Tài liệu Thiết kế hê thống xử lý nước thải nhà máy ̣sản xuất bia công ty cổ phần thương mại bia sài gòn sông tiền 600m3 ng đ

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Thiết kế hê ̣ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia công ty Cổ phần Thương mại Bia Sài Gòn sông Tiền 600m3/ngđ GVHD: ThS.GVC. DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG Tên: Huỳnh Nguyễn Thanh Tâm Lớp: DCM1181 MSSV: 3118341035 TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 3 NĂM 2021 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG......................................................................................................3 DANH MỤC SƠ ĐỒ......................................................................................................5 MỞ ĐẦU........................................................................................................................ 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA CÔNG TY CỔ PHẦN THƯƠNG MẠI BIA SÀI GÒN SÔNG TIỀN..................................................13 1.1. Giới thiệu về công ty cổ phần thương mại bia Sài Gòn sông Tiền..................13 1.2. Tình hình sản xuất bia.....................................................................................13 1.2.1. Tình hình sản xuất bia trong nước.......................................................13 1.2.2. Mức độ tiêu thụ bia..............................................................................14 1.2.3. Định hướng phát triển ngành bia trong tương lai.................................14 1.3. Công nghệ sản xuất bia...................................................................................14 1.3.1. Nguyên liệu sản xuất bia.....................................................................14 1.3.2. Công nghệ sản xuất bia........................................................................18 1.4. Thành phần nước thải của quá trình sản xuất bia............................................19 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI...................................................................................................22 2. 1. Phương pháp xử lý cơ học...............................................................................22 2.1.1. Song chắn rác......................................................................................22 2.1.2. Bể tách dầu mỡ....................................................................................23 2.1.3. Bể điều hòa..........................................................................................23 2.1.4. Bể lắng................................................................................................23 2.1.5. Bể lọc..................................................................................................24 2. 2. Phương pháp hóa học......................................................................................24 2.2.1. Kết tủa.....................................................................................................24 2.2.2. Trung hòa................................................................................................24 2.2.3. Oxy hóa khử............................................................................................25 2. 3. Phương pháp hóa lý.........................................................................................25 2.3.1. Keo tụ - tạo bông....................................................................................25 2.3.2. Hấp phụ...................................................................................................26 2.3.3. Khử trùng................................................................................................26 2. 4. Phương pháp sinh học.....................................................................................27 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA CÔNG TY CỔ PHẦN THƯƠNG MẠI BIA SÀI GÒN SÔNG TIỀN 600M3/ngđ....................................................................................................................33 3.1. Cơ sở lựa chọn................................................................................................33 3.2. Yêu cầu mức độ xử lý.....................................................................................33 3.3. Các thông số đầu vào và chỉ tiêu đầu ra của nước thải....................................33 3.4. Đề xuất sơ đồ công nghệ.................................................................................34 3.4.1. Phương án 1............................................................................................34 3.4.2. Phương án 2.........................................................................................37 3.5. Đánh giá công nghệ đề suất.............................................................................40 3.6. Lựa chọn công nghệ........................................................................................41 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ.......................42 4.1. Xác định các thông số tính toán......................................................................42 4.2. Tính toán các công trình đơn vị.......................................................................42 4.2.1. Song chắn rác......................................................................................42 4.2.2. Bể thu gom..........................................................................................46 4.2.3. Bể điều hòa..........................................................................................48 4.2.4. Bể lắng bậc 1.......................................................................................54 4.2.5. Bể UASB.............................................................................................60 4.2.6. Bể MBBR............................................................................................72 4.2.7. Bể lắng bậc 2.......................................................................................81 4.2.8. Bể khử trùng........................................................................................84 4.2.9. Bể chứa bùn.........................................................................................86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................................89 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................90 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Yêu cầu đối với nước dùng trong sản xuất bia........................................14 Bảng 1.2. Đặc tính nước thải của một số nhà máy bia.............................................19 Y Bảng 3.1. Số liệu thành phần, tính chất nước thải đầu vào......................................32 Bảng 3.2. Ước tính hiệu suất xử lý của phương án 1...............................................35 Bảng 3.3. Ước tính hiệu suất xử lý của phương án 2...............................................38 Bảng 3.4. So sánh sơ đồ công nghệ của 2 phương án..............................................39 Bảng 4.1. Các thông số của song chắn rác làm sạch thủ công [1]............................42 Bảng 4.2. Tiết diện và hệ số của thanh song chắn rác..............................................44 Bảng 4.3. Tổng hợp các thông số thiết kế của song chắn rác...................................45 Bảng 4.4. Hiệu suất xử lý của song chắn rác [8]......................................................45 Bảng 4.5. Tổng hợp các thông số thiết kế của bể thu gom.......................................47 Bảng 4.6. Tổng hợp các thông số thiết kế của bể điều hòa......................................53 Bảng 4.7. Hiệu suất xử lý của bể điều hòa [8].........................................................53 Bảng 4.8. Tổng hợp các thông số thiết kế của bể lắng bậc 1...................................59 Bảng 4.9. Hiệu suất xử lý của bể lắng bậc 1............................................................60 Bảng 4.10.Các thông số thiết kế cho bể UASB (tải trọng thể tích hữu cơ của bể UASB bùn hạt và bùn bông ở các hàm lượng COD vào và tỷ lệ chất không tan khác nhau) [3]..................................................................................................................61 Bảng 4.11. Tải trọng thể tích hữu cơ của bể UASB bùn hạt có hàm lượng bùn trung bình 25 kgVSS/m3 ( phụ thuộc vào nhiệt độ vận hành, nước thải có VFA hòa tan, nước thải không có VFA và nước thải có cặn lơ lửng chiếm 30% tổng COD). [3]. 62 Bảng 4.12. Tổng hợp các thông số thiết kế của bể UASB.......................................71 Bảng 4.13. Hiệu suất xử lý của bể UASB................................................................71 Bảng 4.14. Thông số chi tiết giá thể cho bể MBBR................................................79 Bảng 4.15. Tổng hợp các thông số thiết kế của bể MBBR......................................80 Bảng 4.16. Hiệu suất xử lý của bể MBBR...............................................................80 Bảng 4.17. Tổng hợp các thông số thiết kế của bể lắng bậc 2.................................84 Bảng 4.18. Tổng hợp các thông số thiết kế của bể khử trùng..................................86 Bảng 4.19. Hiệu suất xử lý của bể khử trùng...........................................................86 Bảng 4.20. Tổng hợp các thông số thiết kế của bể chứa bùn...................................88 DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1. 1. Sơ đồ công nghệ sản xuất bia................................................................16 Y Sơ đồ 3. 1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của phương án 1................................32 Sơ đồ 3. 2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của phưng án 2..................................35 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nền kinh tế ngày càng phát triển thì nhu cầu sử dụng nước giải khát của người dân nói chung và bia nói riêng ngày càng mạnh mẽ. Do đó, việc tăng cường sản xuất để phục vụ nhu cầu của người dân, tăng cao lợi nhuận thì vấn đề về môi trường của nước thải ngành bia đang rất đáng được quan tâm. Chính vì vậy, nước thải sản xuất trước khi thải bỏ ra môi trường cần được xử lý để đạt chuẩn yêu cầu về nước thải công nghiệp. Nhiệm vụ của đồ án là tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy bia có công suất 600 m3/ngày đêm. Sao cho các chỉ tiêu BOD, COD, SS… đạt tiêu chuẩn để thải ra nguồn tiếp nhận. 2. Mục tiêu của đề tài Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy sản xuất bia với công suất 600 m3/ngày đêm và chất lượng đầu ra của trạm xử lý nước thải nhà máy bia đạt cột A của QCVN 40:2011/BTNMT. 3. Đối tượng nghiên cứu Thành phần, tính chất nước thải nhà máy sản xuất bia công ty Cổ phần Thương mại Bia Sài Gòn sông Tiền. 4. Phạm vi nghiên cứu Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia với công suất 600 m3/ngày đêm. 5. Nội dung đề tài - Tổng quan về nhà máy sản xuất bia công ty Cổ phần Thương mại Bia Sài Gòn sông Tiền - Tổng quan về các phương pháp và một số công nghệ xử lý nước thải. - Đề xuất công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy sản xuất bia với công suất 600 m3/ngày đêm. - Tính toán, thiết kế các công trình đơn vị cho hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia với công suất 600 m3/ngày đêm. - Bản vẽ sơ đồ công nghệ - Bản vẽ sơ đồ mặt bằng - Bản vẽ chi tiết 6. Phương pháp thực hiện - Phương pháp thu thập tài liệu: thu thập các tài liệu, thông tin liên quan về nhà máy, thu thập các số liệu cần thiết, đặc trưng của nước thải. - Phương pháp nghiên cứu: tìm hiểu các công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia trong và ngoài nước. - Phương pháp tổng hợp, phân tích và đánh giá. - Phương pháp tính toán: sử dụng các công thức toán để tính toán các công trình đơn vị. - Phương pháp thực hiện: sử dụng phần mềm Revit 7. Ý nghĩa thực tiễn Đưa ra công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia phù hợp với nhà máy để xây dựng trạm xử lý nước thải bia đạt tiêu chuẩn về môi trường. Góp phần bảo vệ môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng cho nhà máy và các khu vực xung quanh, đồng thời đảm bảo cho sức khỏe của người dân trong khu vực. 8. Tóm tắt bài báo khoa học Tác giả: Geoffrey S. Simate, John Cluett, Sunny E. Iyuke, Evans T. Musapatika, Sehliselo Ndlovu, Lubinda F. Walubita, Allex E. Alvarez. Tên bài báo: The treatment of brewery wastewater for reuse: State of the art (2011). Nhà xuất bản: ELSEVIER. Quá trình sản xuất bia thường tạo ra một lượng lớn nước thải và chất thải rắn phải được thải bỏ hoặc xử lý theo cách ít tốn kém nhất và an toàn nhất để đáp ứng các quy định xả thải nghiêm ngặt do các cơ quan chính phủ đặt ra để bảo vệ cuộc sống (cả con người và động vật) và môi trường. Người ta ước tính rộng rãi rằng cứ một lít bia được nấu, gần mười lít nước được sử dụng; hầu hết cho các quy trình sản xuất bia, tráng và làm lạnh. Sau đó, nước này phải được xử lý hoặc xử lý an toàn để tái sử dụng, điều này thường tốn kém và là vấn đề đối với hầu hết các nhà máy bia. Do đó, nhiều nhà sản xuất bia ngày nay đang tìm kiếm: (1) các cách để cắt giảm lượng nước sử dụng này trong quá trình sản xuất bia, và / hoặc (2) có nghĩa là xử lý hiệu quả và an toàn nước thải nhà máy bia để tái sử dụng. Dựa trên các tài liệu tài liệu hiện có, bài báo này cung cấp một đánh giá tổng quan về hiện trạng của các quy trình xử lý nước thải nhà máy bia bao gồm các ứng dụng tiềm năng để tái sử dụng. Sản xuất bia bao gồm hai bước chính, là nấu bia và đóng gói thành phẩm. Các sản phẩm phụ (ví dụ, ngũ cốc đã qua xay xát, men thừa,…) được tạo ra từ các bước này là nguyên nhân gây ô nhiễm khi trộn với nước thải. Ngoài ra, việc vệ sinh bể chứa, chai lọ, máy móc và sàn nhà tạo ra lượng nước ô nhiễm cao. Người ta ước tính rằng để sản xuất 1L bia, 3–10 L nước thải được tạo ra tùy thuộc vào quá trình sản xuất và sử dụng nước cụ thể. Nói cách khác, lượng nước rất lớn được tiêu thụ trong quá trình sản xuất bia. Nước thải nhà máy bia thường có nhu cầu oxy hóa học cao (COD) từ tất cả các thành phần hữu cơ (đường, tinh bột hòa tan, etanol, axit béo dễ bay hơi,…). Nó thường có nhiệt độ dao động từ 25°C đến 38°C, nhưng đôi khi đạt đến nhiệt độ cao hơn nhiều. Mức độ pH có thể nằm trong khoảng từ 2 đến 12 và bị ảnh hưởng bởi số lượng và loại hóa chất được sử dụng trong làm sạch và vệ sinh (ví dụ: xút ăn da, axit photphoric, axit nitric,…). Hóa chất khử trùng bao gồm các hợp chất clo đảm bảo rằng bề mặt không có bất kỳ vi sinh vật nào có hại cho ngành sản xuất bia và công chúng tiêu thụ bia. Mức nitơ và phốt pho chủ yếu phụ thuộc vào việc xử lý nguyên liệu thô và lượng nấm men có trong nước thải. Các phương pháp khác nhau có thể được sử dụng để xử lý nước thải nhà máy bia để tái sử dụng đã được nghiên cứu. Tuy nhiên, cần phải lưu ý rằng việc tái sử dụng nước tái sinh làm nước nấu bia được coi là không phù hợp với các tiêu chuẩn nước uống phải tuân thủ. Trong số các thông số, thông số quan trọng nhất để tái chế nước hoặc cần được đo là COD. Nhìn chung, nước thải nhà máy bia dễ phân hủy sinh học với tỷ lệ BOD5/COD nằm trong khoảng 0,6–0,7. Các phương pháp được đề cập gồm lọc màng, plama làm lạnh không nhiệt, phản ứng sinh học màng, xử lý kỵ khí và hiếu khí kết hợp, sử dụng ống nano carbon, điện hóa, pin nhiên liệu vi sinh vật, carbon. Lọc màng có thể được chia thành bốn loại, tùy thuộc vào kích thước lỗ rỗng hiệu quả của màng, và do đó kích thước của các tạp chất được loại bỏ. Trong xử lý nước thải, việc sử dụng lọc nano/thẩm thấu ngược để loại bỏ hữu cơ/muối thường được sử dụng. Braeken và cộng sự đã sử dụng NF trong xử lý nước thải nhà máy bia để tái chế. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy rằng việc loại bỏ COD, Na + và Cl- (loại bỏ trung bình lần lượt là 100%, 55% và 70%) với NF là đủ cho nước thải được xử lý sinh học, trong khi ba dòng nước thải còn lại (rửa chai nước, nước tráng của bể chứa bia sáng và nước rửa của phòng nấu bia) không thích hợp để tái chế bằng cách sử dụng NF. Mặc dù lọc nano rất quan trọng đối với việc xử lý nước thải nhưng hạn chế chính là tắc nghẽn. Tuy nhiên, keo tụ/tạo bông có thể được sử dụng để nâng cao hiệu suất lọc nano theo hướng tái sử dụng nước và giảm thiểu tắc nghẽn. Trong các nghiên cứu của Madaeni và Mansourpanah, nước thải được xử lý sinh học từ một nhà máy sản xuất rượu có COD trong khoảng 900 đến 1200 mg L-1 được xử lý bằng các màng RO và NF cao phân tử khác nhau. Màng RO polyetylen terphetalat mang lại kết quả vượt trội với lưu lượng cao hơn (33 kg m-2h-1) và loại bỏ COD cực cao (100%). Trong một nghiên cứu khác, nước thải của nhà máy bia thu được bằng cách sử dụng lò phản ứng sinh học màng hiếu khí bên trong (MEMBIOR). Trong nghiên cứu này, COD của nước thải nhà máy bia thay đổi mạnh mẽ từ 1500 đến 3500 mg L-1, nhưng sau khi MEMBIOR bên trong COD là khoảng 30 mg L-1 bất kể biến động COD của đầu vào. Các chất rắn lơ lửng được giữ lại hoàn toàn bởi màng tấm phẳng. Điều này làm cho nước thải đầu ra được hoàn toàn phù hợp để tái sử dụng thông qua thẩm thấu ngược. Plasma là một chất khí bị ion hóa cao xảy ra ở nhiệt độ cao. Doubla và cộng sự đã báo cáo việc sử dụng plasma không khí ẩm được tạo ra bởi phóng điện hồ quang trong không khí ẩm để giảm các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải nhà máy bia. Sự phóng điện hồ quang trong không khí ẩm tạo ra các gốc °NO và °OH, có tính oxi hóa mạnh. Gốc °OH là một chất oxy hóa rất mạnh và do đó chịu trách nhiệm cho các phản ứng oxy hóa với các chất hữu cơ có trong nước thải. Trong nghiên cứu của Doubla et al., hiệu quả loại bỏ BOD của quá trình với nước công nghiệp nhà máy bia có giá trị BOD 385 và 1018 mg L-1 lần lượt là 74 và 98%. Quá trình này có thể được kết hợp với quá trình xử lý sinh học để tiếp tục hạ thấp nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ dễ dàng và nhanh chóng đến mức chấp nhận được để tái sử dụng. Lò phản ứng sinh học dạng màng (MBR) đang trở thành một trong những công nghệ phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực xử lý nước và nước thải. Công nghệ MBR cũng được áp dụng cho nước thải nhà máy bia để tái sử dụng. Dai và cộng sự đã báo cáo mức giảm COD trong đầu vào MBR (tức là nước thải từ lò phản ứng UASB từ 500 đến 1000 mg O2 L-1) lên đến 96%. Nước thải nhà máy bia cũng được tiến hành bởi nhiều nhà nghiên cứu khác. Trong hầu hết các nghiên cứu này, lượng COD loại bỏ đáng kể (~ 90%) đã được báo cáo. Xử lý kỵ khí và hiếu khí thường được kết hợp trong xử lý nước thải nhà máy bia. Các thuộc tính của lò phản ứng sinh học kỵ khí-hiếu khí tích hợp như sau: Thứ nhất, trong lò phản ứng kỵ khí, phần lớn COD, 70–85%, được chuyển thành khí sinh học trên một diện tích bề mặt nhỏ. Thứ hai, trong bước xử lý sau hiếu khí /thiếu khí, tới 98% COD và chất dinh dưỡng được loại bỏ. Hơn nữa, một số ưu điểm quan trọng của việc xử lý kết hợp hiếu khí/kỵ khí đối với nước thải nhà máy bia so với hiếu khí hoàn toàn bao gồm cân bằng năng lượng tích cực, giảm sản sinh bùn (sinh học) và yêu cầu không gian không đáng kể. Các ống nano cacbon (CNTs) đã cho thấy khả năng hấp phụ đặc biệt tốt và hiệu quả hấp phụ cao đối với các chất ô nhiễm hữu cơ khác nhau và các chất ô nhiễm vô cơ như florua. Khả năng hấp phụ các tạp chất khác nhau từ nước thải của CNTs có thể được mở rộng sang việc loại bỏ COD từ nước thải nhà máy bia. Việc chế tạo thành công bộ lọc ống nano carbon đã được báo cáo. Các màng lọc này bao gồm các hình trụ rỗng với các thành ống nano cacbon được căn chỉnh hướng tâm. Srivastava và cộng sự tiến hành lọc hiệu quả các loại hydrocacbon nặng hơn, CmHn (m > 12), từ dầu hydrocacbon, ví dụ, dầu mỏ CmHn (n = 2m + 2, m = 1 đến 12), và trong việc loại bỏ Escherichia coli khỏi nước uống và lọc virus bại liệt kích thước nanomet. Hàm lượng hữu cơ cao trong nước thải của nhà máy bia được xếp vào loại chất thải có độ bền cao về COD, từ 1000 mg L-1 đến 4000 mg L-1 và BOD lên đến 1500 mg L-1. Điều này làm cho nước thải nhà máy bia trở thành một ứng cử viên tốt để xử lý bằng các bộ lọc CNT này. Phương pháp điện hóa xử lý nước thải ra đời khi nó lần đầu tiên được sử dụng để xử lý nước thải tạo ra trên tàu. Vijayaraghavan và cộng sự đã phát triển một phương pháp xử lý nước thải nhà máy bia mới dựa trên việc tạo ra axit hypochlorous tại chỗ. Axit hypochlorous được tạo ra đóng vai trò như một chất oxy hóa phá hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước thải nhà máy bia. Giá trị COD đầu vào là 2470 mg L-1 được giảm xuống còn 64 mg L-1 (giảm hơn 97%). Gần đây, nước thải nhà máy bia đã được xử lý đồng thời trong khi tạo ra điện từ chất hữu cơ trong nước thải. Thiết bị xử lý nước thải và tạo ra điện cùng lúc được gọi là pin nhiên liệu vi sinh (MFC). MFC là một hệ thống kết hợp với các đặc tính kỵ khí và hiếu khí. Chúng được thiết kế để xử lý kỵ khí bởi vi khuẩn trong dung dịch gần cực dương, với cực âm tiếp xúc với oxy (hoặc chất nhận điện tử hóa học thay thế). Feng và cộng sự nhận thấy rằng với COD đầu vào của nước thải nhà máy bia là 250 ± 418 mg L-1, hiệu quả loại bỏ COD lần lượt là 85% và 87% ở 20°C và 30°C. Hiệu suất của MFC anode-cathode tuần tự đạt được hiệu suất loại bỏ COD hơn 90% (ví dụ, COD là 1 250 ± 100 mg L-1 được giảm xuống 60 mg L-1). Hơn nữa, các nhà nghiên cứu khác cũng báo cáo rằng loại bỏ COD lên đến 94% với phương pháp này. Vì hiệu quả loại bỏ COD cao đã đạt được trong các nghiên cứu này, nên có thể kết luận rằng MFC, đặc biệt là loại cực dương - cực âm tuần tự, có thể cung cấp một phương pháp mới để xử lý nước thải nhà máy bia đồng thời cung cấp một giải pháp thay thế có giá trị cho việc tạo ra năng lượng. Đánh giá này đã cho thấy một số kết quả đầy hứa hẹn với plasma làm nguội, MBR, phương pháp điện hóa và pin nhiên liệu vi sinh. Các phương pháp này có tiềm năng lớn được sử dụng để xử lý nước thải nhà máy bia để tái sử dụng và cần được nghiên cứu thêm về các thách thức và cơ hội khác nhau liên quan. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA CÔNG TY CỔ PHẦN THƯƠNG MẠI BIA SÀI GÒN SÔNG TIỀN 1.1. Giới thiệu về công ty cổ phần thương mại bia Sài Gòn sông Tiền Tên công ty : CÔNG TY CỔ PHẦN THƯƠNG MẠI BIA SÀI GÒN SÔNG TIỀN Điện thoại : 070.3.880.355 Email : [email protected] Website : biasaigonsongtien.com.vn Người đại diện pháp luật của công ty: Lương Trung Nhân Công ty cổ phần Thương mại bia Sài Gòn sông Tiền được thành lập năm 2006. Địa chỉ ở ấp Tân Vĩnh Thuận, Xã Tân Ngãi, Thành phố Vĩnh Long, Tỉnh Vĩnh Long. 1.2. Tình hình sản xuất bia 1.2.1. Tình hình sản xuất bia trong nước Hiện nay, do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các nhà máy bia đã có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc Trung ương và địa phương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng nước ngoài. Công nghiệp bia phát triển kéo theo sự phát triển của các ngành sản xuất khác và hàng năm ngành bia đã đóng góp cho ngân sách nhà nước một lượng đáng kể. Do tác động của nhiều yếu tố như tốc độ tăng trưởng GDP, tốc độ tăng dân số, tốc độ đô thị hóa, tốc độ đầu tư… mà ngành công nghiệp Bia phát triển với tốc độ tăng trưởng cao. Chẳng hạn như năm 2003, sản lượng bia đạt 1290 triệu lít, tăng 20,7% so với năm 2002, đạt 79% so với công suất thiết kế, tiêu thụ bình quân đầu người đạt 16 lít/năm, nộp ngân sách nhà nước khoảng 3.650 tỷ đồng. 1.2.2. Mức độ tiêu thụ bia Hai Tổng công ty Sabeco và Habeco có đóng góp tích cực và giữ vai trò chủ đạo trong ngành bia. Riêng năm 2003, doanh thu của ngành Bia- Rượu- NGK Việt Nam đạt 16.497 tỷ đồng, nộp ngân sách nhà nước 5000 tỷ đồng, tạo điều kiện việc làm và thu nhập ổn định cho trên 20.000 lao động. Sản lượng tiêu thụ bia toàn quốc đạt 1290 triệu lít chiếm 78,8% công suất thiết kế, trong đó Habeco và Sabeco đạt 472,28 triệu lít (chiếm 36,61% toàn ngành bia). Mức tiêu thụ bình quân đầu người ở Việt nam tăng lên nhanh chóng trong vòng 10 năm qua, từ mức dưới 10 lít/người/năm ở năm 1997 tăng lên 18 lít/người/năm vào năm 2006, dự kiến đến năm 2025 là 35 lít/người/năm. 1.2.3. Định hướng phát triển ngành bia trong tương lai Truyền thống văn hóa dân tộc và lối sống tác động đến mức tiêu thụ bia, rượu. Ở các nước có cộng đồng dân tộc theo đạo hồi, không cho phép giáo dân uống rượu bia nên mức tiêu thụ bình quân theo đầu người ở mức thấp. Tại Việt Nam, không bị ảnh hưởng của tôn giáo trong tiêu thụ bia nên thị trường còn phát triển. Năm 1995 dân số Việt Nam là 74 triệu người, năm 2000 khoảng 81 triệu người và hiện nay trên 90 triệu người. Do vậy dự kiến mức tiêu thụ bình quân theo đầu người vào năm 2010 là 28 lít/người/năm, sản lượng 3 tỷ lít/năm và đến năm 2025 mức tiêu thụ bình quân là 35 lít/người/năm với sản lượng 6 tỷ lít/năm. 1.3. Công nghệ sản xuất bia 1.3.1. Nguyên liệu sản xuất bia Bia được sản xuất từ 4 nguyên liệu chính là malt đại mạch, nước, hublon và nấm men. Nhiều loại nguyên liệu thay thế malt trong quá trình nấu là gạo, đường và các loại dẫn xuất từ ngũ cốc; các nguyên liệu khác được sử dụng trong quá trình lọc và hoàn thiện sản phẩm như bột trợ lọc, các chất ổn định; Nhiều loại hóa chất được sử dụng trong quá trình sản xuất như các chất tẩy rửa, các loại dầu nhờn, chất bôi trơn, chất hoạt động bề mặt… Tỷ lệ các thành phần nguyên liệu phụ thuộc vào chủng loại bia sẽ được sản xuất. 1.3.1.1. Nước Do thành phần chính của bia là nước nên nguồn nước và các đặc trưng của nó có ảnh hưởng rất quan trọng tới các đặc trưng của bia. Nhiều loại bia chịu ảnh hưởng hoặc thậm chí được xác định theo đặc trưng của nước trong khu vực sản xuất bia. Mặc dù ảnh hưởng của nó cũng như là tác động tương hỗ của các loại khoáng chất hòa tan trong nước được sử trong sản xuất bia là khá phức tạp, nhưng theo quy tắc chung thì nước được sử dụng trong sản xuất bia là khá phức tạp, nhưng theo quy tắc chung thì nước mềm là phù hợp cho sản xuất các loại bia sáng màu. Do đó, dể dảm bảo sự ổn định về chất lượng và mùi vị của sản phẩm, nước cần được xử lý trước khi tham gia vào quá trình sản xuất bia nhằm đạt được các chỉ tiêu chất lượng nhất định. Bảng 1.. Yêu cầu đối với nước dùng trong sản xuất bia Thành phần Độ pH Độ cứng Muối Cacbonat Muối Mg2+ Muối clorua CaSO4 NH3 và muối NO2 Sắt Fe2+ Vi sinh vật 1.3.1.2. Malt (Đại Mạch) Đơn vị o H mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Tế bào/ml Hàm lượng 6,5 – 7 5 – 12 50 100 75 – 150 150 – 200 Không có < 0,3 < 100 Malt là hạt đại mạch được nảy mầm trong điều kiện nhân tạo. Hạt đại mạch được ngâm trong nước, sau đó được tạo môi trường ẩm để thích hợp cho việc nảy mầm. Quá trình nẩy mầm, một lượng lớn các enzyme xuất hiện và tích tụ trong hạt đại mạch như: enzyme amylaza, enzyme proteaza. Các enzyme này là những nhân tố thực hiện việc chuyển các chất trong thành phần hạt đại mạch thành nguyên liệu mà nấm men có thể sử dụng để tạo thành sản phẩm là bia, khi hạt đại mạch đã nảy mầm, người ta đem sấy khô ở nhiệt độ cao, trong thời gian ngắn, tùy theo nhiệt độ sấy mà ta thu được những loại malt khác nhau. Phải chọn đại mạch chứa ít protein, làm ướt đến 42-48%, nảy mầm ở nhiệt độ tương đối (13-180C) và phải thông gió tốt. Trong điều kiện đó, hạt sẽ tích tụ nhiều enzyme, tiêu hao đạm và polysaccharit, đường cũng tích tụ với số lượng vừa đủ. Hình 1. Đại mạch Quá trình sấy thực hiện nhanh trong 24 giờ. Sau đó loại bỏ mầm vì mầm có thể mang lại cho bia vị không bình thường. Không thể dùng malt vừa sấy xong để làm bia mà phải qua quá trình bảo quản, vì trong quá trình bảo quản malt sẽ hút ẩm từ không khí, độ ẩm dần dần tăng lên, trong malt lúc này xuất hiện một số hiện tượng hóa lý ngược với lúc sấy khô. Tất cả những thay đổi dẫn đến một sản phẩm hoàn chỉnh đó là malt chín tới. Malt được sử dụng ở dạng chất khô hòa tan thành dịch đường. Malt là nguyên liệu truyền thống, thiết yếu, không thể thiếu được trong quá trình sản xuất bia. 1.3.1.3. Hoa Houblon Hoa Houblon là nguyên liệu chính thứ 2 dùng để sản xuất bia, hoa Houblon góp phần tạo ra mùi vị đặc trưng của bia, ngoài ra hoa Houblon còn được sử dụng như một chất bảo quản bia, làm tăng tính ổn định, khả năng tạo bọt, tính giữ bọt, làm cho bột mịn và xốp. Chỉ sử dụng hoa cái trong quá trình sản xuất bia. Hình 2. Hoa houblon 1.3.1.4. Men bia Men bia được sử dụng trong qui trình này là men Heineken A Năm 1886, Dr Eilon, học trò của Louis Pasteur phát triển thành công Heineken “A-yeast” - men bia đặc trưng của Heineken vẫn còn được ứng dụng trong công nghệ sản xuất bia ngày nay của Heineken và giúp mang lại cho các sản phẩm của Heineken một hương vị riêng độc đáo. Yêu cần chất lượng của nấm men trước khi đưa vào làm men. - Khi đưa vào sản xuất tỉ lệ men chết dưới 2%, tỉ lệ nảy chồi lớn hơn 10%. Thời kỳ mạnh nhất khi độ đường xuống nhanh nhất có thể trên 80%. - Nấm men đưa vào dịch đường để lên men phải được từ 10-20 triệu tế bào/ml dịch giống. - Nấm men phải có khả năng chuyển hóa các đường đôi, đường đơn giản, các peptid, acid amin, giải phóng ra CO2, rược etylic và nhiệt. Nấm men phải thuần chủng. 1.3.2. Công nghệ sản xuất bia Sơ đồ 1. . Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Thuyết minh quy trình sản xuất bia Nguyên liệu Malt và gạo xay, nghiền mục đích là làm tăng sự tiếp xúc với nước để chuyển hóa nhanh hơn. Trong khi nghiền có phát sinh ra bụi và tiếng ổn. Sau khi nghiền xong gạo được mang đi hồ hóa. Cho malt và hồ hóa đi nấu - đường hóa, bổ sung thêm nước mềm để không bị cháy và cho thêm các chất phụ gia. Ở phân đoạn sản suất đường hóa thường được bố trí các loại thiết bị chính sau: thiết bị phối trộn, thiết bị đường hóa, thiết bị lọc, thiết bị đun dịch đường, thiết bị tách bã.... Mang đường hóa đi lọc dịch đường, trong quá trình lọc tạo ra bã malt. Khi lọc xong ta mang đi nấu với hoa. Trong quá trình nấu ta cần cung cấp thêm hơi nước và hoa. Trong quá trình hồ hóa, nấu đường hóa và nấu hoa nhà máy đã sử dụng dầu DO. Khi làm lạnh nhanh với nước lạnh 1°C và Glycol đồng thời xảy ra quá trình lên men chính phụ của sản phẩm. Trong quá trình lên men phải sụ khí, thêm men giống để quá trình lên men nhanh hơn. Khi lên men có tạo ra khí CO2 tạo ra được thu hồi để sử dụng trong quá trình bão hòa khí CO2. Công đoạn lên men kết thúc thì mang đi lọc bia, quá trình lọc tạo ra bã lọc. Tiếp theo bão hòa CO2, chiết chai, lon đậy nắp mang đi thanh trùng sau đó kiểm tra, dán nhãn, đóng thùng ra sản phẩm lưu hành trên thị trường. 1.4. Thành phần nước thải của quá trình sản xuất bia Công nghiệp sản xuất bia là một trong những ngành công nghiệp đòi hỏi tiêu tốn một lượng nước lớn cho mục đích sản xuất và vì thế sẽ thải ra môi trường một lượng nước thải lớn. Cụ thể như sau: - Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như không gây ô nhiễm nên có khả năng tuần hoàn sử dụng lại. - Nước thải từ công đoạn nấu - đường hóa: bao gồm + Nước thải trong quá trình rửa bã sau nấu, + Nước thải do vệ sinh nồi nấu gạo, malt, hoa; vệ sinh thiết bị lọc dịch đường và thiết bị tách bã. Đặc tính của nước thải này có mức độ ô nhiễm rất cao, có chứa bã malt, bã hoa, tinh bột, các chất hữu cơ, một ít tanin, chất đắng, chất màu… - Nước thải từ công đoạn lên men: