Download - Thực trạng công nghệ và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải ngành sản xuất bia
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------***------------
NGUYỄN TÚ OANH
ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ VÀ ĐỀ XUẤT
GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI
NGÀNH SẢN XUẤT BIA
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Hà Nội, 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------***------------
NGUYỄN TÚ OANH
ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ VÀ ĐỀ XUẤT
GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI
NGÀNH SẢN XUẤT BIA
Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng
Mã số: 60440301
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Ngô Thị Lan Phƣơng
Hà Nội, 2014
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình nghiên cứu đề tài, mặc dù tác giả đã có nhiều cố gắng
nhưng luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót rất mong được sự góp ý chân
thành của các thầy cô và các bạn. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Bộ
môn Công nghệ môi trường – Khoa Môi trường (Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội), Trung tâm Kiểm định môi trường – Cục Cảnh
sát Phòng chống tội phạm về môi trường - Bộ Công an đã tạo điều kiện và giúp đỡ
để luận văn được hoàn thành. Đặc biệt, tôi cũng xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS.
Ngô Thị Lan Phương, người đã tận tình hướng dẫn, góp ý trong suốt quá trình thực
hiện và hoàn thành luận văn.
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Học viên
Nguyễn Tú Oanh
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA ............................................................................. 3
1.1 Tổng quan ngành công nghiệp bia ........................................................................3
1.1.1 Tổng quan ngành công nghiệp bia trên thế giới .................................................3
1.1.2 Tổng quan ngành bia Việt Nam .........................................................................4
1.2 Quy trình sản xuất bia ...........................................................................................9
1.2.1 Nguyên liệu sản xuất bia ....................................................................................9
1.2.2 Quy trình sản xuất bia ......................................................................................11
1.3 Nguồn và đặc trƣng nƣớc thải ngành sản xuất bia. .............................................16
1.3.1 Các nguồn thải từ nhà máy bia:........................................................................16
1.3.2 Thành phần và tính chất nƣớc thải của các nhà máy bia .................................16
1.4 Các biện pháp giảm thiểu nƣớc thải ....................................................................19
1.4.1 Phân luồng dòng thải ........................................................................................19
1.4.2 Xử lý làm mát nƣớc làm lạnh tuần hoàn ..........................................................20
1.4.3 Xử lý nƣớc thải sản xuất ..................................................................................20
1.4.4 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải trong sản xuất bia ......................................22
1.4.5 Xử lý nƣớc thải tại một số nhà máy bia trên thế giới .......................................32
1.5 Đánh giá công nghệ môi trƣờng ..........................................................................35
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................... 38
2.1 Đối tƣợng nghiên cứu..........................................................................................38
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu .....................................................................................38
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 50
3.1 Xử lý nƣớc thải các nhà máy sản xuất bia ..........................................................50
3.1.1 Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Hà Nội - Hải Phòng ...........................................50
3.1.2 Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sài Gòn - Phú Thọ .............................................57
3.1.3 Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Việt Hà ..............................................................64
3.1.4 Xử lý nƣớc thải nhà máy đồ uống NADA - Nam Định ...................................71
3.2 Đánh giá công nghệ xử lý nƣớc thải ...................................................................77
3.2.1 So sánh các hiệu quả xử lý của các nhà máy nghiên cứu ................................77
3.2.2 Công nghệ xử lý nƣớc thải của các nhà máy bia tại Việt Nam ........................84
3.2.3 Tính toán và đề xuất công nghệ xử lý ..............................................................86
3.2.4 Đề xuất một số giải pháp khác .........................................................................97
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ........................................................................................................... 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 100
PHỤ LỤC ...................................................................................................................................... 102
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Sản lƣợng bia khu vực năm 2011 ..............................................................3
Bảng 1.2 Cạnh tranh của các thƣơng hiệu bia trong và ngoài nƣớc tại Việt Nam
2010 .............................................................................................................................8
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của malt đại mạch ...................................................10
Bảng 1.4. Thành phần nƣớc thải một số khâu sản xuất bia ......................................17
Bảng 1.5. Thành phần và tính chất nƣớc thải một số nhà máy bia nƣớc ngoài ........17
Bảng 1.6. Đặc điểm chính của nƣớc thải bia ............................................................18
Bảng 1.7 Thông số thiết kế bể UASB .......................................................................26
Bảng 1.8 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy JWM - Perth .....................33
Bảng 1.9 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải đã xử lý nhà máy JWM - Perth .......35
Bảng 3.1 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy bia Hà Nội - Hải Phòng
trƣớc xử lý .................................................................................................................52
Bảng 3.2. Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy bia Hà Nội – Hải Phòng sau
xử lý ...........................................................................................................................53
Bảng 3.3. Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Sài Gòn - Phú Thọ ...................59
Bảng 3.4 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Sài Gòn - Phú Thọ ...................60
Bảng 3.5 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Việt Hà trƣớc xử lý ...................66
Bảng 3.6 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Việt Hà sau xử lý .....................66
Bảng 3.7 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy NADA trƣớc xử lý ...........73
Bảng 3.8 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy NADA sau xử lý ..............73
Bảng 3.9 So sánh hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm giữa công nghệ xử lý của các nhà
máy ............................................................................................................................83
Bảng 3.10 Một số tính chất của nƣớc thải tại các nhà máy bia với công suất nƣớc
thải dƣới 100 đến 300 m3 /ngày ................................................................................89
Bảng 3.11 Các chỉ tiêu thiết kế hệ aeroten hoạt động gián đoạn (SBR) ...................92
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Sản lƣợng bia từ năm 2000 - 2012 ...............................................................5
Hình 1.2 Thị trƣờng bia Việt Nam 2010 .....................................................................6
Hình 1.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia .................................................15
Hình 1.4 Hàm lƣợng COD, BOD, SS trong nƣớc thải của một số nhà máy bia .......19
Hình 1.5 Sơ đồ dòng thải của nhà máy bia ...............................................................21
Hình 1.6 Bể UASB ....................................................................................................25
Hình 1.7 Bể SBR ......................................................................................................26
Hình 1.8 Quy trình hoạt động của bể SBR ...............................................................28
Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý xử lý nƣớc thải các cơ sở sản xuất bia có quy mô nhỏ xử
lý nƣớc thải nhỏ ........................................................................................................30
Hình 1.10 Sơ đồ nguyên tắc xử lý nƣớc thải các nhà máy bia có công suất nƣớc thải
nhỏ ............................................................................................................................31
Hình 1.11 Dây chuyền công nghệ nấu bia chung ....................................................32
Hình 1.12 Sơ đồ xử lý nƣớc thải tại nhà máy bia của Úc .........................................33
Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Hà Nội – Hải Phòng ..................................51
Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nƣớc thải bia Hà Nội – Hải Phòng ..............56
Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Sài Gòn – Phú Thọ .....................................58
Hình 3.4 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nƣớc thải bia Sài Gòn – Phú Thọ .................63
Hình 3.5 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Việt Hà ......................................................65
Hình 3.6 Dây chuyền xử lý nƣớc thải của nhà máy bia Việt Hà .............................70
Hình 3.7 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia nhà máy đồ uống NADA ..........................72
Hình 3.8 Dây chuyền xử lý nƣớc thải của nhà máy NADA ....................................76
Hình 3.9 So sánh các chỉ tiêu ô nhiễm nƣớc thải giữa các nhà máy trƣớc xử lý ......78
Hình 3.10 So sánh các chỉ tiêu ô nhiễm sau xử lý giữa các nhà máy .......................80
Hình 3.11 So sánh hiệu quả xử lý chất ô nhiễm của các nhà máy ............................82
Hình 3.12 Sơ đô hệ thống xử lý UASB kết hợp thiết bị lọc dòng ............................88
Hình 3.13 Sơ đồ công nghệ UASB kết hợp bể SBR .................................................90
Hình 3.14 Sơ đồ công nghệ UASB kết hợp hiếu khí aeroten ...................................93
1
MỞ ĐẦU
Bia là loại nƣớc giải khát đang đƣợc ƣa chuộng hiện nay với giá trị dinh
dƣỡng cao và phù hợp với rất nhiều đối tƣợng khách hàng, vì vậy ngành công
nghiệp bia đã trở thành ngành công nghiệp rất phát triển ở nhiều nƣớc trên thế giới.
Bia đƣợc sản xuất tại Việt Nam cách đây trên 100 năm tại nhà máy bia Sài Gòn và
nhà máy bia Hà Nội. Hiện nay do nhu cầu của thị trƣờng, chỉ trong một thời gian
ngắn, ngành sản xuất bia có những bƣớc phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu
tƣ và mở rộng các nhà máy bia có từ trƣớc và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc
trung ƣơng và địa phƣơng, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nƣớc ngoài.
Công nghiệp sản xuất bia đang là ngành tạo ra nguồn thu lớn cho ngân sách nhà
nƣớc và có hiệu quả kinh tế, vì vậy trong mấy năm qua sản xuất bia đã có những
bƣớc phát triển khá nhanh. Do mức sống tăng, mức tiêu dùng bia ngày càng cao.
Các cơ sở sản xuất trong nƣớc ngày càng tăng nhanh theo thống kê nƣớc ta có
khoảng 350 cơ sở sản xuất bia. Tổng lƣợng bia sản xuất của nƣớc ta năm 2010
khoảng 2,59 tỷ lít/năm, năm 2011 khoảng hơn 2,63 tỷ lít/năm. Bình quân lƣợng bia
tăng 11 - 15% mỗi năm [1].
Công nghiệp sản xuất bia tạo nên một lƣợng lớn nƣớc thải xả vào môi
trƣờng. Hiện nay lƣợng nƣớc thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia là 8-14 lít
nƣớc thải/ lít bia, phụ thuộc vào công nghệ và các loại bia sản xuất. Đặc tính của
nƣớc thải công nghiệp bia là có chứa nhiều chất hữu cơ dễ chuyển hóa sinh học với
tỷ lệ BOD và COD khá cao (BOD = 2000 - 3000 mg/l, COD = 4000 - 5000 mg/l),
hàm lƣợng nitơ, photpho, cũng nhƣ các chất rắn lơ lửng cao, chủ yếu là các hợp
chất gluxit, protein, axit hữu cơ và các chất phụ gia. Vì vậy các loại nƣớc thải này
cần phải xử lý trƣớc khi xả ra nguồn nƣớc tiếp nhận (Trích dẫn ĐTM nhà máy Việt
Hà). Hiện nay các cơ cở sản xuất bia phân bố trên khắp cả nƣớc trừ một số công ty
sản xuất với số lƣợng lớn có đầu tƣ hệ thống xử lý nƣớc thải, hầu hết các cơ sở nhỏ
đều không đầu tƣ hoặc đầu tƣ hệ thống xử lý sơ sài, nƣớc thải đều thải trực tiếp ra
hệ thống thoát nƣớc công cộng không qua xử lý đang làm ô nhiễm nguồn nƣớc mặt
2
cũng nhƣ nguồn nƣớc ngầm của các địa phƣơng. Nƣớc thải không qua xử lý dƣới
tác động của điều kiện môi trƣờng các vi sinh vật phân huỷ gây mùi hôi thối, độ
đục, phú dƣỡng hoá nguồn nƣớc, ô nhiễm hữu cơ, mùi hôi ảnh hƣởng đến hệ thống
cống thoát, hệ sinh thái thuỷ vực, gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận, cảnh quan môi
trƣờng và hệ sinh thái thực vật khu vực. Nƣớc thải bao gồm nhiều loại đƣợc thải ra
từ nhiều công đoạn khác nhau nhƣng chủ yếu là từ các phân xƣởng nấu, đƣờng hoá,
lên men, lọc, chiết bia. Dòng thải còn phát sinh từ nƣớc rửa vệ sinh thiết bị, chai,
sàn nhà, bom, keg. Đây là dòng thải chính cần xử lý triệt để. Chính vì những lý do
trên việc đánh giá hiện trạng hiệu quả hệ thống công nghệ xử lý nƣớc thải của
ngành công nghiệp này là tiền đề cho việc đƣa ra những đề xuất áp dụng công nghệ
xử lý nƣớc thải có hiệu quả cao. Với mục đích trên tôi tiến hành đề tài “Đánh giá
thực trạng công nghệ và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải
ngành sản xuất bia” với mục tiêu và nội dung nghiên cứu gồm:
* Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải sản xuất bia của hệ thống xử lý nƣớc thải
tại một số công ty sản xuất bia làm cơ sở đề xuất công nghệ phù hợp tăng hiệu quả
hoạt động xử lý nƣớc thải.
* Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan chung về ngành công nghiệp bia trên thế giới và Việt Nam.
- Hiện trạng xử lý nƣớc thải của một số nhà máy bia: Hà Nội – Hải Phòng;
Sài Gòn – Phú Thọ; Việt Hà và NADA.
- Đánh giá công nghệ và hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nƣớc thải của các
nhà máy sản xuất bia lựa chọn.
- Đề xuất công nghệ xử lý phù hợp đối với các nhà máy bia.
3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA
1.1 Tổng quan ngành công nghiệp bia
1.1.1 Tổng quan ngành công nghiệp bia trên thế giới
Bia (beer) là đồ uống có rƣợu nhẹ đƣợc chế biến chủ yếu từ đại mạch nảy
mầm (thóc malt), hoa bia (houblon), nguyên liệu phụ là gạo, ngô và nƣớc. Bia là
ngành có lợi nhuận cao nên trở thành ngành công nghiệp tiêu dùng quan trọng,có
mức tăng trƣởng cao. Ngày nay không nƣớc nào trên thế giới là không sản xuất
hoặc tiêu thụ bia. Bia không phải là hàng hóa thiết yếu, nhu cầu tiêu thụ bia phụ
thuộc nhiều vào khả năng kinh tế, thị hiếu tiêu dùng. Trong giai đoạn hiện nay,
khủng hoảng kinh tế làm cho lƣợng doanh số từ bia trên thị trƣờng thế giới đều
giảm.
Trong thập kỷ qua sản lƣợng bia thế giới tăng khoảng 35,6%. Các nƣớc có
sản lƣợng lớn là Trung Quốc, Nga và Brazil. Việt Nam, Ukraina và Trung Quốc có
mức tăng trƣởng cao trong mƣời năm qua, lần lƣợt là 240,4%; 132,9% và 118%.
Năm 2011, sản lƣợng bia thế giới đạt 192.710 triệu lít, tăng 3,7% so với 2010.
Bảng 1.1: Sản lƣợng bia khu vực năm 2011
Khu vực Sản lƣợng (1000 lít) Tỷ trọng toàn
cầu (%)
Tăng trƣởng so
với năm 2010 (%)
Châu Á 66.536.066 34,54 8,6
Châu Âu 54.751.700 28,41 0,2
Châu Mỹ la tinh 31.748.800 16,47 3,1
Khu vực Bắc Mỹ 24.497.317 12,71 -1,5
Châu Phi 11.530.600 5,98 7,5
Còn lại 3.620.800 1,88 0,3
Tổng 192.712.283 100,00 3,7
(Nguồn: Kirin Holdings Reasearch)
Mức tiêu dùng Bia trên thế giới khá cao, bình quân đạt: 22 lít/ngƣời/năm; các
nƣớc Đức, Bỉ, Anh, Úc có mức tiêu thụ bình quân từ: 100 – 140 lít/ngƣời/năm. Năm
4
2011, toàn thế giới sử dụng hết 182,69 tỉ lít bia, tăng 2,4 % so với 2010, đây là mức
tăng trƣởng cao nhất trong 25 năm liên tục.
Euromonitor (công ty nghiên cứu thị trƣờng) dự báo châu Á và châu Phi là
hai thị trƣờng bia có triển vọng cao, sản lƣợng bia có tỉ lệ tăng trƣởng thƣờng niên
khá cao ở mức 3,8% tại châu Á và 4,6% tại châu Phi trong năm 2012 cho đến năm
2016. Nguyên nhân này do đây là những khu vực có dân số đông (chiếm 60% và
14% thế giới), và độ tuổi uống bia 20-40 tuổi chiếm phần đông dân cƣ; hơn nữa
kinh tế tăng trƣởng nhanh, thu nhập bình quân đầu ngƣời liên tục đƣợc cải thiện (tại
Châu Á, GDP đầu ngƣời tăng bình quân 4,4%/năm, gấp đôi mức tăng trung bình
toàn cầu; Châu Phi tăng trƣởng kinh tế nhanh nhất thế giới với lần lƣợt 5,1% và
5,4% trong hai năm 2011 và 2012).
1.1.2 Tổng quan ngành bia Việt Nam
Sản xuất bia tại Việt Nam chiếm tỷ trọng doanh thu lớn nhất trong ngành đồ
uống có cồn, chiếm khoảng 89% giá trị và 97,9% về sản lƣợng. Là ngành sản xuất
công nghiệp nhẹ, lợi nhuận cao. Tính trong năm 2011 doanh thu đạt hơn 60.000 tỷ
đồng.
Theo Euromonitor, quy mô ngành bia Việt Nam năm 2012 ƣớc đạt 4,6 tỷ
USD (chiếm 3,7% GDP), tốc độ bình quân tăng trƣởng là 11-15%. Thu nhập bình
quân đầu ngƣời tăng (gấp 10 lần từ 1994 đến 2012, đạt gần 1.600 USD) và dân số ở
độ tuổi uống bia (20-40 tuổi) đƣợc dự báo tăng 5%/năm. Đây là những nhân tố giúp
ngành bia giữ đƣợc mức tăng trƣởng khá cao.
Việt Nam đứng đầu khu vực Đông Nam Á về mức tiêu thụ bia với gần 2,6 tỉ
lít bia trong năm 2011. Việt Nam cũng là một trong 25 quốc gia tiêu thụ bia mạnh
nhất thế giới. Với sức tiêu thụ này và bình quân tăng trƣởng cao, thị trƣờng bia Việt
Nam còn đƣợc dự báo tiềm năng tăng trƣởng cao hơn nữa, sẽ xếp thứ ba tại châu Á
về sản lƣợng tiêu thụ, chỉ sau Nhật và Trung Quốc. Sức tiêu thụ lớn làm tăng thị
trƣờng cạnh tranh ở Việt Nam xuất hiện của hàng loạt nhãn hiệu bia mới. Chính vì
vậy, từ nhiều năm nay, dù đã có nhiều thƣơng hiệu thất bại, nhƣng các hãng bia
nƣớc ngoài vẫn tiếp tục đầu tƣ vào thị trƣờng bia Việt Nam.
5
Việt Nam đứng thứ 13 trên thế giới về sản xuất bia, với tổng sản lƣợng bia
năm 2011 là 2,63 tỷ lít và năm 2010 là 2,59 tỷ lít; và là quốc gia có mức tăng trƣởng
cao về sản lƣợng trong mƣời năm qua là 240,4,%. Với 350 cơ sở sản xuất bia, tập
trung quanh khu vực các thành phố lớn; bia Việt nam có khả năng đáp ứng đủ nhu
cầu trong nƣớc. Ba doanh nghiệp lớn nhất trong thị trƣờng bia Việt Nam là Sabeco,
VBL (bia liên doanh Việt Nam - Vietnam Brewery Limited) và Habeco. Đứng đầu
về thị phần là Sabeco (47,5%), sau đó là VBL (18,2%) và Habeco (17,3%).
Theo thống kê năm 2012 sản lƣợng bia trên thị trƣờng Việt Nam đƣợc thể hiện ở
biểu đồ 1.1
Hình 1.1 Sản lƣợng bia từ năm 2000 - 2012
Thị trƣờng bia theo 3 phân khúc: Bia hơi giá bình dân; Bia chai, bia
lon với mức giá trung bình; Bia cao cấp với các dòng bia cao cấp và ngoại nhập;
Sabeco đang dẫn dầu dòng bia phổ thông và chiếm 35% lƣợng bia bán ra trên toàn
thị trƣờng; VBL nắm giữ 70% thị trƣờng bia cao cấp với mặt hàng nổi bật Heineken
và Tiger.
* Cạnh tranh giữa các doanh nghiệp sản xuất bia tại Việt Nam
Việt Nam hiện có 350 cơ sở sản xuất bia lớn nhỏ ở khắp các địa phƣơng. Sản
xuất bia tập trung vào một số khu vực chính: Hồ Chí Minh (chiếm 23,2% tổng năng
lực sản xuất bia toàn quốc); Hà Nội: 13,44%, Hải Phòng: 7,47%; Hà Tây: 6,1%,
Tiền Giang: 3,79%; Huế: 3,05%; Đà Nẵng: 2,83% (Theo Euromonitor)[1].
Các loại hình doanh nghiệp sản xuất Bia trên thị trƣờng Việt Nam đƣợc phân biệt
gồm 3 dạng chính:
- Các Tổng Công ty Nhà nƣớc với 2 thƣơng hiệu danh tiếng và lâu đời là
Sabeco và Habeco.
6
- Doanh nghiệp Liên doanh với các thƣơng hiệu bia quốc tế sản xuất tại Việt
Nam nhƣ: Tiger (Thái), Heineken (Hà Lan), Calsberg (Đan Mạch), Foster's (Úc).
- Các nhà máy bia địa phƣơng nhƣ Huda Huế, Thanh Hóa, Bến Thành…
Thị phần ngành bia không thay đổi nhiều trong thời gian qua là: Sabeco,
Habeco và VBL. Thị trƣờng 3 doanh nghiệp lớn nhất ngành này chiếm tới 83% thị
phần. Tuy nhiên, bia không phải hàng hóa thiết yếu nên các doanh nghiệp vẫn cạnh
tranh quyết liệt trên thị trƣờng tiêu dùng.
Hình 1.2 Thị trƣờng bia Việt Nam 2010
(Nguồn: SSI research và Euromonitor)
Do khác biệt về thị hiếu, công nghệ sản xuất, thu nhập, cách thể hiện đẳng cấp
ngƣời dùng; bia có sự phân khúc sản phẩm và thị phần nhƣ sau:
- Phân khúc bia hơi (chƣa tiệt trùng) chiếm khoảng 43% khối lƣợng tiêu thụ và
30% giá trị tiêu thụ. Habeco là Doanh nghiệp có sản lƣợng tiêu thụ cao nhất tại Hà
Nội và các tỉnh phía Bắc.
- Phân khúc bia tiệt trùng đóng lon hoặc chai chiếm đứng đầu trên thị trƣờng
với mức tiêu thụ 45% về khối lƣợng và 50% về giá trị. Trong đó cao nhất trong thị
trƣờng tiêu thụ là Sabeco, Habeco với dòng sản phẩm bia Sài gòn (xanh, đỏ), Bia
Hà Nội và Nhà máy bia Huế với thƣơng hiệu bia Huda.
- Phân khúc nhỏ nhất là bia cao cấp chiếm 12% về khối lƣợng và 20% về giá trị
tiêu thụ. Đứng đầu là các sản phẩm Tiger, Heineken của VBL, Carlbergs của Nhà
7
máy Bia Đông Nam Á, ngoài ra còn có các thƣơng hiệu Việt là Sài Gòn Đỏ và 333
của Sabeco. Trong đó phân khúc Trung và Cao cấp cạnh tranh khá gay gắt, Sabeco
đứng cao nhất thị trƣờng chiếm 31% thị phần với các dòng sản phẩm bia hạng trung
và sản phẩm cao cấp; Bia liên doanh VBL chiếm 20% với các dòng sản phẩm bia
cao cấp; tiếp theo là Bia Hà Nôi chiếm 10%.
10 loại bia được tiêu thụ cao nhất thị trường hiện nay
Bên cạnh sự cạnh tranh của các doanh nghiệp trong nƣớc thị phần bia nƣớc
ngoài cũng đẩy mạnh xâm nhập thị trƣờng Việt Nam. Kể từ sau khi hội nhập và mở
cửa (năm 1991), Đầu tƣ nƣớc ngoài tăng cƣờng ở Việt Nam; rất nhiều thƣơng hiệu
bia nổi tiếng thế giới từ Bỉ, Đức, Mỹ, Mexico, Hà Lan, Nga, Séc…đã vào thị
trƣờng nhƣ: Heineken, Fosters, Tiger, Larger, Larue, BGI… Sự xuất hiện ngày càng
nhiều của các dòng bia ngoại đã đẩy cuộc cạnh tranh trong ngành bia ngày càng gay
gắt hơn. Hiện nay các nhà đầu tƣ nƣớc ngoài đã đƣợc phép sở hữu 100% doanh
(Nguồn: Nghiên cứu thị trường công ty bia Sabeco)
8
nghiệp nội địa thuộc ngành bia. Cụ thể cuối năm 2011, Tập đoàn Carlsberg (Đan
Mạch) đã nắm giữ 100% vốn Nhà máy bia Huế. Nhà máy bia Sapporo Việt Nam
với tổng vốn đầu tƣ 75 triệu USD (phía Nhật Bản góp 71% và phía Việt Nam góp
29%) cũng đã đi vào hoạt động và đang tìm cách phát triển thị trƣờng ở Việt
Nam… Cạnh tranh cũng khiến nhiều thƣơng hiệu bia ngoại thất bại. Các thƣơng
hiệu trụ vững và phát triển nhƣ Heineken, Carlsberg, Tiger.., đã làm không ít
thƣơng hiệu lớn ngành Bia trên thế giới bị đẩy ra khỏi thị trƣờng. Có rất nhiều
nguyên nhân dẫn đến thất bại nhƣ: định vị sai, sản phẩm không hợp khẩu vị của
ngƣời Việt, rào cản kênh phân phối, năng lực tài chính...
Bảng 1.2 Cạnh tranh của các thƣơng hiệu bia trong và ngoài nƣớc
tại Việt Nam 2010
Nhà sản xuất Sản phẩm chủ đạo Công suất
(Tr.lít/Năm) Khu vực sản xuất
Sabeco Bia 333, Sài gòn đỏ,
Sài gòn xanh 1600
HCM, Cần Thơ,
Sóc Trăng
Liên doanh nhà
máy bia Việt Nam
(VBL)
Heiniken, Tiger,
Ankor, Foster HCM,Hà Tây
Habeco Bia Hà Nội, bia hơi 400 Hà Nội, Hải
Dƣơng
Bia Thanh Hóa
Bia Hà Nội, bia
Thanh Hóa (bia hơi,
chai, lon)
70 Thanh Hóa
San Miguel Việt
Nam San Miguel 50 Nha Trang
Liên doanh nhà
máy bia Đông Nam
Á, Việt Hà
Halida, Carls berg Hà Nội, Hải
Dƣơng
Bia Huế Huda, Festival 200 Huế
(Nguồn: Bộ Công thương, Hiệp hội bia rượu Việt Nam)
9
1.2 Quy trình sản xuất bia
1.2.1 Nguyên liệu sản xuất bia
Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon và
nƣớc. Ngoài ra ngƣời ta còn dùng một số nguyên liệu thay thế nhƣ đại mạch chƣa
nảy mầm, gạo, ngô…
* Nƣớc:
Do thành phần chính của bia là nƣớc nên nƣớc là nguyên liệu có ảnh hƣởng
rất quan trọng trong quá trình sản xuất bia. Trong nhà máy bia nƣớc đƣợc sử dụng
với nhiều mục đích khác nhau nên lƣợng nƣớc cấp rất lớn. Nƣớc dùng để nấu bia
không nhiều nhƣng tác động rõ rệt đến chất lƣợng bia. Mặc dù ảnh hƣởng của nó
cũng nhƣ là tác động tƣơng hỗ của các loại khoáng chất hòa tan trong nƣớc đƣợc
sử dụng trong ngành sản xuất bia khá phức tạp. Vì vậy, ngoài việc đáp ứng các quy
định đối với nƣớc uống, nƣớc sản xuất bia còn phải xử lý qua hệ thống RO đảm bảo
một số tiêu chuẩn nghiêm ngặt. Nƣớc nấu bia phải trong suốt, không màu, có vị dễ
chịu, không có mùi lạ và không chứa các vi sinh vật gây bệnh để đem lại sự ổn định
về chất lƣợng và mùi vị của sản phẩm. Một số yêu cầu hóa học của nƣớc nấu bia
nhƣ sau:
- Độ cứng toàn phần: 5-6 mg- dlg/l
- pH= 6,8- 7,3
- COD theo KMnO4 ≤ 2 mg/l
- TLS < 600 mg/l
- Hàm lƣợng sắt: không quá 0,3 mg/l
- Hàm lƣợng mangan: không quá 0,2 mg/l
- Hàm lƣợng nitrat: không quá 10 mg/l
- Trong nƣớc nấu bia không có xianua, thủy ngân, bari, crom, photphat,
nitric...[13]
* Malt đại mạch:
Bằng cách ngâm các hạt lúa mạch vào trong nƣớc, cho phép chúng nảy mầm
đến một giai đoạn nhất định và sau đó làm khô hạt đã nảy mầm trong các lò sấy để
10
thu đƣợc hạt ngũ cốc đã mạch nha hóa (Malt). Mục tiêu chủ yếu của quy trình này
giúp hoạt hóa tích lũy về khối lƣợng và hoạt lực của hệ enzym trong đại mạch. Hệ
enzym này giúp chuyển hóa tinh bột trong hạt thành đƣờng hòa tan bền vững vào
nƣớc tham gia quá trình lên men. Malt đại mạch vừa là tác nhân đƣờng hóa vừa là
nguyên liệu đặc trƣng dùng để sản xuất bia. Malt phải sạch, có mùi thơm đặc trƣng,
vị ngọt, màu vàng sáng, đều không đƣợc mốc và có mùi hôi. Thành phần hóa học
của malt của malt đƣợc nêu trong bảng 1.3 [13].
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của malt đại mạch
TT Thành phần Phần trăm chất khô
1 Tinh bột 58
2 Đƣờng khử 4
3 Sacaroza 5
4 Pentoza hòa tan 1
5 Pentoza không hòa tan 9
6 Xenluloza 6
7 Chất chứa nito 10
8 Chất béo 2,5
Ngoài ra, còn chứa một số chất khác nhƣ chất màu, chất đắng, chất
thơm…Trong malt có chứa các enzym thủy phân nhƣ: a-amylaza, b-proteinaza,
peptidaza, fitaza, amylofotfataza.
* Gạo:
Để sản xuất bia có thể lựa chọn các nguyên liệu khác để sử dụng cùng Malt
nhƣng ở Việt Nam các cơ sở thƣờng sử dụng là gạo. Đây là loại hạt có hàm lƣợng
tinh bột khác cao có thể đƣợc sử dụng sản xuất đƣợc các loại bia có chất lƣợng hảo
hạng. Gạo đƣợc đƣa vào chế biến dƣới dạng bột nghiền mịn dễ tan trong quá trình
hồ hóa, sau đó đƣợc phối trộn cùng với bột nghiền mịn để dễ tan trong quá trình hồ
hóa, sau đó đƣợc phối trộn cùng với bột malt sau khi đƣờng hóa. Để lựa chọn gạo
ngƣời ta chú ý tới các loại hạt gạo trắng trong và các hạt gạo màu trắng đục bởi hàm
11
lƣợng protein. Do đó, trong sản xuất bia, các nhà sản xuất thƣờng chọn loại có độ
trắng đục cao hơn.
* Hoa houblon
Hoa Houblon đƣợc con ngƣời biết đến và đƣa vào sử dụng khoảng 3000 năm
TCN. Đây là nguyên liệu không thể thiếu đƣợc trong sản xuất bia, giúp tạo cho bia
mùi thơm đặc trƣng và vị đắng dễ chịu. Trong sản xuất bia ngƣời ta thƣờng sử dụng
hoa houblon dƣới nhiều dạng khác nhau: dạng tƣơi, cao hoa, hoa viên nhƣng để bảo
quản đƣợc lâu và dễ vận chuyển, houblon đƣợc sấy khô và chế biến thành cao hoa,
hoa viên để tăng thời gian bảo quản và sử dụng.
Giá trị công nghệ sản xuất bia là nhựa houblon, các chất tanin và tinh dầu. Nhựa
hoa houblon tạo nên chất đắng và sát trùng . Tinh dầu houblon là hỗn hợp phức tạp
các hydrat cacbon và chứa nhiều hợp chất chứa oxy dƣới dạng tecpen, góp phần
làm chobia thơm hơn. Ngoài ra, trong hoa houblon còn chứa một số chất khác nhƣ
protein, mỡ, sáp, các hợp chất fiprotein, xenluloza…làm tăng khả năng tạo và giữ
bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm.
* Men:
Men bia là các vi sinh vật có tác dụng lên men đƣờng. Các giống men bia cụ
thể đƣợc lựa chọn để sản xuất các loại bia khác nhau. Men bia sẽ chuyển hóa đƣờng
thu đƣợc từ những hạt ngũ cốc để tạo ra cồn và carbon dioxit (CO2)
1.2.2 Quy trình sản xuất bia
Bia là sản phẩm thực phẩm thuộc loại đồ uống có độ cồn thấp, thu đƣợc bằng
cách lên men bia ở nhiệt độ thấp dịch đƣờng (chế biến từ malt đại mạch và các hạt
giàu tinh bột nhƣ gạo, ngô…) cùng với nƣớc và hoa houblon. Tất cả các loại bia đều
chứa một lƣợng cồn từ 1,8 đến 7% so với thể tích và khoảng 0,3 đến 0,5 % khí CO2
tính theo trọng lƣợng. Đây là hai sản phẩm chính của quá trình lên men bia từ các
loai dịch đƣờng đã đƣợc houblon hóa, đƣợc tiến hành do một số chủng đặc hiệu của
nấm men saccharomyces. Ngoài ra trong bia còn chứa các hợp chất khác, một số là
sản phẩm phụ của quá trình lên men, một số là sản phẩm của quá trình tƣơng tác
hóa học, phần còn lại là những cấu tử, hợp phần của dịch đƣờng không bị biến đổi
12
trong suốt quá trình công nghê, tất cả những cấu tử này tùy vào mức độ và vai trò
đề trực tiếp tham gia vào việc định hình hƣơng vị và nhiều chỉ tiêu chất lƣợng của
bia thành phẩm. Với hƣơng thơm đặc trƣng và vị đắng dịu của hoa houblon, các
chất khoáng, chất tạo hƣơng… ở tỷ lệ cân đối đã tạo cho bia một hƣơng vị đậm đà
mà không hề thấy ở các sản phẩm khác. Nhân tố tạo ra tính độc đáo của bia trƣớc
hết là do đặc tính của nguyên liệu đầu vào và tính chất của quá trình công nghệ.
Công nghệ sản xuất bia là quá trình phức tạp dù đƣợc thực hiện thủ công hay
tự động hóa thì đều phải trải qua các giai đoạn sau:
- Chế biến dịch đƣờng, houblon hóa.
- Lên men chính để chuyển hóa dịch đƣờng thành bia non.
- Lên men phụ và tang trữ bia non thành bia tiêu chuẩn.
- Lọc trong bia, đóng bao bì, hoàn thiện sản phẩm…[13]
Thuyết minh công nghệ:
* Sản xuất dịch đường houblon hóa
- Làm sạch, đánh bóng và nghiền malt.
Malt đƣợc rửa sạch vài lần rồi mới đƣa vào máy xay để nghiền nhỏ. Mục
đích chính của việc nghiền là để tăng mặt tiếp xúc với nƣớc tạo điều kiện để tăng
tốc các quá trình lý học và hóa sinh học trong khi hòa thấm hạt vào nƣớc, bảo đảm
tối đa các chất trích ly chuyển từ hạt vào dung dịch.
- Đƣờng hóa nguyên liệu.
+ Thủy phân nguyên liệu, nhiệm vụ của quá trình thủy phân là chuyển hóa
các thành phần chính của malt và nguyên liệu thay thế (gạo, ngô, bột mì…) thành
những chất hòa tan trong nƣớc, trong đó quan trọng nhất là các loại đƣờng và axit
amin. Có nhiều phƣơng pháp nấu nhƣng nói chung các phƣơng pháp đều dựa trên
các nhiệt độ tối ƣu của các enzym để thủy phân nguyên liệu. Đa số các cơ sở sản
xuất bia ở nƣớc ta sử dụng tỉ lệ nguyên liệu 70% malt và 30% gạo. Nguyên liệu
đƣơc nghiền nhỏ sẽ đƣợc hòa trộn với nƣớc ở trong thiết bị đƣờng hóa. Lƣợng nƣớc
phối trộn với bột nghiền phụ thuộc vào chủng loại bia và đặc tính kỹ thuật của hệ
thống thiết bị.
13
+ Trong môi trƣờng giàu nƣớc các hợp chất phân tử sẽ hòa tan vào nƣớc trở
thành chất chiết của dịch đƣờng sau này, các hợp chất cao phân tử nhƣ tinh bột,
protein sẽ bị tác động bởi các nhóm enzyme tƣơng ứng khi nhiệt độ khối dịch đƣợc
nâng đến điểm thích hợp dƣới sự xúc tác của hệ emzym thủy phân các hợp chất cao
phân tử sẽ bị cắt thành sản phẩm thấp phân tử và hòa tan vào nƣớc trở thành chất
chiết của dịch đƣờng.
+ Ở phân đoạn sản xuất dịch đƣờng thƣờng đƣợc bố trí các loại thiết bị chính
sau: thiết bị phối trộn, thiết bị đƣờng hóa, thiết bị lọc, thiết bị đun dịch đƣờng với
hoa houblon, thiết bị tách bã hoa…
- Lọc bã malt: Sau khi đƣờng hóa kết thúc, bao gồm 2 hợp phần: pha rắn và
pha lỏng.
+ Thành phần pha rắn bao gồm các cấu tử không hòa tan của bột nghiền còn
pha lỏng bao gồm nƣớc và các hợp chất phân tử đƣợc trích ly từ malt hoàn tan trong
đó. Pha rắn còn gọi là bã malt còn pha lỏng gọi là dịch đƣờng.
+ Mục đích của quá trình này là tách pha lỏng ra khỏi hỗn hợp để tiếp tục các
bƣớc tiếp theo của quá trình còn pha rắn loại bỏ ra ngoài.
+ Thiết bị lọc bã malt; thùng lọc đáy bằng, máy ép khung bàn…
- Nấu dịch đƣờng với hoa houblon:
+ Mục đích của việc nấu dịch đƣờng với hoa houblon để trích ly chất đắng,
tinh dầu thơm, polyphenol và các thành phần khác của hoa houblon vào dịch đƣờng
để làm nó có vị đắng và hƣơng thơm dịu của hoa – đặc trƣng của bia. Đồng thời làm
ổn định thành phần dịch đƣờng, làm mất hoạt lực của enzym.
+ Polyphenol khi hòa tan vào dịch đƣờng ở nhiệt độ cao sẽ tác dụng với các
hợp chất protein tạo thành các phức chất màng nhầy dễ kết lắng sẽ kéo theo các
phần tử cặn lắng theo.
+ Trƣờng độ đun sôi với hoa phụ thuộc chất lƣợng nguyên liệu, cƣờng độ
đun, nồng độ chất hòa tan… và nằm trong khoảng từ 1,5 đến 2,5 giờ.
- Làm lạnh và tác cặn dịch đƣờng:
14
Dịch đƣờng: bao gồm nƣớc và các cấu tử hòa tan, chất chiết: cấu tử hòa tan
chứa 93% chất hữu cơ và 7% chất vô cơ.
* Lên men chính, lên men phụ và tàng trữ bia:
Lên men là giai đoạn quyết đinh để chuyển hóa dịch đƣờng houblon hóa
thành bia dƣới tác động của nấm men thông qua hoạt động của chúng
- Lên men chính: một lƣợng lớn cơ chất trong dịch đƣờng bị nấm men hấp
phụ tạo thành rƣợu etylic, khí CO2, các hợp chất dễ bay hơi… một phần nhỏ bị kết
lắng và phải loai bỏ ra ngoài.
- Lên men phụ và tàng trữ bia: Ở giai đoạn này các quá trình sinh địa hóa lý
xảy ra hoàn toàn giống với quá trình lên men chính nhƣng với tốc độ chậm hơn vì
nhiệt độ thấp hơn và lƣợng nấm men cũng ít hơn, đây là quá trình nhằm chuyển hóa
hết phần đƣờng có khả năng lên men còn tồn tại trong bia non.
- Lọc làm trong bia: Sự hiện diện của các hạt dạng keo, nấm men, nhựa
đắng… góp phần làm giảm độ bền của bia, do đó lọc bia làm trong giúp tăng thời
gian bảo quản bia khi lƣu hành trên thị trƣờng. Bia sau khi lọc đƣợc đƣa về thùng
chứa bia thành phẩm. Từ thùng chứa bia trong bia có thể đƣợc bão hòa thêm CO2
(nếu cần thiết).
- Chiết bia vào chai, lon, bom.
Quy trình sản xuất bia
15
Hình 1.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia
Xay nghiền Phụ liệu
Ngâm nấu
đƣờng hóa
Lọc trong
Dịch đƣờng
Bia tƣơi
Lọc trong
Làm nguội
Lắng trong
Đun sôi
Hơi nƣớc
Hoa houblon
Không khí
Xử lý Nén
Lên men chính
Lên men phụ và tàng trữ
Chiết chai, lon
Chai, lon
Rửa khử trùng Thanh trùng Dán nhãn
Xuất xƣởng
CO2
Xử lý
Malt khô
Nƣớc
Bụi, tiếng ồn
Hơi nƣớc, nƣớc ngƣng
Bã hèm, nƣớc thải
Hơi nƣớc, nƣớc ngƣng
Cặn hoa
Kết tủa nƣớc lạnh,
nƣớc làm mát
CO2
Men, bia
Nƣớc thải, bia, chai vỡ Nhãn rách
16
1.3 Nguồn và đặc trƣng nƣớc thải ngành sản xuất bia.
1.3.1 Các nguồn thải từ nhà máy bia:
Công nghệ sản xuất bia sử dụng một lƣợng nƣớc lớn và thải ra một lƣợng
nƣớc thải đáng kể. Lƣợng nƣớc thải lớn gấp 10- 20 lần lƣợng bia thành phẩm. Định
mức sử dụng cho 1000 lít bia thƣờng sẽ là 10 m3(số liệu do cơ sở cung cấp nƣớc
công ty bia Việt Hà). Nƣớc thải của các nhà máy bia chủ yếu đƣợc phát sinh từ hai
nguồn:
- Nƣớc thải sản xuất từ các phân xƣởng trong đó nƣớc đƣợc sử dụng cho
nhiều công đoạn, quá trình khác nhau nhƣ: nƣớc công nghệ (nƣớc nấu nha), làm
lạnh, nƣớc vệ sinh thiết bị, nhà xƣởng, nƣớc rửa bao bì, nƣớc lò hơi…
+ Nƣớc làm lạnh, nƣớc ngƣng: đây là nguồn nƣớc thải ít hoặc gần nhƣ không
bị ô nhiễm có khả năng tuần hoàn sử dụng lại.
+ Nƣớc thải từ bộ phận nấu đƣờng hóa: chủ yếu là nƣớc vệ sinh thùng nấu,
bể chứa…nên chứa nhiều bã malt, tinh bột, các chất hữu cơ…
+ Nƣớc thải từ hầm lên men: là nƣớc vệ sinh các thiết bị lên men thùng chứa,
đƣờng ống…nên có chứa bã men, các chất hữu cơ.
+ Nƣớc thải rửa chai: đây là một trong những dòng thải gây ô nhiễm lớn
trong công nghệ sản xuất bia. Chai nƣớc khi đƣợc đóng bia phải đƣợc rửa bằng
dung dịch kiềm loãng nóng (1-3% NaOH), tiếp đó là rửa sạch bẩn và nhãn bên
ngoài chai, cuối cùng là phun kiềm nóng rửa bên trong và bên ngoài chai, sau đó
rửa sạch bằng nƣớc nóng và nƣớc lạnh. Do đó dòng thải của quá trình rửa chai có
độ pH cao và làm cho dòng thải chung có giá trị pH kiềm tính.
+ Nƣớc thải vệ sinh nhà xƣởng: Công đoạn sản xuất bia có nhiều công đoạn,
mỗi công đoạn tạo ra nƣớc thải mang đặc tính riêng. Hàm lƣợng BOD, SS trong
nƣớc thải bia là khá cao.
- Nƣớc thải sinh hoạt của công nhân viên trong nhà máy
Sơ đồ hình 1.5 mô tả nguồn gốc dòng thải sinh ra trong quá trình sản xuất
bia: nƣớc thải sinh ra ở tất cả các công đoạn của quá trình rửa thiết bị, nhà
xƣởng[5].
1.3.2 Thành phần và tính chất nƣớc thải của các nhà máy bia
Mặc dù sử dụng lƣợng lớn nƣớc, nhƣng các chỉ tiêu ô nhiễm trong nƣớc thải
vẫn vƣợt các quy định cho phép xả ra nguồn. Do đặc điểm quá trình sản xuất, nƣớc
17
thải sản xuất bia có hàm lƣợng chất hữu cơ cao. Giá trị COD khoảng 1000 đến
5000mg/l.Thành phần ô nhiễm chủ yếu là các chất hữu cơ dễ bị chuyển hóa sinh
học. Tùy theo công nghệ của từng dây chuyền sản xuất, thành phần nguyên liệu
cũng nhƣ chế độ cấp nƣớc cho các nhà máy bia mà lƣợng các chất gây ô nhiễm
trong nƣớc biến động. Nhìn chung, đây là môi trƣờng rất tốt cho vi sinh vật phát
triển, kể cả các vi sinh vật gây bệnh. Đặc trƣng của nƣớc thải theo các nguồn thải
chính đƣợc nêu trong bảng 1.4 [21]
Bảng 1.4. Thành phần nƣớc thải một số khâu sản xuất bia
Tính chất nƣớc thải của một số nhà máy bia trên thế giới đƣợc nêu trên bảng 1.5 [5]
Bảng 1.5. Thành phần và tính chất nƣớc thải một số nhà máy bia nƣớc ngoài
Chỉ tiêu
Nhà máy
bia
Haacht
Nhà máy
bia
Jupiler
Nhà máy bia
Alken-Maes
Nhà máy bia
Martens
Lƣu lƣợng, m3/ngày 2400- 3000 10500 2400 2000
Tải lƣợngBOD, kg/ngày 3500 14000 5800 3250
BOD, mg/l 800- 1300 1100-1700 1000-2400 1400- 1800
COD, mg/l 1800- 2600 2000-3000 1500-5000 2500- 3500
SS, mg/l 300- 450 500-1000 1000-1800 300- 500
Nhìn chung, nƣớc thải nhà máy bia là môi trƣờng tốt cho các loại vi khuẩn
phát triển. Theo nghiên cứu của Carelin Ia.A và Repin BN. tỷ lệ giữa BOD5/tổng
Nitơ trong nƣớc thải là 75:1 và BOD5/tổng phốt pho trong nƣớc thải là 310:1. Tuy
nhiên hàm lƣợng nitơ tổng số và phốt pho trong nƣớc thải sản xuất bia cũng rất cao.
Tổng nitơ khoảng 20 đến 30 mg/l và tổng phốt pho là 5 đến 10 mg/l.
Ở nƣớc ta, hai nhà máy bia lớn là nhà máy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà
Nội. Các nhà máy bia nhỏ địa phƣơng khác có quy mô nhỏ. Thông thƣờng sản
Nguồn Thành phần ô nhiễm Đặc trƣng
1. Nấu, đƣờng hóa
2. Rửa thiết bị lên men, bể chứa
3. Rửa thiết bị lọc
4. Chiết bia, rửa bom
Bã malt, gạo
Bia, Protein, nấm men
Bia, nấm men, Diatomit
Xút, bia rơi vãi
BOD, SS
BOD
BOD, SS
BOD, pH cao
( Nguồn: Trần Đức Hạ, Báo cáo đề tài NCKH B2002- 34- 30 nghiên cứu đề xuất
công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia địa phương)
18
lƣợng bia từ vài triệu đến 20 triệu lít năm. Công nghệ sản xuất bia phần lớn là công
nghệ truyền thống theo các dây chuyền nhập ngoại của Đan Mạch, Đức…hoặc của
các trƣờng đại học Bách khoa, viện Công nghệ thực phẩm… nồng độ các chất ô
nhiễm trong nƣớc thải của các nhà máy bia không giống nhau, phụ thuộc vào đặc
điểm công nghệ, trang thiết bị, nguyên vật liệu, thành phần và tính chất nƣớc cấp.
Kết quả phân tích nƣớc thải có quy mô nhỏ đƣợc tổng kết ở bảng 1.6 [5].
Bảng 1.6. Đặc điểm chính của nƣớc thải bia
Đặc trƣng Khoảng giá trị
pH 6-9,5
SS (mg/l) 150-300
BOD5 (mg/l) 700-1500
COD (mg/l) 850-1950
Tổng Nito (mg/l) 15-45
Tổng Photpho (mg/)l 4,9- 9,0
Coliform (MPN/100ml) <10.000
( Nguồn: Trần Đức Hạ, Số liệu nghiên cứu tại công ty bia Ong Thái Bình, nhà máy
bia Nghệ An, nhà máy bia Hạ Long…)
Kết quả cho thấy, đối với các cơ sở sản xuất bia nhỏ, nồng độ các chất bẩn
trong nƣớc thải rất lớn. Hàm lƣợng BOD, COD, TSS… đều rất cao, vƣợt tiêu chuẩn
cho phép xả ra nguồn nƣớc mặt loại A theo quy chuẩn QCVN 40:2011/ BTNMT
nhiều lần. Hàm lƣợng BOD, COD và SS của một số nhà máy bia đƣợc nêu trên biểu
đồ hình 1.4 [5].
Hàm lƣợng chất hữu cơ cao, cặn lơ lửng lớn, nƣớc thải sản xuất bia gây mùi
hôi thối, lắng cặn, giảm nồng độ oxy hòa tan trong nƣớc nguồn khi tiếp nhận chúng.
Mặt khác các muối nitơ, phốt pho... trong nƣớc thải bia dễ gây hiện tƣợng phú
dƣỡng cho các thủy vực sông, mƣơng, ao, đầm… gây ô nhiễm thứ cấp cho nguồn
tiếp nhận.
19
0
200
400
600
800
1000
1200
Bia Việt
Hà
Bia
Đông
Nam Á
Bia
Vinh
Bia Thái
Bình
Bia
NADA
Bia Hạ
Long
COD, mg'l BOD, mg/l SS, mg/l
Hình 1.4 Hàm lƣợng COD, BOD, SS trong nƣớc thải của một số nhà máy bia
Do nƣớc thải nhà máy bia chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, nên
khi xả vào nguồn quá trình oxy hóa sinh hóa diễn ra rất nhanh, làm giảm oxy hòa
tan, gây ảnh hƣởng trực tiếp đến hệ động thực vật dƣới nƣớc. Khi quá trình oxy hóa
hiếu khí bị ngừng, các loại vi khuẩn kỵ khí có sẵn trong nƣớc thực hiện quá trình
lên men, phân hủy tiếp tục chất hữu cơ, tạo thành CH4, CO2 ... Các chất chứa lƣu
huỳnh sẽ tạo nên H2 S gây mùi hôi thối khó chịu cho xung quanh. Nƣớc thải nhà
máy bia là môi trƣờng cho các loại vi khuẩn phát triển. Ảnh hƣởng đến hệ thực vật
trên cạn, dọc theo các bờ kênh mƣơng.
Ngoài ra, nƣớc thải xả sau quá trình nấu có nhiệt độ cao (thƣờng 50- 70oC)
và trong quá trình nấu có sử dụng hoa houblon nên dễ gây diệt khuẩn cũng nhƣ một
số thành phần sinh vật khác của thủy vực tiếp nhận nƣớc thải.
1.4 Các biện pháp giảm thiểu nƣớc thải
Để giảm lƣợng nƣớc thải và các chất gây ô nhiễm nƣớc thải trong công nghệ
sản xuất bia cần phải thực hiện các biện pháp sau [7]:
1.4.1 Phân luồng dòng thải
Nƣớc thải của các công đoạn khác nhau, có đặc tính khác nhau. Có nhiều
công đoạn nƣớc khá sạch, không cần xử lý hoặc xử lý sơ bộ (nhƣ nƣớc làm mát)
cho sử dụng tuần hoàn lại hay thải thẳng không qua trạm xử lý. Do đó sẽ giảm định
mức tiêu hao nƣớc và nƣớc thải cho một đơn vị sản phẩm (do giảm chi phí nƣớc cấp
và xử lý nƣớc thải), đánh giá mức độ tiên tiến của công nghệ. Do đó đầu tƣ cho
20
công trình trạm xử lý sẽ thấp do lƣợng nƣớc thải cần xử lý giảm và công suất trạm
xử lý không lớn. Mặt khác, công nghệ xử lý sẽ phức tạp do nƣớc thải có đặc trƣng
tổng hợp. Nếu tách riêng các dòng thải của các phân xƣởng có đặc tính khác nhau
sẽ có các biện pháp xử lý đơn giản, ít tốn kém hơn. [22]
Việc phân luồng nƣớc thải giúp cho khâu quản lý biết đƣợc từng loại nƣớc
có thể tái sử dụng hay phải xử lý và biết khâu nào dùng lãng phí nƣớc, nhiều nƣớc
thải cần khắc phục, tiết kiệm. Từ đó có biện pháp quản lý hay thay đổi công nghệ,
kỹ thuật, thiết bị… Có thể phân luồng nƣớc thải theo mức độ nhiễm bẩn nhƣ hình
1.5
Dòng 1: Nếu dùng để làm lạnh trong các thiết bị truyền nhiệt của hệ thống
đƣờng hóa , lên men, máy lạnh… Đây là luồng nƣớc sạch với số lƣợng lớn.
Dòng 2: Nƣớc thải sinh hoạt của công nhân khu vực hành chính, sản xuất.
Dòng 3: Dòng thải từ các phân xƣởng xay nghiền nguyên liệu, nấu đƣờng
hóa, lên men, lọc, chiết bia… Dòng thải này chủ yếu là nƣớc vệ sinh thiết bị, sàn
nhà có hàm lƣợng hữu cơ cao nhƣ tinh bột, đƣờng, bã, bã hoa Hoblon, bã bia, xác
men, bia rơi vãi.
Dòng 4: Dòng thải do thoát nƣớc mƣa không lớn, không gây ô nhiễm, tập
trung vào mùa mƣa và có thể thải trực tiếp ra cống.
1.4.2 Xử lý làm mát nƣớc làm lạnh tuần hoàn
Trong một số thiết bị cần tiến hành làm mát các bộ phận của máy hay lấy
nhiệt của quá trình gia công bằng cách dùng nƣớc lạnh để trao đổi nhiệt gián tiếp.
Nƣớc sau khi trao đổi nhiệt bị nóng lên nhƣng vẫn là nƣớc sạch. Do đó nên sử dụng
lại nƣớc này để tiết kiệm và giảm chi phí cho nƣớc cấp. [19]
1.4.3 Xử lý nƣớc thải sản xuất
Đây là dòng nƣớc thải gây ô nhiễm chính cần tập trung xử lý. Dòng thải này
có hàm lƣợng chất hữu cơ cao và dễ bị phân hủy làm ô nhiễm môi trƣờng. Nếu
không xử lý loại nƣớc thải này sẽ là môi trƣờng thích hợp cho vi sinh vật phát triển,
kể cả vi sinh vật gây bệnh do đó sẽ dẫn đến gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, đất nhất
là tác động tới nguồn nƣớc trong khu vực. Dòng thải này còn gây ô nhiễm thứ cấp
do lên men các chất hữu cơ sinh ra các axit hữu cơ: butylic, propyonic, lactic…
phân hủy protein tạo ra các aixit amin và các amin đặc trƣng của sự thối rữa gây
mùi khó chịu. [15]
21
Hình 1.5 Sơ đồ dòng thải của nhà máy bia
Lên men
Cặn lọc
Men
giống
Bom
Nƣớc cấp để rửa thiết bị sàn
Trợ lọc Lọc bã
Bão hòa CO2
Bia tƣơi
Chiết bom Rửa
Bia rơi vãi
Làm lạnh
Nƣớc
Muối
Làm lạnh
Nấm
men
Nén
CO2
Nƣớc
Làm lạnh
Nƣớc
nóng
Cho hạ
Nhiệt độ
rồi tuần
hoàn
Máy
lạnh
Nấu hoa
Tách bã hoa – lắng
Houblon
Hơi
Bã hoa
Nghiền bột
Gạo
ooo Malt
Nấu – đƣờng hóa
Lọc trong
Nƣớc công nghệ
Phụ gia(Enzin)
Hơi
Nƣớc
nóng
Bã malt
22
1.4.4 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải trong sản xuất bia
Việc chọn phƣơng pháp xử lý nƣớc thải của quá trình sản xuất bia phụ thuộc
vào nhiều yếu tố: đặc tính của nƣớc thải, lƣu lƣợng nƣớc thải, điều kiện kinh tế kỹ
thuật và diện tích xây dựng…Hiện nay, có một số phƣơng pháp làm sạch nƣớc thải
bia nhƣ sau:
a, Phƣơng pháp hóa lý [5]
Trong quá trình xử lý nƣớc thải bia phƣơng pháp hóa lý thƣờng đƣợc sử
dụng: lắng lọc kết hợp, hấp thụ, tuyển nổi. trao đổi ion…
- Phương pháp lắng lọc kết hợp
Phƣơng pháp này hiệu quả khi đƣợc sử dụng để tách các hạt keo phân tán có
kích thƣớc : 1 - 100m.
Trong xử lý nƣớc thải bia, sự keo tụ diễn ra dƣới ảnh hƣởng các chất bổ sung
gọi là chất keo tụ. Chất keo tụ tạo thành các bông hydroxit kim loại sẽ lắng nhanh
trong trƣờng trọng lực. Các bông này có khả năng hút các hạt keo và các hạt lơ lửng
rồi kết hợp chúng lại với nhau. Các hạt keo có điện tích dƣơng yếu, các hạt lơ lửng
có điện tích âm suy yếu nên giữa chúng có sự hút lẫn nhau. Chất keo tụ thƣờng là
muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng.
Việc lựa chọn chất keo tụ phụ thuộc vào thành phần, tính chất hóa lý, giá
thành và nồng độ tạp chất trong nƣớc.
Bông hydroxit tạo thành sẽ hấp thụ và dính kết các chất huyền phù , các chất
ở dạng keo trong nƣớc thải, ở điều kiện thủy động học thuận lợi những bông đó sẽ
lắng xuống đáy bể ở dạng cặn. Khi sử dụng chất keo tụ thời gian lắng tƣơng đối lớn.
Điều này không thích hợp với xử lý nƣớc thải bia vì lƣu lƣợng nƣớc thải bia lớn.
- Phương pháp tuyển nổi
Trong nƣớc các phân tử có bề mặt kỵ nƣớc sẽ có khả năng kết dính vào các
bọt khí. Khi các khí và các phần tử phân tán cùng vận động trong nƣớc thì các phần
tử đó sẽ tập trung trên bề mặt các bọt khí và nổi lên.
* Tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch: Bản chất của phƣơng pháp
này là tạo dung dịch quá bão hòa không khí. Khi giảm áp suất các bọt khí sẽ tách ra
23
khỏi dung dịch và làm nổi chất bẩn. Có hai loại tuyển nổi chân không và tuyển nổi
áp suất. Phƣơng pháp này để làm sạch nƣớc thải chứa hạt ô nhiễm rất mịn,
* Tuyển nổi với sự phân tán không khí bằng cơ khí: Dùng để xử lý nƣớc thải
có nồng độ các hạt lơ lửng cao (>2g/l) và đƣợc thc hiện nhờ bơm tuabin kiểu cánh
quạt. Trong xử lý nƣớc thải, tuyển nổi thƣờng đƣợc sử dụng để khử các chất lơ lửng
làm đặc bùn sinh học. Phƣơng pháp này có ƣu điểm so với phƣơng pháp lắng là có
thể khử đƣợc hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm, trong thời gian ngắn, phƣơng
pháp tuyển nổi đƣợc sử dụng rộng rãi trong xử lý nƣớc thải của nhiền ngành công
nghiệp: chế tạo máy, thực phẩm và hóa chất.
- Phương pháp hấp phụ
Quá trình hấp phụ là quá trình hóa lý hút các chất (khí, lỏng hoặc các chất
hòa tan trong chất lỏng) bằng các chất rắn hay chất lỏng khác. Quá trình hấp phụ
đƣợc chia thành hai loại: hấp phụ và hấp thụ.
Hấp phụ đƣợc chia thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học với chất hấp phụ
(không hình thành các liên kết hóa học).
Hấp phụ hóa học xảy ra khi chất bị hấp phụ tạo với chất hấp phụ một hợp
chất hóa học trên bề mặt pha hấp phụ. Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết
hóa học thông thƣờng nhƣ liên kết ion, liên kết phối trí, liên kết cộng hóa trị.
Sự hấp phụ trên giới hạn bề mặt vật rắn – dung dịch là sự hấp phụ có ứng
dụng quan trọng trong quá trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp hóa lý – hấp
phụ.
Cơ sở lý thuyết của quá trình này là lý thuyết hấp phụ phân tử và lý thuyết
hấp phụ chất điện ly của chất hấp phụ chất rắn.
Các chất hấp phụ thƣờng gặp là:
- Chất hấp phụ không phân cực nhƣ than hoạt tính, một số nhựa hữu cơ.
- Chất hấp phụ phân cực nhƣ Fe2O3, silicagen…
Muốn xử lý nƣớc thải theo phƣơng pháp hấp phụ , thƣờng phải gắn chất hấp
phụ lên trên chất mang theo phƣơng pháp lọc hoặc trao đổi ion. Nhƣ vậy, nghiên
cứu xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp hấp phụ chính là nghiên cứu khả năng hấp
24
phụ của các loại chất hấp phụ dùng để loại bỏ các tạp chất có trong nƣớc thải, ở đây
tạp chất đƣợc quan tâm nhất là các chất hữu cơ và vi khuẩn.
b, Phƣơng pháp sinh học [3]
Phƣơng pháp sinh học là phƣơng pháp xử lý nƣớc thải của các ngành công
nghiệp chứa nhiều chất hữu cơ có chứa các thành phần có khả năng phân hủy bằng
phƣơng pháp sinh học và thƣờng là bƣớc xử lý thứ cấp sau khi nƣớc thải đƣợc xử lý
bằng phƣơng pháp hóa học để tách các chất độc, các phƣơng pháp cơ học để tách
các chất huyền phù, thô.
Phƣơng pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động sống của vi sinh vật để
phân hủy các chất hữu cơ gây bẩn trong nƣớc thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất
hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dƣỡng khai thác năng lƣợng.
Quá trình dinh dƣỡng và hô hấp của vi sinh vật thực chất là quá trình chuyển
hóa, hóa sinh các chất gây ô nhiễm trong nƣớc thải đƣợc làm sạch.
Ngƣời ta có thể phân loại các phƣơng pháp sinh học dựa trên các cơ sở khác
nhau, nhƣng có thể chia làm hai loại chính: phƣơng pháp hiếu khí và phƣơng pháp
yếm khí
- Phương pháp hiếu khí
Phƣơng pháp này sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí, để đảm bảo hoạt
động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ từ 200 – 40
0C.
Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp hiếu khí có thể trong điều kiện nhân tạo
hoặc tự nhiên: tại đó ngƣời ta tạo ra các điều kiện tối ƣu cho quá trình oxy hóa để
cho quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất xử lý cao hơn.
- Phương pháp yếm khí
Sử dụng vi sinh vật yếm khí để lên men bùn cặn sinh ra trong quá trình xử lý
nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học và nƣớc thải chứa lƣợng chất hữu cơ cao: 4 –
5g/l. Đây là phƣơng pháp cổ điển nhất dùng để ổn định bùn cặn trong đó các vi
khuẩn yếm khí phân hủy các chất hữu cơ.
Xử lý nƣớc thải, sử dụng quá trình lên men khí metan gồm hai pha: pha axit
và pha kiềm.
25
Trong axit các vi khuẩn tạo axit (các vi khuẩn tùy tiện, các vi khuẩn yếm khí
) hóa long các chất rắn hữu sau đó lên men và tạo ra axit bậc thấp: axit béo, cồn…
Trong pha kiềm các vi khuẩn tạo metan gồm các vi khuẩn yếm khí chuyển
hóa các sản phẩm trung gian tạo CH4 và CO2.
Phƣơng pháp yếm khí dùng để xử lý nƣớc thải có chứa chất hữu cơ ô nhiễm
cao (COD > 200mg/l) càng lớn càng tốt. Phƣơng pháp này có ƣu điểm là lƣợng bùn
sinh ra ít, tiêu tốn ít năng lƣợng (không cần sục khí) và tạo khí metan có giá trị năng
lƣợng. Do yêu cầu của dòng thải, nƣớc thải bia cần đƣợc xử lý yếm khí trƣớc để
giảm tải ô nhiễm trƣớc khi đƣa vào xử lý hiếu khí, kết hợp giữa phƣơng pháp hiếu
khí và yếm khí. Tất cả các phƣơng pháp sinh học thƣờng cần một mặt bằng xử lý và
kinh phí đầu tƣ lớn. Do đó, chỉ thích hợp với cơ sở sản xuất bia có quy mô và vốn
đầu tƣ lớn. Trong nƣớc thải công nghiệp, các phƣơng pháp hiếu khí đƣợc sử dụng
rộng rãi hơn cả [20,23]
c, Một số phƣơng pháp khác
* Phƣơng pháp bể lọc kỵ khí với dòng chảy
ngƣợc( bể UASB) [13]
Bể lọc kỵ khí với dòng chảy ngƣợc (upflow
anaerobe sludge blanket- UASB) đƣợc sử dụng để
xử lý nƣớc thải với nguyên tắc lọc qua tầng lớp bùn
lơ lửng và phân hủy, chất bẩn trong điều kiện yếm
khí. Bể UASB gồm 2 phần: phần lắng và phần
phân hủy
Hình 1.6 Bể UASB
Trong bể nƣớc thải đƣợc dẫn vào từ phía đáy. Phía trên có bố trí các thiết bị tách
các pha khí - rắn và thiết bị thu khi sinh vật. Không gian phía trên thiết bị thu khí sẽ
hình thành miền tĩnh và các hạt bùn do nƣớc cuốn lên sẽ lắng xuống và trƣợt theo
vách nghiêng (45o- 55
o) của thiết bị thu khí để lọt qua khe hở trở lại ngăn phân hủy.
Thời gian lƣu bùn trong bể không phụ thuộc vào thời gian lƣu nƣớc. Khi sinh vật
tạo ra trong quá trình lên men sẽ làm xáo trộn, tăng hiệu quả tiếp xúc giữa lớp bùn
hoạt tính kỵ khí với nƣớc thải.
26
Từ những năm 1970 bể đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi để xử lý nƣớc
thải sinh hoạt ở các nƣớc Hà Lan, Tây Đức, Mỹ… Theo các nghiên cứu trên các bể
dung tích 6m3, 30 m
3 và 200 m
3. Tải trọng chất hữu cơ của bể có thể đạt từ 10- 36
Kg COD/ m3 bể. ngày đêm với hiệu quả xử lý E = 70-80% và thời gian nƣớc lƣu lại
trong bể là 4h. Lƣợng metan của khí sinh vật chiếm 75- 80% và quá trình làm việc
ổn định. Bể UASB đƣợc sử dụng nhƣ một công trình xử lý duy nhất hoặc nhƣ công
trình xử lý đợt một. Hiện nay, ngoài việc dùng để xử lý nƣớc thải sinh hoạt, bể
UASB còn sử dụng để xử lý nƣớc thải công nghiệp thực phẩm.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy bể UASB thích hợp xử lý trong điều kiện
Việt Nam, nhất là đối với các loại nƣớc thải có hàm lƣợng chất hữu cơ cao. Diện
tích công trình nhỏ, kết cấu đơn giản. Tải trọng chất bản tối ƣu là 9-15 kg COD/m3
.ng, lƣợng khí vi sinh vật tạo thành là 2 m3 khí/m
3 bể trong 1 ngày đêm.
Các thông số thiết kế xử lý nƣớc thải bằng UASB trong điều kiện Việt Nam,
đƣợc nêu trong bảng 1.7
Bảng 1.7 Thông số thiết kế bể UASB
STT Thông số thiết kế Đơn vị Giá trị
1
2
3
4
5
Tải trọng chất bẩn
Vận tốc dòng chảy trong bể
Chiều cao bể
Lƣợng khí tạo thành
Hiệu quả xử lý theo COD
kg COD/ m3.ngd
m/h
m
m3/m
2bể.h
%
10- 30
< 0,7
3- 7
6-8
60- 85
* Quy trình SBR [6]
SBR (sequencing batch reactor): Bể
phản ứng theo mẻ là dạng công trình xử lí
nƣớc thải dựa trên phƣơng pháp bùn hoạt
tính , nhƣng 2 giai đoạn sục khí và lắng diễn
ra gián đoạn trong cùng một kết cấu.
Hình 1.7 Bể SBR
27
Hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý nƣớc thải sinh học chứa chất hữu cơ và
nitơ cao. Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm quá trình bơm nƣớc thải – phản ứng
– lắng – hút nƣớc thải ra; trong đó quá trình phản ứng hay còn gọi là quá trình tạo
hạt (bùn hạt hiếu khí), quá trình này phụ thuộc vào khả năng cấp khí, đặc điểm chất
nền trong nƣớc thải đầu vào. Nói chung, công nghệ SBR đã chứng tỏ đƣợc là một
hệ thống xử lý có hiệu quả do trong quá trình sử dụng ít tốn năng lƣợng, dễ dàng
kiểm soát các sự cố xảy ra, xử lý với lƣu lƣợng thấp, ít tốn diện tích rất phù hợp với
những trạm có công suất nhỏ, ngoài ra công nghệ SBR có thể xử lý với hàm lƣợng
chất ô nhiễm có nồng độ thấp hơn.
Quy trình hoạt động: gồm 4 giai đoạn cơ bản:
- Đƣa nƣớc vào bể (Filling): đƣa nƣớc vào bể có thể vận hành ở 3 chế độ:
làm đầy tĩnh, làm đầy khuấy trộn, làm đầy sục khí .
- Giai đoạn phản ứng (Reaction): sục khí để tiến hành quá trình nitrit hóa,
nitrat hóa và phân hủy chất hữu cơ.
Trong giai đoạn này cần tiến hành thí nghiệm để kiểm soát các thông số đầu
vào nhƣ: DO, BOD, COD, N, P, cƣờng độ sục khí, nhiệt độ, pH… để có thể tạo
bông bùn hoạt tính hiệu quả cho quá trình lắng sau này .
- Giai đoan lắng (Settling): Các thiết bị sục khí ngừng họat động, quá trình
lắng diễn ra trong môi trƣờng tĩnh hoàn toàn, thời gian lắng thƣờng nhỏ hơn 2 giờ.
- Giai đoạn xả nƣớc ra (Discharge): Nƣớc đã lắng sẽ đƣợc hệ thống thu nƣớc
tháo ra đến giai đoạn khử tiếp theo; đồng thời trong quá trình này bùn lắng cũng
đƣợc tháo ra, các ngăn đƣợc hoạt động lệch pha để đảm bảo cho việc cung cấp nƣớc
thải đến trạm xử lý nƣớc thải liên tục
Ngoài 4 giai đoạn trên, còn có thêm pha chờ, thực ra là thời gian chờ nạp mẻ
tiếp theo
28
Hình 1.8 Quy trình hoạt động của bể SBR
Các quá trình sinh học diễn ra trong bể SBR.
Quá trình phân hủy hiếu khí cơ chất đầu vào và nitrat hóa: quá trình đƣợc
thực hiện bởi nhóm vi khuẩn tự dƣỡng và dị dƣỡng, khi điều kiện cấp khí và chất
nền đƣợc đảm bảo trong bể sẽ diễn ra các quá trình sau:
- Oxy hóa các chất hữu cơ
CxHyOz + (x+y/4 – z/2) O2 → x CO2 + y/2 H2O
- Tổng hợp sinh khối tế bào
n(CxHyOz) + nNH3+ n(x+y/4 –z/2-5)O2→(C5H7NO2)n + n(x-5)CO2 + n(y-4)/2
H2O
- Tự oxy hóa vật liệu tế bào (phân hủy nội bào)
(C5H7NO2)n + 5nO¬2 → 5n CO2 + 2n H2O + nNH3
- Quá trình nitrit hóa
2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O (vi khuẩn nitrosomonas)
( 2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 4H+ + 2H2O)
2NO2- + O2 → 2NO3- (vi khuẩn nitrobacter)
Tổng phản ứng oxy hóa amoni:
NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + 2H2O
Bể SBR dùng cho hệ thống xử lý nƣớc có công suất nhỏ, diện tích giới hạn.
29
* Phƣơng pháp bùn hoạt tính (Aeroten) [6]
Nguyên lý: đây là một loại bể phản ứng sinh học với dòng cấp liên tục, trong
đó sinh khối bùn đƣợc khuấy trộn cùng với nƣớc thải. Sau đó bùn đƣợc tách ra khỏi
bể lắng đợt hai một phần bùn đƣợc trở lại trong bể lắng. Sau khi xử lý BOD trong
nƣớc thải có thể đạt tới 10 - 30 mg/l. Nếu thiếu chất dinh dƣỡng nitơ, phốt pho thì
quá trình sinh khối bùn dễ tạo ra bùn dạng sợi, khó lắng.
Đặc điểm của bể này là sức tải bùn không lớn lắm thì hiệu suất xử lý tƣơng đối
cao đến 90%, thời gian làm thoáng là từ 4-8h. Loại bể này áp dụng để xử lý các loại
chất bẩn có nồng độ BOD dƣới 400mg/l và nƣớc thải chứa ít chất độc hại, rất thích
hợp cho việc xử lý nƣớc thải bia. Đối với nƣớc thải bia nên hạn chế bã men trong
nƣớc thải. Tóm lại, các nhà máy bia với công suất nƣớc thải nhỏ từ 100 đến
1500m3/ngày. Theo cơ chế tự làm sạch, các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải đƣợc phân
ra nhƣ sau:
- Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp hóa học và hóa lý trong các công trình
và thiết bị nhƣ bể lắng, bể keo tụ, bể tuyển nổi… Trong các quá trình này thƣờng
dùng hóa chất keo tụ nhƣ phèn nhôm, phèn sắt, polime. Sau quá trình này, hàm
lƣợng cặn lơ lửng cũng nhƣ một số chỉ tiêu ô nhiễm khác trong nƣớc thải giảm đáng
kể nhƣng lƣợng cặn lắng hình thành tƣơng đối lớn.
- Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học kỵ khí: quá trình xử lý nƣớc
thải đƣợc dựa trên cơ sở phân hủy các chất hữu cơ giữ lại trong công trình nhờ sự
lên men kỵ khí. Ngƣời ta thƣờng dùng các công trình kết hợp giữa việc tách cặn
lắng (làm trong nƣớc) với phân hủy yếm khí các hợp chất hữu cơ trong pha rắn và
pha lỏng. Các công trình đƣợc ứng dụng rộng rãi là các loại bể metan, bể lọc kỵ khí,
bể lọc ngƣợc qua lớp bùn kỵ khí (UASB)…
- Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí. Quá trình xử lý nƣớc
thải dựa trên sự oxy hóa các chất hữu cơ có trong nƣớc thải nhờ oxy tự do hòa tan.
Các công trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo thƣờng dựa trên
nguyên tắc hoạt động của bùn hoạt tính (bể aeroten trộn, kênh oxy hóa tuần hoàn)
hoặc màng sinh vật (bể lọc sinh học, đĩa sinh vật). Xử lý sinh học hiếu khí trong
30
điều kiện tự nhiên thƣờng đƣợc tiến hành trong hồ (hồ sinh vật oxy hóa, hồ sinh vật
ổn định) hoặc trong đất ngập nƣớc (các loại bãi lọc..)
Để chọn phƣơng pháp xử lý sinh học hợp lý cần phải biết hàm lƣợng chất hữu
cơ (BOD, COD…) trong nƣớc thải. Các phƣơng pháp lên men kỵ khí thƣờng phù
hợp khi nƣớc thải có chất hữu cơ cao. Đối với nƣớc thải có hàm lƣợng chất hữu cơ
thấp và tồn tại dƣới dạng chất keo và hòa tan, thì xử lý cơ chế cho chúng tiếp xúc
với màng sinh vật là hợp lý. Các nguyên tố dinh dƣỡng nhƣ N, P có trong nƣớc thải
cũng có thể xử lý bằng phƣơng pháp sinh học. Các muối nitrat, nitrit tạo thành trong
quá trình phân hủy hiếu khí sẽ đƣợc khử trong điều kiện thiếu khí (anoxic) trên cơ
sở các phản ứng phản nitrat. Nƣớc thải nhà máy bia cần đƣợc xử lý sinh học đảm
bảo xả ra nguồn nƣớc mặt theo quy chuẩn của QCVN40:2011/BTNMT. Các bƣớc
xử lý nƣớc thải các cơ sở sản xuất bia quy mô nhỏ đƣợc thể hiện trên hình 1.9
Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý xử lý nƣớc thải các cơ sở sản xuất bia có quy mô nhỏ
xử lý nƣớc thải nhỏ [3]
Giếng
tách
nƣớc
Song chắn
rác
Bể lắng cát
Ngăn thu trạm
bơm kết hợp bể
điều hòa
Xử lý bậc một: xử lý hóa lý xử lý sinh học kị khí hoặc
sinh học hiếu khí
Căn lơ lửng < 150 mg/l
BOD< 300 mg/l
BOD
Xử lý bậc hai: xử lý sinh học
hiếu khí
Căn lơ lửng < 100 mg/l
BOD< 50 mg/l
coliform < 10.000
Xả ra nguồn nƣớc mặt
31
Mặt khác, hàm lƣợng BOD trong nƣớc thải cao ( trên 500 mg/l) gây khó
khăn và tốn kém cho quá trình xử lý sinh học hiếu khí. Vì vậy, nguyên tắc chung để
xử lý nƣớc thải các nhà máy địa phƣơng đƣợc nêu trên hình 1.10.
Theo hình 1.10, do không ổn định về lƣu lƣợng và nồng độ, nƣớc thải sản
xuất nhà máy bia cần cân bằng nồng độ và lƣu lƣợng tại bể điều hòa.Sau đó, nƣớc
đƣợc đƣa đi xử lý các khâu:
Hình 1.10 Sơ đồ nguyên tắc xử lý nƣớc thải các nhà máy bia có công suất nƣớc
thải nhỏ [4]
- Xử lý bậc một: tách các loại cặn lắng ra khỏi nƣớc thải đồng thời giảm
BOD trong đó để công trình xử lý sinh học hiếu khí phía sau hoạt động hiệu quả.
Các công trình xử lý nƣớc thải bậc một có thể là các công trình xử lý hóa học - hóa
lý (keo tụ hoặc keo tụ tuyển nổi), công trình xử lý sinh học kỵ khí (bể mêtan, bể lọc
kỵ khí, bể UASB..) hoặc công trình xử lý sinh học bậc một (aeroten tải trọng hữu cơ
cao). Nếu công trình xử lý bậc một là công trình hóa lý hoặc hóa học thì kiểm tra
pH và đƣa hóa chất keo tụ (phèn nhôm, phèn sắt hoặc polime). Nếu xử lý nƣớc thải
bằng biện pháp sinh học, ngoài việc kiểm tra pH, còn cần kiểm tra hàm lƣợng N và
P xem có đảm bảo tỷ lệ yêu cầu hay không
- Xử lý bậc hai: xử lý các chất hữu cơ bằng biện pháp sinh học hiếu khí để
đáp ứng yêu cầu xả ra thủy vực (theo chỉ tiêu BOD). Xử lý nƣớc thải bằng biện
pháp sinh học hiếu khí có hiệu quả cao, giảm đƣợc hàm lƣợng BOD xuống đƣợc
Bể điều
hòa
Xử lý bậc 2 xử lý BOD
Xử lý bậc 1:
xử lý cặn và BOD
Xử lý bậc 2
xử lý N, P và khử
trùng
Hóa chất ổn
định nƣớc
thải
BOD
SS < 150 mg/l
BOD < 500mg/l
pH= 6,5- 8,5
BOD:N:P =
100:5:1
BOD
Xả ra nguồn nƣớc mặt
32
mức yêu cầu, dễ kiểm soát quá trình hoạt động của công trình. Thể tích xây dựng
các công trình nhỏ, không tạo mùi hôi thối.. Tuy nhiên phƣơng pháp này đòi hỏi
năng lƣợng cao (do cấp khí và vận chuyển bùn tuần hoàn). Các yêu cầu về thành
phần tính chất nƣớc thải là hàm lƣợng cặn lơ lửng dƣới 150 mg/l, BOD < 500 mg/l
(đối với công trình bùn hoạt tính) và dƣới 300 mg/l (đối với công trình hoạt động
theo nguyên lý lọc- dính bám). Các yêu cầu về pH, thành phần nitơ và phốt pho
cũng đƣợc đảm bảo.
- Xử lý bậc ba: xử lý các nguyên tố dinh dƣỡng nhƣ nitơ và phốt pho và khử
trùng khi cần thiết. Khâu xử lý này không yêu cầu bắt buộc đối với nƣớc thải của
các nhà máy bia. Trƣờng hợp xả ra thủy vực hồ, cần phải xử lý tiếp tục nitơ và phốt
pho. Nếu xử lý chung nƣớc thải sinh hoạt và nƣớc thải sản xuất bia để xả ra sông hồ
thì cần thiết phải khử trùng để chỉ tiêu coliform không vƣợt quá tiêu chuẩn cho
phép.
1.4.5 Xử lý nƣớc thải tại một số nhà máy bia trên thế giới
Trong công nghiệp bia, khác với nguồn nƣớc thải sinh hoạt hay nƣớc thải
công nghiệp nƣớc thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm nói chung các nhà máy
bia nói riêng chứa các nồng độ hóa chất độc hại hay vi khuẩn gây bệnh thấp. Xét từ
bản chất tự nhiên và sự đa dạng trong thiết kế và hoạt động của mỗi nhà máy sẽ có
sự khác nhau trong chất lƣợng nƣớc giữa các nhà máy, tỷ lệ các nguyên liệu đầu
vào và phụ thuộc vào từng nhà máy theo dây chuyên sản xuất bia.
Hình 1.11 Dây chuyền công nghệ nấu bia chung
Nguyên liệu chủ yếu là malt và nƣớc, hƣơng liệu tạo bia và men giống ảnh
hƣởng trực tiếp đến quá trình sản xuất bia và chính là các hóa chất sinh học tự
nhiên, là các sản phẩm phân hủy chứa hàm lƣợng lớn các chất lơ lửng, COD và
BOD gây ô nhiễm môi trƣờng [24].
XAY
NGHIỀN
NGUYÊN
LIỆU
NẤU
LÊN MEN
LỌC
BẢO QUẢN
THÀNH
PHẨM
33
Ở Đức, một dây chuyền thử nghiệm bán kỹ thuật, sử dụng thiết bị phản ứng
cố định màng với vật liệu plastic và một thiết bị phản ứng UASB đƣợc vận hành
song song với nhà máy bia. Các kết quả tốt nhất đƣợc nhận với thiết bị UASB hiệu
suất giảm COD trên 85% tại tốc độ giải phóng không gian nằm giữa 3,5 đến 14,9 kg
COD/m3/ngày và trung bình là 6,7 kg COD/m3/ ngày. Thiết bị đã đƣợc chứng minh
đảm bảo an toàn môi trƣờng và hiệu quả hơn thiết bị xử lý yếm khí tốc độ cao [24].
Các nhà máy sản xuất malt Joe white Maltings mới đƣợc xây dựng ở các vùng trên
nƣớc Úc đã sử dụng phƣơng pháp xử lý bằng bùn hoạt tính, hệ thống hồ ngăn, hệ thống
thủy lợi hay hệ thống nƣớc thải sinh học. Từ các phân tích lấy mẫu ngẫu nhiên từ một bể
nƣớc, bảng thành phần điển hình đƣợc thể hiện ở bảng 1.8 [16].
Bảng 1.8 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy JWM - Perth
Thông số Nồng độ
BOD, mg/l 2000
COD, mg/l 2600
pH 5,2
Chất rắn lơ lửng ( SS) , mg/l 260
Phốt pho tổng số, mg/l 11
Nito tổng số, mg/l 54
Độ đục, NTU 270
(Nguồn:Alex Severino, Gordon Allan và Graeme Cooke,’Một thiết bị xử lý nước
thải mới cho nhà máy sản xuất malt”, Hội Nghị IGB 2002 )
Nƣớc thải đƣợc đƣa vào bể gom qua hệ thống thiết bị xử lý sinh học chủ yếu
để loại bỏ BOD.
Hình 1.12 Sơ đồ xử lý nƣớc thải tại nhà máy bia của Úc
NƢỚC
THẢI
BỂ GOM
THIẾT BỊ XỬ LÝ
SINH HỌC
THÙNG BÙN
ĐIỀU HÒA
BỂ CHỨA BÙN
HỆ THỐNG
TUYỂN NỔI DAF
HỆ THỐNG
LỌC CÁT
BỂ KHỬ TRÙNG
XẢ THẢI
34
Tiếp theo sự phân giải sinh học của các chất hòa tan trong suốt quá trình trên,
các chất rắn còn lại sẽ bị loại bỏ nhờ tuyển nổi không khí hòa tan (DAF). Vì DAF
đƣợc đƣa vào hoạt động ở áp lực thấp hơn hệ thống thiết bị phản ứng sinh học, các
khí nitơ, CO2 và khí oxy hòa tan trong nƣớc thải sẽ thoát ra khỏi dung dịch. Các
bong bóng nhỏ sau đó đƣợc hình thành và nổi lên trên mặt nƣớc trong quá trình xử
lý thu đƣợc sinh khối lơ lửng nhờ vào sự tuyển nổi, để lại nƣớc thải sạch ở đáy.
Nƣớc thải này cuối cùng đƣợc bơm qua các hệ thống lọc nƣớc và diệt khuẩn trong
khi đó sinh khối đƣợc bơm qua hệ thống xử lý chất rắn.
Hệ thống lọc cát đƣợc sử dụng để làm sạch nƣớc thải. Bể lọc này hoạt động
dƣới áp suất thƣờng và các khí thoát ra đƣợc tập trung lại và đƣợc xử lý bằng hệ
thống kiểm soát mùi bùn. Dòng nƣớc thải ở đầu vào đƣợc đem lọc xuôi qua đệm cát
trong khi cát chuyển động xuống dƣới. Nƣớc thải sau khi lọc đƣợc đƣa ra bằng cách
chảy qua đập tràn nằm ở phần trên của bể lọc và độ đục của nƣớc của nƣớc đƣợc
theo dõi ngay trên đƣờng ống. Cát sau khi sử dụng đƣợc làm sạch bằng cách rửa
ngƣợc lại bằng dịch lọc và nƣớc bẩn sẽ đƣợc thải vào bể nƣớc thải để thực hiện vào
bể quá trình tách bùn. Khử trùng nƣớc thải có thể có hiệu quả khi sử dụng quá trình
oxy hóa mạnh bằng khí ozon. Bùn từ bể DAF đƣợc chuyển sang thùng điều hòa bùn
lắng bằng cách mở van tháo bùn từ DAF. Từ thùng điều hòa, bùn lại một lần nữa
đƣợc chuyển vào thùng chứa bùn, thùng này đƣợc kiểm soát bằng van thu hồi bùn.
Các số liệu phân tích chất lƣợng nƣớc thải sau khi lọc cát ra ngoài đƣợc trình
bày ở bảng so với kết quả từ nƣớc thải nhà máy bia thì thấy có sự giảm đáng kể về
chỉ số BOD, COD cũng nhƣ hàm lƣợng chất rắn lơ lửng. Với mức độ chất lƣợng
này, nƣớc thải từ nhà máy xử lý này đƣợc coi nhƣ là phù hợp để sử dụng trong sinh
hoạt, tƣới tiêu hoặc thải ra ngoài.
Bùn thu đƣợc từ quá trình xử lý đƣợc tập hợp lại và đƣợc sản xuất chất thải
xanh sử dụng làm chất hoạt hóa của phân compost.
Thành phần hóa chất gồm các chất đông tụ, polyme, ure và các chất phá bọt.
Dung dịch các chất đông tụ đƣợc bổ sung vào DAF để hỗ trợ cho việc tách
các chất rắn bằng cách tạo ra các phần tử keo trong nƣớc thải. Một thời gian bổ
35
sung các polymer vào đầu vào của thiết bị DAF làm chất tạo bông, và các hạt đƣợc
hình thành bằng cách bổ sung thêm chất đông tụ.
Ure đƣợc bổ sung vào dung dịch cùng amon - photphat nhƣ một nguồn bổ
sung nitơ và phốt pho để thực hiện quá trình xử lý sinh học trong thiết bị phản ứng
[18].
Bảng 1.9 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải đã xử lý nhà máy JWM - Perth
Thông số Nồng độ
BOD, mg/l 30
COD, mg/l 50
pH 7,0
Chất rắn lơ lửng ( SS) , mg/l 25
Phốt pho tổng số, mg/l 0,05
Nito tổng số, mg/l 10
Độ đục, NTU 25
(Nguồn:Alex Severino, Gordon Allan và Graeme Cooke )
Tóm lại, so với các dây chuyền khác thiết này tốn ít chi phí và có khả năng
tự động hóa hoàn toàn. Chi phí xử lý giảm đáng kể sẽ cho phép sử dụng để tƣới cho
đồng ruộng.
Tại nhà máy bia Blue Ribbon Noble Zhaoquing, Quảng Đông, Trung Quốc
tháng 7/2000, quá trình xây dựng đƣợc bắt đầu từ một dây chuyền xử lý nƣớc thải
có sử dụng phƣơng pháp xử lý yếm khí sau đó là hiếu khí ở giai đoạn thứ 2.
Hệ thống thiết bị mới cho các nhà máy bia đảm bảo những quy định mới của
chính quyền về nƣớc thải , giảm năng lƣợng tiêu thụ, giảm lƣợng bùn cần xử lý bởi
chúng có thể đổ trực tiếp lên mặt đất. Trong tƣơng lai, hệ thống sẽ thu hồi và sử
dụng khí mêtan để dùng làm nhiên liệu cho nhà ăn trong công ty [16].
1.5 Đánh giá công nghệ môi trƣờng
Đánh giá công nghệ môi trƣờng: là việc xác định trình độ, giá trị và hiệu quả
của công nghệ phù hợp với yêu cầu bảo vệ môi trƣờng. Đánh giá công nghệ môi
trƣờng đƣợc sử dụng để kiểm ta các quy trình và đánh giá hoạt động của các công
36
nghệ tiên tiến, hiện đại có sẵn hoặc có nhiều tiềm năng sử dụng trong thực tế để bảo
vệ sức khỏe của con ngƣời và môi trƣờng. Đánh giá công nghệ thúc đẩy việc đƣa
các công nghệ môi trƣờng mới vào thị trƣờng giúp cho các cơ sở, nhà máy sản xuất
lựa chọn các công nghệ phù hợp trong việc quản lý chất lƣợng môi trƣờng tại cơ sở
mình theo tiêu chuẩn môi trƣờng quốc gia [2].
Đánh giá công nghệ môi trƣờng là một quy trình có tính hệ thống trong đó,
thực hiện xem xét đánh giá một công nghệ để đƣa ra mô tả và đánh giá về:
+ Ảnh hƣởng tiềm tàng của công nghệ lên môi trƣờng.
+ Đƣa ra các đề nghị cải tiến can thiệp công nghệ vì phát triển bền vững.
+ Đánh giá các hệ quả kinh tế - văn hóa - xã hội phù hợp.
+ Xem xét khả năng lựa chọn các phƣơng án công nghệ.
Đánh giá công nghệ xử lý nƣớc thải ngành sản xuất bia dựa trên các tiêu chí dƣới
đây
Tiêu chí đánh giá công nghệ môi trƣờng [2]
STT Nhóm tiêu chí Chỉ tiêu đánh giá
1
Trình độ công nghệ
- kỹ thuật và Hiệu
quả xử lý chất ô
nhiễm
- Mức độ hiện đại: So sánh với các công nghệ xử lý tƣơng
tự ở nƣớc ngoài hoặc Việt Nam.
- Mức độ tự động hóa, cơ khí hóa của công nghệ.
- Khả năng vận hành.
- Thời gian xây dựng hệ thống (tính từ khi xây dựng đến
khi vận hành hệ thống)
- Tuổi thọ của thiết bị.
- Lựa chọn tính thích hợp theo từng loại thiết bị, công
nghệ.
- Các chỉ số so sánh hiệu quả xử lý.
- Tính phù hợp với công suất xử lý cần thiết.
- Không gian chiếm dụng của hệ thống xử lý.
2 Chi phí kinh tế - Chi phí suất đầu tƣ xây dựng và lắp đặt thiết bị.
- Chi phí vận hành thiết bị.
37
STT Nhóm tiêu chí Chỉ tiêu đánh giá
- Chi phí tiêu hao nguyên liệu.
- Chi phí bảo dƣỡng, sửa chữa thiết bị
3
Phù hợp với các
điều kiện thực tế xã
hội
- Tính phù hợp với điều kiện tự nhiên và xã hội.
- Tính sáng tạo, khả năng tự thiết kế, chế tạo hay áp dụng
công nghệ của nƣớc ngoài phù hợp với điều kiện Việt
Nam.
- Tỷ lệ nội địa hóa: (%) cấu kiện, linh kiện, thiết bị sản
xuất trong nƣớc.
- Khả năng sửa chữa và bảo hành trong nƣớc.
- Nguồn nhân lực quản lý và vận hành hệ thống.
4 Tiêu chí môi trƣờng
- Không gây tác động xấu đối với môi trƣờng xung quanh.
- Điều kiện vệ sinh môi trƣờng nội vi.
- Thân thiện với môi trƣờng: mức độ sử dụng hóa chất,
chất thải độc hại.
- Mức độ rủi ro đối với môi trƣờng: cháy nổ, tai nạn lao
động…
- Nhu cầu về sử dụng nguyên nhiên liệu và năng lƣợng.
Tuy nhiên sau khi hoàn thiện, để quy trình đánh giá công nghệ môi trƣờng
đƣợc thực thi cần phải có đánh giá thử nghiệm và đào tạo, học tập kinh nghiệm của
nƣớc ngoài cả về quản lý và kỹ thuật đánh giá.
38
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tƣợng nghiên cứu
Để phục vụ cho đề tài học viên sử dụng đối tƣợng nghiên cứu là hệ thống xử
lý nƣớc thải của ngành sản xuất bia, cụ thể là:
- Công nghệ xử lý nƣớc thải của nhà máy bia Hà Nội – Hải Phòng
- Công nghệ xử lý nƣớc thải của nhà máy bia Sài Gòn – Phú Thọ
- Công nghệ xử lý nƣớc thải của nhà máy đồ uống NADA – Nam Định
- Công nghệ xử lý nƣớc thải của nhà máy bia Việt Hà
Tác giả lựa chọn 4 nhà máy có công suất xả thải khác nhau từ công suất vừa
đến công suất xả thải nhỏ để đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải của các công nghệ
xử lý nƣớc thải.
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu
a. Tổng quan điều tra khảo sát, thu thập, phân tích, tổng hợp tài liệu, số liệu:
Để có đƣợc các thông tin liên quan đến đề tài và địa điểm nghiên cứu, phƣơng
pháp đƣợc sử dụng là thu thập, phân tích và tổng hợp các tài liệu về nƣớc thải ngành
sản xuất bia (đặc điểm nƣớc thải ngành sản xuất bia, các thông số cơ bản đánh giá
nƣớc thải sản xuất bia...); về các công nghệ xử lý nƣớc thải ngành sản xuất bia.
b. Phương pháp kế thừa:
Kế thừa, vận dụng các kết quả nghiên cứu đã có, phát huy những ƣu điểm,
khắc phục những nhƣợc điểm.
c. Phương pháp thống kê:
Xử lý các số liệu, những thông tin tƣ liệu đƣợc thu thập bao gồm những
thông tin liên quan đến hiện trạng các nhà máy bia và các tài liệu liên quan.
d. Phương pháp tổng hợp lý thuyết.
Nghiên cứu tổng hợp lý thuyết cần từ đó đƣa ra các nhận định, đánh giá cho
các hiện tƣợng thực tế nhằm đƣa ra các phƣơng hƣớng phù hợp nhất cho vấn đề cần
nghiên cứu.
e. Điều tra khảo sát thực địa, lấy mẫu phân tích và sử dụng các phương
pháp phân tích:
39
* Liên hệ và khảo sát thực địa:
- Liên hệ với cán bộ kỹ thuật của các nhà máy bia đã lựa chọn để khảo sát
thực địa quy trình công nghệ, vận hành của hệ thống xử lý nƣớc thải của các nhà
máy sản xuất bia, thu thập tài liệu về quá trình vận hành và các thông số kỹ thuật
của hệ thống vận hành.
* Thu và bảo quản mẫu nước thải:
→ Địa điểm thu mẫu:
- Lấy mẫu nƣớc thải trƣớc và sau xử lý theo TCVN 6663–3: 2008
- Địa điểm lấy mẫu nƣớc thải:
+ Lấy mẫu nƣớc thải trƣớc xử lý: mẫu nƣớc thải đƣợc thu tại ống xả vào bể
gom trƣớc khi đƣa vào xử lý làm sạch.
+ Lấy mẫu nƣớc thải sau xử lý: mẫu nƣớc thải đƣợc thu tại ống xả ra ngoài
môi trƣờng.
→ Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản
xuất bia: pH, COD, BOD5, SS, tổng nitơ, tổng phốt pho.
→ Tên, ký hiệu mẫu và phương pháp bảo quản mẫu cụ thể:
- Nhà máy bia Hà Nội – Hải Phòng:
+ Mẫu nƣớc thải trƣớc xử lý: Thực hiện thu mẫu vào lúc 14h00 ngày
20/6/2013
Thu 01 mẫu tổng ký hiệu: NMHH01 gồm có 2 mẫu con:
NMHH01.1: thu mẫu đầy chai, bảo quản lạnh, tối.
NMHH01.2: bảo quản lạnh, tối, H2SO4 đến pH≤2
+ Mẫu nƣớc thải sau xử lý: thu mẫu vào 14h30 ngày 20/6/2013
Thu 01 mẫu tổng ký hiệu: NMHH02 gồm 2 mẫu con:
NMHH02.1: thu mẫu đầy chai, bảo quản lạnh, tối.
NMHH02.2: bảo quản lạnh, tối, H2SO4 đến pH≤2
- Nhà máy bia Việt Hà:
+ Mẫu nƣớc thải trƣớc xử lý: Thực hiện thu mẫu vào lúc 9h00 ngày 11/7/2013
Thu 01 mẫu tổng ký hiệu: NMVH01 gồm có 2 mẫu con:
40
NMVH01.1: thu mẫu đầy chai, bảo quản lạnh, tối.
NMVH01.2: bảo quản lạnh, tối, H2SO4 đến pH≤2
+ Mẫu nƣớc thải sau xử lý: thu mẫu vào 9h15 ngày 11/7/2013
Thu 01 mẫu tổng ký hiệu: NMVH02 gồm 2 mẫu con:
NMVH02.1: thu mẫu đầy chai, bảo quản lạnh, tối.
NMVH02.2: bảo quản lạnh, tối, H2SO4 đến pH≤2
- Nhà máy bia Sài Gòn – Phú Thọ:
+ Mẫu nƣớc thải trƣớc xử lý: Thực hiện thu mẫu vào 10h45 ngày 25/9/2013
Thu 01 mẫu tổng ký hiệu: NMSP01 gồm có 2 mẫu con:
NMSP01.1: thu mẫu đầy chai, bảo quản lạnh, tối.
NMSP01.2: bảo quản lạnh, tối, H2SO4 đến pH≤2
+ Mẫu nƣớc thải sau xử lý: thu mẫu vào 11h10 ngày 25/9/2013
Thu 01 mẫu tổng ký hiệu: NMSP02 gồm 2 mẫu con:
NMSP02.1: thu mẫu đầy chai, bảo quản lạnh, tối.
NMSP02.2: bảo quản lạnh, tối, H2SO4 đến pH≤2
- Nhà máy NADA:
+ Mẫu nƣớc thải trƣớc xử lý: Thực hiện thu mẫu vào 13h30 ngày 22/10/2013
Thu 01 mẫu tổng ký hiệu: NMND01 gồm có 2 mẫu con:
NMND01.1: thu mẫu đầy chai, bảo quản lạnh, tối.
NMND01.2: bảo quản lạnh, tối, H2SO4 đến pH≤2
+ Mẫu nƣớc thải sau xử lý: thu mẫu vào 14h00 ngày 22/10/2013
Thu 01 mẫu tổng ký hiệu: NMND02 gồm 2 mẫu con:
NMND02.1: thu mẫu đầy chai, bảo quản lạnh, tối.
NMND02.2: bảo quản lạnh, tối, H2SO4 đến pH≤2
→ Các mẫu bảo quản lạnh, tối: sử dụng để phân tích chỉ tiêu pH, BOD5, SS.
Mẫu bảo quản lạnh, tối, H2SO4 đến pH≤2 sử dụng phân tích các chỉ tiêu
COD, tổng phốt pho, tổng nitơ.
* Phân tích mẫu: mẫu đƣợc phân tích tại PTN theo các phƣơng pháp TCVN
hiện hành, SMEWW (Standard Methods for the Examination of Water and Waste
Water) cụ thể:
41
* COD: phương pháp phân tích SMEWW 5220 (2012): phƣơng pháp so màu
hồi lƣu kín
- Dụng cụ, thiết bị: máy so màu Hach DR 2800; ống phân hủy mẫu; bếp phân
hủy mẫu; pipet, micropipet.
- Hóa chất:
+ COD1 - Dung dịch phân hủy cao: dung dịch K2Cr2O7.HgSO4 pha trong
H2SO4: Sấy khô K2Cr2O7 ở 150oC trong 2h, cân 5,018g hòa tan trong 250 mL nƣớc
cất, thêm 83,5 mL H2SO4 đặc, thêm 16,65g HgSO4 hòa tan, làm lạnh về nhiệt độ
phòng, định mức đến 500 mL.
+ COD2 – Dung dịch phân hủy thấp: Sấy khô K2Cr2O7 ở 150oC trong 2h, cân
0,511g hòa tan trong 250 mL nƣớc cất, thêm 83,5 mL H2SO4 đặc, thêm 16,65g
HgSO4 hòa tan, làm lạnh về nhiệt độ phòng, định mức đến 500 mL.
+ COD3 - Thuốc thử axit : dung dịch Ag2SO4. H2SO4
+ COD4 - Dung dịch chuẩn COD 1000 mg/l: pha từ Kali hidro phthalate (KHP)
HOOCC6H4COOK
+ COD5: Dung dịch chuẩn COD 100 mg/l
- Quy trình phân tích:
+ Đường chuẩn nồng độ cao: 100 – 900 mg/l: thực hiện dựng đường chuẩn với 6
ống phân hủy gồm: mẫu trắng, đo mẫu chuẩn được pha từ mẫu chuẩn 1000mg/l về
các nồng độ COD: 100mg/l, 200mg/l, 400mg/l, 600mg/l, 900mg/l.
Lấy 2,5 ml dung dịch trên thêm vào mỗi ống 3,5 dung dịch COD3 + 1,5 ml dung
dịch COD1, vặn chặt nắp lắc đều, phân hủy ở 150oC trong 2h. Sau 2h để nguội trên
giá về nhiệt độ phòng, đo trên máy DR2800 bƣớc sóng 600 nm. Lấy độ hấp thụ
(Abs) của các mẫu chuẩn trừ đi Abs của mẫu trắng và dựng đồ thị biểu diễn mối
quan hệ giữa độ hấp thụ và giá trị COD trong mẫu tƣơng ứng. Đồ thị phải là đƣờng
thẳng có hệ số tuyến tính R2 > 0,99.
Thực hiện phân tích mẫu thực có nồng độ cao tương tự như thực hiện với mẫu
chuẩn. [17,18]
42
+ Đường chuẩn nồng độ thấp: 40 – 90 mg/l: thực hiện dựng đường chuẩn với 6
ống phân hủy gồm: mẫu trắng, đo mẫu chuẩn được pha từ mẫu chuẩn 100mg/l về
các nồng độ COD: 40mg/l, 50mg/l, 60mg/l, 80mg/l, 90mg/l.
Lấy 2,5 ml dung dịch trên thêm vào mỗi ống 3,5 dung dịch COD3 + 1,5 ml dung
dịch COD2, vặn chặt nắp lắc đều, phân hủy ở 150oC trong 2h. Sau 2h để nguội trên
giá về nhiệt độ phòng, đo trên máy DR2800 bƣớc sóng 420 nm. Lấy độ hấp thụ
(Abs) của các mẫu chuẩn trừ đi Abs của mẫu trắng và dựng đồ thị biểu diễn mối
quan hệ giữa độ hấp thụ và giá trị COD trong mẫu tƣơng ứng. Đồ thị phải là đƣờng
thẳng có hệ số tuyến tính R2 > 0,99.
Thực hiện phân tích mẫu thực có nồng độ cao tương tự như thực hiện với mẫu
chuẩn.
* BOD5: Phương pháp TCVN 6001-1:2008 – Phương pháp pha loãng và cấy có
bổ sung allythioure.
- Thuốc thử: → Dung dịch muối:
+ BOD1- Dung dịch đệm photphat pH=7,2: Hòa tan 4,25g KH2PO4 + 10,875g
K2HPO4 + 16,7g Na2HPO4.7H2O + 0,85g NH4Cl trong 250 ml nƣớc, định mức 500
mL.
+ BOD2- Dung dịch MgSO4.7H2O 22,5 g/L
+ BOD3- Dung dịch CaCl2 27,5 g/L
+ BOD5- Dung dịch ATU 1 g/L: Hòa tan 0,1g Allylthiourea trong nƣớc, định
mức tới 100 mL, bảo quản ở 4oC.
+ BOD6-Dung dịch kiểm tra: Sấy khô một ít D-gluco khan (C6H12O6) và một ít
Axit L-Glutamic (C5H9NO4) ở nhiệt độ 105 ± 5oC trong 1h. Cân mỗi thứ 150 ± 1
mg, hòa tan trong nƣớc và pha thành 1000 mL và lắc đều.
+ Dung dịch H2SO4 0,5N hoặc HCl 0,5N.
+ Dung dịch NaOH 0,5N.
+ Dung dịch Na2SO3 50g/L.
→ Nƣớc cấy: trong phạm vi mẫu đƣợc thu của luận văn nƣớc cấy đƣợc pha theo
cách nƣớc thải đã xử lý của nƣớc thải đƣợc để lắng.
43
→ Nƣớc pha loãng: đƣợc chuẩn bị từ nƣớc cất hoặc deion. Thêm 1 mL mỗi
dung dịch BOD1, BOD2, BOD3, BOD4 và 2 mL dung dịch BOD5 vào 1lít nƣớc
cất, lắc đều, giữ dung dịch này ở 20oC ± 2
oC, sục khí bằng bơm sục khoảng 30 phút
để dung dịch đƣợc bão hòa oxy. Mở nắp và để yên bình chứa khoảng 30 phút trƣớc
khi sử dụng.
→ Nƣớc pha loãng cấy vi sinh vật: Thêm từ 5 mL đến 20 mL nƣớc cấy vào mỗi
lít nƣớc pha loãng. Giữ nƣớc pha loãng cấy vi sinh vật vừa điều chế ở 20oC. Chuẩn
bị nƣớc ngày ngay trƣớc khi dùng và đổ bỏ phần dƣ vào cuối ngày làm việc.
Nồng độ oxy bị tiêu thụ qua 5 ngày ở 20oC của nƣớc pha loãng cấy vi sinh
vật chính là giá trị trắng, không đƣợc vƣợt quá 1,5 mg/L.
- Dụng cụ thiết bị:
+ Bình ủ: bình BOD 300 mL có nút thủy tinh mài
+ Bình dùng đựng nƣớc pha loãng: bình nhựa dẻo 5/ 10L.
+ Tủ ủ: tủ AQUALYTIC, WTW duy trì đƣợc nhiệt độ ở 20 ± 2oC.
+ Thiết bị xác định nồng độ oxy hòa tan: Thiết bị Inolab 740 BSB/BOD –
WTW – Đức.
+ Bơm sục khí, có đầu sục bằng gốm giúp oxy hòa tan tốt.
- Quy trình phân tích:
+ Trung hòa mẫu: điều chỉnh pH mẫu về khoảng 6-8.
+ Loại bỏ clo dƣ: dùng Na2SO3 để loại bỏ clo nếu hàm lƣợng clo dƣ cao.
+ Đồng nhất mẫu: lắc đều để đồng nhất mẫu.
+ Loại bỏ sự có mặt bằng cách lọc với màng lọc có kích thƣớc 1,6µm.
+ Chọn tỉ lệ pha loãng: Cần lựa chọn tỉ lệ pha loãng sao cho lƣợng oxy tiêu thụ
phải ít nhất là 2 mg/L và nồng độ sau khi ủ phải ít nhất là 2 mg/L, mức độ pha loãng
phải sao cho sau khi ủ nồng độ oxy hòa ta còn lại trong khoảng 1/3 – 2/3 nồng độ
ban đâu.
Ƣớc lƣợng khoảng giá trị BOD của mẫu dựa vào giá trị COD thu đƣợc,
thông thƣờng đối với mẫu nƣớc thải không qua xử lý BOD/COD = 0,35 ÷ 0,65; với
nƣớc thải đã qua xử lý sinh học BOD/COD = 0,2 ÷ 0,35.
44
Do khó khăn khi lựa chọn đúng mức độ pha loãng, nên thực hiện vài pha
loãng khác nhau và theo độ pha loãng tƣơng ứng với BODn dự đoán (xem Bảng
dƣới).
BODn dự đoán
mg/L O2 Hệ số pha loãng
3 đến 6 giữa 1,1 và 2
4 đến 12 2
10 đến 30 5
20 đến 60 10
40 đến 120 20
100 đến 300 50
200 đến 600 100
400 đến 1200 200
1000 đến 3000 500
2000 đến 6000 1000
+ Chuẩn bị dung dịch thử: Để mẫu (hoặc mẫu đã xử lý sơ bộ) ở nhiệt độ
khoảng 20 ± 2 oC. Lấy một phần thể tích mẫu (hoặc mẫu đã xử lý sơ bộ) cho vào
bình BOD thêm 0,6 mL BOD5 và thêm nƣớc pha loãng cấy vi sinh vật đến đầy
bình. Nếu dùng hệ số pha loãng lớn hơn 100, cần thực hiện các loạt pha loãng thành
2 hoặc nhiều bƣớc. Nếu trong bình có bọt khí, gõ nhẹ vào thành bình để đuổi hết bọt
khí
+ Phép thử trắng: cho vào bình BOD 0,6 mL BOD5 và thêm nƣớc pha loãng cấy vi
sinh vật đến đầy bình.
+ Đo oxy hòa tan dùng phƣơng pháp đầu dò điện cực (TCVN 7325:2004): đo nồng
độ oxy hòa tan tại từng bình tại điểm “không” bằng thiết bị Inolab 740-WTW theo
phƣơng pháp TCVN 7325:2004. Đậy nút bình. Đặt các bình BOD vào tủ ủ và để ở
nơi tối trong 5 ngày ± 4h. Sau khi ủ, xác định nồng độ oxy hòa tan trong mỗi bình
bằng thiết bị Inolab 740-WTW theo phƣơng pháp TCVN 7325:2004.
45
+ Phép thử kiểm tra: Để kiểm tra nƣớc pha loãng cấy vi sinh vật, nƣớc cấy và kỹ
thuật của ngƣời phân tích, tiến hành phép thử kiểm tra theo từng lô mẫu bằng cách
đổ 10 mL dung dịch BOD6 vào ống đong 500 mL, thêm 1 mL dung dịch BOD5 rồi
pha loãng thành 500 mL với nƣớc pha loãng cấy vi sinh vật và tiến hành theo bƣớc
trên.
+ Tính toán kết quả:
BOD5 đƣợc tính toán cho các dung dịch thử, khi các điều kiện sau thỏa mãn:
Trong đó
D1: là nồng độ oxy hòa tan của một trong các dung dịch thử ở điểm “không”,
tính bằng mg/L.
D2 là nồng độ oxy hòa tan của chính dung dịch thử sau 5 ngày, tính bằng
mg/L.
Giá trị BOD5 đƣợc tính theo phƣơng trình sau:
Trong đó:
D1: Giá trị DO của dung dịch thử ở điểm “không”, mg/L.
D2: Giá trị DO của dung dịch thử sau 5 ngày, mg/L.
D3: Giá trị DO của dung dịch mẫu trắng ở điểm “không”, mg/L.
D4: Giá trị DO của dung dịch mẫu trắng sau 5 ngày, mg/L.
Vs: Thể tích mẫu dùng để chuẩn bị dung dịch thử.
Vt: Tổng thể tích của dung dịch thử = 300 mL.
* Tổng phốt pho: Phương pháp SMEWW 4500 – P B,E (2012): phương pháp axit
ascorbic.
- Dụng cụ: bình kendal/bình tam giác đậy phễu thủy tinh, bếp điện, máy đo màu
UV-1800 Shimazu, cuvet thạch anh 1cm, Pipet thuy tinh , micro pipet , bình định
mƣc, cốc thủy tinh.
46
- Hóa chất:
+ P1- Dung dịch Axit H2SO4 5N
+ P2- Dung dịch Kali antilmol tartrate
+ P3-Amoni heptamolipdat
+ P4-Axit Ascorbic 0,1M
+ P5-Dung dịch chuẩn gốc orthophosphat 50 mg-P/L
+ P6-Dung dịch chuẩn làm việc orthophosphat 5 mg-P/L
+ P7-Hỗn hợp thuốc thử P: trộn đều 50mL P1, 5mL P2, 15mL P3 và 30mL P4.
+ H2SO4 đặc, HNO3 đặc, NaOH 1N, chỉ thị phenolphthalein
- Quy trình phân tích: Đồng nhất mẫu, lấy 50 mL vào bình tam giác đƣợc đậy bằng
phễu thủy tinh, thêm 1 mL H2SO4 đặc và 5 mL HNO3 đặc. đun sôi nhẹ trên bếp đến
khi còn khoảng 1 mL tiếp tục phân hủy đến khi hết khói màu nâu để loại bỏ hết
HNO3. Làm lạnh về nhiệt độ phòng và thêm khoảng 20 mL nƣớc cất, thêm 1 giọt
chỉ thị phenolphthalein, thêm từng giọt dung dịch NaOH 1N (hoặc 5N) đến khi
dung dịch chuyển sang hồng nhạt. Sau đó dùng dung dịch H2SO4 5N thêm từng giọt
để làm mất màu hồng nhạt. Chuyển dung dịch vào bình định mức, có thể lọc nếu
thấy dung dịch có cặn lơ lửng hoặc bị đục, định mức đến vạch.
* Tổng nitơ – Phương pháp TCVN 6638 – 2000
- Dụng cụ: Bếp phân hủy mẫu, máy chƣng cất kết hợp hệ sinh hàn, micro
buret, bình tam giác 250ml, đá bọt.
- Hóa chất: H2SO4 0,02N, NaOH 8N, hợp kim Devarda, K2SO4, dung dịch
chỉ thị axit boric.
- Quy trình phân tích:
+ Vô cơ hóa mẫu: Lấy 50ml mẫu cho vào bình tam giác, thêm 4ml H2SO4đđ +
0,2g hợp kim devarda + 2,0 K2SO4. Ngâm hỗn hợp 60 phút, thêm vài viên đá bọt,
đậy phễu, sau đó đun sôi trong tủ hút. Nhiệt độ đun ≤ 3700C. Sau khi dung dịch cạn
và xuất hiện màu xanh nhẹ, đun thêm 60 phút. Để nguội về nhiệt độ phòng, dùng
10ml nƣớc cất để hòa tan.
47
+ Sau khi vô cơ hóa mẫy chuyển vào hệ bình cất, thêm 25ml NaOH. Trong khi
đó lấy 20ml dung dịch axit boric đặt vào đàu hứng của máy chƣng cất và cho đầu
nút sinh hàn nhúng sâu vào dung dịch chỉ thị.
+ Tiến hành chƣng cất với tốc độ 5ml/phút. Dung dịch chỉ thị chuyển màu xanh,
thu đƣợc khoảng 30 – 40ml. Chuẩn độ phần dung dịch hấp thụ bằng axit H2SO4
0,02N.
Kết quả: Tổng N = ((V1 – V2)/V0) x C(H2SO4) x 14,01 x 1000
V1: Thể tích H2SO4 chuẩn độ mẫu thực (ml)
V2: Thể tích H2SO4 chuẩn độ mẫu trắng (ml) (Mẫu trắng sử dụng nƣớc cất hoặc
nƣớc deion)
C(H2SO4): nồng độ chính xác của dung dịch H2SO4
14,01: khối lƣợng nguyên tử của nitơ
* SS – Phương pháp SMEWW 2540D (2012)
- Dụng cụ: thiết bị lọc hút bucher; bơm hút chân không; kẹp giấy; màng lọc
thủy tinh < 2,0µm; đƣờng kính 47mm; đĩa thủy tinh; tủ sấy.
- Quy trình phân tích:
+ Chuẩn bị giấy lọc: đánh số giấy lọc, đặt lên phễu hút chân không, rửa bằng
nƣớc cất 3 lần. Sấy ở 103 – 1050C trong 1 giờ, để nguội và cho vào bình hút ẩm.
Lặp lại quá trình sấy, hút ẩm và cân cho đến khi khối lƣợng của giấy lọc không đổi
hoặc sự khác nhau giữa các lần cân là 4%.
+ Chuẩn bị mẫu: Lựa chọn thể tích mẫu thích hợp để có chứa 2,5 – 200 mg tổng
chất rắn lơ lửng. Nếu thời gian lọc kéo dài quá 10 phút thì cần tăng kích thƣớc lỗ
của giấy lọc hoặc giảm thể tích mẫu. Đặt giấy lọc đã sấy khô, hút ẩm vào phễu ở
thiết bị lọc. Lắc mẫu bằng que khuấy từ ở tốc độ lớn để thu đƣợc một mẫu đồng
nhất về kích thƣớc hạt. Lấy thể tích mẫu phù hợp, rót vào phễu lọc, bật bơm chân
không. Sau khi cạn hết nƣớc, rửa mẫu trên màng lọc 03 lần bằng nƣớc cất, mỗi lần
10ml. Ở lần rửa cuối, để máy hút chạy 3 phút để làm khô kiệt nƣớc. Sau đó nhấc
giấy lọc ra khỏi phễu lọc và chuyển sang đĩa thủy tinh. Đặt đĩa thủy tinh có chứa
giấy lọc và cặn đem sấy trong 1 giờ ở 103 – 1050C để nguội là đặt trong bình hút
ẩm rồi cân. Lặp lại quá trình này cho đến khi khối lƣợng cân không đổi hoặc sự thay
đổi khối lƣợng giữa các lần cân là 0,4% hay 0,5mg.
48
+ Kết quả: Tổng chất rắn lơ lửng đƣợc xác định theo công thức:
(A - B)×1000mgTSS/L =
V
Trong đó: A: khối lƣợng của giấy lọc + khối lƣợng khô của mẫu, mg
B: khối lƣợng của giấy lọc, mg
V: thể tích lấy mẫu, mL
* Sử dụng các căn cứ, cơ sở và pháp lý liên quan
* Những cơ sở pháp luật
- Luật bảo vệ môi trƣờng sửa đổi năm 2005 đƣợc Quốc hội nƣớc CHXHCN Việt
Nam ký ban hành ngày 12/12/2005.
- Thông tƣ số 1458 MTg ngày 10/9/1993 của Bộ Khoa học Công nghệ và Môi
trƣờng “Hƣớng dẫn tổ chức quyền hạn và vi phạm hoạt động của thanh tra về bảo
vệ Môi trƣờng”
- Thông tƣ số 21/2009/TT- BTNMT ngày 05/11/2009 quy định về định mức
kinh tế - kỹ thuật điều tra đánh giá hiện trạng xả nƣớc thải và khả năng tiếp nhận
nƣớc thải của nguồn nƣớc
- Thông tƣ số 12/2007/ TTLT-BTNMT- BNV Hƣớng dẫn về bảo vệ môi trƣờng
tại cơ quan và doanh nghiệp nhà nƣớc.
- Nghị định số 179/2013/ ND-CP ngày 14/11/2013 xử lý vi phạm pháp luật về
lĩnh vực bảo vệ môi trƣờng.
- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp QCVN 40: 2011/
BTNMT
* Cơ sở kỹ thuật
- Số liệu khảo sát về tình hình xả thải của một số nhà máy bia.
- Các tài liệu chuyên môn về công nghệ sản xuất bia.
- Các tài liệu về quy trình và công nghệ xử lý nƣớc thải.
* Đánh giá công nghệ xử lý
- Áp dụng các tiêu chí đánh giá công nghệ môi trƣờng để đánh giá tính phù
hợp của hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sản xuất bia.
49
+ Tiêu chí 1: Hiệu quả xử lý ô nhiễm môi trƣờng: dựa theo quy chuẩn kỹ
thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT hoặc theo hiệu suất xử lý của hệ thống xử
lý nƣớc thải.
+ Tiêu chí 2: Tính kinh tế: chi phí đầu tƣ, chỉ số vận hành.
+ Tiêu chí 3: Về tính phù hợp với điều kiện Việt Nam: khả năng sửa chữa,
thay thế phụ tùng, phù hợp với trình độ ngƣời vận hành.
+ Tiêu chí 4: Về trình độ công nghệ và thiết bị xử lý: khả năng vận hành, khả
năng áp dụng….
+ Tiêu chí 5: Về an toàn môi trƣờng: loại hóa chất sử dụng cho quá trình xử
lý nƣớc thải, sự an toàn cho ngƣời vận hành.
50
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1 Xử lý nƣớc thải các nhà máy sản xuất bia
3.1.1 Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Hà Nội - Hải Phòng
3.1.1.1 Thực trạng công nghệ sản xuất bia Hà Nội – Hải Phòng
Nhà máy bia Hà Nội – Hải Phòng thuộc tổng công ty bia – rƣợu – nƣớc giải
khát Hà Nội đƣợc xây dựng tại Lạch Tray – Ngô Quyền – Hải Phòng. Công ty hàng
năm sản xuất và tiêu thụ trên 40 triệu lít bia, với các sản phẩm bia chủ yếu là bia hơi
Hải Phòng, bia hơi Hải hà, bia Vàng Hải Phòng, bia 999. Quy trình công nghệ bia
đƣợc chia ra làm 3 giai đoạn chính:
- Giai đoạn 1: Chuẩn bị gia công nguyên liệu, công đoạn này bao gồm:nhập
nguyên liệu là malt, gạo từ kho của công ty theo đúng mức kỹ thuật cho từng loại
bia, xay nghiền nguyên liệu và tiến hành nấu bia: hồ hóa, đƣờng hóa, kiểm tra và
lọc dịch đƣờng, đun sôi dịch đƣờng với hoa bia, lọc tách bã hoa, để lắng trong, hạ
nhiệt độ dịch đƣờng cho phù hợp quy trình lên men.
Công đoạn này đƣợc tiến hành ở các ngành nấu, sử dụng malt, gạo đƣờng,
hoa bia là những nguyên liệu chính.
- Giai đoạn 2: Tiến hành lên men dịch đƣờng bao gồm: lên men chính, lên men
phụ và tang trữ bia, thu hồi CO2, kết thúc quá trình lên men sản phẩm đạt chất
lƣợng theo kỹ thuật của từng loại bia.
- Giai đoạn 3: Lọc và hoàn thiện sản phẩm. Bia thành phẩm có chất lƣợng:bia
màu vàng sang, trong suốt, có mùi thơm đặc trƣng của malt và houblon, loại gạo lựa
chọn và có đủ hàm lƣợng CO2 trong bia, bọt trắng mịn [8].
Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Hà Nội – Hải Phòng kèm dòng thải đƣợc thể hiện ở
hình 3.1
51
Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Hà Nội – Hải Phòng [8]
Nƣớc xử lý Malt
(Nghiền)
Đƣờng hóa
Gạo
(Nghiền) Nƣớc xử lý
Hồ hóa
Lọc
Đun hoa
Tách bã hoa
Lạnh nhanh
Lên men sơ bộ
Lên men chính
Lên men phụ
Lọc
Bia thành phẩm
Chiết bock Đóng chai
Bụi, tiếng ổn
Hơi nƣớc
Nƣớc làm mát
CO2
Men, bia
Nƣớc thải, bia rơi vãi, chai vỡ
52
3.1.1.2 Đặc điểm nƣớc đầu vào
Lƣu lƣợng: Tổng lƣu lƣợng nƣớc thải của Nhà máy bia Hà Nội – Hải Phòng
đƣợc lựa chọn để thiết kế công nghệ là: 1500 m3/ngày.đêm.
Tính chất nƣớc thải đầu vào:
Lƣu lƣợng cực đại theo giờ: 125 m3/h
Lƣu lƣợng cực tiểu theo giờ: 31,5 m3/h
Hệ số không điều hòa k=2 [8]
Sau khi tiến hành phân tích mẫu nƣớc thải đƣợc thu tại địa điểm thải trƣớc hệ
thống xử lý nƣớc thải tác giả đã có đƣợc kết quả phân tích nhƣ sau:
Bảng 3.1 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy bia
Hà Nội - Hải Phòng trƣớc xử lý
Tại bảng 3.1 cho thấy pH của nƣớc thải rất cao có thể sinh ra do trong quá
trình tẩy rửa chai, lon thƣờng sử dụng dung dịch kiềm. Hàm lƣợng BOD5, COD,
SS, tổng nitơ rất cao, vƣợt quá QCVN 40: 2011/BTNMT rất nhiều lần.
3.1.1.3 Tính chất nƣớc thải sau xử lý
Tiến hành phân tích mẫu nƣớc thải sau hệ thống xử lý nƣớc thải ta thu đƣợc
kết quả là nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam QCVN 40:
2011/BTNMT/B với một số chỉ tiêu cơ bản nhƣ sau:
STT Thông số Đơn vị Thông số nƣớc thải đầu vào
01 pH - 9,85
02 BOD5 mg/l 1600
03 COD mg/l 2500
04 SS mg/l 520
05 Tổng Nitơ mg/l 78
06 Tổng Phốt pho mg/l 16
07 Lƣu lƣợng ngày m3/ngày 1500
08 Lƣu lƣợng trung bình giờ m3/giờ 62,5
53
Bảng 3.2. Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy bia
Hà Nội – Hải Phòng sau xử lý
STT Thông số Đơn vị Kết quả QCVN
40:2011/BTMT/ B
01 pH - 7,1 5.5- 9
02 COD mg/l 97 150
03 BOD5 mg/l 52 50
04 SS mg/l 56 100
05 Tổng Nitơ mg/l 27,1 40
06 Tổng Phốt pho mg/l 3,45 6
So sánh giữa bảng 3.1 và 3.2 cho thấy:
Nồng độ pH đƣợc đƣa về môi trƣờng trung tính
Nồng độ COD đƣợc xử lý tới 96,12%
Nồng độ BOD5 đƣợc xử lý là 96,75%
Nồng độ SS đƣợc xử lý là 90,5%
Tổng nitơ đƣợc xử lý là là 65%
Tổng phốt pho đƣợc xử lý là 78,4%
Nồng độ các chất ô nhiễm pH, COD, SS, tổng nitơ, tổng phốt pho đƣợc xử lý
nằm trong giới hạn tiêu chuẩn cột B của QCVN 40:2011/BTMT quy định các thông
số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp khi xả vào nguồn nƣớc không dùng cho
mục đích cấp nƣớc sinh hoạt. Chỉ tiêu BOD5 tuy đƣợc xử lý khá hiệu quả 96,37%
nhƣng vẫn cao hơn so với giới hạn tiêu chuẩn cột B của QCVN 40:2011/BTMT là
1,04 lần, mức độ vƣợt này không đáng kể.
3.1.1.3 Thuyết minh công nghệ xử lý nƣớc thải [8]
Nƣớc thải từ tất cả các khu vực của nhà máy, đƣợc tách riêng biệt với nƣớc
mƣa theo hệ thống thoát nƣớc của nhà máy tập trung khu xử lý nƣớc thải. Trƣớc khi
vào bể thu gom, nƣớc thải đi qua mƣơng lắng cát nhằm lắng cát và bột diatomit,
đồng thời tách rác thô nhờ máy lƣợc rác thô có kích thƣớc khe lƣợc 10mm đặt trong
mƣơng. Từ bể gom, nƣớc thải đƣợc bơm chìm bơm lên bể điều hòa. Bể điều hòa có
nhiệm vụ tập trung, điều hòa lƣu lƣợng và các thành phần (SS, BOD, COD…) của
54
nƣớc thải. Đồng thời dung dịch NaOH hoặc H2SO4 cũng đƣợc đƣa vào bể để nâng
điều chỉnh pH của nƣớc thải. Bể điều hòa đƣợc bố trí một hệ thống máy khuấy chìm
nhằm tạo sự xáo trộn nƣớc thải tránh hiện tƣợng lắng cặn trong bể này và tạo môi
trƣờng đồng nhất cho dòng thải trƣớc khi qua các bƣớc xử lý tiếp theo. Bể điều hòa
đƣợc đậy kín và mùi đƣợc xử lý bằng cách dùng một quạt hút hút khí hôi lên và xử
lý ở tháp hấp thụ. Nƣớc thải từ bể điều hòa sẽ đƣợc bơm chìm bơm sang bể UASB
để bắt đầu quá trình xử lý sinh học kỵ khí. Tại bể UASB, nƣớc thải đƣợc phân bố
đều trên diện tích đáy bể và đi từ dƣới lên qua lớp đệm bùn lơ lửng, khi qua bùn
này, hỗn hợp bùn (vi sinh vật) yếm khí trong bể sẽ hấp phụ chất hữu cơ (BOD,
COD…) hòa tan trong nƣớc thải, đồng thời phân hủy và chuyển hóa chúng thành
khí biogas bay lên (khoảng 70-80% là khí metan và 20-30% là cacbonic và các khí
khác). Khí biogas sinh ra sẽ theo hệ ống thu gom, dẫn về bộ đốt khí. Nƣớc sau xử lý
theo máng thu chảy sang bể lắng lamen để tách bùn và thu khí lần 2 nhằm giảm
thiểu thất thoát bùn ở bể UASB và hạn chế tối đa việc khuếch tán mùi hôi ra môi
trƣờng xung quanh. Nƣớc trong sau lắng theo máng thu chảy sang bể trung gian.
Bùn yếm khí sau bể lắng lamen, một phần đƣợc tuần hoàn về bể UASB, phần bùn
dƣ dẫn về bể xử lý bùn.
Bể trung gian có chức năng tăng cƣờng điều kiện tiếp xúc của vi sinh xử lý
với thành phần ô nhiễm có trong nƣớc thải. Nƣớc sau xử lý kỵ khí khi chảy vào bể
trung gian sẽ đƣợc trộn đều với dòng bùn hoạt tính tuần hoàn từ bể đáy bể lắng thứ
cấp. Sau đó, hỗn hợp bùn nƣớc sẽ tiếp tục chảy sang bể aeroten. Trong bể Aeroten,
quá trình xử lý sinh học hiếu khí diễn ra nhờ vào lƣợng oxy hòa tan trong nƣớc, một
lƣợng oxy thích hợp đƣợc cung cấp cho bùn hoạt tính để phân hủy các chất hữu cơ
có trong nƣớc thải. Hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ đƣợc sử dụng để duy trì sự
sống của vi sinh khuẩn, vì vậy chỉ có một lƣợng nhỏ bùn hoạt tính đƣợc sinh ra.
Nitơ trong nƣớc thải sẽ đƣợc nitrat hóa nhờ quá trình bùn hoạt tính kéo dài, nƣớc
thải từ đây sẽ đƣợc dẫn qua một ngăn xử lý thiếu khí nhằm tạo điều kiện cho các vi
sinh vật thiếu khí thực hiện quá trình khử nitrat, xử lý nitơ trong nƣớc thải, chế độ
thiếu khí đƣợc duy trì bằng cách không cung cấp oxy, nƣớc thải đƣợc khuấy trộn để
55
duy trì khả năng tiếp xúc của bùn hoạt tính. Tiếp đó nƣớc thải đƣợc dẫn qua ngăn
hiếu khí cấp hai để nâng cao hiệu quả xử lý và đuổi khí nitơ sinh ra.
Từ bể Aeroten, nƣớc thải tự chảy vào bể lắng thứ cấp, dạng lắng rađian, ở
đây sẽ diễn ra quá tình tách bùn hoạt tính và nƣớc thải đã qua xử lý sinh học. Nƣớc
sau khi lắng tiếp tục chảy vào bể khử trùng để tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật gây
bệnh còn sót lại trong nƣớc thải. Sau đó nƣớc tự chảy ra nguồn tiếp nhận.
Bùn ở đáy bể lắng thứ cấp đƣợc dẫn sang bể chứa bùn. Tại đây, phần lớn bùn hoạt
tính đƣợc bơm tuần hoàn trở về bể trung gian để duy trì chức năng sinh học và giữ
nồng độ bùn trong hệ bể xử lý hiếu khí ở mức ổn định. Phần bùn sinh học dƣ đƣợc
bơm bùn dƣ bơm về bể nén bùn.
Nƣớc sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải Loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT.
* Về công tác xử lý bùn và cặn rác:
Với thời gian lƣu thích hợp, bùn trong bể nén đƣợc nén từ nồng độ 1% lên 2
-2,5%, sau đó đƣợc bơm vào bộ keo tụ bùn, trộn đều với polyme keo tụ bùn và đƣợc
đƣa đến máy ép bùn băng tải. Bánh bùn khô sau khi ép đƣợc đem đi chôn lấp theo
quy định hoặc đƣợc sử dụng làm phân bón cho nông nghiệp.
Nƣớc dƣ của bể chứa bùn, bể nén bùn và máy ép bùn đƣợc dẫn quay về bể
lắng cát để tiếp tục quá trình xử lý.
56
Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nƣớc thải bia Hà Nội – Hải Phòng [8]
Hiệu suất xử lý của bể phân hủy yếm khí 65% COD, 75% BOD
Hiệu quả làm sạch theo BOD tổng cộng là 93,3%
Chi phí vận hành: 1.577 VND/m3 [8]
Nƣớc thải từ nhà máy
Bể lắng cát
Máy lƣợc rác thô
Bể gom
Thiết bị lƣợc rác tinh
Bể điều hòa
Bể kỵ kí UASB
Bể hiếu khí cấp 1
Bể thiếu khí
Bể hiếu khí cấp 2
Bể lắng II
Bể khử trùng
Bể lắng lamen (I)
Xả thải
Bể nén bùn
Máy ép bùn
băng tải
Bùn chôn lấp
Máy thổi khí
Bể trung gian
Cặn rác Chôn lấp
NaOH/H2SO4
Chlorine
Polyme
Nước dư
Bùn
Khí hôi
Tháp hấp
thụ
Tháp hấp
thụ
biogas
Bể
chứa
bùn
57
3.1.2 Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sài Gòn - Phú Thọ
3.1.2.1 Thực trạng công nghệ sản xuất bia Sài Gòn - Phú Thọ
Nhà máy bia Sài gòn - Phú Thọ nằm trong khu công nghiệp Trung Hà – Tam
Nông – Phú Thọ, là đơn vị đầu tƣ sản xuất đầu tiên tại khu công nghiệp cuối năm
2010. Công suất bia của nhà máy đạt 50 triệu lít/năm. Dây chuyền công nghệ đƣợc
nhập từ Đức và chế tạo trong nƣớc, các công đoạn sản xuất tự động hóa, yêu cầu ít
nhân công. Sản phẩm chủ yếu của nhà máy là bia 333. Quy trình sản xuất bia nhà
máy Sài Gòn Phú Thọ cũng có mô hình tƣơng tự nhƣ mô hình sản xuất bia của nhà
máy Hà Nội - Hải Phòng, điểm khác nhau giữa các sản phẩm là đặc trƣng về hƣơng
vị bia đƣợc phụ thuộc vào hàm lƣợng malt, hoa houblon và loại gạo lựa chọn làm
nguyên liệu đầu vào. Sơ đồ công nghệ sản xuất bia kèm dòng thải nhà máy bia Sài
Gòn – Phú Thọ đƣợc thể hiện ở hình 3.3
58
Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Sài Gòn – Phú Thọ [11]
Nguyên liệu
Nghiền
Nấu
Lọc
Đun sôi với hoa
houblon
Lắng cặn
Làm lạnh nhanh
Lên men chính
Lên men phụ
Lọc trong bia
Chiết chai/bock
Sản phẩm
Houblon viên,
Houblon cao
Bã Rửa
Dịch trong
Bã hèm Cặn
Men giống
bock
Rửa, tráng cồn Rửa, tráng cồn
Chai pet
O2
Bụi, ồn
Nƣớc làm mát
CO2
Men, bia
Bia, nƣớc thải, chai vỡ
Cồn, nƣớc thải
Hơi nƣớc,
nƣớc ngƣng
59
3.1.2.2 Đặc điểm nƣớc nƣớc đầu vào
- Lƣu lƣợng : Tổng lƣu lƣợng nƣớc thải của Nhà máy bia Sài Gòn - Phú Thọ
đƣợc lựa chọn để thiết kế công nghệ là: 1200 m3/ngày.đêm.
- Tính chất nƣớc thải đầu vào:
Lƣu lƣợng trung bình ngày: 1200m3/ngày
Lƣu lƣợng trung bình theo giờ: 50 m3/h
Lƣu lƣợng cực đại theo giờ: 80 m3/h
Lƣu lƣợng cực tiểu theo giờ: 20 m3/h
Hệ số không điều hòa k=2 [11]
Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Sài Gòn - Phú Thọ đƣợc thể hiện ở bảng
3.3
Bảng 3.3. Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Sài Gòn - Phú Thọ
trƣớc xử lý
STT Thông số Đơn vị Thông số nƣớc thải đầu vào
01 pH - 10,36
02 BOD5 mg/l 1450
03 COD mg/l 2150
04 SS mg/l 320
05 Tổng Nitơ mg/l 82
06 Tổng Phốt pho mg/l 22
07 Lƣu lƣợng ngày m3/ngày 1200
3.1.2.3 Tính chất nƣớc thải sau xử lý
Nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam QCVN 40:2011/
BTNMT/A với một số chỉ tiêu cơ bản nhƣ sau:
60
Bảng 3.4 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Sài Gòn - Phú Thọ
sau xử lý
STT Thông số Đơn vị Kết
quả
QCVN
40:2011/BTMT/ A
01 pH - 7,55 6 - 9
02 COD mg/l 69 75
03 BOD5 mg/l 28 30
04 SS mg/l 49,2 50
05 Tổng Nitơ mg/l 18,3 20
06 Tổng Phốt pho mg/l 1,95 4
So sánh giữa bảng 3.3 và 3.4 ta thấy:
Nồng độ pH đƣợc đƣa về môi trƣờng trung tính
Nồng độ COD đƣợc xử lý là 96,8%
Nồng độ BOD5 đƣợc xử lý là 98%
Nồng độ SS đƣợc xử lý là 84,6%
Tổng nitơ đƣợc xử lý là 77,7%s
Tổng phốt pho đƣợc xử lý là 91,13%
Nồng độ các chất ô nhiễm đƣợc xử lý nằm trong giới hạn tiêu chuẩn cột A
của QCVN 40:2011/BTMT quy định các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công
nghiệp khi xả vào nguồn nƣớc dùng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt.
3.1.2.4 Thuyết minh công nghệ [11]
Nƣớc thải từ tất cả các khu vực đƣợc tách riêng biệt với nƣớc mƣa theo hệ
thống thoát nƣớc tập trung khu xử lý nƣớc thải. Trƣớc khi vào bể thu gom, nƣớc
thải đi qua mƣơng lắng cát nhằm lắng cát và bột diatomit, đồng thời tách rác thô
nhờ máy lƣợc rác thô có kích thƣớc khe lƣợc 10mm đặt trong mƣơng. Từ bể gom,
nƣớc thải đƣợc bơm chìm bơm lên bể điều hòa. Bể điều hòa có nhiệm vụ tập trung,
điều hòa lƣu lƣợng và các thành phần (SS, BOD, COD…) của nƣớc thải. Đồng thời
dung dịch NaOH hoặc H2SO4 cũng đƣợc đƣa vào bể để nâng điều chỉnh pH của
nƣớc thải. Bể điều hòa đƣợc bố trí một hệ thống máy khuấy chìm nhằm tạo sự xáo
trộn nƣớc thải tránh hiện tƣợng lắng cặn trong bể này và tạo môi trƣờng đồng nhất
61
cho dòng thải trƣớc khi qua các bƣớc xử lý tiếp theo. Bể điều hòa đƣợc đậy kín và
mùi đƣợc xử lý bằng cách dùng một quạt hút hút khí hôi lên và xử lý ở tháp hấp thụ.
Nƣớc thải từ bể điều hòa sẽ đƣợc bơm chìm bơm sang bể UASB để bắt đầu quá
trình xử lý sinh học kỵ khí.
Tại bể UASB, nƣớc thải đƣợc phân bố đều trên diện tích đáy bể và đi từ dƣới
lên qua lớp đệm bùn lơ lửng, khi qua bùn này, hỗn hợp bùn (vi sinh vật) yếm khí
trong bể sẽ hấp phụ chất hữu cơ (BOD, COD…) hòa tan trong nƣớc thải, đồng thời
phân hủy và chuyển hóa chúng thành khí biogas bay lên (khoảng 70-80% là khí
metan và 20-30% là cacbonic và các khí khác). Khí biogas sinh ra sẽ theo hệ ống
thu gom, dẫn về bộ đốt khí. Nƣớc sau xử lý theo máng thu chảy sang bể lắng lamen
để tách bùn và thu khí lần 2 nhằm giảm thiểu thất thoát bùn ở bể UASB và hạn chế
tối đa việc khuếch tán mùi hôi ra môi trƣờng xung quanh. Nƣớc trong sau lắng theo
máng thu chảy sang bể trung gian. Bùn yếm khí sau bể lắng lamen, một phần đƣợc
tuần hoàn về bể UASB, phần bùn dƣ dẫn về bể nén bùn.
Từ bể trung gian, nƣớc đƣợc sục khí sơ bộ rồi tự chảy sang hệ thống ba bể
SBR. Bể SBR là một dạng công trình xử lý sinh học nƣớc thải bằng bùn hoạt tính
hoạt động gián đoạn theo mẻ. Theo một chu kỳ thời gian, các bể sẽ lần lƣợt hoạt
động luân phiên nhau. Trong một ngăn của bể các giai đoạn hoạt động diễn ra nhƣ
sau: làm đầy nƣớc thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nƣớc thải và xả bùn. Trong bƣớc
một, khi cho nƣớc thải vào bể, nƣớc thải đƣợc trộn với bùn hoạt tính. Sau đó hỗn
hợp nƣớc thải và bùn đƣợc sục khí ở bƣớc hai với thời gian thổi khí đúng thời gian
yêu cầu. Quá trình diễn ra gần với điều kiện trộn hoàn toàn và các chất hữu cơ đƣợc
oxy hóa trong giai đoạn này. Bƣớc thứ ba là quá trình lắng bùn trong điều kiện tĩnh.
Sau đó nƣớc thải ở phía trên lớp bùn đƣợc xả ra khỏi bể. Bƣớc cuối cùng là xả cặn
bùn dƣ đƣợc hình thành trong quá trình thổi khí ra khỏi bể, các ngăn bể khác hoạt
động lệch pha để đảm bảo cung cấp nƣớc thải lên trạm xử lý liên tục. Hệ thống
aeroten hoạt động gián đoạn SBR có thể khử đƣợc nitơ và phốt pho sinh hóa do có
thể điều chỉnh đƣợc các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí trong bể bằng việc
thay đổi chế độ cung cấp oxy.
62
Từ bể SBR, nƣớc thải tự chảy vào bể khử trùng để tiêu diệt hoàn toàn các vi
sinh vật gây bệnh còn sót lại trong nƣớc thải. Sau đó một phần nƣớc thải đƣợc đƣa
về bể thủy sinh để kiểm tra điều kiện sống của sinh vật trong nƣớc sau xử lý. Cuối
cùng nƣớc đƣợc đƣa qua hô ga rồi đƣợc dẫn về hồ sinh học để tiếp tục làm sạch.
Bùn ở đáy bể SBR đƣợc dẫn sang bể nén bùn.
Nƣớc sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải Loại A theo QCVN 40:2011/BTNM
* Về công tác xử lý bùn và cặn rác:
Với thời gian lƣu thích hợp, bùn trong bể nén bùn đƣợc nén từ nồng độ 1%
lên 2-2,5%, sau đó đƣợc bơm vào bộ keo tụ bùn, trộn đều với polymer keo tụ bùn
và đƣợc đƣa đến máy ép bùn băng tải. Bánh bùn khô sau khi ép đƣợc đem đi chôn
lấp theo quy định hoặc đƣợc sử dụng làm phân bón cho nông nghiệp.
Nƣớc dƣ của bể chứa bùn, bể nén bùn và máy ép bùn đƣợc dẫn quay về bể
thu gom để tiếp tục quá trình xử lý.
Hiệu quả làm sạch theo BOD tổng cộng là 72%
Chi phí vận hành: 2.567VND/m3
( Nguồn: Tài liệu xử lý nước thải của nhà máy bia Sài Gòn- Phú Thọ)
63
Hình 3.4 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nƣớc thải bia Sài Gòn – Phú Thọ [11]
Nƣớc thải từ nhà máy
Máy lƣợc rác thô
Bể gom
Thiết bị lƣợc rác tinh
Bể điều hòa
Bể kỵ kí UASB
Bể SBR 1
Bể SBR 2
Bể khử trùng
b5945-2005
Bể nén bùn
Máy ép bùn
băng tải
Bùn bánh đi
chôn lấp
Máy thổi
khí
Bể trung gian
Cặn rác Chôn lấp
NaOH/H2SO4
Chlorine
Polyme
Nước dư
Bùn
Khí hôi
Tháp hấp
thụ
Bộ đốt
khí
biogas
Bể
chứa
bùn
Bể SBR 3
Hố ga
b5945-2005
Hồ sinh học
b5945-2005
Bể thuỷ sinh
b5945-2005
Bể lắng lamen
Mƣơng lắng cát
Máy
thổi khí
64
3.1.3 Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Việt Hà
3.1.3.1 Thực trạng công nghệ sản xuất bia Việt Hà
Nhà máy bia Việt Hà là một doanh nghiệp nhà nƣớc trực thuộc công ty sản
xuất đầu tƣ và dịch vụ Việt Hà. Mặt hàng chính của nhà máy bia Việt Hà là bia hơi,
bia lon, chai Việt Hà đƣợc cung cấp ra thị trƣờng với những sản phẩm bia có chất
lƣợng tốt, giá cạnh tranh. Thành phần chính của bia là: nƣớc, lúa mạch, đại mạch,
nha hóa, men bia và hoa bia, ngoài ra còn có các chất phụ gia khác nhằm tạo hƣơng
vị đặc trƣng. Các công đoạn của sản xuất bia Việt Hà cũng tuân thủ theo quy trình
nấu bia chung, quy trình sản xuất bia Việt Hà kèm dòng thải đƣợc mô tả ở hình 3.5
65
Hình 3.5 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Việt Hà [9]
Nƣớc Malt Gạo tẻ Hoa houblon
Nghiền bột Nghiền bột
Trộn đều ở 500C
Nấu gạo
750C x -
'20
850C x -
'10
Dịch hóa
20 -'10
Đun sôi
20 - '10
Ngâm khuấy kỹ
Đƣờng hóa
60 – 670C x
'30
760C x
'20
Lọc trong
Nấu hoa
Lọc bã hoa
Làm lạnh nhanh
Lên men chính
Làm lạnh
Len men phụ
Lọc trong
Bão hòa CO2
Chiết bom
Để lắng '30
Men giống
Làm lạnh
Bia thành phẩm
Rửa bã
Bã malt
Bụi Bụi
Hơi nƣớc
Men, bia
CO2
Cặn hoa
Bia rơi vãi
66
STT Thông số Đơn vị Kết quả QCVN
40:2011/BTMT/ B
01 pH - 7,4 5.5- 9
02 COD mg/l 172 150
03 BOD5 mg/l 87 50
04 SS mg/l 51 100
05 Tổng Nitơ mg/l 11,5 40
06 Tổng Phốt pho mg/l 4,56 6
3.1.3.2 Đặc điểm nƣớc nƣớc đầu vào
Lƣu lƣợng : Tổng lƣu lƣợng nƣớc thải của Nhà máy bia Việt Hà đƣợc lựa chọn để
thiết kế công nghệ là: 100 m3/ngày.đêm.
Theo nhƣ tình hình sản xuất của nhà máy nƣớc thải đƣợc phát sinh từ hai
nguồn:
+ Nƣớc thải sản xuất từ các phân xƣởng
+ Nƣớc thải sinh hoạt của công nhân viên trong nhà máy [10]
Tính chất nƣớc thải đầu vào:
Bảng 3.5 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Việt Hà trƣớc xử lý
STT Thông số Đơn vị Thông số nƣớc thải đầu vào
01 pH - 5,0
02 BOD5 mg/l 1380
03 COD mg/l 1950
04 SS mg/l 250
05 Tổng Nitơ mg/l 15,8
06 Tổng Phốt pho mg/l 24,5
07 Lƣu lƣợng ngày m3/ngày 100
s
3.1.3.3 Tính chất nƣớc thải sau xử lý
Nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam QCVN
40:2011/BTNMT, Loại B với một số chỉ tiêu cơ bản nhƣ sau:
Bảng 3.6 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Việt Hà sau xử lý
67
So sánh giữa bảng 3.5 và bảng 3.6 ta thấy:
Nồng độ pH đƣợc đƣa về môi trƣờng trung tính
Nồng độ COD đƣợc xử lý là 91,17%
Nồng độ BOD5 đƣợc xử lý là 93,69%
Nồng độ SS đƣợc xử lý là 79,6%
Tổng nitơ đƣợc xử lý là 27,2%
Tổng phốt pho đƣợc xử lý là 81,38%
Nồng độ các chất ô nhiễm pH, SS, tổng nitơ, tổng phốt pho đƣợc xử lý nằm
trong giới hạn tiêu chuẩn cột B của QCVN 40:2011/BTMT quy định các thông số ô
nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp khi xả vào nguồn nƣớc không dùng cho mục
đích cấp nƣớc sinh hoạt. Chỉ tiêu COD, BOD5 tuy đƣợc xử lý khá hiệu quả lần lƣợt
là 92,2%, 93,69% nhƣng vẫn cao hơn so với giới hạn tiêu chuẩn cột B của QCVN
40:2011/BTMT là COD cao hơn 1,15 lần, BOD5 cao hơn 1,74 lần.
3.1.3.4 Thuyết minh công nghệ [9]
Nƣớc thải từ tất cả các khu vực của nhà máy đƣợc tách riêng biệt với nƣớc
mƣa theo hệ thống thoát nƣớc bẩn, qua các lƣới lọc rác theo kích cỡ nhỏ dần từ
10mm- 2mm tập trung về bể thu gom của trạm xử lý nƣớc thải với lƣu lƣợng trung
bình 4,2m3/h. Trƣớc khi vào trạm bơm cấp1, nƣớc thải đƣợc dẫn qua song chắn rác
để loại bỏ cặn rác có kích thƣớc lớn hơn 1mm ra khỏi dòng thải.
Sau đó, nƣớc thải đƣợc bơm sang bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lƣu
lƣợng và các thành phần (SS, BOD, COD…) của nƣớc thải. Bể điều hòa đƣợc bố trí
một hệ thống sục khí nhằm tạo sự xáo trộn nƣớc thải tránh hiện tƣợng lắng cặn và
phân hủy kỵ khí trong bể này, tạo môi trƣờng đồng nhất cho dòng thải trƣớc khi qua
các bƣớc xử lý tiếp theo, đồng thời dung dịch NaOH cũng đƣợc đƣa vào bể để nâng
pH của nƣớc thải. Nƣớc thải từ bể điều hòa đƣợc bơm cấp 2 sang bể UASB để bắt
đầu xử lý sinh học kỵ khí. Tại bể UASB, nƣớc thải đƣợc phân bố đều trên diện tích
đáy bể và đi từ dƣới lên qua lớp đệm bùn lơ lửng, khi qua bùn này, hỗn hợp bùn (vi
sinh vật) yếm khí trong bể sẽ hấp phụ chất hữu cơ (BOD, COD…) hòa tan trong
nƣớc thải, đồng thời phân hủy và chuyển hóa chúng thành khí biogas bay lên
68
(khoảng 70-80% là khí metan và 20-30% là cacbonic và các khí khác). Khí biogas
sinh ra sẽ theo hệ ống thu gom, dẫn về bộ đốt khí bán tự động, nƣớc sau xử lý dâng
lên theo máng thu chảy sang bể xử lý sinh học hiếu khí Aeroten.
Trong bể Aeroten quá trình xử lý sinh học hiếu khí diễn ra nhờ vào lƣợng
oxy hòa tan trong nƣớc, lƣợng oxy thích hợp đƣợc cung cấp cho bùn hoạt tính để
phân hủy các chất hữu cơ có trong nƣớc thải. Hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ đƣợc
sử dụng để duy trì sự sống của vi khuẩn, vì vậy chỉ có một lƣợng nhỏ bùn hoạt tính
đƣợc sinh ra.
Từ bể Aeroten, nƣớc thải tự chảy vào bể lắng ở đây sẽ diễn ra quá tình tách
bùn hoạt tính và nƣớc thải đã qua xử lý sinh học. Nƣớc sau khi lắng tiếp tục chảy
vào bể khử trùng để tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật gây bệnh còn sót lại trong
nƣớc thải. Tại đây, nƣớc thải sẽ đƣợc tiếp xúc với hóa chất chlorine theo dòng chảy
ziczac nhằm tạo thời gian tiếp xúc giữa nƣớc thải và hóa chất khử trùng, sau đó
nƣớc tự chảy ra nguồn tiếp nhận.
Tiếp tục, nƣớc thải đƣợc bơm lên cột áp lực. Đây là bƣớc xử lý bậc cao nhằm
loại bỏ hoàn toàn các cặn và xác vi sinh vật sau quá trình lắng và khử trùng, bảo
đảm nƣớc sau xử lý luôn đạt tiêu chuẩn xả thải loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT
trƣớc khi thải ra nguồn tiếp nhận. Khi tổn thất áp lực đạt đến một mức độ nhất định,
tiến hành rửa lọc, nƣớc sau rửa lọc đƣợc dẫn về bể điều hòa xử lý.
* Về công tác xử lý bùn cặn:
Ở bể lắng, phần lớn bùn hoạt tính sau khi lắng đƣợc bộ hút bùn tuàn hoàn trở
về bể Aeroten để duy trì chức năng sinh học và giữ nồng độ bùn trong này ở mức ổn
định. Lƣợng bùn sinh học dƣ đƣợc bộ hút (bùn dƣ bơm về bể nén bùn với thời gian
lƣu lƣợng bùn đƣợc nén từ nồng độ bùn 1% lên 2-2.5%, sau đó đƣợc chở đi bằng xe
hút bùn chuyên dụng, hoặc bơm vào thiết bị keo tụ bùn, trộn đều với polyme, sau đó
toàn bộ hỗn hợp đi vào thiết bị ép bùn băng tải. Bánh bùn sau khi ép đƣợc đổ vào
thiết bị thu bùn khô và chuyển đi chôn lấp theo đúng quy định.
Nƣớc dƣ từ bể nén bùn và máy ép bùn đƣợc thu gom và chảy về trạm bơm để
tiếp tục quá trình xử lý.
69
Đối với khí và mùi phát sinh từ các bể sẽ đƣợc thu gom bằng quạt hút trợ lực
tập trung về bồn hấp thụ than hoạt tính để triệt tiêu mùi hôi trƣớc khi thoát ra ngoài.
Hiệu quả làm sạch theo BOD tổng cộng là 88,2%
Chi phí vận hành: 3.241VND/m3
( Nguồn: Tài liệu xử lý nước thải của nhà máy bia Việt Hà)
70
Hình 3.6 Dây chuyền xử lý nƣớc thải của nhà máy bia Việt Hà [10]
Bể gom
Bể Điều Hòa
Bể AEROTANK
Bể Lắng
Bể Khử Trùng
Bể nén bùn
Bùn Chôn Lấp
Hóa chất
Chlorine
Máy Thổi Khí
Bùn
tuần
hoàn
Nước thải rửa lọc
Căn
rác
Nước dư
Chôn Lấp
Bể UASB
Bùn
dư
Bùn
NaOH
Bồn Lọc Áp Lực
Nước thải
sinh hoạt
XẢ THẢI
Nước thải
sản xuất
71
3.1.4 Xử lý nƣớc thải nhà máy đồ uống NADA - Nam Định
3.1.4.1 Thực trạng công nghệ sản xuất bia nhà máy đồ uống NADA
Nhà máy đồ uống NADA thuộc công ty bia NADA, đƣợc xây dựng trong
khu công nghiệp Hòa Xá – Nam Định. Nhà máy sản xuất loại đồ uống chủ yếu là
bia hơi với sản lƣợng khoảng 30 triệu lít/năm. Quy trình sản xuất bia với nguyên
liệu đầu vào là gạo đƣợc nhập từ chính Nam Định, malt, hoa bia, và các loại phụ
gia. Quy trình sản xuất bia đƣợc mô tả chi tiết trên hình 3.7
72
Hình 3.7 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia nhà máy đồ uống NADA [12]
Gạo
Rửa khử
trùng
Nƣớc mềm Nghiền Nghiền
Chai Nƣớc sạch Malt Malt lót
Đƣờng hóa Hồ hóa
Lọc
Nƣớc
Bã
Nƣớc rửa Houblon hóa 1
Houblon hóa 2
Lắng xoáy
Làm lạnh nhanh
Lên men chính
Lọc trong
Lên men
Bão hòa CO2 tại
tank ổn định
Men giống
Bã men
Thu hồi
Bảo quản
Chiết chai
Dập Nắp
Thanh trùng
Dán nhãn
Bắn chữ
Chiết bom
Xuất xƣởng
Xếp thùng
73
3.1.4.2 Đặc điểm nƣớc nƣớc đầu vào
Lƣu lƣợng : Tổng lƣu lƣợng nƣớc thải của nhà máy đồ uống NADA đƣợc lựa chọn
để thiết kế công nghệ là: 800 m3/ngày đêm.
Theo nhƣ tình hình sản xuất của nhà máy nƣớc thải đƣợc phát sinh từ hai
nguồn:
+ Nƣớc thải sản xuất từ các phân xƣởng
+ Nƣớc thải sinh hoạt của công nhân trong nhà máy [12]
Bảng 3.7 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy NADA trƣớc xử lý
STT Thông số Đơn vị Thông số nƣớc thải
đầu vào
01 pH - 7.5
02 BOD5 mg/l 262
03 COD mg/l 490
04 SS mg/l 50,6
05 Tổng Nitơ mg/l 42,7
06 Tổng Phốt pho mg/l 6,17
3.1.4.3 Tính chất nƣớc thải sau xử lý
Nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam QCVN
40:2011/BTNMT, Loại B với một số chỉ tiêu cơ bản nhƣ sau:
Bảng 3.8 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy NADA sau xử lý
STT Thông số Đơn vị Kết quả QCVN
40:2011/BTMT/ B
01 pH - 7.3 5.5- 9
02 COD mg/l 128 150
03 BOD5 mg/l 71 50
04 SS mg/l 43,5 100
05 Tổng Nitơ mg/l 11,8 40
06 Tổng Phốt pho mg/l 5,8 6
So sánh bảng 3.7 và bảng 3.8 ta thấy:
Nồng độ pH đƣợc đƣa về môi trƣờng trung tính
74
Nồng độ COD đƣợc xử lý là 73,87%
Nồng độ BOD5 đƣợc xử lý là 72,9%
Nồng độ SS đƣợc xử lý là 14,03%
Tổng nitơ đƣợc xử lý là 72.36%
Tổng phốt pho đƣợc xử lý là 13,43%
Nồng độ các chất ô nhiễm pH, SS, tổng nitơ, tổng phốt pho đƣợc xử lý nằm
trong giới hạn tiêu chuẩn cột B của QCVN 40:2011/BTMT quy định các thông số ô
nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp khi xả vào nguồn nƣớc không dùng cho mục
đích cấp nƣớc sinh hoạt. Chỉ tiêu BOD5 cao hơn so với giới hạn tiêu chuẩn cột B
của QCVN 40:2011/BTMT là 1,42 lần
3.1.4.4 Thuyết minh công nghệ [12]
- Hệ thống thu gom và thoát nước trong nhà máy: Nƣớc thải đƣợc chảy vào
hệ thống cống thoát của nhà máy có tổng chiều dài 750m đƣợc xây dựng dạng cống
hộp có nắp đậy và có các hố ga, song chắn rác để thu gom chất thải rắn trƣớc khi
chảy vào hệ thống xử lý nƣớc của nhà máy. Sau đó, nƣớc thải đƣợc qua hệ thống xử
lý nƣớc trƣớc khi thải vào kênh thoát nƣớc chung của khu công nghiệp.
- Mô tả chi tiết hệ thống xử lý nước thải của nhà máy
Hệ thống xử lý nƣớc thải có công suất thiết kế 800 m3, đƣợc xử lý bằng công
nghệ vi sinh. Đầu tiên nƣớc thải đi qua song chắn rác, mƣơng lắng cát, đến bể điều
hòa. Bể điều hòa có tác dụng điều hòa lƣu lƣợng cũng nhƣ công suất hoạt động của
trạm, bổ sung hóa chất cần thiết và ổn định dộ pH. Từ bể điều hòa, nƣớc thải đƣợc
bơm lên bể UASB còn gọi là bể kỵ khí theo nguyên tắc đi từ dƣới lên.
Ở bể kỵ khí, nƣớc thải tiếp xúc với bùn kỵ khí phân bổ lơ lửng, các chất hữu
cơ đƣợc phân hủy tới 70% nhờ các vi sinh lên men kỵ khí, phần khí metan sinh ra
nổi lên bề mặt đƣợc thu lại bằng nắp chụp thu khí dẫn tới tháp khử mùi và đốt cháy.
Nƣớc thải xử lý ở bể kỵ khí dâng lên và đi sang bể Aeroten theo ống tràn đi
xuống. Ở bể này, còn gọi là bể hiếu khí, lƣợng oxy hòa tan đƣợc bổ sung liên tục
nhờ các đĩa phân phối khí đặt dƣới đáy bể, các chất hữu cơ tiếp tục bị phân hủy
dƣới tác dụng của các vi sinh vật hiếu khí có trong bùn hiếu khí. Các chất hữu cơ
75
sau khi phân hủy bị kết lắng thành bùn bổ sung vào lƣợng bùn vi sinh. Nếu lƣợng
bùn sau khi để lắng trong ống đo đƣợc quá 50% thì đƣợc bơm bùn gom về bể nén
bùn. Khi lƣợng nƣớc trong bể đạt đến độ cao quy định, tạm thời ngừng sục khí để
quá trình lắng trong diễn ra, phần nƣớc trong đƣợc tiếp tục chảy tràn sang hệ thống
bể lắng rồi tự chảy tới mƣơng oxy hóa và chảy vào đầu hồ sinh học. Trong hồ sinh
học nƣớc thải tiếp tục đƣợc tự làm sạch lần cuối trƣớc khi xả thải ra môi trƣờng.
Công trình xả nƣớc thải là hệ thống kênh dẫn và phai chắn nƣớc, song chắn
rác đƣợc xây dựng phía đầu ra của hồ sinh học.
Cửa xả thải đƣợc xây bằng gạch, xi măng cát rộng 0,5m, cao 1,5m. Kênh dẫn
nƣớc đƣợc đào sâu 0,5m so với mặt ruộng và đắp thành bờ dẫn tới kênh thoát nƣớc
chung của khu công nghiệp.
Bùn cặn nƣớc thải đƣợc lƣu giữ và ổn đinh trong bể ủ bùn, sau công ty môi
trƣờng đô thị sẽ vận chuyển về bãi chôn lấp.
Phƣơng thức xả nƣớc thải: tự chảy.
Chế độ xả nƣớc thải: Xả từ từ, liên tục.
Lƣu lƣợng nƣớc xả thải: Lƣu lƣợng xả bình quân 6m3/h
Lƣu lƣợng xả lớn nhất 12m3/h
76
Hình 3.8 Dây chuyền xử lý nƣớc thải của nhà máy NADA [12]
SONG CHẮN RÁC
BỂ ĐIỀU HÒA
BỂ AEROTANK
BỂ LẮNG
MƢƠNG OXY HÓA
MÁY THỔI KHÍ
Nước dư
BỂ UASB
Bùn dư
Bùn dư
NaOH
BỂ TÍCH BÙN
(TK-107)
BEÅ TÍCH BUØN
(TK-108)
BEÅ LAÉNG LAMEN
(TK-103)
polyme
Bùn
tuần
hoàn
thải
MƢƠNG LẮNG CÁT
NƢỚC THẢI
HỒ SINH HỌC
NƢỚC THẢI RA
77
3.2 Đánh giá công nghệ xử lý nƣớc thải
3.2.1 So sánh các hiệu quả xử lý của các nhà máy nghiên cứu
3.2.1.1 So sánh các chỉ số ô nhiễm giữa các nhà máy trƣớc xử lý
Mỗi nhà máy có dòng thải với các công suất khác nhau, các công nghệ sản
xuất và hàm lƣợng nhiên liệu đầu vào khác nhau nên tính chất nƣớc thải cũng có
nồng độ ô nhiễm chênh lệch nhau. Kết quả so sánh nồng độ của các chỉ tiêu ô nhiễm
đặc trƣng của nƣớc thải bia giữa các nhà máy trƣớc xử lý kết hợp so sánh với nhà
máy JWM – Perth của Úc đƣợc thể hiện ở các biểu đồ hình 3.9
Từ các biểu đồ hình 3.9 cho thấy:
- Chỉ tiêu pH của các nhà máy thể hiện môi trƣờng nƣớc thải:
+ Nƣớc thải mang môi trƣờng axit của: Việt Hà (pH = 5); JWM – Perth (pH
= 5,2)
+ Nƣớc thải mang môi trƣờng trung tính: NADA (pH = 7,5)
+ Nƣớc thải mang môi trƣờng kiềm: Hà Nội – Hải Phòng (pH = 9,85) và
Sài Gòn – Phú Thọ (pH = 10,36)
- Chỉ tiêu COD và BOD5: Nƣớc thải của các nhà máy đều có hàm lƣợng
COD, BOD5 rất cao gấp nhiều lần so với quy chuẩn quy định nhau : Hà Nội – Hải
Phòng: COD = 2500 mg/l, BOD5 = 1600 mg/l ; Sài Gòn – Phú Thọ: COD = 2150
mg/l, BOD5 = 1450 mg/l; Việt Hà có COD = 1950 mg/, BOD5 = 1380 mg/l;JWM –
Perth: COD = 2600 mg/L, BOD5 = 2000 mg/l ; riêng nƣớc thải nhà máy NADA có
hàm lƣợng COD rất thấp 490 mg/l, BOD5 = 262 mg/l.
- Chỉ tiêu SS: Hà Nội – Hải Phòng có nồng độ SS = 520 mg/l cao vƣợt gấp
hơn 5 lần so với quy chuẩn, Các nhà máy Sài Gòn – Phú Thọ, Việt Hà, JWM –
Perth có nồng độ SS lần lƣợt là 320 mg/l, 250 mg/l, 260 mg/l vƣợt từ hơn 2-3 lần
QCVN 40, riêng nƣớc thải nhà máy NADA có nồng độ SS = 50,6 mg/l thấp hơn so
với quy chuẩn.
78
Hình 3.9 So sánh các chỉ tiêu ô nhiễm nƣớc thải giữa các nhà máy trƣớc xử lý
- Chỉ tiêu tổng nitơ: Nồng độ nitơ trong nƣớc thải của nhà máy Sài Gòn -
Phú Thọ (82 mg/l) và Hà Nội – Hải Phòng (78 mg/l) rất cao vƣợt gấp hơn 2 lần
so với quy chuẩn; nồng độ nitơ trong nƣớc thải nhà máy NADA (42,7 mg/l) và
JWM – Perth (54 mg/l) trung bình cao hơn quy chuẩn quy định, nồng độ nitơ của
nƣớc thải bia Việt Hà thấp nhất tổng nitơ = 15,8 mg/l, nhỏ hơn so với quy chuẩn
quy định xả thải.
- Chỉ tiêu tổng phốt pho: Nồng độ phốt pho trong nƣớc thải nhà máy bia Việt
Hà và Sài Gòn - Phú Thọ rất cao lần lƣợt là 24,5 mg/l và 22 mg/l cao gấp khoảng
hơn 3-4 lần quy chuẩn xả thải, tiếp đến là nhà máy Hà Nội - Hải Phòng và JWM –
79
Perth lần lƣợt là 16 mg/l và 11 mg/l cao gấp khoảng 2 – 3 lần quy chuẩn quy định,
thấp nhất là bia NADA với nồng độ phốt pho là 6,17 mg/l
3.2.1.2 So sánh hiệu quả xử lý các yếu tố ô nhiễm của hệ thống công nghệ xử lý
của các nhà máy
Để đánh giá hiệu quả xử lý của các công nghệ ta có thể dựa vào nồng độ các
chất ô nhiễm trƣớc và sau xử lý của các nhà máy. Bên cạnh đó có thể so sánh đƣợc
hiệu suất cũng nhƣ ƣu nhƣợc điểm của từng công nghệ xử lý trong việc xử lý các
chất ô nhiễm. Tại các biểu đồ ở hình 3.10 giúp ta so sánh đƣợc nồng độ chất ô
nhiễm sau xử lý của các nhà máy so với quy chuẩn quy định xả thải cột B của
QCVN 40:2011/BTNMT, và ở hình 3.11 thể hiện hiệu quả của công nghệ xử lý
nƣớc thải qua việc so sánh nồng độ các chất ô nhiễm trƣớc và sau xử lý, qua đó
cũng có thể đánh giá đƣợc ƣu điểm của từng công nghệ đối với các chỉ tiêu ô nhiễm
khác nhau.
80
Hình 3.10 So sánh các chỉ tiêu ô nhiễm sau xử lý giữa các nhà máy
Từ các biểu đồ ở hình 3.10 cho thấy:
- Nồng độ pH của các nhà máy đều đƣợc đƣa về môi trƣờng trung tính
- Chỉ tiêu COD: Sau xử lý hàm lƣợng COD của các nhà máy giảm rõ rệt, hầu
hết nƣớc thải của các nhà máy có hàm lƣợng COD nằm trong giới hạn cho phép xả
thải của cột B của QCVN 40:2011/BTMT; Nƣớc thải nhà máy bia Việt Hà có nồng
độ COD = 152 mg/l cao hơn so với quy định không đáng kể. Riêng nƣớc thải của
Sài Gòn - Phú Thọ có hàm lƣợng COD = 69 mg/l thấp có chênh lệch không nhiều
với công ty JWM – Perth COD = 50 mg/l và nằm trong giới hạn quy định của cột A
của QCVN 40:2011/BTMT (COD = 75 mg/l)
81
- Chỉ tiêu BOD5: Hàm lƣợng BOD5 trong nƣớc thải của 3 nhà máy bia Việt
Hà (87 mg/l), NADA (71 mg/l), Hà Nội – Hải Phòng (52 mg/l) vƣợt quy định xả
thải cho phép, trong đó nồng độ BOD5 trong nƣớc thải của bia Việt Hà, NADA vƣợt
quy chuẩn cột B của QCVN 40:2011/BTMT lần lƣợt là 1,74 lần và 1,42 lần. Nồng
độ BOD5 trong nƣớc thải bia Sài Gòn – Phú Thọ là 30 mg/l tƣơng đƣơng với JWM
– Perth và nằm trong giới hạn quy định cột A của QCVN 40:2011/BTMT (BOD5 =
30 mg/l)
- Chỉ tiêu SS: Nƣớc thải sau xử lý của các nhà máy có nồng độ SS lớn hơn
khoảng 2 lần so với JWM – Perth, tuy nhiên nồng độ SS đều đã đƣa về giới hạn quy
định xả thải cột B của QCVN 40:2011/BTMT, riêng nƣớc thải sau xử lý của Sài
Gòn – Phú Thọ (SS = 49,2mg/l) và NADA (SS = 43,5 mg/l) nằm trong giới hạn xả
thải cột A QCVN 40:2011/BTMT (SS = 50mg/l).
- Tổng nitơ: Hàm lƣợng nitơ tổng trong nƣớc thải sau xử lý của các nhà máy
có nồng độ chênh lệch không nhiều và thấp hơn so với quy chuẩn xả thải cột A của
QCVN 40:2011/BTMT (tổng nitơ = 20 mg/l); Riêng Hà Nội – Hải Phòng có tổng
nitơ = 27,1 mg/l nằm trong khoảng quy định xả thải cột B của QCVN
40:2011/BTMT.
- Tổng phốt pho: Nƣớc thải sau xử lý của các nhà máy đều nằm trong quy
định xả thải cột B của QCVN 40:2011/BTMT, riêng nƣớc thải sau xử lý của Hà Nội
- Hải Phòng (tổng phốt pho = 3,45 mg/l) và Sài Gòn – Phú Thọ (tổng phốt pho =
1,95 mg/l) nằm trong khoảng quy định xả thải của cột A của QCVN
40:2011/BTMT.
82
Hình 3.11 So sánh hiệu quả xử lý chất ô nhiễm của các nhà máy
Từ các biểu đồ hình 3.11 có thể so sánh đƣợc nồng độ chất ô nhiễm trƣớc và
sau xử lý tính theo % của hiệu quả xử lý thể hiện ở bảng sau:
83
Bảng 3.9 So sánh hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm giữa công nghệ xử lý của các
nhà máy
% xử lý
Nhà máy COD BOD5 SS Tổng Nitơ Tổng Phốt pho
Hà nội – Hải
Phòng 96,12 96,75 90,50 65,00 78,40
Sài Gòn – Phú Thọ 96,80 98,00 84,60 77,70 91,13
Việt Hà 91,17 93,69 79,60 27,20 81,38
NADA 73,87 72,90 14,03 72.36 13,43
JWM – Perth 98,00 98,50 90,38 81,48 99,50
Kết hợp so sánh giữa các biểu đồ hình 3.11 và bảng 3.9 cho thấy hiệu quả xử
lý từng chất ô nhiễm ở các nhà máy nhƣ sau:
- Chỉ tiêu COD: hiệu quả xử lý COD của các nhà máy đều cao đạt trên 90%,
cao nhất là Sài Gòn – Phú Thọ đạt 96,8% thấp hơn JWM – Perth 2%; nƣớc thải sau
xử lý của NADA có hiệu quả thấp nhất trong các nhà máy đạt 73,87%.
- Chỉ tiêu BOD5: hầu hết các nhà máy đều xử lý đƣợc hàm lƣợng BOD5 với
tỉ lệ % rất cao trên 90%, tuy nhiên do nƣớc thải đầu vào có hàm lƣợng BOD5 rất cao
nên mặc dù hiệu quả xử lý tốt nhƣng hàm lƣợng BOD5 trong nƣớc thải Việt Hà svẫn
vƣợt quá quy định xả thải, NADA xử lý đạt hiệu quả thấp nhất chỉ 72,9%.
- Chỉ tiêu SS: Các nhà máy đều xử lý chất rắn lơ lửng đạt hiệu quả cao và
nằm trong giới hạn quy định xả thải; hiệu quả xử lý tốt nhất là Hà nội – Hải Phòng
đạt 90,5% tƣơng đƣơng với hiệu quả xử lý của JWM – Perth; hiệu quả xử lý thấp
nhất là NADA đạt 14,03% tuy nhiên do tính chất nƣớc thải đầu vào SS thấp nên sau
xử lý NADA có hàm lƣợng SS nằm trong giới hạn xả thải cột A của QCVN
40:2011/BTMT.
- Chỉ tiêu tổng nitơ: Hiệu quả xử lý nitơ tổng của các nhà máy đều đạt trên
60%. Do đặc điểm dòng thải của nƣớc thải bia hàm lƣợng nitơ tổng không quá cao
nên khi xử lý đạt trên 60% là đem lại hiệu quả tốt; hiệu quả xử lý thấp nhất là bia
84
Việt Hà với 27,2% tuy nhiên nồng độ nitơ trong nƣớc thải trƣớc xử lý rất thấp nên
nƣớc thải sau xử lý vẫn đạt quy chuẩn xả thải cột A của QCVN 40:2011/BTMT.
- Chỉ tiêu tổng phốt pho: Hầu hết các nhà máy đều đạt hiệu quả xử lý phốt
pho tổng trên 78%, trong đó Sài Gòn – Phú Thọ đạt hiệu quả xử lý rất cao lên đến
91,13%; Riêng NADA có hiệu quả xử lý rất thấp 13,43% tuy nhiên nồng độ phốt
pho vẫn nằm trong khoảng quy định xả thải cột B của QCVN 40:2011/BTMT.
Nhìn chung, qua các biểu đồ ở hình 3.5; 3.6; 3.7 bảng 3.8 và các đánh giá
trên có thể thấy các nhà máy nhìn chung đã có đầu tƣ vào hệ thống xử lý nƣớc thải
đạt hiệu quả, tuy nhiên trong nƣớc thải sau xử lý vẫn có những chỉ tiêu vƣợt so với
quy định xả thải của QCVN 40:2011/BTMT. Qua đánh giá ta cũng nhận thấy công
nghệ xử lý nƣớc thải của nhà máy bia Sài Gòn – Phú Thọ có những điểm vƣợt trội,
ƣu thế hơn, các chỉ tiêu ô nhiễm trong nƣớc thải sau xử lý đều nằm trong giới hạn
cho phép xả thải quy định tại cột A QCVN 40:2011/BTMT. Bên cạnh đó, nƣớc thải
sau xử lý của nhà máy NADA có hầu hết các chỉ tiêu ô nhiễm đều nằm trong
khoảng quy định xả thải nhƣng hiệu quả xử lý không cao, do công trình xây dựng
đã lâu, quy trình nuôi cấy vi sinh vật chƣa tốt.
3.2.2 Công nghệ xử lý nƣớc thải của các nhà máy bia tại Việt Nam
Hiện nay, công nghệ xử lý nƣớc thải bị ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trên thế
giới và Việt Nam chủ yếu là sử dụng các phƣơng pháp sinh học, trong đó có
phƣơng pháp xử lý hiếu khí và kỵ khí là phổ biến.
* Đối với phƣơng pháp hiếu khí có rất nhiều hạn chế nhƣ: chỉ xử lý đƣợc
nƣớc thải có mức độ ô nhiễm thấp, chi phí vận hành cho xử lý cao (tiền điện và hóa
chất bổ sung), tính ổn định của hệ thống không cao tạo ra nhiều bùn thải.
* Đối với phƣơng pháp kỵ khí thƣờng phải có thời gian dài, không xử lý
đƣợc triệt để, nƣớc sau xử lý có mùi thối.
* Bể lọc kỵ khí với dòng chảy ngƣợc (bể UASB) cũng là một trong những
phƣơng pháp xử lý nƣớc thải của các nhà máy bia mang lại hiệu quả cao. Với
nguyên tắc lọc qua tầng lớp bùn lơ lửng và phân hủy chất bẩn trong điều kiện yếm
khí.
85
Ƣu điểm của bể UASB đối với xử lý hiếu khí:
- Năng lƣợng sử dụng rất thấp, không cần năng lƣợng trong quá trình hoạt
động vì đây là bể xử lý sinh học kỵ khí, còn đối với các bể hiếu khí thì năng lƣợng
này là rất lớn. Trong xử lý bằng bùn hoạt tính cần 0,6-1KWh đốt tại chỗ.
- Khi kết thúc quá trình xử lý sinh ra khí metan 0,26- 0,34 m3 CH4/ kg COD
bị khử là năng lƣợng khí đốt tại chỗ.
- Xử lý đƣợc tải trọng rất cao, tải trọng xử lý một ngày có thể lên đến 30 kg
COD/m3 ở 30
oC, ở bùn hoạt tính chỉ là 3 kg COD/m
3.
- Xử lý kỵ khí sinh ra lƣợng bùn rất thấp. Vì thế lƣợng bùn dƣ thấp và ổn
định, có thể không cần công trình xử lý tiếp theo.
- Do lƣợng bùn sinh ra thấp nên không cần đòi hỏi nhiều chất dinh dƣỡng
cho vi sinh vật.
- Bùn kỵ khí có thể lƣu trữ trong thời gian lâu, điều này rất quan trọng khi xử
lý trong điều kiện gián đoạn.
- Thiết kế, xây dựng đơn giản.
- Vận hành dễ dàng.
- Các chất có giá trị cao nhƣ NH4+ đƣợc bảo toàn, thuận lợi khi làm phân
bón.
Nhược điểm so với bùn hoạt tính
- Vi khuẩn kỵ khí và nhất là vi khuẩn metan có độc tố phát triển rất chậm vì
thế giai đoạn khởi động bể phản ứng khá lâu tùy thuộc vào nhiều loại bùn sử dụng
để khởi động.
- Các vi khuẩn methane sử dụng chất dinh dƣỡng rất phức tạp chịu ảnh
hƣởng hoàn toàn bởi các hợp chất nhƣ amonia, cation, cyanide, chlorinated,
hydrocacbon và ion kim loại nặng.
- Khó bảo trì sửa chữa trong thời gian vận hành.
- Chịu ảnh hƣởng lớn khi có sự thay đổi về tải trọng xử lý.
Nhược điểm so với lọc sinh học kỵ khí
- Lọc sinh học kỵ khí chịu đƣợc sự thay đổi lớn về tải trọng chất thải.
86
- Lọc sinh học chịu đƣợc sự gián đoạn lâu dài.
- Bể lọc sinh học kỵ khí khởi động nhanh.
- Có khả năng thay đổi lƣu lƣợng.
* Bể SBR là hệ thống xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính lơ lửng hoạt động
theo chu kỳ gián đoạn.
Đối với nƣớc thải có công suất nhỏ thì bể SBR hiệu quả hơn, chạy theo mẻ
và đảm bảo đầu ra đạt 80-90%. Còn bể Aeroten phải chạy liên tục, suc khí liên tục,
tốn kém, ảnh hƣởng tới cảm quan chung quanh SBR cải tiến từ Aeroten nên có thể
khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm của Aeroten.
SBR là giảm diện tích vì không cần bể lắng phía sau, giảm chi phí nhƣng chỉ
cho công suất nhỏ. Do là lắng tĩnh nên hiệu quả lắng tốt hơn không cần tuần hoàn
bùn nên đơn giản hơn, có ƣu điểm hơn bể Aeroten là xử lý dinh dƣỡng tốt hơn.
Nhƣng bể SBR phải luôn đi hai bể hoặc đi kèm theo bể điều hòa.
SBR xử lý nitơ, phốt pho trong giai đoạn khuấy kết hợp với sục khí sau khi
với sục khí. Theo kinh nghiệm cho thấy khuấy thêm 15 phút nữa trong quá trình
lắng thì hiệu quả xử lý N, P sẽ cao hơn.
So với Aeroten thì SBR có nhiều ƣu điểm hơn, chi phí đầu tƣ thấp hơn khả
năng xử lý N, P cao, có diện tích nhỏ, hoạt động theo mẻ phù hợp với lƣu lƣợng thải
thấp hay không liên tục. Song do tính không ổn định và lƣu lƣợng thấp, vận hành
tƣơng đối phức tạp hơn Aeroten [7].
3.2.3 Tính toán và đề xuất công nghệ xử lý
Miền khí hậu phía bắc, từ đèo Hải Vân trở ra, có mùa hè nóng, ẩm, mƣa
nhiều, mùa đông giá rét. Đặc điểm khí hậu và điều kiện tự nhiên phù hợp với sự
phát triển của các loại thủy sinh trong đó có các loài phân hủy chất bẩn. Nhƣng với
khí hậu phía bắc với hai mùa nóng và lạnh cũng gây ảnh hƣởng tới hệ vi sinh vật,
làm cho hệ vi sinh vật không ổn định cho hệ thống xử lý nƣớc thải.
Trƣớc điều kiện đó tác giả đƣa ra tiêu chí lựa chọn công nghệ phù hợp với
điều kiện của các nhà máy khu vực này là:
Khi lựa chọn một công nghệ xử lý nƣớc cần căn cứ vào các yêu cầu sau:
87
- Quy mô (công suất) và đặc điểm công nghệ sản xuất bia
- Lƣu lƣợng, thành phần, tính chất của nƣớc thải
- Phân tích mặt bằng cũng nhƣ điều kiện mà nhà máy có thể chấp nhận đƣợc.
- Tiêu chuẩn đầu ra của nƣớc thải theo QCVN 40:2011/ BTNMT loại A hoặc
B tùy theo công nghệ xử lý nƣớc thải và mức chi phí đầu tƣ.
- Đặc tính của nguồn tiếp nhận
- Mức độ xử lý nƣớc thải cần thiết
- Điều kiện tự nhiên khu vực: đặc điểm khi hậu, thời tiết, địa hình, địa chất
thủy văn
- Kinh phí đầu tƣ ban đầu và phí vận hành
- Đảm bảo khả năng xử lý khi nhà máy mở rộng sản xuất
- Thiết bị phải đảm bảo tính an toàn về mặt kỹ thuật
Do đặc điểm tính chất của các nhà máy khảo sát là nhà máy sản xuất vừa và
nhỏ nên công suất xử lý của hệ thống nƣớc thải cũng phù hợp nên em lựa chọn hiệu
suất xử lý từ 100 m3/ ngày đến 1500 m
3/ ngày nhƣng các công trình xử lý nƣớc thải
phải đảm bảo một loạt các yêu cầu nhƣ xây dựng đơn giản, dễ hợp khối các công
trình, diện tích chiếm diện tích đất nhỏ, dễ quản lý và vận hành và kinh phí đầu tƣ
xây dựng không lớn. Yếu tố hợp khối công trình là một trong những yếu tố cơ bản
khi xây dựng các công trình xử lý nƣớc thải trong khuôn viên nhà máy. Các công
trình xử lý nƣớc thải đƣợc hợp khối sẽ hạn chế đƣợc việc gây ô nhiễm môi trƣờng
không khí, diện tích xây dựng nhỏ đảm bảo mỹ quan.
Trong phạm vi nghiên cứu là một số nhà máy có công suất nhỏ do đó tác giả
đƣa ra một số đề xuất về công nghệ phù hợp mang lại hiệu quả cho việc xử lý nƣớc
thải cho các nhà máy sản xuất bia này.
a. Công nghệ UASB kết hợp với thiết bị lọc (đối với nƣớc thải có công suất từ
dƣới 100 đến 300 m3/ ngày )
* Mô tả hệ thống xử lý nước thải
Hệ thống gồm 1 thùng cân bằng, thùng điều chỉnh pH, hệ thống yếm khí,
một thùng chứa, thiết bị lọc dòng liên tục và thùng lắng. Hệ thống yếm khí đƣợc
88
thiết kế thành hai phần bao gồm một thiết bị phân hủy yếm khí và một bể UASB
đơn giản có các thể tích 100 m3 và 200 m
3 tƣơng ứng. Thể tích của thùng chứa là 50
m3 và thiết bị lọc dòng liên tục bao gồm một tháp có thể tích 50 m
3 chứa 15m
3 san
hô (san hô vật liệu bổ trợ cho thiết bị lọc dòng liên tục là san hô địa phƣơng từ miền
Nam Việt Nam) [14].
Hình 3.12 Sơ đô hệ thống xử lý UASB kết hợp thiết bị lọc dòng
Ban đầu nƣớc đƣợc bơm vào thùng chỉnh pH từ thùng cân bằng. Tại đây, pH
của nƣớc thải đƣợc chỉnh tới 7,5. Sau đó nó đƣợc bơm vào thùng xử lý yếm khí thứ
nhất. Trong thùng này, quá trình axit hóa xảy ra, nồng độ chất rắn huyền phù giảm
và pH của dịch giảm xuống 7,0. Trƣớc khi bơm sang UASB, dịch đƣợc chỉnh lại về
pH=7 bằng một hệ thống chỉnh pH tự động đƣợc kết nối trực tiếp vào ống dẫn nƣớc
thải của UASB. Bùn rút ra từ đáy thùng này đƣợc dùng làm bùn cấy cho các mẻ xử
lý sau. Bùn này đƣợc quay trở lại trộn với nƣớc thải mới trong thùng trộn bằng một
bơm bùn với tỷ lệ 1/10. Bằng cách này, pH trong thiết bị UASB luôn đƣợc duy trì
tại 7,0-7,2. Sau đó nƣớc đƣợc bơm lên đỉnh của thiết bị lọc. Nƣớc thải đƣợc tuần
hoàn trong thiết bị lọc khoảng 1h trƣớc khi đƣợc bơm vào môi trƣờng tự nhiên.
Qua dây chuyền sử dụng UASB kết hợp với thiết bị lọc dòng liên tục kết quả
thu đƣợc nhƣ sau:
Do sản xuất của các nhà máy bia không liên tục và đều, thùng cân bằng phải
đƣợc thiết kế đủ lớn để điều hòa lƣợng nƣớc thải thấp nhất trong một ngày. Các kết
quả phân tích nƣớc thải tại một số nhà máy bia có quy mô sản xuất trung bình của
Việt Nam đƣợc đƣa ra ở bảng 3.10. Hệ thống này đã đƣợc thí điểm chạy một năm
do kỹ sƣ Vũ Văn Việt và các đồng nghiệp làm cho thấy kết quả nhƣ sau. Nồng độ
Thùng
cân bằng
Thùng yếm
khí thứ nhất
Thùng làm đặc bùn
Xả
thải
UASB
Lọc liên
tục
Thùng
khuấy Nƣớc
thải
89
COD nƣớc thải vào hệ thống 2500 mg/l sau xử lý yếm khí lần 1 nồng độ COD nƣớc
thải giảm xuống khoảng 1200 mg/l [14].
Bảng 3.10 Một số tính chất của nƣớc thải tại các nhà máy bia với công
suất nƣớc thải dƣới 100 đến 300 m3 /ngày
Chỉ tiêu Nƣớc thải
pH 5,8- 8
COD, mg/l 2000- 3000
BOD5, mg/l 1000- 1800
BOD5/ COD 0,60- 0.75
(Nguồn: xử lý nước thải nhà máy bia có sử dụng UASB kết hợp với thiết bị dòng
lọc liên tục)
Sau đó, nƣớc ra khỏi xử lý giai đoạn 1 này đƣợc bơm tới hệ thống UASB,
nồng độ COD giảm xuống tƣơng đƣơng 300 mg/l, cho thấy hiệu suất xử lý tại bể
UASB là đạt 75%. Qua đó, thấy đƣợc hệ thống vận hành một cách có hiệu quả. Do
hệ thống xử lý yếm khí đƣợc chia làm hai giai đoạn vì thế nƣớc thải mới đƣợc hòa
trộn tốt với các vi sinh vật yếm khi trong bùn và pH của dịch ra khỏi UASB một
cách ổn định.
Nồng độ COD của nƣớc vào thiết bị lọc là 300 mg/l. Sau khi nƣớc thải chảy
qua san hô, nó đƣợc tuần hoàn trở lại phía trên lớp san hô và thời gian lƣu trong 1h.
Đây là một loại san hô lấy ở miền Nam Việt Nam, loại này có độ xốp lớn và dễ
dàng gắn với các vi sinh vật. Kích thƣớc của từng mảnh san hô là 15-25 cm. Khi
nƣớc tiếp xúc với san hô, các vi sinh vật có trên bề mặt san hô sẽ sử dụng các chất
dinh dƣỡng và các hợp chất hữu cơ để phát triển. Do vậy mức COD trong nƣớc thải
giảm tới khoảng 40-70 mg/l. Chất lƣợng nƣớc thải ra tốt và ổn định. San hô không
có một sự thay đổi về tính chất vật lý nào trừ hiện tƣợng tăng lên chút ít về khối
lƣợng. Bề mặt san hô biến sang màu xanh bởi các thành phần vi sinh vật bám lên
nó, sự cƣ trú của các vi sinh vật và tảo.
Chi phí xây dựng thấp chỉ khoảng 8700 - 10000 USD/ triệu lít bia [14].
90
Các kết quả cho thấy hệ thống có hiệu quả ổn định. Ƣu điểm của hệ thống là
nó đƣợc thiết kế đơn giản thấp hơn so với các hệ thống khác. Không cần sử dụng hệ
thống hiếu khí do vậy tiết kiệm năng lƣợng cho nhà máy. Các kết quả cho thấy thiết
bị lọc dòng liên tục thể hiện là hệ thống làm việc thích hợp khi nó đƣợc sử dụng kết
hợp với hệ thống yếm khí để xử lý nƣớc thải nhà máy bia với công suất nƣớc thải
nhỏ
b. Công nghệ UASB kết hợp với bể SBR
Mô tả hệ thống xử lý nƣớc thải
Hình 3.13 Sơ đồ công nghệ UASB kết hợp bể SBR
Nƣớc thải đƣợc đƣa qua thiết bị lƣợc rác để loại bỏ cặn lắng, cặn rác bằng
thiết bị lƣợc rác tự động với kích thƣớc khe lọc là 10mm và 0,5mm nên các loại rác
lớn và bã bia đƣợc giữ lại ở đây theo hệ thống băng chuyền vận chuyển lên phía
trên.
Các hạt cát nhỏ còn lại trong nƣớc thải đƣợc lắng trong bể lắng cát. Cát đƣợc
bơm hút cát vận chuyển đƣa đi san nền hoặc chôn lấp . Để đảm bảo cho công trình
hoạt động ổn định, nƣớc thải qua bể điều hòa để điều hòa nồng độ và lƣu lƣợng
trong bể. Trong bể có bố trí máy khuấy trộn trục ngang để chống lắng cặn và trộn
đều các hợp phần nƣớc thải. Từ bể điều hòa nƣớc thải đƣợc bơm về bể UASB
(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) hoạt động theo chế độ lọc ngƣợc qua lớp bùn
kỵ khí dạng hạt. Công nghệ này để khử, chuyển hóa các chất hữu cơ có cấu trúc
phức tạp thành khí CH4 và H2O, làm giảm nồng độ BOD, COD… của nƣớc thải. Để
chế độ trong công trình hoạt động ổn định, nƣớc thải trong bể điều hòa cũng nhƣ
NƢỚC
THẢI
SONG
CHẮN
RÁC
BỂ
LẮNG
CÁT
BỂ KỴ
KHÍ UASB
BỂ Ủ BÙN
KHỬ
TRÙNG
BỂ ĐIỀU
HÒA
XẢ THẢI
BỂ AEROTEN
HOẠT ĐỌNG
GIÁN ĐOẠN (SBR)
91
nƣớc thải ra khỏi bể UASB đƣợc kiểm tra pH thƣờng xuyên. Sau xử lý kỵ khí, nƣớc
thải đƣợc xử lý theo công nghệ xử lý bể bùn hoạt tính theo mẻ SBR (Sequencing
Batch Reactor) để khử, chuyển hoá các chất hữu cơ một cách triệt để, làm giảm
nồng độ BOD, COD, SS … của nƣớc thải đạt tiêu chuẩn cho phép. Khử các chất
dinh dƣỡng nitơ, phốt pho có trong nƣớc thải nếu dƣ bằng quá trình hô hấp thiếu khí
của vi sinh vật. Aeroten kết hợp lắng hoạt động gián đoạn theo mẻ là một dạng công
trình xử lý sinh học nƣớc thải bằng bùn hoạt tính, trong đó tuần tự diễn ra các quá
trình thổi khí, lắng bùn, gạn nƣớc thải… diễn ra gần giống với điều kiện lý tƣởng
nên hiệu quả xử lý nƣớc thải rất cao. BOD sau xử lý thƣờng thấp hơn 50 mg/l, hàm
lƣợng cặn lơ lửng từ 10 đến 45 mg/l, N- NH3 khoảng từ 0,3 đến 12 mg/l. Do hoạt
động gián đoạn nên số ngăn tối thiểu là 2, không cần bể lắng đợt hai. Chu kỳ
hoạt động thực tế của bể đƣợc thiết lập trong quá trình vận hành chạy thử. Để bùn
hoạt tính làm việc ổn định, tỷ lệ BOD:N:P phải là 100:5:1 và pH ổn định trong
khoảng từ 6,5 đến 8,5. Để đáp ứng yêu cầu này. bể đƣợc lắp đặt hệ thống kiểm tra
các chỉ tiêu pH, oxy… và bổ sung hóa chất vào ngăn trộn các loại xút, axit sunfuric,
các muối nitơ và phốt pho nếu hàm lƣợng của nó thấp, không đáp ứng đƣợc yêu cầu
BOD: N:P = 100:5:1. Tuy nhiên trong thực tế đối với nƣớc thải bia tỷ lệ này luôn
đƣợc đảm bảo. Từ bể SBR, nƣớc thải tự chảy vào bể khử trùng để tiêu diệt hoàn
toàn các vi sinh vật gây bệnh còn sót lại trong nƣớc thải.
Các loại bùn cặn đƣợc hình thành trong quá trình xử lý nƣớc thải đƣợc nén
để tách nƣớc trong bể nén bùn trọng lực, sau đó đƣợc bơm vào máy ép bùn băng tải
đóng bánh. Bùn khô đƣợc đem chôn lấp hợp vệ sinh hoặc làm phân bón.
Mùi sinh ra do quá trình phân huỷ kỵ khí của vi sinh vật trong nƣớc thải tại
bể điều hòa sẽ đƣợc một quạt hút khí đẩy qua bộ tách ẩm rồi tiếp tục đẩy vào tháp
hấp thụ bằng than hoạt tính. Lớp vật liệu hấp thụ trong tháp sẽ thực hiện quá trình
hấp thụ, loại bỏ mùi hôi trong dòng khí.
Khí biogas trong bể kỵ khí và bể lắng sau bể kỵ khí chứa hàm lƣợng mêtan
cao sẽ đƣợc dẫn lên đốt bằng một bộ đốt khí tự động đặt trên bể
92
Bể aeroten hoạt động gián đoạn đƣợc thiết kế theo các chỉ tiêu theo bảng
3.11
Bể aeroten hệ SBR có ƣu điểm là cấu tạo đơn giản, hiệu quả xử lý cao, khử
đƣợc các chất dinh dƣỡng nitơ, dễ vận hành. Sự dao động lƣu lƣợng nƣớc thải ít ảnh
hƣởng đến hiệu quả xử lý. Hoàn toàn hợp lý khi xử lý nƣớc thải có công suất nhỏ.
Bảng 3.11 Các chỉ tiêu thiết kế hệ aeroten hoạt động gián đoạn (SBR)
Chỉ tiêu thiết kế Giá trị
Tổng thể tích 0,2- 2,0 lần lƣu lƣợng trung binh 1 ngày
Số bể ≥2
Chiều sâu công tác 3- 6 m
Tỉ lệ lƣợng chất bẩn hữu cơ/ lƣợng bùn 0,04- 0,2 kgBOD/ kg bùn. ngày
Thời gian một chu kỳ 4- 12 giờ
Đặc điểm cấp khí cấp khí cho các bƣớc làm đầy và khuấy
trộn bùn với nƣớc thải
Lƣợng oxy Cung cấp đủ cho quá trình oxy hóa chất
hữu cơ và quá trình nitrat hóa nhƣ đối
với các aeroten truyền thống
Nhƣ vậy, đối với các nhà máy bia có công suất nƣớc thải nhỏ từ 300 đến
1500m3/ngày sử dụng phƣơng pháp xử lý sinh học hai bậc, trong đó quá trình kỵ khí
diễn ra trong bể UASB, quá trình hiếu khí diễn ra trong bể SBR theo phân tích về lý
thuyết thì công trình này hoàn toàn phù hợp .
Qua khảo sát và điều tra, nhà máy bia Sài Gòn- Phú Thọ với công suất nƣớc
thải 1200m3/ngày.đêm. Với tính chất nƣớc thải hàm lƣợng hữu cơ cao, tỷ lệ
BOD5/COD = 0,6-0,8; thành phần các chất dinh dƣỡng nitơ, phốt pho cao, nhà máy
đã sử dụng công nghệ UASB kết hợp với bể SBR. Công nghệ xử lý cho trạm xử lý
nƣớc thải tập trung của nhà máy Bia Sài Gòn – Phú Thọ sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả
thải của Việt Nam QCVN 40:2011/BTNMT, loại A. Các loại khí đốt tạo thành
trong quá trình xử lý nƣớc thải và ổn định bùn đƣợc thu gom, xử lý và sử dụng làm
nhiên liệu. (phụ lục: các công trình chính của trạm xử lý nước thải của nhà máy bia
Sài Gòn- Phú Thọ)
93
Các chỉ tiêu kinh tế của trạm xử lý nƣớc thải [11]
Chi phí quản lý, vận hành: 3.080.675 đ/ngày (ba triệu không trăm tám mƣơi
nghìn sáu trăm bảy mƣơi năm đồng)
Trong đó:
Điện năng tiêu thụ: 2.261.175 đ/ngày (hai triệu hai trăm sáu mƣơi mốt nghìn
một trăm bảy mƣơi năm đồng)
Lƣơng công nhân (3 ngƣời): 150.000 đ/ngày(một trăm năm mƣơi nghìn
đồng)
Chi phí hóa chất: 502.500đ/ngày (năm trăm linh hai nghìn năm trăm đồng)
Chi phí bảo trì, bảo dƣỡng thiết bị: 167.000 đ/ngày (một trăm sáu bảy nghìn
đồng)
Chi phí xử lý 1 m3 nƣớc thải: 3.080.675 / 1200 = 2.567 đ/m
3 (hai nghìn năm
trăm sáu mƣơi bảy đồng).
(Chi phí này đƣợc tính khi hệ thống hoạt động hết công suất
1200m3/ngày.đêm)
c. Công nghệ sinh học kỵ khí UASB kết hợp công nghệ sinh học hiếu khí
Aeroten
Hình 3.14 Sơ đồ công nghệ UASB kết hợp hiếu khí aeroten
Với tính chất nƣớc thải và yêu cầu xử lý đã nêu trên, hàm lƣợng hữu cơ cao,
tỷ lệ BOD5/COD > 0,3, thành phần các chất dinh dƣỡng nitơ, phốt pho cao, đề xuất
SONG CHẮN
RÁC
BỂ LẮNG
CÁT
BỂ KỴ KHÍ
UASB
BỂ Ủ BÙN
BỂ
LẮNG
BỂ ĐIỀU
HÒA
BỂ AEROTEN
NƢỚC
THẢI
BỂ KHỬ TRÙNG
XẢ THẢI
94
công nghệ xử lý có phƣơng pháp xử lý sinh học đóng vai trò chính. Công nghệ xử
lý cho trạm xử lý nƣớc thải tập trung của nhà máy Bia với công nghệ sinh học kỵ
khí kết hợp hiếu khí aeroten gồm các công đoạn sau:
* Tiền xử lý
- Loại bỏ cặn lắng, cặn rác bằng thiết bị lƣợc rác tự động với kích thƣớc khe
lọc là 10mm và 0,5mm
- Điều hoà nồng độ và lƣu lƣợng chất thải.
* Xử lý bậc 2 (Xử lý sinh học kỵ khí và hiếu khí lơ lửng kết hợp quá trình
thiếu khí để khử nitơ, phốt pho)
Sử dụng công nghệ xử lý sinh học kỵ khí UASB (Upflow Anaerobic Sludge
Blanket) để khử, chuyển hóa các chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp thành khí CH4 và
H2O, làm giảm nồng độ BOD, COD… của nƣớc thải.
Sử dụng công nghệ xử lý sinh học hiếu khí Aeroten (Activated – Sludge
Process) để khử, chuyển hoá các chất hữu cơ một cách triệt để, làm giảm nồng độ
BOD, COD, SS … của nƣớc thải đạt tiêu chuẩn cho phép.
Khử các chất dinh dƣỡng Nitơ, Photphose có trong nƣớc thải nếu dƣ bằng
quá trình hô hấp thiếu khí của vi sinh vật.
* Xử lý bậc 3
Xử lý hoàn thiện nƣớc thải sau xử lý sinh học bằng cách khử trùng nƣớc thải
nhằm tiêu diệt các vi trùng gây bệnh, trƣớc khi thải vào nguồn tiếp nhận.
* Xử lý bùn dƣ
Bùn dƣ đƣợc nén để tách nƣớc trong bể nén bùn trọng lực, sau đó đƣợc bơm
vào máy ép bùn băng tải đóng bánh. Bùn khô đƣợc đem chôn lấp hợp vệ sinh hoặc
làm phân bón.
* Xử lý khí và mùi:
Mùi sinh ra do quá trình phân huỷ kỵ khí của vi sinh vật trong nƣớc thải tại
bể điều hòa sẽ đƣợc một quạt hút khí đẩy qua bộ tách ẩm rồi tiếp tục đẩy vào tháp
hấp thụ bằng than hoạt tính. Lớp vật liệu hấp thụ trong tháp sẽ thực hiện quá trình
hấp thụ, loại bỏ mùi hôi trong dòng khí. Khí biogas trong bể kỵ khí và bể lắng sau
95
bể kỵ khí chứa hàm lƣợng mêtan cao sẽ đƣợc dẫn lên đốt bằng một bộ đốt khí tự
động đặt trên bể.
Qua khảo sát và điều tra, nhà máy bia Hà Nội - Hải Phòng với công suất
nƣớc thải 1500 m3/ngày.đêm. Với tính chất nƣớc thải hàm lƣợng hữu cơ cao, tỷ lệ
BOD5/COD = 0,6-0,8, thành phần các chất dinh dƣỡng nitơ và phốt pho cao, nhà
máy đã sử dụng công nghệ UASB kết hợp công nghệ sinh học hiếu khí Aeroten.
Công nghệ xử lý cho trạm xử lý nƣớc thải tập trung của nhà máy Bia Hà Nội - Hải
Phòng sau xử lý đạt quy chuẩn xả thải của Việt Nam QCVN40:2011/BTNMT, loại
B. Các loại khí đốt tạo thành trong quá trình xử lý nƣớc thải và ổn định bùn đƣợc
thu gom, xử lý và sử dụng làm nhiên liệu. (phụ lục: các công trình chính của trạm
xử lý nước thải của nhà máy bia Hà Nội- Hải Phòng)
Các chỉ tiêu kinh tế của trạm xử lý nƣớc thải [8]
Chi phí quản lý, vận hành: 2.366.275 đ/ngày (hai triệu ba trăm sáu mƣơi sáu
nghìn hai trăm bảy mƣơi năm đồng)
Trong đó:
Điện năng tiêu thụ: 1.546.775 đ/ngày (một triệu năm trăm bốn mƣơi sáu
nghìn bảy trăm bảy mƣơi năm đồng)
Lƣơng công nhân (3 ngƣời): 150.000 đ/ngày (một trăm năm mƣơi nghìn
đồng)
Chi phí hóa chất: 495.500đ/ngày (bốn trăm chín lăm nghìn năm trăm đồng)
Chi phí bảo trì, bảo dƣỡng thiết bị: 167.000 đ/ngày (một trăm sáu bảy nghìn
đồng)
Chi phí xử lý 1 m3 nƣớc thải: 2.366.275/1500 = 1.577 đ/m
3 (một nghìn năm
trăm bảy mƣơi bảy đồng). (Chi phí này đƣợc tính khi hệ thống hoạt động hết công
suất 1500m3/ngày.đêm)
d. Kết luận
Do tính chất, thành phần nƣớc thải của các nhà máy bia khá ổn định nên việc
áp dụng phƣơng pháp xử lý bùn kỵ khí lơ lửng là phù hợp với nồng độ chất hữu cơ
ban đầu trong dòng nƣớc thải nhà máy bia.
96
Công nghệ UASB kết hợp với thiết bị lọc dòng liên tục (đối với nƣớc thải có
công suất từ dƣới 100 đến 300 m3/ngày) hệ thống đƣợc thiết kế đơn giản thấp hơn
so với các hệ thống khác không cần sử dụng hệ thống hiếu khí do vậy tiết kiệm
năng lƣợng cho nhà máy. Hệ thống hoạt động ổn định, nƣớc thải ra đạt loại A theo
QCVN 40: 2011/BTNMT. Chi phí nƣớc thải thấp, tiết kiệm đƣợc diện tích đất. Tuy
nhiên phƣơng pháp này chỉ áp dụng đƣợc với công suất nƣớc thải nhỏ từ 100 đến
300m3/ngày .
Công nghệ UASB kết hợp với bể SBR
Nƣớc thải đầu ra tốt, quá trình lắng bùn ở trong điều kiện tĩnh nên hiệu quả
lắng tốt không cần tuần hoàn bùn. Phƣơng pháp này không cần bể lắng đợt hai nên
tiết kiệm đƣợc diện tích đất. Có thể loại bỏ đƣợc N, P do có thể điều chỉnh đƣợc quá
trình hiếu khí, thiếu khí, kỵ khí trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp oxy.
Tuy nhiên, phƣơng pháp này chỉ có hiệu quả với nƣớc thải có công suất nhỏ,
phải luôn kèm có hai bể hoặc đi kèm với bể điều hòa.
Công nghệ sinh học kỵ khí UASB kết hợp công nghệ sinh học hiếu khí Aeroten
Bể lọc sinh học kỵ khí UASB và hiếu khí AEROTEN là công nghệ kinh điển
đã đƣợc sử dụng hiệu quả để xử lý nƣớc thải các ngành công nghiệp ở Việt Nam.
Các bể xử lý đƣợc xây dựng khối, chung vách với nhau nên giảm đƣợc chi phí xây
dựng và tiết kiệm đƣợc ống & phụ tùng.
Công nghệ này đƣợc xây dựng với các bể phần lớn đƣợc xây nửa chìm nửa
nổi, diện tích mặt thoáng nhỏ nên dễ kiểm soát và khống chế mùi hôi phát sinh từ
quá trình xử lý sinh học. Chi phí vận hành thấp, dễ dàng bảo hành bảo trì.
Qua phân tích trên, đối với nƣớc thải có công suất nhỏ thì bể SBR hiệu quả
hơn , khả năng xử lý N, P cao, tiết kiệm diện tích, hoạt động theo mẻ phù hợp với
lƣu lƣợng nƣớc thải thấp hay không ổn định. Còn bể Aeroten thì phải chạy liên tục,
tốn kém năng lƣợng, ảnh hƣởng đến cảm quan chung quanh. Bể Aeroten vận hành
đơn giản hơn bể SBR.
→ Công nghệ phù hợp:
97
- Đối với nƣớc thải có công suất từ dƣới 100 đến 300 m3/ngày: công nghệ
UASB kết hợp với thiết bị lọc dòng liên tục.
- Đối với nƣớc thải có công suất từ dƣới 100 đến 1500 m3/ngày:
+ Công nghệ UASB kết hợp với bể SBR: phù hợp với cơ sở sẵn sàng bỏ ra
chi phí ban đầu cao hơn để xây dựng, tiết kiệm chi phí vận hành, hiệu qủa xử lý cao.
+ Công nghệ sinh học kỵ khí UASB kết hợp công nghệ sinh học hiếu khí
Aeroten: chi phí xây dựng tiết kiệm, vận hành đơn giản, bể Aeroten vận hành tốn
kém hơn và hiệu quả thấp hơn so với bể SBR, hiệu quả xử lý không đồng đều, phù
hợp với các nhà máy đƣợc xây dựng trong khu công nghiệp có hệ thống xử lý nƣớc
thải chung.
3.2.4 Đề xuất một số giải pháp khác
- Sử dụng công nghệ sản xuất sạch hơn tiết kiệm nhiên liệu đầu vào.
- Thƣờng xuyên kiểm tra máy móc, thay thế các máy móc cũ bằng các thiết
bị mới đảm bảo hơn, tránh rò rỉ thất thoát nhiên liệu.
- Thƣờng xuyên kiểm soát hiệu quả của các trạm xử lý nƣớc thải, tính toán
kỹ lƣợng hóa chất sử dụng cho công tác xử lý nƣớc thải với mục đích tránh lãng phí
nhiên liệu và giảm độc tố trong nƣớc thải đầu ra.
- Xử lý triệt để bùn cặn sau quá trình xử lý nƣớc thải bằng cách sấy khô, ép
khô làm phân bón hoặc làm chất đốt tránh gây ra những rò rỉ từ bùn cặn làm ảnh
hƣởng tới môi trƣờng xung quanh.
- Đối với khí metan sau quá trình xử lý yếm khí có thể sử dụng làm nguyên
liệu đốt cho lò hơi vừa tiết kiệm nhiên liệu, vừa tránh ảnh hƣởng tới môi trƣờng
không khí.
98
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
Kết luận
Trên cơ sở tìm hiểu tình hình sản xuất bia của các nhà máy bia của khu vực
Hà Nội và lân cận, đề tài “Đánh giá thực trạng công nghệ và đề xuất giải pháp
nâng cao hiệu quả xử lý nước thải ngành sản xuất bia” đã khảo sát số lƣợng, thành
phần, tính chất nƣớc thải của một số nhà máy của các tỉnh phía Bắc nhƣ sau
- Đánh giá đƣợc đặc trƣng của nƣớc thải sản xuất bia là tỷ lệ BOD và COD
khá cao (BOD = 2000- 3000 mg/l, COD = 3000 - 5000 mg/l), các chất rắn lơ lửng
cao (SS = 200 – 300mg/L), hàm lƣợng nitơ, photpho, độ pH cao, nhiệt độ cao.
- So sánh công nghệ xử lý của các nhà máy bia: Hà Nội – Hải Phòng, Sài
Gòn – Phú Thọ, Việt Hà; NADA nhằm đánh giá đƣợc hiệu quả xử lý nƣớc thải của
các nhà máy trƣớc khi xả thải ra môi trƣờng.
- Sau khi triển khai nghiên cứu lý thuyết và các công trình đã thực hiện để đề
xuất một số dây chuyền công nghệ xử lý nƣớc thải phù hợp cho các nhà máy bia có
công suất nƣớc thải nhỏ chỉ từ 100 m3/ngày đến 1500 m
3/ngày. Các dây chuyền
công nghệ ứng với các yêu cầu, lựa chọn đƣợc hai phƣơng pháp hoàn toàn phù hợp,
mang lại sự ổn định cao về lƣu lƣợng và nồng độ nƣớc thải là:
+ Đối với nƣớc thải có công suất từ dƣới 100 đến 300 m3/ngày công nghệ xử
lý là UASB kết hợp với thiết bị lọc dòng liên tục với ƣu điểm: ổn định, thiết kế đơn
giản hơn so với các hệ thống khác, tiết kiệm năng lƣợng cho nhà máy, nƣớc xả vào
nguồn nƣớc mặt phù hợp với tiêu chuẩn quy định.
+ Đối với nƣớc thải có công suất từ trên 300 đến 1500 m3/ngày công nghệ xử
lý là UASB kết hợp với SBR với ƣu điểm: hiệu quả cao, ổn định, có thể tự động hóa
đƣợc, các công trình dễ hợp khối, xử lý N, P tốt phù hợp với xử lý nƣớc thải có
công suất nhỏ. Nhƣợc điểm: trong quá trình vận hành yêu cầu ngƣời vận hành phải
có trình độ.
99
Kiến nghị
Qua điều tra khảo sát thực trạng công nghệ xử lý nƣớc thải của các nhà máy
sản xuất bia vừa và nhỏ cho thấy vấn đề môi trƣờng tại đƣợc các nhà máy quan tâm
xử lý, tuy nhiên do điều kiện kinh tế, quy mô sản xuất không lớn, hệ thống công
nghệ đƣợc xây dựng từ lâu nên hiệu quả xử lý vẫn chƣa đạt tiêu chuẩn, cần có đƣợc
những biện pháp cải thiện công nghệ phù hợp với công suất nƣớc thải phù hợp để
đạt hiệu quả nhƣ mong muốn.
Đề tài cần đƣợc nghiên cứu sâu hơn về công nghệ xử lý nƣớc thải để có khả
năng xử lý mang lại hiệu quả cao hơn, đơn giản trong quá trình vận hành, tiết kiệm
đất, tiết kiệm chi phí đầu tƣ nhất để có thể không chỉ áp dụng cho nhà máy bia có
công suất nhỏ mà còn cho các nhà máy bia có công suất lớn hơn, mang lại hiệu quả
và lợi ích kinh tế.
100
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
1. Công ty chứng khoán CIMB – Vinashin (2013), Báo cáo ngành sản xuất bia
2013.
2. Nguyễn Thị Hà (2008), Bài giảng Công nghệ môi trường, Trƣờng Đại học Khoa
học Tự nhiên.
3. Trần Đức Hạ (1995), Báo cáo đề tài NCKH B94-34-06- Mô hình các trạm xử lý
nước thải công suất nhỏ trong điều kiện Việt nam. Trƣờng Đại học Xây dựng,
Hà Nội.
4. Trần Đức Hạ (2002), Báo cáo đề tài NCKH B2002- 34- 30 Nghiên cứu đề
xuất công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia địa phương. Trƣờng Đại học
Xây dựng, Hà Nội.
5. Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ và vừa, NXB Khoa
học và Kỹ thuật.
6. Trần Đức Hạ, Nguyễn Văn Tín (2002), ”Xử lý nước thải các nhà máy bia theo
mô hình lọc ngược kỵ khí – Aeroten hoạt động gián đoạn”, Hội nghị Khoa học
Công nghệ Đại học Xây dựng lần thứ 14.
7. Hoàng Huệ (2005), Xử lý nước thải, NXB Xây dựng, Hà Nội.
8. Nhà máy bia Hà Nội – Hải Phòng(2013), Hồ sơ kỹ thuật công nghệ xử lý nước
thải công ty bia Hà Nội – Hải Phòng.
9. Nhà máy bia Việt Hà (2011), Báo cáo đánh giá tác động môi trường tại cơ sở
sản xuất bia 254 Minh Khai Hà Nội.
10. Nhà máy bia Việt Hà (2013), Hồ sơ kỹ thuật về công nghệ xử lý nước thải của
công ty bia Việt Hà.
11. Nhà máy bia Sài Gòn- Phú Thọ (2013), Hồ sơ kỹ thuật về công nghệ xử lý nước
thải của công ty bia Sài Gòn- Phú Thọ.
101
12. Nhà máy đồ uống NADA (2007), Báo cáo xả nước thải vào nguồn nước nhà
máy đồ uống NADA. Nam Định.
13. Hồ Sƣởng (1992),Công nghệ sản xuất bia, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
14. Nguyen Van Viet, Tran Dinh Thanh, Nguyen Thi Thu Vinh (2002), “ Xử
lý nƣớc thải nhà máy bia có sử dụng UASB kết hợp với thiết bị dòng liên
tục”, Hội Nghị IGB).
TIẾNG ANH
15. ActewAGL, CRANOSTM Wastewater Treatment Plant Operating Instructions
Manual.
16. Andrew J. Fratianni (2002), “ Hệ thống xử lý nƣớc thải mới ở nhà máy bia Blue
Ribbon Noble, Zhaoquing, Quảng Đông Trung Quốc”, Hội Nghị IGB, tr 269-
271.
17. American Public Health Association (1992), Standard Methods of Water and
Wastewater Analysis, New york.
18. Australian Government Analytical Laboratoies (2001), Report of Analysis No.
RN2677097, 18 December.
19. Degremont, Water Treatment Handbook, Paris, 1979.
20. Hawker, H.A. (1963), The Ecology of WasteWater Treatment, Pergamon,
Oxford.
21. Mark.J.Hammer (1996), Water and Wastewater Technology, Prentice Hall
International, Inc.
22. M.C.Veiga, R. Mendez and J.M.Lema (1994), “ Anaerobic treatment of tuna
processing wastewater”, Wat.Sci.tech. Vol30, No12, pp 425- 432.
23. Gray, N.F (2004), Biology of Waste water Treatment, Imperial College Press.
24. U.Austermann- Haun and C.F.Seyfried (1994), “Experiences gained ih the
operation of anaerobic treatment plants in Germany”, Wat. Sci.Tech. Vol 30,
No12, pp 415- 424.
102
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1 – GIÁ TRỊ C CỦA CÁC THÔNG SỐ Ô NHIỄM TRONG NƯỚC
THẢI CÔNG NGHIỆP QCVN 40: 2011/ BTNMT
TT Thông số Đơn vị Giá trị C
A B
1 Nhiệt độ oC 40 40
2 Màu Pt/Co 50 150
3 pH - 6 đến 9 5,5 đến 9
4 BOD5 (20oC) mg/l 30 50
5 COD mg/l 75 150
6 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100
7 Asen mg/l 0,05 0,1
8 Thuỷ ngân mg/l 0,005 0,01
9 Chì mg/l 0,1 0,5
10 Cadimi mg/l 0,05 0,1
11 Crom (VI) mg/l 0,05 0,1
12 Crom (III) mg/l 0,2 1
13 Đồng mg/l 2 2
14 Kẽm mg/l 3 3
15 Niken mg/l 0,2 0,5
16 Mangan mg/l 0,5 1
17 Sắt mg/l 1 5
18 Tổng xianua mg/l 0,07 0,1
19 Tổng phenol mg/l 0,1 0,5
103
TT Thông số Đơn vị Giá trị C
A B
20 Tổng dầu mỡ khoán g mg/l 5 10
21 Sunfua mg/l 0,2 0,5
22 Florua mg/l 5 10
23 Amoni (tính theo N) mg/l 5 10
24 Tổng nitơ mg/l 20 40
25 Tổng phốt pho (tính theo
P )
mg/l 4 6
26 Clorua
(không áp dụng khi xả
vào nguồn nƣớc mặn,
nƣớc lợ)
mg/l 500 1000
27 Clo dƣ mg/l 1 2
28 Tổng hoá chất bảo vệ
thực vật clo hữu cơ
mg/l 0,05 0,1
29 Tổng hoá chất bảo vệ
thực vật phốt pho hữu cơ
mg/l 0,3 1
30 Tổng PCB mg/l 0,003 0,01
31 Coliform vi khuẩn/100ml 3000 5000
32 Tổng hoạt độ phóng xạ α Bq/l 0,1 0,1
33 Tổng hoạt độ phóng xạ β Bq/l 1,0 1,0
104
PHỤ LỤC 2 - Thành phần chỉ tiêu trong nước thải của nhà máy bia Noble trước
và sau xử lý
Thông số Nƣớc thải trƣớc khi xử lý Nƣớc thải sau khi xử lý
BOD, mg/l 2000 ≤ 50
COD, mg/l 4000- 5000 ≤ 110
TSS, mg/l 7000 ≤ 100
( Nguồn: Andrew J. Fratianni “ Hệ thống xử lý nước thải mới ở nhà máy bia Blue
Ribbon Noble, Zhaoquing, Quảng Đông Trung Quốc”, Hội Nghị IGB (2002))
105
PHỤ LỤC 3 - Các công trình chính của trạm xử lý nước thải của các nhà máy
bia
Bảng PL 3.1. Các công trình chính của trạm xử lý nƣớc thải
nhà máy bia Sài Gòn- Phú Thọ
TT Công trình,
thiết bị Chức năng
Kích
thƣớc
Phƣơng thức xây
lắp
1 Bể thu gom Thu gom nƣớc thải từ hệ
thống thoát nƣớc của nhà
máy trƣớc khi bơm lên
bể điều hòa.
B×L×H =
3,0 x 3,0 x
3,0 m
BTCT, bên trong
phủ lớp chống ăn
mòn
Thời gian lƣu nƣớc
0,49 giờ
2 Bể điều hòa Tập trung, điều hoà lƣu
lƣợng và tính chất nƣớc
thải, cân bằng pH trong
nƣớc thải.
B×L×H =
16x12,x5
m
Bể xây bằng BTCT,
bên trong phủ lớp
chống ăn mòn.
Thời gian lƣu nƣớc
17,2 giờ
3 Bể UASB Phân hủy các chất hữu
cơ, làm giảm nồng độ
BOD, COD,...trong
nƣớc thải bằng quá trình
xử lý sinh học kỵ khí.
Hiệu suất xử lý của bể
phân hủy yếm khí: 65%
COD, 75% BOD
2 bể,
B×L×H =
11 x 7,5 x
6,5 m
Bể chế tạo bằng thép
CT3, có hệ thống
phân phối nƣớc và
thu khí
Thời gian lƣu nƣớc
10,4 giờ
4 Bể lắng lamen Tách bùn, khí lần 2 trƣớc
khi vào bể SBR
B×L×H =
5,5 x 4,6 x
6 (m)
2 bể, Gồm 2 hệ tấm
lắng lamen, thời
gian lƣu nƣớc 2,78
giờ
106
TT Công trình,
thiết bị Chức năng
Kích
thƣớc
Phƣơng thức xây
lắp
5 Bể trung gian nơi kiểm soát các thông
số nƣớc thải sau quá
trình xử lý kị khí.
B×L×H =
2,0 x 4,6 x
5,5 m
Bể gồm 01 thiết bị
điều chỉnh pH, 01
Máy thổi khí, 12 Đĩa
phân phối khí. Thời
gian lƣu nƣớc 0,98
giờ
6 Bể xử lý sinh
học SBR
Tiếp tục khử BOD,
COD, Nitơ, Photpho …
khỏi nƣớc thải bằng quá
trình xử lý sinh học với
bùn hoạt tính lơ lửng.
3 bể,
B×L×H =
19 x 12 x 5
m
Bể xây bằng BTCT,
thờigian tích nƣớc
vào bể 10 giờ, thời
gian sục khí là 8 giờ,
thời gian khuấy trộn
là 3 giờ, thời gian
lắng là 3 giờ, thời
gian gạn nƣớc trong
là 3 giờ, thời gian
chờ là 3 giờ.
Hàm lƣợng BOD5
đầu ra là 20 mg/l xả
ra nguồn A, cặn lơ
lửng 50 mg/l trong
đó 80% là cặn hữu
cơ BOD20.
7 Bể khử trùng Tiêu diệt các vi sinh vật
gây bệnh có trong nƣớc
thải
B×L×H =
12 x 3,5 x
3 m
Xây BTCT, thời
gian tiếp xúc nƣớc
2,1 giờ
8 Bể nén bùn Thực hiện quá trình nén
và tách nƣớc ra khỏi bùn
B×L×H =
4,0 x 4,0 x
5,0 m
2 bể, Xây BTCT
9 Bể thủy sinh Thực hiện quá trình phân B×L×H = Xây BTCT
107
TT Công trình,
thiết bị Chức năng
Kích
thƣớc
Phƣơng thức xây
lắp
hủy bùn bằng sục khí
cƣỡng bức
5,0 x 3,5 x
3 m
10 Nhà điều hành Là nơi đặt hệ điều khiển
các thiết bị trong hệ
thống xử lý, máy ép bùn,
bồn hóa chất, bơm định
lƣợng, tủ điện, phòng thí
nghiệm...
72m2
2 tầng
Xây gạch
(Nguồn: Tài liệu xử lý nước thải của nhà máy bia Sài Gòn- Phú Thọ)
108
Bảng PL 3.2. Các công trình chính của trạm xử lý nƣớc thải
nhà máy bia Hà Nội- Hải Phòng
TT Công trình,
thiết bị Chức năng
Kích
thƣớc Phƣơng thức xây lắp
1 Bể lắng cát lắng cát và bột diatomit,
loại bỏ các cặn rắn có
kích thƣớc > 10 mm
B×L×H =
8×1×4,2m
Xây bằng BTCT
2 Bể thu gom Thu gom nƣớc thải từ hệ
thống thoát nƣớc của nhà
máy trƣớc khi bơm lên bể
điều hòa.
B×L×H =
8×4,7×4,2
m
3 Bể điều hòa Tập trung, điều hoà lƣu
lƣợng và tính chất nƣớc
thải, cân bằng pH trong
nƣớc thải.
B×L×H =
22,9×8×5
m
Bể xây bằng BTCT
4 Bể UASB Phân hủy các chất hữu
cơ, làm giảm nồng độ
BOD, COD,...trong
nƣớc thải bằng quá trình
xử lý sinh học kỵ khí.
B×L×H =
9×5,5×6,5
m, 4 bể
Bể xây bằng BTCT, có
hệ thống phân phối ở
đáy bể
5 Bể lắng lamen Tách bùn, khí lần 2 trƣớc
khi vào bể Aeroten
2bể,
Bể chế tạo bằng BTCT
6 Bể trung gian là nơi tạo điều kiện tiếp
xúc giữa bùn họat tính và
chất ô nhiễm, đồng thời
là nơi kiểm soát các
thông số nƣớc thải sau
quá trình xử lý kị khí.
1 bể,
B×L×H =
6×3×5m
Bể xây bằng BTCT,
7 Bể xử lý sinh
học hiếu khí
Tiếp tục khử BOD,
COD, Nitơ, Photpho …
khỏi nƣớc thải bằng quá
trình xử lý sinh học hiếu
khí với bùn hoạt tính lơ
lửng cấp khí kéo dài.
2 bể, bể 1
thể tích
780 m3
bể 2 thể
tích 305,5
m3
Bể xây bằng BTCT,
8 Bể thiếu khí duy trì điều kiện thiếu B×L×H = Bể xây bằng BTCT
109
TT Công trình,
thiết bị Chức năng
Kích
thƣớc Phƣơng thức xây lắp
khí để vi sinh vật thiếu
khí thực hiện quá trình
khử nitrat sinh ra từ quá
trình xử lý hiếu khí.
13×2,8 ×5
m
9 Bể lắng 2 Tách bùn hoạt tính trong
nƣớc thải sau khi ra khỏi
bể Aerotank, gom bùn
hoạt tính và tuần hoàn lại
bể Aerotank.
D= 10,
H= 4,5 m
Bể xây bằng BTCT
10 Bể khử trùng Tiêu diệt các vi sinh vật
gây bệnh có trong nƣớc
thải.
B×L×H =
13×2,5 ×3
m
Bể xây bằng BTCT
11
Bể nén bùn
Thực hiện quá trình phân
hủy bùn bằng sục khí
cƣỡng bức
D=6, H=
5 m
Bể xây bằng BTCT
12
Phòng điều
hành
Theo dõi, vận hành các
công trình xử lý nƣớc
thải
42,56 m2,
2 tầng
Xây gạch
(Nguồn: Tài liệu xử lý nước thải của nhà máy bia Hà Nội- Hải Phòng)