Bước đầu thử nghiệm xử lý nước thải nhà máy bia Quy Nhơn ở quy mô thí nghiệm bằng một số chế phẩm vi sinh trên thị trường hiện nay

u sắc đến cơ giáo CN. Nguyễn Hồng Mỹ đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để em hồn thành tốt khĩa luận tốt nghiệp này. Và cuối cùng em muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và những người thân đã luơn ở bên em động viên, ủng hộ em trong suốt thời gian học tập nghiên cứu vừa qua. Kiến thức cịn nhiều hạn chế, chắc chắn sẽ khơng tránh khỏi những sai sĩt, em rất mong được sự thơng cảm và gĩp ý chân thành của thầy cơ và các bạn. Em cảm ơn rất nhiều! TP. HCM, ngày 14 tháng 7 năm 2010 Sinh viên Lương Thị Thắm MỞ ĐẦU Bia là một loại nước giải khát cĩ từ lâu đời 7000 năm trước cơng nguyên, là loại nước uống mát, bổ cĩ độ cồn thấp, độ mịn xốp, cĩ hương vị đặc trưng của hoa houblon và các sản phẩm trong quá trình lên men tạo ra. Đặc biệt CO2 bão hịa trong bia cĩ tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của người uống, nhờ ưu điểm này mà bia được sử dụng rộng rãi ở hầu hết khắp các nước trên thế giới và sản lượng ngày càng tăng. Những năm gần đây, nhiều doanh nghiệp trong nước đã khơng ngừng đầu tư mở rộng cơng suất. Năm 2003 cơng suất bia cả nước đạt 1,29 tỷ lít, đến năm 2004 con số này vượt lên mức 1,37 tỷ lít. Dự kiến, năm nay sản lượng bia cả nước đạt khoảng 1,5 tỷ lít và đạt cơng suất quy hoạch dự kiến vào năm 2010. Theo hiệp hội Bia, Rượu và giải khát Việt Nam thì một người Việt Nam tiêu thụ trung bình 22 lít bia trong năm 2008, và chỉ đứng sau Thái Lan về mức độ tiêu thụ bia ở Đơng Nam Á. Theo BMI ( Cơng ty Theo dõi Doanh nghiệp Quốc tế), một cơng ty tư vấn kinh doanh tồn cầu cho hay bia ở Việt Nam sẽ là loại đồ uống chủ lực trong ngành cơng nghiệp thức uống vì doanh số bán bia trong năm 2008 ở Việt Nam chiếm 97,9% trong tổng doanh thu trong lĩnh vực đồ uống. Nhiều hãng bia và nước giải khát nổi tiếng thế giới đã đầu tư vào Việt Nam trong nhiều năm nay, trong đĩ cĩ các hãng Carlsberg, Heineken, Tiger và San Miguel. Với sự xuất hiện của nhiều nhà máy sản xuất bia thì các loại chất thải ra trong quy trình sản xuất bia cũng khơng ngừng tăng lên. Đặc tính của nước thải bia là giàu chất hữu cơ, BOD, COD, các chất rắn lơ lửng cĩ thể gây ơ nhiễm đến mơi trường và con người. Hiện nay tình trạng nước thải của nhiều nhà máy bia xử lý chưa đạt tiêu chuẩn mà xả ra nguồn tiếp nhận để gây ảnh hưởng đến mơi trường và người dân là vấn đề đang được quan tâm và cần phải giải quyết. Vì vậy việc nghiên cứu, thiết kế ra cácc hệ thống xử lý nước thải trong ngành cơng nghiệp sản xuất bia là một yêu cầu cấp thiết cho việc bảo vệ mơi trường cùng với các hoạt động mang tính thiết thực đối với mơi trường sẽ đảm bảo cho sự phát triển bền vững của xã hội lồi người và các sinh vật sống trên hành tinh chúng ta. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI: Tìm hiểu tổng quan về cơng nghiệp sản xuất bia ở Việt Nam và nhà máy bia Quy Nhơn Tìm hiểu tổng quan về nước thải bia và khả năng xử lý nước thải bia bằng phương pháp sinh học Thử nghiệm khả năng xử lý của các chế phẩm vi sinh hiện nay trên thị trường MỤC LỤC PHẦN TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA Trang 1.1 Ngành cơng nghiệp sản xuất bia tại Việt Nam 12 1.2 Quy trình cho sản xuất bia 12 1.2.1 Nguyên liệu cho sản xuất bia 13 1.2.1.1 Nguyên liệu chính 13 1.2.1.2 Phụ liệu 15 1.2.2 Quy trình sản xuất 15 1.2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 16 1.2.2.2 Quá trình nấu và đường hĩa 17 1.2.2.3 Lọc dịch đường, nấu hoa, lắng cặn 17 1.2.2.4 Quá trình lên men 17 1.2.2.5 Lọc bia 18 1.2.2.6 Bão hịa CO2 và chiết bia 18 1.3 Quy trình sản xuất của nhà máy bia Quy Nhơn 19 1.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu 20 1.3.2 Quá trình đường hĩa (nấu) 20 1.3.3 Quá trình lọc dịch đường 22 1.3.4 Quá trình đun sơi dịch đường với hoa houblon 22 1.3.5 Lắng trong 23 1.3.6 Làm lạnh nhanh 23 1.3.7 Quá trình lên men 23 1.3.7.1 Lên men chính 23 1.3.7.2 Lên men phụ 24 1.3.8 Lọc bia 24 1.3.9 Bão hịa CO2 và chiết bia 24 1.3.9.1 Bão hịa CO2 24 1.3.9.2 Chiết bia 24 1.3.10 Thanh trùng 24 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA 2.1 Tình trạng ơ nhiễm từ ngành cơng nghiệp sản xuất bia hiện nay 26 2.2 Chất thải nhà máy sản xuất bia 28 2.2.1 Khí thải 28 2.2.2 Chất thải rắn 28 2.2.3 Nước thải 28 2.3 Đặc trưng của nước thải ở các nhà máy bia 29 2.4 Ảnh hưởng của nước thải nhà máy bia đến mơi trường 31 2.5 Các chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng nước 31 2.5.1 Độ pH 31 2.5.2 Chất rắn lơ lửng(SS) 31 2.5.3 Độ đục 32 2.5.4 Oxi hịa tan (DO-Dissolved oxygen) 32 2.5.5 Chỉ số BOD (Nhu cầu oxy sinh hĩa-Biochemical oxigen Demand) 32 2.5.6. Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hĩa học- Chemical oxigen Demand) 33 2.5.7. Các hợp chất của Nito trong nước thải 33 2.5.8. Các hợp chất của Phospho trong nước thải 33 2.6 Các giải pháp làm giảm thiểu lượng và tải lượng nước thải nhà máy bia 34 2.6.1 Tái sử dụng nước thải 34 2.6.2 Phân luồng nước thải sản xuất 34 2.7 Nước thỉa nhà máy bia Quy Nhơn 35 CHƯƠNG 3:TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA 3.1 Hệ vi sinh vật nước thải nhà máy bia 36 3.1.1 Hệ vi sinh vật trong nước thải nhà máy bia 36 3.1.2 Chuyển hĩa vật chất của vi sinh vật trong nước thải nhà máy bia 37 3.2 Một số phương pháp xử lý nước thải nhà máy bia 39 3.2.1 Hệ thống hiếu khí 39 3.2.1.1 Bùn hoạt tính 40 3.2.1.2 Lọc sinh học 41 3.2.2 Hệ thống kỵ khí 42 3.2.2.1 Sinh học kỵ khí hai giai đoạn 43 3.2.2.2 Bể bùn kỵ khí dong chảy ngược – UASB 44 3.2.2.3 Lọc kỵ khí bám dính cố định 44 3.2.2.4 Bể phản ứng kỵ khí đệm giãn nở - FBR, EBR 45 3.3 Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Quy Nhơn 46 3.3.1 Thuyết minh quy trình 48 3.3.1.1 Tách rác thơ, gom nước thải 48 3.3.1.2 Tách rác tinh và điều hịa cân bằng 48 3.3.1.3 Xử lý sinh học yếm khí( tương tự bể UASB) 49 3.3.1.4 Quá trình lắng sau xử lý yếm khí – bể trung gian 49 3.3.1.5 Bể xử lý sinh học hiếu khí theo mẻ (SBR) 50 3.3.1.6 Bể khử trùng 51 3.3.1.7 Lọc liên tục 51 3.3.1.8 Lọc thủy sinh 51 3.3.1.9 Bể nén bùn hiếu khí, và bể chứa bùn hiếu khí 51 3.3.1.10 Thiết bị ép bùn 52 3.4 Một số chế phẩm xử lý sinh học nước thải nhà máy bia 52 3.4.1 Chế phẩm EMIC 52 3.4.2 Chế phẩm Gem – P1 54 3.4.3 Chế phẩm Gem – K 55 3.4.4 Chế phẩm Gem – P 56 PHẦN THỰC NGHIỆM CHƯƠNG 4: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 4.1 Mục đích 58 4.2 Vật liệu và phương pháp 58 4.2.1 Mẫu 58 4.2.1.1 Dụng cụ 58 4.2.1.2 Hĩa chất 58 4.2.2 Phương pháp 59 4.2.2.1 Xác định DO 59 4.2.2.2 Xác định COD 60 4.2.2.3 Xác định BOD 60 4.2.2.4 Xác định Phosphat 61 4.2.2.5 Xác định Nitơ Kjeldahl (N hữu cơ, NH3, NH2) 62 4.3 Bố trí thí nghiệm 63 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 5.1 Kết quả xác định các thơng số đầu vào 65 5.2 Kết quả thí nghiệm mẫu nước thải khơng bổ sung N, P 66 5.3 Kết quả thí nghiệm mẫu nước thải cĩ bổ sung N, P 68 Kết luận 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Aerotank: Bể bùn hoạt tính hiếu khí BOD (Biochemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh hĩa COD (Chemical Oxygen Demand ): Nhu cầu oxy hĩa học DO ( Disolved Oxygen ): Lượng oxy hịa tan EBR, EBR (fluidized and aepanded bed reactor): Bể phản ứng kỵ khí đệm giãn nở SBR ( Sequecing Batch Reactor ): Bể phản ứng từng mẻ kế tiếp nhau UASB (Up – flow Anaerobic Sludge Blanket): Bể chảy ngược bùn yếm khí DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Biểu đồ nấu bia tại nhà máy bia Quy Nhơn Hình 3.1 Đường cong sinh trưởng kép của vi sinh vật trong nước thải Hình 3.2 Qúa trình chuyển hĩa vật chất của vi sinh vật Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí Hình 3.4 Cơ chế màng lọc sinh học Hình 3.5 Sơ đồ dịng thải nhà máy bia Quy Nhơn Hình 3.6 Sơ đồ xử lý nước thải nhà máy bia Quy Nhơn Hình 3.7 Chế phẩm Emic Hình 3.8 Chế phẩm Gem-P1 Hình 3.9 Chế phẩm Gem-K Hình 3.10 Chế phẩm Gem Hình 4.1 Quy trình bố trí thí nghiệm DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần của đại mạch Bảnh 1.2 Thành phần hĩa học của gạo Bảng 1.3 Thành phần hĩa học hoa houblon Bảng 1.4 Hệ enzyme trong nấu malt Bảng 2.1 Các loại chất thải nhà máy bia Bảng 2.2 TCVN 5945: 2005, Giới hạn của các thơng số và nồng độ các chất ơ nhiễm trong nước thải cơng nghiệp. Bảng 2.3 QCVN 24: 2009/BTNMT, Giá trị của các thơng số ơ nhiễm nước thải cơng nghiệp Bảng 2.4 Chỉ tiêu chất lượng nước thải đầu ra của nhà máy bia Quy Nhơn Bảng 3.1 Một số giống vi khuẩn chính cĩ trong bùn hoạt tính và chức năng của chúng khi tham gia xử lý nước thải Bảnh 5.1 Kết quả xác định các thơng số đầu vào của nước thải nhà máy bia Bảng 5.2 Kết quả thí nghiệm màu nước thải khơng bổ sung N,P Bảng 5.3 Kết quả thí nghiệm màu nước thải cĩ bổ sung N,P PHẦN TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA 1.1 Ngành cơng nghiệp sản xuất bia tại Việt Nam Theo kế hoạch của Bộ Cơng thương, trong thời gian tới sẽ cĩ hàng loạt dự án đầu tư các nhà máy sản xuất bia, đưa tổng cơng suất lên 2,5 tỷ lít vào 2010. Chỉ tính riêng năm 2004, Tổng Cơng ty Bia - Rượu và Nước giải khát Sài Gịn (Sabeco) đạt sản lượng hơn 403 triệu lít bia các loại. Các cơng ty lớn như Habeco (Tổng cơng ty Rượu – Bia – Nước giải khát Hà Nội) đang đầu tư mới một dự án sản xuất bia tại Vĩnh Phúc với cơng suất 100 triệu lít/ năm, cĩ khả năng mở rộng lên 200 triệu lít/ năm vào năm 2010, đơn vị này cũng đang mở rộng Nhà máy Bia Thanh Hĩa, tiếp nhận Cơng ty Bia Hải Dương và Quảng Bình về cơng ty con và đầu tư để nâng cơng suất hai nhà máy này. Các nhà máy đang trong quá trình nâng cao năng suất như nhà máy Bia Cần Thơ với 15 triệu lít/ năm, sài Gịn – Phú Yên 15 triệu lít/ năm, Bia Hà Tĩnh từ 15 triệu lít lên 30 triệu lít/ năm; thực hiện đầu tư mới Nhà máy Bia Bạc Liêu 15 triệu lít/ năm, đầu tư nhà máy bia tại Quảng Nam hoặc Quảng Ngãi cĩ cơng suất 50 triệu lít/n năm. Các doanh nghiệp đầu tư nước ngồi đang xin thêm cơng suất như Cơng ty Bia Việt Nam từ 150 triệu lít nâng lên 230 triệu lít/ năm. Cơng ty Bia Huế đầu tư mới nhà máy 50 triệu lít tại Phú bìa, Nhà máy liên doanh Đơng Hà – Huda (Quảng Trị) đầu tư thêm 30 triệu lít/ năm, Cơng ty Foster’s Đà Nẵng mở rộng cơng suất từ 45 triệu lít/ năm. Mới đây, Cơng ty Cổ phần Sữa Việt Nam cũng chính thức thơng bĩa đầu tư gần 300 tỷ đồng để xây dựng nhà máy bia. Một số hãng bia nổi tiếng của Mỹ, Nam Phi, Đan Mạch đang xúc tiến tìm hiểu thị trường và xu hướng hợp tác liên doanh với doanh nghiệp trong nước để gĩp vốn sản xuất bia phục vụ thị trường nội địa và xuất khẩu. Như vậy, trong thời gian tới, ngành cơng nghiệp sản xuất bia của Việt nam sẽ phát triển mạnh hơn nữa, số lượng các nhà máy cùng với hiệu suất hoạt động sẽ tăng cao. Đồng thời, lượng nước thải đưa ra mơi trường cũng là khơng nhỏ. 1.2 Quy trình cho sản xuất bia 1.2.1 Nguyên liệu cho sản xuất bia Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính gồm: Malt (đại mạch nảy mầm), gạo tẻ, hoa houblon, nước, nấm mem. Hiện nay nguyên liệu chính để sản xuất bia là malt đại mạch và hoa houblon đều phải nhập ngoại (60 – 70%). Từ nhiều năm nay Việt Nam đã trồng thử nghiệm đại mạch và hoa houblon ở một số vùng nhưng năng suất thu hoạch cịn thấp, chất lượng đều chưa đạt yêu cầu. Để dần cĩ thể tiến tới việc hạn chế nhập khẩu, nước ta đang tiếp tục các cơng trình trồng thử hai loại cây trên. 1.2.1.1 Nguyên liệu chính a. Malt (đại mạch nảy mầm) Bảng 1.1 Thành phần của đại mạch Thành phần Tỷ lệ (%) Độ ẩm 12 -16 Tinh bột 54 – 65 Protein 9 – 14 Chất béo 2 – 3 Chất xơ thơ 4 -5 Hemicellulose 8 -10 Tro 2 - 3 Các hợp chất khác Đường, gum, pectin, enzyme, vitamin, các hợp chất phenol Gạo tẻ: Ơ Việt Nam, gạo tẻ thường được sử dụng làm thế liệu kèm theo malt để hạ giá thành sản phẩm (bia ngắn ngày), sử dụng khoảng 30%. Bảng 1.2 Thành phần hĩa học của gạo Thành phần Tỷ lệ Độ ẩm 12,6% Hợp chất chứa Nitơ 7,9% Chất béo 0,5% Gluxit 77,8% Xellulose của vỏ lụa 0,5% Chất tro 0,7% b. Hoa houblon Hoa houblon tạo cho bia cĩ vị đắng đặc trưng và mùi thơm đễ chịu, đồng thời hoa cũng chiết ra những chất cĩ tác dụng tiệt trùng, do đĩ làm tăng thời gian bảo quản bia và giúp cho các thành phần bia được ổn định và bọt bia được giữ lâu hơn. Hoa houblon cĩ hoa đực và hoa cái, nhưng chỉ cĩ hoa cái chưa thụ phấn mới dùng để sản xuất bia. Hoa đực rất bé chứa rất ít lượng lupulin khơng đạt yêu cầu để sản xuất bia. Bảng 1.3 Thành phần hĩa học hoa houblon Thành phần Tỷ lệ Nước 11 -13% Chất đắng 15 – 21% Polyphenol 2,5 – 6% Protein 15 – 21% Xenlulose 12 – 14% Chất khống 5 – 8% Tinh dầu thơm 0,3 – 1% Các hợp chất khác 26 – 28% Trong đĩ, thành phần cĩ giá trị nhất là chất đắng, sau đĩ là tinh dầu thơm và polyphenol. c. Nước Sử dụng 10 – 15 m3 nước/ 1000 l bia, nước để tạo sản phẩm yêu cầu chất lượng cao cịn nước dụng để vệ sinh thiết bi, nhà xưởng, làm lạnh thì chất lượng thấp hơn. Trong đĩ 60 – 70% đi vào sản xuất cịn lại là nước thải. d. Nấm men Nấm men đĩng vai trị quyết định trong sản xuất bia vì quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men chính là quá trình chuyển hĩa nguyên liệu thành sản phẩm, quá trình chuyển hĩa này lại gắn liền với sự tham gia của hệ enzyme trong tế bào nấm men, do đĩ việc nuơi cấy nấm men để thu được một hệ enzyme cĩ hoạt lực cao là một giai đoạn kỹ thuật hết sức quan trọng. Hai chủng nấm men thường dùng trong sản xuất bia là nấm men nổi Saccharomyces cerevisiae và nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis. Sử dụng nấm men nổi địi hỏi phải kèm theo những biện pháp lọc cẩn thận mới cĩ sản phẩm thật trong suốt vì tế bào nấm men vẫn cịn trong dịch lên men ngay cả ở cuối thời kỳ lên men phụ. Nấm men chìm cĩ ưu điểm hơn đĩ là trong quá trình phát triển, tế bào của chúng kết dính vào nhau thành chùn rồi lắng xuống đáy thiết bị lên men thành lớp chặt, thuận lợi cho việc tách tế bào đĩ làm men giống cho cac sđợt sản xuất tiếp theo. Ngồi ra nấm men chìm cĩ khả năng lên men ở to < 0o C trong khi nấm men nổi chỉ cần to < 10oC đã trở nên vơ hoạt. Nhờ những ưu điểm đĩ mà chủng nấm men S. carlsbergensis được sử dụng rộng rãi trong ngành sản xuất bia. 1.2.1.2 Phụ liệu - Chất trợ lọc diatomit: được sử dụng nhằm nâng cao hiệu quả và rút ngắn thời gian lọc bia. - Hĩa chất khử trùng (xút, ozon,…): được sử dụng để chế dung dịch rửa (CIP nĩng, CIP lạnh), khử trùng, vệ sinh thiết bi. - Dầu mỡ, tác nhân lạnh (amoniac, freon, glycol,…): được dùng trong máy nén, máy lạnh. Khi bị rị rỉ chúng sẽ gây ơ nhiễm mơi trường nước, khơng khí 1.2.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất bia Men Thức ăn gia súc Lên men chính Xử lý lại Nấm men Nguyên liệu (Malt) Nguyên liệu (Gạo) Cân, nghiền Cân, nghiền Phối trộn Phối trộn Đạm hĩa Hồ hĩa Nấu Lắng trong Dịch Làm lạnh nhanh Hoa houblon Nhân giống Xuất xưởng Đường Nước Men Cặn Lọc trong bia Bão hịa CO2 Chiết chai Thanh trùng Dán nhãn Lên men phụ Thu hồi CO2 Xử lý CO2 tinh khiết Nước 1.2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu Nguyên liệu được chuyển vào kho bảo quản của nhà máy theo số lượng mẻ nấu mỗi ca về tập kết tại phân xưởng nấu. Malt và gạo được nghiền nhỏ đến kích thước tiêu chuẩn. 1.2.2.2 Quá trình nấu và đường hĩa Nguyên liệu malt và thế liệu (gạo sau ngâm trương) được dịch hĩa và đường hĩa. Bột gạo được hồ hĩa và dịch hĩa trong nồi nấu cháo. Quá trình hồ hĩa malt và hồ tinh bột cĩ bổ sung enzyme được thực hiện trong nồi đường hĩa ở nhiệt độ 750C trong 4h. Sản phẩm của quá trình này là dịch đường. 1.2.2.3 Lọc dịch đường, nấu hoa, lắng cặn, làm lạnh Dịch đường được bổ sung hoa houblon và nâng nhiệt độ lên 1000C. Bã lọc được rửa bằng nước nĩng ở nhiệt độ 75- 800C. Sau nấu hoa, dịch đường được đưa sang thùng xốy lốc để tách bã hoa và cặn lắng. Sau đĩ được làm lạnh nhanh để hạ nhiệt độ xuống 8 – 100C và được bổ sung oxy với lượng 30 – 35 ml khí/ lít dịch (tạo điều kiện cho nấm men phát triển) rồi chuyển vào thiết bị lên men. 1.2.2.4 Quá trình lên men Đây là quá trình quan trọng nhất trong cơng nghệ sản xuất bia: đường cĩ trong nước nha được lên men dưới tác dụng của nấm men. Quá trình lên men gồm 2 giai đoạn được thực hiện trong cùng một thiết bị gọi là Combitank, thùng lên men được thiết kế cĩ lớp áo lạnh và bảo ơn bên ngồi. Phần áo lạnh cĩ tác dụng điều chỉnh nhiệt độ của bia bên trong thùng khi cần thiết. Lên men chính: thường 6 – 10 ngày, nhiệt độ duy trì trong giai đoạn chính từ 8 – 100C. Khi lên men, nhiệt độ của dịch đường trong thùng tăng cho phép lên đến 14 – 160C với áp suất khống chế ở mức 1,3 – 1,5 bar. Lên men phụ: sau khi quá trình lên men chính kết thúc, nhiệt độ hạ xuống 40C, giữ tiếp trong một ngày nữa rồi tiếp tục làm lạnh bia trong thùng xuống cịn -10C. Khi làm lạnh men lắng xuống phía dưới đáy thùng và sẽ được lấy ra và chuyển vào thùng chứa men, các cặn mịn và các chất keo tụ (tanin, protein, protein khơng tan và nhựa hoa houblon) lắng làm bia trong cũng được lất ra trước khi đi lọc bia. Lượng men thu hồi được cĩ thể sử dụng lại nhiều lần và theo tỷ lệ do bộ phân cơng nghệ kỹ thuật quyết định. Khi nhiệt độ trong thùng hạ xuống tới -10C giữ thêm 1 - 3 ngày nữa sau đĩ đem đi lọc. 1.2.2.5 Lọc bia Mục đích của quá trình lọc bia là tách các hạt cặn, tạp chất cịn sĩt lại trong bia, làm tăng độ trong của bia và làm tăng thời gian bảo quản. Thiết bị lọc cĩ thể là lọc khung bản với chất trợ lọc là diatromit. 1.2.2.6 Bão hịa CO2 và chiết bia Từ thùng chứa bia, bia cĩ thể được bão hịa thêm CO2 (nếu cần thiết) để tăng nồng độ CO2 trong bia rồi đưa đi chiết chai, chiết bom hoặc đĩng lon. Bao bì được rửa, sau đo chiết, đĩng nắp, thanh trùng, kiểm tra, dán nhãn. 1.3 Quy trình sản xuất của nhà máy bia Quy Nhơn Tách cặn lạnh Lên men, tàng trữ Lọc trong Men sữa Chăn nuơi Hoạt hĩa Xử lí Lọc thu dịch đường Đun sơi với houblon Nước nĩng 780C Bã Bã thải Rữa bã Nước rữa bã Đạm nước Nguyên liệu (Malt) Cân, nghiền Hịa trộn với nước Nấu (Đường hĩa) Nguyên liệu (gạo) Hịa trộn với nước Hồ hĩa Cân, nghiền Men giống Nhân giống nhỏ Nhân giống lớn Làm lạnh nhanh Ổn định Thu hồi CO2 Xử lí Bình chứa Nạp bình Xuất xưởng Bộc trợ lọc Bốc hơi Lắng trong và làm lạnh sơ bộ Cặn xã bỏ Rửa chai Chai Chiết chai Thanh trùng Dán nhãn Xuất xưởng Nước rửa chai 1.3.1. Chuẩn bị nguyên liệu Malt và gạo được nghiền theo mức độ phân hủy của nĩ, mức độ nghiền cũng phụ thuộc vào phương pháp và thiết bi. Cơng ty bia Sài Gịn – Miền Trung sử dụng thiết bị thung đáy bằng. 1.3.2. Quá trình đường hĩa (nấu) Mục đích của quá trình đường hĩa là nhằm chuyển về dạng hịa tan tất cả các chất cĩ phân tử lượng cao nằm dưới dạng khơng hịa tan trong bột malt. Chúng sẽ kết hợp với các chất hịa tan cĩ sẵn tạo thành chất chiết chung (extract) Cơng ty bia Quy Nhơn nấu tỷ lệ malt : gạo là 70 : 30, một mẻ nấu khoảng 1040 kg. Bảng 1.4. Hệ enzyme trong nấu malt Enzym pH tối ưu Nhiệt độ tối ưu Sản phẩm proteinase 5,0 – 5,5 50 - 55 Pepton, peptit, polypeptit peptidase 7,3 – 7,9 40 - 45 Acid amin trong hạt amidase 7,3 - 80 45 - 50 Acid amin, NH3 β-amylaza 5,2 – 5,6 60 – 65 Tạo maltose α -amylaza 5,3 – 5,8 70 – 75 Đường hĩa Endo -1.4 glucanase 4,5 – 4,8 37 – 45 Thủy phân hemicellulose phytase 5,0 – 5,5 40 - 50 Giải phĩng rượu inozit và acid phosphoric tự do Biểu đồ nấu bia Nhiệt độ ( 0C ) 80 60 100 Hội cháo Nồi gạo Nồi malt 40 20 10 25 45 55 65 85 95 125 135 155T Hình 1. Biểu đồ nấu bia tại nhà máy bia Quy nhơn Nồi gạo: Cho một ít CaCl2 và nước nằm sẵn trong đáy nồi, CaCl2 cĩ tác dụng rút ngắn thời gian đường hĩa, thể tích nồi 10m3 Tồn bộ lượng gạo và 10% malt được trộn đều với nước ở nhiệt độ 35oC qua phễu nhập nguyên liệu, tỷ lệ bột:nước là 1:5 khuấy đều dịch bột sau đĩ tiến hành nâng nhiệt và giữ nhiệt Nâng nhiệt từ 35oC÷52oC, giữ 52oC trong 15 phút ở nồi gạo Dịch hĩa: Nâng nhiệt từ 52oC đến 76oC, giữ 76oC trong 10 phút Hồ hĩa: Nâng nhiệt từ 76oC÷100oC , giữ sơi trong 20 phút để hồ hĩa triệt để dịch gạo, pH nồi gạo = 5,7 Nồi malt: Bột malt được trộn đều với nước ở nhiệt độ 35oC qua phễu nhập liệu, tỷ lệ bột malt và nước 1:4. Trước khi nạp bột cũng cho thêm vào nồi bột ít CaCl2. Bật cánh khuấy để khuấy đều dịch bột sau khi nạp hết bột malt dùng H2SO4 để điều chỉnh pH về 5,5÷5,6. Nâng nhiệt đến 52oC và giữ trong 15 phút. Hội cháo: Sau khi nồi gạo đã kết thúc hồ hĩa triệt để xong bơm sang nồi malt nhằm tránh nhiệt độ tăng đột ngột dẫn đến vơ hoạt enzim, cùng lúc bơm nước song song vào nồi gạo cho khi kết thúc bơm hội cháo thì nhiệt độ của hỗn hợp dịch là 65oC trong 30 phút để thực hiện quá trình đường hĩa hỗn dịch. Sau khi đướng hĩa xong nâng hỗn hợp dịch lên 75oC và giữ trong 20 phút để dextrin hĩa số tinh bột cịn lại. 1.3.3. Quá trình lọc dịch đường Phân tách phần lỗng riêng ra khối phần đặc. Đặc trưng của malt cháo là trong đĩ cĩ nhiều phân tử rắn. Trong quá trình lọc những phân tử rắn này sẽ tạo thành một lớp nguyên liệu lọc phụ. Điều này cĩ ý nghĩa lớn trong khi lọc, nhất là khi sử dụng phương pháp lọc lắng. Sau 30 phút để yên thì bắt đầu mở van thu dịch đường. Dịch đường lúc này vẫn cịn đục nên được bơm tuần hồn trở lại thùng lọc. Sau 10 phút tuần hồn thì dịch đường trong và được bơm ngay sang thiết bị nấu hoa. Phần bã cịn lại được rửa bằng nước 78oC. Để yên 10 phút thì bắt đầu mở van để dẫn dịch rửa bã malt ra. Quá trình này được lặp lại 2 lần nữa thì kết thúc. 1.3.4. Quá trình đun sơi dịch đường với hoa houblon Mục đích của quá trình đun sơi dịch đường với hoa houblon là nhằm làm ổn định thành phần và tạo cho bia cĩ mùi thơm xảy ra một cách đặc trưng của hoa houblon. Đồng thời cũng trong lúc này xảy ra một số quá trình khác như: ổn định thành phần, gia tằng nồng độ, thanh trùng dịch đường, gia tăng cường độ màu… Dịch đường sau khi lọc, cĩ vị ngọt của malt nhưng hương thơm chưa đặc trưng và chứa nhiều tạp chất. Quá trình houblon hĩa là quá trình đun sơi dịch đường với hoa houblon và caramen. Quá trình nảy sẽ: Trích ly chất đắng, chất chát, tinh dầu thơm, polyphenol, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa houblon vào dịch đường. Các thơng số kỹ thuật Thời gian houblon hĩa: 90 phút Nhiệt độ : 104 – 105oC Áp suất hơi : 1,4 – 1,6 bar Tiếp hoa: Lần 1: Sau khi sơi 10 phút cho hoa cao Lần 2: Sau khi sơi 20 phút cho hoa viên, lượng hoa viên cho vào chiếm 75% tổng lượng hoa viên. Lần 3: Trước khi kết thúc 10 phút thì cho vào phần hoa viên cịn lại. 1.3.5. Lắng trong Làm trong dịch nước nha để đảm bảo độ trong của bia sau này.Tách các loại cặn như protein đơng tụ, các hợp chất pholyphenol, hợp chất đắng khơng tan. Đưa nhiệt độ của dịch đường từ 1000C xuống 900C. 1.3.6. Làm lạnh nhanh Giảm nhiệt độ của dịch đường từ 900C xuống 9-120C để chuẩn bị cho quá trình lên men. Làm lạnh nhanh cĩ tác dụng tránh vi sinh vật xâm nhập vào trong quá trình làm lạnh. Sau quá trình này cĩ quá trình sục khí sạch vào dịch malt để cung cấp oxy cho hoạt động của nấm men. Quá trình làm lạnh nhanh sẽ làm biến tính một số loại protein dẫn đến chúng bị kết lắng xuống phía dưới và sẽ làm dịch đường trong hơn. 1.3.7. Quá trình lên men Lên men là quá trình chuyển hĩa dịch đường thành bia dưới tác dụng của hệ enzim của nấm men, sản phẩm chính là rượu và CO2. 1.3.7.1. Lên men chính Chuyển hĩa các chất hịa tan ở trong dịch đường thành C2H5OH và các loại rượu phụ khác, CO2 và các sản phẩm phụ khác như glyxerin, acid hữu cơ, diacetyl, este…. Quá trình lên men chính tank lên men được làm sạch và khử trùng dịch lên men sau khi làm lạnh bơm đầy dung tích hữu dụng (2/3 tank) đồng thời bổ sung nấm men và 5 – 6 mg oxy cho một lít dịch và bắt đầu quá trình lên men chính. Trong giai đoạn lên men chính, giai đoạn đầu người ta cho vào các chất phụ gia để kích hoạt nấm men và giữ ở áp suất dư 0,5 bar và nhiệt độ 10oC. Quá trình lên men chính gồm 4 giai đoạn: + Giai đoạn 1: thường xảy ra sau 24h kể từ khi nạp dịch lên men đầy bồn. Giai đoạn lên men tăng trưởng nhanh.Dịch lên men giảm từ 11oPL xuống 9oPL. + Giai đoạn 2: Hai ngày tiếp theo, lúc này nấm men hoạt động mạnh dần lên, bọt nhiều và dày hơn. Dịch lên men chỉ cịn 6,9÷7oPL. + Giai đoạn 3: Hai ngày tiếp theo. Đây là giai đoạn lên men mạnh nhất, hàm lượng diaxetyl và CO2 sinh ra nhiều nhất. Dịch lên men chỉ cịn 2,7÷3oPL. + Giai đoạn 4: Thường kéo dài 1 – 1,5 ngày cuối cùng. Quá trình lắng nấm men bắt đầu. Dịch lên men chỉ cịn 2,4÷2,5oPL. Kết thúc giai đoạn 4 ta thu được bia non. Quá trình lên men chính diễn ra trong 6-7 ngày. 1.3.7.2. Lên men phụ Quá trình lên men phụ là quá trình lên men tiếp tục lượng đường sĩt sau quá trình lên men chính nhằm chuyển hĩa diacetyl, andehyt… tạo thành các este và rượu bậc cao. Lên men phụ ở nhiệt độ 0- 20C. Và áp suất tăng lên 1,2 – 1,4kg. Việc tăng áp suất trong giai đoạn này sẽ khơng làm ảnh hưởng đến trạng thái của nấm men và nĩ cịn làm hạn chế quá trình oxy hĩa, làm tăng độ bền của bia. 1.3.8. Lọc bia Bia sau khi tàng trữ vẫn cịn đục, lượng tế bào nấm men cịn nhiều chính vì vậy phải lọc trước khi xuất xưởng. Quá trình lọc được tiến hành ở nhiệt độ 1÷2oC. Loại bỏ những cấu tử gây đục cho bia như nấm men, các hạt phân tán cơ học, các hạt dạng keo, phức chất protein-polyphenol, nhựa đắng và nhiều loại hạt li ti khác, đồng thời bổ sung CO2 cho bia…nhằm làm tăng độ bền của bia, tăng thời gian bảo quản và tạo cảm quan. 1.3.9. Bão hịa CO2 và chiết bia 1.3.9.1. Bão hịa CO2 Nhằm làm tăng chất lượng cảm quan, chống kết tủa và là mơi trường tốt để bảo quan bia. Bổ sung lượng CO2 bị thất thốt trong quá trình lọc bia. Tạo mọi điều kiện về nhiệt độ, áp suất để tiến hành bão hịa CO2. 1.3.9.2. Chiết bia Bia sau khi sử dụng trong chai cịn lại một phần dinh dưỡng. Do tiếp xúc với oxy trong khơng khí tạo điều kiện cho các loại vi sinh vật, nấm men, men dại … phát triển.Vì vậy chai phải được ngâm rửa và được vịi phun nước rửa sơ bộ, nhiệt độ của nước là 50÷55oC. Sau đĩ được chuyển qua khu vực phun xút 1,5% ở nhiệt độ 85oC, nước ấm 40oC và nước 15oC. 1.3.10. Thanh trùng Trong bia thành phẩm luơn chứa các tế bào cịn sống gồm nấm men thuần chủng, vi khuẩn lactic, nấm sợi, nấm men giống, nấm men dại. Vì vậy phải xử lí để tiêu diệt vi sinh vật Khả năng chịu nhiệt vi sinh vật khác nhau là khác nhau. Tuy nhiên qua thực tế nhiều năm sản xuất, nhà máy bia Sài Gịn-Miền Trung đã chọn chế độ thanh trùng pasteur. Vì đây là chế độ thanh trùng tối ưu đảm bảo mùi vị của bia là tốt nhất. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA 2.1 Tình trạng ơ nhiễm từ ngành cơng nghiệp sản xuất bia hiện nay Năm 2005 sản lượng bia sản xuất khoảng 1.500 triệu lít, sản lượng rượu sản xuất là 80 triệu lít. Cả nước cĩ hơn 329 cơ sở sản xuất bia với cơng suất thiết kế 1.737 triệu lít. Trong đĩ, 19 nhà máy đạt sản lượng sản xuất thực tế trên 20 triệu lít, 15 nhà máy bia cĩ cơng suất lớn hơn 15 triệu lít, 268 cơ sở cĩ năng lực sản xuất dưới 1 triệu lít/năm. Ngồi ra cịn cĩ khoảng trên 300 cơ sở dân tự nấu rượu, tự tiêu thụ với sản lượng ước khoảng 242 triệu lít. Như vậy, lượng nước thải từ các nhà máy xí nghiệp này là khơng nhỏ. Các cơ sở tự nấu bia rượu với trang thiết bị cịn lạc hậu v quy mơ sản xuất nhỏ nn hầu như khơng cĩ hệ thống xử lý nước thải riêng và đúng kỹ thuật. Cịn cc nh my sản xuất với quy mơ lớn tuy đ trang bị hệ thống xử lý nước thải nhưng mới chỉ cĩ rất ít hệ thống hồn chỉnh cĩ khả năng xử lý triệt để nước thải trước khi xả ra mơi trường. Theo báo cáo đánh giá tác động mơi trường 2009 của Tổng cục Mơi trường Việt Nam, Cơng ty Cổ phần Bia Si Gịn Nghệ Tĩnh – với lưu lượng nước thải khoảng 900 m3/ngy đêm - thơng số ơ nhiễm như sau: hàm lượng sunfua (S2-) = 7,95 mg/l, vượt 16,06 lần quy chuẩn kỹ thuật cho phép theo TCVN 5945: 2005, cột B với Kq=0,9 và Kf = 1,1 (QCVN); COD = 252 mg/l, vượt QCVN 3,18 lần; BOD5 = 88 mg/l, vượt 1,78 lần. Kết quả phân tích mẫu nước lẫn bùn thải cĩ: COD vượt 120,2 lần; BOD5 vượt 86,5 lần,...Tương tự, Cơng ty bia nước giải khác HABECO Hà Nội đ cĩ hnh vi vi phạm hnh chính xả nước thải vượt tiu chuẩn cho php từ 10 lần trở ln (COD = 937mg/l; tiêu chuẩn cho phép = 80mg/l) trong trường hợp lượng nước thải từ 50 m3/ngày đến 5.000 m3/ngy.  Tháng 7.2008, Sở Tài nguyên và Mơi trường TPHCM đ kiểm tra phn tích mẫu nước và khí thải phát sinh từ hố ga 1 của xưởng ln men Nh my Bia Si Gịn cho thấy mẫu nước cĩ độ pH vượt tiêu chuẩn cho phép gần 2 lần, COD vượt 8 lần, BOD5 vượt gần 8 lần, coliforms vượt 6 lần. Cịn kết quả phn tích nước thải phát sinh từ xưởng lên men (lấy tại hố ga gần cổng số 2) cĩ COD và BOD5 vượt tiêu chuẩn khoảng 3 lần, SS vượt gần 1 lần. Cá biệt chất coliforms vượt tiêu chuẩn cho phép lên đến 18.600 lần. Tại xưởng nấu, nước thải phát sinh cĩ nồng độ COD và BOD5 vượt tiêu chuẩn lên đến hơn 9 lần, coliforms vượt hơn 8 lần và SS là hơn 3 lần.Đây là nhà máy bia cĩ tổng lưu lượng nước thải khoảng 3.100m³/ngày. Bên cạnh đĩ, Nhà máy Bia Sài Gịn - Hồng Quỳnh thuộc Cơng ty cổ phần Bia Sài Gịn - Bình Ty từ khi bắt đầu hoạt động từ năm 2004 với tổng sản lượng khoảng 50 triệu lít bia/năm đến năm 2008, hệ thống xử lý nước thải của cơng ty vẫn chưa hồn thành. Kết quả phân tích mẫu nước thải sau hệ thống xử lý cho thấy lưu lượng BOD, COD vượt tiêu chuẩn cho phép từ 4 - 7 lần. Khu vực nước xung quanh các nhà máy bia này luơn cĩ mùi hơi thối, màu nước thay đổi theo từng thời điểm và cĩ chu trình vo cc buổi trong ngy với những mu kh đặc trưng. Ngày 21/5/2009, Bộ Cơng thương cĩ quyết định phê duyệt quy hoạch phát triển bia, rượu và nước giải khát đến 2015. Theo bản kế hoạch này, đến năm 2010, sản lượng bia sẽ đạt 2,5 tỷ lít bia, đến năm 2015, sản lượng sản xuất đạt 4,0 tỷ lít bia, xây dựng mới các nhà máy cĩ quy mơ cơng suất từ 100 triệu lít/năm trở lên. Như vậy, với thực trạng ơ nhiễm hiện tại và quy hoạch phát triển cơng nghiệp sản xuất bia trong thời gian tới cho thấy vai trị rất quan trọng của việc xử lý nước thải bia để đảm bảo mơi trường sống xung quanh khu vực. 2.2 Chất thải nhà máy sản xuất bia 2.2.1 Khí thải Khí thải nh my bia bao gồm cc khí CO2 từ cc thng ln men, cc chất khí v bụi ơ nhiễm phát sinh chủ yếu do dốt nhin liệu than, dầu ở lị hơi gồm SO2, NOx, CO2, CO, bụi than... Ngồi ra cũng cĩ khí NH3, freon... cĩ thể phát sinh ra khi hệ thống máy lạnh bị rị rỉ. Đối với CO2 trong sản xuất bia l CO2 thực phẩm cĩ thể làm sạch việc thu hồi tái sử dụng. Các chất khí SO2, NOx, CO2, CO, bụi than... cĩ thể xử lý bằng xyclon, hấp thụ. Bụi từ khâu xay, nghiền nguyên liệu cĩ thể khắc phục bằng cách xay ướt, lọc bằng túi vải hoặc bao che kín hệ thống nghiền và tải liệu. 2.2.2 Chất thải rắn Chất thải rắn pht sinh trong sản xuất bia gồm: mầm malt, các phế li._.ệu hạt tạo ra trong quy trình làm sạch, bão hịa, lọc bia... Các chất thải này được phân loại và dùng làm thức ăn gia súc, phân bĩn. Ngồi ra cịn cĩ xỉ than từ lị hơi trong quá trình nấu bia, bao bì, chai thủy tinh, lon, két nhựa, hộp giấy... 2.2.3 Nước thải Nước thải trong cơng nghệ sản xuất bia bao gồm các nguồn: nước thải sản xuất, nước thải sinh hoạt và nước mưa chảy tràn. Nước thải lọc bia hèm trong cơng nghệ: đây là loại nước thải ơ nghiễm mạnh. Nước thải phát sinh từ cơng nghệ lọc phèn, nên chúng bị nhiễm bẩn chủ yếu bởi các chất hữu cơ, cặn bẩn, hàm lượng các vi sinh vật. Chỉ tiêu ơ nhiễm như sau: COD = 4000 – 5000 mg/l SS = 200 – 300 mg/l Nước thải lọc dịch đường: nước thải này thường bị nhiễm bẩn hữu cơ lượng glucose trong nước này cũng ở mức cao, là mơi trường thuận lợi cho sự phát triển của các loại vi sinh vật. Ngồi ra, nước thải lọc đường cĩ độ đục và độ màu khá cao. Cơng đoạn hồ hĩa – đường hĩa: Nước vệ sinh chứa các cặn lơ lửng là bã malt, gạo khơng hịa tan. Nước sinh ra do quá trình tách nước khỏi bã, khi bã để trên sàn lưới chờ phân phối cho các hộ dân. Nước thải cơng đoạn này chứa chủ yếu các chất hữu cơ. Cơng đoạn đun hoa houblon – lọc hoa: Nước rửa vệ sinh thùng nấu hoa houblon, thùng lọc bỏ hoa chứa cặn lơ lửng bao gồm: xác hoa houblon (chứa protein, chất đắng,...), phức protein – phenol, glucozo,... Cơng đoạn làm lạnh lên men: Ở cơng đoạn làm lạnh dịch đường bằng máy lạnh cĩ thể làm rị rỉ NH3, glycol,..., nước rửa sàn, mặt bằng xung quanh máy. Nước thải này cĩ nồng độ ơ nhiễm hữu cơ khơng cao. Nước rị rỉ trong cc đường ống, thiết bị dẫn đường lên men, nước vệ sinh các tank lên men. Loại nước thải này chứa hàm lượng chất hữu cơ cao như: xác men, protein,... Ngồi ra trong cơng đoạn lên men cịn cĩ nước rửa sàn phịng ln men. Nước thải cơng đoạn chiết chai: Nước rửa sàn, trong xưởng lọc bia. Nước rửa chai, nước rửa sàn chứa hàm lượng hữu cơ tương đối cao ngồi ra căn các chất tẩy rửa NaOH, stabilon,... Nước bia vi trong qu trình chiết chai, rửa mặt ngồi của chai chứa chủ yếu là các men, các chất cặn trong thành phần của bia. Nước thải của các thiết bị giải nhiệt được coi là sạch nhưng cĩ nhiệt độ cao 40 – 450C cĩ thể cĩ một lượng dầu mỡ nhưng khơng đáng kể. Bảng 2.1. Các loại chất thải nhà máy bia Loại chất thải Thành phần Nguồn thải Khí thải - SO2, CO2, CO. - NH3, freon bụi than... - NH3, feron... - Các thùng lên men. - Đốt nhiên liệu than, dầu từ lị than. - Hệ thống máy lạnh. Chất thải rắn - Xỉ than. - Mầm mạch. - Bao bì, chai thủy tinh, lon, két nhựa, hộp giấy. - Từ lị hơi. - Trong quá trình ngâm,làm sạch malt. - Trong phân xưởng chiết bia, nhà kho. Nước thải - Đường hĩa – hồ hĩa . - Nấu và lọc. - Làm lạnh lên men. - Cơng đoạn chiết chai. - Cặn lơ lửng, bã malt, gạo. - Xác hoa, phức protein, glucose. - Xác men, protein, NH3, glycol... - Chất tẩy rửa NaOH, stabilon, các men, các chất trong thành phẩm bia. - Do quá trình tách nước khỏi bã. - Nước rửa thùng nấu hoa houblon, thùng lọc bã hoa. - Rị rỉ các đường ống, thiết bị dẫn đường lên men và nước vệ sinh tank lên men. - Nước rửa chai, rửa sàn, nước bia vãi ra ngồi trong quá trình chiết chai. 2.3 Đặc trưng của nước thải ở các nhà máy bia Nước thải là nguồn thải chính đáng lưu ý trong ngành sản xuất bia. Cơng nghệ sản xuất bia sử dụng một lượng nước lớn và thải ra một lượng nước thải đáng kể. Lượng nước thải khoảng 7 – 10m3 /1000 lít, gấp 10 – 20 lần lượng bia thành phẩm. Nước thải sản xuất bia chứa hàm lượng chất hữu cơ cao dễ phân hủy sinh học như: protein, amino acid, hydratcacbon, acid hữu cơ, rượu hữu cơ,... Dựa theo hàm lượng BOD, nước thải cĩ thể chia làm 2 nhĩm: Nước thải cĩ BOD thấp gồm nước rửa chai, nước từ hệ thống nước cấp, nước làm mát máy và nước rửa sàn vệ sinh cơng nghiệp Nước thải cĩ BOD cao gơm nước thải từ cơng đoạn nấu, cơng đoạn lên mne, lọc và từ cơng đoạn chiết chai. Lưu lượng và đặc tính dịng chảy thay đổi theo quy mơ, sản lượng và mùa sản xuất. Tại Việt Nam, để sản xuất được 1000L bia sẽ đưa ra mơi trường khoảng 2kg chất rắn lơ lửng, 10kg BOD, pH từ 5,8-8. Bảng 2.2. TCVN 5945: 2005 Giá trị giới hạn các thơng số và nồng độ các chất ơ nhiễm trong nước thải cơng nghiệp Các chất ơ nhiễm Đơn vị tính Mức hiện tại ở VN TCVN 5945: 2005 Tác động đến mơi trường A B C pH 6 - 8 6 - 9 5.5 - 9 5 - 9 - BOD5 mg/ l 900 - 1400 ≤ 30 ≤ 50 ≤ 100 Ơ nhiễm COD mg/ l 1700 - 2200 ≤ 50 ≤ 80 ≤ 400 Ơ nhiễm SS mg/ l 500 - 600 ≤ 50 ≤ 100 ≤ 200 Gây ngạc thở cho thủy sinh Tổng N mg/ l 30 ≤ 15 ≤ 30 ≤ 60 Gây ra hiện tượng phi dưỡng cho thực phẩm Tổng P mg/ l 22 - 25 ≤ 4 ≤ 60 ≤ 8 Kích thích thực vật NH4+ mg/ l 13 - 16 ≤ 5 ≤ 10 ≤ 15 Độc hại cho cá nhưng thúc đẩy thực vật phát triển, thường gây ra các hiện tượng tảo 2.4 Ảnh hưởng của nước thải nhà máy bia đến mơi trường Nước thải sản xuất bia cĩ hàm lượng các chất hữu cơ cao nếu khơng xử lý mà trực tiếp vào nguồn tiếp nhận (sơng, hồ,...) sẽ ảnh hưởng rất lớn tới mơi trường. Tảo trong nước thải quá cao thì quá trình oxy hĩa sẽ diễn ra nhanh, nguồn oxy trong nước nhanh chĩng bị cạn kiệt và quá trình oxy hĩa bị ngừng lại, tạo điều kiện cho vi khuẩn kỵ khí hoạt động sinh các khí CH4, CO2, H2S cĩ mùi hơi và độc hại. Nguồn nước bị nhiễm bẩn sẽ bị đục, cĩ mùi, màu đặc trưng; xuất hiện chất nổi trên bề mặt và cặn lắng ở đáy; làm mất sự cân bằng sinh thái tự nhiên. Trong tự nhiên, nguồn nước cĩ thể tự làm sạch nhưng phải mất một thời gian khá dài. Nước thải từ máy lạnh, nước làm lạnh dịch bia và nước ngưng tụ trong nấu bia cịn ở nhiệt độ cao nếu thải trực tiếp vào nguồn tiếp nhận sẽ gây ra nhiều biến đổi về sinh lý, vật lý, hĩa học của thủy sinh vật như kích thích các loại tạo xanh phát triển mạnh gây nguy hiểm cho hệ sinh thái nước, làm thay đổi chu kỳ sinh học của các lồi động vật nước, kích thích sự tăng trưởng của vi sinh vật gây bệnh... Ngồi ra, nước thải nếu chứa lượng chất lơ lửng lớn sẽ gây ứ đọng, tắc cống rãnh, gây ơ nhiễm lâu dài nguồn nước. Tĩm lại các chất hữu cơ dễ chuyển hĩa sinh học trong nước thải nếu khơng được xử lý kịp thời sẽ bị thối rữa, làm mất mỹ quan cơ sở, gây ơ nhiễm đất, nước, khơng khí, ảnh hưởng đến sức khỏe của cơng nhân và cộng đồng dân cư xung quanh. 2.5 Các chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng nước 2.5.1 Độ pH Trị số pH cho biết nước thải cĩ tính axit, kiềm hay trung tính. Quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học rất nhạy cảm với sự dao động của giá trị pH (các vi sinh vật sẽ bị ức chế hoặc bị chết khi cĩ sự thay đổi pH). Vì vậy cần kiểm tra giá trị pH trong khoảng thích hợp trước khi cho nước thải vào hệ thống xử lí. 2.5.2 Chất rắn lơ lửng (SS) Chất rắn lơ lửng là các hạt nhỏ (hữu cơ, vơ cơ) trong nước thải khi vận tốc dịng chảy giảm xuống phần lớn các chất rắn lơ lửng sẽ lắng xuống, những hạt nào khơng lắng sẽ gĩp phần tạo thành độ đục của nước. Các chất lơ lửng hữu cơ sẽ tiêu thụ oxi để phân hủy làm giảm DO trong nước. Các cặn lắng sẽ làm đầy các bể chứa và làm giảm thể tích hữu dụng của chúng. Cặn lơ lửng cĩ thể nhìn thấy bằng mắt thường, cĩ thể loại bỏ nĩ ra khỏi nước thải bằng quá trình keo tụ, lắng lọc. Để xác định hàm lượng cặn lơ lửng, lấy mẫu nước thải lọc qua giấy lọc tiêu chuẩn, sấy khơ ở 1050C sẽ được hàm lượng cặn lơ lửng (mg/l). 2.5.3 Độ đục Độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc do giới thủy sinh gây ra. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnh hướng đến khả năng quang hợp của các vi sinh vật tự dưỡng trong nước. Nước càng bẩn, độ đục càng cao. Đơn vị chuẩn đo độ đục là sự cản quang do 1 mg SiO2 hịa tan trong 1 lit nước cất gây ra. 2.5.4 Oxi hịa tan (DO – Dissolved oxigen) Oxi tan trong nước rất cần cho vi sinh vật hiếu khí. Bình thường oxi hịa tan trong nước khoảng 8 – 10 mg/l, chiếm 70 – 85% khi oxi bão hịa. Mức oxi hịa tan trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ ơ nhiễm chất hữu cơ, vào hoạt động của thế giới thủy sinh, các hoạt động hĩa sinh, hố học và vật lý của nước. Trong mơi trường nước bị ơ nhiễm nặng, oxi được dùng nhiều trong các quá trình hĩa sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầm trọng. 2.5.5 Chỉ số BOD (Nhu cầu oxi sinh hĩa – Biochemical oxigen Demand) Chỉ tiêu này xác định độ ơ nhiễm của nước thải hoặc nước sơng, hồ do chứa các chất dạng tan, keo, khơng tan khĩ lắng. Đĩ là lượng oxi cần thiết để oxi hĩa các chất hữu cơ cĩ trong nước thải bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí. Quy trình này được tĩm tắt như sau: vi sinh vật Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O Tuy nhiên tùy theo mục đích nghiên cứu và thời gian cho phép, người ta cĩ thể xác định lượng oxi tiêu thụ để oxi hĩa tồn bộ các chất bẩn hữu cơ trong nước thải. Nhu cầu oxi sinh hĩa cĩ thể xác định sau 5 ngày hoặc 20 ngày tương ứng với các ký hiệu: BOD5, BOD20. Đối với nước cơng nghiệp thực phẩm sau 20 ngày hầu như oxi hĩa tồn bộ các chất hữu cơ cho nên BOD20 được coi là BOD tồn phần. Xác định BOD được dùng rộng rãi trong kỹ thuật mơi trường để: + Tính gần đúng lượng oxi cần thiết oxi hĩa các chất hữu cơ dễ phân hủy cĩ trong nước thải. + Làm cơ sở tính tốn kích thước các cơng trình xử lí. + Xác định hiệu suất xử li của một số quá trình. + Đánh giá chất lượng nước sau khi xử lí được phép thải vào các nguồn nước. Trong thực tế, người ta khơng thể xác định lượng oxi cần thiết để phân hủy hồn tồn chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học, mà chỉ xác định lượng oxi cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 20oC trong bĩng tối (để tránh hiện tượng quang hợp ở trong nước). 2.5.6 Chỉ số COD (Nhu cầu oxi hĩa học – Chemical oxigen Demand) COD là lượng oxi cần thiết cho quá trình oxi hĩa tồn bộ các chất hữu cơ của nước thải và sự ơ nhiễm của nước trong tự nhiên. Chỉ số này dùng để đánh giá một cách tương đối tổng hàm lượng của các chất hữu cơ hịa tan trong nước thải. Chỉ số COD càng cao, mức độ ơ nhiễm càng nặng và ngược lại. Xác định COD bằng cách sử dụng một chất oxi hĩa mạnh trong mơi trường axit, thơng thường nhất là K2Cr2O7. 2.5.7 Các hợp chất của Nitơ trong nước thải Cũng như Cacbon, nguyên tố Nitơ gắn liền với sự sống. Các hợp chất của Nito rất đa dạng. Sự phân giải các chất sống đến cùng đã tạo ra amoniac (NH3) hịa tan tốt trong nước. Trong mơi trường kiềm, khí amoniac thốt ra cĩ mùi khai khĩ chịu, cạnh tranh sự hịa tan của oxi trong nước, đầu độc các động vật thủy sinh. Trong mơi trường trung tính và axit, amoniac tồn tại dưới dạng cation amoni (NH4+), tạo điều cho rêu tảo phát triển khi cĩ ánh sáng. Vì vậy ở các ao hồ bẩn, nước thường cĩ màu xanh lục. Khi cĩ oxi và các vi khuẩn tự dưỡng, amoniac được oxi hĩa thành các oxi của Nito với các giá trị khác nhau. 2.5.8 Các hợp chất của phospho trong nước thải Phospho tồn tại ở trong nước với các dạng H2PO4-, HPO4-2, PO4-3, các polyphosphat như Na3(PO3)6 và phospho hữu cơ từ các nguồn như phân, nước tiểu, ure, phân bĩn dùng trong nơng nghiệp, các chất tẩy rửa sử dụng trong sinh hoạt và sản xuất. Phospho cũng giống như nito, là cơ chất cần thiết cho vi sinh vật sống và phát triển. Nếu nồng độ phospho cĩ trong nước thải xả ra sơng suối, hồ quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng. Bảng 2.3. Giá trị của các thơng số ơ nhiễm nước thải trong cơng nghiệp QCVN / 24: 2009BTNMT STT Thơng số Đơn vị A B 1 Nhiệt độ 0C 40 40 2 pH - 6 – 9 5,5 - 9 3 Mùi - Khơng khĩ chịu Khơng khĩ chịu 4 Độ màu - 30 50 5 BOD5(200C) mg/l 50 100 6 COD mg/l 50 100 7 SS mg/l 15 30 8 N tổng mg/l 4 6 9 P tổng mg/l 3000 5000 10 Coliform MPN/ 100ml 20 70 2.6 Các giải pháp giảm thiểu lượng và tải lượng nước thải nhà máy bia Trong sản xuất bia cơng nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự khác nhau cĩ thể chỉ là sử dụng phương pháp lên men nổi hay chìm. Sự khac nhau cơ bản là lượng nước sử dụng cho mục đích rửa chai, máy mĩc thiết bị, sàn nhà, số lượng cơng nhân sử dụng nước cho sinh hoạt, . . . Điều này dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ơ nhiễm của các nhà nhà máy bia khác nhau. 2.6.1 Tái sử dụng nước thải Nước làm mát cho máy lạnh, làm lạnh dịch bia → giải nhiệt, tuần hồn. Nước ngưng tụ trong nấu bia → thu hồi → cấp lại cho nồi hơi (do nước ngưng cịn ở nhiệt độ cao, đây là nước mềm, khơng chứa ion Ca2+, Mg2+ đĩng cặn thành thiết bị). Nước rửa các thùng lên men, chai như CIP (2 loại nĩng, lạnh) định kì một tuần rửa thùng một lần (ở nhiệt độ cao → tc dụng tẩy rửa cao), xử lý bằng phương pháp lọc, bổ sung thêm hĩa chất → ti sử dụng. 2.6.2 Phân luồng nước thải sản xuất Dịng 1: đây là nguồn nước qui ước sạch với số lượng lớn khoảng 550 – 600 m3/ ngày đêm gồm nước dùng để làm lạnh trong các thiết bị, tháp giải nhiệt của hệ thống lạnh, nước ngưng ở các nồi nấu... Dịng 2: Nước thải sinh hoạt được quy định thành nước thải xám và nước thải đen, trong đĩ nước thải xám là nước thải phát sinh từ các hoạt động nấu ăn, tắm rửa, giặc giũ; nước thải đen là nước thải dùng trong việc xả bồn cầu tại các khu vệ sinh. Nước thải đen bắt buộc phải được xử lý cục bộ trước khi xả vào hệ thống xử lý nước thải chung. Dịng 3: Nước thải sản xuất, là dịng thải lớn với số lượng 1000 – 1200 m3 / ngày đêm từ các phân xưởng nấu, đường hĩa, lên men, lọc, chiết bia... Dịng thải này chủ yếu là nước rửa vệ sinh thiết bị, sàn nhà. Đây là dịng thải chính cần xử lý triệt để. Dịng này cĩ hàm lượng chất hữu cơ cao, dễ bị phân hủy làm ơ nhiễm mơi trường. 2.7 Nước thải nhà máy bia Quy Nhơn Theo báo cáo năm 2009, Cơng ty bia Quy Nhơn sản xuất được 39,6 triệu lít bia, cĩ giá trị sản xuất chiếm 5,1% giá trị sản xuất cơng nghiệp tồn tỉnh, tiêu thụ được 34,88 triệu lít. Song song đĩ, nhà máy cũng thải ra mơi trường lượng nước thải: 5000m3/ ngày đêm. Tuy nhiên, với hệ thống xử lý yếm khí-hiếu khí cĩ cơng suất thiết kế: 1200m3 / ngày đêm, so với bảng các thơng số ơ nhiễm nước thải cơng nghiệp QCVN 24: 2009/ BTNMT thì nhà máy bia Quy Nhơn với chỉ tiêu nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn Việt Nam của Bộ Tài Nguyên Mơi Trường quy định. Bảng 2.4. Chỉ tiêu chất lượng nước thải đầu ra của nhà máy bia Quy Nhơn Chỉ tiêu Đơn vị Quy định Thực hiện pH 5,5 – 9,0 6,0 – 9,0 SS mg/l 100 < 100 COD mg/l 80 < 80 BOD mg/l 50 < 50 N tổng mg/l 30 < 30 Coliform MPN/ 100ml 5000 < 5000 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA 3.1 Hệ vi sinh vật nước thải nhà máy bia 3.1.1 Hệ vi sinh vật trong nước thải nhà máy bia Các vi sinh vật hiện diện trong nước thải bao gồm các vi khuẩn, virus, nấm, tảo, nguyên sinh động vật, các lồi động vật và thực vật bậc cao. Nước thải nhà máy bia là loại nước thải giàu chất hữu cơ như hydrocacbon, cellulose, protein, . . . , các vi khuẩn cĩ dạng hình ống giữ vai trị rất quan trọng, trước hết phải kể đến một đại diện là vi khuẩn Sphaerotilus natans hay “nấm nước thải” . Nĩ phủ lên mặt đáy của vùng nước cực bẩn một lớp khối tế bào dày đặc, bằng mắt thường cũng cĩ thể quan sát được. Loại vi khuẩn này thường phát triển mạnh ở vùng nước cĩ đủ oxygen. Ngồi xuất hiện ở nước thải sinh hoạt, S. natans thường được thấy cĩ trong nước thải của các nhà máy cellulose và thực phẩm. Do sự phát triển mạnh của Sphaerotilus, oxygen bị tiêu thụ nhiều. Khi một lượng lớn S. natans tích tụ ở những vùng nước lặng sẽ xuất hiện tình trạng báo động về oxygen. Nĩ sẽ làm cho oxygen trong nước biến mất hồn tồn. Cuối cùng rồi cả khối S. natans cũng bị thối rữa, H2S sẽ xuất hiện cùng với một số chất khác. Bên cạnh vi khuẩn, trong nước thải giàu chất hữu cơ cũng cĩ chứa nhiều nấm. Bảng 3.1 Một số giống vi khuẩn chính cĩ trong bùn hoạt tính và chức năng của chúng khi tham gia xử lý nước thải STT Vi khuẩn Chức năng 1 Pseudomonas Phân hủy hydratcacbon, protein, các chất hữu cơ, . . . và khử nitrat. 2 Arthrobacter Phân hủy hydratcacbon. 3 Bacillus Phân hủy hydratcacbon, protein. 4 Cytophaga Phân hủy các polyme. 5 Zooglea Tạo thành chất nhầy (polysaccarit), chất keo tụ. 6 Acinetobacter Tích lũy polyphosphate, khử nitrat. 7 Nitrosomonas Nitrit hĩa 8 Nitrobacter Nitrat hĩa 9 Sphaerotilus Phân hủy các chất hữu cơ. 10 Alkaligenes Phân hủy protein, khử nitrat. 11 Flavobacterium Phân hủy protein. 12 Nitrococus denitrificans Khử nitrat (thành N2). 13 Thiobaccillus denitrificans Khử nitrat (thành N2) 14 Acinetobacter Khử nitrat (thành N2) 15 hyphomicrobium Khử nitrat (thành N2) 16 Desulfovibrio Khử sunfat, khử nitrat 3.1.2 Chuyển hĩa vật chất của vi sinh vật trong nước thải nhà máy bia Quá trình chuyển hĩa của vi sinh vật trong nước thải nhà máy bia cũng theo quy luật chuyển hĩa các chất của vi sinh vật trong nước thải. Khi nước thải mới ra khỏi nhà máy, hàm lượng vi sinh vật thường khơng nhiều. Sau một thời gian, những nhĩm vi sinh vật thích nghi được với đặc trưng của nước thải sẽ phát triển mạnh, số lượng và số lồi dần phong phú hơn. Quá trình trao đổi chất ở vi sinh vật trong nước thải gồm hai quá trình cơ bản là quá trình đồng hĩa và quá trình dị hĩa. Quá trình đồng hĩa xảy ra bên trong tế bào vi sinh vật, là quá trình cần năng lượng để tổng hợp những sản phẩm cấu thành sinh khối tế bào. Năng lượng cho quá trình đồng hĩa được lấy từ các phân tử cao năng như ATP, ADP ... , từ quá trình dị hĩa hoặc từ các chất dự trữ khác trong tế bào. Quá trình dị hĩa cĩ thể xảy ra bên trong và bên ngồi tế bào vi sinh vật, là quá trình phân hủy các chất nhằm cung cấp năng lượng, nguyên vật liệu cho quá trình đồng hĩa. Mặt khác, tế bào vi sinh vật thường khơng chứa nhiều hợp chất hĩa học giàu năng lượng. Do đĩ, vi sinh vật cần phải nhận thêm các nguồn năng lượng từ bên ngồi như năng lượng của ánh sáng mặt trời ở nhĩm vi sinh vật tự dưỡng quang năng, năng lượng sinh ra từ quá trình oxy hĩa các chất ở nhĩm vi sinh vật tự dưỡng hĩa năng. Đối với các nhĩm vi sinh vật dị dưỡng carbon, chúng sử dụng năng lượng từ quá trình chuyển hĩa các hợp chất carbon hữu cơ trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí. Trong quá trình chuyển hĩa vật chất, vi sinh vật luơn luơn ưu tiên sử dụng các vật chất dễ chuyển hĩa trước, sau đĩ mới sử dụng đến các vật chất khĩ chuyển hĩa hơn. Do đĩ, đường cong sinh trưởng của vi sinh vật trong nước thải là đường cong sinh trưởng kép. Hình 3.1 Đường cong sinh trưởng kép của vi sinh vật trong nước thải (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng (2003), Cơng nghệ xử lý nước thải) Ghi chú : 1 : giai đoạn thích nghi ban đầu 1 : giai đoạn thích nghi với saccharose 1 : giai đoạn thích nghi với tinh bột 2 : giai đoạn tăng trưởng ban đầu 2 : giai đoạn tăng trưởng khi sử dụng saccharose 2: giai đoạn tăng trưởng khi sử dụng tinh bột 3 : giai đoạn cân bằng 4 : giai đoạn suy vong. A : đường cong sinh trưởng kép B : đường cong sin trưởng đơn. Hỉnh 3.2 Quá trình chuyển hĩa vật chất của vi sinh vật (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng (2003), Cơng nghệ xử lý nước thải) 3.2 Một số phương pháp xử lý nước thải nhà máy bia 3.2.1 Hệ thống hiếu khí Quá trình xử lý sinh học xảy ra trong hệ thống hiếu khí trong nước thải gồm 3 giai đọan: Oxy hĩa các chất hữu cơ CxHyOz + O2 à CO2 + H2O Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 à CO2 + H2O + C5H7NO2 Phân hủy nội bào C5H7NO2 + 5O2 à CO2 + H2O + NH3 3.2.1.1 Bùn hoạt tính Quá trình bùn hoạt tính hay bể hiếu khí (aerotank) là quá trình xử lý sinh học hiếu khí, trong đĩ nồng độ cao của các vi sinh vật mới được tạo thành được trộn đều với nước thải. Quy trình xử lý nước thải bằng bùn họat tính được thực hiện với phạm vi ứng dụng rộng rãi xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải cơng nghiệp. Bàn họat tính bao gồm những vi sinh vật sống kết lại thành dạng hạt hoặc dạng bơng với trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%). Chất nền tring bùn hoạt tính cĩ thể đến 90% là phần chất rắn của rêu, tảo và các phần sĩt rắn khác nhau. Bùn hiếu khí ở dạng bơng bùn vàng nâu, dễ lắng là hệ keo vơ định hình cùng bùn kỵ khí ở dạng bơng và dạng hạt màu đen. Những vi sinh vật sống trong bùn là vi khuẩn đơn bào hoặc đa bào, nấm, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh và động vật hạ đẳng. Vai trị cơ bản trong quá trình làm sạch nước thải của bùn họat tính là vi khuẩn. Hệ vi sinh vật đặc trưng trong bùn họat tính như Bacillus, Pseudomonas, Achrobacter, hỗn hợp các vi khuẩn khác như E. coli, Micrococus . Phần lớn các vi sinh vật trên đều cĩ khả năng xâm chiếm và bám dính trên bề mặt vật rắn khi cĩ cơ chất, muối khống và oxi tạo nên màng sinh học dạng nhầy cĩ màu thay đổi theo thành phần nước thải. Trên lớp màng sinh học cĩ chứa hàng triệu đến hàng tỷ tế bào vi khuẩn, nấm men, nấm mốc….Tuy nhiên khác với hệ quần thể trong bùn hoạt tính thành phần lồi và số lượng các lồi sinh học tương đối đồng nhất Quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn: Giai đọan 1: bùn hoạt tính thành phần và phát triển. Lúc này cơ chất và chất dinh dưỡng đang rất phong phú, sinh khối bùn cịn ít. Theo thời gian, quá trình thích nghi của vi sinh vật tăng, chúng sinh trưởng theo cấp số nhân, sinh khối bùn tăng mạnh. Vì vậy, lượng oxy tiêu thụ tăng dần, vào cuối giai đọan này rất cao. Tốc độ tiêu thụ oxy vào cuối giai đoạn này cĩ khi gấp 3 lần ở giai đoạn 2. Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ tăng dần. Giai đoạn 2: Vi sinh vật phát triển ổn định, họat lực enzyme đạt tối đa và kéo dài trong thời gian tiếp theo. Tốc độ phân hủy chất hữu cơ đạt tối đa, các chất hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất. Tốc độ tiêu thụ oxy gần như khơng thay đổi trong một thời gian khá dài. Giai đọan 3: Tốc độ tiêu thụ oxy cĩ chiều hướng giảm dần và sau đĩ lại tăng lên. Tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm dấn và quá trình nitrat hĩa ammoniac xảy ra. Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm và quá trình làm việc của Aerotank kết thúc. Bùn dư Bùn hoạt tính Khơng khí Nước thải Nước sạch Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí 3.2.1.2 Lọc sinh học Thiết bị lọc sinh học là thiết bị được bố trí đệm và cơ cấu phân phối nước thải cũng như khơng khí. Trong thiết bị lọc sinh học, nước thải được lọc qua lớp vật liệu bao phủ bởi lớp màng vi sinh vật. Các vi khuẩn trong màng sinh học thường cĩ hoạt tính cao hơn vi khuẩn trong bùn hoạt tính. Màng sinh học hiếu khí là một hệ vi sinh vật tùy tiện. Ơ ngồi cùng của màng là lớp vi khuẩn hiếu khí mà dễ thấy là trực khuẩn Bacillus ở giữa là các vi khuẩn tùy tiện như Pseudomonas, Micrococus và Desulfovibrio. Phần cuối cùng của màng là các động vật nguyên sinh và một số vi sinh vật khác. Vi sinh trong màng sinh học sẽ oxi hĩa các hợp chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Như vậy, các chất hữu cơ được tách ra khỏi nước, cịn khối lượng của màng vi sinh học tăng lên. Màng vi sinh chết được cuốn trơi theo nước và đưa ra khỏi thiết bị lọc sinh học. Vật liệu đệm là vật liệu cĩ độ xốp cao, khối lượng riêng nhỏ và diện tích bề mặt lớn như sỏi, đá, ống nhựa, xơ dừa…. Màng sinh học đĩng vai trị tương tự như bùn hoạt tính, hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. tuy nhiên, vận tốc oxy hĩa trong thiết bị lọc sinh học thấp hơn Aerotank. Phần lớn các vi sinh vật cĩ khả năng xâm chiếm bề mặt vật rắn nhờ polimer ngoại bào, tạo thành một lớp màng nhầy này. Quá trình diễn ra rất phức tạp. Ban đầu, oxy và thức ăn được vận chuyển tới bề mặt lớp màng. Lúc này, bề mặt lớp màng cịn tương đối nhỏ, oxy cĩ khả năng xuyên thấu vào trong tế bào. Theo thời gian bề dày lớp màng tăng lên, dẫn tới việc bean trong màng hình thành một lớp kỵ khí nhằm dưới lớp hiếu khí. Khi chất hữu cơ khơng cịn, các tế bào bị phân hủy, trĩc thành từng mảng, cuốn theo dịng nước. Hình 3.4 Cơ chế màng lọc sinh học Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học là: bản chất của chất hữu cơ ơ nhiễm, vận tốc oxy hĩa, cường độ thĩang khí, tiết diện màng sinh học, thành phần vi sinh vật……. 3.2.2 Hệ thống kỵ khí Quá trình sinh học xảy ra trong hệ thống xử lý kỵ khí gồm cĩ các giai đọan sau: Giai đọan 1: Thủy phân Các chất hữu cơ cao phân tử như protein, carbohydrat, protein, cellulose, lignin ..., đđược cắt mạch thành các phân tử đđơn giản hơn, dễ phân hủy hơn Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hĩa protein thành amino acid, carbohydrat mạch đđơn Quá trình này xảy ra chậm, tốc đđộ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Giai đọan 2: Acid hĩa Vi khuẩn lên men chuyển các chất hịa tan thành chất đđơn giản như acid béo dễ bay hơi ( chủ yếu là acid acetic, propionic và acid lactic), alcohols, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới Sự hình thành các acid cĩ thể làm giảm pH xuống 4.0 Giai đọan 3: Acetic hĩa (Acetogenesis) Acid acetic hĩa chuyển hĩa các sản phẩm của giai đđọan acid hĩa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới Giai đọan 4: Methane hĩa (methanogensis) Vi sinh vật chuyển hĩa methane chỉ cĩ thể phân hủy một số lọai cơ chất nhất đđịnh như CO2, H2, formate, acetate, methanol và methylamines H2 + CO2 à CH4 + H2O 4HCOOH à CH4 + 3CO2 + 2H2O CH3COOH à CH4 + CO2 4CH3OH à 3CH4 + CO2+ 2H2O 4(CH3)3N+H2O à 9CH4+ 3CO 2 + 6H2O + 4NH3 Ở giai đđọan này acetate, H2, CO2 , formate, acetate, methanol và methylamines chuyển hĩa thành methane, CO2 và sinh khối mới. 3.2.2.1 Sinh học kỵ khí hai giai đọan Hệ thống sinh học kỵ khí hai giai đoạn gồm cĩ: Ở giai đoạn đầu, các họat động sinh hĩa chính là sự lỏng hĩa các chất rắn hữu cơ, phân hủy các hợp chất hữu cơ đã hịa tan và quá trình axit hĩa các hợp chất hữu cơ. Ơ giai đọan hai xảy ra chủ yếu là sự khí hĩa (tạo metan), tuy nhiên vẫn cĩ sự phân chia ở bề mặt và phân hủy bùn. Giai đọan đầu thường là quá trình phân hủy tải trong cao với sự khuấy trộn liên tục hỗn hợp, trong khi đĩ ở giai đoạn hai thường cĩ tải trong thấp với sự phân riêng bùn và nước. Các chất hữu cơ cung cấp ban đầu ở dịng vào trong giai đọan một thường lớn hơn so với giai đọan hai. Hầu hết các bể phân hủy được giữ ở nhiệt độ 29,40C – 37,80C để đẩy mạnh thời gian phân hủy. Thơng thường sự axit hĩa sẽ khơng xảy ra nếu bùn khơ được thêm vào hoặc lượng bùn dư hằng ngày khơng vượt quá 3 – 5% lượng bùn khơ cĩ trong hệ thống. Sự axit thể hiện ở sự giảm pH, hạn chế sự phát triển của vi khuẩn methane, giảm khả năng tạo khí,…vì vậy cĩ thể phát ra mùi khĩ chịu, tạo bọt và bùn nổi. 3.2.2.2 Bể bùn kỵ khí dịng chảy ngược – UASB( Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor) Bể UASB được sử dụng rộng rãi để xử lý các loại nước thải của các nhà máy cơng nghiệp thực phẩm chứa nồng độ chất hữu cơ cao. Bể chia làm 2 ngăn: ngăn lắng và ngăn lên men. Trong bể diễn ra hai quá trình: lọc trong nước thải qua tầng cặn lơ lửng và lên men lượng cặn giữ lại. Khí metan tạo ra ở giữa lớp bùn. hổn hợp khí – lỏng và bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng. Với quy trình này, bùn tiếp xúc tốt với chất hữu cơ cĩ trong nước thải và quá trình phân hủy xảy ra tích cực. Nhờ các vi sinh vật cĩ trong bùn họat tính mà các chất hữu cơ cĩ trong nước thải, đi từ dưới lên, xuyên qua lớp bùn bị phân hủy. Trong bể, các vi sinh vật liên kết nhau và hình thành các hạt bùn lớn đủ nặng để khơng bị cuống trơi ra khỏi bể. Các loại khí tạo ra trong bể kỵ khí (chủ yếu là CH4 và CO2 ) sẽ tạo ra dịng tuần hồn cục bộ giúp cho việc hình thành các hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng ổn định. 3.2.2.3 Lọc kỵ khí bám dính cố định Hệ thống lọc kỵ khí bám dính cố định cĩ sử dụng các vi sinh vật bám dính trên các vật liệu lọc đặt trong bể cĩ dịng nước thải chảy từ dưới lên hoặc từ trên xuống và màng vi sinh vật bám dính này khơng bị rửa trơi trong quá trình xử lý. Dịng nước thải vào và dịng tuần hịan ra được phân bố từ bean này sang bean kia của bể phản ứng sinh học, chảy cắt ngang hoặc chảy ngược qua màng sinh học. Quá trình xử lý xảy ra là kết quả của bùn lơ lung và hịa trộn sinh khối được giữ lại bởi màng lọc. Dịng chảy ra bởi phần trên của màng, là tập hợp các tác nhân bị đào thải. khí nằm ở phía dưới bể phản ứng được thu lại và được chuyển sang nơi khác để sử dụng sau. 3.2.2.4 Bể phản ứng kỵ khí đệm giãn nỡ – FBR, EBR (fluidized and aepanded bed reactor) Các vi sinh vật bám dính trên các chất mang sẽ được phân bố đều khắp thiết bị nhờ tốc độ dịng chảy ngược thích hợp, làm giãn nỡ lớp các. Trong hệ thống bể phản ứng kỵ khí cĩ đệm giãn, tốc độ dịng chảy ngược đủ lớn để ngăn sự gắn kết sinh khối của các hạt chất mang này, kết quả là làm gia tăng thể tích đệm so với thể tích thực của nĩ. Trong các đệm giãn nỡ, vận tốc dịng chảy ngược cĩ thể làm giản đệm từ 15 – 30%. Với thể tích giãn nỡ này, sự kết dính các sinh khối chỉ được ngăn chặn một phần nào đĩ bởi dịng chảy và một phần khác là do sự tiếp xúc với các sinh khối kết dính liền kề nhau. Dưới những điều kiện này, sinh khối kết dính sẽ bị ngăn chặn hồn tồn bởi dịng chảy ngược và di chuyển tự do trong mơi trường đệm. Khí sinh ra ở đây là kết quả của sự tiếp xúc này. 3.3 Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Quy Nhơn Chiết bia, dập nắp Thanh trùng, dán nhãn Bia thành phẩm Nước thải Bia rơi vãi Chai, lon, bom nhãn Lọc dịch đường Hơi nước Phụ gia Nấu, đường hĩa Bã malt Chuẩn bị nguyên liệu Nước mềm Nước để rửa Sàn, thiết bị Bụi Chất trợ lọc Lọc bia Bão hịa CO2 Men giống Cặn Nấu hoa Lắng cặn Làm lạnh Lên men chính, phụ Hoa houblon Hơi nước Glycol hay nước đá Emic Bã hoa Hình 3.5 Sơ đồ dịng thải nhà máy bia Quy Nhơn Với đặc tính của nước thải nhà máy bia như đã nêu trên, các chất ơ nhiễm cĩ nồng độ rất cao, việc lựa chọn cơng nghệ xử lý yếm khí kết hợp với sinh học hiếu khí dạng mẻ là hiệu quả và an tồn nhất. Thiết bị lọc Bể trung gian Bể sinh học (SBR) Bể khử trùng Đo lưu lượng Bơm Bơm Bể chứa bùn Bể nén bùn Bơm Sục khí Bơm Máy ép bùn Nước đã xử lý ra cống thoát Bể thủy sinh Hc khử trùng Sục khí Sục khí Đóng bao bùn khô Song chắn rác (thô) Hố gom Lưới lọc rác (tinh) Bể cân bằng Bể yếm khí Bể lắng Nước thải sản xuất từ hố nhà ga, tank lên men Nước sút rửa chai Bơm H/c chống tạo bộ Điều chỉnh pH Gom vào thùng rác Gom vào thùng rác Decanter Bơm Hình 3.6 Sơ đồ xử lý nước thải nhà máy bia Quy Nhơn 3.3.1 Thuyết minh quy trình 3.3.1.1 Tách rác thơ , gom nước thải Thường làm bằng kim loại, nước thải sản xuất từ các phân xưởng sản xuất và nước rửa chai, các tạp vật thơ cĩ kích thướt lớn hơn 4mm như giẻ, rác, bao nilon và các vật thải khác sẽ được giữ lại tại lưới chắn rác đặt nghiêng 600 ở ngăn tách rác trước khi vào bể gom. Phần rác sẽ được giữ cơng nhân vận hành gom vào thùng._.