Tổng quan về hệ thống xử lý nước thải sản xuất bia

Để khắc phục vấn đề này, nhiều nhà máy sản xuất đã đầu tư hệ thống xử lý nước thải sản xuất bia. Cùng tìm hiểu về quy trình xử lý của hệ thống này qua bài viết dưới đây của Thiết bị phòng sạch VCR.

1. Thông tin chung về ngành công nghiệp sản xuất bia

Công nghiệp sản xuất bia là một trong những ngành phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu. Tại Việt Nam, tỷ lệ sử dụng rượu bia có xu hướng tăng nhanh trong thời gian gần đây. Đáng chú ý, năm 2017, Việt Nam tiêu thụ 4,1 tỷ lít bia và 305 triệu lít rượu, đứng đầu khu vực Đông Nam Á và đứng thứ 3 chỉ sau Trung Quốc và Nhật Bản.

Sử dụng rượu, bia là nhu cầu thiết yếu của người dân Việt Nam nói chung và toàn thế giới nói riêng. Đó là thức uống quen thuộc gắn liền với đời sống văn hóa lâu đời của người dân.

Tuy nhiên, mặt hạn chế của ngành công nghiệp này tạo nên một lượng nước thải xả vào môi trường. Trung bình mỗi ngày tại Việt Nam có hàng triệu m3 nước thải sản xuất bia. Nguồn nước thải xả trực tiếp gây ảnh hưởng đến nguồn nước mặt, tác động tiêu cực đến sức khỏe và đời sống của con người. Vì vậy, cần trang bị hệ thống xử lý nước thải sản xuất bia là điều cần thiết đối với mỗi cơ sở sản xuất.

2. Thành phần và nguồn gốc nước thải sản xuất bia

Trong nhiều năm qua, lượng tiêu thụ bia rượu ở nước ta rất cao. Dựa vào số liệu thống kê của văn phòng tổ chức Y tế thế giới, Việt Nam đứng thứ 64 trên thế giới về mức tiêu thụ lượng bia. Vào năm 2016, trung bình mỗi người Việt tiêu thụ 8,3 lít bia, ước tính đến năm 2025, con số này sẽ tăng lên 7 lít/ người/ năm.

Không chỉ đối với ngành sản xuất bia, nguồn nước thải từ ngành công nghiệp sản xuất nước giải khát có lưu lượng xả tương đối cao với một số thành phần gây ảnh hưởng đến môi trường: Vi khuẩn, các dung môi - hóa chất, Nito, Photpho, TSS, CO, BOD, COD,... Đây đều là chất gây hại đến sức khỏe của con người và động vật.

Nước thải bia có nguồn gốc phát sinh từ một số công đoạn trong quá trình sản xuất bia:

• Công đoạn nấu - đường hóa
• Công đoạn lên men
• Công đoạn hoàn thành sản phẩm

Ngoài ra, nguồn gốc phát sinh nước thải bia còn đến từ một số hoạt động khác: Lau sàn, tẩy rửa các trang thiết bị, khu vệ sinh, khu bếp của cán bộ công nhân viên trong hoạt động sinh hoạt thường ngày.

3. Thành phần và tính chất nước thải trong sản xuất bia

Những đặc tính của nước thải bia gồm có:

• Chất hữu cơ tồn tại trong nước với hàm lượng cao.
• Hàm lượng của chất rắn lắng đọng và chất rắn lơ lửng cao.
• Nhiệt độ luôn cao hơn so với quy định.
• Biên độ dao động của độ pH rất lớn.
• Nước thải có màu xám đen do có nhiều thành phần cấu thành.
• Một số hóa chất được sử dụng trong quá trình sản xuất: Soda, xút (NaOH), H3PO4, CaSO4, CaCO3,...

Nước thải sản xuất bia được chia thành 02 loại, bao gồm: Loại có tải lượng ô nhiễm cao vượt ngưỡng và loại mang ít tải lượng ô nhiễm.
Đối với loại có tải lượng ô nhiễm cao vượt ngưỡng, hàm lượng COD lên đến 10.000mg/ L. Nguồn gốc phát sinh của loại này đến từ các công đoạn lọc bia, nấu bia, tẩy rửa thùng lên men và thùng chứa. Với loại nước thải này, cần tiền xử lý để lọc bớt cặn.

Đối với loại mang ít tải lượng ô nhiễm, hàm lượng COD chỉ khoảng tầm 200 - 300mg/ L. Nguồn gốc phát sinh của loại này đến từ công đoạn rửa chai, rửa sàn, tẩy rửa vệ sinh thông thường, khâu thanh trùng. Tuy vậy, loại nước thải này cần được xử lý triệt để.

Tương tự như nhiều ngành chế biến thực phẩm khác, nước thải bị nhiễm hợp chất hữu cơ rất cao, những hợp chất này bị phân hủy nhanh chóng, chủ yếu là xenlulozơ, protein, carbohydrate. Bên cạnh đó, tỷ số BOD/ COD dao động từ 0,6 - 0,7 (>0,5) nên có thể dùng phương pháp sinh học để xử lý nước thải bia.

Nếu không xử lý, loại nước thải này có mùi rất thối, nồng độ oxy hòa tan trong nước ở mức thấp nhưng nồng độ hàm lượng nito, photpho cực kỳ cao. Điều này gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa cho các vùng thủy vực nằm lân cận nhà xưởng.

Từ thông tin số liệu trên, có thể thấy, nguồn nước chưa qua xử lý của quá trình sản xuất bia có nồng độ ô nhiễm vượt ngưỡng so với QCVN 40:2011/BTNMT. Nếu nguồn nước này không xử lý mà trực tiếp đưa ra môi trường sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng.

4. Điểm qua các phương pháp xử lý nước thải trong sản xuất bia

Xử lý nước thải trong sản xuất bia bằng phương pháp hóa lý

Phương pháp hóa lý thực chất là cho thêm chất phản ứng nào đó vào nước thải để tác động với tạp chất bẩn, làm biến đổi hóa học và tạo cặn lắng hoặc tạo dạng chất hòa tan nhưng không gây ô nhiễm môi trường.

• Phương pháp trung hòa: Phương pháp này được sử dụng nhằm mục đích đưa các chất thải có chứa kiềm hoặc axit vô cơ về trạng thái trung tính pH = 6.5 - 8.5.
• Phương pháp keo tụ: Là phương pháp xử lý nước thải có dùng hóa chất. Trong đó, nhờ tác dụng của chất keo tụ mà các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn hơn.
• Phương pháp ozon hóa: Là phương pháp xử lý nước thải có chứa các chất hữu cơ dạng keo bằng ozon và dạng hòa tan. Ozon dễ dàng nhường oxy nguyên tử cho các tạp chất hữu cơ.
• Tuyển nổi: Dùng để loại bỏ tạp chất ra khỏi nước bằng cách tạo cho chúng khả năng nổi lên bề mặt nước khi bám theo bọt khí.
• Trao đổi ion: Là phương pháp dùng các chất trao đổi ion để thu hồi anion và cation. Trong đó, các chất trao đổi ion có thể là vật liệu nhựa nhân tạo hoặc chất rắn trong tự nhiên, không hòa tan trong dung môi hữu cơ và nước, có khả năng trao đổi ion.
• Tách bằng màng: Là phương pháp dùng các màng bán thấm để tách các chất tan ra khỏi hạt keo. Màng bán thấm là màng xốp đặc biệt không cho các hạt keo đi qua.

Xử lý nước trong sản xuất bia bằng phương pháp sinh học

Phương pháp này sử dụng các vi sinh vật để phân giải chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước thải. Vi sinh vật sử dụng một số khoáng chất và chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng để xây dựng tế bào, đồng thời tổng hợp năng lượng cho quá trình sống. Nhờ quá trình sống của vi sinh vật, các chất ô nhiễm được chuyển hóa và làm sạch nước thải

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chia làm 02 quá trình: Phân hủy hiếu khí và phân hủy yếm khí, có thể xử lý trong điều kiện nhân tạo hoặc điều kiện tự nhiên.

Trước khi xử lý sinh học, nước thải cần xử lý hóa học, cơ học và hóa lý để loại bỏ hoàn toàn tạp chất thô, các thành phần gây bất lợi cho phương pháp xử lý sinh học.

Xem thêm:

Công nghệ xử lý nước RO sản xuất bia rượu an toàn

Các loại nước sản xuất bia đạt chuẩn

5. Sơ đồ quy trình xử lý nước thải trong sản xuất bia

Bạn đọc có thể tham khảo sơ đồ dưới đây để biết rõ hơn về các công đoạn xử lý nước thải sản xuất bia:

6. Thuyết minh quy trình công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia

Song chắn rác

Nước chảy qua song chắn rác giúp loại bỏ rác thải hoặc các thành phần có kích thước lớn, tránh xảy ra tình trạng tắc nghẽn đường ống dẫn và hạn chế tình trạng hư hỏng của các thiết bị trước khi vào hố gom.

Bể điều hòa

Tùy theo các giờ trong ngày, chất lượng và lưu lượng sẽ có sự thay đổi. Do vậy, trước khi đi qua bể lọc, nước thải được đổ vào bể điều hòa để hòa trộn và trung hòa độ pH (bằng axit và dung dịch kiềm).

Bể UASB (xử lý sinh học yếm khí)

Nước sẽ chảy từ bể điều hòa sang bể UASB, tại đây, các chất hữu cơ bị phân hủy trong điều kiện kỵ khí tạo thành dạng khí sinh học (đây là thức ăn của vi sinh vật yếm khí).

Tại bể này, nước thải chia làm 2 lớp, bao gồm:

• Lớp phía trên là nước trong được đưa tới bể trung gian để tiến hành các công đoạn tiếp theo.
• Lớp dưới là bùn lắng đọng được đưa đến bể nén bùn, phần bùn khác được tuần hoàn lại để tiếp tục xử lý.

Thông số liên quan giúp vận hành tốt bể UASB:

• Thông số độ pH nên để ở mức từ 7 - 7.2.
• Nhiệt độ ổn định từ 33 - 35 độ C.
• Lượng tải trọng hữu cơ ở mức 10 - 15kg/m3/ ngày.

Bể trung gian

Nước sẽ chảy từ bể UASB sang bể trung gian. Tại đây, bể tạo cơ hội cho các vi sinh vật thích ứng lại, do nước thải tại bể UASB bị xử lý kỵ khí bắt buộc nên cần có bể sinh học hiếu khí.

Bể Aerotank

Sau khi phân hủy tại bể UASB, các chất hữu cơ còn lại trong nước tiếp tục được làm sạch tại bể Aerotank trong điều kiện hiếu khí.
Tại đây, nhờ hệ thống cấp không khí, nước thải tiếp tục được xáo trộn với các loại vi sinh vật hiếu khí, tạo điều kiện để những vi sinh vật này sinh sống và phát triển. Vi sinh vật hiếu khí lấy các chất ô nhiễm trong nước thải (kim loại nặng, photpho, nito, BOD, COD,...) làm thức ăn, tăng sinh khối và kết thành bông bùn.

Bể lắng

Nước đổ vào bể lắng, tính chất của bông cặn nặng hơn nước nên sẽ nằm lắng ở phía dưới đáy bể, tiến hành chuyển phần nước trong phía trên đến bể khử trùng phía sau để thực hiện các công đoạn xử lý tiếp theo. Còn phần cặn bên dưới sẽ chuyển đến bể nén, một phần sẽ tuần hoàn đến bể Aerotank cho vòng lặp tiếp theo.

Bể khử trùng

Khi qua đến bể này, nước đã được lọc sạch các hợp chất hữu cơ hoặc COD, BOD, SS,... có trong nước thải. Tuy nhiên, vẫn còn tồn đọng Coliform ở mức cao, mầm bệnh hoặc vi sinh vật gây nguy hiểm. Do đó, để đảm bảo an toàn tuyệt đối, nước thải cần được khử trùng trước khi thải ra ngoài môi trường.

Một số phương pháp khử trùng phổ biến

• Clo hóa: Với phương pháp này, thường sử dụng clo ở dạng khí, dạng nước hoặc clorua vôi. Nhằm đảm bảo thời gian tiếp xúc giữa clo và nước thải, thể tích bể phải lớn để nước thải lưu lại trong bể khử trùng từ 30 - 45 phút.
• Ozon hóa: Có tác dụng làm cho các hợp chất của photpho, nito,... bị oxy hóa, từ đó hạn chế hiện tượng phì dưỡng hóa trong nước.
• Dùng tia UV, tia cực tím.
• Sử dụng điện phân muối ăn.

7. Công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia có ưu và nhược điểm gì?

Ưu điểm

• Hiệu quả xử lý COD, BOD, nito cao, áp dụng thành công tại các nhà máy sản xuất bia quy mô lớn.
• Hạn chế hiện tượng mùi chua lên men.
• Trọng tải lớn, có thể nâng cao lưu lượng xử lý nước thải.
• Chi phí vận hành hợp lý, hệ thống vận hành dễ dàng,
• Tiết kiệm khoản chi phí đầu tư ban đầu cho doanh nghiệp.
• Đảm bảo nguồn nước thải đầu ra ổn định, không gây ô nhiễm môi trường.

Nhược điểm

• Mất thời gian đào tạo chuyên môn cho nhân viên vận hành.
• Sau quá trình xử lý bùn, cần thu gom và xử lý định kỳ.
• Nếu một trong các bể không đạt yêu cầu, hệ thống xử lý sẽ bị đứt đoạn.

Và đó là những chia sẻ của VCR liên quan đến hệ thống xử lý nước thải sản xuất bia. Qua bài viết trên, hy vọng bạn đọc sẽ có góc nhìn tổng quan về quy trình xử lý nước thải cho nhà máy sản xuất bia, từ đó áp dụng vào doanh nghiệp mình một cách hiệu quả. Chúc bạn thành công!

Xem thêm: Các thiết bị lọc trong sản xuất bia