Bia là thức uống có lẽ không còn xa lạ gì với cánh mày râu, không những thế, phụ nữ cũng hiện nay cũng có xu hướng chuyển dần sang làm “bợm nhậu”. Chính vì nhu cầu của thị trường quá cao nên thị trường sản xuất bia chỉ trong một thời gian ngắn đã có những bước tiến phát triển mạnh mẽ. Theo thống kê năm 2017 thì Việt Nam đang đứng vị trí thứ 29 trên toàn thế giới về sản lượng tiêu thụ bia, với 4 tỷ lít/năm.
Tuy nhiên, do sự tăng trưởng mạnh về sản lượng tiêu thụ bia như vậy dẫn đến nhiều hệ lụy, không chỉ ở sức khỏe con người mà cả môi trường cũng ảnh hưởng. Một vấn nạn mà mọi người cần quan tâm đến đó là vấn đề về chất thải trong sản xuất bia, loại nước thải này có mức độ ô nhiễm rất cao. Các loại nước thải nhà máy sản xuất bia sản sinh ra có các đặc tính chung là các chất hữu cơ bị ô nhiễm cao, nước thải trong sản xuất có màu đen và khí thải gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân hủy của các chất hữu cơ rất nhanh.
Ngoài ra, các loại hóa chất sử dụng trong quá trình sản xuất như CaCO3, CaSO4, H3PO4, NaOH, Na2CO3,… khi kết hợp với các chất hữu cơ có trong nước thải có khả năng đe dọa nghiêm trọng tới thủy vực nếu không được xử lý triệt để. Theo khảo sát tại các nhà máy sản xuất bia trên toàn quốc cho thấy, nước thải trong sản xuất bia nếu không được xử lý đúng cách sẽ có lượng COD, BOD, chất rắn lơ lửng SS đều rất cao.
Chính vì vậy mà chúng ta cần xử lý triệt để nguồn nước thải sản xuất bia trước khi xả ra môi trường. Hôm nay, máy bơm nước Thuận Phú Group xin chia sẻ đến các bạn quy trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia, hi vọng sẽ giúp ích được các bạn trong quá trình phân tích và lên quy trình xử lý đúng cách nhằm bảo vệ môi trường sinh thái của đất nước.
Nguồn gốc và thành phần nước thải của nhà máy sản xuất bia
Nguồn gốc của nước thải
Nước thải quy trình nấu – đường hóa
Ở công đoạn đường hóa này, nước thải rất giàu các chất hydrocacbon, xenlulozo, hemixenlulozo, pentozo có trong vỏ trấu, các mảnh hạt và bột, các cục vón,… cùng với xác hoa, một ít tannin, các chất đắng và chất tạo màu.
Nước thải quy trình lên men chính và phụ
Ở công đoạn này, nước thải rất giàu xác men, chủ yếu là protein, chất khoáng, vitamin cùng với bia cặn.
Nước thải giai đoạn thành phẩm
Các công đoạn chính là lọc, bão hòa CO2, chiết bock, đóng và hấp chai. Ở công đoạn này nước thải có chứa nhiều bột trợ lọc có lẫn xác men, bia chảy ra từ các chai vỏ.
Nước thải giai đoạn sản xuất
Ở công đoạn sản xuất sinh ra nhiều loại chất thải nhất, và các chất thải có độ ô nhiễm cao nhất do có chứa nhiều thành phần lên men. Nước thải ở công đoạn sản xuất bia này gồm có:
- Sau khi ép lấy dịch đường thì nước thải sẽ có chứa lẫn bã malt và bột, nước sẽ được tách ra khỏi bã sau khi được đặt lên sàn lưới.
- Nước thải từ các thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loại thiết bị khác.
- Nước rửa chai vỏ và két đựng bia.
- Nước rửa sàn, phòng lên men, kho hàng.
- Nước thải nồi hơi
- Nước thải vệ sinh của công nhân
- Nước thải từ hệ thống làm lạnh có chứa một hàm lượng rất cao clorit (lên đến 500 mg/l), cacbonat thấp.
Thành phần và đặc tính của nước thải VBL
| Thông số | Đơn vị | Đầu vào | Đầu ra |
| pH | – | 4.5 ~ 11 | 6 ~ 9 |
| COD | mg/l | 1300 ~ 3000 | < 100 |
| BOD | mg/l | 600 ~ 1400 | < 50 |
| TSS | mg/l | 300 | < 100 |
| Nhiệt độ | 0C | 36 ~ 40 | < 40 |
Quy trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia
Thuyết minh quy trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia
Bể tiếp nhận nước thải
Thiết kế của bể tiếp nhận nước thải gồm có: song chắn rác, bể gom, lưới lọc. Đây là giai đoạn đầu trong quy trình xử lý nước thải nhà máy bia.
Song chắn rác
Được lắp đặt cố định ở cửa vào của bể chứa nước thải, song chắn này được làm bằng kim loại, thiết kế dạng lưới hoặc thanh chắn song song giúp giữ lại các loại rác thô như giẻ, rác, bao nilon, và các loại vật thải có kích thước lớn khác. Song chắn rác giúp chặn rác nhằm đảm bảo an toàn cho các thiết bị như máy bơm chìm nước thải, đường ống và mương dẫn,… Song chắn rác được chia ra làm hai loại chính dựa vào khoảng cách giữa các thanh chắn:
- Song chắn rác thô: khoảng cách của các thanh chắn từ 60mm đến 100mm.
- Song chắn rác mịn: khoảng cách của các thanh chắn từ 10mm đến 25mm. Song chắn rác mịn được đặt nghiêng một góc 600.
Rác thải bị chặn ở các song chắn rác này sẽ được thu gom vào cuối ngày.
Bể gom
Nơi bể tập trung nước thải từ nhiều nguồn trước khi đưa vào bể xử lý nước thải tập trung. Bể gom này thường được xây bằng bê tông, gạch đá. Ngoài ra, bể gom còn có tác dụng điều hòa lưu lượng nước thải.
Lưới lọc
Tác dụng của lưới lọc là giữ lại các chất thải lơ lửng có kích thước nhỏ có thể lọt qua được song chắn rác. Lưới lọc này có kích thước mắt lưới nhỏ, chỉ từ 0.5mm đến 1mm giúp chặn lại các loại bã trấu, huyền phù bị trôi ra ngoài trong quá trình rửa thùng lên men, thùn nấu, nước lọc bã hèm. Vào cuối ngày, hệ thống cào sẽ cào sạch các loại chất thải này ra khỏi lưới.
Bể điều hòa
Được sử dụng với mục đích duy trì lưu lượng dòng thải vào gần như không đổi, quan trọng là điều chỉnh độ pH đến giá trị thích hợp cho quá trình xử lý sinh học.
Trong bể điều hòa được gắn máy khuấy trộn Faggiolati để đảm bảo hòa tan các chất bẩn vào nước và không cho cặn lắng trong bể, đồng thời pha loãng các chất độc hại nếu có. Ngoài ra còn có lắp đặt máy hút váng bề mặt nhằm thu gom và hút bọt, váng nổi.
Tại bể điều hòa, còn được lắp đặt máy bơm định lượng acid nhằm đảm bảo độ pH từ 6.6 ~ 7.6 trước khi đưa vào bể xử lý UASB.
Bể UASB
Trong bể UASB xảy ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải khi không có oxy. Nước thải sẽ được đưa 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.
Ba bước của quá trình chuyển hóa các chất bẩn trong nước thải bằng vi sinh vật yếm khí
- Bước 1: các hợp chất hữu cơ phức tạp và lipit sẽ bị thủy phân bởi nhóm các vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải, quá trình thủy phân này sẽ sinh ra các chất hữu cơ đơn giản và có trọng lượng nhẹ như monosacarit, amino acid để tạo nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh vật phát triển.
- Bước 2: các hợp chất hữu cơ đơn giản sẽ chuyển hóa thành các acid hữu cơ thường nhờ nhóm vi khuẩn tạo men acid. Sau quá trình này sẽ sinh ra acid acetic, acid butyric, acid propionic. Ở cuối giai đoạn này, độ pH của dung dịch nước thải sẽ giảm xuống.
- Bước 3: các vi khuẩn tạo metan chuyển hóa hidro và acid acetic thành khí metan và cacbonic, độ pH của môi trường tăng lên.
Bể sinh học MBBR
Bể sinh học MBBR là bể sử dụng phương pháp nuôi cấy vi sinh vật hiếu khí, sử dụng máy thổi khí để cung cấp oxy liên tục nhằm tạo môi trường sống tốt nhất cho các vi sinh vật. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật được gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Các vi sinh vật có tác dụng phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần các chất hữu cơ bị oxy hóa sinh hóa hoàn toàn thành các chất như CO2, H2O, N2, NO3-, SO4,…
Xem thêm: quy trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật
Loại vi sinh vật có trong bùn hoạt tính của bể sinh học MBBR gồm có: Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas và Nitrobacter. Ngoài ra còn có các loại vi khuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix, và Geotrichum.
Ba giai đoạn chính để thực hiện quá trình oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan, chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải:
- Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật
- Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào.
- Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới.
Tốc độ của quá trình oxy hóa sinh hóa nhanh hay chậm phụ thuộc vào nồng độ các chất hữu cơ, hàm lượng của tạp chất, mật độ vi sinh vật có trong nước thải, và mức độ ổn định lưu lượng của nước thải ở trạm xử lý. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng oxy hóa sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các nguyên tố vi lượng… Tải trọng chất hữu cơ của bể sinh học hiếu khí truyền thống thường dao dộng từ 0,32-0,64 kg BOD/m3.ngày đêm. Nồng độ oxy hòa tan trong nước thải ở bể sinh học hiếu khí cần được luôn luôn duy trì ở giá trị lớn hơn 2,5 mg/l.
Tốc độ sử dụng oxy hòa tan trong bể sinh học hiếu khí phụ thuộc vào:
- Tỷ số giữa lượng thức ăn (chất hữu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M.
- Nhiệt độ.
- Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật (bùn hoạt tính).
- Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất.
- Lượng các chất cấu tạo tế bào.
- Hàm lượng oxy hòa tan.
Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải nhà máy bia xảy ra các phản ứng sinh hóa sau:
- Oxy hóa các chất hữu cơ:
CxHyOz + O2 -> CO2 + H2O + ΔH
- Tổng hợp tế bào mới:
CxHyOz + NH3 + O2 -> Tế bào vi khuẩn + CO2 + H2O + C5H7NO2 – ΔH
- Phân hủy nội bào
C5H7NO2 + 5O2 -> 5CO2 + 2H2O + NH3 ± ΔH
√ Ưu điểm của công nghệ MBBR so với các công nghệ xử lý truyền thống:
- Tất cả các quy trình xử lý đều đạt mục đích xử lý với hiệu quả cao, tiết kiệm năng lượng. Với công nghệ MBBR chúng ta cần mật độ vi sinh vật cao nhằm mục đích đẩy nhanh quá trình oxy hóa sinh hóa. Nói cách khác, càng có nhiều vi sinh vật ăn các chất hữu cơ có trong nước thải thì quá trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia sẽ diễn ra nhanh hơn. Do đó, trong quy trình xử lý MBBR, bạn cần phải làm sao dể cho bề mặt tiếp xúc giữa nước thải, oxi và vi sinh vật càng cao càng tốt.
- Giá thể vi sinh lưu động MBBR được ứng dụng rộng rãi trên thế giới vài năm trở lại đây, loại giá thể MBBR có hình dạng cầu đường kính 20cm có tỷ trọng nhẹ hơn nước nên trong quá trình sục khí, giá thể vi sinh bám dính di chuyển khắp nơi trong bể MBBR. Với mật độ này các quá trình oxy hóa để khử BOD, COD và NH4+ diễn ra nhanh hơn gần 10 lần so với phương pháp truyền thống.
Bảng 3: So sánh hệ thống MBBR với hệ thống bể sinh học hiếu khí
| Hệ thống | Tải trọng BOD (kgBODm3/ngày) | MLSS (mg/l) | Diện tích bề mặt (m2/m3) |
| MBBR | 10 | 8.000 – 20.000 | 510 – 1.200 |
| Bể sinh học hiếu khí Aerotank | 1.5 | 3.000 – 5.000 | 100 |
Một điểm nổi bật nữa của phương pháp xử lý MBBR đó là chúng ta không cần phải tuần hoàn bùn hiếu khí lại như phương pháp Aerotank, nhược điểm của việc tuần hoàn bùn là làm giảm sự hoạt động của vi sinh vật hiếu khí vì vi sinh vật phải nằm ở bể lắng, không có dưỡng khí, khi bơm bùn hoàn lưu về bể Aerotank làm cho vi sinh bị “shock” tải trọng, do đó hiệu quả xử lý sẽ không cao bằng phương pháp giá thể MBBR.
Nước thải sản xuất bia có hàm lượng N, P trong nước khá nhỏ nên chúng ta cũng không cần phải xây dựng bể thiếu khí Anoxic để khử N, P là do bể MBBR chứa đựng các giá thể di động cũng là nơi lưu trú cho các chủng vi sinh bám dính khử N, P. Hai loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosomonas và Nitrobacter.
Phương trình phản ứng như sau:
NH4+ -> NO2– + NO3– + H+ + H2O
NO2–, NO3– -> N2 => escape to air
PO4-3 -> (PO4-3)salt => sludge
Như vậy bể sinh học hiếu khí MBBR có nhiệm vụ xử lý các chất hữu cơ còn lại trong nước thải. Trong bể MBBR diễn ra quá trình oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo trong nước thải dưới sự tham gia của vi sinh vật hiếu khí.Tại bể MBBR có hệ thống sục khí trên khắp diện tích bể nhằm cung cấp ôxy, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí sống, phát triển và phân giải các chất ô nhiễm. Vi sinh vật hiếu khí sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ dạng keo và hòa tan có trong nước để sinh trưởng. Ở điều kiện thuận lợi, vi sinh vật phát triển mạnh, sinh khối tăng và tồn tại dưới dạng bông bùn dễ lắng tạo thành bùn hoạt tính. Sau quá trình oxy hóa (bằng sục không khí) với đệm vi sinh di động, bùn hoạt tính (tức lượng vi sinh phát triển và hoạt động tham gia quá trình xử lý) được bám giữ trên các giá thể bám dính di động dạng cầu.Nước thải sau khi qua bể MBBR sẽ tự chảy vào bể lắng sinh học.
Bể lắng trong xử lý nước thải sản xuất bia
Nước thải sau khi qua bể MBBR được phân phối vào vùng phân phối nước của bể lắng sinh học lamella. Cấu tạo và chức năng của bể lắng sinh học lamella tương tự như bể lắng hóa lý. Nước sạch được thu đều trên bề mặt bể lắng thông qua máng tràn răng cưa.
Hiệu suất bể lắng được tăng cường đáng kể do sử dụng hệ thống tấm lắng lamella. Bể lắng lamella được chia làm ba vùng căn bản:
- Vùng phân phối nước
- Vùng lắng
- Vùng tập trung và chứa cặn
Nước và bông cặn chuyển động qua vùng phân phối nước đi vào vùng lắng của bể là hệ thống tấm lắng lamella, với nhiều lớp mỏng được sắp xếp theo một trình tự và khoảng cách nhất đinh. Khi hỗn hợp nước và bông cặn đi qua hệ thống này, các bông bùn va chạm với nhau, tạo thành những bông bùn có kích thước và khối lượng lớn gấp nhiều lần các bông bùn ban đầu. Các bông bùn này trượt theo các tấm lamella và được tập hợp tại vùng chứa cặn của bể lắng.
Bể lọc áp lực
Bể lọc áp lực sử dụng trong công nghệ này là bể lọc áp lực đa lớp vật liệu: sỏi đỡ, cát thạch anh và than hoạt tính để loại bỏ các chất lơ lửng, các chất rắn không hòa tan, các nguyên tố dạng vết, halogen hữu cơ nhằm đảm bảo độ trong của nước .
Nước sau khi qua cụm lọc áp lực đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường theo QCVN 24:2009 cột B.
Bể Nano dạng khô
Nước thải sau khi qua bể lọc áp lực sẽ đi vào bể nano dạng khổ để loại bỏ triệt để các chất lơ lửng còn sót lại trong nước, và khử trùng nước thải
Nước sau khi qua bể nano dạng khô đạt yêu cầu xả thải theo quy định hiện hành của pháp luật. Lượng nước này, một phần được sử dụng để làm mát máy móc trong nhà máy; một phần được đưa tới nguồn tiếp nhận qua mương thoát nước.
Ưu và nhược điểm quy trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia
Ưu điểm
- Công nghệ đề xuất phù hợp với đặc điểm, tính chất của nguồn nước thải;
- Nồng độ các chất ô nhiễm sau quy trình xử lý đạt quy chuẩn hiện hành;
- Diện tích đất sử dụng tối thiểu.
- Công trình thiết kế dạng modul, dễ mở rộng, nâng công suất xử lý.
Nhược điểm
- Nhân viên vận hành cần được đào tạo về chuyên môn;
- Chất lượng nước thải sau xử lý có thể bị ảnh hưởng nếu một trong những công trình đơn vị trong trạm không được vận hành đúng các yêu cầu kỹ thuật;
- Bùn sau quá trình xử lý cần được thu gom và xử lý định kỳ.
Trên đây là quy trình xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia bằng công nghệ MBBR, hi vọng sẽ giúp ích được bạn trong việc lên quy trình để xử lý nước thải cho các nhà máy sản xuất bia.
