Xử lý nước thải nhà máy bia

Tính chất của nước thải nhà máy bia

Sự tăng trưởng của ngành sản xuất bia lại kéo theo các vấn đề môi trường như: vấn đề chất thải sản xuất, đặc biệt là nước thải có độ ô nhiễm cao. Nước thải do sản xuất rượu bia thải ra thường có đặc tính chung là ô nhiễm hữu cơ rất cao, nước thải thường có màu xám đen và khi thải vào các thuỷ vực đón nhận thường gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân huỷ của các chất hữu cơ diễn ra rất nhanh. Thêm vào đó là các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất như CaCO₃, CaSO₄, H₃PO₄, NaOH, Na₂CO₃… Những chất này cùng với các chất hữu cơ trong nước thải có khả năng đe dọa nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không được xử lý. Kết quả khảo sát chất lượng nước thải của các cơ sở sản xuất bia cho thấy, nước thải từ các cơ sở sản xuất bia nếu không được xử lý, có COD, nhu cầu oxy sinh hoá BOD5, chất rắn lơ lửng SS đều rất cao.

Các giai đoạn sản xuất bia và chất thải phát sinh kèm theo

Các giai đoạn sản xuất bia và chất thải phát sinh kèm theo

Nước thải nhà máy bia sinh ra trong quá trình sản xuất bia theo từng giai đoạn. Giai đoạn nấu - đường hóa thải ra nước thải chứa nhiều cặn, tinh bột và các hợp chất hữu cơ, mang hàm lượng ô nhiễm cao. Nước thải của các công đoạn này giàu các chất hydroccacbon, xenlulozơ, hemixenlulozơ, pentozơ trong vỏ trấu, các mảnh hạt và bột, các cục vón… cùng với xác hoa, một ít tanin, các chất đắng, chất màu.

Nước thải công đoạn lên men chính và lên men phụ giàu xác men - chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin cùng với bia cặn.

Nước thải giai đoạn thành phẩm (Lọc, bão hòa CO₂, chiết bock, đóng chai, hấp chai) chứa bột trợ lọc lẫn xác men, lẫn bia chảy tràn ra ngoài…

Nước thải từ quy trình sản xuất bao gồm: nước lẫn bã malt và bột sau khi lấy dịch đường; nước rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loại thiết bị khác; nước rửa chai và két chứa; nước rửa sàn, phòng lên men, phòng tàng trữ; nước thải từ nồi hơi; nước vệ sinh sinh hoạt; nước thải từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lượng clorit cao (tới 500 mg/l), cacbonat thấp.

Thông số các thành phần trong nước thải nhà máy bia

Lượng nước thải phát sinh từ các nhà máy sản xuất bia:

Định mức cấp nước: 4-8 m³/1000 lít, tải lượng nước thải: 2,5 - 6 m³/1000 lít.

Phương pháp xử lý nước thải nhà máy bia

Công nghiệp sản xuất bia tạo nên một lượng lớn nước thải xả vào môi trường. Theo nghiên cứu, nước thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia là 8-14 lít nước thải/ lít bia, phụ thuộc vào công nghệ và các loại bia sản xuất. Tủy theo khói lượng nước thải mà các đơn vị có thể lựa chọn phương pháp xử lý nước thải cho phù hợp, tiết kiệm và hiệu quả.

Hơn nữa, do nước thải bia có COD, BOD5 cao nên khó xử lý trực tiếp bằng phương pháp sinh học hiếu khí nên phương pháp xử lý nước thải hiện nay thường kết hợp xử lý yếm khí trước rồi qua xử lý hiếu khí. Đây là phương án công nghệ đang được ứng dụng phổ biến xử lý nước thải sản xuất bia.

Quá trình xử lý sinh học nước thải sản xuất bia có thể chia làm hai quá trình là phân huỷ yếm khí và phân huỷ hiếu khí, có thể xử lý trong điều kiện tự nhiên hay trong điều kiện nhân tạo. Nước thải sản xuất bia trước khi đưa vào xử lý sinh học cần qua các phương pháp xử lý cơ học, hóa học, hóa lý để loại bỏ các tạp chất thô, các thành phần gây bất lợi cho phương pháp xử lý sinh học.

Quy trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia

Quy trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia

Nước thải từ các bộ phận sản xuất và từ các bộ phận có phát sinh trong nhà máy bia được dẫn tới bể chứa nước thải. Tại bể chứa sẽ có một song chắn rác để loại bỏ những chất rắn có kích thước lớn hoặc không thể bị phân hủy hay hòa tan trong nước trước khi nước thải được đưa tới hố thu gom.

Hố thu gom

Tại hố thu gom, nước thải được trộn đều rồi dẫn tới bể điều hòa với mục đích điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm.

Bể điều hòa

Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải. Khí được sục liên tục để tránh hiện tượng lắng cặn. Hóa chất được châm vào bể để điều chỉnh pH từ 6,5-7,5 nhằm thuận lợi cho quá trình xử lý kỵ khí.

Bể lắng

Nước thải từ bể điều hòa chảy sang bể lắng 1 để diễn ra quá trình lắng. Các chất có trọng lượng lớn sẽ lắng xuống đáy bể. Nước thải sau khi lắng sẽ qua máng thu và chảy vào bể UASB. Bùn lắng được thu gom và đưa sang bể chứa bùn.

Bể UASB

Bể UASB hoạt động theo cơ chế dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí. Cấu tạo bể UASB gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lý và hệ thống tách pha. Đầu tiên, nước thải được bơm từ dưới lên, qua tầng bùn kỵ khí. Tại đây, các chất hữu cơ bị phân hủy thành khí CO₂, CH₄ và sinh khối mới qua 4 giai đoạn:

Thủy phân: Các phức chất và chất không tan chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan.

Axit hóa: Các chất hữu cơ đơn giản tiếp tục bị phân hủy chuyển hóa thành axit acetic, H₂ và CO₂

Acetate hóa: Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn axit hóa thành acetate, H₂, CO₂ và sinh khối mới.

Methane hóa: Axit axetic, H₂, CO₂, axit fomic và methanol chuyển hóa thành metan, CO₂ và sinh khối mới.

Chất hữu cơ + Vi sinh vật kỵ khí —> CO₂ + CH₄ + H₂S + Sinh khối mới + …

Các khí CO₂, CH₄ bám vào các hạt bùn nổi lên trên bề mặt. Bùn, nước và khí được tách rời nhau bằng hệ thống tách pha rắn – lỏng – khí. Bùn tách khí sẽ rơi xuống lại tầng bùn, khí sinh học theo ống dẫn khí có thể được thu hồi để làm năng lượng. Nước sẽ được dẫn sang bể arotank.

Hiệu suất xử lý BOD, COD, photpho là 80%. Bùn sinh ra từ quá trình kỵ khí sẽ được bơm về bể chứa bùn.

Điều kiện nước thải đầu vào: COD ≥100mg/l, SS < 3.000 mg/l.

Bể MBBR

Tại bể MBBR, hệ thống cấp khí liên tục tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng và phát triển. Đồng thời quá trình cấp khí làm cho các vật liệu luôn ở trạng thái lơ lửng và chuyển động xáo trộn liên tục. Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ sẽ dính bám và phát triển trên bề mặt vật liệu.

Vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải để phát triển thành sinh khối. Vi sinh sẽ phát triển và dày lên nhanh chóng làm giảm các chất hữu cơ trong nước thải. Khi đạt đến một độ dày nhất định, lớp vi sinh vật phía trong không tiếp xúc được nguồn thức ăn sẽ bị chết và bị bong ra. Một lượng nhỏ vi sinh vật còn lại bám trên vật liệu tiếp tục sử dụng các hợp chất hữu cơ để hình thành quần xã sinh vật mới.

Ngoài ra, trong bể MBBR còn xảy ra quá trình Trinitrate hóa và Denitrate. Hai quá trình này giúp loại bỏ nitơ, photpho trong nước thải. Vi sinh vật bám trên bề mặt vật liệu lọc gồm 3 lớp theo thứ tự ngoài vào trong là: vi sinh vật hiếu khí, vi sinh vật thiếu khí, vi sinh vật kị khí. Vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa hợp chất nitơ về dạng nitrite, nitrate. Vi sinh vật thiếu khí và kị khí sẽ tiếp tuc khử nitrate, nitrite về dạng khí N₂ bay lên. Mặt khác quá trình nitơ một phần còn được thực hiện tại bể lắng sinh học. Từ bể MBBR nước thải được đưa đến bể lắng II

Bể lắng II

Tại bể lắng II, phần bông bùn và chất rắn lơ lửng sẽ được lắng xuống đáy bể. Phần nước trong theo các ống trung tâm chảy xuống dưới đấy bể. Sau đó, nước thải chảy ngược lên máng thu và chảy vào bể khử trùng. Một phần bùn tại bể lắng sẽ được tuần hoàn lại bể MBBR. Bùn dư sẽ được bơm về bể chứa bùn.

Bể khử trùng

Tại bể khử trùng được châm thêm hóa chất Clorin để loại bỏ những vi sinh vật có hại trong nước thải.

Quy trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia có nhiều ưu điểm như: Xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao; lượng bùn tạo ra ít; hệ thống vận hành an toàn, ổn định; có thể tận dụng khí sinh học sinh ra tại bể UASB để làm nhiên liệu.

Tuy nhiên vẫn còn tồn tại nhược điểm đòi hỏi người vận hành phải có trình độ chuyên môn cao và thời gian xử lý trong các bể sinh học tương đối lâu.

Ngoài xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, hiện nay các nhà máy bia còn có thể tham khảo thêm các phương pháp: Xử lí nước thải bằng phương pháp hóa lý; phương pháp trung hòa; phương pháp keo tụ (đông tụ keo); phương pháp ozon hoá; phương pháp tuyển nổi; phương pháp trao đổi ion; phương pháp tách bằng màng…