Tài liệu Đánh giá thực trạng công nghệ và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải ngành sản xuất bia. Luận văn ThS. Khoa học môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------***------------ NGUYỄN TÚ OANH ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT BIA LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội, 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------***------------ NGUYỄN TÚ OANH ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT BIA Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Ngô Thị Lan Phƣơng Hà Nội, 2014 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu đề tài, mặc dù tác giả đã có nhiều cố gắng nhưng luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót rất mong được sự góp ý chân thành của các thầy cô và các bạn. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Công nghệ môi trường – Khoa Môi trường (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội), Trung tâm Kiểm định môi trường – Cục Cảnh sát Phòng chống tội phạm về môi trường - Bộ Công an đã tạo điều kiện và giúp đỡ để luận văn được hoàn thành. Đặc biệt, tôi cũng xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Ngô Thị Lan Phương, người đã tận tình hướng dẫn, góp ý trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Nguyễn Tú Oanh MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA ............................................................................. 3 1.1 Tổng quan ngành công nghiệp bia ........................................................................3 1.1.1 Tổng quan ngành công nghiệp bia trên thế giới .................................................3 1.1.2 Tổng quan ngành bia Việt Nam .........................................................................4 1.2 Quy trình sản xuất bia ...........................................................................................9 1.2.1 Nguyên liệu sản xuất bia ....................................................................................9 1.2.2 Quy trình sản xuất bia ......................................................................................11 1.3 Nguồn và đặc trƣng nƣớc thải ngành sản xuất bia. .............................................16 1.3.1 Các nguồn thải từ nhà máy bia:........................................................................16 1.3.2 Thành phần và tính chất nƣớc thải của các nhà máy bia .................................16 1.4 Các biện pháp giảm thiểu nƣớc thải ....................................................................19 1.4.1 Phân luồng dòng thải ........................................................................................19 1.4.2 Xử lý làm mát nƣớc làm lạnh tuần hoàn ..........................................................20 1.4.3 Xử lý nƣớc thải sản xuất ..................................................................................20 1.4.4 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải trong sản xuất bia ......................................22 1.4.5 Xử lý nƣớc thải tại một số nhà máy bia trên thế giới .......................................32 1.5 Đánh giá công nghệ môi trƣờng ..........................................................................35 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................... 38 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu..........................................................................................38 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu .....................................................................................38 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 50 3.1 Xử lý nƣớc thải các nhà máy sản xuất bia ..........................................................50 3.1.1 Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Hà Nội - Hải Phòng ...........................................50 3.1.2 Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sài Gòn - Phú Thọ .............................................57 3.1.3 Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Việt Hà ..............................................................64 3.1.4 Xử lý nƣớc thải nhà máy đồ uống NADA - Nam Định ...................................71 3.2 Đánh giá công nghệ xử lý nƣớc thải ...................................................................77 3.2.1 So sánh các hiệu quả xử lý của các nhà máy nghiên cứu ................................77 3.2.2 Công nghệ xử lý nƣớc thải của các nhà máy bia tại Việt Nam ........................84 3.2.3 Tính toán và đề xuất công nghệ xử lý ..............................................................86 3.2.4 Đề xuất một số giải pháp khác .........................................................................97 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ........................................................................................................... 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 100 PHỤ LỤC ...................................................................................................................................... 102 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Sản lƣợng bia khu vực năm 2011 ..............................................................3 Bảng 1.2 Cạnh tranh của các thƣơng hiệu bia trong và ngoài nƣớc tại Việt Nam 2010 .............................................................................................................................8 Bảng 1.3. Thành phần hóa học của malt đại mạch ...................................................10 Bảng 1.4. Thành phần nƣớc thải một số khâu sản xuất bia ......................................17 Bảng 1.5. Thành phần và tính chất nƣớc thải một số nhà máy bia nƣớc ngoài ........17 Bảng 1.6. Đặc điểm chính của nƣớc thải bia ............................................................18 Bảng 1.7 Thông số thiết kế bể UASB .......................................................................26 Bảng 1.8 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy JWM - Perth .....................33 Bảng 1.9 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải đã xử lý nhà máy JWM - Perth .......35 Bảng 3.1 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy bia Hà Nội - Hải Phòng trƣớc xử lý .................................................................................................................52 Bảng 3.2. Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy bia Hà Nội – Hải Phòng sau xử lý...........................................................................................................................53 Bảng 3.3. Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Sài Gòn - Phú Thọ ...................59 Bảng 3.4 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Sài Gòn - Phú Thọ ...................60 Bảng 3.5 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Việt Hà trƣớc xử lý ...................66 Bảng 3.6 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Việt Hà sau xử lý .....................66 Bảng 3.7 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy NADA trƣớc xử lý ...........73 Bảng 3.8 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy NADA sau xử lý ..............73 Bảng 3.9 So sánh hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm giữa công nghệ xử lý của các nhà máy ............................................................................................................................83 Bảng 3.10 Một số tính chất của nƣớc thải tại các nhà máy bia với công suất nƣớc thải dƣới 100 đến 300 m3 /ngày ................................................................................89 Bảng 3.11 Các chỉ tiêu thiết kế hệ aeroten hoạt động gián đoạn (SBR) ...................92 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sản lƣợng bia từ năm 2000 - 2012 ...............................................................5 Hình 1.2 Thị trƣờng bia Việt Nam 2010 .....................................................................6 Hình 1.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia .................................................15 Hình 1.4 Hàm lƣợng COD, BOD, SS trong nƣớc thải của một số nhà máy bia .......19 Hình 1.5 Sơ đồ dòng thải của nhà máy bia ...............................................................21 Hình 1.6 Bể UASB ....................................................................................................25 Hình 1.7 Bể SBR ......................................................................................................26 Hình 1.8 Quy trình hoạt động của bể SBR ...............................................................28 Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý xử lý nƣớc thải các cơ sở sản xuất bia có quy mô nhỏ xử lý nƣớc thải nhỏ ........................................................................................................30 Hình 1.10 Sơ đồ nguyên tắc xử lý nƣớc thải các nhà máy bia có công suất nƣớc thải nhỏ ............................................................................................................................31 Hình 1.11 Dây chuyền công nghệ nấu bia chung ....................................................32 Hình 1.12 Sơ đồ xử lý nƣớc thải tại nhà máy bia của Úc .........................................33 Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Hà Nội – Hải Phòng ..................................51 Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nƣớc thải bia Hà Nội – Hải Phòng ..............56 Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Sài Gòn – Phú Thọ .....................................58 Hình 3.4 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nƣớc thải bia Sài Gòn – Phú Thọ .................63 Hình 3.5 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Việt Hà ......................................................65 Hình 3.6 Dây chuyền xử lý nƣớc thải của nhà máy bia Việt Hà .............................70 Hình 3.7 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia nhà máy đồ uống NADA ..........................72 Hình 3.8 Dây chuyền xử lý nƣớc thải của nhà máy NADA ....................................76 Hình 3.9 So sánh các chỉ tiêu ô nhiễm nƣớc thải giữa các nhà máy trƣớc xử lý ......78 Hình 3.10 So sánh các chỉ tiêu ô nhiễm sau xử lý giữa các nhà máy .......................80 Hình 3.11 So sánh hiệu quả xử lý chất ô nhiễm của các nhà máy ............................82 Hình 3.12 Sơ đô hệ thống xử lý UASB kết hợp thiết bị lọc dòng ............................88 Hình 3.13 Sơ đồ công nghệ UASB kết hợp bể SBR .................................................90 Hình 3.14 Sơ đồ công nghệ UASB kết hợp hiếu khí aeroten ...................................93 MỞ ĐẦU Bia là loại nƣớc giải khát đang đƣợc ƣa chuộng hiện nay với giá trị dinh dƣỡng cao và phù hợp với rất nhiều đối tƣợng khách hàng, vì vậy ngành công nghiệp bia đã trở thành ngành công nghiệp rất phát triển ở nhiều nƣớc trên thế giới. Bia đƣợc sản xuất tại Việt Nam cách đây trên 100 năm tại nhà máy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội. Hiện nay do nhu cầu của thị trƣờng, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuất bia có những bƣớc phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tƣ và mở rộng các nhà máy bia có từ trƣớc và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc trung ƣơng và địa phƣơng, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nƣớc ngoài. Công nghiệp sản xuất bia đang là ngành tạo ra nguồn thu lớn cho ngân sách nhà nƣớc và có hiệu quả kinh tế, vì vậy trong mấy năm qua sản xuất bia đã có những bƣớc phát triển khá nhanh. Do mức sống tăng, mức tiêu dùng bia ngày càng cao. Các cơ sở sản xuất trong nƣớc ngày càng tăng nhanh theo thống kê nƣớc ta có khoảng 350 cơ sở sản xuất bia. Tổng lƣợng bia sản xuất của nƣớc ta năm 2010 khoảng 2,59 tỷ lít/năm, năm 2011 khoảng hơn 2,63 tỷ lít/năm. Bình quân lƣợng bia tăng 11 - 15% mỗi năm [1]. Công nghiệp sản xuất bia tạo nên một lƣợng lớn nƣớc thải xả vào môi trƣờng. Hiện nay lƣợng nƣớc thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia là 8-14 lít nƣớc thải/ lít bia, phụ thuộc vào công nghệ và các loại bia sản xuất. Đặc tính của nƣớc thải công nghiệp bia là có chứa nhiều chất hữu cơ dễ chuyển hóa sinh học với tỷ lệ BOD và COD khá cao (BOD = 2000 - 3000 mg/l, COD = 4000 - 5000 mg/l), hàm lƣợng nitơ, photpho, cũng nhƣ các chất rắn lơ lửng cao, chủ yếu là các hợp chất gluxit, protein, axit hữu cơ và các chất phụ gia. Vì vậy các loại nƣớc thải này cần phải xử lý trƣớc khi xả ra nguồn nƣớc tiếp nhận (Trích dẫn ĐTM nhà máy Việt Hà). Hiện nay các cơ cở sản xuất bia phân bố trên khắp cả nƣớc trừ một số công ty sản xuất với số lƣợng lớn có đầu tƣ hệ thống xử lý nƣớc thải, hầu hết các cơ sở nhỏ đều không đầu tƣ hoặc đầu tƣ hệ thống xử lý sơ sài, nƣớc thải đều thải trực tiếp ra hệ thống thoát nƣớc công cộng không qua xử lý đang làm ô nhiễm nguồn nƣớc mặt 1 cũng nhƣ nguồn nƣớc ngầm của các địa phƣơng. Nƣớc thải không qua xử lý dƣới tác động của điều kiện môi trƣờng các vi sinh vật phân huỷ gây mùi hôi thối, độ đục, phú dƣỡng hoá nguồn nƣớc, ô nhiễm hữu cơ, mùi hôi ảnh hƣởng đến hệ thống cống thoát, hệ sinh thái thuỷ vực, gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận, cảnh quan môi trƣờng và hệ sinh thái thực vật khu vực. Nƣớc thải bao gồm nhiều loại đƣợc thải ra từ nhiều công đoạn khác nhau nhƣng chủ yếu là từ các phân xƣởng nấu, đƣờng hoá, lên men, lọc, chiết bia. Dòng thải còn phát sinh từ nƣớc rửa vệ sinh thiết bị, chai, sàn nhà, bom, keg. Đây là dòng thải chính cần xử lý triệt để. Chính vì những lý do trên việc đánh giá hiện trạng hiệu quả hệ thống công nghệ xử lý nƣớc thải của ngành công nghiệp này là tiền đề cho việc đƣa ra những đề xuất áp dụng công nghệ xử lý nƣớc thải có hiệu quả cao. Với mục đích trên tôi tiến hành đề tài “Đánh giá thực trạng công nghệ và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải ngành sản xuất bia” với mục tiêu và nội dung nghiên cứu gồm: * Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải sản xuất bia của hệ thống xử lý nƣớc thải tại một số công ty sản xuất bia làm cơ sở đề xuất công nghệ phù hợp tăng hiệu quả hoạt động xử lý nƣớc thải. * Nội dung nghiên cứu - Tổng quan chung về ngành công nghiệp bia trên thế giới và Việt Nam. - Hiện trạng xử lý nƣớc thải của một số nhà máy bia: Hà Nội – Hải Phòng; Sài Gòn – Phú Thọ; Việt Hà và NADA. - Đánh giá công nghệ và hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nƣớc thải của các nhà máy sản xuất bia lựa chọn. - Đề xuất công nghệ xử lý phù hợp đối với các nhà máy bia. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA 1.1 Tổng quan ngành công nghiệp bia 1.1.1 Tổng quan ngành công nghiệp bia trên thế giới Bia (beer) là đồ uống có rƣợu nhẹ đƣợc chế biến chủ yếu từ đại mạch nảy mầm (thóc malt), hoa bia (houblon), nguyên liệu phụ là gạo, ngô và nƣớc. Bia là ngành có lợi nhuận cao nên trở thành ngành công nghiệp tiêu dùng quan trọng,có mức tăng trƣởng cao. Ngày nay không nƣớc nào trên thế giới là không sản xuất hoặc tiêu thụ bia. Bia không phải là hàng hóa thiết yếu, nhu cầu tiêu thụ bia phụ thuộc nhiều vào khả năng kinh tế, thị hiếu tiêu dùng. Trong giai đoạn hiện nay, khủng hoảng kinh tế làm cho lƣợng doanh số từ bia trên thị trƣờng thế giới đều giảm. Trong thập kỷ qua sản lƣợng bia thế giới tăng khoảng 35,6%. Các nƣớc có sản lƣợng lớn là Trung Quốc, Nga và Brazil. Việt Nam, Ukraina và Trung Quốc có mức tăng trƣởng cao trong mƣời năm qua, lần lƣợt là 240,4%; 132,9% và 118%. Năm 2011, sản lƣợng bia thế giới đạt 192.710 triệu lít, tăng 3,7% so với 2010. Bảng 1.1: Sản lƣợng bia khu vực năm 2011 Tỷ trọng toàn Tăng trƣởng so cầu (%) với năm 2010 (%) 66.536.066 34,54 8,6 Châu Âu 54.751.700 28,41 0,2 Châu Mỹ la tinh 31.748.800 16,47 3,1 Khu vực Bắc Mỹ 24.497.317 12,71 -1,5 Châu Phi 11.530.600 5,98 7,5 Còn lại 3.620.800 1,88 0,3 Tổng 192.712.283 100,00 3,7 Khu vực Sản lƣợng (1000 lít) Châu Á (Nguồn: Kirin Holdings Reasearch) Mức tiêu dùng Bia trên thế giới khá cao, bình quân đạt: 22 lít/ngƣời/năm; các nƣớc Đức, Bỉ, Anh, Úc có mức tiêu thụ bình quân từ: 100 – 140 lít/ngƣời/năm. Năm 3 2011, toàn thế giới sử dụng hết 182,69 tỉ lít bia, tăng 2,4 % so với 2010, đây là mức tăng trƣởng cao nhất trong 25 năm liên tục. Euromonitor (công ty nghiên cứu thị trƣờng) dự báo châu Á và châu Phi là hai thị trƣờng bia có triển vọng cao, sản lƣợng bia có tỉ lệ tăng trƣởng thƣờng niên khá cao ở mức 3,8% tại châu Á và 4,6% tại châu Phi trong năm 2012 cho đến năm 2016. Nguyên nhân này do đây là những khu vực có dân số đông (chiếm 60% và 14% thế giới), và độ tuổi uống bia 20-40 tuổi chiếm phần đông dân cƣ; hơn nữa kinh tế tăng trƣởng nhanh, thu nhập bình quân đầu ngƣời liên tục đƣợc cải thiện (tại Châu Á, GDP đầu ngƣời tăng bình quân 4,4%/năm, gấp đôi mức tăng trung bình toàn cầu; Châu Phi tăng trƣởng kinh tế nhanh nhất thế giới với lần lƣợt 5,1% và 5,4% trong hai năm 2011 và 2012). 1.1.2 Tổng quan ngành bia Việt Nam Sản xuất bia tại Việt Nam chiếm tỷ trọng doanh thu lớn nhất trong ngành đồ uống có cồn, chiếm khoảng 89% giá trị và 97,9% về sản lƣợng. Là ngành sản xuất công nghiệp nhẹ, lợi nhuận cao. Tính trong năm 2011 doanh thu đạt hơn 60.000 tỷ đồng. Theo Euromonitor, quy mô ngành bia Việt Nam năm 2012 ƣớc đạt 4,6 tỷ USD (chiếm 3,7% GDP), tốc độ bình quân tăng trƣởng là 11-15%. Thu nhập bình quân đầu ngƣời tăng (gấp 10 lần từ 1994 đến 2012, đạt gần 1.600 USD) và dân số ở độ tuổi uống bia (20-40 tuổi) đƣợc dự báo tăng 5%/năm. Đây là những nhân tố giúp ngành bia giữ đƣợc mức tăng trƣởng khá cao. Việt Nam đứng đầu khu vực Đông Nam Á về mức tiêu thụ bia với gần 2,6 tỉ lít bia trong năm 2011. Việt Nam cũng là một trong 25 quốc gia tiêu thụ bia mạnh nhất thế giới. Với sức tiêu thụ này và bình quân tăng trƣởng cao, thị trƣờng bia Việt Nam còn đƣợc dự báo tiềm năng tăng trƣởng cao hơn nữa, sẽ xếp thứ ba tại châu Á về sản lƣợng tiêu thụ, chỉ sau Nhật và Trung Quốc. Sức tiêu thụ lớn làm tăng thị trƣờng cạnh tranh ở Việt Nam xuất hiện của hàng loạt nhãn hiệu bia mới. Chính vì vậy, từ nhiều năm nay, dù đã có nhiều thƣơng hiệu thất bại, nhƣng các hãng bia nƣớc ngoài vẫn tiếp tục đầu tƣ vào thị trƣờng bia Việt Nam. 4 Việt Nam đứng thứ 13 trên thế giới về sản xuất bia, với tổng sản lƣợng bia năm 2011 là 2,63 tỷ lít và năm 2010 là 2,59 tỷ lít; và là quốc gia có mức tăng trƣởng cao về sản lƣợng trong mƣời năm qua là 240,4,%. Với 350 cơ sở sản xuất bia, tập trung quanh khu vực các thành phố lớn; bia Việt nam có khả năng đáp ứng đủ nhu cầu trong nƣớc. Ba doanh nghiệp lớn nhất trong thị trƣờng bia Việt Nam là Sabeco, VBL (bia liên doanh Việt Nam - Vietnam Brewery Limited) và Habeco. Đứng đầu về thị phần là Sabeco (47,5%), sau đó là VBL (18,2%) và Habeco (17,3%). Theo thống kê năm 2012 sản lƣợng bia trên thị trƣờng Việt Nam đƣợc thể hiện ở biểu đồ 1.1 Hình 1.1 Sản lƣợng bia từ năm 2000 - 2012 Thị trƣờng bia theo 3 phân khúc: Bia hơi giá bình dân; Bia chai, bia lon với mức giá trung bình; Bia cao cấp với các dòng bia cao cấp và ngoại nhập; Sabeco đang dẫn dầu dòng bia phổ thông và chiếm 35% lƣợng bia bán ra trên toàn thị trƣờng; VBL nắm giữ 70% thị trƣờng bia cao cấp với mặt hàng nổi bật Heineken và Tiger. * Cạnh tranh giữa các doanh nghiệp sản xuất bia tại Việt Nam Việt Nam hiện có 350 cơ sở sản xuất bia lớn nhỏ ở khắp các địa phƣơng. Sản xuất bia tập trung vào một số khu vực chính: Hồ Chí Minh (chiếm 23,2% tổng năng lực sản xuất bia toàn quốc); Hà Nội: 13,44%, Hải Phòng: 7,47%; Hà Tây: 6,1%, Tiền Giang: 3,79%; Huế: 3,05%; Đà Nẵng: 2,83% (Theo Euromonitor)[1]. Các loại hình doanh nghiệp sản xuất Bia trên thị trƣờng Việt Nam đƣợc phân biệt gồm 3 dạng chính: - Các Tổng Công ty Nhà nƣớc với 2 thƣơng hiệu danh tiếng và lâu đời là Sabeco và Habeco. 5 - Doanh nghiệp Liên doanh với các thƣơng hiệu bia quốc tế sản xuất tại Việt Nam nhƣ: Tiger (Thái), Heineken (Hà Lan), Calsberg (Đan Mạch), Foster's (Úc). - Các nhà máy bia địa phƣơng nhƣ Huda Huế, Thanh Hóa, Bến Thành… Thị phần ngành bia không thay đổi nhiều trong thời gian qua là: Sabeco, Habeco và VBL. Thị trƣờng 3 doanh nghiệp lớn nhất ngành này chiếm tới 83% thị phần. Tuy nhiên, bia không phải hàng hóa thiết yếu nên các doanh nghiệp vẫn cạnh tranh quyết liệt trên thị trƣờng tiêu dùng. Hình 1.2 Thị trƣờng bia Việt Nam 2010 (Nguồn: SSI research và Euromonitor) Do khác biệt về thị hiếu, công nghệ sản xuất, thu nhập, cách thể hiện đẳng cấp ngƣời dùng; bia có sự phân khúc sản phẩm và thị phần nhƣ sau: - Phân khúc bia hơi (chƣa tiệt trùng) chiếm khoảng 43% khối lƣợng tiêu thụ và 30% giá trị tiêu thụ. Habeco là Doanh nghiệp có sản lƣợng tiêu thụ cao nhất tại Hà Nội và các tỉnh phía Bắc. - Phân khúc bia tiệt trùng đóng lon hoặc chai chiếm đứng đầu trên thị trƣờng với mức tiêu thụ 45% về khối lƣợng và 50% về giá trị. Trong đó cao nhất trong thị trƣờng tiêu thụ là Sabeco, Habeco với dòng sản phẩm bia Sài gòn (xanh, đỏ), Bia Hà Nội và Nhà máy bia Huế với thƣơng hiệu bia Huda. - Phân khúc nhỏ nhất là bia cao cấp chiếm 12% về khối lƣợng và 20% về giá trị tiêu thụ. Đứng đầu là các sản phẩm Tiger, Heineken của VBL, Carlbergs của Nhà 6 máy Bia Đông Nam Á, ngoài ra còn có các thƣơng hiệu Việt là Sài Gòn Đỏ và 333 của Sabeco. Trong đó phân khúc Trung và Cao cấp cạnh tranh khá gay gắt, Sabeco đứng cao nhất thị trƣờng chiếm 31% thị phần với các dòng sản phẩm bia hạng trung và sản phẩm cao cấp; Bia liên doanh VBL chiếm 20% với các dòng sản phẩm bia cao cấp; tiếp theo là Bia Hà Nôi chiếm 10%. 10 loại bia được tiêu thụ cao nhất thị trường hiện nay (Nguồn: Nghiên cứu thị trường công ty bia Sabeco) Bên cạnh sự cạnh tranh của các doanh nghiệp trong nƣớc thị phần bia nƣớc ngoài cũng đẩy mạnh xâm nhập thị trƣờng Việt Nam. Kể từ sau khi hội nhập và mở cửa (năm 1991), Đầu tƣ nƣớc ngoài tăng cƣờng ở Việt Nam; rất nhiều thƣơng hiệu bia nổi tiếng thế giới từ Bỉ, Đức, Mỹ, Mexico, Hà Lan, Nga, Séc…đã vào thị trƣờng nhƣ: Heineken, Fosters, Tiger, Larger, Larue, BGI… Sự xuất hiện ngày càng nhiều của các dòng bia ngoại đã đẩy cuộc cạnh tranh trong ngành bia ngày càng gay gắt hơn. Hiện nay các nhà đầu tƣ nƣớc ngoài đã đƣợc phép sở hữu 100% doanh 7 nghiệp nội địa thuộc ngành bia. Cụ thể cuối năm 2011, Tập đoàn Carlsberg (Đan Mạch) đã nắm giữ 100% vốn Nhà máy bia Huế. Nhà máy bia Sapporo Việt Nam với tổng vốn đầu tƣ 75 triệu USD (phía Nhật Bản góp 71% và phía Việt Nam góp 29%) cũng đã đi vào hoạt động và đang tìm cách phát triển thị trƣờng ở Việt Nam… Cạnh tranh cũng khiến nhiều thƣơng hiệu bia ngoại thất bại. Các thƣơng hiệu trụ vững và phát triển nhƣ Heineken, Carlsberg, Tiger.., đã làm không ít thƣơng hiệu lớn ngành Bia trên thế giới bị đẩy ra khỏi thị trƣờng. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến thất bại nhƣ: định vị sai, sản phẩm không hợp khẩu vị của ngƣời Việt, rào cản kênh phân phối, năng lực tài chính... Bảng 1.2 Cạnh tranh của các thƣơng hiệu bia trong và ngoài nƣớc tại Việt Nam 2010 Sản phẩm chủ đạo Công suất (Tr.lít/Năm) Khu vực sản xuất Sabeco Bia 333, Sài gòn đỏ, Sài gòn xanh 1600 HCM, Cần Thơ, Sóc Trăng Liên doanh nhà máy bia Việt Nam (VBL) Heiniken, Tiger, Ankor, Foster Habeco Bia Hà Nội, bia hơi 400 Hà Nội, Hải Dƣơng Bia Thanh Hóa Bia Hà Nội, bia Thanh Hóa (bia hơi, chai, lon) 70 Thanh Hóa San Miguel 50 Nha Trang Nhà sản xuất San Miguel Việt Nam Liên doanh nhà máy bia Đông Nam Á, Việt Hà Bia Huế HCM,Hà Tây Halida, Carls berg Hà Nội, Hải Dƣơng Huda, Festival 200 Huế (Nguồn: Bộ Công thương, Hiệp hội bia rượu Việt Nam) 8 1.2 Quy trình sản xuất bia 1.2.1 Nguyên liệu sản xuất bia Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon và nƣớc. Ngoài ra ngƣời ta còn dùng một số nguyên liệu thay thế nhƣ đại mạch chƣa nảy mầm, gạo, ngô… * Nƣớc: Do thành phần chính của bia là nƣớc nên nƣớc là nguyên liệu có ảnh hƣởng rất quan trọng trong quá trình sản xuất bia. Trong nhà máy bia nƣớc đƣợc sử dụng với nhiều mục đích khác nhau nên lƣợng nƣớc cấp rất lớn. Nƣớc dùng để nấu bia không nhiều nhƣng tác động rõ rệt đến chất lƣợng bia. Mặc dù ảnh hƣởng của nó cũng nhƣ là tác động tƣơng hỗ của các loại khoáng chất hòa tan trong nƣớc đƣợc sử dụng trong ngành sản xuất bia khá phức tạp. Vì vậy, ngoài việc đáp ứng các quy định đối với nƣớc uống, nƣớc sản xuất bia còn phải xử lý qua hệ thống RO đảm bảo một số tiêu chuẩn nghiêm ngặt. Nƣớc nấu bia phải trong suốt, không màu, có vị dễ chịu, không có mùi lạ và không chứa các vi sinh vật gây bệnh để đem lại sự ổn định về chất lƣợng và mùi vị của sản phẩm. Một số yêu cầu hóa học của nƣớc nấu bia nhƣ sau: - Độ cứng toàn phần: 5-6 mg- dlg/l - pH= 6,8- 7,3 - COD theo KMnO4 ≤ 2 mg/l - TLS < 600 mg/l - Hàm lƣợng sắt: không quá 0,3 mg/l - Hàm lƣợng mangan: không quá 0,2 mg/l - Hàm lƣợng nitrat: không quá 10 mg/l - Trong nƣớc nấu bia không có xianua, thủy ngân, bari, crom, photphat, nitric...[13] * Malt đại mạch: Bằng cách ngâm các hạt lúa mạch vào trong nƣớc, cho phép chúng nảy mầm đến một giai đoạn nhất định và sau đó làm khô hạt đã nảy mầm trong các lò sấy để 9 thu đƣợc hạt ngũ cốc đã mạch nha hóa (Malt). Mục tiêu chủ yếu của quy trình này giúp hoạt hóa tích lũy về khối lƣợng và hoạt lực của hệ enzym trong đại mạch. Hệ enzym này giúp chuyển hóa tinh bột trong hạt thành đƣờng hòa tan bền vững vào nƣớc tham gia quá trình lên men. Malt đại mạch vừa là tác nhân đƣờng hóa vừa là nguyên liệu đặc trƣng dùng để sản xuất bia. Malt phải sạch, có mùi thơm đặc trƣng, vị ngọt, màu vàng sáng, đều không đƣợc mốc và có mùi hôi. Thành phần hóa học của malt của malt đƣợc nêu trong bảng 1.3 [13]. Bảng 1.3. Thành phần hóa học của malt đại mạch TT Thành phần Phần trăm chất khô 1 Tinh bột 58 2 Đƣờng khử 4 3 Sacaroza 5 4 Pentoza hòa tan 1 5 Pentoza không hòa tan 9 6 Xenluloza 6 7 Chất chứa nito 10 8 Chất béo 2,5 Ngoài ra, còn chứa một số chất khác nhƣ chất màu, chất đắng, chất thơm…Trong malt có chứa các enzym thủy phân nhƣ: a-amylaza, b-proteinaza, peptidaza, fitaza, amylofotfataza. * Gạo: Để sản xuất bia có thể lựa chọn các nguyên liệu khác để sử dụng cùng Malt nhƣng ở Việt Nam các cơ sở thƣờng sử dụng là gạo. Đây là loại hạt có hàm lƣợng tinh bột khác cao có thể đƣợc sử dụng sản xuất đƣợc các loại bia có chất lƣợng hảo hạng. Gạo đƣợc đƣa vào chế biến dƣới dạng bột nghiền mịn dễ tan trong quá trình hồ hóa, sau đó đƣợc phối trộn cùng với bột nghiền mịn để dễ tan trong quá trình hồ hóa, sau đó đƣợc phối trộn cùng với bột malt sau khi đƣờng hóa. Để lựa chọn gạo ngƣời ta chú ý tới các loại hạt gạo trắng trong và các hạt gạo màu trắng đục bởi hàm 10 lƣợng protein. Do đó, trong sản xuất bia, các nhà sản xuất thƣờng chọn loại có độ trắng đục cao hơn. * Hoa houblon Hoa Houblon đƣợc con ngƣời biết đến và đƣa vào sử dụng khoảng 3000 năm TCN. Đây là nguyên liệu không thể thiếu đƣợc trong sản xuất bia, giúp tạo cho bia mùi thơm đặc trƣng và vị đắng dễ chịu. Trong sản xuất bia ngƣời ta thƣờng sử dụng hoa houblon dƣới nhiều dạng khác nhau: dạng tƣơi, cao hoa, hoa viên nhƣng để bảo quản đƣợc lâu và dễ vận chuyển, houblon đƣợc sấy khô và chế biến thành cao hoa, hoa viên để tăng thời gian bảo quản và sử dụng. Giá trị công nghệ sản xuất bia là nhựa houblon, các chất tanin và tinh dầu. Nhựa hoa houblon tạo nên chất đắng và sát trùng . Tinh dầu houblon là hỗn hợp phức tạp các hydrat cacbon và chứa nhiều hợp chất chứa oxy dƣới dạng tecpen, góp phần làm chobia thơm hơn. Ngoài ra, trong hoa houblon còn chứa một số chất khác nhƣ protein, mỡ, sáp, các hợp chất fiprotein, xenluloza…làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. * Men: Men bia là các vi sinh vật có tác dụng lên men đƣờng. Các giống men bia cụ thể đƣợc lựa chọn để sản xuất các loại bia khác nhau. Men bia sẽ chuyển hóa đƣờng thu đƣợc từ những hạt ngũ cốc để tạo ra cồn và carbon dioxit (CO2) 1.2.2 Quy trình sản xuất bia Bia là sản phẩm thực phẩm thuộc loại đồ uống có độ cồn thấp, thu đƣợc bằng cách lên men bia ở nhiệt độ thấp dịch đƣờng (chế biến từ malt đại mạch và các hạt giàu tinh bột nhƣ gạo, ngô…) cùng với nƣớc và hoa houblon. Tất cả các loại bia đều chứa một lƣợng cồn từ 1,8 đến 7% so với thể tích và khoảng 0,3 đến 0,5 % khí CO2 tính theo trọng lƣợng. Đây là hai sản phẩm chính của quá trình lên men bia từ các loai dịch đƣờng đã đƣợc houblon hóa, đƣợc tiến hành do một số chủng đặc hiệu của nấm men saccharomyces. Ngoài ra trong bia còn chứa các hợp chất khác, một số là sản phẩm phụ của quá trình lên men, một số là sản phẩm của quá trình tƣơng tác hóa học, phần còn lại là những cấu tử, hợp phần của dịch đƣờng không bị biến đổi 11 trong suốt quá trình công nghê, tất cả những cấu tử này tùy vào mức độ và vai trò đề trực tiếp tham gia vào việc định hình hƣơng vị và nhiều chỉ tiêu chất lƣợng của bia thành phẩm. Với hƣơng thơm đặc trƣng và vị đắng dịu của hoa houblon, các chất khoáng, chất tạo hƣơng… ở tỷ lệ cân đối đã tạo cho bia một hƣơng vị đậm đà mà không hề thấy ở các sản phẩm khác. Nhân tố tạo ra tính độc đáo của bia trƣớc hết là do đặc tính của nguyên liệu đầu vào và tính chất của quá trình công nghệ. Công nghệ sản xuất bia là quá trình phức tạp dù đƣợc thực hiện thủ công hay tự động hóa thì đều phải trải qua các giai đoạn sau: - Chế biến dịch đƣờng, houblon hóa. - Lên men chính để chuyển hóa dịch đƣờng thành bia non. - Lên men phụ và tang trữ bia non thành bia tiêu chuẩn. - Lọc trong bia, đóng bao bì, hoàn thiện sản phẩm…[13] Thuyết minh công nghệ: * Sản xuất dịch đường houblon hóa - Làm sạch, đánh bóng và nghiền malt. Malt đƣợc rửa sạch vài lần rồi mới đƣa vào máy xay để nghiền nhỏ. Mục đích chính của việc nghiền là để tăng mặt tiếp xúc với nƣớc tạo điều kiện để tăng tốc các quá trình lý học và hóa sinh học trong khi hòa thấm hạt vào nƣớc, bảo đảm tối đa các chất trích ly chuyển từ hạt vào dung dịch. - Đƣờng hóa nguyên liệu. + Thủy phân nguyên liệu, nhiệm vụ của quá trình thủy phân là chuyển hóa các thành phần chính của malt và nguyên liệu thay thế (gạo, ngô, bột mì…) thành những chất hòa tan trong nƣớc, trong đó quan trọng nhất là các loại đƣờng và axit amin. Có nhiều phƣơng pháp nấu nhƣng nói chung các phƣơng pháp đều dựa trên các nhiệt độ tối ƣu của các enzym để thủy phân nguyên liệu. Đa số các cơ sở sản xuất bia ở nƣớc ta sử dụng tỉ lệ nguyên liệu 70% malt và 30% gạo. Nguyên liệu đƣơc nghiền nhỏ sẽ đƣợc hòa trộn với nƣớc ở trong thiết bị đƣờng hóa. Lƣợng nƣớc phối trộn với bột nghiền phụ thuộc vào chủng loại bia và đặc tính kỹ thuật của hệ thống thiết bị. 12 + Trong môi trƣờng giàu nƣớc các hợp chất phân tử sẽ hòa tan vào nƣớc trở thành chất chiết của dịch đƣờng sau này, các hợp chất cao phân tử nhƣ tinh bột, protein sẽ bị tác động bởi các nhóm enzyme tƣơng ứng khi nhiệt độ khối dịch đƣợc nâng đến điểm thích hợp dƣới sự xúc tác của hệ emzym thủy phân các hợp chất cao phân tử sẽ bị cắt thành sản phẩm thấp phân tử và hòa tan vào nƣớc trở thành chất chiết của dịch đƣờng. + Ở phân đoạn sản xuất dịch đƣờng thƣờng đƣợc bố trí các loại thiết bị chính sau: thiết bị phối trộn, thiết bị đƣờng hóa, thiết bị lọc, thiết bị đun dịch đƣờng với hoa houblon, thiết bị tách bã hoa… - Lọc bã malt: Sau khi đƣờng hóa kết thúc, bao gồm 2 hợp phần: pha rắn và pha lỏng. + Thành phần pha rắn bao gồm các cấu tử không hòa tan của bột nghiền còn pha lỏng bao gồm nƣớc và các hợp chất phân tử đƣợc trích ly từ malt hoàn tan trong đó. Pha rắn còn gọi là bã malt còn pha lỏng gọi là dịch đƣờng. + Mục đích của quá trình này là tách pha lỏng ra khỏi hỗn hợp để tiếp tục các bƣớc tiếp theo của quá trình còn pha rắn loại bỏ ra ngoài. + Thiết bị lọc bã malt; thùng lọc đáy bằng, máy ép khung bàn… - Nấu dịch đƣờng với hoa houblon: + Mục đích của việc nấu dịch đƣờng với hoa houblon để trích ly chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol và các thành phần khác của hoa houblon vào dịch đƣờng để làm nó có vị đắng và hƣơng thơm dịu của hoa – đặc trƣng của bia. Đồng thời làm ổn định thành phần dịch đƣờng, làm mất hoạt lực của enzym. + Polyphenol khi hòa tan vào dịch đƣờng ở nhiệt độ cao sẽ tác dụng với các hợp chất protein tạo thành các phức chất màng nhầy dễ kết lắng sẽ kéo theo các phần tử cặn lắng theo. + Trƣờng độ đun sôi với hoa phụ thuộc chất lƣợng nguyên liệu, cƣờng độ đun, nồng độ chất hòa tan… và nằm trong khoảng từ 1,5 đến 2,5 giờ. - Làm lạnh và tác cặn dịch đƣờng: 13