Xử lí nước thải trong sản xuất bia

Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện CNSH & CNTP

XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG
NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA
GVHD:

PGS.TS Lê Thanh Hà
PGS.TS Nguyễn Lan Hương


CÁC THÀNH VIÊN
STT

HỌ VÀ TÊN

MSSV

1

Nguyễn Hồng Anh

20180397

2

Nguyễn Thị Lan Anh

20180401

3

Đặng Thị Thùy Linh

20180484

4

Phan Thế Mạnh

20180501

5

Nguyễn Thị Trà My

20180505

6

Nguyễn Thị Thu Uyên

20180593

7

Lê Thị Hải Yến

20180602

1

NỘI
DUNG

2
3
4
5

TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT BIA
NƯỚC THẢI CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BIA
CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU NƯỚC THẢI
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
MỘT SỐ SƠ ĐỒ XỬ LÍ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA


Tổng quan về ngành
sản xuất bia


1.1 BIA VÀ LỊCH SỬ RA ĐỜI CỦA BIA

•

Bia là một loại thức uống có cồn được sản xuất từ
nguyên liệu chính là malt đại mạch, nấm men, hoa
bia và nước. Về đặc tính cảm quan bia có màu sắc
từ vàng đến đen, có mùi thơm của hoa bia, một số
loại bia nổi bật mùi thơm trái cây như mùi dầu chuối,

mùi quả có múi,…

•

Bia cùng với rượu là những loại thức uống có cồn ra
đời từ rất sớm, song hành cùng với sự phát triển,
tiến bộ của nhân loại.

•

Hiện nay bia là một trong số những loại thực phẩm
phong phú nhất với hơn 180 loại bia và hơn 20.000
nhãn hiệu trên tồn thế giới.

•

Việt Nam hơn 1 thế kỷ qua và ngày nay trở thành
một thức uống rất phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt là ở
thành thị.


1.2. TÌNH HÌNH TIÊU THỤ VÀ SẢN XUẤT BIA TRÊN THẾ GIỚI

• Vào năm 2020, sản lượng bia
tồn cầu đạt khoảng 1,82 tỷ ha,
tăng từ 1,3 tỷ ha vào năm 1998.
• Các quốc gia dẫn đầu tồn cầu
về sản xuất bia là Trung Quốc,
Hoa Kỳ và Brazil.
• Năm 2019, Châu Á sản xuất

nhiều hơn 6,8 triệu hl so với
năm trước với phần lớn tăng
trưởng đến từ Campuchia (+ 5
triệu hl), Việt Nam (+3 triệu hl)
và Thái Lan (+ 2.4 triệu hl).

Sản lượng bia trên thế giới 1998-2020


1.3. TÌNH HÌNH TIÊU THỤ VÀ SẢN XUẤT BIA TẠI VIỆT NAM

•

Trong 5 năm trở lại đây, nền kinh tế Việt Nam đã có
những bước phát triển vượt bậc, mức sống của
người dân cũng dần được cải thiện.

•

Ngành cơng nghiệp bia với tốc độ tăng trưởng bình
quân là 14,9%, ngành công nghiệp bia đã phát triển
với tốc độ tăng trưởng cao.

•

Theo thống kê của Bộ Kế hoạch- đầu tư, tốc độ tăng
trưởng ngành bia ở Việt Nam ước đạt 15%. Việt
Nam 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.

•

Có hơn 20 nhà máy đạt cơng suất trên 20 triệu lít/
năm, 15 nhà máy có cơng suất lớn hơn 15 triệu lít/
năm và có tới 268 cơ sở có năng lực sản xuất dưới 1
triệu lít/ năm

Lượng tiêu thụ rượu bia tăng từ 9 lít/người/tháng
năm 2018 lên 1,3 lít/người/tháng năm 2020


1.4. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NƯỚC TRONG SẢN XUẤT BIA

•

Nước là thành phần chính của bia, chiếm 90-95%
khối lượng bia.. Một lượng lớn nước được sử dụng
để sản xuất bia cũng như để rửa, làm sạch và khử
trùng các thiết bị sau khi mỗi mẻ hồn thành.

•

Tiêu thụ nước cho các nhà máy bia hiện đại thường
dao động từ 4-10hl/hl bia (1hl=100l).

•

Ở Heineken, lượng nước tiêu thụ trung bình tồn cầu
thấp hơn 4hl/hl bia. Tuy nhiên lượng nước tiêu thụ ở

hầu hết các nhà máy bia vượt quá 4hl/hl bia.

•

Một số nhà máy bia vừa và nhỏ không xử lý nước
thải trước khi thải ra môi trường.


1.5 QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA
Ngun liệu:

•

Malt là sản phẩm được chế biến từ các loại hạt như đại
mạch, tiểu mạch,… là sản phẩm giàu dinh dưỡng chứa
các phân tử dễ hoà tan. Malt dùng trong sản xuất bia
chủ yếu là từ hạt đại mạch nảy mầm.

•

Gạo: Trong q trình sản xuất bia thường dùng gạo tẻ.
Gạo cung cấp nguồn glucid là cơ chất của quá trình lên
men. Khi dùng để đường hoá chúng được nghiền
thành bột, cho nấu qua hồ hố, dịch hố, đường hố

•

Nước: Nước là một loại nguyên liệu chính để sản xuất
bia, nước chiếm từ 80% tới 90% trọng lượng bia thành

phẩm

•

Hoa houblon: Hoa bia là nguyên liệu thứ hai để sản
xuất bia, góp phần quan trọng tạo ra mùi vị đặc trưng
của bia. Đồng thời, hoa được sử dụng như một chất
bảo quản cho bia, tăng khả năng tạo bọt, giữ bọt.
Trong quá trình sản xuất bia, chỉ sử dụng hoa cái chưa
thụ phấn-gọi là nón hoa.
Quy trình cơng nghệ sản xuất bia


Nước thải của quá trình
sản xuất bia


2.1 NGUỒN GỐC DỊNG NƯỚC THẢI
Nước thải sinh hoạt: Có lưu lượng khơng lớn
Nước thải sản xuất: bao gồm

•

Nước thải lọc bã hèm: Nước thải phát sinh từ giai đoạn lọc hèm nên
chúng bị nhiễm bẩn bởi các chất hữu cơ, cặn bã hèm, các vi sinh vật.

•

Nước thải lọc dịch đường: Nước thải này thường bị nhiễm bẩn chất hữu
cơ, lượng Gluco ở mức cao. Có độ đục và độ màu khá cao.

•

Nước thải từ các thiết bị trao đổi nhiệt: Là dịng thải có lưu lượng lớn
nhất, được xem như là sạch. Có nhiệt độ từ 45-50°C và có thể lẫn một ít
lượng dầu mỡ khơng đáng kể.

•

Nước thải từ quả trình nửa chai: có độ ơ nhiễm cao nhất trong dây
chuyền sảnxuất bia. Có độ pH cao.

•

Nước thải phát sinh từ các thiết bị lọc bụi và bãi thải xi than: có lưu
lượng và hàm lượng cặn lo lừng (bụi than) rất lớn. Dòng thải này xuất hiện
khi nổi hơi được cung cấp nhiệt nhờ than.

•

Nước thải từ quả trình rửa thiết bị: thường có hàm lượng chất hữu cơ
cao đồng thời chứa dầu mỡ, cặn và trong trường hợp rửa nổi hơi có thể
chứa cả acid và kiềm
Sơ đồ nước thải


2.2 ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI
Thơng số

Đơn vị tính

Mức hiện tại Các tác động đến môi trường
ở VN

cao, nhiệt độ cao.

pH

 

6-8

 

mg/l

900 - 1400

Ô nhiễm

Thành phần nước thải nhà máy bia vượt rất nhiều lần mức

BOD5
COD

mg/l

1700 - 2200

Ô nhiễm

SS

mg/l

500 - 600

Gây ngạt thở cho thủy sinh

Tổng N

mg/l

30

Gây hiện tượng phì dưỡng cho
thực vật

Tổng P

mg/l

22 - 25

Kích thích thực vật phát triển

NH4

mg/l

13 - 16

Độc hại cho cá nhưng kích
thích triển vật phát triển

Lượng nước thải rất lớn chứa nhiều chất hữu cơ, pH

cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam, cần phải qua xử lý.
Đặc tính chung của nước thải trong các nhà máy bia:

•
•

Hàm lượng chất hữu cơ dễ phân húy sinh học cao
Hàm lượng chất rắn trong nước cao do còn lẫn nhiều
xác men, bã

•
•
•
•

+

Nhiệt độ cao

Đặc trưng nước thải của cơng nghiệp sản xuất bia
Các chất ô nhiễm

Tải lượng (kg/ngày)

SS

2.300-2.500

mạnh đến kiềm mạnh

COD

10.000-11.000

Thường có màu xám đen

BOD5

6.500-7.000

Tổng nito

130-150

Tổng Photpho

110-130

pH dao động mạnh và thay đổi khá lớn từ mức acid

Có các hóa chất được sử dụng trong q trình sản xuất
như xút, soda,.

Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải sản xuất bia
(Đối với nhà máy bia công suất 100 triệu lít/ năm)


2.3 QUY CHUẨN VIỆT NAM VỀ NƯỚC THẢI
Thơng số

Đơn
vị
tính

QCVN 40:2011
A

B

pH

 

6-9

5,5 - 9

BOD5

mg/l

≤ 30

≤ 50

COD

mg/l

≤ 75

≤ 150

SS

mg/l

≤ 50

≤ 100

Tổng N

mg/l

≤ 20

≤ 40

Tổng P

mg/l

≤4

≤6

NH4+

mg/l

≤5

≤10

QCVN 60-MT:2015/BTNMT

Thành phần nước thải sản xuất bia thường vượt rất
nhiều lần quy chuẩn VN, nếu không được xử lí trước khi
thải ra ngồi mơi trường thì sẽ gây ảnh hưởng rất lớn
tới môi trường và sức khỏe con người.


Các biện pháp giảm thiểu
nước thải


3.1 PHÂN LUỒNG DỊNG THẢI

Nước thải của các cơng đoạn khác nhau có đặc tính khác
nhau. Có những cơng đoạn nước khá sạch khơng cần xử lí
hoặc xử lí sơ bộ (nước làm mát). Nếu tách riêng dịng thải
có các đặc tính khác nhau sẽ có các biện pháp xử lí đơn

giản và ít tốn kém
Có thể phân luồng nước thải theo mức độ nhiễm bẩn:

•

Dịng 1: Nước làm mát các thiết bị truyền nhiệt

•

Dịng 2: Nước thải sinh hoạt của cơng nhân ở khu vực
hành chính, sản xuất

•

Dịng 3: Nước vệ sinh thiết bị, sàn nhà có hàm lượng
hữu cơ cao như tinh bột, đường, bã bia, xác men…

•

Dịng 4: Dịng thải có thốt nước mưa khơng lớn, khơng
gây ô nhiễm, tập trung vào mùa mưa và có thể thải trực
tiếp ra cống


3.2 XỬ LÝ NƯỚC LÀM MÁT

Nước sau khi trao đổi nhiệt bị nóng lên nhưng vẫn
là nước sạch.
Do đó nên sử dụng lại nước này để tiết kiệm và
giảm chi phí cho nước cấp

Hệ thống tháp giải nhiệt tuần hồn hở:
Thường được sử dụng nhiều trong công nghiệp,
tuy nhiên nước dễ bị hao hụt và có nguy cơ bị
nhiễm bẩn

Hệ thống giải nhiệt tuần hồn kín:
Có rất ít mất mát về nước, nước khơng có nguy
cơ bị nhiễm bẩn hay vi sinh vật.


3.3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT

Nước thải sản xuất nhà máy bia

•
•

Đây là dịng nước thải gây ơ nhiễm chính cần tập trung xử lý.
Dịng thải nàycó hàm lượng chất hữu cơ cao và dễ bị phân hủy làm ô nhiễm môi trường.


Các phương pháp xử lí
nước thải


4.1 PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC

Song chắn rác

•

Song chắn rác: giữ lại các thành phần có kích thước lớn.

Bể lắng đợt 1

•

Thiết bị tách rác thơ: mảnh thủy tinh, chai lọ, nhãn giấy nút

Lưới lọc: để giữ lại các chất lơ lửng có kích thước nhỏ. Lưới
có kích thước lỗ từ 0,5 đến 1mm.

chai, …. Thiết bị lọc rác tinh loại bỏ các tạp chất có kích thước
nhỏ hơn, mịn hơn như bã hèm,...

•

Bể lắng cát: tách các chất bẩn vơ cơ có trọng lượng riêng lớn
hơn nhiều so với trọng lượng riêng của nước như xỉ than,

•

Bể gom: là nơi tiếp nhận nguồn nước thải trước khi đi vào

cát… ra khỏi nước thải

các cơng trình xử lý tiếp theo. Bể gom thường được làm bằng
bê tông, xây bằng gạch. Trong quy trình này bể gom cịn có
tác dụng điều hịa lưu lượng nước thải.

•

Bể lắng : có nhiệm vụ tách các hạt lơ lửng trên nguyên tắc
trọng lực. Có thể loại bỏ 90-95% lượng cặn.


4.2 PHƯƠNG PHÁP HĨA LÝ – HĨA HỌC
Trong q trình xử lí nước thải bia phương pháp hóa lý thường được sử dụng: lắng lọc kết hợp, hấp phụ,
tuyển nổi, trao đổi ion…
Phương pháp lắng lọc kết hợp:

•
•

PP này hiệu quả khi sử dụng để tách các hạt keo phân tán có kích thước 1-100micromet.
Tuy nhiên khi sử dụng chất keo tụ thời gian lắng tương đối dài khơng thích hợp xử lí nước thải bia ở
các nhà máy lớn vì lưu lượng lớn

Phương pháp tuyển nổi:

•
•

Trong nước các phân tử có bề mặt kỵ nước sẽ có khả năng kết dính vào các bọt khí.
Khi các khí và các phần tử phân tán cùng vận động trong nước thì các phần tử đó sẽ tập trung trên
bề mặt các bọt khí và nổi lên

Phương pháp hấp phụ:

•

Q trình hóa lý hút các chất (khí, lỏng hoặc các chất hịa tan) bằng các chất rắn hay chất lỏng khác.


4.2 PHƯƠNG PHÁP HĨA LÝ – HĨA HỌC

Một số cơng trình:
Bể điều hịa

•

Tại bể điều hịa tiến hành trung hịa và điều chỉnh pH về
giá trị thích hợp (pH = 6-9)

•

Nước thải nhà máy bia có khoảng pH dao động rất lớn
(từ 5-12) và biến động theo thời gian.

Bể khử trùng

•

Khử trùng nước thải nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt
các loại vi khuẩn gây nguy hiểm chưa được hoặc khơng
thể loại bỏ trong q trình xử lý nước thải.

•

Khử trùng có nhiều phương pháp:clo hóa (rộng rãi nhất)
hoặc ozon hóa

Bố trí bể điều hịa và bể khử trùng


4.3 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Nguyên tắc: Hoạt động của vsv phân hủy các chất hữu cơ gây

Yêu cầu của nước thải:

ơ nhiễm nước thải. Q trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ

•

Khơng độc đối với vi sinh vật

VSV gọi là q trình oxh sinh học

•

Tỷ lệ BOD/COD >= 0.5

Xử lí hiếu khí

•

pH của nước thải phải ở ngưỡng điều chỉnh được

Thực chất đây là quá trình phân hủy các chất hữu cơ dưới tác

•

Độ nhớt thấp

dụng của các vi sinh vật hiếu khí khi có sự tham gia của ôxi

•

Hàm lượng cặn lơ lửng không quá cao
Xử lý kị khí

Ưu điểm

Yêu cầu ít diện tích
Tạo ra năng lượng dưới
dạng biogas
Tạo bùn ít
Chi phí vận hành thấp

Xử lý được nito và
photphat
Thời gian xử lý nhanh

Nhược điểm

Thời gian xử lý lâu
Không xử lý được nito và
photphat

Cần thể tích lớn
Sinh nhiều bùn
Chi phí vận hành cao

Xử lí kị khí
Là q trình phân hủy các chất bẩn hữu cơ dưới tác dụng của
vi sinh vật kị khí trong điều kiện khơng có ơxy.

Xử lý hiếu khí

Cần kết hợp cả hai phương pháp
để đạt hiệu quả tối ưu nhất


4.3.1 BỂ UASB

Upflow Anaerobic Sludge Blanket
Là bể xử lý kỵ khí
Tận dụng nguồn dinh dưỡng có trong nước thải, nhóm vi sinh vật
kị khí nhanh chóng phát triển
Cấu tạo bể UASB gồm 3 bộ phận chính:

•
•
•

Hệ thống máng thu nước sau xử lý
Hệ thống tách thu khí
Hệ thống cấp nước thải vào bể xử lý

Trong bể UASB nước thải được phân phối đều trên diện
tích đáy bể bởi hệ thống phân phối có đục lỗ. Dưới tác
dụng của vi sinh vật kị khí, các chất hữu cơ hịa tan trong
nước được phân hủy và chuyển hóa thành khí. Các hạt
bùn cặn bám vào các bọt khí được sinh ra nổi lên bề
mặt.Nước trong ra khỏi bể UASB có hàm lượng chất hữu
cơ tương đối thấp được chảy tràn qua bể Aeroten thông
qua máng thu nước.


4.3.1 BỂ UASB
Bể UASB hoạt động dựa trên 3 giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử
Các chất thải phức tạp không tan như polysaccharides, proteins,
lipids chuyển hóa thành các chất đơn giản hơn như đường, amoni
axit, axit béo. Quá trình này chuyển hóa nhờ enzym do vi khuẩn
sinh học tiết ra.

Tại giai đoạn này, bể kỵ khí sẽ diễn ra q trình lên men
chuyển hóa các chất đã hịa tan thành chất đơn giản hơn như
axit béo, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S
và các sinh khối mới. Độ pH trong bể có thể bị giảm xuống 4.0
do sự hình thành các axit béo.

Giai đoạn 3: Q trình Methane hóa
Tại đây, các chất đã Methan hóa thành khí CH4 và CO2. Phản
ứng hóa học ở giai đoạn này là:
CH3COOH = CH4 + CO2
2C2H5OH + CO2 = CH4 + 2CH3COOH
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O

Quá trình thủy phân của protein: NH3 + HOH = NH4- + OHKhí OH- sinh ra từ đây sẽ có phản ứng với CO2 tạo thành các
ion bicacbonat.

Giai đoạn 2: Q trình axit hóa


4.3.1 BỂ UASB

•

Xử lý nước thải có nồng độ ơ nhiễm hữu cơ cao:
COD = 15.000 mg/l

ƯU
ĐIỂM

•
•

Có thể xử lý hiệu suất tới 80%
Yêu cầu dinh dưỡng của bể UASB thấp hơn so với
hệ thống bể xử lý sinh học hiếu khí.

•
•
•

Có thể thu hồi khí sinh học từ hệ thống.
Tiêu thụ ít năng lượng
Có thể ứng dụng rộng rãi, xử lý được hầu hết các

loại nước thải có nồng độ ơ nhiễm từ trung bình đến
cao.

NHƯỢC
ĐIỂM

•

Giảm thể tích bể Aerotank.

•

Cần diện tích, khơng gian lớn để xây dựng bể xử lý
nước thải.

•

Q trình tạo ra bùn hạt khó kiểm soát và tốn nhiều
thời gian.