Đồ án II tìm hiểu về các vấn đề môi trường của ngành sản xuất bia và đề xuất biện pháp xử lý nước thải ngành sản xuất bia

MỞ ĐẦU Hiện nay, Bia là một loại thức uống rất được ưa chuộng trên thế giới Ở các nước phương Tây, bia được xem là nước giải khát Trên thế giới có một số loại bia nổi tiếng như Ale, Lager, Pilsener Riêng sản phẩm trong nước thì đứng đầu vẫn là nhãn hiệu Bia Sài Gòn, bia Đại Việt Theo thống kê hiện nay, cả nước có khoảng trên 320 nhà máy bia và các cơ sở sản xuất bia với tổng năng lực sản xuất đạt trên 800 triệu lítnăm Bia địa phương có 311 cơ sở, chiếm 97,18% số cơ sở nhưng chỉ chiếm 37,4% sản.

MỞ ĐẦU

Hiện nay, Bia là một loại thức uống rất được ưa chuộng trên thế giới Ở các nước phương Tây, bia được xem là nước giải khát Trên thế giới có một số loại bia nổi tiếng như: Ale, Lager, Pilsener Riêng sản phẩm trong nước thì đứng đầu vẫn là nhãn hiệu Bia Sài Gòn, bia Đại Việt…

Theo thống kê hiện nay, cả nước có khoảng trên 320 nhà máy bia và các cơ sở sản xuất bia với tổng năng lực sản xuất đạt trên 800 triệu lít/năm Bia địa phương có 311 cơ sở, chiếm 97,18% số cơ sở nhưng chỉ chiếm 37,4% sản lượng bia cả nước (đạt 231 triệu lít) và đạt 60,73% công suất

Song song với phát triển kinh tế thì ngành công nghiệp sản xuất bia cũng đang là mối quan tâm lớn trong vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nước thải Loại nước thải này chứa hàm lượng lớn các chất lơ lửng, COD và BOD dễ gây ô nhiễm môi trường Vì vậy, loại nước thải này cần phải xử lý trước khi xả vào nguồn tiếp nhận

Công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam tại phường Thới An, Quận 12, TP.HCM với ngành nghề kinh doanh sản xuất nước giải khát lên men (bia) Hoạt động của công ty đã góp phần vào sự phát triển kinh tế của Quận Tuy nhiên, các hoạt động sản xuất của công ty không tránh khỏi những tác động đến môi trường xung quanh do việc phát sinh các chất thải có khả năng gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nước thải

Đề tài “Đề xuất hệ thống xử lý nước thải sản xuất bia tại công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam”, được thực hiện nhằm giải quyết vấn đề đang tồn tại ở công ty đó là việc xử lý nước thải sản xuất trước khi thải vào môi trường

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ NGÀNH SẢN XUẤT BIA

1.1 Giới thiệu chung về ngành sản xuất bia:

1.1.1 Tổng quan ngành bia trên Thế giới

Bia là một trong những đồ uống lâu đời nhất thế giới, lịch sử bia có niên đại đến 6000 năm TCN, nó đã được ghi lại trong văn bản lịch sử của vùng Lưỡng Hà

Bia có thể đã được biết đến ở Châu Âu thời kỳ đồ đá mới khoảng 3000 năm TCN, và được ủ chủ yếu trong gia đình Trước Cách mạng công nghiệp, bia tiếp tục được sản xuất bán trên quy mô gia đình, mặc dù đến thế kỷ 7 sau công nguyên, các tu viện ở Châu Âu cũng sản xuất

và bán bia Trong cách mạng công nghiệp, việc sản xuất bia được chuyển từ thủ công sang công nghiệp, việc sản xuất nhỏ lẻ không còn đáng kể vào cuối thế kỷ 19 Sự phát triển của phù kế và nhiệt kế đã thay đổi việc làm bia, các công cụ đó cho phép người làm bia có thể kiểm soát nhiều hơn quá trình làm bia, thu được nhiều kết quả hơn

Ngày nay, ngành công nghiệp sản xuất bia là một nền kinh doanh toàn cầu, bao gồm một số công ty đa quốc gia chiếm ưu thế trên thị trường và hàng ngàn các nhà sản xuất nhỏ từ các cơ

sở nhỏ tới các cơ sở lớn của vùng

176

178

180

182

184

186

188

190

192

194

182

189

187

189

193

184

183

Sản lượng bia tiêu thụ

Hình 1 Biểu đồ sản lượng bia tiêu thụ trên thế giới giai đoạn 2011-2017 [1]

Nguồn: VIRAC, United Nations Trade Statistics

1.1.2 Các phương pháp sản xuất bia

Bia làm theo phương pháp lên men chìm được lên men ở nhiệt độ thấp (khoảng 7-12°C) và men bia nằm ở đáy thùng chứa; loại bia này được gọi là Lager bia

Đây là loại bia có màu sáng, hương vị mạnh của hoa bia và có nồng độ cồn từ 3-6%

Đây là loại bia có phương pháp lên men khác với bia Lager, thường được lên men ở nhiệt độ cao hơn (khoảng 18-23°C), men bia nổi trên mặt thùng chứa, loại bia này thường có độ cồn cao hơn bia Lager, vị bia ngọt, có mùi vị của hoa hay các loại trái cây như: táo, lê, chuối, mận… và dòng họ bia Ales này nhiều hơn so với bia Lager

Đây là quá trình không thêm men bia vào, nhưng nguyên liệu làm bia phải tiếp xúc không khí trong các bể chứa nông, được các loại men trong không khí thúc đẩy quá trình lên men, sau

đó bia được tiếp tục lên men trong thùng gỗ trong vài tháng tiếp theo

1.1.3 Tổng quan ngành bia Việt Nam

Sản xuất bia, rượu, nước giải khát (bao gồm nước ngọt, nước khoáng và nước uống không cồn) là phân ngành kinh tế cấp 3 trong phân ngành cấp 2 sản xuất đồ uống, thuộc ngành cấp 1

là ngành công nghiệp chế biến, chế tạo

Ở Việt Nam, tính theo năm thành lập những nhà máy sản xuất bia, rượu quy mô công nghiệp sớm nhất (Bia Homel - Hà Nội là từ 1890, Bia BGI Sai gòn 1875, Rượu Foutaine - Hà Nội 1898) có thể thấy sự hình thành nên ngành công nghiệp sản xuất đồ uống Việt Nam là khá sớm, từ cuối thế kỷ XIX Trải qua một khoảng thời gian dài cho tới sau ngày thống nhất đất nước (30/4/1975), ngành công nghiệp sản xuất đồ uống, bao gồm khá đầy đủ các sản phẩm chủ yếu là bia, rượu, nước giải khát mới có điều kiện phát triển, với sự ra đời lần lượt hàng ngàn cơ sở sản xuất dưới các tên gọi nhà máy, công ty, tổng công ty trong nước và các doanh nghiệp có vốn nước ngoài Khi đất nước đổi mới, nền kinh tế phát triển theo cơ chế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa, cơ cấu kinh tế cũng có nhiều thay đổi, mô hình quản lý mới được hình thành, nhiều tổng công ty nhà nước được thành lập

Theo Euromonitor, năm 2010, tổng sản lượng bia tiêu thụ bia tại Việt Nam đạt khoảng 2,4 tỷ lít Với dân số Việt Nam tại thời điểm đó ước tính vào khoảng 88,5 triệu người, bình quân, mỗi người Việt vào năm 2010 đã uống khoảng 27,1 lít bia/năm

Năm 2017, tổng sản lượng tiêu thụ bia trong nước đạt 4 tỷ lít, chiếm 2,1% tổng sản lượng bia toàn cầu, và đứng thứ 10 thế giới, xếp thứ 3 trong khu vực châu Á (sau Trung Quốc và Nhật Bản)

Năm 2018, ngành bia trong nước có khoảng 110 doanh nghiệp sản xuất với sản lượng sản xuất ước tính lên đến 4,3 tỷ lít, và sản lượng tiêu thụ cũng ước tính đạt 4,2 tỷ lít bia, mức tăng tương đương so với năm 2017

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

3.4

4.2

Sản lượng bia tiêu thụ

Hình 2 Biểu đồ sản lượng tiêu thụ bia tại Việt Nam giai đoạn 2010-2018 [2]

Nguồn: Ngân hàng thế giới, VBA, Euromonitor

Trong Quy hoạch phát triển ngành bia, rượu, nước giải khát Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035, với mục tiêu là “Xây dựng ngành bia, rượu, nước giải khát Việt Nam

3

thành ngành công nghiệp hiện đại, xứng đáng với vị trí, vai trò trong nền kinh tế, có thương hiệu mạnh trên thị trường, sản phẩm có chất lượng cao, đa dạng về chủng loại, mẫu mã, bảo đảm an toàn thực phẩm và sức khỏe cộng đồng, cạnh tranh tốt trong quá trình hội nhập, đáp ứng được nhu cầu trong nước và xuất khẩu” [3]

1.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ và dòng thải:

Hiện nay, phương pháp lên men chìm đang được sử dụng rộng rãi nhất ở nhất ở VIệt Nam,

điển hình là bia Sài Gòn, Tiger, Heineken, Budweiser…

a Nguyên liệu

1 Đại mạch Malt

Đại mạch là nguyên liệu chủ yếu dùng để sản xuất bia, muốn được vậy, đại mạch phải trải qua quá trình nẩy mầm nhân tạo sau đó dừng lại bằng cách sấy khô

Thành phần: Tinh bột: 45-60%

Protit: 6-20%

Xenlulo: 7-8%

Chất béo: 2-3%

Saccaroza: 1,5-2%

Khoáng

2 Houblon

Là loại tạo hương vị và một số tính chất đặc trưng cho bia, có mùi thơm, vị đắng dễ chịu Thành phần: Protit: 1-2%

Nhựa đắng: 16-26%

Tinh dầu: 0,5-1,5%

Tanin: 2-5%

Xenlulo: 12-16%

3 Thế liệu: Gạo, đường để giảm giá thành sản phẩm (bia ngắn ngày)

4 Nước

Đối với bia, nước là một nguyên liệu không thể thay thế được Thành phần hóa học của nước ảnh hưởng đến đặc điểm, tính chất sau cùng của bia do nó tác động trong suốt các quá trình chế biến của công nghệ sản xuất bia

Trên dây chuyền công nghệ chính, nước được dùng trong quá trình nấu, pha loãng dung dịch đường để lên men, như vậy nước trở thành thành phần chính của sản phẩm Ngoài ra, nước còn được dùng ở những quá trình khác như làm lạnh, làm nóng, rửa dụng cụ, thiết bị, vệ sinh khu vực sản xuất

5 Nguyên liệu khác

Chất tải lạnh: nước muối, glycol…

Tác nhân lạnh: NH3, Freon (CFC)…

b Nhiên liệu: Dầu Diesel

c Công nghệ sản xuất

Hoạt động của ngành công nghiệp sản xuất bia thường thải ra một khối lượng lớn các chất thải khác nhau gồm chất thải rắn, chất thải lỏng, khí các loại,…gây ra ô nhiễm môi trường

Chuẩn bị nguyên liệu

Nước, hơi

Dầu diesel

Men giống

CO2

Nước, chất tải lạnh

Nước, điện

Hoa houblon, nước

Nước, điện

Nước, điện

Nước, điện

CO2 dư

Nước thải, chai, lon hỏng

Sản phẩm Chiết bia Bão hòa CO2

Nước thải, bã men, khí thải Nước nóng, glycol tuần hoàn

Nước thải, chất tải lạnh, CO2

Nước thải, bã hoa Nước thải

Nước thải, bã bia Nước thải

Nước nóng Nước thải, nhiệt

Làm lạnh Lọc bã hoa Nấu hoa Lọc dịch đường Đường hóa (60ᴼC) Làm lạnh (60ᴼC) Nấu (2-3at;110-130ᴼC)

Lên men phụ (2ᴼC) Lên men chín (10ᴼC)

Nước, glycol, điện

Oxi

Chất trợ lọc, nước, điện

Chai, lon, nhãn, nắp khoén

Điện

Hình 3 Sơ đồ quá trình sản xuất bia kèm dòng thải [4]

Thuyết minh: [5]

1 Chuẩn bị nguyên liệu: Malt và gạo (gọi tắt là nguyên liệu) được đưa đến bộ phận nghiền nguyên liệu thành các mảnh nhỏ, sau đó được chuyển sang nồi nấu để tạo điều kiện cho quá trình chuyển hóa nguyên liệu và trích ly tối đa các chất hoà tan trong nguyên liệu Các nhà sản xuất bia thường sử dụng các thiết bị nghiền khô hoặc nghiền ướt

2 Nấu: là quá trình phá vỡ các màng tinh bột, thực hiện quá trình thủy phân

3 Làm lạnh và đường hóa: nguyên liệu sau khi xay nghiền được chuyển tới thiết bị làm lạnh

và đường hóa bằng cách điều chỉnh hỗn hợp ở các nhiệt độ khác nhau Hệ enzyme thích hợp chuyển hóa các chất dự trữ có trong nguyên liệu thành dạng hòa tan trong dịch: các enzyme thủy phân tinh bột tạo thành đường, thủy phân các chất protein thành axít amin và các chất hoà tan khác sau đó được đưa qua lọc hèm để tách đường và các chất hoà tan khỏi bã bia

4 Lọc dịch đường: dịch hèm được đưa qua máy lọc nhằm tách bã hèm ra khỏi nước nha Thiết bị lọc dịch đường phổ biến có 2 loại là nồi lọc lắng hoặc máy ép lọc khung bản

5 Nấu hoa: Mục đích của quá trình đun sôi dịch đường với hoa houblon là nhằm ổn định thành phần và tạo cho bia có mùi thơm, vị đắng đặc trưng của hoa houblon Đồng thời hoa houblon còn giúp cho bia thêm phần bền vững sinh học và khả năng tạo bọt tốt

6 Lọc bã hoa: dịch sau khi nấu được đưa qua bồn lắng xoáy nhằm tách cặn trước khi chuyển vào lên men

8 Làm lạnh: Mục đích của quá trình làm lạnh và lắng trong là giảm nhiệt độ nước nha xuống, đưa oxy từ không khí vào dịch thể và kết lắng các chất bẩn

9 Lên men chính (10ᴼC): t = 1-2 ngày, xảy ra các phản ứng tại đây, lượng sinh khối tăng nhanh

Lên men phụ (2-5ᴼC): t = 20-50 ngày, để trong thùng Số ngày tàng trữ bia càng lớn, chất lượng bia càng tốt Chuyển hóa được triệt để đường thành rượu

Hai giai đoạn lên men chính và lên men phụ có thể tiến hành trong 1 hoặc 2 thiết bị, sau đó nếu bã men tốt thì có thể sử dụng

10 Lọc bia: nhằm tạo sản phẩm bia có độ trong

11 Bão hòa CO2: Bia trong và sau khi lọc được bão hòa thêm CO2 để đảm bảo tiêu chuẩn bia thành phẩm trước khi đóng chai, lon

12 Chiết bia: Bia được chiết vào chai, lon, keg bằng các thiết bị chiết rót Tùy theo yêu cầu của thị trường, thời gian lưu hành sản phẩm trên thị trường có thể từ 1 tháng đến hàng năm

1.3 Định tính dòng thải:

Trong đồ án này chúng ta đi sâu vào tìm hiểu về các tác động môi trường do “nước thải” ngành công nghiệp sản xuất bia gây ra.

Nước thải của nhà máy bia thường gồm những loại sau:

Nước làm nguội, nước ngưng tụ Loại nước này không thuộc loại nước gây ô nhiễm nên

có thể xử lý sơ bộ và tái sử dụng lại

Nước vệ sinh thiết bị như rửa thùng nấu, rửa bể chứa, rửa sàn nhà sản xuất Loại nước này chứa nhiều chất hữu cơ ( hàm lượng N, P cao), cần phải được tiến hành xử lý để làm sạch môi trường và tái sử dụng lại

Nước vệ sinh và các thiết bị lên men, thùng chứa đường ống, sàn nhà lên men Loại nước thải này chứa nhiều xác nấm men, xác nấm men rất dễ tự phân hủy, gây ra tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng Loại nước này cần có biện pháp xử lý đặc biệt giảm nguy cơ ô nhiễm

Nước rửa chai đựng bia Loại nước thải này cũng gây ô nhiễm nghiêm trọng, nước này không chỉ chứa các chất hữu cơ mà còn chứa rất nhiều các hợp chất màu từ mực in nhãn, kim loại (đặc biệt là Zn và Cu)

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ SẢN XUẤT BIA VIỆT NAM (VBL)

2.1 Giới thiệu chung về cơ sở

Đối tượng nghiên cứu: Nhà máy bia trực thuộc công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam (VBL) với công suất 420 triệu lít bia/năm

Công ty TNHH Nhà Máy Bia Việt Nam (VBL) được thành lập vào ngày 9/12/1991, giữa Tổng Công ty Thương mại Sài Gòn (SATRA) và Công ty Asia Pacific Breweries Ltd (“APB”) - nay là Công ty Heineken Asia Pacific Pte Limited (HEINEKEN Châu Á Thái Bình Dương), có trụ sở chính đặt tại lầu số 15 tòa nhà Melinh Point – số 2 đường Ngô Đức Kế Q.1, TP.HCM, Việt.Nam

Nhà máy Bia có diện tích 12,7 hecta tọa lạc tại Phường Thới An, Q.12, TP Hồ Chí Minh, là một trong những nhà máy bia hiện đại nhất khu vực Đông Nam Á hiện nay Nhà máy nằm gần thành phố, thuận tiện trong lưu thông và vận chuyển hàng hóa Công ty hiện có hơn 1.600 nhân viên và tạo hàng ngàn việc làm cho các nhà cung cấp và đối tác tại Việt Nam Ngoài nhà máy tại Quận 12, VBL còn sở hữu các nhà máy tại Đà Nẵng, Quảng Nam, Tiền Giang

Hiện nay, công ty VBL là đơn vị sản xuất và phân phối các nhãn hiệu bia: Heineken, Tiger, Tiger Crystal, Desperados, Biere Larue, Biere Larue Export, BGI và Bivina tại Việt Nam Trong đó sản phẩm chủ lực là bia Heineken, Tiger và Larue Nhà máy sản xuất theo công nghệ và quy trình khép kín của Heineken

Công suất của nhà máy là 420 triệu lít bia/ năm nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường tiêu thụ

Hình 4 Các nhãn hiệu sản phẩm của VBL hiện nay.

7

Sơ đồ công nghệ sản xuất của nhà máy:

Hình 5 Sơ đồ công nghệ chi tiết tại công ty VBL [6]

2.2 Các loại nước thải phát sinh từ cơ sở sản xuất:

Bảng 1: Đặc tính nước thải phát sinh từ các công đoạn

Nấu Nước thải có lẫn bã malt, bã hoaNước vệ sinh nồi nấu TSS caoBOD, COD

Đường hóa Nước thải lẫn lượng đường Độ đục, độ màu, glucozo

Làm lạnh Nước thải từ hệ thống làm lạnh chlorite, cacbonate

Tách bã bia Nước thải lẫn bã malt, bã hoa SS, BOD, COD, N tổng, P tổng Lên men Nước thải chứa bã menNước thải lẫn các chất tải lạnh BOD, COD cao, SSchlorite, cacbonate

Lọc bia Nước thải có lẫn một lượng bia, bã lọcNước rửa thiết bị lọc BOD, COD, SSTổng N, tổng P cao

Chiết chai, lon Nước rửa chai, téc chứa N tổng, P tổng, SS

Thanh trùng Nước thải vệ sinh lò hơi Dầu mỡ

Trong các đặc tính của dòng thải bên trên, ta thấy các vấn đề ô nhiễm chính ttrong nước thải nhà máy bia là: BOD5, COD, TSS, tổng N, tổng P

2.3 Định lượng dòng thải

Nước thải sản xuất của nhà máy bia thường có hàm lượng TSS, COD và BOD khá cao

Thải lượng ô nhiễm từ hoạt động của nhà máy được tính theo phương pháp hệ số phát thải, như sau:

{chuyển phần công thức và giải thích các đại lượng}

E=EF×A

Trong đó: E: thải lượng ô nhiễm [m3 bia/năm]

EF: hệ số ô nhiễm/hệ số phát thải của chất ô nhiễm xem xét [kg/m3 bia]

A: công suất của nhà máy [m3 bia/năm]

Theo tổ chức y tế thế giới WHO thì thành phần và hệ số ô nhiễm của hoạt động sản xuất bia đưa vào môi trường (chưa qua xử lý) được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2: Lưu lượng và các hệ số ô nhiễm trong nước thải sản xuất của nhà máy bia [7,XX]

Lưu lượng (m3

nước thải/m3

bia *)

BOD5 (kg/

m3 bia)

TSS (kg/m3

bia)

COD (kg/m3

bia)

Tổng N (kg/

m3 bia)

Tổng P (kg/

m3 bia)

(*) WHO (1993)

9

(**) Số liệu tham khảo từ nhà máy sản xuất bia Việt Nam.[TLTK]

Nhà máy hoạt động với công suất là 420.106 lít bia /năm (tương đương là 420.103 m3/năm)

Lưu lượng nước thải và thải lượng ô nhiễm được tính toán theo công thức và kết quả trình

bày ở bảng 3

Lưu lượng nước thải phát sinh : Q=P q

t , với Q: lưu lượng nước thải phát sinh [m3/ngày]

P: công suất của nhà máy [m3/năm]

q: lưu lượng [m3 nước thải/m3 bia]

t: tần suất làm việc [ngày]

Q = 420 1035,4

320 = 7087,5 m3/ngày Công thức tính toán:

Thải lượng: E [kg/ngày] =P R t , với E: thải lượng [kg/ngày]

P: công suất của nhà máy [m3/năm]

R: hệ số ô nhiễm [kg/m3 bia]

t: tần suất làm việc [ngày]

Nồng độ chất ô nhiễm: C [mg/L]=1000 E

Q , với: C: nồng độ chất ô nhiễm [mg/L]

E: thải lượng [kg/ngày]

Q: lưu lượng nước thải phát sinh [m3/ngày]

Bảng 3 Thải lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sản xuất nhà máy bia:

Thông số Thải lượng

[kg/ngày]

Nồng độ [mg/L] QCVN 40:2011/BTNMT

Cột A (*)

QCVN 40:2011/BTNMT

Cột B (**) Lưu lượng

nước thải

thải lượng

BOD5

Từ lưu lượng nước thải và thải lượng ô nhiễm, có thể xác định được đặc tính dòng thải theo

công thức sau:

C=K×E/Q

Kết quả được mô tả ở bảng 5

(*) Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp cột A: quy định giá trị C của các

thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn nước được dùng cho mục

đích cấp nước sinh hoạt;