Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải bia Sabmiller 2400m3/ngày

Đồ án chi tiết thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất bia công suất 2400m3/ngày. Phân tích quy trình, tính toán và lựa chọn công nghệ tối ưu.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Kỳ
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Xuân Trường
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất bia tại công ty TNHH Sabmiller Việt Nam - khu công nghiệp Mỹ Phước II – H. Bến cát – Tỉnh Bình Dương, công suất 2400m3/ngày đêm
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2011

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Ngành Sản Xuất Bia Và Vấn Đề Nước Thải

Ngành công nghiệp sản xuất bia tại Việt Nam phát triển nhanh chóng với tốc độ tăng trưởng khoảng 15% mỗi năm. Theo thống kê, bốn tháng đầu năm 2011, các doanh nghiệp trong nước đã sản xuất 714,6 triệu lít bia các loại, tăng 9,2% so với cùng kỳ năm trước. Tuy nhiên, song song với sự phát triển kinh tế, ngành công nghiệp sản xuất bia đang gây ra những vấn đề nghiêm trọng về ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nước thải sản xuất bia. Các loại nước thải này chứa hàm lượng lớn chất lơ lửng, COD (Nhu cầu oxy hóa học) và BOD (Nhu cầu oxy sinh học) dễ gây ô nhiễm môi trường nước. Do đó, việc xử lý nước thải sản xuất bia trước khi xả vào nguồn tiếp nhận là một yêu cầu cấp thiết và bắt buộc.

1.1. Qui Trình Sản Xuất Bia Và Các Nguồn Phát Sinh Chất Thải

Quy trình sản xuất bia bao gồm nhiều khâu: khâu nấu và đường hóa, lên men dịch đường, và giai đoạn lọc bia. Mỗi khâu đều phát sinh các loại chất thải khác nhau. Các nguồn phát sinh nước thải chủ yếu đến từ khâu rửa thiết bị, mơ mại sản phẩm, và quá trình xử lý phụ phẩm. Ngoài nước thải, ngành còn phát sinh chất thải rắn như bã malt, bã lọc bia, và các vật liệu khác. Tiếng ồn và độ rung từ máy móc cũng là những tác động không đáng kể đến môi trường lao động.

1.2. Đặc Tính Và Tác Động Của Nước Thải Bia Đối Với Môi Trường

Nước thải sản xuất bia có đặc tính phức tạp với hàm lượng cao các chất ô nhiễm. Chỉ tiêu COD thường dao động từ 1500-2000 mg/L, BOD từ 600-1200 mg/L, và TSS (Chất rắn lơ lửng) từ 300-500 mg/L. Các chất này dễ gây suy giảm oxy hòa tan trong nước, khiến cá che chết hàng loạt. Tác động môi trường bao gồm ô nhiễm nguồn nước ngầm, gây hại đến đời sống thủy sinh, và làm xấu đi chất lượng nước sử dụng nước sinh hoạt của cộng đồng.

II. Các Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Sản Xuất Bia

Để khắc phục vấn đề ô nhiễm, các chuyên gia đã đưa ra nhiều phương pháp xử lý nước thải hiệu quả. Mỗi phương pháp có những ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các điều kiện cụ thể của từng nhà máy. Phương pháp xử lý nước thải sản xuất bia được chia thành ba giai đoạn chính: tiền xử lý, xử lý chính, và hậu xử lý. Tiền xử lý giúp loại bỏ các chất rắn lơ lửng lớn, xử lý chính sử dụng các quá trình sinh học hoặc hóa lý để phân hủy các chất ô nhiễm, còn hậu xử lý giúp nâng cao chất lượng nước thải trước khi xả ra ngoài.

2.1. Phương Pháp Cơ Học Và Hóa Lý Trong Xử Lý Nước Thải

Phương pháp cơ học bao gồm lắng cặn, sàng rác, và phân tách chất rắn lơ lửng. Công nghệ này đơn giản, chi phí thấp nhưng chỉ loại bỏ được những chất rắn lơ lửng mà không xử lý các chất ô nhiễm hòa tan. Phương pháp hóa lý sử dụng các hóa chất như nước vôi, polyme để tạo tắc, kết tủa. Hai phương pháp này thường được kết hợp trong giai đoạn tiền xử lý nước thải để chuẩn bị cho các quá trình xử lý chính tiếp theo.

2.2. Phương Pháp Sinh Học Xử Lý Kỵ Khí Và Hiếu Khí

Phương pháp sinh học được xem là hiệu quả nhất cho xử lý nước thải sản xuất bia. Xử lý kỵ khí (anoxic) sử dụng bể UASB để phân hủy chất ô nhiễm trong điều kiện không có oxy, sinh ra khí biogas có thể tái sử dụng. Xử lý hiếu khí (aerobic) sử dụng bể Aeroten với hệ thống sục khí, các vi khuẩn phân hủy BOD và COD hiệu quả. Kết hợp cả hai phương pháp giúp đạt hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm lên đến 90% trở lên, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải.

III. Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Cho Nhà Máy Sản Xuất Bia

Việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy sản xuất bia đòi hỏi phải tính toán cẩn thận các thông số kỹ thuật. Trước tiên, phải xác định chính xác lưu lượng nước thải tính toán dựa trên sản lượng sản xuất hàng ngày. Tiếp theo, cần phải xác định các chỉ tiêu chất lượng nước thải hiện tại như COD, BOD, TSS, pH. Dựa trên những thông số này, kỹ sư thiết kế sẽ lựa chọn công nghệ phù hợp và tính toán kích thước, dung tích các bể xử lý. Hệ thống bao gồm hố thu nước thải, bể trung gian, bể UASB, bể Aeroten, bể lắng, bể khử trùng, và bể nén bùn.

3.1. Các Công Trình Đơn Vị Trong Hệ Thống Xử Lý

Hố thu nước thải thu thập nước thải từ các khâu sản xuất. Bể trung gian điều hòa lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm. Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) thực hiện xử lý kỵ khí, loại bỏ 40-50% BOD. Bể Aeroten sử dụng sục khí để xử lý hiếu khí, loại bỏ phần lớn chất ô nhiễm còn lại. Bể lắng tách bùn khỏi nước. Bể khử trùng sử dụng hóa chất hoặc tia UV tiêu diệt vi khuẩn bệnh. Máy ép bùn lọc dây đai xử lý bùn để giảm khối lượng.

3.2. Tính Toán Thiết Kế Và Thông Số Kỹ Thuật

Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải dựa trên các thông số chuẩn. Ví dụ, lưu lượng tính toán được xác định từ sản lượng sản xuất, thường là 3-5 tấn nước thải/tấn bia sản xuất. Thời gian lưu trong các bể dao động từ 15-20 giờ. Hiệu suất loại bỏ BOD sau xử lý kỵ khí đạt 40-50%, sau xử lý hiếu khí tổng cộng đạt 85-95%. Các thông số này được tích hợp vào phần mềm thiết kế để tối ưu hóa kích thước công trình.

IV. Đánh Giá Kinh Tế Và Khuyến Nghị Cho Dự Án

Việc đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải sản xuất bia đòi hỏi vốn lớn nhưng mang lại lợi ích lâu dài. Tính toán kinh tế cho dự án bao gồm chi phí xây dựng công trình, chi phí trang thiết bị, chi phí vận hành hàng năm, và chi phí bảo trì. Tuy nhiên, khi tính toàn bộ, việc đầu tư này giúp nhà máy tuân thủ các quy định môi trường, tránh bị phạt, nâng cao danh tiếng của công ty, và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Ngoài ra, nước thải đã xử lý có thể được tái sử dụng cho tưới cây hoặc các mục đích khác, tạo ra giá trị kinh tế bổ sung.

4.1. Chi Phí Xây Dựng Và Trang Thiết Bị

Vốn đầu tư xây dựng bao gồm chi phí xây dựng các bể, đường ống, khu vực xử lý bùn, và công trình phụ trợ. Chi phí này thường dao động từ 30-40% tổng vốn đầu tư. Vốn đầu tư trang thiết bị bao gồm máy bơm, quạt sục khí, máy ép bùn, hệ thống giám sát tự động. Chi phí này chiếm 50-60% tổng vốn. Tổng chi phí đầu tư cho một hệ thống xử lý cho nhà máy sản xuất bia quy mô trung bình thường từ 10-20 tỷ đồng, tùy vào sản lượng và công nghệ được lựa chọn.

4.2. Kết Luận Và Kiến Nghị Cho Phát Triển Bền Vững

Xử lý nước thải sản xuất bia là một yêu cầu bắt buộc không chỉ về mặt pháp lý mà còn về trách nhiệm xã hội. Sử dụng công nghệ kỵ khí kết hợp hiếu khí là giải pháp tối ưu, hiệu quả và tiết kiệm năng lượng. Khuyến nghị: (1) Nhà máy nên áp dụng hệ thống xử lý nước thải hiện đại, (2) Đào tạo nhân viên vận hành chuyên nghiệp, (3) Giám sát liên tục chất lượng nước thải, (4) Xem xét tái sử dụng nước thải đã xử lý, (5) Thực hiện các chương trình cảm giác lợi ích cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Hiện nay, Bia là một loại thức uống rất được ưa chuộng trên thế giới. Ở các nước phương Tây, bia dược xem là nước giải khát.

Trên thế giới có một số loại bia nổi tiếng như Ale, Lager, Pilsener, Riêng sản phẩm trong nước thì đứng đầu vẫn là nhãn hiệu bia Sài Gòn, bia Đại việt… Theo thống kê của Bộ Kế hoạch - đầu tư, bốn tháng đầu năm 2011 các doanh nghiệp trong nước đã sản xuất 714,6 triệu lít bia các loại, tăng 9,2% so với cùng kỳ năm ngoái. Tốc độ tăng trưởng ngành bia tại VN, theo thống kê của các công ty nghiên cứu thị trường, ước đạt 15%/năm. Song song với phát triển kinh tế thì ngành công nghiệp sản xuất bia cũng đang là mối quan tâm lớn trong vấn đề ô nhiễm môi trường đặc biệt là nước thải. Các loại nước thải này chứa hàm lượng lớn các chất lơ lửng, COD và BOD dễ gây ơ nhiễm mơi trường.

Vì vậy, các loại nước thải này cần phải xử lý trước khi xả vào nguồn tiếp nhận. Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam tại KCN Mỹ Phước tỉnh Bình Dương với ngành nghề kinh doanh sản xuất nước giải khát lên men (bia). Hoạt động của Công ty đã góp phần vào sự phát triển kinh tế của Tỉnh .Tuy nhiên, các hoạt động của sản xuất của công ty không tránh khỏi những tác động đến môi trường xung quanh do việc phát sinh các chất thải có khả năng gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nước thải. Đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất bia tại công ty TNHH Sabmiller Việt Nam - khu công nghiệp Mỹ Phước II – H.

Bến cát – Tỉnh Bình Dương, công suất 2400m3/ngày đêm”, đựơc thực hiện nhằm giải quyết vấn đề đang tồn tại ở công ty đó là việc xử lý nước thải sản xuất trước khi thải vào môi trường. SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƯỜNG 1. Mục đích nghiên cứu. - Tìm hiểu thành phần, tính chất đặc trưng của nước thải ngành bia nói chung và của Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam nói riêng.

- Tìm hiểu tình hình hoạt động, công nghệ sản xuất bia của Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam - Từ đó, đề xuất công nghệ xử lý nước thải phù hợp với điều kiện thực tế của Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam đạt tiêu chuẩn đầu ra , và tính toán chi tiết các công trình đơn vị. Phạm vi nghiên cứu. - Giới hạn về mặt không gian: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nước thải sản xuất bia của Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam. - Giới hạn về mặt thời gian: Đề tài được thực hiện trong thời gian từ ngày 1/4/2011 đến ngày 12/7/2011.

- Giới hạn về mặt nội dung: Đề xuất công nghệ xử lý phù hợp và tính toán thiết kế các công trình đơn vị. Nội dung nghiên cứu. - Thu thập tài liệu tổng quan về ngành sản xuất bia. - Tìm hiểu về các thành phần, tính chất đặc trưng của nước thải ngành bia và các phương pháp xử lý nước thải nghành bia và một số công nghệ xử lý nước thải điển hình của ngành bia hiện nay.

- Thu thập một số thông tin về tình hình sản xuất, công nghệ sản xuất … của Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam. - Nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam. Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải đã đề xuất và dự toán kinh tế. SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƯỜNG 1.

Phương pháp nghiên cứu. - Tổng hợp và nghiên cứu các tài liệu có liên quan nước thải Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam. - Đề xuất công nghệ xử lý nước thải khác nhau và so sánh lựa chọn để tìm ra phương án tối ưu cho Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam. - Trao đổi ý kiến với chuyên gia.

SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƯỜNG CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA VÀ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM CỦA NƯỚC THẢI BIA. Giới Thiệu Về Ngành Sản Xuất Bia. Tình hình phát triển ngành công nghiếp sản xuất bia. Trên thế giới.

Ngành công nghiệp sản xuất bia có nguồn gốc từ các nước châu Âu như Đức, Anh , Pháp… với nhu cầu tiêu thụ ngày càng lớn như hiện nay thì ngành sản xuất Bia đang chiếm một vị trí quan trọng trong ngành phát triển công nghiệp trên thế giới. Theo thống kê Năm 2007 dựa trên kết quả của viện nghiên cứu thuộc hãng sản xuất nước ngọt hàng đầu Nhật Bản Kirin Breweries thì sản lượng bia toàn cầu trong năm 2007 đạt 180 triệu kilolit. Sản lượng bia tăng 5,9%, đạt mức tăng cao nhất kể từ khi viện nghiện cứu này bắt đầu công việc thống kê vào năm 1974. Trung Quốc giữ vị trí là nhà sản xuất bia hàng đầu trên thế giới trong suốt 6 năm trở lại đây, chiếm đến 22% tổng sản lượng bia trên toàn thế giới,theo sau là Nga với mức tăng sản lượng đạt ở mức hai con số và đứng thứ 3 là Đức.

Dự kiến với mức tăng trưởng kinh tế như hiện nay, mức sống của người dân trên thế giới ngày càng cao thì ngành công nghiệp sản xuất bia sẽ phát triển mạnh trong những năm tới. Tại việt nam. Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự xuất hiện của Nhà máy bia Sài Gòn và Nhà máy bia Hà Nội, như vậy bia Việt Nam đã có lịch sử trên 120 năm. Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các nhà máy bia có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc Trung ương và địa SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƯỜNG phương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nước ngoài.

Công nghiệp sản xuất bia phát triển kéo theo sự phát triển các ngành sản xuất khác như: Vỏ lon nhôm, két nhựa, vỏ chai thủy tinh, các loại nút chai và bao bì khác. Theo thống kê hiện nay, cả nước có khoảng trên 320 nhà máy bia và các cơ sở sản xuất bia với tổng năng lực sản xuất đạt trên 800 triệu lít/năm. Bia địa phương ở 311 cơ sở, chiếm 97,18% số cơ sở nhưng sản lượng chỉ chiếm 37,41% sản lượng bia cả nước (đạt 231 triệu lít) và đạt 60,73% công suất thiết kế. Hiện nay theo thống kê mới nhất của Bộ Kế hoạch - đầu tư, bốn tháng đầu năm 2011 các doanh nghiệp trong nước đã sản xuất 714,6 triệu lít bia các loại, tăng 9,2% so với cùng kỳ năm ngoái.

Tốc độ tăng trưởng ngành bia tại VN, theo thống kê của các công ty nghiên cứu thị trường, ước đạt 15%/năm. VN có khoảng 350 cơ sở sản xuất bia có trụ sở ở hầu khắp các tỉnh thành trên cả nước và tiếp tục tăng về số lượng. Trong số này, có hơn 20 nhà máy đạt công suất trên 20 triệu lít/năm, 15 nhà máy có công suất lớn hơn 15 triệu lít/năm, và có tới 268 cơ sở có năng lực sản xuất dưới 1 triệu lít/năm. Qui trình công nghệ tổng quát của ngành sản xuất Bia.

Đặc tính nguyên liệu. Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt Đại Mạch, hoa houblon và nước. Để tiết kiệm nguồn malt Đại Mạch hoặc để sản xuất một vài loại bia thích hợp, với thị hiếu của người tiêu dùng bên cạnh Đại Mạch, người ta còn dùng thêm các nguyên liệu phụ như bột mì, gạo, bột ngô, thậm chí cả bột đậu tương đã tách béo. Nước Đối với bia, nước là một nguyên liệu không thể thay thế được.

Thành phần hóa học của nước ảnh hưởng đến đặc điểm, tính chất sau cùng của bia do nó tác động trong suốt các quá trình chế biến của công nghệ sản xuất bia. SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƯỜNG Trên dây chuyền công nghệ chính, nước được dùng trong quá trình nấu, pha loãng dung dịch đường để lên men, như vậy nước trở thành thành phần chính của sản phẩm. Ngoài ra, nước còn được dùng ở những quá trình khác như làm lạnh, làm nóng, rửa dụng cụ, thiết bị, vệ sinh khu vực sản xuất. Đại mạch Đại mạch là nguyên liệu chủ yếu dùng để sản xuất bia, muốn được vậy, đại mạch phải trải qua quá trình nẩy mầm nhân tạo sau đó dừng lại bằng cách sấy khô.

 Thành phần hóa học của Đại mạch.  Các chất vô cơ : 10,5-11,5%  Chất béo : 1,5 -2%  Các chất khác : 1-2 Độ ẩm bình quân thay đổi từ 14 -14,5%, độ ẩm có thể thay đổi từ 12% trong điều kiện thu hoạch khô ráo và trên 20% trong điều kiện ẩm ướt.  Tinh bột Có công thức là (C6H10O5)n, có được chuyển hóa dễ dàng thành đường glocose dưới tác dụng của acid và thành dextrine và maltose dưới tác dụng của amylase. Tinh bột là một thành phần quan trọng về mặt số lượng trong đại mạch từ 55-65%.

Khi nấu, dưới tác dụng của các men amylase được chuyển hóa thành thành dextrine và đường maltose và sau đó sẽ được chuyển hóa thành cồn và CO 2 trong quá trình lên men.  Protêin Sản phẩm thủy phân của protêin được chia ra làm nhiều nhóm khác nhau và giữ một vai trò hết sức quan trọng trong sản xuất malt và bia. Những nhóm kém phức tạp sẽ là chất dinh dưỡng cho nấm men trong quá trình lên men, nhưng nếu trong dịch đường có qúa nhiều loại này nấm men không sử dụng hết, phần tồn tại SVTH : NGUYỄN THANH KỲ TRANG 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: T.S NGUYỄN XUÂN TRƯỜNG trong bia sẽ là dinh dưỡng cho các vi sinh vật làm hỏng bia trong quá trình bảo quản.1 Các chỉ số chất lượng của Malt vàng Thứ Các chỉ số chất lượng Giá trị trung tự bình 1 Khối lượng hectolit, kg 55 -58 2 Khối lượng 1000 hạt không lựa chọn,g 32-35 3 Độ dài lá mầm, % số hạt có chiều dài 2/3-3/4 hạt 70-75 4 Số hạt trắng đục, % 90-96 5 Hàm ẩm, % 3.0 6 Thời gian đường hóa, phút 10-15 7 Cường độ màu, ml 0,1NI2 / 100ml dịch đường 0.25 8 Lượng chất chiết hòa tan, % theo chất khô.5 9 Hiệu số chiết ly (nghiền mịn, nghiền thô) 2-3.5 10 Hàm lượng đường maltoza, % theo chất chiết 65-82 11 Đường: dextrin 0.5-6 13 Độ chua định phân ml 0,1N NaOH/100g chất khô 14-17.7 15 Đạm tổng, % theo chất khô ( N x 6,25) 9.21 17 Độ lên men biểu kiến cuối cùng, % 75-78 18 Hoạt lực amylaza, 0WK 220-280 Nguồn.