Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng than hoạt tính hấp phụ chất ô nhiễm trong nước thải sau xử lý của công ty bia thanh hóa

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hồn thành khóa luận này, tơi đã
nhận đƣợc sự quan tâm giúp đỡ tận tình của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp
này tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến:
Tập thể các thầy, cô giáo Khoa Quản lý Tài nguyên rừng và Môi trƣờng,
Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tơi trong q trình
học tập, nghiên cứu và hồn thành khóa luận.
Đặc biệt, tôi xin gửi cảm ơn sâu sắc đến Th.S. Trần Thị Thanh Thủy ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn tơi trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành
khóa luận.
Cùng với đó tơi xin cảm tập thể cán bộ phịng kỹ thuật mơi trƣờng nói
riêng và Cơng ty Bia Thanh Hóa nói chung đã giúp đỡ hết sức nhiệt tình trong
thời gian thực tập ở cơng ty.
Qua đây, tơi xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã động viên, khích lệ, giúp
đỡ tơi hồn thành khóa luận này.
Mặc dù bản thân đã rất cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt
huyết và năng lực của mình, song với kiến thức cịn nhiều hạn chế và trong giới
hạn thời gian quy định, khóa luận này chắc chắn cịn nhiều thiếu sót. Tác giả rất
mong nhận đƣợc những đóng góp q báu của q thầy cơ để nghiên cứu một
cách sâu hơn, toàn diện hơn nếu có cơ hội thực hiện trong thời gian tới.
Xin trân trọng cảm ơn !
Hà Nội, ngày 15 tháng 05 năm 2017
Sinh viên
Hà Văn Thắng


TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG
TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

1. Tên khóa luận: “Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng than hoạt tính
hấp phụ chất ơ nhiễm trong nƣớc thải sau xử lý của Cơng ty Bia Thanh

Hóa”
2. Sinh viên thực hiện: Hà Văn Thắng
3. Giáo viên hƣớng dẫn: Ths. Trần Thị Thanh Thủy
4. Mục tiêu nghiên cứu:
Mục tiêu lâu dài:
Cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn trong việc sử dụng than hoạt tính hấp
phụ chất ơ nhiễm trong nƣớc.
Mục tiêu cụ thể:
Nghiên cứu và đề xuất đƣợc giải pháp sử dụng than hoạt tính hấp phụ chất ô
nhiễm trong nƣớc thải sản xuất bia của Công ty Bia Thanh Hóa.
5. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu việc quản lý, xử lý nƣớc thải sản xuất bia của Cơng ty Bia Thanh
Hóa
- Đánh giá khả năng của than hoạt tính trong hấp phụ chất ơ nhiễm của nƣớc
thải sản xuất bia, theo dõi than hoạt tính trƣớc và sau khi hấp phụ
- Đề xuất giải pháp sử dụng than hoạt tính trong xử lý nƣớc thải
6. Kết quả đạt đƣợc
- Thực trạng việc quản lý, xử lý nƣớc thải sản xuất bia của Cơng ty Bia Thanh
Hóa. Hàm lƣợng các chất ô nhiễm trong nƣớc đều vƣợt quá giới hạn cho phép
(cột B QCVN 40:2011/BTNMT). Cụ thể hàm lƣợng COD vƣợt 1,28 lần; NH4+
vƣợt 1,16 lần, TSS vƣợt 1,34 lần, và PO43- cũng khá cao. Từ kết quả trên cho
thấy, nƣớc thải tại khu vực nghiên cứu đang bị ô nhiễm.


- Đánh giá đƣợc hiệu quả xử lý nƣớc thải của than hoạt tính trong hấp phụ chất
ơ nhiễm của nƣớc thải sản xuất bia. Bề dày hợp lý của than hoạt tính làm tăng
hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm trong nƣớc và sau xử lý các thông số đều đạt
giới hạn cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT. Cụ thể hiệu suất xử lý: với
TSS 80,84%, với COD 75%, với NH4+ 85,03%, với PO43- 38,39%.
- Theo dõi và kiểm tra than hoạt tính trƣớc và sau khi hấp phụ. Khả năng hấp

phụ của than sau xử lý đạt 95,7% so với than ban đầu,
- Từ kết quả nghiên cứu, đề tài đã đề xuất mơ hình xử lý sử dụng bể chứa than
hoạt tính thêm vào hệ thống xử lý nƣớc thải của nhà máy.


MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................................... 1
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN ................................................................................ 3
1.1. Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất bia ........................................... 3
1.1.2. Nƣớc thải sản xuất bia ............................................................................ 11
1.2. Phƣơng pháp xử nƣớc thải ........................................................................... 16
1.2.1. Phƣơng pháp xử lý cơ học ........................................................................ 16
1.2.2. Phƣơng pháp xử lý hóa, lý học ................................................................. 17
1.2.3. Phƣơng pháp xử lý sinh học...................................................................... 17
1.3. Giới thiệu về than hoạt tính.......................................................................... 20
1.3.1. Khái niệm và đặc trƣng cơ bản của than hoạt tính ................................... 20
1.3.2. Cơ chế hấp phụ.......................................................................................... 21
1.3.3. Ứng dụng của than hoạt tính ..................................................................... 22
CHƢƠNG II: MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU .................................................................................................... 24
2.1. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................. 24
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu. ............................................................................... 24
2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 24
2.3.1. Tìm hiểu việc quản lý, xử lý nƣớc thải sản xuất bia của Công ty Bia
Thanh Hóa ........................................................................................................... 24
2.3.2. Đánh giá khả năng của than hoạt tính trong hấp phụ chất ơ nhiễm của
nƣớc thải sản xuất bia, theo dõi than hoạt tính trƣớc và sau khi hấp phụ........... 24
2.3.3. Đề xuất giải pháp sử dụng than hoạt tính trong xử lý nƣớc thải .............. 25
2.4. Phƣơng pháp tiến hành................................................................................. 25
2.4.1. Kế thừa tài liệu .......................................................................................... 25

2.4.2. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm ................................................................. 25
2.4.3. Phƣơng pháp phân tích trong phịng thí nghiệm....................................... 26
CHƢƠNG III. GIỚI THIỆU VỀ CƠNG TY BIA THANH HĨA ..................... 33


CHƢƠNG IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................... 36
4.1. Thực trạng việc quản lý, xử lý nƣớc thải sản xuất bia của Cơng ty Bia
Thanh Hóa ........................................................................................................... 36
4.2. Hiệu quả xử lý nƣớc thải của than hoạt tính ................................................ 39
4.2.1. Độ pH ........................................................................................................ 39
4.2.2. Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) ..................................................................... 40
4.2.3. Nhu cầu oxi hóa học (COD) ..................................................................... 42
4.2.4. Amoni (NH4+) ........................................................................................... 44
4.2.5. Photphat (PO43-) ........................................................................................ 46
4.2.6. Khả năng hấp phụ của than sau khi xử lý nƣớc thải ................................. 47
4.3. Đề xuất giải pháp sử dụng than hoạt tính trong xử lý nƣớc thải ................. 48
CHƢƠNG V ....................................................................................................... 50
KẾT LUẬN - TỒN TẠI – KHUYẾN NGHỊ ..................................................... 50
5.1. Kết luận ........................................................................................................ 50
5.2. Tồn tại .......................................................................................................... 51
5.3. Khuyến nghị ................................................................................................. 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 52


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các thƣơng hiệu và công suất bia trong và ngoài nƣớc tại Việt Nam . 3
Bảng 1.2: Thành phần hóa học của malt đại mạch ............................................... 5
Bảng 1.3: Ô nhiễm nƣớc thải từ máy rửa chai bia .............................................. 11
Bảng 1.4: Đặc tính nƣớc thải một số nhà máy bia .............................................. 12
Bảng 1.5: Tỷ lệ cấp nƣớc và nƣớc thải ra đối với từng mục đích sử dụng của

công nghệ sản xuất bia ........................................................................................ 14
Bảng 1.6: Giá trị của một số thơng số ơ nhiễm có trong nƣớc thải .................... 14
Bảng 4.1. Hàm lƣợng các chất có trong mẫu phân tích nƣớc thải của Cơng ty
Bia Thanh Hóa .................................................................................................... 38
Bảng 4.2. Kết quả phân tích pH trong nƣớc thải ................................................ 39
Bảng 4.3. Kết quả phân tích TSS trong nƣớc thải .............................................. 40
Bảng 4.4. Kết quả phân tích COD trong nƣớc thải............................................. 42
Bảng 4.5. Kết quả phân tích NH4+ trong nƣớc thải............................................. 44
Bảng 4.6. Kết quả phân tích PO43- trong nƣớc thải............................................. 46


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Quy trình sản xuất bia ......................................................................... 10
Hình 1.2. Tỷ lệ nƣớc cấp cho các cơng đoạn sản xuất........................................ 13
Hình 1.3. Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí ..................... 19
Hình 2.1. Bố trí thí nghiệm với than hoạt tính...............................................................33
Hình 4.1. Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải Công ty Bia Thanh Hóa....................37
Hình 4.2. Biểu đồ sự thay đổi giá trị pH qua các lần xử lý ................................ 40
Hình 4.3. Biểu đồ thể hiện sự thay đổỉ TSS trong nƣớc thải .............................. 41
Hình 4.4. Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý TSS trong nƣớc thải ........................ 42
Hình 4.5. Biểu đồ thể hiện sự thay đổỉ COD trong nƣớc thải ............................ 43
Hình 4.6. Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý COD trong nƣớc thải ...................... 44
Hình 4.7. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi NH4+ trong nƣớc thải............................. 45
Hình 4.8. Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý NH4+ trong nƣớc thải....................... 45
Hình 4.9. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi PO43- trong các mẫu nƣớc thải ............. 46
Hình 4.10. Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý PO43- trong nƣớc thải..................... 47
Hình 4.11. Quy trình xử lý nƣớc thải sản xuất bia đạt hiệu quả cao .................. 48
Hình 4.12. Bể than hoạt tính đƣợc đề xuất.........................................................50

ĐẶT VẤN ĐỀ
Bia là loại thức uống đƣợc con ngƣời tạo ra khá lâu đời, đƣợc sản xuất từ
các nguyên liệu chính là malt, gạo, hoa houblon, nƣớc; sau quá trình lên men
tạo loại nƣớc uống mát, bổ, có độ mịn xốp, có độ cồn thấp. Ngồi ra, CO2 bão
hồ trong bia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát và có hệ men khá phong
phú nhƣ nhóm enzym kích thích tiêu hố amylaza. Vì những ƣu điểm này mà
bia đƣợc sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới.
Ngày nay, công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu, bao
gồm chủ yếu là các tổ hợp đƣợc ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn. Với mỗi
loại men khác nhau, thành phần sử dụng để sản xuất bia khác, nên các đặc trƣng
của bia nhƣ hƣơng vị và màu sắc cũng thay đổi rất khác nhau.
Ở Việt Nam, song song với quá trình phát triển kinh tế, nhu cầu sử dụng
nƣớc giải khát ngày càng tăng, trong đó bia đƣợc tiêu thụ mạnh nhất trong dịng
sản phẩm đồ uống có cồn, chiếm khoảng 89% tổng doanh thu và 97% về khối
lƣợng (Bộ công thƣơng, 2007). Công nghiệp sản xuất bia tạo nên một lƣợng lớn
nƣớc thải xả vào môi trƣờng. Hiện nay lƣợng nƣớc thải tạo thành trong quá
trình sản xuất bia là 8 - 14 lít nƣớc thải/ lít bia, phụ thuộc vào cơng nghệ và các
loại bia sản xuất. Đặc tính của nƣớc thải cơng nghiệp bia là có chứa nhiều chất
hữu cơ dễ chuyển hóa sinh học với tỷ lệ BOD và COD khá cao, hàm lƣợng nitơ,
photpho cũng khá cao. Vì vậy các loại nƣớc thải này cần phải xử lý trƣớc khi xả
ra nguồn nƣớc tiếp nhận.
Việc xử lý nƣớc thải hiện nay có thể áp dụng theo các phƣơng pháp nhƣ
xử lý hóa học, hóa lý. Việc lựa chọn phƣơng pháp xử lý còn phụ thuộc vào
nhiều yếu tố trong đó phải kể đến đặc tính của nƣớc thải. Xử lý nƣớc thải theo
phƣơng pháp hóa học và hóa lý đạt hiệu quả cao nhƣng chi phí cho việc vận
hành là khá cao. Trƣớc tình hình đó, việc tìm ra giải pháp xử lý ít tốn kém và ít
sử dụng hóa chất là vấn đề đang đƣợc các nhà nghiên cứu tìm hiểu. Cho đến nay
việc sử dụng cơ chế hấp phụ nói chung và than hoạt tính nói riêng để xử lý nƣớc

1

đang rất phổ biến, than hoạt tính có thể hấp phụ đƣợc rất nhiều chất ô nhiễm
trong nƣớc và giá thành thì thấp.
Cơng ty Cổ phần Bia Thanh Hóa đã có lịch sử gần 30 năm hoạt động
trong ngành đã và đang trên đà phát triển trở thành nhà sản xuất bia hàng đầu
Việt Nam. Mức tiêu thụ bia vào khoảng 65 triệu lít/năm và tổng doanh thu lên
tới 605 tỷ đồng. Song song với việc phát triển của công ty sẽ kéo theo vấn đề về
chất thải sản xuất và nƣớc thải sản xuất. Trong đó, vấn đề mơi trƣờng lớn nhất
trong nhà máy bia là lƣợng nƣớc thải đƣợc thải ra môi trƣờng. Với các lý do
trên, sinh viên đã lựa chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu và đề xuất giải pháp
sử dụng than hoạt tính hấp phụ chất ô nhiễm trong nước thải sau xử lý của
Cơng ty Bia Thanh Hóa”

2


CHƢƠNG I : TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất bia
Bia (beer) là đồ uống có rƣợu nhẹ đƣợc chế biến chủ yếu từ đại mạch nảy

mầm (thóc malt), hoa bia (houblon), nguyên liệu phụ là gạo, ngô và nƣớc. Bia là
ngành có lợi nhuận cao trở nên ngành cơng nghiệp tiêu dùng quan trọng, có
mức tăng trƣởng cao. Ngày nay không nƣớc nào trên thế giới không nƣớc nào là
không sản xuất hoặc tiêu thụ bia.
Việt Nam cũng là một quốc gia nằm trong nhóm các nƣớc tiêu thụ bia nhiều
nhất Thế giới, vì thế, nhiều nhà máy bia với quy mô sản xuất lớn ứng với trình
độ cơng nghệ, thiết bị hiện đại đƣợc đầu tƣ để đáp ứng nhu cầu trong nƣớc và

góp phần đẩy mạnh xuất khẩu. Một số thƣơng hiệu bia điển hình đƣợc thể hiện
ở bảng dƣới đây (Bảng 1.1)
Bảng 1.1. Các thƣơng hiệu và cơng suất bia trong và ngồi nƣớc tại Việt
Nam
Nhà sản xuât

Sabeco

Liên doanh nhà
máy bia Việt
Nam (VBL)
Habeco

Sản phẩm chủ đạo
Bia 333, Sài gịn đỏ,
Sài gịn xanh

Cơng suất
(Tr.lít/năm)

HCM, Cần Thơ, Sóc
1600

Heiniken, Tiger,

Trăng

HCM,Hà Tây

Ankor, Foster

Bia Hà Nội, bia hơi

Khu vực sản xuất

400

Hà Nội, Hải Dƣơng

70

Thanh Hóa

50

Nha Trang

Bia Hà Nội, bia
Bia Thanh Hóa

Thanh Hóa (bia hơi,
chai, lon)

San Miguel Việt
Nam

San Miguel

3

Liên doanh nhà
máy bia Đông

Hà Nội, Hải Dƣơng

Halida, Carls berg

Nam Á, Việt Hà
Bia Huế

Huda, Festival

200

Huế

(Nguồn: Dẫn theo Nguyễn Tú Oanh, 2014)
1.1.1. Quy trình sản xuất bia
1.1.1.1. Nguyên liệu sản xuất
Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon và
nƣớc. Ngồi ra ngƣời ta cịn dùng một số nguyên liệu thay thế nhƣ đại mạch
chƣa nảy mầm, gạo, ngơ…
* Nƣớc
Do thành phần chính của bia là nƣớc nên nƣớc là nguyên liệu có ảnh
hƣởng rất quan trọng trong quá trình sản xuất bia. Trong nhà máy bia nƣớc
đƣợc sử dụng với nhiều mục đích khác nhau nên lƣợng nƣớc cấp rất lớn. Nƣớc
dùng để nấu bia không nhiều nhƣng tác động rõ rệt đến chất lƣợng bia. Mặc dù
ảnh hƣởng của nó cũng nhƣ là tác động tƣơng hỗ của các loại khống chất hịa
tan trong nƣớc đƣợc sử dụng trong ngành sản xuất bia khá phức tạp. Vì vậy,
ngồi việc đáp ứng các quy định đối với nƣớc uống, nƣớc sản xuất bia còn phải

xử lý qua hệ thống RO đảm bảo một số tiêu chuẩn nghiêm ngặt. Nƣớc nấu bia
phải trong suốt, không màu, có vị dễ chịu, khơng có mùi lạ và khơng chứa các
vi sinh vật gây bệnh để đem lại sự ổn định về chất lƣợng và mùi vị của sản
phẩm. Một số yêu cầu hóa học của nƣớc nấu bia nhƣ sau:
- Độ cứng toàn phần: 5 - 6 mg- dlg/l
- pH= 6,8 - 7,3
- COD theo KMnO4 ≤ 2 mg/l
- TLS < 600 mg/l
- Hàm lƣợng sắt: không quá 0,3 mg/l
- Hàm lƣợng mangan: không quá 0,2 mg/l

4


- Hàm lƣợng nitrat: không quá 10 mg/l
- Trong nƣớc nấu bia khơng có xianua, thủy ngân, bari, crom, photphat,
nitric.
* Malt đại mạch
Bằng cách ngâm các hạt lúa mạch vào trong nƣớc, cho phép chúng nảy
mầm đến một giai đoạn nhất định và sau đó làm khơ hạt đã nảy mầm trong các
lò sấy để thu đƣợc hạt ngũ cốc đã mạch nha hóa (Malt). Mục tiêu chủ yếu của
quy trình này giúp hoạt hóa tích lũy về khối lƣợng và hoạt lực của hệ enzym
trong đại mạch. Hệ enzym này giúp chuyển hóa tinh bột trong hạt thành đƣờng
hịa tan bền vững vào nƣớc tham gia quá trình lên men. Malt đại mạch vừa là
tác nhân đƣờng hóa vừa là nguyên liệu đặc trƣng dùng để sản xuất bia. Malt
phải sạch, có mùi thơm đặc trƣng, vị ngọt, màu vàng sáng, đều khơng đƣợc mốc
và có mùi hơi. Thành phần hóa học của malt của malt đƣợc nêu trong bảng 1.2
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của malt đại mạch
STT

Thành phần

Phần trăm (%)

1

Tinh bột

58

2

Đƣờng khử

4

3

Sacaroza

5

4

Pentoza hịa tan

1

5

Pentoza khơng tan

9

6

Xenluloza

6

7

Chất chứa nito

10

8

Chất béo

2,5

Ngồi ra, cịn chứa một số chất khác nhƣ chất màu, chất đắng, chất
thơm…Trong malt có chứa các enzym thủy phân nhƣ: a-amylaza, b-proteinaza,
peptidaza, fitaza, amylofotfataza.
* Gạo
Để sản xuất bia có thể lựa chọn các nguyên liệu khác để sử dụng cùng
Malt nhƣng ở Việt Nam các cơ sở thƣờng sử dụng là gạo. Đây là loại hạt có
5

hàm lƣợng tinh bột khác cao có thể đƣợc sử dụng sản xuất đƣợc các loại bia có
chất lƣợng hảo hạng. Gạo đƣợc đƣa vào chế biến dƣới dạng bột nghiền mịn dễ
tan trong q trình hồ hóa, sau đó đƣợc phối trộn cùng với bột nghiền mịn để dễ
tan trong q trình hồ hóa, sau đó đƣợc phối trộn cùng với bột malt sau khi
đƣờng hóa. Để lựa chọn gạo ngƣời ta chú ý tới các loại hạt gạo trắng trong và
các hạt gạo màu trắng đục bởi hàm lƣợng protein. Do đó, trong sản xuất bia, các
nhà sản xuất thƣờng chọn loại có độ trắng đục cao hơn.
* Hoa houblon
Hoa Houblon đƣợc con ngƣời biết đến và đƣa vào sử dụng khoảng 3000
năm TCN. Đây là nguyên liệu không thể thiếu đƣợc trong sản xuất bia, giúp tạo
cho bia mùi thơm đặc trƣng và vị đắng dễ chịu. Trong sản xuất bia ngƣời ta
thƣờng sử dụng hoa houblon dƣới nhiều dạng khác nhau: dạng tƣơi, cao hoa,
hoa viên nhƣng để bảo quản đƣợc lâu và dễ vận chuyển, houblon đƣợc sấy khô
và chế biến thành cao hoa, hoa viên để tăng thời gian bảo quản và sử dụng. Giá
trị công nghệ sản xuất bia là nhựa houblon, các chất tanin và tinh dầu. Nhựa hoa
houblon tạo nên chất đắng và sát trùng. Tinh dầu houblon là hỗn hợp phức tạp
các hydrat cacbon và chứa nhiều hợp chất chứa oxy dƣới dạng tecpen, góp phần
làm chobia thơm hơn. Ngồi ra, trong hoa houblon còn chứa một số chất khác
nhƣ protein, mỡ, sáp, các hợp chất fiprotein, xenluloza…làm tăng khả năng tạo
và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm.
* Men:
Men bia là các vi sinh vật có tác dụng lên men đƣờng. Các giống men bia
cụ thể đƣợc lựa chọn để sản xuất các loại bia khác nhau. Men bia sẽ chuyển hóa
đƣờng thu đƣợc từ những hạt ngũ cốc để tạo ra cồn và carbon dioxit (CO2)
1.1.1.2. Quy trình sản xuất
Bia là sản phẩm thực phẩm thuộc loại đồ uống có độ cồn thấp, thu đƣợc
bằng cách lên men bia ở nhiệt độ thấp dịch đƣờng (chế biến từ malt đại mạch và
các hạt giàu tinh bột nhƣ gạo, ngô…) cùng với nƣớc và hoa houblon. Tất cả các
loại bia đều chứa một lƣợng cồn từ 1,8 đến 7% so với thể tích và khoảng 0,3

6


đến 0,5 % khí CO2 tính theo trọng lƣợng. Đây là hai sản phẩm chính của q
trình lên men bia từ các loai dịch đƣờng đã đƣợc houblon hóa, đƣợc tiến hành
do một số chủng đặc hiệu của nấm men saccharomyces. Ngồi ra trong bia cịn
chứa các hợp chất khác, một số là sản phẩm phụ của quá trình lên men, một số
là sản phẩm của quá trình tƣơng tác hóa học, phần cịn lại là những cấu tử, hợp
phần của dịch đƣờng không bị biến đổi trong suốt quá trình cơng nghê, tất cả
những cấu tử này tùy vào mức độ và vai trò đề trực tiếp tham gia vào việc định
hình hƣơng vị và nhiều chỉ tiêu chất lƣợng của bia thành phẩm. Nhân tố tạo ra
tính độc đáo của bia trƣớc hết là do đặc tính của ngun liệu đầu vào và tính
chất của q trình cơng nghệ. Cơng nghệ sản xuất bia là q trình phức tạp dù
đƣợc thực hiện thủ cơng hay tự động hóa thì đều phải trải qua các giai đoạn sau:
- Chế biến dịch đƣờng, houblon hóa.
- Lên men chính để chuyển hóa dịch đƣờng thành bia non.
- Lên men phụ và tang trữ bia non thành bia tiêu chuẩn.
- Lọc trong bia, đóng bao bì, hồn thiện sản phẩm
Thuyết minh cơng nghệ:
* Sản xuất dịch đường houblon hóa
- Làm sạch, đánh bóng và nghiền malt.
Malt đƣợc rửa sạch vài lần rồi mới đƣa vào máy xay để nghiền nhỏ. Mục
đích chính của việc nghiền là để tăng mặt tiếp xúc với nƣớc tạo điều kiện để
tăng tốc các quá trình lý học và hóa sinh học trong khi hịa thấm hạt vào nƣớc,
bảo đảm tối đa các chất trích ly chuyển từ hạt vào dung dịch.
- Đƣờng hóa nguyên liệu.
+ Thủy phân nguyên liệu, nhiệm vụ của quá trình thủy phân là chuyển hóa
các thành phần chính của malt và ngun liệu thay thế (gạo, ngơ, bột mì…)
thành những chất hịa tan trong nƣớc, trong đó quan trọng nhất là các loại đƣờng
và axit amin. Có nhiều phƣơng pháp nấu nhƣng nói chung các phƣơng pháp đều

dựa trên các nhiệt độ tối ƣu của các enzym để thủy phân nguyên liệu. Đa số các
cơ sở sản xuất bia ở nƣớc ta sử dụng tỉ lệ nguyên liệu 70% malt và 30% gạo.
Nguyên liệu đƣơc nghiền nhỏ sẽ đƣợc hòa trộn với nƣớc ở trong thiết bị đƣờng
7


hóa. Lƣợng nƣớc phối trộn với bột nghiền phụ thuộc vào chủng loại bia và đặc
tính kỹ thuật của hệ thống thiết bị.
+ Trong môi trƣờng giàu nƣớc các hợp chất phân tử sẽ hòa tan vào nƣớc trở
thành chất chiết của dịch đƣờng sau này, các hợp chất cao phân tử nhƣ tinh bột,
protein sẽ bị tác động bởi các nhóm enzyme tƣơng ứng khi nhiệt độ khối dịch
đƣợc nâng đến điểm thích hợp dƣới sự xúc tác của hệ emzym thủy phân các hợp
chất cao phân tử sẽ bị cắt thành sản phẩm thấp phân tử và hòa tan vào nƣớc trở
thành chất chiết của dịch đƣờng.
+ Ở phân đoạn sản xuất dịch đƣờng thƣờng đƣợc bố trí các loại thiết bị
chính sau: thiết bị phối trộn, thiết bị đƣờng hóa, thiết bị lọc, thiết bị đun dịch
đƣờng với hoa houblon, thiết bị tách bã hoa…
- Lọc bã malt: Sau khi đƣờng hóa kết thúc, bao gồm 2 hợp phần: pha rắn và
pha lỏng.
+ Thành phần pha rắn bao gồm các cấu tử khơng hịa tan của bột nghiền
còn pha lỏng bao gồm nƣớc và các hợp chất phân tử đƣợc trích ly từ malt hồn
tan trong đó. Pha rắn còn gọi là bã malt còn pha lỏng gọi là dịch đƣờng.
+ Mục đích của q trình này là tách pha lỏng ra khỏi hỗn hợp để tiếp tục
các bƣớc tiếp theo của q trình cịn pha rắn loại bỏ ra ngoài.
+ Thiết bị lọc bã malt; thùng lọc đáy bằng, máy ép khung bàn…
- Nấu dịch đƣờng với hoa houblon:
+ Mục đích của việc nấu dịch đƣờng với hoa houblon để trích ly chất đắng,
tinh dầu thơm, polyphenol và các thành phần khác của hoa houblon vào dịch
đƣờng để làm nó có vị đắng và hƣơng thơm dịu của hoa – đặc trƣng của bia.
Đồng thời làm ổn định thành phần dịch đƣờng, làm mất hoạt lực của enzym.

+ Polyphenol khi hòa tan vào dịch đƣờng ở nhiệt độ cao sẽ tác dụng với các
hợp chất protein tạo thành các phức chất màng nhầy dễ kết lắng sẽ kéo theo các
phần tử cặn lắng theo.
+ Trƣờng độ đun sôi với hoa phụ thuộc chất lƣợng nguyên liệu, cƣờng độ
đun, nồng độ chất hòa tan… và nằm trong khoảng từ 1,5 đến 2,5 giờ.

8


- Làm lạnh và tác cặn dịch đƣờng:
Dịch đƣờng: bao gồm nƣớc và các cấu tử hòa tan, chất chiết: cấu tử hòa
tan chứa 93% chất hữu cơ và 7% chất vơ cơ.
* Lên men chính, lên men phụ và tàng trữ bia:
Lên men là giai đoạn quyết đinh để chuyển hóa dịch đƣờng houblon hóa
thành bia dƣới tác động của nấm men thông qua hoạt động của chúng
- Lên men chính: một lƣợng lớn cơ chất trong dịch đƣờng bị nấm men hấp
phụ tạo thành rƣợu etylic, khí CO2, các hợp chất dễ bay hơi… một phần nhỏ bị
kết lắng và phải loai bỏ ra ngoài.
- Lên men phụ và tàng trữ bia: Ở giai đoạn này các quá trình sinh địa hóa
lý xảy ra hồn tồn giống với q trình lên men chính nhƣng với tốc độ chậm
hơn vì nhiệt độ thấp hơn và lƣợng nấm men cũng ít hơn, đây là q trình nhằm
chuyển hóa hết phần đƣờng có khả năng lên men cịn tồn tại trong bia non.
- Lọc làm trong bia: Sự hiện diện của các hạt dạng keo, nấm men, nhựa
đắng… góp phần làm giảm độ bền của bia, do đó lọc bia làm trong giúp tăng
thời gian bảo quản bia khi lƣu hành trên thị trƣờng. Bia sau khi lọc đƣợc đƣa về
thùng chứa bia thành phẩm. Từ thùng chứa bia trong bia có thể đƣợc bão hịa
thêm CO2 (nếu cần thiết).
- Chiết bia vào chai, lon, bom.

9

Quy trình sản xuất bia

Hình 1.1. Quy trình sản xuất bia của Cơng ty Bia Thanh Hóa

10


1.1.2. Nƣớc thải sản xuất bia
- Nƣớc làm lạnh, nƣớc ngƣng đây là nguồn nƣớc thải ít hoặc gần nhƣ
khơng bị ơ nhiễm và có khả năng tuần hồn để sử dụng lại.
- Nƣớc từ bộ phận nấu - đƣờng hóa, chủ yếu là nƣớc vệ sinh thùng nấu, bể
chứa, sàn nhà,... nên chứa bã bã hoa, các chất hữu cơ,...
- Nƣớc thải từ hầm lên men là nƣớc vệ sinh các thiết bị lên men, thùng
chứa, đƣờng ống, sàn nhà, xƣởng,... có chứa bã men và chất hữu cơ.
- Nƣớc thải rửa chai, đây cũng là một trong những dịng thải có ơ nhiễm
lớn trong cơng nghệ sản xuất bia. Về nguyên lý chai để đóng bia đƣợc rửa qua
các bƣớc: rửa với nƣớc nóng, rửa bằng dung dịch kiềm lỗng nóng (1÷3%
NaOH), tiếp đó là rửa sạch bẩn và dãn nhãn ở bên ngoài và cuối cùng phun
kiềm nóng rửa bên trong và bên ngồi chai, sau đó là là rửa sạch bằng nƣớc
nóng và nƣớc lạnh. Do đó dịng thải của q trình rửa chai có độ pH cao và làm
cho dịng thải chung có giá trị pH kiểm tính.
Kiểm tra nƣớc thải từ các máy rửa chai đối với các loại chai 0.5 lít cho
thấy mức độ ơ nhiễm trong bảng 1.3
Bảng 1.3. Ơ nhiễm nƣớc thải từ máy rửa chai bia
Thơng số

Thấp
810

330
2.05
7.90
0.11
0.20
0.10

Hàm lƣợng (mg/l)
Cao
4480
3850
6.15
32.0
2.00
0.54
0.23

Trung bình
2490
1723
4.00
12.8
0.52
0.35
0.17

COD
BOD5
NH4+
P tổng

Cu
Zn
AOX
pH=8.3÷11.2
Nƣớc tiêu thụ để rửa 1 chai: 0.3÷0.5 lít
(Nguồn: Theo số liệu của Cơng ty Bia Thanh Hóa)
Trong nƣớc thải rửa chai có chứa đồng và kẽm do sử dụng loại nhãn có in
bằng các loại thuốc in chứa kim loại. Hiện nay loại loại nhãn dán chai có chứa

11


kim loại đã bị cấm sử dụng ở nhiều nƣớc. Trong nƣớc thải có tồn tại AOX là do
q trình khử trùng có dùng chất khử là hợp chất của clo.
Trong sản xuất bia, cơng nghệ ít có sự thay đổi từ nhà máy này sang nhà
máy khác, sự khác nhau có chỉ có thể là sử dụng phƣơng pháp lên men nổi hay
chìm. Nhƣng sự khác nhau cơ bản là vấn đề sử dụng nƣớc cho quá trình rửa
chai, lon, máy móc thiết bị, sàn nhà,... Điều đó dẫn đến tải lƣợng nƣớc thải và
hàm lƣợng các chất ô nhiễm của các nhà máy rất khác nhau. ở các nhà máy bia có
biện pháp tuần hồn nƣớc và cơng nghệ rửa tiết kiệm nƣớc thì lƣợng nƣớc thấp,
nhƣ CHLB Đức, nƣớc sử dụng và nƣớc thải trong các nhà máy bia nhƣ sau:
- Định mức nƣớc cấp: 4÷8 m3/1000 lít bia; tải lƣợng nƣớc thải: 2.5÷6
m3/1000 lít bia;
- Tải trọng BOD5: 3÷6 kg/1000 lít bia; tỷ lệ BOD5/COD=0.5÷0.7.
- Hàm lƣợng các chất ô nhiễm trong nƣớc thải nhƣ sau: BOD5:
1100÷1500mg/l; COD: 1800÷3000 mg/l; tổng nito: 30÷100 mg/l; tổng phospho:
10÷30 mg/l.
Với các biện pháp sử dụng nƣớc hiệu quả nhất thì định mức nƣớc thải của
nhà máy bia khơng thể thấp hơn 2000 đến 3000 lít cho 1000 lít bia sản phẩm.
Trung bình lƣợng nƣớc thải ở nhiều nhà máy bia lớn gấp 10 đến 20 lần lƣợng

lƣợng bia sản phẩm.
Bảng 1.4. Đặc tính nƣớc thải Nhà máy Bia Thanh Hóa
Nhà máy I
Thơng số

Đơn vị

Khoảng

Trung
bình

Nhà máy

Nhà máy

II

III

pH

-

5.7÷11.7

-

-

-

BOD5

mg/l

185÷2400

1220

775

1622

COD

mg/l

310÷3500

1909

1220

2944

Nito tổng

mg/l

48÷348

79.2

19.2

-

12


Phospho tổng

mg/l

1.4÷9.09

4.3

7.6

-

Chất khơng tan

mg/l

185÷1530

634

-

-

m3/1000 lít bia

-

3.2

-

-

-

3.5

-

-

Tải lƣợng nƣớc
thải

Tải trọng ơ nhiễm

Kg BOD5/1000
lit bia

(Nguồn: Theo số liệu Công ty Bia Thanh Hóa)
Lƣu lƣợng dịng thải và đặc tính dịng thải trong cơng nghệ sản xuất bia
cịn biến đổi theo mùa và theo chu kì sản xuất.
Theo các tài liệu đƣợc cơng bố mức trung bình 8÷13 m3/1000 lít bia sản
phẩm; đồng thời lƣợng nƣớc sử dụng và xả ở từng công đoạn cũng khác nhau
đƣợc thể hiện trong hình 1.4 và bảng 1.6.

15%

10%

Nấu bia
10%

Sản xuất hơi
Nƣớc làm lạnh

Nƣớc rửa sàn, chai, thiết bị
35%
30%

Nƣớc bốc hơi và mục đích
khác

(Nguồn:Số liệu của Cơng ty Bia Thanh Hóa)
Hình 1.2. Tỷ lệ nước cấp cho các công đoạn sản xuất

13

Bảng 1.5. Tỷ lệ cấp nƣớc và nƣớc thải ra đối với từng mục đích sử dụng
của cơng nghệ sản xuất bia
TT

Mục đích sử dụng

Tỷ lệ cấp (%)

Tỷ lệ thải

1

Nấu bia

10

Không thải

2

Sản xuất hơi

10

Thải không đáng
kể
Thải một phần và

Nƣớc làm lạnh

3

30

có thể tái sử dụng
đƣợc

4
5

Nƣớc rửa sàn, chai, thiết bị
Nƣớc bốc hơi và sử dụng
mục đích khác
Tổng cộng

35

Thải hồn tồn

15

Thải

100

60%÷70%

(Nguồn: Theo số liệu Cơng ty Bia Thanh Hóa)
Theo nghiên cứu của Abimbola M. Enitan và cộng sự đăng trên tạp chí

International Journal of Environmental, Chemical, Ecological, Geological and
Geophysical Engineering (Tạp chí Quốc tế về mơi trƣờng, hóa chất, sinh thái,
địa chất và địa vật lý kỹ thuật) số 9, năm 2015. Với các mẫu nƣớc thải đƣợc thu
thập tại Cộng Hòa Nam Phi đƣợc lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu một cách
nghiêm ngặt với độ chính xác cao nhóm tác giả đã đƣa ra bảng với nồng độ của
các chất ơ nhiễm có trong nƣớc thải nhƣ sau:
Bảng 1.6. Giá trị của một số thông số ô nhiễm có trong nƣớc thải
Giới
hạn xả
Thơng số

Đơn vị

Giá trị

Trung bình (*)

thải của
CH
Nam
Phi

14

Giới
xả
thải
của
EU

C

24 - 30.5

27.90 ± 2.23

˂ 44

-

pH

-

4.6 - 7.3

6.0 ± 1.44

5.0÷9.5

-

COD tổng số

mg/l

5340.97 ± 2265

75

125

COD hòa tan

mg/l

3902.28 ± 1644

-

-

BOD5

mg/l

-

25

TS

mg/l

-

-

VS

mg/l

1832 – 4634

-

-

TSS

mg/l

530 – 3728

1826.74± 972.46

25

35

VSS

mg/l

804 -1278

1090.86 ± 182.74

-

-

Protein thô

mg/l

273.47 ± 233.63

-

-

Orthophosphat

mg/l

7.51 -74.10

23.71 ± 21.88

10

1-2

TON

mg/l

0 - 5.36

1.81 ± 1.66

-

-

NH3-N

mg/l

0.48 - 13.05

8.62 ± 10.40

3

-

Nitrate

mg/l

1.14 -11.55

4.30 ± 3.41

15

-

Nitrite

mg/l

0-0.24

0.37 ± 0.18

15

-

ORP

(mV)

-27.1÷-84.9

-47.80

-

-

Conductivity

(mS/cm)

1.044-1.622

1.52

70-150

-

-

-

Nhiệt đơ

0

1096.418926.08
1178.64 5847.74

1609 – 3980 3215.27 ± 870.92
1289 –
12248

61.67754.42

(mg
Alkalinity

CaCO3/

500- 10000

L)

5698.11±2749.06
3257.33±
1074.34

2450.33±
3034.19

(*) Giá trị trung bình của 14 mẫu ± độ lệch chuẩn
(Nguồn: Abimbola M. Enitan và cộng sự, 2015)

15


1.2. Phƣơng pháp xử nƣớc thải
1.2.1. Phƣơng pháp xử lý cơ học
Xử lý cơ học nhằm tách các chất rắn lơ lửng, chất rắn dễ lắng ra khỏi nƣớc
thải. Xử lý cơ học là bƣớc ban đầu cho xử lý sinh học. Trong xử lý nƣớc thải
bia, thơng thƣờng có thể áp dụng các thiết bị nhƣ: song chắn rác, lƣới lọc, bể
điều hoà.
 Song chắn rác: làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào của kênh dẫn để giữ lại
các tạp vật thô nhƣ giẻ, rác, bao nilon, và các vật thải khác nhằm bảo vệ các
thiết bị xử lý nhƣ bơm, đƣờng ống, mƣơng dẫn…Dựa vào khoảng cách giữa các
thanh, ngƣời ta chia song chắn rác thành hai loại:
- Song chắn rác thơ có khoảng cách giữa các thanh từ 6 đến 100 mm.
- Song chắn rác tinh có khoảng cách giữa các thanh từ 0.03 mm đến 6 mm.
 Lƣới lọc: để giữ lại các chất lơ lửng có kích thƣớc nhỏ. Lƣới có kích
thƣớc lỗ từ 0.5 đến 1mm. Khi tang trống quay với vận tốc 0.1 đến 0.5 m/s, nƣớc

thải đƣợc lọc qua bề mặt trong hay ngồi, tuỳ thuộc vào sự bố trí đƣờng dẫn
nƣớc vào. Trong nhà máy bia là các mẫu trấu, huyền phù… bị trơi ra trong q
trình rửa thùng lên men, thùng nấu, nƣớc lọc bã hèm, sẽ đƣợc giữ lại nhờ hệ
thống lƣới lọc có kích thƣớc lỗ 1mm. Các vật thải đƣợc lấy ra khỏi bề mặt lƣới
bằng hệ thống cào.
 Bể điều hoà: cần thiết cho hệ thống xử lý nƣớc thải bia vì lƣu lƣợng và
nồng độ biến đổi theo giờ, thời vụ sản xuất. Bể điều hoà đƣợc sử dụng để:
- Điều chỉnh sự biến thiên về lƣu lƣợng của nƣớc thải theo từng giờ trong
ngày.
- Kiểm soát pH của nƣớc thải để tạo điều kiện tối ƣu cho q trình sinh
học sau đó.
- Tránh sự biến động về hàm lƣợng chất hữu cơ làm ảnh hƣởng đến hoạt
động của vi khuẩn trong các bể xử lý sinh học.

16


- Là nơi cố định các độc chất đối với quá trình xử lý sinh học làm cho
hiệu suất của quá trình này đƣợc tốt hơn.
1.2.2. Phƣơng pháp xử lý hóa, lý học
Các phƣơng pháp hóa học thƣờng dùng để xử lý nƣớc thải cơng nghiệp có
chứa nồng độ các chất lơ lửng, các chất dạng keo tụ, dạng nhũ tƣơng cao, cũng
nhƣ các hợp chất vơ cơ ở dạng hòa tan. Cơ sở của phƣơng pháp này là phản ứng
của các chất bẩn có trong nƣớc thải và hóa chất cho vào. Những phản ứng diễn
ra thƣờng là phản ứng oxy hóa khử, phản ứng tạo kết tủa, phản ứng phân hủy.
Nhờ phản ứng oxy hóa khử mà các chất bẩn độc hại có trong nƣớc thải đƣợc
chuyển thành các chất khơng độc hại. Cịn các phƣơng pháp hóa lý để xử lý
nƣớc thải công nghiệp đều dựa trên phẩn ứng keo tụ, hấp phụ trích ly, hay hơi,
tuyển nổi, trao đổi ion, tinh thể hóa, màng bán thấm.
1.2.3. Phƣơng pháp xử lý sinh học

Trƣớc khi qua công đoạn xử lý sinh học, trong hệ thống xử lý nƣớc thải
bia thƣờng có bể trung hồ để điều chỉnh nƣớc thải về pH và điều kiện dinh
dƣỡng thích hợp, tạo điều kiện cho sự hoạt động và phát triển của vi sinh vật.
Đối với nƣớc thải bia, phƣơng pháp sinh học là phƣơng pháp cho hiệu
quả tối ƣu và đƣợc sử dụng rộng rãi nhất. Trong xử lý sinh học có ba phƣơng
pháp chính: xử lý hiếu khí, xử lý kỵ khí và xử lý chất dinh dƣỡng (N, P). Dựa
trên tính hiệu quả xử lý và kinh tế của các phƣơng pháp, ngƣời ta thƣờng sử
dụng kết hợp cả hai phƣơng pháp xử lý kị khí và hiếu khí trong một hệ thống xử
lý nƣớc thải.
1.2.3.1. Xử lý hiếu khí
Nguyên tắc của phƣơng pháp này là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân
huỷ chất hữu cơ trong nƣớc thải có đầy đủ oxy hồ tan ở nhiệt độ, pH,…thích
hợp. Q trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mơ tả nhƣ
sau:

17


Chất hữu cơ + O2  CO2 + H2O + NH4+ + H2S + Tế bào vi sinh vật …+ năng
lƣợng.
Cơ chế q trình sinh học hiếu khí gồm 3 giai đoạn:
 Giai đoạn 1: oxy hố tồn bộ chất hữu cơ có trong nƣớc thải đáp ứng nhu
cầu năng lƣợng tế bào.
 Giai đoạn 2 (q trình đồng hố): tổng hợp và xây dựng tế bào.
 Giai đoạn 3 (q trình dị hố): hơ hấp nội bào.
Khi khơng đủ cơ chất, q trình chuyển hố các chất của tế bào bắt đầu
xảy ra bằng sự tự oxi hoá chất liệu tế bào.
Phân loại quá trình xử lý sinh học hiếu khí theo cách thức sinh trƣởng của
vi sinh vật có: Q trình vi sinh vật lơ lửng (bùn hoạt tính) bao gồm các cơng
trình nhƣ bể Aeroten, mƣơng oxy hố, bể phản ứng hiếu khí dạng mẻ (SBR)…,

q trình vi sinh vật dính bám (q trình màng vi sinh vật) bao gồm các cơng
trình nhƣ: bể lọc sinh học, tháp lọc sinh học, bể sinh học tiếp xúc quay
(RBC)…, và kết hợp quá trình vi sinh vật lơ lửng và dính bám. Trong đó, q
trình bùn hoạt tính đƣợc sử dụng rộng rãi trong hệ thống xử lý nƣớc thải bia.
Trong quá trình này, nƣớc thải và bùn hoạt tính (tập hợp các vi sinh vật) đƣợc
xáo trộn, do đó, các vi sinh vật đƣợc xáo trộn đều với các chất hữu cơ và sử
dụng chất hữu cơ nhƣ nguồn thức ăn.
1.2.3.2. Xử lý kỵ khí
Đây là phƣơng pháp sinh học sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động
trong điều kiện khơng có oxy để phân hủy chất ơ nhiễm.
 Cơ chế của q trình phân hủy kị khí:
 Q trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ là quá trình phức tạp, tạo ra
nhiều sản phẩm và trải qua nhiều phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phƣơng trình
phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn tóm tắt nhƣ sau:

18