bằng phương pháp
bùn hoạt tính, còn nếu là các chất độc như kim loại nặng, các chất độc hữu
cơ thì phải tiến hành phân tích cẩn thận và có biện pháp xử lý riêng biệt
(hấp phụ, trao đổi ion,..) sau đó mới có thể xử lý bằng phương pháp sinh học.
(Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003).
1.2.3.2. Bể Aerotank hoạt động gián đoạn (SBR)

20


Aerotank kết hợp lắng hoạt động gián đoạn theo mẻ (Sequencing
Batch Reactor - SBR) là loại bể phản ứng hoạt động theo chu kì nối tiếp.
Các giai đoạn trong một chu kì được thực hiện sao cho trong cùng một bể
phản ứng có thể thực hiện được tất cả 3 q trình xử lí cơ bản là: 1- oxy
hố chất hữu cơ (phương trình 2); 2- oxy hố amơni thành nitrat (phương
trình 3); 3- khử nitrat thành N2, đồng thời giảm COD (phương trình 1). Như
vậy, một chu kì phản ứng phải bao gồm ít nhất bốn giai đoạn như sau:
* Giai đoạn 1 (giai đoạn nạp + khuấy)
Trong giai đoạn nạp, nước thải vào chứa hàm lượng COD chưa được
xử lý hết được khuấy trộn cùng với nước chứa Nitrat (NO 3-) còn lại trong
bồn SBR sau khi tách đi một phần nước. Phản ứng xảy ra trong giai đoạn
này được thể hiện như sau:
NO3- + Hợp chất hữu cơ = C5H7NO2 + N2 + HCO3- (độ kiềm)
(pt.1)
Thời gian thực hiện cho cả nạp và khuấy là khoảng 3 h.
Nạp + Khuấy
Nước vào

Bùn ra

Khơng khí

Nước ra

Hình 1.4. Giai đoạn 1 : Nạp + Khuấy ( phản ứng khử nitrat)
* Giai đoạn 2 (giai đoạn sục khí)

21


Nước nạp và sau khi khuấy trộn, sẽ được sục khí nhằm tăng cường
q trình oxy hố các hợp chất hữu cơ còn thừa ở đầu ra sau giai đoạn 1,
giảm nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ đầu ra đến mức TCVN cho phép. Đồng
thời oxy hoá NH4+ thành NO3- (Nitrat) phục vụ cho quá trình khử nitrat diễn
ra trong giai đoạn nạp và sục khí ở trước đó.
Q trình phản ứng xảy ra trong giai đoạn này được thể hiện như sau:
Chất hữu cơ + O2 + vi sinh HK = CO2 + H2O + C5H7NO2 (pt.2)
NH4++1,83O2+1,98HCO3-

=

0,021C5H7NO2+0,98NO3-

+1,04H2O+1.88H2CO3 (pt.3)
Thời gian cho cơng đoạn sục khí là khoảng 5-6 giờ và có thể điều
chỉnh theo ý.
Các ngăn bể được sục khí bằng máy nén khí, máy sục khí dạng Jet và
thiết bị khuấy trộn cơ học.

Sục khí
Nước vào

Bùn ra

Khơng khí

Nước ra

Hình 1.5. Giai đoạn 2 : Sục khí (Phản ứng ôxi hoá hữu cơ và
nitrat hoá)

22


* Giai đoạn 3 (giai đoạn lắng)
Nước sau giai đoạn sục khí được để lắng trong khoảng thời gian 1
giờ. Trong giai đoạn này, q trình oxy hố vẫn xảy ra nhưng với tốc độ rất
chậm, quá trình lắng xảy ra chủ yếu và cuối quá trình này nước thải và bùn
được phân tách thành 2 pha riêng biệt: Nước trong ở trên có chất lượng đạt
TCVN 5945 (B) sẵn sàng thải ra ngoài. Lớp bùn - nước lắng ở dưới là
nguồn cấp NO3- để thực hiện quá trình khử nitrat ở giai đoạn 1 (pt. 1).

Lắng
Nước vào

Bùn ra

Khơng khí

Nước ra

Hình 1.6. Giai đoạn 3 : Lắng
* Giai đoạn 4 (Giai đoạn xả)
Nước trong được xả vào bể chứa trung gian nhằm điều hồ lưu lượng
để duy trì tính liên tục cho bể khử trùng, nước sau khử trùng đảm bảo được
chất lượng về mặt vi sinh được thải vào cống chung hoặc đưa qua một
ao/hồ ổn định nuôi thuỷ thực vật nhằm ổn định trước khi xả. Thời gian xả
nước là khoảng 2 giờ.

23


Xả

Bùn ra

Nước vào

Khơng khí

Hình 1.7. Giai đoạn 4 : Xả

Nước ra

Hình 1.7. Giai đoạn 4: Xả
Hệ thống aerotank hoạt động gián đoạn SBR có hiệu quả xử lý COD,
BOD, TSS rất cao và có thể khử được nitơ và phốt pho sinh hố do có thể
điều chỉnh được các q trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí trong bể bằng
việc thay đổi chế độ cung cấp ôxy. Chu kỳ hoạt động của ngăn bể được

điều khiển bằng rơle thời gian. Trong ngăn bể có thể bố trí hệ thống vớt
váng, thiết bị đo mức bùn (Cao Thế Hà (2010)).

24


1.3. Một số quy trình xử lý nước thải bia ở Việt Nam
1.3.1. Mơ hình xử lý theo hai bậc: UASB + Aerotank
Nước thải
Bể gom, kết hợp
tách rác

Axit
Bể điều hòa
Xút
Bể lắng 1

Bể UASB

Cấp khí
Bể Aerotank có
đệm vi sinh

Bể lắng 2

Bể chứa bùn

Bể khử trùng

Máy ép bùn

Châm Clo

Nước sau xử

Bùn khơ

Hình 1.8. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải theo mơ hình UASB + Aerotank

25