Nghiên cứu mô hình công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội
-----------------------------------

Luận văn thạc sĩ khoa học

NGHIÊN CứU MÔ HìNH CÔNG NGHệ
Xử Lý NƯớC THảI NHà MáY BIA

Ngành: công nghệ hoá học

Nguyễn thị hiền

Người hướng dẫn khoa học: ts. Lê ngọc thuỵ

Hà Nội 2007


1

MỞ ĐẦU
Bia là một loại sản phẩm lên men cổ truyền mang hương vị rất đặc trưng
đồng thời là loại nước uống mát, bổ, có bọt mịn, xốp, độ cồn thấp với hương
vị dễ chịu. Là loại nước giải khát đã được sản xuất từ rất lâu trên thế giới và
được rất nhiều người ưa thích.
Những năm gần đây, với tốc độ phát triển kinh tế nhanh, chất lượng cuộc
sống của người dân ngày càng được nâng cao, nhu cầu tiêu dùng gia tăng đã
làm cho nhu cầu tiêu thụ bia trên thế giới và ở Việt Nam tăng.
Mức tiêu thụ bia bình quân tính theo đầu người ở Cộng hoà Séc và
CHLB Đức là 160 lít/người/năm, Slovakia là 86 lít/người/năm[13]. Còn ở
Việt Nam nhu cầu bia trên thị trường mới thực sự bùng nổ khoảng hơn chục

năm trở lại đây. Hiện nay mức tiêu thụ bia bình quân đầu người Việt Nam đạt
khoảng 18 lít/người/năm. Theo dự báo đến 2010, mức này sẽ đạt 28
lít/người/năm.
Sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất bia gắn liền với sự phát
triển của kinh tế, xã hội và cả những nét văn hoá, truyền thống của dân tộc.
Sự tăng trưởng của ngành bia góp phần tăng sản phẩm cho xã hội, phục vụ
đời sống con người, nhưng mặt khác cũng kéo theo vấn đề chất thải sản xuất,
nhất là nước thải có độ ô nhiễm cao đe dọa nghiêm trọng tới môi trường.
Nước thải do sản xuất bia gây ra thường có đặc tính chung là ô nhiễm
hữu cơ cao (COD = 1.200 – 4.700 mg/l); nitơ, phốtpho, chất rắn lơ lửng (SS)
cũng rất cao. Nước thải thường có màu xám đen khi thải vào các thuỷ vực đón
nhận sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân huỷ các chất hữu cơ diễn ra
nhanh.
Để đảm bảo điều kiện vệ sinh môi trường cho các đô thị và các khu công
nghiệp, cần thiết phải đưa ra các biện pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu nguồn ô
nhiễm môi trường do sản xuất bia gây ra. Tuy nhiên, hiện nay có rất ít cơ sở

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


2

sản xuất bia có hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh. Hiện trạng này có nhiều
nguyên nhân, trong đó có nguyên nhân do thiết kế không đúng quy trình công
nghệ, vận hành hệ thống không hợp lý…mà hiệu suất xử lý của hệ thống rất
thấp, hệ thống không hoạt động được. Hoặc là những cơ sở này có trình độ
công nghệ thấp, thiết bị lạc hậu, chắp vá, nên lượng nước thải ra trên một đơn
vị sản phẩm lớn.

Như vậy, nước thải của các cơ sở sản xuất bia đều thải trực tiếp vào hệ
thống thoát nước công cộng không qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn
thải làm cho nguồn nước ô nhiễm và tạo ra các ổ dịch bệnh, ảnh hưởng trực
tiếp tới sức khoẻ cộng đồng.
Chính vì thế việc “Nghiên cứu mô hình công nghệ xử lý nước thải nhà
máy bia” để bảo vệ môi trường, phù hợp với điều kiện thực tế của Việt Nam
là vấn đề thiết thực và cấp bách hiệu nay và đó cũng là nội dung chính của đề tài.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1. Hiện trạng về sản xuất bia trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.1. Tình hình sản xuất bia và tiêu thụ bia trên thế giới
Trên thế giới bia được sản xuất từ thời cổ đại, khi đó người ta đã biết lên
men nước chiết từ hạt đại mạch nhưng đến thế kỷ 19 ở những vùng được coi là
quê hương của hoa houblon như Xibiri, đông nam nước Nga…người ta mới sản
xuất ra loại nước uống giống như bia ngày nay: bia từ malt đại mạch, hoa
houblon và nước. Sự phát triển của ngành bia trên thế giới được chỉ ra ở bảng 1.1
Bảng 1.1: Sự phát triển của ngành bia trên thế giới[1]
TT

Năm

Sản lượng toàn thế giới (triệu lít)

1

1910

10.000

2

1950

21.000

210,0

3

1970

50.000

238,0

4

1985

100.000

142,9

5

1995

119.000

102,6

6

2000

134.00

112,6

7

2005

153.000

103,4

Tăng trưởng(%)

Hiện nay trên thế giới có khoảng 30 nước có sản lượng bia khoảng trên 1
tỷ lít/năm. Trong đó các nước như Bỉ, Mỹ, CHLB Đức…là những nước có
sản lượng bia cao (trên 10 tỷ lít/năm).
Các nước khu vực Đông Nam Á sản lượng bia cũng tăng khá nhanh, trở

thành khu vực lớn thứ ba về sản xuất bia trên thế giới. Sản lượng bia năm
1984 là 10511,1 triệu lít và năm 1993 là 26342,6 triệu lít. Trong vòng 9 năm
sản lượng bia của các nước trong khu vực này tăng 2,5 lần[18].
Sản lượng bia sản xuất ra trên thế giới tăng trưởng nhanh nhưng sản xuất
bia chỉ tập trung ở những vùng có sẵn nguyên liệu và có truyền thống về sản
xuất bia như khu vực Bắc Mỹ và Châu Âu.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


4

1.1.2. Tình hình sản xuất bia và tiêu thụ bia ở Việt Nam
1. Sự hình thành và phát triển của ngành bia ở Việt Nam
Năm 1890, dưới thời Pháp thuộc, người Pháp xây dựng một nhà máy bia
ở Hà Nội để phục vụ họ và những công chức Việt Nam tại một số thành phố
lớn ở miền Bắc. Ban đầu nhà máy bia này mang tên một người Pháp là
Hommel, một ngày sản xuất chỉ chừng 150 lít với hơn 30 người thợ bia đầu
tiên trên đất Việt được người Pháp truyền dạy. Đến năm 1954, khi miền Bắc
được giải phóng, Nhà nước quản lý nhà máy bia của Pháp và đổi tên lại thành
nhà máy bia Hà Nội và tiếp tục sản xuất bia chai.
Có thể nói rằng ở miền Bắc cho đến năm 1975 chỉ có một nhà máy bia
chi phối thị trường bia Việt Nam là nhà máy bia Hà Nội. Sản lượng trong giai
đoạn 1958 – 1960 là 4 triệu lít/năm, từ sau năm 1975 là 20 triệu lít/năm.
Sau năm 1975 ngành bia mở rộng quy mô toàn quốc với việc tăng thêm
nhà máy bia Sài Gòn có sản lượng 50 triệu lít/năm. Sau đó, một loạt các nhà
máy sản xuất bia khác đã được hình thành ở nước ta như: nhà máy bia Đà
Nẵng, nhà máy bia Huda - Huế, nhà máy bia Vinh, nhà máy bia Đông Nam

Á…góp phần nâng cao sản lượng bia trên toàn quốc. Nhưng trong thời kỳ bao
cấp, sản xuất bia kém hiệu quả và mức tiêu thụ cũng ít.
Từ chỗ chỉ có hai nhà máy bia Hà Nội và Sài Gòn thì đến năm 1998 cả
nước đã có 469 cơ sở sản xuất bia nhưng nhiều nhà máy do trình độ công
nghệ lạc hậu, không đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao về chất lượng sản
phẩm, vệ sinh an toàn thực phẩm nên đã phải sáp nhập hay giải thể, đến nay
còn lại khoảng 329 cơ sở với đủ các thành phần kinh tế tham gia, trong đó bao
gồm 2 công ty quốc doanh Trung ưong, 6 công ty liên doanh với nước ngoài
và còn lại là các cơ sở sản xuất bia địa phương, tư nhân, cổ phần…[13].

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


5

2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam
Hầu hết các tỉnh và thành phố nào cũng đều có cơ sở sản xuất bia nhằm
đáp ứng nhu cầu tiêu thụ của địa phương. Các nhà máy bia được phân bổ tại
49 tỉnh thành trên 64 tỉnh thành của cả nước tập trung chủ yếu tại khu vực
Đông Nam bộ, Đồng bằng sông Hồng, Trung bộ và Nam Trung bộ. Các khu
vực Tây Nguyên, Đồng bằng sông Cửu Long, trung du miền núi phía Bắc,
năng lực sản xuất bia ở mức thấp.
Trong số các nhà máy bia hiện đang hoạt động có 19 nhà máy đạt sản
lượng sản xuất thực tế trên 20 triệu lít/năm, 15 nhà máy bia có công suất lớn
hơn 15 triệu lít/năm và có tới 295 cơ sở có năng lực sản xuất dưới 1 triệu
lít/năm.
Sự tăng trưởng quy mô thị trường được khái quát qua bảng 1.2
Bảng1.2: Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam (1975 – 2005)[13]

Năm
1975
1985
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
2005

Sản lượng
(triệu lít)
20
86,6
100
131
169
230
290
350
600
1500

Mức tăng trưởng
(%)
433
115
131

129
136,09
126,08
120,68
120
109,5

Tiêu dùng bình quân
(lít/người/năm)
0,41
1,35
1,5
1,94
2,44
3,24
4,00
4,72
5,33
-

Qua bảng trên ta thấy, quy mô thị trường đã tăng cao. Năm 1990 sản
lượng tăng 5 lần so với năm 1975. Năm 1991 đánh dấu sự ra đời của nhiều
nhà máy bia mới đã làm tăng quy mô thị trường 31% so với năm 1990.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


6

Mức bình quân đầu người đã tăng từ 0,41 lít/người năm 1975 lên 5,33
lít/người năm 1996. Dự báo mức này có khả năng tăng lên đến 28 lít/người
trong năm 2010.
3. Đặc điểm công nghệ và thiết bị
Những nhà máy bia có công suất trên 100 triệu lít tại Việt Nam đều có
thiết bị hiện đại, tiên tiến, được nhập khẩu từ các nước có nền công nghiệp phát
triển mạnh như Đức, Mỹ, Ý...
Các nhà máy bia có công suất trên 20 triệu lít cho đến nay cũng đã
được đầu tư chiều sâu, đổi mới thiết bị, tiếp thu trình độ công nghệ tiên tiến
vào sản xuất.
Các cơ sở sản xuất trên 5 triệu lít/năm như nhà máy bia Halida, công ty
bia Đông Nam Á, nhà máy bia Đà Nẵng…đa số đều mới được xây dựng hoặc
mới được nâng cấp với công nghệ hiện đại và mức độ tự động hoá cao. Sản
phẩm gồm cả ba loại bia: bia hơi, bia chai và bia lon với chất lượng khá tốt,
đáp ứng được nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Lượng nước thải của các cơ
sở sản xuất bia trung bình từ 300 – 400 m3/ngày đêm.
Các cơ sở sản xuất có quy mô từ 1 – 5 triệu lít/năm, sản phẩm chủ yếu là
bia hơi và bia chai, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ của địa phương. Các trang thiết
bị bán tự động và sử dụng nhiều lao động thủ công để làm một số công việc
như rửa chai, rửa thiết bị, rửa sàn nhà, chiết bom đã làm tiêu hao, rơi vãi một
lượng nước khá lớn. Đây chính là nguyên nhân làm cho dòng thải có hàm
lượng chất hữu cơ cao. Lượng nước thải của các cơ sở sản xuất này trung bình
từ 30 - 300m3/ngày đêm.
Đối với các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ hơn 1 triệu lít/năm vẫn đang
trong tình trạng thiết bị, công nghệ lạc hậu, yếu kém, không đạt yêu cầu vệ
sinh an toàn thực phẩm. Các cơ sở sản xuất này chủ yếu là cơ sở tư nhân với
sản phẩm là bia hơi nhưng chất lượng không ổn định. Hiện tại các cơ sở sản

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


7

xuất này chưa hề áp dụng một biện pháp nào để giảm thiểu tác động tiêu cực
tới môi trường. Lượng nước thải của các cơ sở sản xuất này trung bình từ 10 –
14m3/ngày đêm và được xả trực tiếp vào cống nước công cộng của địa
phương[4].
4. Định hướng phát triển ngành sản xuất bia Việt Nam
Ở Việt Nam, trong những năm qua, ngành sản xuất bia đã phát triển rất
mạnh và có đóng góp rất lớn cho ngân sách nhà nước, góp phần tạo công ăn
việc làm cho người lao động. Theo quyết định của Thủ tướng Chính phủ số
28/2002/QĐ-TTG ngày 06 tháng 02 năm 2002 về việc phê duyệt quy hoạch
tổng thể phát triển ngành Rượu - Bia - Nước giải khát Việt Nam đến năm
2010, các chỉ tiêu về bia cụ thể như sau:
Bảng 1.3: Chỉ tiêu sản lượng sản xuất ngành bia Việt Nam đến năm 2010[2].
Chỉ tiêu

Năm 2005
Sản lượng Vốn đầu tư
(triệu lít)
(tỷ đồng)
Tổng
1.200
2.870
1.Tổng công ty Rượu
550
2.730

Bia Nước giải khát
Việt Nam
- Công ty Bia Sài Gòn
350
1.680
- Công ty bia Hà Nội
100
700
- Các nhà máy khác
100
350
2. Liên doanh và
350
100% vốn nước ngoài
3. Địa phương và các
300
140
thành phần kinh tế
- Địa phương
200
- Các thành phần kinh
100
tế khác

NGUYỄN THỊ HIỀN

Năm 2010
Sản lượng Vốn đầu tư
(triệu lít)
(tỷ đồng)

1.500
4.060
780
3.780

430
200
150
400

2.100
1.400
280

320

280

270
50

LUẬN VĂN THẠC SỸ


8

Theo quy hoạch mới điều chỉnh, Bộ công nghiệp vừa ban hành Quyết
định 18/2007/QĐ-BCN ngày 8 tháng 5 năm 2007 về việc xây dựng ngành
Bia-Rượu-Nước giải khát thành một ngành kinh tế mạnh, phấn đấu hạ giá
thành, nâng cao khả năng cạnh tranh, đáp ứng nhu cầu trong nước và đẩy

mạnh xuất khẩu và tăng nguồn thu ngân sách.
Bảng 1.4: Dự kiến sản lượng sản xuất ngành bia Việt Nam đến năm 2010[3].
Vùng

Năm 2005 (triệu lít)

Năm 2010 (triệu lít)

1

58

100

2

711

1.400

3

221

400

4

0,6

50

5

453

1.150

6

87

400

Tổng

1.530

3.500

Mục tiêu đến năm 2010 là ngành sẽ sản xuất 3,5 tỷ lít bia, tăng 2 tỷ lít so
với quy hoạch cũ năm 2002. Quy hoạch phát triển sản phẩm là tập trung đầu
tư các nhà máy có công suất lớn, thiết bị, công nghệ hiện đại, sản xuất kinh
doanh có hiệu quả, đáp ứng yêu cầu về môi trường, các điều kiện về vệ sinh
an toàn thực phẩm, đảm bảo chất lượng và giá thành được người tiêu dùng
chấp nhận.
1.2. Công nghệ sản xuất bia
1.2.1. Nguyên liệu cho sản xuất bia
1. Nguyên liệu chính
Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính gồm: Malt đại mạch, nguyên

liệu thay thế như gạo tẻ, lúa mì, ngô…; nước; hoa houblon và nấm men. Hiện
nay, nguyên liệu chính để sản xuất bia là malt đại mạch và hoa houblon đều
phải nhập ngoại.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


9

- Mat đại mạch
Malt đại mạch là hạt đại mạch được nảy mầm trong những điều kiện
nhân tạo và sấy đến độ ẩm thích hợp. Trong quá trình nảy mầm, một lượng
lớn các enzim được hình thành và tích tụ trong hạt đại mạch, trong đó chủ yếu
là nhóm enzim amylaza, ngoài ra còn có enzim proteaza và các enzim khác.
Các enzim trong malt đại mạch là tác nhân phân giải các hợp chất gluxit,
protein trong malt đại mạch thành nguyên liệu mà nấm men có thể sử dụng
để lên men.
Thành phần hoá học của malt đại mạch được cho trong bảng 1.5.
Bảng 1.5: Thành phần hoá học của malt tính theo phần trăm chất khô[7]
Thành phần

Tỷ lệ phần trăm trong malt (%)

Độ ẩm

4-5

Tinh bột

58

Đường khử

4

Saccaroza

5

Chất béo

2,5

Protein

10

Khoáng

2,5

Chất xơ

6

Hexoza và pentoza không hòa tan

9

Ngoài đại mạch, trong công nghiệp sản xuất bia, để giảm giá thành sản
phẩm và để tận dụng lượng enzim amylaza có trong malt, người ta đã đưa một
số loại nguyên liệu khác là ngũ cốc để thay thế như gạo tẻ, lúa mì, ngô, đậu
tương...nhưng phổ biến vẫn là gạo tẻ và lượng dùng xấp xỉ 30%. Thành phần
hoá học của gạo tẻ được cho trong bảng 1.6

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


10

Bảng 1.6: Thành phần hoá học của gạo tẻ tính theo phần trăm chất khô[7]
Thành phần

Tỷ lệ phần trăm trong gạo tẻ (%)
12
70 - 75
1 - 1,5
7-8
1 - 1,2
0,5 - 0,8
2-5

Độ ẩm
Tinh bột
Chất béo
Protein

Khoáng
Chất xơ
Các loại đường
- Hoa houblon

Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản, đứng vị trí thứ hai sau malt đại
mạch. Hoa houblon có chứa các chất thơm rất đặc trưng, các chất có vị đắng
dịu. Nhờ đó bia có hương thơm dễ chịu, bọt lâu tan và bền khi bảo quản trong
thời gian thích hợp. Thành phần hóa học chủ yếu được cho trong bảng 1.7.
Bảng 1.7: Thành phần hoá học của hoa houblon tính theo phần trăm chất khô[7]
Thành phần
Nước
Chất đắng
Polyphenol
Protein
Xenluloza
Chất khoáng
Tinh dầu thơm
Các hợp chất khác

Tỷ lệ phần trăm trong hoa houblon (%)
11 - 13
15 - 21
2,5 - 6
15 - 21
12 - 14
5-8
0,3 - 1
26 - 28

- Nước
Trong bia thành phẩm hàm lượng nước chiếm đến 77 - 90%. Với một tỷ
lệ lớn như vậy trong một sản phẩm, ta có thể nói rằng nước là một trong
những nguyên liệu chính để sản xuất bia.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


11

Chất lượng bia phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng nước cấp. Nước dùng
cho sản xuất bia phải là nước đã qua xử lý, đạt các tiêu chuẩn nước nguyên
liệu cho sản xuất nước giải khát[7]:
- Màu, mùi

:Không có

- Độ pH

: 6,5 - 7

- Chỉ số Coli

:0

- Độ cứng

: 8 - 120H

- NH 3 và NO 2 -

: Không có

- Fe2+

: không có hoặc rất ít

- Nấm men
Trong quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men bia, nguyên liệu được
chuyển hoá thành sản phẩm, quá trình chuyển hóa này gắn liền với sự tham
gia của hệ enzim trong tế bào men.
Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là nấm đơn bào thuộc chủng
Saccharomyces, chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi
trường nước mạch nha như các loại đường hoà tan, các hợp chất nitơ (các acid
amin, peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng…qua màng tế bào. Sau đó,
hàng loạt các phản ứng sinh hoá mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để
chuyển hoá các chất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển
và lên men của nấm men được tiến hành.
Hai chủng nấm men thường được dùng trong sản xuất bia là nấm men nổi
Saccharomyces cerevisiae và nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis.
Tên gọi nấm men nổi hay nấm men chìm xuất phát từ quan sát quá trình
lên men. Nấm men nổi nổi lên bề mặt dịch trong và cuối quá trình lên men
chính. Nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính, vì
thế làm cho bia nhanh trong nhưng khả năng lên men hết đường không bằng
nấm men nổi.
Ngoài ra nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau. Nấm men
chìm có thể lên men 4 – 12oC, nấm men nổi là 14 – 25oC và chỉ cần nhiệt độ
thấp hơn 10oC thì nấm men nổi đã trở nên vô hoạt .

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


12

Như vậy, sử dụng nấm men nổi đòi hỏi phải kèm theo những biện pháp
lọc cẩn thận mới có sản phẩm trong suốt vì tế bào nấm men vẫn còn trong
dịch lên men ngay cả ở cuối thời kỳ lên men phụ. Nấm men chìm có ưu điểm
hơn đó là trong quá trình phát triển, tế bào của chúng kết dính vào nhau thành
chùm rồi lắng xuống đáy thiết bị lên men thành một lớp chặt, thuận lợi cho
việc tách lớp tế bào đó làm men giống cho các đợt sản xuất tiếp theo. Nhờ
những ưu điểm đó mà chủng nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis
được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất bia.
2. Nguyên liệu phụ
Ngoài các nguyên liệu chính, công nghệ sản xuất bia còn sử dụng các
nguyên liệu phụ như sau:
- Chất trợ lọc diatomit
Được sử dụng nhằm nâng cao hiệu quả và rút ngắn thời gian trong quá
trình lọc bia. Khi rửa thiết bị, chất trợ lọc cuốn theo nước rửa sẽ làm tăng hàm
lượng chất rắn trong nước thải. Trong hệ thống xử lý, chất trợ lọc thường lắng lại
ở bể lắng sơ cấp.
- Muối hạt
Được sử dụng nhằm tăng hiệu quả làm lạnh, phải đảm bảo sạch, ít tạp chất.
- Xút, chất tẩy rửa, hóa chất khử trùng
Được sử dụng để chế dung dịch rửa, khử trùng, vệ sinh thiết bị, chai,
nhà xưởng, bồn chứa bia.
- Dầu mỡ, tác nhân lạnh

Được sử dụng trong máy nén, máy lạnh. Khi bị rò rỉ chúng sẽ gây ô
nhiễm môi trường nước, không khí.
Phần lớn các phụ liệu này sau khi sử dụng đều không được thu hồi hoặc
tuần hoàn sử dụng lại, mà chỉ sử dụng một lần sau đó thải vào dòng nước thải
chung gây ô nhiễm.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


13

3. Nhu cầu về nguyên liệu, nhiên liệu, năng lượng và nước.
- Nhu cầu về nguyên liệu
Nhu cầu về nguyên liệu cho sản xuất bia được thể hiện trong bảng 1.8.
Bảng 1.8: Nhu cầu nguyên liệu cho sản xuất bia[13]
TT

Tên nguyên liệu

1
2
3

Malt đại mạch
Gạo tẻ
Hoa houblon

1

2
3
4

Chất trợ lọc
Muối hạt
Muối mỏ
Xút

Nguồn
Đơn vị
Chỉ tiêu cho
cung ứng
1000 lit bia
A- Nguyên liệu chính
Nhập
Tấn
0,113
Trong nước Tấn
0,048
Nhập
Tấn
0,0008
B - Nguyên liệu phụ
Nhập
Kg
1,5
Trong nước Tấn
0,004
Trong nước Tấn

0,0003
Nhập
Tấn
0,0014

Tỷ lệ trong
bia (%)
70
30

- Nhu cầu về nhiên liệu
Than, dầu FO để đốt lò cung cấp hơi nước cho quá trình sản xuất. Định
mức cho 1000 lít bia từ 70 -75 kg than hoặc 45 - 60 kg dầu FO.
- Nhu cầu về năng lượng
Điện được sử dụng để vận hành thiết bị, chiếu sáng, sinh hoạt, bảo
vệ.Trung bình định mức điện 120 kWh/1000 lít bia.
- Nhu cầu về nước
Trong công nghệ sản xuất bia, với định mức sử dụng cho 1000 lít bia hơi
là 10m3 nước, nước được sử dụng vào các mục đích khác nhau: dùng cho
công nghệ, nước làm lạnh, nước sinh hoạt, nước rửa thiết bị máy móc và vệ
sinh sàn nhà[13].
1.2.2. Công nghệ sản xuất bia
Các công đoạn chính của công nghệ sản xuất bia được mô tả trong sơ đồ hình 1.1

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


14

Nước cấp để
rửa sàn, thiết bị

Malt

Gạo

Hoa houblon

Nghiền bột

Nghiền bột

Malt lót

Ngâm khuấy kỹ

Hơi

Hồ hoá - Nấu chín

Đường hoá
Lọc
Phụ gia

Bã malt

Nấu hoa

Hơi

Tách bã hoa
Nước làm lạnh

Bã hoa

Làm lạnh

Glycol

Lên men
chính, phụ

Men giống

Glycol tuần hoàn

Xử lý
Rút men

Thu CO2
Chất trợ lọc

Lọc bia

Chai,
lon,
bom

Bã bia

Bia trong
Bão hoà CO2

Rửa

Chiết chai,
lon, bom

Hơi, xút

Thanh trùng
Nước thải

Bia lon, bia chai thành phẩm

Hỡnh 1.1. S cụng ngh sn xut bia
NGUYN TH HIN

LUN VN THC S


15

- Chuẩn bị nguyên liệu:
Malt đại mạch, nguyên liệu thay thế (gạo tẻ) được làm sạch rồi đưa vào
xay, nghiền để tăng bề mặt hoạt động của enzim (tăng hiệu quả đường hóa) và
giảm thời gian nấu.
- Hồ hoá - nấu chín:

Nguyên liệu cần cho một mẻ nấu là: 10% malt đại mạch, gạo đã nghiền và
định lượng sẵn cho từng mẻ nấu. Cho nguyên liệu và nước với tỷ lệ nhất định
vào nồi nấu gạo, khuấy đều. Nâng nhiệt độ nấu đến 90oC để dịch hóa trong thời
gian là 20 - 30 phút rồi nâng dần đến nhiệt độ 100oC trong vòng 15 – 30 phút.
- Quá trình đường hóa:
Cho tiếp lượng malt còn lại cùng với nước vào nồi đường hóa ở 45oC.
Khuấy đều, giữ một thời gian rồi bơm dịch đang sôi ở nồi gạo sang. Nâng
nhiệt độ dịch đường hóa lên 63oC giữ ở 30 phút và cuối cùng tăng lên 72oC
cho tới khi đường hoá hoàn toàn trong vòng 30 đến 40 phút.
Mục đích của khâu đường hoá là thuỷ phân dịch bột thành đường.
- Lọc dịch đường:
Quá trình lọc dịch đường diễn ra theo 2 bước:
Bước 1: Lọc hỗn hợp dịch đường thu nước nha đầu.
Bước 2: Dùng nước nóng rửa bã lọc thu nước nha cuối.
- Nấu với hoa houblon:
Nước nha đầu và nước nha cuối được đưa vào nồi nấu hoa để tạo hương
vị cho bia. Hoa houblon được chế biến thành dạng bán thành phẩm: dạng
cánh khô, dạng bột hay dạng cao hoa để thuận tiện khi sử dụng. Tiến hành
nấu hoa như sau: Cho 2/3 lượng hoa vào dịch đang sôi, trước khi kết thúc nấu
10 – 15 phút cho lượng hoa còn lại vào. Thời gian nấu hoa là 60 – 90 phút.
Sau đó nước nha được qua thiết bị tách bã hoa.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


16

- Làm lạnh:

Nước nha từ nồi nấu có nhiệt độ xấp xỉ 100oC được làm lạnh tới nhiệt độ
thích hợp của quá trình lên men và qua 2 giai đoạn:
+ Hạ nhiệt độ xuống chừng 60oC và giữ nhiệt độ này khoảng 2 giờ.
+ Làm lạnh nhanh: Giảm nhanh nhiệt độ xuống tương ứng với nhiệt độ
lên men là 8 - 10oC.
- Quá trình lên men:
Đây là quá trình quan trọng nhất của công nghệ sản xuất bia: đường có
trong nước nha được lên men dưới tác dụng của nấm men theo phản ứng:
C 6 H 12 O 6 Nammen

→

C 2 H 5 OH + CO 2

(1.1)

Lượng nấm men được bổ sung khoảng 1 ÷ 1,5% so với dung tích dịch
đường. Lượng men thu hồi có thể sử dụng lại tới 7 lần.
Quá trình lên men gồm lên men chính và lên men phụ. Quá trình này dẫn
đến những thay đổi cơ bản trong thành phần hoá học của nước nha, biến nước
nha thành một loại nước uống có hương vị đặc trưng đó là bia.
Giai đoạn lên men chính:
Thời gian cho giai đoạn lên men chính thường từ 6 - 10 ngày, nhiệt độ
duy trì trong giai đoạn lên men chính từ 8 - 10oC.
Giai đoạn này diễn ra với sự tiêu hao cơ chất rất mạnh mẽ. Một lượng đường
khá lớn được chuyển thành rượu etylic và khí cacbonic theo phản ứng (1.1).
Sản phẩm thu được là bia non. Bia non đục và chưa thích hợp cho việc
sử dụng làm nước giải khát. Bia non được chuyển sang lên men phụ.
Giai đoạn lên men phụ:
Tiếp tục thực hiện giai đoạn lên men phụ bằng cách hạ nhiệt độ của bia

non xuống 1 – 4oC trong thời gian 14 ngày cho bia hơi và 21 ngày cho bia
đóng chai, lon.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


17

Quá trình lên men phụ diễn ra chậm và thời gian dài giúp cho các cặn mịn
và các chất keo tụ (tanin, protein, pectin không tan và nhựa hoa houblon) lắng
xuống, làm trong bia và bão hòa CO 2 , làm tăng chất lượng và độ bền của bia.
Nấm men tách ra, một phần được phục hồi làm men giống, một phần thải
có thể làm thức ăn cho gia súc. Khí CO 2 thoát ra trong quá trình lên men khá
sạch, được nén đóng chai thu hồi để nạp lại cho bia ở giai đoạn bão hòa CO 2 .
Lượng CO 2 dư có thể bán cho các cơ sở sản xuất nước giải khát.
- Lọc bia:
Nhằm loại bỏ tạp chất không tan như nấm men, protein, hoa houblon làm
cho bia trong hơn trên máy lọc khung bản với chất trợ lọc diatomit. Bia sau
khi lọc được đưa về thùng chứa bia thành phẩm.
- Bão hòa CO 2 và chiết chai:
Khí cacbonic có trong bia là nhờ quá trình lên men. Trong quá trình lên
men, một lượng lớn khí CO 2 bị thất thoát khỏi bia nhưng vẫn còn nhiều trong
bia, nhất là quá trình lên men thực hiện ở thiết bị kín. Tuy nhiên các công
đoạn sau lên men, nhất là khâu lọc bia, CO 2 bị thất thoát khá nhiều, do vậy để
đảm bảo CO 2 trong bia thành phẩm, phải sử dụng lượng CO 2 thu nạp được từ
khâu lên men để đưa vào bia.
Thông thường CO 2 được đưa vào bia ngay trước khi chiết bom hoặc
chiết chai. Bão hòa CO 2 được tiến hành trong thùng kín đặc biệt, thường là

thùng inox dày chịu áp. Các dụng cụ chiết bia (chai, lon, bom) phải được rửa,
thanh trùng đảm bảo vệ sinh, sau đó thực hiện quá trình chiết bia ở điều kiện
chân không để hạn chế sự tiếp xúc của bia với không khí. Tiếp theo là đóng
nắp và thanh trùng ở các chế độ nhiệt khác nhau để đảm bảo chất lượng trong
thời gian bảo hành.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


18

1.3. Các nguồn gây ô nhiễm môi trường trong sản xuất bia
1.3.1. Nước thải
Sản xuất bia là ngành sử dụng nhiều nước với nhiều mục đích khác nhau
nên lượng nước thải tạo ra tương đối nhiều.
Nước sử dụng cho quá trình làm lạnh, nước ngưng trong quá trình nấu thì
ít hoặc gần như không ô nhiễm nên có thể xử lý sơ bộ để tái sử dụng hoặc thải
trực tiếp.
Nước dùng trong các quá trình sản xuất để chuyển thành sản phẩm hoặc
dùng ở dạng hơi thì hầu như không bị thải bỏ hoặc thải rất ít.
Nước thải trong sản xuất bia chủ yếu phát sinh từ quá trình rửa, vệ sinh máy
móc thiết bị và vệ sinh nhà xưởng, tập trung ở các khu vực lên men, lọc bia và
chiết sản phẩm nên chứa bã malt, cặn lắng trong dịch đường lên men, các hạt trợ
lọc trong khâu lọc bia, xác men thải khi rửa thùng lên men, bia thất thoát cùng
nước thải trong khâu chiết và khâu làm nguội chai sau khi thanh trùng.
Ngoài ra nước rửa chai, bom bia…cũng là một trong những dòng thải ô
nhiễm của 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 nhãn bên ngoài chai và cuối cùng là phun kiềm
nóng rửa bên trong và bên ngoài chai, sau đó rửa sạch bằng nước nóng và
nước lạnh. Do vậy, dòng thải của quá trình rửa chai có độ pH cao và làm cho
dòng thải chung có tính kiềm. Ngoài ra nước thải từ quá trình rửa chai được
coi là nguồn gây ô nhiễm chính vì nó chứa các thành phần như: bùn, nhãn
mác hỏng, hồ dán và các chất tẩy rửa. Kiểm tra nước thải từ các máy rửa chai
đối với loại chai 0,5 lit cho thấy mức độ ô nhiễm như trong bảng 1.9.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


19

Bảng 1.9: Ô nhiễm nước thải từ máy rửa chai bia[15].
Thông số
Thấp
810
330
2,05
7,9
0,11
0,20
0,10

Hàm lượng (mg/l)
Cao
4480
3850

6,15
32,0
2,0
0,54
0,23

Trung bình
2940
1723
4,0
12,8
0,52
0,35
0,17

COD
BOD 5
Nitơ (NH 4 +)
T –P
Cu
Zn
AOX
pH = 8,3 đến 11,2
Nước tiêu thụ để rửa chai = 0,3 đến 0,5 lit

Trong nước thải rửa chai có hàm lượng đồng và kẽm là do sử dụng các
loại nhãn dán chai có in ấn bằng các loại thuốc in có chứa kim loại. Hiện nay
loại nhãn dán chai có chứa kim loại đã bị cấm sử dụng ở nhiều nước. Trong
nước thải có tồn tại AOX (Absorbable Organic Chlorinated Compounds) là
do quá trình khử trùng có dùng chất khử là hợp chất của clo.

Đặc tính ô nhiễm chung đối với nước thải nhà máy sản xuất bia nằm
trong các khoảng được chỉ ra ở bảng 1.10.
Bảng 1.10: Đặc tính ô nhiễm điển hình của nước thải nhà máy bia[13].
Đặc trưng ô nhiễm

khoảng giá trị

pH

5,7 – 11,7

BOD (mg/l)

750 – 2500

COD (mg/l)

1200 – 4700

Nitơ tổng số (mg/l)
Phốtpho tổng số (mg/l)
Rắn lơ lửng (mg/l)

NGUYỄN THỊ HIỀN

20 – 190
2 – 18
300 – 700

LUẬN VĂN THẠC SỸ

20

1. Đặc tính nước thải ngành công nghiệp sản xuất bia trên thế giới
Nước thải của các nhà mày bia gấp khoảng 6 lần so với bia thành phẩm.
Nhưng với các biện pháp sử dụng nước hiệu quả nhất thì định mức nước thải của
nhà máy bia không thể thấp hơn 2 đến 3m3 nước cho 1000 lít bia sản phẩm.
Lượng nước thải ở nhiều nhà máy bia còn lớn gấp 10 đến 20 lần lượng bia sản
phẩm.
Nói chung, nước thải trong các công đoạn sản xuất bia chứa nhiều chất hữu
cơ và có các chỉ số như sau:
Bảng 1.11: Đặc tính nước thải bia trên thế giới[17].
BOD 5

Khoảng 1000 mg/l, nếu không kịp tách men thì
chỉ số này sẽ cao hơn rất nhiều

BOD 5 /COD

0,63 – 0,8

pH

5 – 11

Tải trọng BOD 5

500 kg/ngày (với xí nghiệp có công suất 16
triệu lít/năm, khoảng 80.000 lít/ngày)

BOD 5 cho 1 lít bia

6g

Trong sản xuất bia, công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy
khác, sự khác nhau có thể chỉ là sự áp dụng phương pháp lên men chìm hay
lên men nổi. Nhưng sự khác nhau cơ bản là vấn đề 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 các 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 ở CHLB Đức, nước sử dụng và nước thải
ở các nhà máy bia như sau:
1. Định mức nước cấp: 4 – 8 m3/1000 lít bia, tải lượng nước thải: 2,5 – 6
m3/1000 lít bia.
2. Tải trọng BOD 5 : 3 – 6 kg/1000 lít bia; tỷ lệ BOD 5 /COD = 0,55 – 0,7.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


21

3. Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải như sau: BOD 5 = 1100
đến 1500 mg/l; COD = 1800 đến 3000 mg/l
4. Tổng nitơ: 30 – 100 mg/l; tổng phôtpho: 10 – 30 mg/l.
Rosenwinkel đã đưa ra kết quả phân tích đặc tính nước thải của một số
nhày máy bia.
Bảng 1.12: Đặc tính nước thải của một số nhà máy bia [15].

Thông số

Đơn vị

Nhà máy I
Min - max

pH

Trung bình

Nhà máy
II

Nhà máy
III

5,7 – 11,7

BOD 5

mg/l

185 – 2400

1220

775

1622

COD

mg/l

310 – 3500

1909

1220

2499

T–N

mg/l

48 – 348

79,2

19,2

T–P

mg/l

1,4 – 9,09

4,3

7,6

Chất
không tan

mg/l

158 – 1530

634

Tải lượng
nước thải

m3/1000 lít
bia

3,2

Tải trọng
ô nhiễm

Kg BOD 5 /
1000 lít bia

3,5

2. Đặc tính nước thải các nhà máy bia Việt Nam
Nguồn thải của các cơ sở sản xuất bia Việt Nam nói chung cũng giống

như các nhà máy bia thế giới. Tuy nhiên việc phân luồng chưa được chú ý nên
nguồn thải còn có nước thải sinh hoạt, nước làm mát không được tuần
hoàn…Vì vậy, tỷ lệ lượng nước thải/lượng bia sản phẩm còn cao hơn thế giới
nhiều.
Đặc trưng nước thải của một số cơ sở sản xuất bia trên địa bàn Hà Nội
được đưa ra ở bảng 1.13.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


22

Bảng 1.13: Đặc trưng nước thải tập trung của một số nhà máy bia Việt Nam[18].
Tên cơ sở

Năng suất
(triêu
lít/năm)

pH

Sản phẩm

1. Công ty
bia Hà Nội

50

1350
920

948
285

15

4,5

226
95

7,15
7,3

Bia chai
Bia lon
Bia hơi

2. Công ty
bia Đông
Nam Á

14

853

526

2,7

5,25

337

9,25

Bia lon
Bia chai
Bia hơi

3. Công ty
bia Việt Hà

12

1374

1055

6

3

356

5,54

Bia hơi

4. Thực
phẩm xuất
khẩu chùa
Bộc

1,5

763

601

3

3

112

6,98

Bia hơi

5. Thực
phẩm xuất
khẩu

1,5

1409

940

12

3

155

7,17

Bia hơi

6. Xưởng
bia Bắc Âu

1-1,5

816

701

-

-

129

6,43

Bia hơi

tư nhân

7. Công ty
bia Quảng
Ninh

11

1300

832

6,4

1,25

390

8,5

8. Xưởng
bia vi sinh I

0,5

1004

873

-

-

199

6,15

COD BOD 5 T – N T – P SS
(mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l)

Bia hơi
tư nhân

Qua bảng trên có thể thấy, hàm lượng các chỉ tiêu ô nhiễm như BOD 5 ,
COD, rắn lơ lửng của các cơ sở sản xuất bia đều cao, vượt tiêu chuẩn cho
phép vài lần.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


23

So sánh với mức độ ô nhiễm của nước thải bia của Việt Nam với thế giới
có thể thấy rằng, mức độ ô nhiễm nước thải bia của Việt Nam thấp hơn thế
giới. Đó là do các nhà máy bia ở Việt Nam không phân luồng dòng thải mà tập
trung tất cả các dòng thải, kể cả dòng thải ô nhiễm nặng nên mức độ ô nhiễm
giảm đi. Mặt khác, công nghệ sản xuất bia của các nhà máy bia ở Việt Nam nói
chung tương đối lạc hậu nên định mức nước cấp cho 1 lít bia thành phẩm cao

hơn, do đó lượng nước thải lớn hơn và mức độ ô nhiễm giảm đi.
1.3.2. Khí thải
Nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí chủ yếu là các khâu sử dụng
nhiên liệu. Do đốt nhiên liệu là than, dầu DO hoặc FO nên tạo ra bụi lơ lửng,
CO, NO x , SO 2 …Theo tính toán đặc trưng các nhà máy bia ở Việt Nam cho
thấy hiện nay để sản xuất ra 1000 lít bia thành phẩm sẽ thải vào môi trường
khoảng 0,8 đến 1,5 kg SO 2 ; 0,5 đến 6,12 kg bụi lơ lửng. Các chất này được
thải vào môi trường không khí nếu không có biện pháp kiểm soát và giảm
thiểu ô nhiễm sẽ gây ô nhiễm môi trường không khí xung quanh.
Trong hệ thống xử lý yếm khí và hệ thống cống rãnh tạo ra các khí NH3 ,
CH 4 , H 2 S…gây ô nhiễm môi trường không khí khu vực nhà máy là rất có khả
năng xảy ra.
Trong quá trình sản xuất, một lượng lớn CO 2 được giải phóng ra trong quá
trình lên men. Đối với công nghệ cũ không có khả năng thu hồi khí CO2 nên
khí này thoát ra ngoài môi trường gây mất cân bằng không khí, ngột ngạt đối
với người lao động. Hiện nay, nhiều nhà máy có hệ thống thu hồi khí CO2 vừa
hạn chế ô nhiễm môi trường lại vừa có khả năng sử dụng CO 2 cung cấp cho hệ
thống tạo gas của bia (trung bình 1000 lít bia cần khoảng 20 kg khí CO2 ).
Hệ thống lò hơi ở một số cơ sở có hệ thống tách bụi và lọc khí lò hơi. Các
cơ sở còn lại không được trang bị hệ thống xử lý khí lò hơi nhưng nhìn chung

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ


24

lượng khí thải của các cơ sở sản xuất bia thấp hơn nhiều các cơ sở sản xuất
thuộc ngành khác[13].

1.3.3. Chất thải rắn
Chất thải rắn trong sản xuất bia bao gồm: bã bia, bao bì loại bỏ, chai lọ
hỏng, thùng, nhãn mác và các chất thải rắn từ vỏ nguyên liệu hỏng... Ngoài ra,
các nhà máy bia đều sử dụng hệ thống lò hơi nên đã tạo ra một lượng xỉ than
tương đối lớn. Thông thường sản xuất 1000 lít bia thải ra môi trường một
lượng các chất thải rắn như sau[14]:
- Bao bì

: 3 - 5 chiếc bao bì có sức chứa 50 kg

- Bã bia, bã men, bã hoa

: 25 - 70 kg

- Xỉ than

: 20 - 40 kg

- Vỏ chai, vỏ lon, giấy nhãn : 10 - 40 vỏ lon, chai
- Nắp chai (nếu là bia chai) : 6 - 20 chiếc
Chất thải rắn của các cơ sở sản xuất bia có thể được chia ra thành các
loại: Chất thải có thể xử lý sinh học được gồm: bã bia, bã men, bã hoa, tinh
bột rơi vãi; Chất thải không thể xử lý sinh học được gồm: xỉ than, chất trợ lọc,
bao bì, vỏ chai (nếu cơ sở sản xuất bia chai), két nhựa.
Đối với hoạt động sản xuất bia nói chung, chất thải rắn ít gây nguy hại chứa
hàm lượng chất hữu cơ cao (bã men, bã bia…) đều được các cơ sở sản xuất tận
thu để sản xuất thức ăn cho gia súc, gia cầm và coi như một sản phẩm phụ.
Tuy nhiên hiệu suất thu hồi thấp, khoảng 50 – 70%, phần còn lại bị cuốn theo
nước thải và đây chính là nguồn gây ô nhiễm chính của nước thải.
1.3.4. Tác động của chất thải sản xuất bia tới môi trường

Các dòng nước thải của công nghệ sản xuất bia là chứa hàm lượng chất
hữu cơ cao; nitơ, phôtpho, chất rắn lơ lửng, nhiệt độ cũng cao và pH dao động
lớn.Với đặc tính như vậy, nước thải của công nghệ sản xuất bia có nguy cơ gây
ô nhiễm môi trường.

NGUYỄN THỊ HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SỸ