Thiết kế cải tạo hệ thống xử lý nước thải công ty bia rượu nước giải khát hà nội (HABECO)

LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên: Nguyễn Thị Trang

Lớp: 23KTMT11

Chuyên ngành đào tạo: Kỹ Thuật Môi trường

Mã HV: 1581520320011
Mã số: 60520320

Tôi xin cam đoan quyển luận văn được chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS.
Phạm Nguyệt Ánh với đề tài “Thiết kế cải tạo hệ thống xử lý nước thải Công ty Bia Rượu - Nước giải khát Hà Nội HABECO”.
Đây là đề tài thực hiện với nội dung không trùng lặp với các đề tài luận văn nào trước
đây, không sao chép của bất kỳ một luận văn nào. Các nội dung nghiên cứu, kết quả
tính toán, bản vẽ kỹ thuật trong luận văn này là do chính tác giả thực hiện. Những số
liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, đánh giá, tính toán được chính tác
giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung
luận văn của mình. Trường đại học Thủy Lợi không liên quan đến những vi phạm tác
quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có).
Hà Nội, ngày tháng năm 2017
Học Viên

Nguyễn Thị Trang

i


LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, ngoài những cố gắng của bản thân, tôi
còn nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè và các cá nhân, tập thể tại

khu vực nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy cô giáo trường Đại học Thủy lợi,
những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệp quý báu trong suốt
thời gian học tập tại trường. Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến TS. Phạm Nguyệt
Ánh cùng các thầy cô khoa Môi trường đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình
thực hiện luận văn. Các thầy cô đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài
tốt nghiệp thạc sỹ. Tôi cũng chân thành cảm ơn Kỹ sư Nguyễn Ngọc Quang (Chuyên
viên kỹ thuật Công ty Bia - Rượu - NGK Hà Nội HABECO) đã tạo điều kiện, cung cấp
số liệu cho tôi thực hiện đề tài này. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
gia đình, bạn bè đã quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi có thể tập trung hoàn thành
đồ án tốt nghiệp thạc sỹ.
Với vốn kiến thức, kinh nghiệm và thời gian còn nhiều hạn chế nên luận văn còn nhiều
thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy, cô giáo và bạn đọc để
luận văn tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, tôi xin kính chúc quý thầy cô và gia đình dồi dào sức khỏe, thành công
trong sự nghiệp trồng người cao quý.
Hà Nội, tháng 5 năm 2017
Học viên

Nguyễn Thị Trang

ii


Mục lục
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii
Danh mục bảng............................................................................................................. v
Danh mục hình ............................................................................................................ vi
Mở đầu ............................................................................ Error! Bookmark not defined.

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................
3
1.1.

Tổng quan về công nghệ sản xuất bia và nước thải bia....................................... 3

1.1.1. Lịch sử hình thành của ngành bia ........................................................................ 3
1.1.2. Công nghệ sản xuất bia........................................................................................ 6
1.1.3. Tổng quan về nước thải bia ................................................................................. 9
1.2.

Tổng quan về quá trình sinh học trong xử lý nước thải .................................... 12

1.2.1. Khái niệm........................................................................................................... 12
1.2.2. Phân loại ............................................................................................................ 12
1.2.3. Vi sinh vật trong xử lý nước thải....................................................................... 18
CHƢƠNG 2 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN CẢI
TẠO
HỆ
THỐNG
XỬ
LÝ
NƢỚC
THẢI
HIỆN
HÀNH.................................................. 21
2.1.

Tổng quan về Công ty Bia – rượu – NGK Hà Nội (HABECO)........................ 21

2.1.1. Giới thiệu chung về công ty............................................................................... 21
2.1.2. Giới thiệu quy trình công nghệ sản xuất bia của Công ty .................................
24
2.1.3. Hiện trạng các vấn đề môi trường của Công ty .................................................
25
2.2.

Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải của công ty .............................................. 28

2.2.1. Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải của công ty .............................................. 28
2.2.2. Đánh giá hiện trạng xử lý nước thải của hệ thống xử lý hiện hành................... 30
2.3.

Đề xuất phương án cải tạo hệ thống xử lý nước thải......................................... 31

2.3.1. Một số hệ thống xử lý nước thải bia.................................................................. 31
2.3.2. Đề xuất phương án cải tạo hệ thống xử lý nước thải......................................... 34
CHƢƠNG 3 TÍNH TOÁN THÔNG SỐ THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN
VỊ ................................................................................................................................. 44
3.1. Số liệu đầu vào để tính toán .................................................................................. 44
3.2. Tính toán thông số thiết kế .................................................................................... 45
2.3.1. Song chắn rác..................................................................................................... 45


iii


2.3.2. Bể điều hòa ........................................................................................................ 49
2.3.3. Bể UASB ........................................................................................................... 53
2.3.4. Bể MBBR .......................................................................................................... 62

2.3.5. Bể lắng II ........................................................................................................... 73
3.2.6. Bể khử trùng ....................................................................................................... 77
3.2.7. Bể nén bùn.......................................................................................................... 78
3.2.8. Tính toán cao trình các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý........................ 82
CHƢƠNG 4 KHÁI TOÁN KINH TẾ VÀ KẾ HOẠCH VẬN HẠNH TRẠM XỬ
LÝ NƢỚC THẢI.........................................................................................................85
4.1

Khái toán kinh tế và khả năng thu hồi vốn........................................................ 85

4.1.1. Tính chi phí cải tạo ............................................................................................ 85
4.1.2. Chi phí vận hành................................................................................................ 86
4.1.3. Tính hiệu quả kinh tế của việc tận dụng khí Biogas cho sản xuất .................... 88
4.2

Kế hoạch quản lý trạm xử lý ............................................................................. 88

4.2.1. Nghiệm thu công trình:...................................................................................... 88
4.2.2. Kế hoạch quản lý các công trình đơn vị:........................................................... 89
4.2.3. Tổ chức quản lý và kỹ thuật an toàn ................................................................. 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................92
PHỤ LỤC 1..................................................................................................................95
PHỤ LỤC 2..................................................................................................................96
PHỤ LỤC 3..................................................................................................................97
PHỤ LỤC 4..................................................................................................................98
PHỤ LỤC 5..................................................................................................................99
PHỤ LỤC 6................................................................................................................100

iv

Danh mục bảng
Bảng 1-1 Thông số ô nhiễm của nước thải giai đoạn rửa chai [6].............................. 10
Bảng 1-2 Thông số ô nhiễm của nước thải trong công đoạn sản xuất [6] ................... 11
Bảng 1-3 Các thông số của các quá trình kỵ khí dùng để xử lý nước thải [8]............. 16
Bảng 1-4 Số liệu kỹ thuật từ kết quả vận hành bể phản ứng UASB [9] ...................... 16
Bảng 2-1 Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải sản xuất bia [10]..................... 27
Bảng 2-2 Lượng chất rắn phát sinh khi sản xuất 100 lít bia [10] ................................ 28
Bảng 2-3 Bảng các thông số cơ bản của các công trình đơn vị của hệ thống xử lý nước
3
thải công suất 1200 m /ngđ .......................................................................................... 30
Bảng 3-1 Thông số ô nhiễm của nước thải nhà máy bia (2015) .................................. 44
Bảng 3-2 Hệ số lưu lượng nước thải của nguồn tiếp nhận [14]................................... 45
Bảng 3-4 Các thống số thiết kế bể điều hòa................................................................. 52
Bảng 3-5 Thông số thiết kế bể UASB.......................................................................... 61
Bảng 3-6 Thông số nước thải đầu vào bể MBBR........................................................ 63
Bảng 3-7 Thông số của giá thể..................................................................................... 67
Bảng 3-8 Thông số thiết kế bể MBBR......................................................................... 73
Bảng 3-9 Các thông số thiết kế bể lắng II.................................................................... 77
Bảng 3-10 Các thông số thiết kế bể khử trùng............................................................. 78
Bảng 3-11 Bảng số liệu thiết kế bể nén bùn ................................................................ 82
Bảng 3-12 Bảng cao trình đáy của các công trình đơn vị ............................................ 84
Bảng 4-1 Bảng chi phí xây dựng các công trình [24] .................................................. 85
Bảng 4-2 Bảng chi phí thiết bị các công trình.............................................................. 86
Bảng 4-3 Chi phí điện năng các công trình.................................................................. 87

v


Danh mục hình

Hình 1-1 Biểu đồ về thị trường Bia Việt nam ................................................................4
Hình 1-2 Biểu đồ về thị phần Bia Việt Nam...................................................................4
Hình 1-3 Sơ đồ công nghệ sản xuất Bia .........................................................................6
Hình 1-4 Sơ đồ phân loại phương pháp xử lý nước thải sinh học ................................12
Hình 2-1 Sơ đồ vị trí nhà máy ......................................................................................23
Hình 2-2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia và dòng thải ................................24
Hình 2-3 Sơ đồ hệ thống xử lý hiện hành của nhà máy công suất 1200 m3/ngđ .........29
Hình 2-4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Will Brau Gmbh (Đức) ..........32
Hình 2-5 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Sài Gòn ...................................32
Hình 2-6 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Kim Bài ..................................33
Hình 2-7 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải phương án 1 ................................................35
Hình 2-8 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải phương án 2 ................................................37
Hình 2-9 Song chắn rác.................................................................................................38
Hình 2-10 Bể điều hòa ..................................................................................................39
Hình 2-11 Bể UASB .....................................................................................................41
Hình 2-12 Bể MBBR ....................................................................................................42
Hình 2-13 Bể lắng Lamella...........................................................................................43
Hình 3-1 Song chắn rác.................................................................................................46
Hình 3-2 Bố trí tấm chắn khí và hướng dòng ...............................................................55
Hình 3-3 Tấm chắn khí và hướng dòng ........................................................................55
Hình 3-4 Giá thể F10-4 .................................................................................................67
Hình 3-5 Hình ảnh minh họa bể tiếp xúc Clo ...............................................................78

vi


AOX
ASEAN
BCN
BOD

BTNMT
COD
DO
ISO
MBBR
NGK
QCVN
SS
TCVN
TCXDVN
UASB

Danh mục chữ viết tắt
Adsorbable Organic Halogen
Halogen hữu cơ
Association of Southeast Asian Nation
Hiệp hội các quốc gia Đông Nam Á
Bộ Công Nghiệp
Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy sinh hóa
Bộ Tài Nguyên Môi Trường
Chemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa học
Dissolved Oxygen
oxy hòa tan
International Organization for Standardization
Tổ chức tiêu chuẩn hóa Quốc tế
Moving Bed Biofilm Reactor
Xử lý sinh học sử dụng giá thể lơ lửng
Nước giải khát

Quy chuẩn Việt Nam
Susspendid Solids
Chất lơ lửng
Tiêu chuẩn Việt Nam
Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam
Uflow Anaerobic Sludge Blanket
Xử lý kỵ khí qua lớp cặn lơ lửng

vii



Mở đầu
1.

Tính cấp thiết của đề tài:

Bia là loại thức uống được con người tạo ra khá lâu đời, được sản xuất từ các nguyên
liệu chính là malt, gạo, hoa Houblon, nước. Công nghiệp sản xuất bia đang là ngành
tạo ra nguồn thu lớn cho ngân sách nhà nước, vì vậy trong mấy năm qua sản xuất bia
đã có những bước phát triển khá nhanh. Ngoài vấn đề ngành bia mang lại những lợi
ích về kinh tế thì vấn đề đáng quan tâm hơn là ảnh hưởng của những chất thải ngành
sản xuất bia đến môi trường, đặc biệt là nước thải.
Nước thải sản xuất bia có đặc tính chung là chứa hàm lượng lớn các chất hữu cơ hòa
tan dễ phân hủy sinh học (đường, tinh bột,…), hợp chất N, hợp chất P và tỷ lệ
BOD/COD tương đối cao (0,6 – 0,7) [1]. Tất cả những chất gây ô nhiễm trong nước
thải đều từ các thành phần như bã malt, cặn lắng trong dịch đường lên men, bia thất
thoát cùng với nước thải trong khâu chiết và khâu làm nguội chai sau khi thanh trùng.
Nước thải chứa nhiều chất phân hủy sinh học nên có màu nâu thẫm.
Công ty cổ phần Bia - Rượu - NGK Hà Nội (HABECO) có trụ sở chính tại 183 Hoàng

Hoa Thám, Ba Đình, Hà Nội với ngành nghề kinh doanh sản xuất nước giải khát, bia,
rượu với quy mô sản xuất hiện nay là 100 triệu lít/năm [2]. Năm 2002 khi sản lượng là
40 triệu lít bia/năm, Công ty đã đầu tư thiết kế hệ thống xử lý nước thải với công suất
3

1200 m /ngày.đêm. từ năm 2009 – 2010 đến nay sản lượng của Công ty đã tăng lên tới
3

100 triệu lít bia/năm tương ứng với lưu lượng nước thải dự kiến là 3000 m /ngày.đêm.
Với lưu lượng nước thải tăng lên 2,5 lần sẽ làm hệ thống xử lý nước thải cũ không đáp
ứng được công suất xử lý. Theo quan trắc môi trường của Công ty năm 2010 cho thấy
nồng độ các chỉ số ô nhiễm của nước thải nhà máy so với QCVN 40:2011/BTNMT
(cột B) thì BOD (1000 – 1500mg/l) cao gấp 30 lần, COD (1500 – 2500mg/l) cao gấp
25 lần, SS (500mg/l) cao gấp 10 lần [3]. Các chỉ số gây ô nhiễm vượt mức cho phép
rất nhiều lần, nếu không thực hiện cải tạo hệ thống xử lý nước cũ của Công ty sẽ
không đảm bảo được chất lượng nước đầu ra thì nước thải sẽ theo đường ống nhà máy
chảy vào đường ống chung của khu vực gây ô nhiễm môi trường. Việc tính toán và

1


thiết kế cải tạo nâng công suất xử lý của hệ thống xử lý nước thải mang ý nghĩa thiết
thực đối với sự phát triển bền vững của Công ty Bia - Rượu - NGK Hà Nội
(HABECO).
Do vậy, tôi đã tiến hành thực hiện đê tài: “Thiết kế cải tạo hệ thống xử lý nước thải
của Công ty Bia - Rượu - NGK Hà Nội (HABECO)”.
2.

Mục đích của đề tài:

Thiết kế cải tạo dây chuyền xử lý nước thải nâng công suất xử lý lên 3000
3

m /ngày.đêm cho Công ty Bia - Rượu - NGK Hà Nội (HABECO)
3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu:
- Nước thải Công ty Bia - Rượu - NGK Hà Nội (HABECO).
- Hệ thống xử lý nước thải.
Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống xử lý nước thải Công ty Bia - Rượu - NGK Hà Nội
3

(HABECO) công suất 3000 m /ngày.đêm.
4.

Phương pháp nghiên cứu:

4.1.

Phương pháp thu thập, phân tích, tổng hợp số liệu:

- Thu thập tài liệu về ngành bia và nước thải sản xuất bia, các thông số ô nhiễm nước
thải và hiện trạng xử lý nước thải của Công ty Bia - Rượu - NGK Hà Nội (HABECO).
- Thu thập các phương pháp xử lý nước thải ngành bia từ các tài liệu tham khảo.
- Thu thập ý kiến của các chuyên gia có kinh nghiệm về xử lý nước thải công nghiệp.
Dựa vào các tài liệu thu thập để phân tích, lựa chọn phương án cải tạo hệ thống xử lý
nước thải hiện hành.
4.2.

Phương pháp thống kê, xử lý số liệu:

Thu thập và xử lý các số liệu về hiện trạng nước thải, hiện trạng xử lý nước thải tại cơ
sở nghiên cứu.
4.3.

Phương pháp so sánh:

So sánh các số liệu thu thập được với các quy chuẩn hiện hành (QCVN 40:2011/
BTNMT cột B).
4.4.

Phương pháp kế thừa:

Sử dụng các thông tin tài liệu đã có từ trước để vận dụng vào thực hiện đề tài.

2


CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.
bia

Tổng quan về công nghệ sản xuất bia và nƣớc thải

1.1.1. Lịch sử hình thành của ngành bia
Ngành sản xuất bia trên thế giới
Bia là loại nước uống có độ cồn thấp, một trong những loại nước giải khát yêu thích
nhất trên thế giới, bia có màu vàng rơm và có hương vị đặc trưng không nhầm lẫn với

bất kỳ loại nước giải khát nào. Bia thường dùng cho phái mạnh nhưng thực chất phái
nữ thích thưởng thức bia hơn là rượu. Vì bia là loại sản phẩm không chỉ cung cấp một
số chất dinh dưỡng mà đặc biệt có nồng độ cồn thấp.
Theo các nhà khảo cổ học, dụng cụ nấu bia đầu tiên có nguồn gốc từ người Babylon,
được chế tạo từ thế kỷ 37 trước Công nguyên. Người cổ Trung Quốc làm bia từ lúa mì,
lúa mạch. Sau đó bia được truyền sang Châu Âu và cho đến thế kỷ IX người ta bắt đầu
biết đến hoa Houblon. Đầu thế kỷ XV, hoa houblon được dùng chính thức để tạo
hương vị cho bia.
Ngày nay, nguyên liệu chủ yếu để sản xuất bia vẫn là Malt, hoa houblon và nước.
Ngoài ra còn có một số nguyên liệu thay thế như: mỳ, gạo, đường, một số chất phụ gia
và vật liệu khác.
Khi đời sống được nâng cao thì nhu cầu tiêu dùng rượu bia, nước giải khát cũng tăng,
lại là ngành có lợi nhuận cao nên là ngành công nghiệp tiêu dùng quan trọng, có mức
tăng trưởng cao. Do có vị thế như vậy nên mức sản xuất và tiêu thụ bình quân của thế
giới là 22 lít/người/năm; các nước Đức, Bỉ, Anh có mức tiêu thụ bình quân từ 100 –
140 lít/người/năm.
Châu Á là một trong những khu vực có mức tiêu dùng bia tăng nhanh, trong đó Trung
Quốc đứng thứ nhì trên thế giới về sản xuất Bia (sau Mỹ), với hơn 800 nhà máy bia đạt
sản lượng 137 hectolit vào năm 1993.
Ngành sản xuất bia ở Việt Nam

3


Ở Việt Nam bia được người Pháp du nhập vào cuối thế kỷ 19 với việc xây dựng 2 nhà
máy bia: nhà máy bia Hà Nội và nhà máy bia Sài Gòn. Qua hơn một thế kỷ thăng trầm
và phát triển, hiện nay Việt Nam có hơn 100 nhà máy bia lớn nhỏ trên khắp cả nước.
Việt Nam là nước có sản lượng bia sản xuất tăng cao nhất Thế giới. Trong giai đoạn
10 năm (2005 – 2015), Việt Nam là nước có sản lượng bia sảm xuất tăng cao nhất Thế
giới, đạt 238,8% (trung bình Thế giới chỉ tăng 17,3%); sản lượng tăng từ 1,38 tỷ lít bia

(2005) lên 4,67 tỷ lít (2015), từ vị trí 24 lên vị trí thứ 8 toàn cầu. [4]


Thị trƣờngBia Việt Nam

Tỷ lít bia
5
4
3

Sản xuất Bia

2

Tiêu thụ Bia

1
0
2010

2011

2012

2013

2014

2015

Năm

Hình 1-1 Biểu đồ về thị trường Bia Việt nam
Theo thống kê từ Hiệp hội Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam, cả nước có khoảng
129 cơ sở sản xuất bia, chỉ có 20/63 tỉnh thành phố là không có cơ sở sản xuất bia. Sản
lượng bia sản xuất chủ yếu tập trung ở các thành phố lớn và khu vực phía Nam do mật
độ dân cư đông và thu nhập cao hơn mức trung bình, trong đó:Tp. Hồ Chí Minh chiếm
34,69%, Hà Nội 12,64 %, Thừa Thiên Huế 6,8 %, Bình Dương 7,58%, Nghệ An
5,57%, Quảng Ngãi 3,59%.

Thị phần Bia Việt Nam (2015)
11.59%
6.74%

Sabeco

19.64%

40.59%

Heineken
Habeco
Carlsberg
Còn lại

21.44%

Hình 1-2 Biểu đồ về thị phần Bia Việt Nam

4

Theo các chuyên gia, trong thời gian tới để tăng khả năng cạnh tranh, các doanh
nghiệp cần tập trung đầu tư cải tạo, mở rộng, nâng công suất các nhà máy quy mô vừa
và nhỏ gắn với đổi mới thiết bị, công nghệ hiện đại; tuy nhiên, việc đầu tư cần có trọng
điểm và tránh tràn lan. Thực tế, trong những năm vừa qua, SABECO và HABECO đã
liên tục đầu tư trang thiết bị mới, mở rộng địa bàn và nâng công suất,… Sản phẩm do
hai đơn vị này sản xuất đã có thương hiệu, chất lượng tốt, giá thấp hơn các sản phẩm
cùng loại nhập khẩu, phù hợp với khẩu vị người Việt Nam nên đã nhanh chóng khẳng
định vị thế và chiếm lĩnh được thị trường. [5]

5


1.1.2. Công nghệ sản xuất bia
Quy trình sản xuất bia
Nước cấp

Gạo

Malt

Chuẩn bị nguyên liệu

Nấu – đường hóa

Lọc dịch đường

Nấu hoa

Tách bã

Làm lạnh

Lên men chính

Lên men phụ

Lọc bia

Hơi nóng

Bão hòa

Chiết chai, lon
Rửa chai
Đóng nắp
Xút
Thanh trùng
Sản phẩm

Hình 1-3 Sơ đồ công nghệ sản xuất Bia

6

Nước thải


Chuẩn bị nguyên liệu
- Malt đại mạch và nguyên liệu thay thế ( gạo, lúa mì, ngô) được làm sạch rồi đưa

vào xay, nghiền ướt để tăng bề mặt hoạt động của enzyme và giảm thời gian nấu.
- Hoa Houblon: đây chính là thành phần rất quan trọng và không thể thay thế được
trong quy trình sản xuất bia, giúp mang lại hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả
năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm.
Nghiền
- Mục đích: malt đã được nghiền có diện tích tiếp xúc với nước tăng để sự xâm nhập
của nước vào các thành phần của nội nhũ diễn ra nhanh hơn dẫn đến quá trình đường
hóa và thủy phân các thành phần khác nhanh hơn và triệt để hơn.
- Nghiền bao gồm: nghiền khô, nghiền có phun ẩm vào hạt, nghiền nước.
Đường hóa nguyên liệu
- Nguyên liệu sau khi đã nghiền nhỏ được hòa trộn với nước trong hệ thống thiết bị
đường hóa. Lượng nước phối trộn với bột nghiền phụ thuộc vào chủng loại bia sẽ sản
xuất và đặc tính kỹ thuật của hệ thống thiết bị. Trong môi trường giàu nước, các hợp
chất thấp phân tử có sẵn trong nguyên liệu sẽ hòa tan vào nước và trở thành chất chiết
của dịch đường sau này. Các hợp chất cao phân tử của cơ chất như tinh bột, protein,
các hợp chất chứa Photpho,… sẽ bị tác động bởi các nhóm enzyme tương ứng là
Amylaza, proteaza, photphataza,… khi nhiệt độ của khối dịch được nâng lên đến các
điểm thích hợp cho các enzyme này hoạt động. Dưới sự xúc tác của hệ enzyme thủy
phân, các hợp chất cao phân tử bị phân cách thành sản phẩm thấp phân tử và hòa tan
vào nước để trở thành chất chiết của dịch đường.
- Thực chất của các quá trình ở giai đoạn này là sự thủy phân các hợp chất cao phân
tử dưới sự xúc tác của enzyme.
- Trong thành phần của các sản phẩm thủy phân, chiếm nhiều nhất về khối lượng là
đường. Vì lý do này mà ta quen gọi toàn bộ quá trình thủy phân ở giai đoạn này bằng
tên gọi đơn giản là quá trình đường hóa. Nhưng quá trình enzyme quan trọng nhất là
sự thủy phân tinh bột, protein và các hợp chất chứa photpho. [6]

7

Lọc bã nấu hoa và làm lạnh dịch đường
- Lọc bã malt:
Sử dụng hai loại thiết bị thông dụng nhất: thùng lọc đáy bằng và máy lọc ép khung
bản. Ưu điểm của máy ép khung bản (so với thùng lọc đáy bằng): nhanh hơn, chất
lượng hơn (dịch đường trong hơn), năng suất khá ổn định, không phụ thuộc vào độ
nhuyễn và mức độ nghiền của matl. Ngoài ra khi dùng máy ép khung bản lượng nước
rửa bã cũng ít hơn, thể tích bé hơn nên chiếm ít diện tích hơn so với thùng lọc đáy bằng.
Nhược điểm của máy ép khung bản: Dùng lao động cơ bắp nhiều trong quá trình thao
tác, nguyên liệu dùng cho một mẻ phải đủ lớn.
- Nấu dịch đường với hoa Houblon:
Dịch đường ban đầu và dịch rửa bã được trộn lẫn với nhau trong thiết bị đun hoa, luôn
o

giữ nhiệt độ không dưới 70 C, đun sôi trong khoảng 1,5 – 2,5 giờ, quá trình houblon
hóa khoảng 70 phút.
Làm lạnh và tách cặn dịch đường
- Hệ thống cổ điển làm nguội dịch đường theo kiểu hở gồm hai bộ phận: bể làm
o

nguội dịch đường đến 60 C và hệ thống làm lạnh dịch đường đến nhiệt độ lên men,
gồm: máy làm lạnh kiểu phun, giàn làm lạnh đồng trục.
- Hệ thống kín làm nguội và tách cặn dịch đường gồm: thùng làm nguội kín hạ nhiệt
o

o

độ xuống 60 C và giàn làm lạnh kiểu kín hạ nhiệt độ xuống 6 – 10 C. Có hai loại:
thùng đơn chức năng và thùng đa chức năng.
- Làm trong bia: dùng máy ly tâm hoặc máy lọc để tách cặn của dịch đường trước
khi lên men.

Lên men
Là giai đoạn để chuyển hóa dịch đường houblon hóa thành bia dưới tác động của nấm
men thông qua hoạt động sống của chúng. Phản ứng sinh học chính của quá trình này
là tạo cồn và CO2. Ngoài ra, nhà sản xuất còn thu được một dịch lên men có nhiều cấu
tử với tỷ lệ về khối lượng của chúng hài hòa và cân đối.
Quá trình lên men gồm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1 (Lên men chìm): dịch đường Houblon hóa sau khi tách cặn và làm lạnh
o

đến nhiệt độ cần thiết (6 – 10 C), được đưa sang khu vực lên men chính gồm các thiết
bị dạng hở. Sau khi dịch đường đã chiếm 1/3 thể tích của thùng lên men thì nạp nấm
men vào dịch. Sau đó bơm dịch vào đến thể tích cần thiết.

8


- Giai đoạn 2 (Lên men nổi): sau 3 ngày lên men (giống lên men chìm), nấm men bắt
đầu lơ lửng trên bề mặt dịch men. Thời gian lên men kéo dài 5 – 6 ngày. Sau đó bia
non được đưa đi tàng trữ trong 3 tuần hoặc hơn.
Quá trình lên men phụ nhằm chuyển hóa hết phần đường có khả năng lên men còn tồn
tại trong bia non, đồng thời làm ổn định thành phần và tính chất cảm quan của sản
phẩm.
Trước lúc tiến hành lên men phụ và tàng trữ, tất cả các loại thiết bị, đường ống, bơm
và các loại dụng cụ có tiếp xúc với bia đều phải rửa sạch và sát trùng bằng các loại
hóa chất và phế phẩm hiện đang sử dụng ở xí nghiệp, sau đó được tráng bằng nước vô
trùng. Sau khi vệ sinh thiết bị , cửa vệ sinh đóng chặt, CO2 được xả vào bể đến áp suất
0,1 –
2

0,2 kg/cm và bắt đầu nạp bia non vào.

Hoàn thiện sản phẩm
Bao gồm các bước:
- Làm trong bia.
- Bão hòa CO2.
- Thanh trùng bia.
Các phương pháp làm trong bia: bằng máy lọc đĩa, bằng diatomit, phương pháp ly tâm.
Các phương pháp thanh trùng: thanh trùng cả khối (gồm chiết chai ở nhiệt độ cao và
chiết chai khi đã làm lạnh), thanh trùng trong bao bì (chai, lon, hộp,…)
1.1.3. Tổng quan về nước thải bia
Trong quá trình sản xuất:
Lượng nước thải chiếm hàm lượng lớn nhất là nước thải có độ nhiễm hữu cơ cao do
đặc trưng nguyên liệu đầu vào là gạo, malt với đặc tính công nghệ sản xuất. Qua khảo
sát công nghệ sản xuất hầu như tất cả mọi công đoạn đều sản sinh nước thải như sau:
 Công đoạn hồ hóa, đường
hóa:
Nước vệ sinh chứa các cặn lơ lửng như là bã malt, gạo không hòa tan. Nước sinh ra là
do quá trình tách nước khỏi bã, khi bã để trên sàn lưới chờ phân phối cho các hộ dân.
Nước thải công đoạn này chứa chủ yếu là các chất hữu cơ.
 Công đoạn đun hoa houblon – lọc
hoa:
Nước rửa vệ sinh thùng nấu hoa Houblon, thùng lọc bã hoa chứa cặn lơ lửng bao gồm:
xác hoa Houblon (chứa protein, chất đắng,…), phức protein-phenol, glucozo,…


9


 Công đoạn làm lạnh lên
men:
Ở công đoạn làm lạnh dịch đường bằng máy lạnh có thể làm rò rỉ NH3, Glycol, nước

rửa sàn. Nước thải này có nồng độ ô nhiễm hữu cơ không cao. Nước rò rỉ trogn các
đường ống thiết bị dẫn đường lên men, nước vệ sinh tăng lên men,… Ngoài ra trong
công đoạn lên men còn có nước rửa sàn phòng lên men.
 Công đoạn rửa, chiết
chai:
Nước thải rửa chai cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớn trong công nghệ
sản xuất bia. Về nguyên lý, chai để đóng bia được rửa qua các bước: rửa với nước
nóng, rửa bằng dung dịch kiềm loãng nóng (1 – 3 NaOH), tiếp đó là rửa sạch bẩn và
nhãn bên ngoài chai, cuối cùng là phun kiềm nóng rửa bên trong và bên ngoài chai,
sau đó rửa sạch bằng nước nóng và nước lạnh. Do đó dòng thải của quá trình rửa chai
có độ pH cao và làm cho dòng thải chung có giá trị pH kiềm tính
Bảng 1-1 Thông số ô nhiễm của nước thải giai đoạn rửa chai [6]
Th
ôn
Tr
g
u2490
C
4480
O
B
1723
3850
O
N
it
P
tổ
C
uZ

nA
O
pH = 8,3 –
11,2. Nước
Trong nước rửa chai có hàm lượng đồng và kẽm là do sử dụng loại nhãn dán chai có in
ấn bằng các loại thuốc in có chứa kim loại. Hiện nay loại nhãn dãn chai có chứa kim
loại đã bị cấm sử dụng ở nhiều nước. Trong nước thải có tồn tại AOX là do quá trình
khử trùng có dùng chất khử là hợp chất của Clo.
Nói chung nước thải trong các công đoạn sản xuất chứa nhiều các chất hữu cơ và có
các chỉ số như sau:


10


Bảng 1-2 Thông số ô nhiễm của nước thải trong công đoạn sản xuất [6]
B K
O ho
C ản
1,
O
p 65
H 50
–
T
ải 6g
0
B
O
Các chất hữu cơ (các chất hidratcacbon, protein, axit hữu cơ cùng các chất tẩy rửa) có

nồng độ cao, nồng độ các chất rắn, thô hoặc kết lắng thấp.
Trong sản xuất bia, công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự khác
nhau có thể chỉ áp dụng các phương pháp lên men nổi hay lên men chìm. Nhưng sự
khác nhau cơ bản là vẫn để sử dụng nước cho quá trình rửa chai, lon, máy móc thiết bị,
sàn nhà,… Điều đó dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ô nhiễm của
nhà máy bia rất khác nhau. Ở các nhà máy bia có biện pháp tuần hoàn nước và công
nghệ rửa tiết kiệm nước thì lượng nước thấp, như CHLB Đức, nước sử dụng và nước
thải trong các nhà máy bia như sau:
3

3

- Định lượng nước cấp: 4 – 8 m /1000 lít bia, tải lượng nước thải 2,5 – 6 m /lít
bia.
- Tải trọng BOD5 = 3 – 6 kg/ 1000 lít bia, tỷ lệ BOD5 : COD = 0,61 – 0,5.
Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải như sau:
- BOD5 = 1100 – 1500 mg/l; COD = 1800 – 3000 mg/l.
- Tổng nito 30 – 100 mg/l; tổng photpho 10 – 30 mg/l.
Với các biện pháp sử dụng nước hiệu quả nhất thì định lượng nước thải của nhà máy
3

bia không thể thấp hơn 2 – 3 m cho 1000 lít bia thành phẩm.
Do đặc tính nước thải của công nghệ sản xuất bia có chứa hàm lượng các chất hữu cơ
cao ở cả hai trạng thái hòa tan và lơ lửng, trong đó chủ yếu là hidrocacbon, protein và
các axit hữu cơ, là các chất có khả năng phân hủy sinh học. Tỷ lệ giữa BOD5/COD =
0,61 – 0,5 nên thích hợp với phương pháp xử lý sinh học.
Nước thải trước khi đưa vào xử lý sinh học cần qua sàng, lọc để tách các tạp chất thô
như giấy nhãn, nút bấc và các loại hạt rắn khác. Đối với dòng thải rửa chai giá trị pH

11

cao cần được trùng hòa bằng axit hoặc khí CO2 từ quá trình lên men hay bằng khí thải
nồi hơi. [6]
Nước thải sinh hoạt:
Nước thải sinh hoạt trong các nhà máy bao gồm nước thải từ: nhà ăn, nhà vệ sinh, khu
vực văn phòng,… nước thải này chủ yếu chứa các chất cặn bã, các chất dinh dưỡng
(N, P), các chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ, COD và các vi khuẩn.
1.2.
thải

Tổng quan về quá trình sinh học trong xử lý nƣớc

1.2.1. Khái niệm
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật có
khả năng phân hóa những hợp chất hữu cơ. Cơ chế là vi sinh vật có trong nước thải sử
dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng
lượng.
1.2.2. Phân loại
T
ự

Ao sinh học
Cánh đồng tưới
Lọc sinh học

N
h

Aerotank

Đĩa quay


H
i

Phương pháp
sinh học

Mương oxy hóa
UASB
N
h

Lọc kỵ khí
Kỵ khí tiếp xúc

K
ỵ

T
ự

Ao sinh học kỵ khí

Hình 1-4 Sơ đồ phân loại phương pháp xử lý nước thải sinh học
1.2.2.1.

Phương pháp sinh học hiếu khí

Khái niệm: Quá trình xử lý sinh học hiếu khí là quá trình sử dụng các vi sinh oxy hóa
các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy. [7]
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

12