Tự động hóa quá trình xử lý nước thải nhà máy bia

Mục lục

I.

Trang
Mục lục..............................................................................................
1
Lời mở đầu........................................................................................
2
Một vài nét giới thiệu về công nghệ sản xuất bia........................
3

II.

Công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia khi chưa áp dụng tự

động hóa......................................................................................
III. Công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia khi chưa áp dụng hệ
IV.
V.

5

thống tự động hóa.......................................................................
Đề xuất các yếu tố tự động hóa vào công nghệ xử lý nước thải

6

nhà máy bia..................................................................................

• Đưa ra được công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia.
• Phân tích, lựa chọn đối tượng điều chỉnh tự động.
• Đề xuất được các đối tượng điều khiển tự động
• Giới thiệu về hệ thống tự động hóa hiện nay ở một số nhà máy bia.

TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI
NHÀ MÁY BIA
2


Tự động hóa quá trình xử lý nước thải nhà máy bia
I.. Một vài nét giới thiệu về công nghệ sản xuất bia
Bia được sản xuất lâu đời trên thế giới, là sản phẩm lên men có tác dụng
giải khát, tạo sự thoải mái và tăng cường sức lực cho cơ thể. Các nước có sản
lượng sản xuất bia cao là Mỹ, Đức với sản lượng trên 10 tỷ lít/ năm, và còn
nhiều nước với sản lượng trên 1 tỷ lít/ năm.
Ở Việt Nam, theo các số liệu đã công bố thì sản lượng bia ở nước ta ngày
càng tăng theo các năm. Số liệu thống kê cho thấy, trong ngành sản xuất bia có
ba doanh nghiệp có sản lượng trên 100 triệu lít/ năm là Sabeco (năng lực sản
xuất trên 300 triệu lít/ năm), Habeco (trên 200 triệu lít/ năm), và công ty liên
doanh nhà máy bia Việt Nam (trên 100 triệu lít/ năm). Có 15 doanh nghiệp bia
có công suất lớn hơn 15 triệu lít/ năm và 19 doanh nghiệp có sản lượng sản xuất
bia thực tế trên 20 triệu lít/ năm. Và có khoảng 268 cơ sở còn lại có năng lực sản
xuất dưới 1 triệu lít/ năm. [1]

Hình 1: Sản lượng bia của cả nước
Trên đây là biểu đồ thể hiện sản lượng bia của cả nước từ năm 2003-2006 và
theo lộ trình phát triển này, năm 2010 sản lượng bia của cả nước vào khoảng 2-3
tỷ lít/ năm và mức tiêu thụ bình quân trên đầu người vào khoảng 28-30 lít/
người/ năm. Với tốc độ phát triển nhanh hiện nay, nhiều nhà máy bia quy mô

ô nhiễm, có khả năng tuần hoàn, sử dụng lại.
- Nước thải bộ phận nấu - đường hóa, chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu, bể
chứa, sàn nhà,... nên chứa bã malt, tinh bột, bã hoa, các chất hữu cơ....
- Nước thải từ hầm lên men là nước vệ sinh các thiết bị lên men, thùng chứa,
đường ống, sàn nhà, xưởng,... có chữa bã men và chất hữu cơ.
- Nước thải rửa chai, đây cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớn
trong công nghệ sản xuất bia. Về nguyên lý, chai để đóng bia được rửa qua các
bước như sau: rửa với nước nóng => rửa bằng dung dịch kiềm loãng (1 ÷ 3%
NaOH) => rửa sạch bẩn và nhãn bên ngoài chai sau đó rửa sạch bằng nước
nóng và nước lạnh. Do đó dòng thải của quá trình rửa chai có đội pH cao và làm
cho dòng thải chung có giá trị pH kiềm tính.
Kiểm tra nước thải từ các nhà máy rửa chai 0.5l cho thấy mức độ ô nhiễm như
trong bảng 1:
Hàm lượng, mg/l
Thông số

thấp

cao

trung bình

COD

810

4480

2490


0,52

Zn

0,2

0,54

0,35

AOX

0,1

0,23

0,17
5


Tự động hóa quá trình xử lý nước thải nhà máy bia
pH = 8,3 đến 11,2
Nước tiêu thụ để rửa chai = 0.3 đến 0.5 lít

Bảng 1: Ô nhiễm nước thải từ nhà máy rửa chai bia
Trong nước thải rửa chai có hàm lượng đồng và kẽm là do sử dụng loại
nhãn dán chai có in ấn bằng các loại thuốc in có chứa kim loại. Hiện nay loại
nhãn chai có chứa kim loại đã bị cấm sử dụng ở nhiều nước. Trong nước thải có
tồn tại AOX là do quá trình khử trùng có dùng chất khử là hợp chất của clo.
Trong sản xuất bia, công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy

Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia bao gồm nhiều công đoạn được thể hiện
như trên hình 3. Hoạt động của hệ thống này như sau:
Nước thải từ nhà máy được thu gom vào hố bơm. Từ hố bơm P1 bơm
nước qua song chắn rác. Đây là bước xử lý sơ bộ. Mục đích của quá trình này là
khử tất cả các tạp chất có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử
lý nước tải như làm tắc máy bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan
trọng đảm bảo điều kiện làm việc việc thuận lợi cho cả hệ thống. Rác tự động
vào thùng chứa bằng cách xối nước liên tục hoặc cào thủ công.
Sau song chắn rác, nước tự chảy vào bể cân bằng. Bể này có tác dụng
điều hoà lưu lượng để duy trì dòng thải vào gần như không đổi cho các công
đoạn sau, khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải
gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý. Nhiệt độ
nước được đo thủ công theo chu kỳ hoặc thời điểm tuỳ thuộc vào kỹ sư vận
hành. Máy bơm P2 sẽ bơm nước từ bể cân bằng vào bể trung hoà và ổn định lưu
lượng. [3]
Nước thải chứa các axít vô cơ hoặc kiềm cần được trung hoà đưa pH về
khoảng 7±0.2 trước khi sử dụng cho công đoạn xử lý tiếp theo. Trung hoà nước
thải thực hiện bằng cách bổ sung các tác nhân hoá học. Trong quá trình trung
hoà, một lượng bùn cặn được tạo thành. Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ
và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng các tác nhân sử dụng cho
quá trình. [3]
Để trung hoà trong công nghệ này người ta sử dụng tác nhân hoá học là
NaOH và HCl. Khi pH vượt ngưỡng dưới thì bơm định lượng DP bổ sung thêm
NaOH, khi pH vượt ngưỡng trên thì DP bổ sung HCl và cho máy khuấy M1 hoạt
động. Máy khuấy tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng trung hoà và làm đồng
đều hoá chất bổ sung với nước thải. Điều khiển pH được thực hiện thủ công. Để
bảo đảm an toàn cho vi sinh vật người vận hành thường xuyên phải đo tay độ pH
đầu nguồn nước vào bể kỵ khí để đảm bảo chắc chắn rằng pH không vượt
ngưỡng cho phép. Khi phát hiện pH không đạt yêu cầu thì người vận hành tắt
P1, P2, P3 để cắt nguồn nước không bảo đảm chỉ tiêu pH cho công đoạn xử lý

lượng ôxi cần thiết cho vi khuẩn trong quá trình phân giải chất hữu cơ đồng thời
xáo trộn làm tăng khả năng hấp thụ các chất hữu cơ của vi sinh vật đảm bảo sự
phân giải tối đa. Kết quả là hình thành các bông sinh học có thể lắng trọng lực ở
đầu ra của bể. Đối với đa số các vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu là 6.5÷8.5.
Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn tới chức năng hoạt động của vi sinh vật.
Đối với đa số vi sinh vật, nhiệt độ nước thải phải từ 6÷37 0 C[2]. Nói chung giá
trị DO luôn được bảo đảm trong khoảng cho phép nhờ công suất không đổi của
máy thổi khí theo thiết kế trừ trường hợp có sự cố (hỏng máy thổi, tắc ống dẫn
khí,...) và được giám sát thủ công. Nhiệt độ nước trong bể đo thủ công theo quy
trình vận hành (định kỳ hoặc theo thời điểm do kỹ sư vận hành quyết định).
Nước thải sau khi được xử lý tại bể hiếu khí sẽ tràn sang bể lắng đứng.
Tại đây sử dụng phương pháp lắng trọng lực. Trong nước thải vào các bể này
chứa bùn hoạt tính là sản phẩm của quá trình phân giải của vi sinh tại bể hiếu
khí. Bùn hoạt tính có dạng bông màu vàng nâu, dễ lắng, kích thước từ 3 đến
5µm. Những bông này gồm các vi sinh vật sống và chất rắn (40%). Vi sinh bao
gồm vi khuẩn, động vật bậc thấp, dòi, giun, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn,....
[2], một phần bùn được đưa quay trở lại bể hiếu khí để bảo đảm đủ lượng vi sinh
cần thiết. Bể lắng có thể tích thiết kế đủ lớn để nước được lưu trong đó vài giờ,
đủ thời gian cho quá trình lắng, do đó có thể xả bùn và ép bùn liên tục (luôn bật
máy gạt bùn M2, bơm hút bùn SP và máy ép bùn D). Các van tay V4, V5 được
mở trước ở các độ mở nhất định, các mức mở này do kỹ sư vận hành thực hiện
9


Tự động hóa quá trình xử lý nước thải nhà máy bia
nhằm đảm bảo sự cân bằng giữa thức ăn và vi khuẩn hiếu khí.
Nhược điểm của hệ thống này:
- Hệ thống vẫn phải điều khiển thủ công
- Các bước đo các thông số DO, pH vẫn phải lấy mẫu và đo thủ công => kết quả
không đồng đều và độ chính xác không cao.

10


Tự động hóa quá trình xử lý nước thải nhà máy bia

Hình 4: Sơ đồ xử lý nước thải sau khi ứng dụng tự động hóa

11


Tự động hóa quá trình xử lý nước thải nhà máy bia
Từ những nhược điểm của sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia
khi chưa ứng dụng tự động hóa vào hệ thống xử lý nước thải. Em đề xuất một số
thiết bị và cơ cấu chấp hành được gắn vào hệ thống trên và được thể hiện ở hình
4:
Từ hình 4 ta có một số thiết bị đo như sau:
STT

Tên thiết bị

Ứng dụng

1

TIC1, TIC2

Truyền xa, chỉ thị và điều chỉnh tự động
nhiệt độ.

2

dòng lưu lượng như hình trên.
V. Giới thiệu về hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Habeco
Sau khi đề xuất và lập sơ đồ tự động, em tiến hành tìm hiểu thực tế tại hệ thống
xử lý nước thải của nhà máy bia Habeco Hải Phòng và tìm hiểu được hệ thống
tự động xử lý nước thải của nhà máy và được thể hiện qua sơ đồ sau:

12


Tự động hóa quá trình xử lý nước thải nhà máy bia
V.1. Sơ đồ công nghệ
Nước thải từ nhà máy

Nước dư

Mương lắng cát

Máy lược rác thô

Cặn rác
Chôn lấp
Thiết bị xử lý
khí hôi

Bể gom

Máy lược rác tinh
NaOH/H2SO4

Bể cân bằng

Bể lắng hiếu khí

Polyme

Bể khử trùng

Chlorine

Bùn bánh
Đi chôn lấp

Hố ga thu nước

Nước thải QCVN 24:2009/BTNMT

Hình 5: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia Habeco
V.2 Thuyết minh công nghệ
13


Tự động hóa quá trình xử lý nước thải nhà máy bia
Nước thải từ tất cả các khu vực của Nhà máy, được tách riêng biệt với nước
mưa theo hệ thống thoát nước của nhà máy tập trung khu xử lý nước thải. Trước
khi vào bể thu gom, nước thải đi qua mương lắng cát nhằm lắng cát và bột
diatomit, đồng thời tách rác thô nhờ máy lược rác thô có kích thước khe lược
20mm đặt trong mương. Từ bể gom, nước thải được bơm chìm bơm lên thiết bị
lựơc rác tinh đặt trên bể cân bằng nhằm loại bỏ toàn bộ cặn rắn có kích thước
>0.5mm. Nước sau tách cặn sẽ chảy vào bể cân bằng. Bể cân bằng có nhiệm vụ
tập trung, điều hòa lưu lượng và các thành phần (SS, BOD, COD…) của nước
thải. Bể cân bằng được bố trí một máy khuấy chìm & máy sục khí chìm nhằm

Tự động hóa quá trình xử lý nước thải nhà máy bia
Từ bể Aerotank 2, nước thải tự chảy vào bể lắng hiếu khí, ở đây sẽ diễn ra
quá tình tách bùn hoạt tính và nước thải đã qua xử lý sinh học. Nước sau khi
lắng tiếp tục chảy vào bể khử trùng để tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật gây
bệnh còn sót lại trong nước thải. Sau đó nước được thu về hố ga thoát nước và
tự chảy ra nguồn tiếp nhận.
Bùn ở đáy bể lắng hiếu khí được dẫn sang bể chứa bùn. Tại đây, phần lớn
bùn hoạt tính được bơm tuần hoàn trở về bể Aeroten 1 để duy trì chức năng sinh
học và giữ nồng độ bùn trong hệ bể xử lý hiếu khí ở mức ổn định. Phần bùn sinh
học dư được bơm bùn dư bơm về bể chứa bùn để tách một phần độ ẩm trước khi
cho vào máy ép bùn.
V.3 Về công tác xử lý bùn và cặn rác:
Với thời gian lưu thích hợp, bùn trong bể nén được nén từ nồng độ 1% lên
2-2,5%, sau đó được bơm vào bộ keo tụ bùn, trộn đều với polymer keo tụ bùn và
được đưa đến máy ép bùn băng tải. Bánh bùn khô sau khi ép được đem đi chôn
lấp theo quy định hoặc được sử dụng làm phân bón cho nông nghiệp.
Nước dư của bể chứa bùn, bể nén bùn và máy ép bùn được dẫn quay về bể
lắng cát để tiếp tục quá trình xử lý.

15


Tự động hóa quá trình xử lý nước thải nhà máy bia
TÀI LIỆU THAM KHẢO

16