Nghiên cứu xây dựng quy trình sử lý nước thải sản xuất bia bằng phương pháp sinh học

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 TS. Nguyễn Hải Hịa, Th.s. Nguyễn
Thị Ngọc Bích- ngƣời đã tận tình hƣớngdẫn tơi trong suốt q trình nghiên cứu và
hồn thành khóa luận.
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 hồn thiện khóa luận bằng tất cả sự nhiệt huyết
và năng lực của mình, song với kiến thức còn 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 quý báu của quý thầy cô để nghiên cứu một cách sâu hơn, tồn
diện hơn nếu có cơ hội thực hiện trong thời gian tới.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 04 năm 2017
Sinh viên

Quàng Văn Thỏa


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.................................................... .......................................3

1.1. Tổng quan ngành công nghiệp sản xuất bia. ............................................................3
1.1.1. Tổng quan về ngành sản xuất bia trên thế giới ......................................................3
1.1.2. Tổng quan về ngành sản xuất bia tại Việt Nam ....................................................4
1.1.3. Quy trình sản xuất bia............................................................................................7
1.2. Nƣớc thải sản xuất bia. ...........................................................................................10
1.3. Phƣơng pháp xử lý nƣớc thải .................................................................................14
1.3.1. Phƣơng pháp cơ học ............................................................................................14
1.3.2. Phƣơng pháp hóa học và lý học...........................................................................14
1.3.3. Phƣơng pháp sinh học .........................................................................................14
1.4. Một số hệ thống đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải sản xuất bia trên Thế giới và
Việt Nam........................................................................................................................23
1.4.1. Một số hệ thống đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải sản xuất bia trên Thế giới.....23
1.4.2. Một số hệ thống đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải sản xuất bia tại Việt Nam ....26
CHƢƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU................................................................ ..............................................28
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ...............................................................................................28
2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ..............................................................................28
2.3. Nội dung nghiên cứu ..............................................................................................28
2.3.1. Đánh giá đặc trƣng của nƣớc thải sản xuất bia....................................................28
2.3.2. Nghiên cứu xây dựng quy trình xử lý nƣớc thải của nhà máy sản xuất bia bằng
phƣơng pháp yếm khí và sử dụng thực vật....................................................................28
2.3.3. Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải sản xuất bia bằng quy trình vừa xây dựng. ..28
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................................29


CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................34
3.1. Đặc trƣng nƣớc thải sản xuất bia ............................................................................34
3.2. Lựa chọn công nghệ xử lý cho nƣớc thải sản xuất bia ...........................................35
3.3. Hiệu quả xử lý nƣớc thải của công nghệ đƣợc lựa chọn thơng qua mơ hình trong
phịng thí nghiệm..... ......................................................................................................40

3.3.1.Hiệu quả xử lý nƣớc thải sản xuất bia bằng bể lọc kỵ khí có bám dính cố
định............................................................................................................................... 40
3.3.2. Hiệu quả xử lý của bể thực vật ............................................................................50
KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Sản lƣợng bia trên thế giới theo khu vực năm 2011 .......................................3
Bảng 1.2: Cạnh tranh các thƣơng hiệu bia trong và ngoài nƣớc tại Việt Nam ...............6
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của malt đại mạch ..........................................................7
Bảng 1.4: Ô nhiễm nƣớc thải từ máy rửa chai bia.........................................................10
Bảng 1.5: Đặc tính nƣớc thải một số nhà máy bia ........................................................11
Bảng 1.6: Tỷ lệ cấp nƣớc và nƣớc thải ra đối với từng mục đích sử dụng của cơng
nghệ sản xuất bia ...........................................................................................................12
Bảng 1.7: Giá trị của một số thơng số ơ nhiễm có trong nƣớc thải ...............................13
Bảng 1.8: Một số lồi thực vật có khả năng xử lý nƣớc thải.........................................23
Bảng 1.9: Hiệu quả xử lý nƣớc thải của nhà máy JWM - Perth ....................................25
Bảng 1.10: So sánh hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm giữa công nghệ của các nhà máy ....27
Bảng 3.1: Nồng độ một số chất ơ nhiễm điển hình có trong nƣớc thải của Cơng ty cổ
phần bia Thanh Hóa .......................................................................................................34
Bảng 3.2: Sự biến đổi của pH theo thời gian trong bể lọc kỵ khí .................................40
Bảng 3.3: Sự suy giảm chất hữu cơ theo thời gian trong bể lọc kỵ khí ........................41
Bảng 3.4: So sánh sự suy giảm nồng độ COD trong 8 giờ đầu và 40 giờ sau. .............42
Bảng 3.5: Sự suy giảm Nito theo thời gian trong bể lọc kỵ khí ....................................44
Bảng 3.6: Sự suy giảm Photpho theo thời gian trong bể lọc kỵ khí ..............................47
Bảng 3.7: Sự suy giảm nồng độ các chất trong bể thực vật ..........................................50
Bảng 3.8: Hiệu xuất xử lý ô nhiễm của bể thực vật theo thời gian ...............................51
Bảng 3.9: Sự khác biệt giữa bể thực vật với 2 bể đối chứng sau 2 ngày. .....................52

Bảng 3.10: Sự khác biệt giữa bể thực vật với 2 bể đối chứng sau 4 ngày. ...................52


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sản lƣợng bia của Việt Nam giai đoạn 2000-2012 .........................................5
Hình 1.2: Quy trình sản xuất bia .....................................................................................7
Hình 1.3: Tỷ lệ nƣớc cấp cho các cơng đoạn sản xuất ..................................................12
Hình 1.4: Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí ................................18
Hinh 1.5: Sơ đồ phản ứng xảy ra trong quá trình sinh học kỵ khí ................................20
Hình 1.7: So sánh hiệu quả xử lý chất ô nhiễm của các nhà máy .................................27
Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ đƣợc nghiên cứu áp dụng để xử lý nƣớc thải sản xuất bia .....32
Hình 3.1: Các phƣơng án đƣợc đề xuất để xử lý nƣớc thải sản xuất bia.......................38
Hình 3.2: Hiệu suất xử lý COD theo thời gian trong bể lọc ..........................................42
Hình 3.3: Hiệu suất xử lý BOD5 theo thời gian trong bể lọc kỵ ...................................43
Hình 3.4: Hiệu suất xử lý NH4+ theo thời gian lƣu nƣớc trong bể lọc kỵ .....................45
Hình 3.5: Hiệu suất xử lý NO3- theo thời gian lƣu nƣớc trong bể lọc kỵ ......................46
Hình 3.6 Hiệu suất xử lý PO43- theo thời gian lƣu nƣớc trong bể lọc kỵ ......................48
Hình 3.7: Hiệu suất xử lý T-P theo thời gian lƣu nƣớc trong bể lọc kỵ ........................49


KÝ HIỆU VIẾT TẮT

BOD5 (Biochemical Oxygen Demand)

Nhu cầu oxy sinh học sau 5 ngày

BTNMT

Bộ tài nguyên môi trƣờng

COD (Chemical Oxygen Demand)

Nhu cầu oxy hóa học

N-NH4+

Nồng độ nito tính theo amoni

N-NO3-

Nồng độ nito tính theo nitrat

P-PO43-

Nồng độ photpho tính theo photphat

T-P

Tổng photpho

UASB (Upflow Anaerobic Sludge

Bể lọc ngƣợc qua tầng bùn kị

Blanket)

khí

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Tên đề tài:
Nghiên cứu xây dựng quy trình xử lý nƣớc thải sản xuất bia bằng phƣơng pháp
sinh học
Mục tiêu nghiên cứu:
- Mục tiêu chung: Nghiên cứu xây dựng quy trình xử lý nƣớc thải của nhà máy
sản xuất bia bằng phƣơng pháp yếm khí và sử dụng thực vật
- Mục tiêu cụ thể: Đánh giá đƣợc đặc trƣng của nƣớc thải sản xuất bia; Nghiên
cứu xây dựng quy trình xây dựng quy trình xử lý nƣớc thải sản xuất bia bằng phƣơng
pháp kỵ khí; mơ phỏng mơ hình với quy mơ phịng thí nghiệm; Chạy thử và đánh giá
đƣợc hiệu quả mơ hình trong phịng thí nghiệm.
Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu nƣớc thải sản xuất bia tại Cơng ty Bia Thanh Hóa thơng qua các chỉ
tiêu: pH, BOD5, COD, N-NH4+, N-NO3-, T-P, P-PO43-.
- Nghiên cứu xử lý nƣớc thải sản xuất bia bằng bể lọc kỵ khí và thực vật với quy
mơ phịng thí nghiệm thơng qua các chỉ tiêu: pH, BOD5, COD, N-NH4+, N-NO3-, T-P,
P-PO43-.
Nội dung nghiên cứu:
- Đánh giá đặc trƣng của nƣớc thải sản xuất bia
- Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xử lý nƣớc thải suất bia bằng phƣơng pháp
kỵ khí và sử dụng thực vật.
- Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải sản xuất bia bằng quy trình vừa xây dựng.
Phƣơng pháp nghiên cứu:
- Phƣơng pháp kế thừa tài liệu
- Phƣơng pháp phân tích trong phịng thí nghiệm

- Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm
Kết quả
- Nƣớc thải sản xuất bia của công ty cổ phần bia Thanh Hóa chứa hàm lƣợng chất
hữu cơ cao đƣợc thể hiện thông qua một số chỉ tiêu sau: BOD5 = 798 (mg/l), COD =
1560 (mg/l), NH4+ = 38.35 (mg/l), T-P = 130.48 (mg/l).


- Nghiên cứu đề xuất mơ hình xử lý nƣớc thải nhƣ sau: Nƣớc thải →Bể lắng kết
hợp bể điều hịa → Bể lọc kỵ khí → Bể xử lý sử dụng thực vật → Nƣớc thải sau xử lý
đạt chuẩn cột B QCVN 40:2011/BTNMT
- Hiệu quả xử lý nƣớc thải của mơ hình đƣợc đề xuất thơng qua việc vận hành
thử mơ hình quy mơ phịng thí nghiệm đạt hiệu xuất rất cao đều đạt trên 90%. Nƣớc
thải sau xử lý đạt cột B QCVN 40:2011/BTNMT.


MỞ ĐẦU

Bia là loại nƣớc giải khát đang đƣợc ƣa chuộng hiện nay với giá trị dinh dƣỡng
cao và phù hợp với rất nhiều đối tƣợng khách hàng, do đó ngành công nghiệp bia đã
trở thành ngành công nghiệp rất phát triển ở nhiều nƣớc trên thế giới. Bia đƣợc sản
xuất tại Việt Nam cách đây trên 100 năm tại nhà máy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà
Nội. Hiện nay do nhu cầu của thị trƣờng, chỉ trong một thời giann gắn, ngành sản xuất
bia có những bƣớc phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tƣ và mở rộng các nhà máy
có từ trƣớc và xây dựng các nhà máy mới thuộc trung ƣơng và địa phƣơng, các nhà
máy liên doanh với các hãng bia nƣớc ngoài. Công nghiệp sản xuất bia đang là ngành
tạo ra nguồn thu lớn cho ngân sách nhà nƣớc và có hiệu quả kinh tế, vì vậy trong mấy
năm qua sản xuất bia đã có những bƣớc phát triển khá nhanh. Do mức sống tăng, mức
tiêu dùng bia ngày càng cao.
Các cơ sở sản xuất trong nƣớc ngày càng tăng nhanh theo thống kê nƣớc ta có
khoảng 350 cơ sở sản xuất bia. Tổng lƣợng bia sản xuất của nƣớc ta năm 2010 khoảng

2,59 tỷ lít/năm, năm 2011 khoảng hơn 2,63 tỷ lít/năm. Bình qn lƣợng bia tăng 11 15% mỗi năm. 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
BOD5 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.
Hiện nay các cơ cở sản xuất bia phân bố trên khắp cả nƣớc trừ một số cơng ty
sản xuất với số lƣợng lớn có đầu tƣ hệ thống xử lý nƣớc thải, hầu hết các cơ sở nhỏ
đều không đầu tƣ hoặc đầu tƣ hệ thống xử lý sơ sài, nƣớc thải đều thải trực tiếp ra hệ
thống thốt nƣớc cơng cộng khơng qua xử lý đang làm ô nhiễm nguồn nƣớc mặt cũng
nhƣ nguồn nƣớc ngầm của các địa phƣơng. Nƣớc thải không qua xử lý dƣới tác động
của điều kiện môi trƣờng các vi sinh vật phân huỷ gây mùi hôi thối, độ đục, phú dƣỡng
hố nguồn nƣớc, ơ nhiễm hữu cơ, mùi hơi ảnh hƣởng đến hệ thống cống thốt, hệ sinh
thái thuỷ vực, gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận, cảnh quan môi trƣờng và hệ sinh thái thực
vật khu vực.
1


Việc xử lý nƣớc thải hiện nay có thể áp dụng theo các phƣơng pháp nhƣ xử lý
hóa học, hóa lý hoặc xử lý sinh học. 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 lớn
hơn nhiều so với phƣơng pháp sinh học, hơn nữa xử lý nƣớc thải theo phƣơng pháp
hóa học và hóa lý cịn có nguy cơ gây ơ nhiễm mơi trƣờng thứ cấp bởi các sản phẩm
sinh ra trong quá trình xử lý. Nƣớc thải sản xuất bia chủ yếu mang các chất ơ nhiễm là
các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học. Chính vì các lý do trên mà tơi lựa
chọn thực hiện khóa luận“Nghiên cứu xây dựng quy trình xử lý nước thải sản xuất
bia bằng phương pháp sinh học”.

2

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan ngành công nghiệp sản xuất bia

1.1.1. Tổng quan về ngành sản xuất bia trên thế giới
Bia (beer) là đồ uống có rƣợu nhẹ đƣợc chế biến chủ yếu từ đại mạch nảy mầm
(thóc manlt), 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, hầu hết các nƣớc trên thế giới trên thế giới sản xuất hoặc tiêu thụ bia.
Bia không phải là hàng hóa thiết yếu, nhu cầu tiêu thụ bia phụ thuộc vào khả năng
kinh tế, thị hiếu tiêu dùng.
Trong thập kỷ qua sản lƣợng bia trên thế giới tăng khoảng 35.6%. Các nƣớc có
sản lƣợng lớn nhất là Trung Quốc, Nga và Brazil, Việt Nam, Ukraina và Trung Quốc
có mức tăng trƣởng cao trong mƣời năm qua, lần lƣợt là 240.4%; 132.9% và 118%.
Năm 2011, sản lƣợng bia thế giới đạt 192.710 triệu lít, tăng 3.7% so với 2010.
Bảng 1.1: Sản lƣợng bia trên thế giới theo khu vực năm 2011

STT

Sản lƣợng

Tỷ trọng tồn cầu

(nghìn lít)

(%)

Khu vực

Tăng trƣởng so
với năm 2010
(%)

1

Châu Á

66.536.066

34,54

8,6

2

Châu Âu

54.751.700

28,41

0,2

3

Châu Mỹ la tinh

31.748.800

16,47

3,1

4

Khu vực Bắc Mỹ

24.497.317

5,98

7,5

5

Châu Phi

11.530.600

5,98

7,5

6

Còn lại

3.620.800

1,88

0,3

192.712.283

100,00

3,7

Tổng

(Nguồn: Nguyễn Tú Oanh, 2014)
Mức tiêu dùng bia trên thế giới khá cao, bình qn đạt: 22 lít/ngƣời/năm; các
nƣớc Đức, Bỉ, Anh, Úc có mức tiêu thụ bình qn từ: 100 – 140 lít/ngƣời/năm. Năm
2011, tồn thế giới sử dụng hết 182,69 tỷ lít bia, tăng 2,4 % so với 2010, đây là mức
3


tăng trƣởng cao nhất trong 25 năm liên tục. Euromonitor (công ty nghiên cứu thị
trƣờng) dự báo châu Á và châu Phi là hai thị trƣờng bia có triển vọng cao, sản lƣợng
bia có tỉ lệ tăng trƣởng thƣờng niên khá cao ở mức 3,8% tại châu Á và 4,6% tại châu
Phi trong năm 2012 cho đến năm 2016. Nguyên nhân này do đây là những khu vực có
dân số đông (chiếm 60% và 14% thế giới), và độ tuổi uống bia 20-40 tuổi chiếm phần
đông dân cƣ; hơn nữa kinh tế tăng trƣởng nhanh, thu nhập bình quân đầu ngƣời liên
tục đƣợc cải thiện (tại Châu Á, GDP đầu ngƣời tăng bình qn 4,4%/năm, gấp đơi mức
tăng trung bình toàn cầu; Châu Phi tăng trƣởng kinh tế nhanh nhất thế giới với lần lƣợt
5,1% và 5,4% trong hai năm 2011 và 2012.
1.1.2. Tổng quan về ngành sản xuất bia tại Việt Nam
Sản xuất bia tại Việt Nam chiếm tỷ trọng doanh thu lớn nhất trong ngành

đồ uống có cồn, chiếm khoảng 89% giá trị và 97,9% về sản lƣợng. Là ngành sản
xuất cơng nghiệp nhẹ, lợi nhuận cao. Tính trong năm 2011 doanh thu đạt hơn
60.000 tỷ đồng.
Theo Euromonitor, quy mô ngành bia Việt Nam năm 2012 ƣớc đạt 4,6 tỷ USD
(chiếm 3,7% GDP), tốc độ bình quân tăng trƣởng là 11-15%. Thu nhập bình quân đầu
ngƣời tăng (gấp 10 lần từ 1994 đến 2012, đạt gần 1.600 USD) và dân số ở độ tuổi
uống bia (20-40 tuổi) đƣợc dự báo tăng 5%/năm. Đây là những nhân tố giúp ngành bia
giữ đƣợc mức tăng trƣởng khá cao.
Việt Nam đứng thứ 13 trên thế giới về sản xuất bia, với tổng sản lƣợng bia năm
2011 là 2,63 tỷ lít và năm 2010 là 2,59 tỷ lít; và là quốc gia có mức tăng trƣởng cao về
sản lƣợng trong mƣời năm qua là 240,4,%. Với 350 cơ sở sản xuất bia, tập trung quanh
khu vực các thành phố lớn; bia Việt nam có khả năng đáp ứng đủ nhu cầu trong nƣớc.
Ba doanh nghiệp lớn nhất trong thị trƣờng bia Việt Nam là Sabeco, VBL (bia liên
doanh Việt Nam - Vietnam Brewery Limited) và Habeco. Đứng đầu về thị phần là
Sabeco (47,5%), sau đó là VBL (18,2%) và Habeco (17,3%). Theo thống kê năm 2012
sản lƣợng bia trên thị trƣờng Việt Nam đƣợc thể hiện ở biểu đồ

4


(Nguồn: Nguyễn Tú Oanh, 2014)
Hình 1.1: Sản lƣợng bia của Việt Nam giai đoạn 2000-2012
Việt Nam hiện có 350 cơ sở sản xuất bia lớn nhỏ ở khắp các địa phƣơng. Sản
xuất bia tập trung vào một số khu vực chính: Hồ Chí Minh (chiếm 23,2% tổng năng
lực sản xuất bia tồn quốc); Hà Nội: 13,44%, Hải Phịng: 7,47%; Hà Tây: 6,1%, Tiền
Giang: 3,79%; Huế: 3,05%; Đà Nẵng: 2,83% (Theo Euromonitor). Các loại hình
doanh nghiệp sản xuất Bia trên thị trƣờng Việt Nam đƣợc phân biệt gồm 3 dạng chính:
- Các Tổng Công ty Nhà nƣớc với 2 thƣơng hiệu danh tiếng và lâu đời là Sabeco
và Habeco.
- Doanh nghiệp Liên doanh với các thƣơng hiệu bia quốc tế sản xuất tại Việt

Nam nhƣ: Tiger (Thái), Heineken (Hà Lan), Calsberg (Đan Mạch), Foster's (Úc).
- Các nhà máy bia địa phƣơng nhƣ Huda Huế, Thanh Hóa, Bến Thành…
Thị phần ngành bia không thay đổi nhiều trong thời gian qua là: Sabeco,
Habeco và VBL. Thị trƣờng 3 doanh nghiệp lớn nhất ngành này chiếm tới 83% thị
phần. Tuy nhiên, bia không phải hàng hóa thiết yếu nên các doanh nghiệp vẫn cạnh
tranh quyết liệt trên thị trƣờng tiêu dùng.
Do khác biệt về thị hiếu, công nghệ sản xuất, thu nhập, cách thể hiện đẳng cấp
ngƣời dùng; bia có sự phân khúc sản phẩm và thị phần nhƣ sau:
- Phân khúc bia hơi (chƣa tiệt trùng) chiếm khoảng 43% khối lƣợng tiêu thụ và
30% giá trị tiêu thụ.

- Phân khúc bia tiệt trùng đóng lon hoặc chai chiếm đứng đầu trên thị trƣờngvới
mức tiêu thụ 45% về khối lƣợng và 50% về giá trị. Trong đó cao nhất trong thị trƣờng
5


tiêu thụ là Sabeco, Habeco với dòng sản phẩm bia Sài gòn (xanh, đỏ), bia Hà Nội và
Nhà máy bia Huế với thƣơng hiệu bia Huda. Phân khúc nhỏ nhất là bia cao cấp chiếm
12% về khối lƣợng và 20% về giá trị tiêu thụ. Đứng đầu là các sản phẩm Tiger,
Heineken của VBL, Carlbergs của Nhà máy Bia Đông Nam Á, ngồi ra cịn có các
thƣơng hiệu Việt là Sài Gịn Đỏ và 333 của Sabeco. Trong đó phân khúc Trung và Cao
cấp cạnh tranh khá gay gắt, Sabeco đứng cao nhất thị trƣờng chiếm 31% thị phần với
các dòng sản phẩm bia hạng trung và sản phẩm cao cấp; Bia liên doanh VBL chiếm
20% với các dòng sản phẩm bia cao cấp; tiếp theo là Bia Hà Nôi chiếm 10%.
Bảng 1.2: Cạnh tranh các thƣơng hiệu bia trong và ngoài nƣớc tại Việt Nam
Nhà sản xuât

Sabeco

Liên doanh nhà

máy bia Việt Nam
(VBL)
Habeco

Cơng suất

Sản phẩm chủ đạo

(Tr.lít/năm)

Khu vực sản xuất
HCM, Cần Thơ,Sóc

Bia 333, Sài gịn

1600

đỏ,Sài gịn xanh

Heiniken, Tiger,

Trăng

HCM,Hà Tây

Ankor, Foster
Bia Hà Nội, bia hơi

400

Hà Nội, HảiDƣơng

70

Thanh Hóa

50

Nha Trang

Bia Hà Nội, biaThanh
Bia Thanh Hóa

Hóa (bia hơi,
chai, lon)

San Miguel Việt
Nam

San Miguel

Liên doanh nhà
máy bia Đông

Hà Nội, HảiDƣơng

Halida, Carls berg

NamÁ, Việt Hà
Bia Huế

Huda, Festival

200

Huế

(Nguồn: Nguyễn Tú Oanh, 2014)

6


1.1.3. Quy trình sản xuất bia
Ngun liệu chính dùng để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon và nƣớc.
Ngồi ra ngƣời ta cịn dùng một số ngun liệu thay thế nhƣ đại mạch chƣa nảy mầm,
gạo, ngô…
Công nghệ sản xuất bia là quá 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
Quy trình sản xuất bia đƣợc thể hiện trong hình 1.3

Hình 1.2: Quy trình sản xuất bia

7


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 q trình lý học và hóa sinh học trong khi hòa
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 q trình thủy phân là chuyển hóa các
thành phần chính của malt và nguyên liệu thay thế (gạo, ngô, 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 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 cịn gọi là bã malt cịn 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…

8


- 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.
- 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 hòa thêm CO2 (nếu cần

thiết).
- Chiết bia vào chai, lon, bom.

9


1.2. Nƣớc thải sản xuất bia
Nguồn phát sinh nƣớc thải bao gồm:
- 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 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 1.4
Bảng 1.4: Ô nhiễm nƣớc thải từ máy rửa chai bia
Hàm lƣợng (mg/l)

Thơng số
Thấp

Cao

Trung bình

COD

810

4480

2490

BOD5

330

3850

1723

NH4+

2.05

6.15

4.00

P tổng

7.90

32.0

12.8

Cu

0.11

2.00

0.52

Zn

0.20

0.54

0.35

AOX

0.10

0.23

0.17

(Nguồn: Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga, 2002)
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 kim loại đã
10


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 q 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÷1500 mg/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 không 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.
Rosenwinkel đã đƣa ra kết quả phân tích đặc tính nƣớc thải của một số nhà máy
trong bảng 1.5:
Bảng 1.5: Đặc tính nƣớc thải một số nhà máy bia
Thơng số

Đơn vị

pH
BOD5

COD
Nito tổng
Phospho
tổng
Chất khơng
tan
Tải lƣợng
nƣớc thải
Tải trọng ơ
nhiễm

mg/l
mg/l
mg/l

Nhà máy I
Khoảng
Trung bình
5.7÷11.7
185÷2400
1220
310÷3500
1909
48÷348
79.2

mg/l

1.4÷9.09

mg/l

Nhà
máy II
775
1220
19.2

Nhà
máy III
1622
2944
-

4.3

7.6

-

185÷1530

634

-

-

m3/1000 lít bia

-

3.2

-

-

Kg BOD5/1000 lit
bia

-

3.5

-

-

(Nguồn: Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga, 2002)
11


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 Lê Thái Hà (Viện Y học lao động và Vệ sinh môi trƣờng), năm 2004:
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 1.2 và bảng 1.6.

Nấu bia

10%

15%

Sản xuất hơi

10%

Nước làm lạnh

35%

Nước rửa sàn, chai, thiết
bị

30%

Nước và mục đích khác

(Nguồn: Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga,2002)
Hình 1.3: Tỷ lệ nƣớc cấp cho các công đoạn sản xuất
Bảng 1.6: Tỷ lệ cấp nƣớc và nƣớc thải ra đối với từng mục đích sử dụng của cơng
nghệ sản xuất bia
STT

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

3

Nƣớc làm lạnh

30

4

Nƣớc rửa sàn, chai, thiết bị

35

Thải hồn tồn

15

Thải

100

60%÷70%

5

Nƣớc bốc hơi và sử dụng mục đích
khác
Tổng cộng

Thải một phần và có
thể tái sử dụng đƣợc

(Nguồn: Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, 2002)
12


Theo nghiên cứu của Abimbola M. Enitan và cộng sự, 2015. Với các mẫu nƣớc
thải sản xuất bia 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 1.7: Giá trị của một số thông số ơ nhiễm có trong nƣớc thải
Thơng số

Đơn vị

Giá trị

Trung bình (*)

C

24-30.5

27.90 ± 2.23

pH

-

4.6-7.3

6.0 ± 1.44

COD tổng số

mg/l

1096.41- 8926.08

5340.97 ± 2265

COD hòa tan

mg/l

1178.64 - 5847.74

3902.28 ± 1644

BOD5

mg/l

1609 – 3980

3215.27 ± 870.92

TS

mg/l

1289 – 12248

5698.11±2749.06

VS

mg/l

1832 – 4634

3257.33± 1074.34

TSS

mg/l

530 – 3728

1826.74± 972.46

VSS

mg/l

804 -1278

1090.86 ± 182.74

Protein thô

mg/l

61.67-754.42

273.47 ± 233.63

Orthophosphat

mg/l

7.51 -74.10

23.71 ± 21.88

TON

mg/l

0 - 5.36

1.81 ± 1.66

NH3-N

mg/l

0.48 - 13.05

8.62 ± 10.40

Nitrate

mg/l

1.14 -11.55

4.30 ± 3.41

Nitrite

mg/l

0-0.24

0.37 ± 0.18

ORP

(mV)

-27.1÷-84.9

-47.80

Conductivity

(mS/cm)

1.044-1.622

1.52

Alkalinity

(mg CaCO3/ L)

500- 10000

2450.33± 3034.19

Nhiệt đơ

0

(*) Giá trị trung bình của 14 mẫu ±độ lệch chuẩn
Nguồn: Abimbola M. Enitan và cộng sự, 2015
Nhóm tác giả đã đƣa ra kết luận: Nƣớc thải sản xuất bia có chứa hàm lƣợng lớn
các chất hữu cơ cao đƣợc thể hiện thông qua chỉ tiêu BOD5 và COD rất cao. Tỷ số
BOD5/COD cao thể hiện nƣớc thải dễ phân hủy sinh học và có thể áp dụng hệ thống
xử lý kỵ khí để làm sạch nƣớc thải.

13


1.3. Phƣơng pháp xử lý nƣớc thải
Hiện nay có rất nhiều phƣơng pháp để xử lý nƣớc thải khác nhƣng có thể chia
thành 3 phƣơng pháp chính là: Phƣơng pháp cơ học; phƣơng pháp hóa học và lý học;
phƣơng pháp sinh học. Tùy thuộc vào đặc tính của nƣớc thải mà ngƣời ta có thể áp
dụng các biện xử lý phù hợp.
1.3.1. Phương pháp cơ học
Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc áp dụng xử lý sơ bộ chủ yếu để tách các loại tiểu
phần rắn có kích thƣớc lớn, loại bỏ các tạp chất không tan hay tạp chất cơ học ra khỏi
nƣớc. Các phƣơng pháp cơ học thƣờng dùng là: lọc qua lƣới, lắng, xyclon thủy lực, lọc
cát, quay ly tâm, song chắn rác
1.3.2. Phương pháp hóa học và 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.
1.3.3. Phương pháp sinh học
Phƣơng pháp sinh học thƣờng dùng để tách các phần tử nhỏ, keo và các hợp
hữu cơ ra khỏi nƣớc thải. Cơ sở của phƣơng pháp này là dựa vào khả năng hoạt động
sống của vi sinh vật. Chúng sử dụng các hợp chất hữu cơ có trong nƣớc thải làm
nguồn dinh dƣỡng nhƣ C, P, N. Trong quá trình trao đổi chất vi sinh vật phân hủy và
sử dụng hợp chất hữu cơ để sinh năng lƣợng phục vụ cho hoạt động sống và xây dựng
tế bào mới làm tăng sinh khối. Các vi sinh vật quan trọng trong xử lý sinh học bao
gồm nhiều loại vi sinh vật khác nhau nhƣ: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, nguyên sinh
động vật Rrotozoa, các thể ký sinh và cộng sinh, tảo, trong đó chủ yếu là vi khuẩn.
Dẫn theo theo TS. Lê Đức Mạnh (2004): theo Wright và Hobbie (1966) các vi khuẩn
nƣớc thải có thể sử dụng axetat v glucoza nng t 1ữ10àg/l, do ú chúng vƣợt
hẳn các loại khác khi xử lý nƣớc thải. Tùy mức độ ô nhiễm của nƣớc mà các vi khuẩn
14


có mặt với số lƣợng ít hay nhiều khác nhau. Bên cạnh đó, trong nƣớc thải cịn có rất
nhiều loại nấm. Nấm là những cơ thể dị dƣỡng cacbon hoàn tồn do vậy nó phụ thuộc
vào sự có mặt của các hợp chất hữu cơ. Chúng có khả năng phân giải Protein, đƣờng,
mỡ, tinh bột và cịn có thể phân giải cả pectin, hemixenluloza, lignin và kitin.
Phần lớn quá trình xử lý sinh học gồm cả phức hợp quần thể sinh học tƣơng tác
với nhau trong mỗi vi sinh vật riêng biệt lại có đƣờng cong phát triển khác nhau. Vị trí
và hình thái mỗi đƣờng cong phát triển trong hệ sinh thái tính theo cùng một đơn vị
thời gian phụ thuộc vào lƣợng thức ăn và dnh dƣỡng có sẵn cũng nhƣ là nhân tố môi
trƣờng: Nhiệt độ, pH, hệ kỵ khí hoặc hiếu khí. Mặc dù vi khuẩn đóng vai trị chủ yếu
nhƣng vi sinh vật khác cũng sƣ dụng một phần chất hữu cơ có trong nƣớc thải. Khi
thiết kế hoặc phân tích một q trình xử lý sinh học cần quan tâm đến cả một hệ sinh
thái vi sinh vật phát triển trong nƣớc.
Để có thể áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý nƣớc thải thì nƣớc thải phải:

- Có khả năng phân hủy sinh học hay có tỷ lệ BOD5/COD >0.5.
- Nƣớc thải khơng có hoặc ít chất độc hại gây ức chế sự sinh trƣởng của của vi
sinh vật.
Ngoài ra, nƣớc thải cần có các chất dinh dƣỡng khác nhƣ nito, phospho để vi
sinh vật có thể phát triển đƣợc.
Các biện pháp sinh học có thể áp để xử lý nƣớc thải bao gồm hai nhóm biện pháp là
cơng nghệ sinh học hiếu khí và cơng nghệ sinh học kỵ khí.
1.3.3.1. Cơng nghệ sinh học hiếu khí
Ngun tắc của phƣơng pháp là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các
chất hữu cơ trong nƣớc thải có đầy đủ oxy hịa tan ở nhiệt độ, pH… thích hợp. Q
trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mơ tả bằng sơ đồ:
(CHO)nNS + O2 VSV

CO2 + H2O + NH4+ + H2S + Tế bào vi sinh vật+ ... ∆H

Trong điều kiện hiếu khí NH4+ và H2S cũng bị phân huỷ nhờ q trình Nitrat
hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dƣỡng:
NH4+ + 2O2

VSV NO - + 2H+ H O + ∆H
3
2

H2S + 2O2

VSV SO 2- + 2H+ + ∆H
4

15

Thực chất quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ bằng phƣơng pháp hiếu khí là
q trình lên men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxi để cho sản phẩm là CO2,
H2O, NO3- và SO42-. Cũng nhƣ xử lý kỵ khí, khi xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp
nhƣ Protein, Tinh bột, Chất béo... sẽ bị phân hủy bởi các men ngoại bào cho các chất
đơn giản là các Axit anim, các Axit béo, các Axit hữu cơ, các đƣờng đơn... Các chất
đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành
các vật liệu xây dựng tế bào mới bởi q trình hơ hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng
là CO2 và H2O. Cơ chế quá trình xử lý hiếu khí gồm 3 giai đoạn (Nguyễn Văn Phƣớc,
2007).
Giai đoạn 1-Oxy tồn bộ chất hữu cơ có trong nƣớc thải để đáp ứng nhu cầu
năng lƣợng của tế bào.
CxHyOzN + (x + y/4 + z/3 + ¾) O2→ xCO2 + [(y-3)/2] H2O + NH3
Giai đoạn 2 (Quá trình đồng hóa): Tổng hợp để xây dựng tế bào
CxHyOzN + NH3 + O2→ xCO2 + C2H7NO2
Giai đoạn 3 (Quá trình dị hóa) – Hơ hấp nội bào
C2H7NO2 + 5O2→ xCO2 + H2O;

NH3 + O2→ O2 + HNO2 + HNO3

Khi khơng đủ lƣợng chất dinh dƣỡng q trình chuyển hóa các chất của tế bào
bắt đầu xảy ra bằng sự tự oxi hóa chất liệu nội nào. Hoạt động sống của vi sinh vật
hiếu khí bao gồm q trình dinh dƣỡng: Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất
dinh dƣỡng và các nguyên tố khoáng vi lƣợng kim loại để xây dựng tế bào mới tăng
sinh khối và sinh sản. Quá trình phân huỷ: Vi sinh vật oxi hố phân huỷ các chất hữu
cơ hồ tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nƣớc và CO2 hoặc tạo ra các
chất khí khác. So với phƣơng pháp kỵ khí thì phƣơng pháp hiếu khí có các ƣu điểm là
những hiểu biết về quá trình xử lý đầy đủ hơn. Hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn,
không gây ô nhiễm thứ cấp nhƣ phƣơng pháp hố học, hố lý.
Nhƣng phƣơng pháp hiếu khí cũng có các nhƣợc điểm là thể tích cơng trình lớn

và chiếm nhiều mặt bằng hơn. Chi phí xây dựng cơng trình và đầu tƣ thiết bị lớn hơn.
Chi phí vận hành cho năng lƣợng sục khí tƣơng đối cao. Khơng có khả năng thu hồi
năng lƣợng. Khơng chịu đƣợc những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ khi nguyên
liệu khan hiếm. Sau xử lý sinh ra một lƣợng bùn dƣ cao và lƣợng bùn này kém ổn định

16


địi hỏi chi phí đầu tƣ để xử lý bùn. Xử lý với nƣớc thải có tải trọng khơng cao nhƣ
phƣơng pháp kỵ khí.
Q trình xử lý hiếu khí chịu ảnh hƣởng nồng độ bùn hoạt tính tức phụ thuộc
vào chỉ số bùn. Chỉ số bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn cho vào cơng trình xử lý càng lớn
hoặc ngƣợc lại. Nồng độ oxi cũng ảnh hƣởng mạnh mẽ đến quá trình này. Khi tiến
hành quá trình cần phải cung cấp đầy đủ lƣợng oxi một cách liên tục sao cho lƣợng oxi
hòa tan trong nƣớc ra khỏi bể lắng đợt II ≥ 2 (mg/l). Khác với quá trình xử lý kỵ khí,
tải trọng hữu cơ trong xử lý hiếu khí thƣờng thấp hơn nên nồng độ các chất bẩn hữu cơ
trong nƣớc thải qua Aerotank có BOD tồn phần ≤ 1000 (mg/l) cịn trong bể lọc sinh
học thì BOD toàn phần của nƣớc thải ≤ 500 (mg/l). Ngoài ra trong nƣớc thải cũng cần
có đủ các nguyên tố vi lƣợng, nguyên tố dinh dƣỡng. Thông thƣờng các nguyên tố vi
lƣợng nhƣ K, Na, Ca, Mn, Fe, Mo, Ni, Co, Zn, Cu, S, Cl... thƣờng có đủ trong nƣớc
thải. Tùy theo hàm lƣợng cơ chất hữu cơ trong nƣớc thải mà có yêu cầu về nồng độ
các nguyên tố dinh dƣỡng cần thiết khác nhau. Thông thƣờng cần duy trì các ngun
tố dinh dƣỡng theo một tỷ lệ thích hợp: BODToàn phần:N:P = 100:5:1 hay COD:N:P =
150:5:1. Nếu thời gian xử lý là 20 ngày, đêm thì giữ ở tỷ lệ: BODtoàn phần:N:P = 200:5:1
(Nguyễn Văn Phƣớc, 2007). Bùn họa tính có khả năng hấp thu muối kim loại nặng.
Khi đó hoạt tính sinh học của bùn giảm, bùn sẽ bị trƣơng phồng khó lắng do sự phát
triển mãnh liệt của vi khuẩn dạng sợi chỉ. Vì vậy nồng độ các chất độc và kim loại
nặng trong nƣớc thải phải nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn 5945 TCVN,
1995. Độ pH và nhiệt độ môi trƣờng là yếu tố có ảnh hƣởng rất lớn đến q trình xử lý
sinh học nƣớc thải. Mỗi loại men khác nhau sẽ có một pH tối thích khác nhau. Cùng

một loại men nhƣng thu đƣợc từ nguồn khác nhau sẽ có pH tối thích khác nhau. Giá trị
pH tối ƣu cho đa số vi sinh vật từ 6.5-8.5. pH < 5 sẽ thúc đẩy nấm phát triển, nếu pH >
9 sẽ phá hủy nguyên sinh chất tế bào, vi sinh vật sẽ chết. Mỗi loại men khác nhau sẽ có
nhiệt độ tối thích khác nhau. Nhiệt độ này khơng phải là hằng số mà phụ thuộc vào cơ
chất, pH, nồng độ men, nguồn gốc men. Nƣớc thải có nhiệt độ thích nghi với đa số vi
sinh vật tối ƣu từ 25-37 oC. Men từ thực vật có nhiệt độ tối thích từ 50-60 oC; men từ
động vật có nhiệt độ tối thích từ 40-50 oC. Ngồi ra, q trình xử lý hiếu khí cịn phụ
thuộc vào nồng độ muối vơ cơ, lƣợng chất lơ lửng chảy vào bể xử lý cũng nhƣ các loài
vi sinh vật và cấu trúc các chất bẩn hữu cơ.
17