Đánh giá hiện trạng môi trường của ngành sản xuất bia thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia việt hà II

..

NGUYỄN CHI LAN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGÀNH : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG CỦA
NGÀNH SẢN XUẤT BIA VÀ THIẾT KẾ
HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC THẢI
NHÀ MÁY BIA VIỆT HÀ II

NGUYỄN CHI LAN

2005 - 2007
Hà
NỘI
2007

HÀ NỘI - 2007


NGUYỄN CHI LAN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGÀNH : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG CỦA
NGÀNH SẢN XUẤT BIA VÀ THIẾT KẾ
HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC THẢI
NHÀ MÁY BIA VIỆT HÀ II

NGUYỄN CHI LAN

2005 - 2007
Hà
NỘI
2007

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Ngọc Lân

HÀ NỘI - 2007


MỤC LỤC
Mở đầu

Trang

CHƯƠNG 1
CÔNG NGHỆ SẢN XUÂT BIA VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI 3
TRƯỜNG DO SẢN XUẤT BIA GÂY RA
1. 1. Hiện trạng sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới và
trong khu vực

3

1. 2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam

8

1. 3. Công nghệ sản xuất bia

12

1. 3. 1. Nguyên liệu cho sản xuất bia

12

1. 3. 2. Công nghệ sản xuất bia

17

1. 4. Các nguồn thải chính trong sản xuất bia và tác động
của chúng đến môi trường

20

1 . 4. 1. Các chất thải gây ơ nhiễm mơi trường khơng khí

21

1. 4. 2. Các chất thải rắn gây ô nhiễm môi trường

23

1. 4. 3. Nước thải

24

1. 4. 4. Các nguồn ơ nhiễm khác

30

CHƯƠNG 2.
CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT BIA

32

2. 1. Phương pháp cơ học

32

2. 2. Phương pháp hoá lý và hoá học

32

2. 3. Phương pháp sinh học

33

2. 3. 1. Xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính
2. 3. 2. Xử lý nước thải bằng phương pháp xử lý yếm khí
có lớp cặn lơ lửng (UASB)

33
43


CHƯƠNG 3
VÀI NÉT VỀ NHÀ MÁY BIA VIỆT HÀ

52

3. 1. Sơ lược về dự án nhà máy bia Việt Hà

52

3. 2. Công nghệ sản xuất và nguồn thải của nhà máy bia
Việt Hà

53

3. 2. 1. Thiết bị

53

3. 2. 2. Quá trình cơng nghệ

53

3. 2. 3. Nhu cầu ngun, nhiên, phụ liệu

56

3. 2. 4. Nước thải tại nhà máy bia Việt Hà

58

3. 2. 5. Biện pháp giảm thiểu ô nhiễm do nước thải

63

CHƯƠNG 4
TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC 67
THẢI CHO NHÀ MÁY BIA VIỆT HÀ
4. 1. Lựa chọn công nghệ xử lý

67

4. 1. 1. Các thông số thiết kế

68

4. 1. 2. Quy trình cơng nghệ xử lý

69

4. 2. Tính tốn các thơng số cơng nghệ của các thiết bị
chính

73

4. 2. 1. Tính tốn các thơng số thiết kế bể điều hồ

73

4. 2. 2. Tính tốn các thơng số thiết kế bể UASB

74

4. 2. 3. Tính tốn thiết kế bể lắng sau UASB

78

4. 2. 4. Tính tốn bể chứa trung gian sau bể lắng

79

4. 2. 5. Tính tốn thiết kế bể Aeroten

79

4. 2. 6. Tính tốn thiết kế bể lắng thứ cấp

86

4. 2. 7. Tính tốn bể khử trùng

89

4. 2. 8. Tính tốn bể ổn định bùn

90


4. 2. 9. Tính tốn bể nén bùn

91

4. 2. 10. Tính tốn bể chứa bùn sau nén

91

4. 3. Lựa chọn thiết bị vật tư chính

92

4. 3. 1. Chọn thiết bị cấp khí

92

4. 3. 2. Lựa chọn bơm nước thải

94

4. 3. 3. Lựa chọn bơm bùn

95

4. 3. 4. Các thiết bị khác

95

4. 4. Dự tốn kinh phí xây dựng và vận hành hệ thống
4. 4. 1. Dự tốn kinh phí xây dựng
4. 4. 2. Tính tốn chi phí vận hành hệ thống xử lý nước
thải của nhà máy bia Việt Hà II

96
96
103

KẾT LUẬN

110

TÀI LIỆU THAM KHẢO

112


MỞ ĐẦU
Bia là một loại nước giải khát cao cấp và rất thông dụng trong đời
sống hàng ngày, được mọi người ưa chuộng. Bia mang hương vị đặc trưng
riêng và là loại nước uống mát bổ có bọt mịn xốp, độ cồn thấp, có vị đắng
dễ chịu. Khi được sử dụng đúng mức, bia tạo nên sự thoải mái và tăng

cường sức lực cho cơ thể. Bia không những chứa các thành phần dinh dưỡng
cao mà cịn có tác dụng giải khát rất hiệu quả do có chứa CO2 bão hòa. Nhờ
những ưu điểm này mà bia được sử dụng rộng rãi ở hầu khắp các nước trên
thế giới và sản lượng ngày càng tăng.
Việt Nam là nước thuộc khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, với dân
số trên 80 triệu hứa hẹn một thị trường đầy tiềm năng của các loại nước giải
khát trong đó có bia. Ngành công nghiệp sản xuất bia cũng là một trong các
ngành công nghiệp mang lại lợi nhuận cao ở Việt Nam hiện nay, các cơ sở
sản xuất bia Việt Nam cùng song song tồn tại và phát triển với các hãng bia
danh tiếng trên thế giới.
Khơng nằm ngồi xu thế đó, Nhà máy bia Việt Hà II cơng suất 75
triệu lít/năm hướng mở rộng 150 triệu lít/năm, được xây dựng tại khu công
nghiệp Tiên Sơn - huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh sẽ góp phần cải thiện đời
sống kinh tế xã hội trong khu vực, đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ ngày càng
cao của người dân trong tỉnh và các vùng phụ cận. Tuy nhiên bên cạnh
những lợi ích to lớn, các loại chất thải sinh ra từ quá trình hoạt động sản
xuất tại cơng ty có thể tác động tiêu cực tới môi trường sinh thái, làm ảnh
hưởng đến sức khoẻ cộng đồng dân cư xung quanh. Do đó việc đánh giá
hiện trạng môi trường của ngành sản xuất bia và thiết kế hệ thống xử lý
nước thải của Nhà máy bia Việt Hà II nhằm xử lý triệt để lượng nước thải
sinh ra là việc làm rất thiết thực và ý nghĩa.


Bố cục và nội dung đề tài.
Chương 1. Công nghệ sản xuất bia và các vấn đề môi trường do sản
xuất bia gây ra.
Chương 2. Công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia.
Chương 3. Vài nét về Nhà máy bia Việt Hà
Chương 4. Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy
Bia Việt Hà.

Chương 5. Dự tốn kinh phí xây dựng và vận hành hệ thống


CHƯƠNG 1. CÔNG NGHỆ SẢN XUÂT BIA VÀ CÁC VẤN ĐỀ
MÔI TRƯỜNG DO SẢN XUẤT BIA GÂY RA
1. 1. HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIA TRÊN THẾ GIỚI
VÀ TRONG KHU VỰC
Bia là loại nước giải khát đã được sản xuất từ rất lâu đời trên thế
giới. Từ thời cổ đại, bia đã được chế biến từ lúa mạch nhưng phải đến thế kỷ
19, khi Louis Pasteur thành công trong những nghiên cứu về vi sinh vật và
Christian Hansen (người Đan Mạch) phân lập được nấm men và áp dụng
vào sản xuất bia thì bia mới thực sự trở thành một thứ đồ uống hảo hạng,
được nhiều người khắp nơi trên thế giới ưa chuộng. Các nước có sản lượng
bia cao là Mỹ, CHLB Đức (trên 10 tỷ lít/năm). Những năm gần đây, với tốc
độ phát triển kinh tế nhanh của nhiều nước trên thế giới, chất lượng cuộc
sống của người dân ngày càng được đảm bảo, nhu cầu tiêu dùng gia tăng đã
làm cho sản lượng bia trên toàn thế giới tăng tới 2,3% /năm.
Cùng với sự gia tăng dân số cũng như với sự tăng trưởng vượt bậc
về kinh tế, một số nước Châu Á được xem là thị trường tiêu thụ đầy tiềm
năng. So với một số quốc gia như Nhật Bản, Hàn Quốc, thì sản lượng bia
2003 của Việt Nam cũng chỉ đạt vào mức trung bình 12950 nghìn lít. Về
mức tiêu thụ bia, Việt Nam chỉ đứng hàng thứ 3 sau Philippines (15040 triệu
lít) và Thái Lan (14500 triệu lít). Một số quốc gia như Campuchia, Myanma,
Lào, Bruney đều có mức tiêu thụ < 50 triệu lít/năm. Để thúc đẩy cơng
nghiệp sản xuất bia, các nước khu vực Châu Á đã có những chính sách mở
rộng giao lưu, trao đổi thị trường và rất nhiều biện pháp cơng nghệ khác
nhằm mục đích nâng cao sản lượng và chất lượng sản phẩm.


Bảng 1.1 Sản lượng và mức tiêu thụ bia ở một số quốc gia Châu Á

[17]
TT

Quốc gia

Sản lượng bia
năm 2003
(triệu lít)

Tiêu thụ bình
Sản lượng
qn năm 2005 dự kiến năm 2009
(triệu lít)
(l/người/năm)

1

Trung Quốc

26000

20,1

34500

2

Nhật Bản

4000

31

3800

3

Hàn Quốc

17753

37

1958

4

Philippines

1450

17

1950

5

Thái Lan

1452

25

1955,4

6

Việt Nam

1295

13

1750

7

Ấn Độ

68

1

91

8

Đài Loan

49,1

22

53

9

Indonesia

138,6

1

101,65

10

Singapore

67

15

78,4

Sản lượng sản xuất ra trên thế giới tăng trưởng nhanh nhưng sản
xuất bia lại phân bố không đều thao các vùng địa lý trên thế giới (Bảng 1.
2). Sản xuất bia 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, nơi hiện nay đang
có nhiều hãng bia lớn và nổi tiếng trên thế giới. Sản xuất bia ở đây đã có bề

dày lịch sử hàng trăm năm, cơng nghệ và kỹ thuật sản xuất bia ở trình độ
cao.


Bảng 1. 2. Phân bố sản xuất bia trên thế giới [19]
Năm 1984

Năm 1994

TT

Khu vực

Sản lượng
(triệu lít)

Tỷ trọng
(%)

Sản lượng
(triệu lít)

Tỷ trọng
(%)

1

Bắc Mỹ

25.000

26,95

26.900

23,13

2

Mỹ La tinh

10.400

11,21

18.300

15,74

3

Châu Âu

37.800

40,75

40.100

34,48

4

Cis

6.600

7,12

5.800

4,99

5

Trung Đông

400

0,43

600

0,52

6

Châu Phi

460

0,49

550

0,47

7

Châu Á

9.700

10,45

21.750

18,70

8

Châu Đại
Dương

2.400

2,60

2.300

1,97

Tổng sản
lượng

92.760

100

116.300

100

Các khu vực khác trong những năm gần đây đã tăng mức sản lượng.
Đặc biệt khu vực Châu Á cũng phát triển đáng kể trong mười năm qua, trở
thành khu vực lớn thứ ba về sản xuất bia trên thế giới. Tỷ trọng sản lượng
bia của khu vực này đã tăng từ 12% năm 1980 đến 16% năm 1985 và 22%
năm 1994. Đặc biệt sản lượng tăng nhan ở khu vực Đông Nam Á từ 8% năm
1980 đến 18% năm 1994 trở thành trọng điểm sản xuất của nhiều hãng bia
trên thế giới.
Tình hình tiêu thụ bia bình quân đầu người ở các nước trên thế giới
như ở Bảng (1. 3). Năm 2004, ba nước đứng đầu thế giới về tiêu thụ bia theo
bình qn đầu người là Cộng hồ Sec, Ailen và Đức.


Bảng 1. 3. Tình hình tiêu thụ bia bình quân đầu người ở một số nước

TT

Nước

1

Lượng tiêu thụ bia bình quân đầu người
(lít/người)
Năm 1994
[18]

Năm 1999
[19]

Năm 2004
[19]

Ai Len

134

152,8

131.1

2

Đức

144

127,5

115.8

3

Áo

122

108,9

108.3

4

Đan Mạch

128

104,6

89,9

5

Anh

104

99,0

99

6

Bỉ

114

97,7

93

7

Úc

120

95,0

109.9

8

Hà Lan

-

85,3

79

9

New Zeland

111

84,0

77

10

Phần Lan

-

80,1

69,1

11

Venezuela

-

75,7

58.6

12

Tây Ba Nha

-

68,8

13

Canada

-

68,1

68,3

14

Bồ Đào Nha

-

64,3

59,6

15

Thuỵ Điển

-

59,3

51,5

16

Thuỵ Sĩ

-

58,8

57,3

17

Ba Lan

-

58,4

18

Mỹ

-

24,4

81,6

Tuy nhiên, ở Châu Âu, tình hình sản xuất và tiêu thụ bia cũng có
chiều hướng thay đổi khác nhau:
- Tại CHLB Đức, tình hình sản xuất và tiêu thụ bia có chiều hướng
giảm trong vài năm trở lại đây: năm 2004 giảm so với năm 1998 tới 5,28 %
(bảng 1. 4). Tổng tiêu thụ tuy giảm nhưng xuất khẩu lại tăng đều hàng năm:
năm 2003 tăng hơn so với năm 1998 là 26,17 %.


Bảng 1. 4. Tình hình sản xuất, tiêu thụ và xuất, nhập khẩu bia
tại CHLB Đức [20]
Sản xuất
(tỷ lít/năm)

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Xuất khẩu
(triệu lít/năm)

11,28

11,04

10,85

10,83

10,56

10,58

Nhập khẩu
(triệu lít/năm)

947,5

1075,2

1084,2

1105,7

1209,5

-

368,9

380,6

330,5

273,8

-

10,311

10,090

10,039

9,711

-

125,3

122,4

121,5

117,7

115,8

Tổng tiêu thụ
(tỷ lít/năm)
305,4
Tiêu thụ trên
đầu người
10,477
(lít/người)
Tiêu thụ trên
đầu người
127,5
(lít/người)

Tại Ý, sản lượng bia đạt 1,22 tỷ lít/năm trong năm 1998. Mặc dù sản
lượng bia của Ý thấp so với các nước khác ở Châu Âu, nhưng mức tiêu thụ
trên đầu người lại rất cao: 26,9 lít/người trong năm 1998. Do vậy lượng bia
nhập khẩu vào nước Ý tăng cao, đạt 368,1 triệu lít/năm, bia được nhập từ:
Đức (159,4 triệu lít), Hà Lan (45,27 triệu lít), Anh (36,2 triệu lít), Đan Mạch
(35,7 triệu lít). Tuy nhiên, Ý cũng xuất khẩu bia, con số này chỉ chiếm một
phần rất nhỏ (37,3 triệu lít/năm). Các nước nhập khẩu bia Ý đó là Anh, Hy
Lạp, Tây Ban Nha, Bỉ, Albani và ngay cả Mỹ [21].
Ở một số nước Châu Á, tình hình sản xuất bia có chiều hướng gia
tăng, điển hình là Trung Quốc, đây là thị trường bia lớn thứ hai trên thế giới
chỉ sau Mỹ và dự báo sẽ vượt Mỹ trong vài năm tới. Sản lượng bia của
Trung Quốc đạt xấp xỉ 22 tỷ lít bia/năm. Tuy nhiên, lượng tiêu thụ bia tính


trên đầu người ở nước này vẫn còn thấp 15 lít/người, so với lượng bia bình

qn tiêu thụ trên thế giới 22,1 lít/người (2001), và thấp hơn so với một số
nước Châu Á khác như Đài Loan và Singapore [21].
1. 2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIA Ở VIỆT NAM

Ngành cơng nghiệp bia ở Việt Nam đã có từ rất lâu. Nhà máy bia
đầu tiên tại Việt Nam đã được xây dựng dưới thời Pháp thuộc vào năm 1890
– Nhà máy bia Hà Nội. Ban đầu nhà máy chỉ sản xuất 150 lít/ngày với hơn
30 cơng nhân. Đến năm 1954, khi miền Bắc được hồn tồn giải phóng, Nhà
máy bia Hà Nội được Nhà nước trực tiếp quản lý, tiếp tục sản xuất bia và
ngày càng mở rộng về quy mô, số lượng cũng như về chất lượng sản phẩm,
không ngừng phát triển cho tới ngày nay.
Sau giải phóng miền Nam, một loạt các nhà máy, cơ sở sản xuất bia
khác đã được hình thành ở nước ta như: Nhà máy bia Sài Gòn, nhà máy bia
Đà Nẵng (thiết bị của Tiệp Khắc), nhà máy bia Huda ở Huế (thiết bị Đan
Mạch), nhà máy bia Vinh (thiết bị Đan Mạch), nhà máy bia Đông Nam Á
(thiết bị Đan Mạch), công ty bia Việt Hà, các nhà máy bia liên doanh trung
ương và địa phương khác... góp phần nâng cao sản lượng bia trên toàn quốc.
Trong vài năm gần đây, nền kinh tế nước ta đã có những phát triển
vượt bậc trên mọi lĩnh vực, đời sống của nhân dân ngày một được nâng cao,
nhu cầu tiêu thụ về bia cũng như các loại nước giải khát rất lớn dẫn đến việc
hình thành hàng loạt các doanh nghiệp, cơ sở sản xuất bia. Từ chỗ chỉ có hai
nhà máy bia Hà Nội và Sài Gịn thì đến nay cả nước đã có tới 469 cơ sở
sản xuất bia với đủ các thành phần kinh tế tham gia, trong đó bao gồm 2
Công ty quốc doanh trung ương, 6 Công ty liên doanh với nước ngoài và
461 cơ sở sản xuất bia địa phương, tư nhân, cổ phần... được phân bố tập
trung chủ yếu ở các thành phố lớn và những khu vực dân cư đông đúc [1].


Nhu cầu bia trên thị trường Việt Nam chỉ mới thực sự bùng nổ
khoảng chục năm trở lại đây. 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. Sự tăng
trưởng quy mô thị trường có thể khái quát qua bảng (1. 5).
Bảng 1. 5. Tình hình sản xuất và tiêu thụ Bia ở Việt Nam (1975 – 2005),
dự báo tình hình sản xuất và tiêu thụ đến 2010 [2]
Sản lượng

Mức tăng trưởng

Tiêu dùng bình quân

(triệu lít)

(%)

(lít/người/năm)

1975

20

-

0,41

1985

86,6

433

1,35

1990

100

115

1,5

1991

131

131

1,94

1992

169

129

2,44

1993

230

136,09

3,24

1994

290

126,08

4,00

1995

350

120,68

4,72

1996

600*

120*

5,33*

2001

803,2*

133,9*

9 - 10*

2002

893*

111*

-

2003

1.290*

144,5*

-

2004

1.370*

106,2*

-

2005

1.500*

109,5*

-

2010

2.500*(dự

-

16 - 25*

Năm

báo)
Nguồn: Niên giám thống kê 1994 - Bộ Nông nghiệp và CNTP năm
1994[2]


*Tạp chí của hiệp hội Rượu Bia và nước giải khát Việt Nam [3 ]
Qua bảng trên ta thấy quy mô thị trường đã tăng cao. Năm 1990 so
với năm 1985 tăng 15%; 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. Mức bình quân đầu người đã tăng từ 0,4l/người năm 1975 lên
4,72l/người năm 1995 và 9-10l/người năm 2001. Dự báo mức này có khả
năng tăng lên đến 16-25 l/người trong những năm 2010 - 2020 [2].

Ngành sản xuất bia ở Việt Nam có tốc độ tăng trưởng nhanh. Tuy
nhiên từ năm 1998 đến nay, tốc độ tăng trung bình ở 8 -10% (bảng 1. 6).
Bảng 1. 6. Tốc độ tăng trưởng bình quân của ngành sản xuất bia ở Việt
Nam [1]
Giai đoạn

Tốc độ tăng trưởng bình quân, %

1991 - 1992

26,62

1993 - 1994

44,3

1995 - 1996

17

1997 - 1998

10

1998 - 2003

8 - 10

Những năm gần đây, nhiều doanh nghiệp cũng tăng tốc đầu tư mở
rộng công suất. Năm 2003 công suất bia cả nước đạt 1,29 tỷ lít, năm 2004

đạt 1,37 tỷ lít. Theo quy hoạch mới điều chỉnh, đến năm 2010 năng lực sản
xuất toàn ngành sẽ đạt 2,5 tỷ lít/năm, tăng 1 tỷ lít bia so với quy hoạch cũ.
Các sản phẩm bia cũng rất đa dạng và phong phú về chủng loại.
Loại bia chủ yếu tiêu thụ ở Việt Nam là loại bia nhẹ với hàm lượng cồn 45% thể tích. Chất lượng bia trên thị trường đã được quốc tế kiểm nghiệm


thông qua mẫu bia. Để đáp ứng nhu cầu của thị trường, các sản phẩm bia
cũng rất đa dạng và phong phú về chủng loại. Ngoài các sản phẩm bia trung
bình tiên tiến như bia 333, bia Hà Nội và các loại bia liên doanh khác, trên
thị trường cũng xuất hiện những sản phẩm bia cao cấp của các hãng bia nổi
tiếng trên thế giới như Tiger, Heniken, Carlsberg.
Bia được xem là ngành công nghiệp trọng điểm của Việt Nam vì
đóng góp nhiều cho ngân sách quốc gia. Theo chủ trương của Chính phủ
cũng như định hướng phát triển đến năm 2010, Việt Nam không cấp giấy
phép đầu tư, cũng như không phê duyệt mở rộng công suất của các dự án
nước ngồi trong lĩnh vực cơng nghiệp sản xuất bia.
Việt Nam và Châu Á là một trong những khu vực có mức tiêu dùng
bia đang tăng nhanh. Căn cứ vào thu nhập, thị hiếu tiêu dùng, dự kiến chủng
loại sản phẩm bia như sau: Bia lon: 10 – 15%, bia chai: 50 – 60%, bia hơi:
30% [4].
Ở Việt Nam, thị trường tiêu thụ bia ở trong nước vẫn là chính, thị
trường xuất khẩu chủ yếu là khu vực Đơng Nam Á, Châu Á Thái Bình
Dương, một phần Châu Âu và Mỹ. Sản lượng xuất khẩu dự kiến khoảng 20
– 30 triệu lít/năm với sản phẩm chủ yếu của Cơng ty bia Hà Nội và Cơng ty
bia Sài Gịn [4].
Hiện nay việc nhiều doanh nghiệp quan tâm đến đầu tư sản xuất bia
chứng tỏ nhu cầu tiêu dùng đang tăng nhanh, điều đó có nghĩa là ngày càng
có nhiều nhà máy sản xuất bia mọc lên và vấn đề xử lý nước thải của nhà
máy sản xuất bia được đặt ra cho những người làm công nghệ môi trường.

1. 3. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
1. 3. 1. Nguyên liệu cho sản xuất bia
a. Nguyên liệu chính
Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính gồm: Malt (đại mạch
nảy mầm), gạo tẻ, hoa houblon, nước, nấm men. Hiện nay, nguyên liệu
chính để sản xuất bia là malt đại mạch và hoa houblon đều phải nhập ngoại.
Từ nhiều năm nay, Việt Nam đã trồng thử nghiệm đại mạch và houblon ở
một số vùng nhưng năng suất thu hoạch còn thấp, chất lượng đều chưa đạt
yêu cầu. Để dần có thể tiến tới việc hạn chế nhập khẩu, nước ta đang tiếp tục
các cơng trình trồng thử hai loại cây trên [6].
• Malt (đại mạch nảy mầm)
Malt là hạt đại mạch được nảy mầm trong nhưng điều kiện nhân tạo
(ở nhiệt độ và độ ẩm thích hợp). Trong q trình nảy mầm, một lượng lớn
các enzym hình thành và tích tụ trong hạt đại mạch, trong đó chủ yếu là
nhóm enzym amylaza, ngồi ra cịn có enzym proteaza và các enzym khác.
Các enzym trong malt đại mạch là tác nhân phân giải các hợp chất gluxit,
protein trong malt thành nguyên liệu mà nấm men có thể sử dụng để lên
men (các loại đường, axit amin tự do, các vitamin) [6].
Hạt đại mạch chứa 4- 5% độ ẩm, 76% độ hòa tan. Thành phần hoá
học chủ yếu là tinh bột (khoảng 58 %) và protein (10%) (Xem bảng 1. 7).
Bảng 1. 7. Thành phần hóa học của malt và gạo tẻ tính theo phần
trăm chất khô [5]
Thành phần

Tỷ lệ phần trăm

Tỷ lệ phần trăm trong

trong malt (%)

gạo tẻ (%)

Hàm ẩm

4–5

12

Độ hòa tan

76

76


Tinh bột

58

Đường khử

4

Saccaroza

5

Chất béo

2,5

1 – 1,5

Protein

10

8

Pentoza hịa tan

1

Khống

2,5

1 – 1,2

Xơ

6

0,5 – 0,8

Hexoza và pentoza

9

75

khơng hịa tan
•

Gạo tẻ

Ở Việt Nam, gạo tẻ thường được sử dụng làm thế liệu kèm theo
malt để hạ giá thành sản phẩm. Tỷ lệ sử dụng khoảng 30%. Gạo tẻ là nguồn
nguyên liệu trong nước, dễ kiếm, với 76% độ hòa tan, 12% độ ẩm. Thành
phần hoá học chủ yếu là tinh bột (75 %) và protein (8 %) [Bảng 1. 7].
Ngoài gạo tẻ, một số loại ngũ cốc khác giàu tinh bột như tiểu mạch,
bột mì, bột ngơ, thóc nếp... cũng được sử dụng làm nguyên liệu kèm theo
đại mạch để sản xuất bia.
Bảng 1. 8. Thành phần hóa học của hoa houblon
tính theo phần trăm chất khô [5]
Thành phần

Tỷ lệ phần trăm trong houblon (%)

Nước

11 – 13

Chất đắng

15 – 21

Polyphenol

2,5 – 6

Chất khoáng

5–8


Protein

15 – 21

Tinh dầu thơm

0,3 – 1

Xenluloza

12 – 14

Các hợp chất khác

26 – 28

•

Hoa houblon

Hoa houblon chứa các chất thơm, các chất có vị đắng đặc trưng.
Nhờ đó bia có vị dễ chịu, có hương thơm, bọt lâu tan và bền khi thời gian
bảo quản kéo dài.

Thành phần hoá học của hoa houblon chủ yếu là các glycozit (chất
đắng) (15 – 21%) và các hợp chất protein (15 – 21%) (Bảng 1. 8).
•

Nước ngun liệu

Cơng nghiệp sản xuất bia địi hỏi một lượng lớn nước cho các mục
đích sử dụng khác nhau: nước nguyên liệu, nước làm lạnh, nước rửa thiết bị,
bao bì, vệ sinh nhà xưởng, nước nồi hơi...Chất lượng bia phụ thuộc nhiều
vào chất lượng nguồn 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:
- Không màu, không mùi

- Chỉ số Coli = 0

- Độ pH của nước: 6,5 - 7

- Độ cứng: 8 - 120H

- NH3 và NO2- : khơng có

- Fe2+: khơng có hoặc có rất ít [5]

• Nấm men
Nấm men đóng vai trị quyết định trong sản xuất bia vì quá trình
trao đổi chất của tế bào nấm men bia chính là q trình chuyển hóa ngun
liệu thành sản phẩm, q trình chuyển hóa này lại gắn liền với sự tham gia
của hệ enzym trong tế bào nấm men, do đó việc ni cấy nấm men để thu
được một hệ enzym có hoạt lực cao là một khâu kỹ thuật hết sức quan trọng.
Hai chủng nấm men thường được dùng trong sản xuất bia là nấm men nổi

Saccharomyces cerevisiae và nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis.
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 q trình phát triển, tế bào của chúng kết dính vào nhau thành chùm
rồi lắng xuống đáy thiết bị lên men thành lớp chặt, thuận lợi cho việc tách
lớp tế bào đó làm men giống cho các đợt sản xuất tiếp sau [6]. Ngoài ra,
nấm men chìm có khả năng lên men ở nhiệt độ dưới 0oC trong khi nấm men
nổi chỉ cần nhiệt độ thấp hơn 10oC đã trở nên vô hoạt. Nhờ những ưu điểm
đó mà chủng nấm men S. carlsbergensis được sử dụng rất rộng rãi trong
ngành công nghiệp sản xuất bia.
b. Phụ liệu
Ngồi các ngun liệu chính, cơng nghệ sản xuất bia còn sử dụng
các phụ liệu sau:
- Chất trợ lọc diatomit: Được sử dụng nhằm nâng cao hiệu quả và
rút ngắn thời gian 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. Định mức diatomit cho 1000 lít bia
là 1,5 kg.
- Muối hạt: Được sử dụng nhằm tăng hiệu quả làm lạnh, phải đảm
bảo sạch, ít tạp chất. Định mức muối hạt cho 1000 lít bia là 4 kg.
- Hóa chất khử trùng (Xút, P3 + Reecon + Dioree, Ozonia...):
Được sử dụng để chế dung dịch rửa (CIP nóng, CIP lạnh), khử trùng, vệ
sinh thiết bị. Các chất này được tuần hồn tái sử dụng đến khi lỗng được xả
ra cùng với nước thải làm cho pH của nước thải thay đổi.


- Dầu mỡ, tác nhân lạnh (amoniắc, freon, glycol...): Được sử

dụng trong máy nén, máy lạnh. Khi bị rò rỉ chúng sẽ gây ơ nhiễm
mơi trường nước, khơng khí.


1. 3. 2. Công nghệ sản xuất bia

Gạo

Nước cấp để rửa sàn, thiết bị
Phụ gia

Malt

SS, BOD, COD

Xay

Hơi

Nấu
Lọc bã bia

Hoa, phụ gia

Nấu hoa

Hơi

Tách bã hoa

Nước nóng

SS, BOD, COD
SS, BOD, COD, to
Bã bia

SS, BOD, COD, to
SS, BOD, COD
Bã hoa

Nước làm lạnh

Làm lạnh

Máy lạnh

Làm nguội
nước nóng

Mơi chất
làm lạnh

Mơi chất tuần hồn

Len men chính,
phụ

Chất trợ lọc

Lọc bia

Rửa chai,
lon

Bia tươi

Xút, hơi
Chai, lon sạch

Chiết bia
Đóng nắp

SS, BOD, COD, Na,
Bã men

SS, BOD, COD

Bã lọc

COD, axit, kiềm

Bia rơi vãi, BOD, COD, N, P
Bao bì hư hỏng

Thanh trùng
Kiểm tra dán nhãn đóng két

Nhãn, két hư
hỏng

Sản phẩm

Hình 1. 1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia

Nước thải


Quy trình bao gồm các cơng đoạn chính sau:
•

Chuẩn bị nguyên liệu

Ở giai đoạn này, malt được làm ẩm trước khi nghiền nhỏ, gạo được
nghiền thành bột và ngâm trương nhằm tăng hiệu quả đường hóa.
•

Nấu - đường hố

- Q trình nấu: Gạo và matl được nghiền và định lượng sẵn cho
từng mẻ nấu. Nguyên liệu cần cho một mẻ nấu là: matl, gạo, houblon. Cho
nguyên liệu và nước với tỉ lệ nhất định vào nồi nấu gạo, khuấy đều. Nâng
dần nhiệt độ này với những quy trình rất nghiêm ngặt để dịch hoá. Thời gian
dịch hoá 20 - 30 phút rồi nâng đến sôi trong 15 - 30 phút [5].
- Q trình đường hố: cho tiếp lượng matl cịn lại cùng với nước
vào nồi đường hoá. Khuấy đều, giữ một thời gian rồi bơm dịch đang sôi ở
nồi sang gạo. Nâng nhiệt độ dịch đường hố với quy trình nghiêm ngặt và
thời gian nhất định.
- Lọc dịch đường - nấu hoa
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 và tách bã
malt.
Nước nha đầu và nước nha cuối sau khi lọc được đưa vào nồi nấu
hoa. Q trình nấu hoa houblon nhằm mục đích tạo hương vị cho bia. Nấu
hoa gồm 2 giai đoạn: Khi dịch đường ở nồi nấu hoa sôi, cho 2/3 lượng hoa
vào và trước khi kết thúc nấu khoảng 10-15 phút thì cho nốt lượng hoa cịn
lại. Thời gian nấu sơi từ 60-90 phút. Ở nhiều cơ sở sản xuất bia, houblon
được bổ xung dưới dạng bột hoặc cao houblon.
- Tách bã và làm lạnh dịch đường


Sau khi nấu hoa, dịch đường được lọc tách bã hoa rồi được bơm vào
thùng lắng xoáy, để lắng trong 30 phút rồi bơm dịch qua lạnh nhanh bản
mỏng để hạ nhiệt độ xuống còn khoảng 8 – 100C để thích hợp cho q trình
lên men chính, sau đó ơxy được bổ sung vào với lượng 30 – 35 ml khí /lít
tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển rồi chuyển vào thiết bị lên
men. Lượng nấm men được bổ xung với tỷ lệ 1- 1,5 % so với lượng dịch
đường.
•

Q trình lên men

Đây là q trình quan trọng nhất trong cơng nghệ sản xuất bia:
đường có trong nước nha được lên men dưới tác dụng của nấm men.
Nấm men giống được chuẩn bị trong thiết bị chuyên dụng theo q
trình vơ trùng kín. Q trình lên men gồm lên men chính và lên men phụ.
- Lên men chính: Thời gian cho q trình lên men chính thường từ
6 – 10 ngày, nhiệt độ duy trì trong giai đoạn lên men chính từ 8 – 100C. Khi
lên men, nhiệt độ của dịch đường trong thùng tăng và cho phép lên đến 14 –
16oC với áp suất khống chế ở mức 1,3 – 1,5 bar [7].

- Lên men phụ: Sau khi q trình lên men chính kết thúc, nhiệt độ
hạ xuống 40C, giữ tiếp trong một ngày nữa rồi tiếp tục làm lạnh bia trong
thùng xuống -10C . Khi làm lạnh, men lắng xuống phía dưới đáy thùng và
sẽ được lấy ra và chuyển vào thùng chứa men, các cặn mịn và các chất keo
tụ (tanin, protein, pectin không tan và nhựa hoa houblon) lắng làm trong bia
cũng được lấy ra trước khi đi lọc bia. Lượng men thu hồi được có thể sử
dụng lại nhiều lần và theo tỷ lệ do bộ phận kỹ thuật công nghệ quyết định.
Khi nhiệt độ trong thùng hạ xuống tới -10C giữ thêm 1 – 3 ngày nữa sau
đó đem đi lọc.


Khí CO2 thốt ra trong q trình lên men khá sạch, được nén đóng
chai thu hồi để nạp lại cho bia ở giai đoạn bão hoà CO2. Lượng CO2 dư có
thể bán cho các cơ sở sản xuất nước giải khát.
Thùng lên men liên hợp (Combitank) được thiết kế có áo lạnh và
bảo ơn bên ngồi. Phần áo lạnh được thiết kế sao cho có thể điều chỉnh được
nhiệt độ của lượng bai trong thùng khi cần thiết. Công nghệ hiện đại có ưu
điểm lớn là đã rút ngắn thời gian lên men, cải thiện điều kiện lao động cho
công nhân, tránh được sự tạp nhiễm và hao hụt sản phẩm.
• Lọc bia
Bia được làm trong nhờ q trình lọc có sử dụng chất trợ lọc
diatomit hoặc tách ly tâm. Bia sau khi lọc được đưa về thùng chứa bia thành
phẩm.
• Bão hồ CO2 và chiết bia
Từ thùng chứa bia trong bia có thể được bão hồ thêm CO2 (nếu cần
thiết) rồi đưa đi chiết chai, chiết bom hoặc đóng lon. Bao bì được rửa, sau
đó chiết, đóng nắp, thanh trùng, kiểm tra, dán nhãn, đóng két và xuất xưởng.
1. 4. CÁC NGUỒN THẢI CHÍNH TRONG SẢN XUẤT BIA VÀ TÁC
ĐỘNG CỦA CHÚNG ĐẾN MƠI TRƯỜNG
Các nguồn thải chính trong sản xuất bia gồm có khí thải, chất thải

rắn và nước thải, được thể hiện trong bảng 1. 9, ngoài ra cịn có các nguồn ơ
nhiễm phụ khác đó là ô nhiễm nhiệt, mùi và tiếng ồn.
Bảng 1. 9. Các nguồn thải chính trong sản xuất bia [7]
Nguồn thải

Nguồn ơ nhiễm

Tác động đến
mơi trường

1. Nạp, nghiền ngun
liệu

- Bụi, khí thải

- Ô nhiễm khí