Đồ án xử lý nước thải bia

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIÊṆ CÔNG NGHỆSINH HOC VÀ THỰC PHẨM

*******************************

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CẢI TAỌ HỆTHỐNG XỬ LÝ

NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA CÔNG SUẤT 9 TRIÊỤ

LÍT/NĂM

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS. TÔ KIM ANH

Sinh viên thực hiêṇ : CHỬ VĂN SƠN

Lớp : CNSH 2 – K50

HÀ NỘI / 2010

MỤC LỤC

PHẦN I. TỔNG QUAN…………………………………………………….…….. 1

I. CHẤT THẢI TRONG SẢN XUẤT BIA ……………………………………… 1

1. Khí thải ………………………………………………………………………...... 1

2. Rác thải……………………………………………………………………........... 1

3. Nước thải trong sản xuất bia………………………………………………...........1

3.1. Đặc tính nước thải sản xuất bia…………………...……………………...…......1

3.2. Nguồn phá

t thải nước thải bia………………………………………….…...…..2

II. CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI BIA…………………………..4

1. Xƣ̉

lý nƣớc thả

i bằng phƣơng pháp cơ hoc̣ ……………...…............................ 4

1.1. Song chắn rác………………………………………………………………..... 4

1.2. Lắng cát……………………………………………………………………….. 4

1.3. Lắng……………………………………………………………………....…… 5

1.4. Bể điều hòa …………………………………………………………....……… 5

2. Xƣ̉

lý nƣớc thả

i bằng phƣơng pháp hóa hoc̣ vàhóa lý………………………..5

2.1. Trung hòa…………………………………………………………..…....….......5

2.2. Oxy hóa khử………………………………………………………………….. 6

2.3. Keo tụ - tạo bông………………………………………………............. ……...6

2.4. Tuyển nổi……………………………………………………………….…….. 6

2.5. Hấp phụ……………………………………………………………...…….….. 7

2.6. Trao đổi ion……………………………………………………............……..…7

3. Xƣ̉

lý nƣớc thả

i bằng phƣơng pháp sinh hoc̣…………………………………. 8

3.1. Điều kiêṇ của nước thải có

thể xử lýsinh hoc……………………...……..… ̣ …8

3.2. Nguyên lý của quá

trình oxi hóa sinh hoc̣ ………………………...........….…... 8

3.3. Tác nhân sinh học trong quá trình xử lý……………………………….......…... 9

3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh hoc̣ …………………;…………9

3.5. Các phương pháp sinh học xử lý nước thải……………………………….…… 11

3.5.1. Phương pháp hiếu khí…………………………………………...…….…....... 11

3.5.1.1. Cơ sở quá trình phân huỷ hiếu khí…………………………….……………11

3.5.1.2. Môṭ số hê ̣thống xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí……..……… 12

a. Bể Aeroten………………………………………………………………….……. 12

a.1. Đặc điểm và nguyên lí làm việc……………………………………… ..….........12

a.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch nước thải của bể aeroten… ..........13

a.3. Môṭ số loaị bể aeroten…………………………………………………………..14

b. Bể hoạt động gián đoạn (Sequencing Batch Reactor – SBR) ……..………….. 16

c. Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Trickling Filter) …………………………...….......... 17

3.5.2. Phương pháp ky ̣khí……………………………………….......……....…….. 18

3.5.2.1. Cơ sở của phương pháp ky ̣khí……………………………...…..…............ 18

3.5.2.2. Các hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí …………..............20

a. Bể tiếp xúc ky ̣khí

(ANALIFT) ……………………………………..…......……..20

b. Xử línước thải ở lớp bùn ky ̣khívớ

i dòng hướng lên (UASB_ Upflow Anaerobic

Sludge Blanket) …………………………………………………………..…......... 21

c. Lọc kỵ khí với sinh trưởng gắn kết trên giá mang hữu cơ (ANAFIZ) …….……..23

d. Lọc kỵ khí với vật liêụ giả lỏng trương nở ( ANAFLUX ) ……………..…......... 24

III. CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI…… 25

1. Nắm rõquy trình và đăc̣ tính, thành phần nước thải của nhà máy ………............ 25

2. Nhu cầu của chủ nhân hệ thống xử lý …………………………………...…….. 25

3. Tương thích với những thiết bị hay hệ thống sẵn có ……………….…....…….. 25

4. Tính mềm dẻo của công trình ……………………………………….……........... 25

5. Yêu cầu của các cơ quan quản lý môi trường ……………………….….…….. 25

6. Yêu cầu về vật tư, thiết bị ……………………………………………...………... 26

IV. CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC

THẢI……………………………………………………………………………….. 27

1. Thờ

i gian lưu nước trong hê ̣thống…………………………………….…............ 27

2. Thờ

i gian lưu bùn trong hê ̣thống…………………………………..……............. 27

3. Nồng đô ̣bùn hoaṭ tính …………………………………………..………..……... 28

4. Tải trọng thể tích của bể…………………………………………..……………... 28

5. Tỷ lệ tuần hoàn bùn………………………………………………...……………..28

6. Tỉ lệ chất dinh dưỡng và vi sinh vâṭ ( F/ M )………………………..……………29

7. Chỉ số SVI…………………………………………………………………...........29

8. Lươṇ g bùn hoaṭ tính sinh ra…………………………………………..…………..30

9. Các yếu tố ảnh hưởng đến thông số vận hành khi hệ thống làm việc ..……...........30

V. MÔṬ SỐ HỆTHỐNG XƢ̉ LÍNƢỚC THẢI NHÀ MÁY BIA ……………... 32

1. Hê ̣thống xử línước thải nhà máy bia Kim Bà

i………………………...…........... 32

2. Hê ̣thống xử línước thải nhà máy bia Will Brau GmbH…………………............33

3. Hê ̣thống xử línước thải nhà máy bia Sà

i Gòn – Hà Nội………………............... 34

VI. HỆTHỐNG XƢ̉ LÝ NƢỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY BIA KIM BÀI……... 36

1. Công nghê ̣sản xuất bia…………………………………………………...............36

2. Nước thải của nhà máy bia Kim Bà

i……………………………………...............37

3. Quy trình xử lý nước thải của nhà máy bia Kim Bà

i…………………… ..............39

4. Đề xuất cải taọ hê ̣thống xử lý nước thải nhà máy bia Kim Bà

i…………..……...40

PHẦN II. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BI ̣XƢ̉ LÝ NƢỚC THẢI... 43

I. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ……………………………………...……..……... 43

1. Bể lắng ngang …………………………………………………………...………. 43

2. Bể UASB……………………………………………………………...…………. 46

3. Bể hiếu khí……………………………………………………………....……….. 49

4. Bể lắng 2………………………………………………………………...……….. 53

II. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ………………………………………………………..56

1. Song chắn rác……………………………………………………………………..56

2. Hố gom……………………………………………………………...…….……... 57

3. Bể điều hòa………………………………………………………...……..…….…58

4. Bể lắng ngang……………………………………………………....…….……… 58

5. Bể UASB……………………………………………………………....………… 60

6. Bể hiếu khí…………………………………………………………...….………. 66

7. Bể chứa bùn………………………………………………………..….….……… 67

Phần III. KINH TẾ………………………………………………………………...68

1. Sơ đồ tổ chức khu xử lý nước thải của nhà máy………………………………….68

2. Dựtoán chi phí…………………………………………………………………....68

2.1. Chi phínhân công………………………………………………………………68

2.2. Chi phíxây dưṇ g………………………………………………….….…………69

2.3. Chi phívâṇ hành hê ̣thống……………………………………............………... 70

a. Chi phíđiêṇ năng………………………………………………….…...…….……70

b. Chi phímua hóa chất………………………………………………….….……… 70

c. Chi phíbảo dưỡng hê ̣thống……………………………………..……….............70

3. Dựtoán vốn cải taọ , xác định cơ cấu vốn và tính chi phí vốn của dự án .............. 70

4. Đánh giá

tà

i chính dựán đầu tư…….……………………………………………. 71

4.1. Lơị ích kinh tế…………………………………………………..………………71

4.2. Lơị ích vềmăṭ xãhôị……………………………………………...…………… 71

Phần IV. THUYẾT MINH XÂY DƢṆ G………………………………………… 72

I. Địa điểm xây dựng khu xử lý……………………………….…………………….72

II. Thiết kế tổng mặt bằng khu xử lý……………………………………………… 72

1. Các hạng mục công trình……………………………………………………….. 72

2. Thiết kế tổng mặt bằng khu xử lý………………………………………………. 73

III. Thuyết minh xây dựng các hạng mục công trình……………………………… 73

1. Hố gom……………………………………………………………. ……………. 73

2. Bể điều hòa……………………………………………………………………… 74

3. Bể lắng ngang…………………………………………………………….. …….. 75

4. Bể UASB……………………………………………………………………….. 76

5. Bể aeroten………………………………………………………….……………. 76

6. Bể lắng 2…………………………………………………………. ……………..77

7. Bể chứa bùn…………………………………………………………………….. 78

Phần V. KẾT LUÂṆ ……………………………………………………………….80

PHỤ LỤC…………………………………………………………………………...81

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………85

CÁC CHỮ VIẾT TÂT DÙNG TRONG ĐỒ ÁN

BOD: Nhu cầu oxy sinh hoc̣

COD: Nhu cầu oxy hóa hoc̣

MLVSS: Nồng đô ̣sinh khối bùn

SS: Hàm lượng chất rắn lơ lửng

X: Hàm lượng sinh khối

Trƣờng đaị hoc̣ Bách khoa HàNôị Đồ án tốt nghiệp

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 1

PHẦN I. TỔNG QUAN

I. CHẤT THẢI TRONG SẢN XUẤT BIA

1. Khí thải

Trong sản xuất bia, lươṇ g khísinh ra chủ yếu trong các quá

trình:

Trong quá

trình lên men , khí CO2 đươc̣ giải phóng có

thể thu hồi dướ

i daṇ g

khí nén áp suất cao , đươc̣ dùng để baõ hòa CO 2 cho bia, làm các đồ uống có gas…

Ngườ

i ta còn thu CO2 ở dạng lỏng và dạng rắn để dùng vào mục đích khác .

Các chất khí và bụi ô nhiễm phát sinh chủ yếu do đốt nhiên liệu than, dầu ở lò

hơi gồm SO2, NOX, CO2, CO, bụi than... → xử lý bằng xyclon, hấp thụ.

Bụi từ khâu xay, nghiền nguyên liệu có thể khắc phục bằng cách sử dụng

phương pháp xay ướt, lọc bằng túi vải hoặc bao che kín hệ thống nghiền và tải liệu.

Ngoài ra còn có khí NH3, freon... có thể sinh ra khi hệ thống máy lạnh bị rò

rỉ.

2. Rác thải

Trong dây chuyền sản xuất bia, sản sinh ra một số chất thải rắn có thể phục vụ

cho lĩnh vực chăn nuôi. Những chất rắn đó

là

:

 Bã malt, bã bia, bã hoa houpblon.

 Căṇ lắng của nước nha, chủ yếu là protein.

 Sinh khối nấm men sau quá

trình lên men.

Bã bia là phần phế liệu của bộ phận nấu nguyên liệu . Thành phần hóa hoc̣

chính của bãbia gồm : chất đaṃ : 28%, chất bôṭ: 40%, xơ: 17.5%, chất béo: 8.2%,

tro: 5.2%. Vớ

i thành phần hóa hoc̣ này thì

rất có giá

tri ̣đối vớ

i gia súc, gia cầm.

Bã hoa houblon có thể phơi khô làm chất đốt, chất đôṇ chuồng cho gia súc

hoăc̣ làm phân bón.

Sinh khối nấm men làsản phẩm phu ̣có giá

tri ̣cao , đăc̣ biêṭ nấm men chứa

nhiều protein và vitamin, là nguồn rất tốt để thu nhận các vitamin nhóm B.

3. Nƣớc thả

i trong sản xuất bia

3.1. Đặc tính nƣớc thải sản xuất bia

Trong sản xuất bia, do đặc thù về công nghệ nên lượng nước tiêu hao cao và

lượng nước thải cũng lớn. Nước sử dụng cho sản xuất thường từ 4 - 10 l/l bia, nhu

cầu tiêu thụ của mỗi công đoạn là khác nhau, thông thường 2/3 lượng nước dùng

Trƣờng đaị hoc̣ Bách khoa HàNôị Đồ án tốt nghiệp

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 2

trong quy trình công nghệ và 1/3 lượng nước còn lại sử dụng cho khâu vệ sinh thiết

bị.

Đặc tính nước thải của các nhà máy bia là giàu các hợp chất hữu cơ như tinh

bột, xenluloza, các loại đường, axit, các hợp chất phốt pho, nitơ... Các chất này sẽ

được oxi hoá bởi vi sinh vật, tạo ra sản phẩm cuối là CO2, H2O, NH3 và sản phẩm

trung gian là rượu, aldehit, axit,.. Đây là nguồn gây ô nhiễm cao nếu thải trực tiếp ra

môi trường.

Bảng 1. Đặc tính nƣớc thải sản xuất bia

Thông số Đơn vi ̣ Số liêụ

pH 5.5 – 11.7

BOD5 mg/l 185 – 2400

COD mg/l 310 – 3500

Nito tổng mg/l 48 – 348

P tổng mg/l 1.4 – 9

SS mg/l 160 – 700

Tải lượng nước thải m

3

/1000 lít bia 3.2

Tải lươṇ g ô nhiêm̃ kg BOD5/ 1000 lít bia 3.5

Lưu lượng và đặc tính dòng nước thải trong công nghệ sản xuất bia còn biến

đổi theo quy mô, sản lượng và mùa sản xuất. Ngoài ra, trong bã bia còn chứa một

lượng lớn chất hữu cơ, khi lẫn vào nước thải sẽ gây ra ô nhiễm ở mức độ cao.

Do đó, ứng dụng giải pháp sinh học để xử lý nước thải, giảm thiểu ô nhiễm

môi trường cho các nhà máy sản xuất bia là một yêu cầu cần thiết trong giai đoạn

hiện nay.

3.2. Nguồn phát thả

i nƣớc thả

i bia

Nước thải trong sản xuất bia được phân thành 3 loại khác nhau:

Lƣợng nƣớc sinh hoạt: lượng nước do công nhân sử dụng và thải ra, loại

này chiếm số lượng ít.

Lƣợng nƣớc chảy tràn trên bề mặt: lượng nước này chủ yếu là nước mưa

có lưu lượng lớn vào mùa mưa, còn vào mùa khô thì không đáng kể. Đặc trưng của

nước thải này là cuốn theo các chất rơi vãi trên bề mặt nhà máy. Nhìn chung ô

Trƣờng đaị hoc̣ Bách khoa HàNôị Đồ án tốt nghiệp

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 3

nhiễm các chất hữu cơ hoà tan là nhỏ. Nước thải này được chảy tràn vào các nguồn

nước mặt, vào cống rãnh của nhà máy.

Nƣớc thải sản xuất: chiếm lươṇ g lớn nhất, là nước thải có độ ô nhiễm hữu

cơ cao do đặc trưng nguyên liệu đầu vào gạo, malt cộng với đặc tính công nghệ sản

xuất. Qua khảo sát công nghệ sản xuất hầu như tất cả mọi công đoạn đều sản sinh ra

nước thải như:

 Ở công đoạn hồ hoá - đƣờng hoá:

Nước vệ sinh chứa các cặn lơ lửng là bã malt, gạo không hoà 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 công đoạn này chứa chủ yếu là các chất hữu cơ.

 Công đoạn đun hoa houblon - lọc hoa:

Nước rửa vệ sinh thùng nấu hoa houblon, thùng lọc bã hoa chứa cặn lơ lửng

bao gồm: xác hoa houblon (chứa protein, chất đắng,...), phức protein-phenol,

glucozơ,...

 Công đoạn làm lạnh lên men:

Ở công đoạn làm lạnh dịch đường bằng máy lạnh có thể làm rò rỉ NH3,

glycol,..., nước rửa sàn, mặt bằng xung quanh máy. Nước thải này có nồng độ ô

nhiễm hữu cơ không cao. Nước rò rỉ trong các đường ống, thiết bị dẫn đường lên

men, nước vệ sinh các tăng lên men. Loại nước thải này chứa hàm lượng chất hữu

cơ cao như: xác men, protein,...Ngoài ra trong công đoạn lên men còn có nước rửa

sàn phòng lên men.

 Nƣớc thải công đoạn chiết chai:

Nước rửa sàn, trong xưởng l ọc bia. Nước rửa chai, nước rửa sàn chứa hàm

lượng hữu cơ tương đối cao ngoài ra còn có chất tẩy rửa NaOH, stabilon,... Nước

bia vãi trong quá trình chiết chai, rửa mặt ngoài của chai chứa chủ yếu là các men,

các chất có trong thành phần của bia.

Tóm lại nước thải trong sản xuất bia chủ yếu là nước vệ sinh nhà xưởng, thiết

bị, các thùng lên men, thùng chứa bia, chai, box; nước bia rơi vãi ở công đoạn rót

bia chai, lon; nước thải ở công đoạn lọc dịch nha, tách các chất lơ lửng hoặc men

bia. Nói chung nước thải sản xuất bia chứa hàm lượng chất hữu cơ cao dễ phân huỷ

sinh học như: protein, aminoaxit, hydratcacbon, axit hữu cơ, rượu hữu cơ,...