Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường do nước thải sản xuất bia đề xuất giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thiết kế cải tạo nâng cấp hệ thống xử lý nước thải

Đề xuất giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thiết kế cải tạo nâng cấp hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Việt Hà tại KCN Tiên Sơn, Tỉnh Bắc Ninh” được hoàn thành với

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Người thực hiện

LỜI CẢM ƠN

Đề tài nghiên cứu: “Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường do nước thải sản xuất bia Đề xuất giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thiết kế cải tạo nâng cấp hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Việt Hà tại KCN Tiên Sơn, Tỉnh Bắc Ninh” được hoàn thành với sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình

của TS Đặng Xuân Việt, người đã theo sát, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài

Xin chân thành cám ơn ban lãnh đạo trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện đào tạo Sau đại học, Viện công nghệ môi trường, các Thầy, Cô trong viện đã quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cám ơn TS Đặng Xuân Việt và toàn bộ học viên lớp Cao học Quản lý tài nguyên và môi trường 12BQLMT-HY đã động viên, góp ý, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Xin chân thành cám ơn Lãnh đạo Sở Tài nguyên và Môi trường, Trung tâm Quan trắc và Bảo vệ Môi trường Bắc Ninh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của Ban lãnh đạo công ty, nhà máy bia Việt Hà đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân và bạn bè

đã quan tâm, chia sẻ khó khăn và động viên tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Người thực hiện

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA 9

1.1 Giới thiệu về ngành sản xuất bia 9

1.1.1 Tình hình phát triển công nghiệp sản xuất bia trên thế giới 9

1.1.2 Tình hình phát triển công nghiệp sản xuất bia ở Việt Nam 10

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất bia 11

1.2.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia 12

1.2.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất 13

1.3 Đặc trưng nước thải sản xuất bia 17

1.3.1 Nguồn gốc nước thải sản xuất 17

1.3.2 Thành phần và tính chất nước thải sản xuất bia 20

1.3.3 Ảnh hưởng của nước thải sản xuất bia tới môi trường 22

1.4 Các phương pháp xử lý nước thải bia 23

1.4.1 Các phương pháp xử lý cơ học 23

1.4.2 Các phương pháp xử lý sinh học 23

1.4.3 Khử trùng nước thải 27

1.4.4 Xử lý bùn 27

1.5 Một số mô hình xử lý nước thải bia đang được ứng dụng tại Việt Nam 28

CHƯƠNG II ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÒNG NGỪA, GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG TẠI NHÀ MÁY BIA VIỆT HÀ 32

2.1 Giới thiệu chung về nhà máy bia Việt Hà tại KCN Tiên Sơn – Bắc Ninh 32

2.1.1 Khái quát về Khu công nghiệp Tiên Sơn 32

2.1.2 Giới thiệu nhà máy bia Việt Hà 34

2.2 Công nghệ sản xuất của nhà máy 36

2.2.1 Các loại nguyên liệu và hóa chất sử dụng của nhà máy 36

2.2.2 Công nghệ sản xuất của nhà máy bia Việt Hà 37

2.3 Hiện trạng ô nhiễm môi trường do nước thải nhà máy bia 41

2.3.1 Nguồn gốc phát sinh và tính chất nước thải của nhà máy bia Việt Hà 41

2.3.2 Đặc tính nước thải phát sinh của nhà máy bia Việt Hà 41

2.3.3 Hiện trạng thu gom và xử lý nước thải tại nhà máy bia Việt Hà 43

2.4 Đề xuất giải pháp phòng ngừa và giảm thiểu ô nhiễm tại nhà máy bia Việt Hà 46

2.4.1 Giải pháp quản lý 46

2.4.2 Giải pháp kỹ thuật 50

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẢI TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA VIỆT HÀ TẠI KCN TIÊN SƠN, BẮC NINH 52

3.1 Phân tích lựa chọn công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia Việt Hà 52

3.2 Đề xuất phương án nâng cao hiệu quả cho hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy bia Việt Hà 57

3.3 Tính toán kiểm tra lại các hạng mục công trình của hệ thống xử lý nước thải hiện có tại nhà máy 59

3.3.1 Bể điều hoà 59

3.3.2 Bể UASB 60

3.3.3 Bể Aeroten (Bể xử lý hiếu khí) 61

3.3.4 Bể lắng thứ cấp 65

3.3.5 Bể tiếp xúc khử trùng 69

3.3.6 Bể nén bùn 70

3.3.7 Máy ép bùn 71

3.4 Giải pháp kỹ thuật cải tạo hệ thống xử lý nước thải bia Việt Hà 73

3.4.1 Hố thu nước thải 73

3.4.2 Bể điều hòa 73

3.4.3 Bể UASB 73

3.4.4 Bể Aeroten 73

3.4.5 Bể lắng thứ cấp 73

3.4.6 Bể nén bùn - Máy ép bùn 73

3.5 Tính chi phí đầu tư cải tạo hệ thống xử lý nước thải 74

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

PHỤ LỤC 78

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD5 Nhu cầu oxy hoá sinh học (5 ngày)

XHCN Xã hội chủ nghĩa

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tiêu hao nguyên nhiên liệu trong một nhà máy bia [14] 18

Bảng 1.2 Nguồn gốc phát sinh nước thải bia [15] 19

Bảng 1.3 Tính chất đặc trưng của nước thải bia [18] 21

Bảng 1.4 Đặc trưng nước thải tập trung của một số nhà máy bia [4] 22

Bảng 1.5: Thông số nước thải nhà máy bia Sabmiller [10] 28

Bảng 1.6 Thông số nước thải nhà máy bia Sài Gòn – Củ Chi [8] 30

Bảng 1.7 Thông số nước thải nhà máy bia Việt Nam [9] 31

Bảng 2.1 Chủng loại sản xuất của nhà máy bia Việt Hà [7] 35

Bảng 2.2 Nhu cầu sử dụng nhiên liệu của nhà máy bia Việt Hà [7] 36

Bảng 2.3 Nhu cầu sử dụng nguyên liệu của nhà máy năm 2013 [7] 36

Bảng 2.4 Chất lượng nước thải phát sinh tại nhà máy bia Việt Hà 42

Bảng 2.5 Chất lượng nước thải đầu ra sau khi qua trạm xử lý nước thải tập trung của nhà máy bia Việt Hà 44

Bảng 2.6 Môt số giải pháp sản xuất sạch hơn 46

Bảng 3.1 Thông số chất lượng nước thải tại hệ thống xử lý nước thải 52

Bảng 3.2 Thông số của nước thải sau bể UASB 61

Bảng 3.3 Thông số bể Aeroten 64

Bảng 3.4 Các thông số thiết kế bể lắng thứ cấp 65

Bảng 3.5 Thông số bể lắng thứ cấp và bể thu bùn 68

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia [14] 12

Hình 1.2 Nguồn nguyên liệu đầu vào và phát thải trong nhà máy bia [14] 17

Hình 1.3 Bể xử lý hiếu khí [18] 24

Hình 1.4 Hệ SBR 25

Hình 1.5 Sơ đồ cơ chế của quá trình phân hủy kỵ khí [2] 25

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải sản xuất của nhà máy bia Sabmiller [10]29 Hình 1.7 Dây chuyền xử lý nước thải nhà máy bia Sài Gòn – Củ Chi[8] 30

Hình 1.8 Dây chuyền xử lý nước thải nhà máy bia Việt Nam [9] 31

Hình 2.1 Toàn cảnh KCN Tiên Sơn 33

Hình 2.2 Quy trình công nghệ sản xuất bia của nhà máy bia Việt Hà [1] 40

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy bia Việt Hà hiện có 53

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy bia Việt Hà cải tạo 58

MỞ ĐẦU

Bia là một loại nước giải khát có từ lâu đời Hiện nay, nhu cầu sử dụng bia trên thế giới và ở Việt Nam rất lớn vì bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt, gạo, hoa houblon, nước; sau quá trình lên men tạo ra thức uống giải khát, mát,

bổ, có độ cồn thấp và có hương vị đặc trưng… Đặc biệt, CO2 bão hòa trong bia có tác dụng giảm ngay cơn khát của người uống Nhờ những ưu điểm này mà bia được

sử dụng rộng rãi ở Việt Nam cũng như hầu hết các nước trên thế giới với sản lượng ngày càng tăng

Công nghiệp sản xuất bia đang là ngành sản xuất có hiệu quả kinh tế cao và tạo ra nguồn thu lớn cho ngân sách Nhà nước Ở nước ta, các cơ cở sản xuất bia phân bố trên khắp cả nước, sản lượng bia tạo ra mỗi ngày khá cao, đi kèm với đó là lượng nước thải phát sinh mỗi ngày rất lớn, tuy nhiên phần lớn lượng nước thải này đều được thải trực tiếp ra hệ thống thoát nước mà không qua xử lý, gây ô nhiễm nguồn nước mặt cũng như nguồn nước ngầm ở nhiều địa phương

Hiện nay, tiêu chuẩn nước thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia là 8 –

14 lít nước thải/lít bia, lượng nước thải này phụ thuộc vào công nghệ và các loại bia sản xuất Nước thải bao gồm nhiều loại được thải ra từ nhiều công đoạn khác nhau trong quá trình sản xuất bia nhưng chủ yếu là từ các phân xưởng nấu, đường hoá, lên men, lọc, chiết bia Dòng thải này chủ yếu là nước rửa vệ sinh thiết bị, sàn nhà, bom, keg Nước thải từ quá trình sản xuất bia có chứa hàm lượng lớn các chất lơ lửng, COD và BOD5 cao, gây ô nhiễm môi trường Nước thải không qua xử lý dưới tác động của điều kiện môi trường, các vi sinh vật phân huỷ gây mùi hôi thối, làm đục, phú dưỡng hoá nguồn nước, ô nhiễm hữu cơ gây ảnh hưởng đến hệ thống cống thoát, gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận, cảnh quan môi trường và hệ sinh thái khu vực

Vì vậy nước thải này cần phải được xử lý trước khi thải ra nguồn tiếp nhận

Tiên Sơn là KCN tập trung đầu tiên của tỉnh Bắc Ninh, đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển dịch cơ cấu kinh tế của tỉnh Mặt khác, đây là KCN đa ngành với nhiều loại hình sản xuất như: thiết bị điện, điện tử, cơ khí và đặc biệt là

thực phẩm Trong vài năm vừa qua, đã có khá nhiều công ty thực phẩm lớn đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất vào KCN Tiên Sơn trong đó có nhà máy bia Việt Hà Các nhà máy sản xuất thực phẩm thải ra một lượng nước thải rất lớn và có nồng độ các chất ô nhiễm cao Hiện nay, nhà máy bia Việt Hà đã xây dựng và đưa vào vận hành trạm xử lý nước thải riêng của nhà máy với công suất 1200m3/ng.đ, tách biệt với trạm xử lý nước thải tập trung của cả KCN Tiên Sơn Tuy nhiên, hiệu quả xử lý của hệ thống này chưa hiệu quả, một số chỉ tiêu môi trường chưa đạt Do đó, khi lượng nước thải chứa các thành phần ô nhiễm xử lý chưa đạt được xả vào các kênh tiêu thoát nước xung quanh KCN đang làm ô nhiễm nguồn nước trong khu vực

Đề tài: “Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường do nước thải sản xuất bia Đề xuất giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thiết kế cải tạo nâng cấp hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Việt Hà tại KCN Tiên Sơn, tỉnh Bắc Ninh” nhằm mục đích đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường do

nước thải tại nhà máy bia Việt Hà Từ đó, đề xuất các giải pháp quản lý môi trường

và nâng cao hiệu quả xử lý môi trường cho nhà máy sản xuất bia Việt Hà, góp phần vào công tác bảo vệ môi trường trong khu vực KCN Tiên Sơn nói riêng và của tỉnh Bắc Ninh nói chung

Luận văn gồm các nội dung chính sau:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất bia;

Chương 2: Đề xuất giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại nhà máy bia Việt Hà;

Chương 3: Tính toán thiết kế cải tạo hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Việt Hà tại KCN Tiên Sơn, Bắc Ninh

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

1.1 Giới thiệu về ngành sản xuất bia

Bia là một lại nước giải khát có từ lâu đời, khoảng 7000 năm trước công nguyên thì con người đã bắt đầu biết đến sản xuất bia

Hiện nay nhu cầu uống bia của con người trên thế giới và ở Việt Nam đang ngày càng tăng cao, bởi bia là một loại thức uống bổ mát, có độ cồn thấp, có hương

vị đặc trưng của hoa houblon và các sản phẩm trong quá trình lên men tạo ra Đặc biệt, CO2 bão hòa trong bia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của người uống, nhờ đó mà bia được sử dụng rộng rãi, số lượng ngày càng tăng cao ở hầu khắp các nước trên thế giới

1.1.1 Tình hình phát triển công nghiệp sản xuất bia trên thế giới

Ngành công nghiệp sản xuất bia có nguồn gốc từ các nước Châu Âu như Đức, Anh, Pháp … với nhu cầu tiêu thụ ngày càng nhiều như hiện nay, ngành sản xuất bia đang chiếm vị trí quan trọng trong ngành công nghiệp trên thế giới

Trong năm 2011, mức tiêu thụ bia toàn cầu đạt 188,78 tỉ lít, tăng 3,8% so với năm 2010 Trong đó, lượng tiêu thụ của Châu Á đứng đầu thế giới ở mức 66,2 tỉ lít, tiếp đó là thị trường truyền thống - Châu Âu ở mức 51,2 tỉ lít Khu vực Trung Đông

là khu vực tiêu thụ ít nhất, chỉ đạt 1,4 tỉ lít dù dân số bằng ½ so với Châu Âu Các khu vực Mĩ La Tinh, Bắc Mĩ, Châu Phi và Châu Đại Dương đạt 30,8; 26,1; 10,8 và 2,2 tỉ lít Tổng thu nhập của thị trường bia năm 2011 đạt 500,24 tỉ đô la Mĩ [3]

Trung Quốc, với dân số lớn nhất thế giới, năm thứ 9 liên tiếp là nước tiêu thụ bia nhiều nhất trên thế giới (48,9 tỉ lít), tăng trưởng 10,7% Tuy gặp khủng hoảng kinh tế nhưng Mĩ vẫn giữ vị trí thứ 2, đạt mức 23,9 tỉ lít và Brazil, 12,6 tỉ lít đứng thứ 3 Điểm đáng chú ý là trong top 10 bao gồm cả các quốc gia phát triển như: Mĩ, Nga, Nhật, … và các nền kinh tế mới nổi như: Trung Quốc, Brazil [3]

Mặc dù đứng đầu thế giới về tổng sản lượng tiêu thụ bia, tuy nhiên Châu Á lại thua xa các đại diện đến từ Châu Âu khi mà top 10 các quốc gia đứng đầu về lượng tiêu thụ bình quân chịu sự thống trị bởi các quốc gia Châu Âu Năm thứ 19 liên tiếp, CH Séc đứng đầu đạt mức 158,6 lít/1 người, tiếp đó là Ireland (131,1 lít)

và Đức (110 lít) Châu Á chỉ có hai nước duy nhất lọt top 50 đó là Nhật (41 lít) và

Trung Quốc (50 lít) Các nước Đông Nam Á như Việt Nam, Thái Lan đạt mức tiêu thụ bình quân ở mức trung bình của thế giới (~27 lít/1 người) và cách xa khu vực top 50 [3]

Có nhiều hãng bia hàng đầu thế giới như:

1.1.2 Tình hình phát triển công nghiệp sản xuất bia ở Việt Nam

Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự xuất hiện của nhà máy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội Đi đôi với sự phát triển kinh tế, người dân có thu nhập ngày càng cao thì nhu cầu sử dụng các nước giải khát cũng như bia cũng ngày càng nhiều Nhiều nhà máy sản xuất bia được xây dựng bằng kinh phí của nhà nước, tư nhân hoặc đầu tư nước ngoài để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Công nghiệp sản xuất bia phát triển kéo theo sự phát triển của nhiều nhiều ngành công nghiệp sản xuất khác như: Vỏ lon, nhôm, két nhựa, vỏ chai thủy tinh, các loại nút chai…

Ở Việt Nam, trong dòng thức uống có cồn, bia được tiêu thụ nhiều nhất, chiếm khoảng 89% tổng doanh thu và 97% về khối lượng So với các nước trong khu vực như Thái Lan, Singapore Việt Nam có GDP bình quân đầu người thấp hơn nhiều nhưng mức tiêu thụ bia lại cao hơn Năm 2011, Việt Nam tiêu thụ 2,6 tỷ lít, Thái Lan: 1,8 tỷ lít, Singapore: 108 triệu lít [3]

Mười năm qua, thị trường bia Việt Nam tăng trưởng mạnh, hàng năm từ 9 đến 11%; dự báo từ 2012 đến 2015, mức tăng trưởng lên đến 15% Năm 2001, sản lượng bia Việt Nam là 817 triệu lít, đứng thứ 29 trên thế giới, đến năm 2011 đạt 2.780 triệu lít, vươn lên vị trí thứ 13 Trong khu vực châu Á, thị trường bia Việt Nam năm 2004 xếp vị trí thứ 8, hiện nay đứng thứ 3 chỉ sau Trung Quốc, Nhật Bản [16]

Dự báo năm 2015, Việt Nam sẽ tiêu thụ khoảng 4 đến 4,4 tỷ lít bia, bình quân 45 đến 47 lít/người/năm, các nhà đầu tư sản xuất bia vẫn đang tăng tốc để đáp ứng nhu cầu thị trường Hiện nay bình quân đầu người uống 30 lít bia/năm, các nhà đầu tư kỳ vọng con số này sẽ tăng lên 60 đến 70 lít bia/năm trong thời gian tới [19]

Việt Nam có hơn 400 nhà máy bia Những tỉnh, thành phố tập trung năng lực sản xuất bia là TP HCM chiếm 23,2% tổng năng lực sản xuất, TP Hà Nội: 13,44%,

TP Hải Phòng: 7,47%, Hà Tây: 6,1%, Tiền Giang: 3,79% [20]

Các nhà máy bia được xây dựng từ lâu và có thương hiệu nổi tiếng như Halico và Sabeco, có các nhãn hàng được dân địa phương ưu tiên chọn lựa như: Bia

Hà Nội là sự lựa chọn hàng đầu của người Hà Nội (87,8%) và bia 333 là loại bia được uống nhiều nhất tại TP HCM (92,4%) Còn Heineken, một nhãn hàng được lựa chọn phổ biến trên khắp các tỉnh thành [16]

Với sự xuất hiện của nhiều nhà máy sản xuất bia như vậy, lượng chất thải phát sinh trong quá trình sản xuất bia cũng không ngừng tăng lên Bên cạnh đó còn

có nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất của nhiều ngành công nghiệp khác đã làm cho môi trường ô nhiễm ngày càng nặng nề và trở thành vấn đề tâm điểm của toàn xã hội Việc nghiên cứu, thiết kế ra các hệ thống xử lý nước thải cho các nhà máy sản xuất bia đạt yêu cầu của quy chuẩn kỹ thuật môi trường trước khi xả thải ra môi trường là một yêu cầu cấp thiết, là hành động thiết thực đối với môi trường, đảm bảo cho sự phát triển bền vững của con người cũng như sự sống trên trái đất

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất bia

Bia được sản xuất theo hai phương pháp lên men cơ bản [19]:

+ Phương pháp sản xuất truyền thống;

+ Phương pháp sản xuất hiện đại

- Sản xuất theo phương pháp truyền thống, quá trình lên men bắt buộc phải qua những giai đoạn chủ yếu như:

+ Đường hóa tinh bột thành nhờ enzyme amylase của malt hoặc amylase của

vi sinh vật (nếu sử dụng nguồn tinh bột thay thế malt)

+ Lên men chính, lên men phụ

+ Lọc bia, chiết bia và tạo sản phẩm

- Sản xuất theo phương pháp lên men hiện đại, các quá trình cũng tương tự như len men truyền thống nhưng nhờ có máy móc thiết bị hiện đại, con người điều khiển quá trình lên men chính, phụ xem kẽ và cuối cùng toàn bộ hệ thống được lên men phụ Hiện nay, quá trình lên men phụ vẫn được áp dụng sản xuất và phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới

1.2.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia [14]

Nước thải Bột trợ lọc Men

Men Khí CO2Nước thải

Bụi Tiếng ồn

Nước thải

Bã hèm Nhiệt Mùi

Nước thải Chai vỡ Nhãn mác hỏng

1.2.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất

 Chuẩn bị

Nhập liệu: Nguyên liệu malt và gạo từ kho chứa sẽ được hút lên phân xưởng

nấu bằng hệ thống khí động, được bộ phận cân định lượng phân phối vào các hầm chứa

Lọc bụi bằng cyclon: nguyên liệu từ hầm chứa sẽ được chuyển xuống phễu

nhập liệu, sau đó hệ thống quạt sẽ hút nguyên liệu lên cyclon rồi đưa đến thùng chứa trung gian, khi đó một phần tạp chất lẫn vào trong quá trình vận chuyển đã được loại bỏ

Sàng rác và tạp chất lớn: thùng chứa trung gian sẽ nối trực tiếp với máy sàng

Tại đây các tạp chất lớn như: vỏ bao, rác, rơm rạ sẽ bị loại bỏ khỏi nguyên liệu

Sàng tách sạn: để đảm bảo loại được hết các tạp chất có hại cho các quá

trình tiếp theo, nguyên liệu sẽ tiếp tục được chuyển xuống máy sàng tách sạn Tại đây, các tạp chất có kích thước nhỏ như: sạn, đất, cát sẽ bị loại bỏ khỏi nguyên liệu

Nghiền: nguyên liệu sau khi qua máy sàng tách sạn sẽ được chuyển đến hệ

thống cân định lượng, sau đó đến thùng chứa trung gian Từ thùng chứa trung gian, nguyên liệu sẽ theo hệ thống gàu tải nạp vào máy xay Máy nghiền ở nhà máy dùng

là máy nghiền búa đập và nghiền theo phương pháp nghiền khô

 Nấu

Hồ hóa, đường hóa

Nguyên liệu sau khi xay nghiền được hòa trộn với nước theo tỷ lệ nhất định

và được chuyển tới thiết bị hồ hóa và đường hóa Bằng cách điều chỉnh hỗn hợp nguyên liệu ở các chế độ thích hợp (Nhiệt độ, thời gian, pH), hệ enzym có sẵn trong nguyên liệu hoặc enzym được bổ sung từ nguồn bên ngoài chuyển hóa các chất dự trữ có trong nguyên liệu thành dạng hòa tan Các enzym thủy phân tinh bột tạo thành các loại đường dễ lên men và các dẫn xuất có phân tử lượng thấp hơn của tinh bột Các enzym thủy phân các chất xenlulose cũng được phân hủy một phần thành các chất hòa tan Dịch sau khi đường hóa được tách khỏi bã qua máy lọc

Lọc dịch đường: 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 và máy ép lọc khung bản

Vệ sinh: sau mỗi mẻ, vệ sinh các bản mỏng bằng cách xịt nước thẳng vào bản mỏng Sau khi kết thúc mẻ cuối, vệ sinh sạch các bản mỏng, màng cao su chạy xút và sau đó trung hòa lại bằng acid rồi cuối cùng tráng lại bằng nước thường

Đun sôi dịch nha với hoa Houblon:

Mục đích: trích ly chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của houblon vào dịch đường ngọt để biến đổi thành dịch đường có vị đắng và hương thơm dịu của hoa Ổn định thành phần của dịch đường, tạo cho bia mùi vị của houblon, làm cho dịch đường có nồng độ thích hợp với yêu cầu của mọi loại bia Bên cạnh đó còn làm keo tụ phần lớn các protein bất

ổn định và các thành phần không hòa tan, hình thành tủa nóng Ngoài ra còn vô hoạt enzyme và vô trùng dịch đường

Phương pháp đun: dịch đường sau khi lọc được đưa lên bồn chứa trung gian

để tạm giữ Sau đó được bơm xuống nồi đun sôi và được nâng nhiệt độ lên 100oC trong khoảng 30 phút Sau khi bơm hết dịch đường vào thiết bị đun sôi thì bắt đầu cho hoa houblon dạng cao để hòa tan các hợp chất của hoa houblon nhất là các chất đắng vào dịch đường Suốt quá trình đun sôi hoa houblon nhiệt độ phải giữ ở

100oC, đồng thời cho màu caramel vào giúp tăng độ màu của bia thành phẩm, acid lactic để chỉnh pH Sau khi dịch đường sôi khoảng 10 phút thì cho thêm houblon dạng viên để tăng mùi thơm cho bia Đồng thời cho thêm ZnCl2 vào để làm môi trường cho nấm men phát triển, tăng sinh khối khi lên men, sau đó đun sôi thêm 20 phút rồi tiến hành kiểm tra mẫu trước khi bơm qua phân xưởng lên men

Vệ sinh nồi đun: sau khi kết thúc mỗi mẻ nấu, vệ sinh kiểm tra bộ đốt trong

sơ bộ, mở van cho thêm xút, mở hơi nóng ở nhiệt độ sôi 60 ± 10oC, mở van xả xút

và tráng bằng nước thường, trung hòa bằng xút và sau cùng rửa lại bằng nước thường

Lắng cặn: Nước nha thu được sau quá trình houblon hoá chứa các chất cặn

như: tủa protein với tannin, polyphenol, chất đắng…Các chất cặn này không gây ảnh hưởng đáng kể đến vị và độ bền keo của bia mà chỉ gây xáo trộn ở giai đoạn đầu của quá trình lên men và khi kết lắng thì làm cho nấm men rất bẩn Do đó, cần loại chúng ra khỏi dịch đường Quá trình kết lắng làm trong dịch nha, làm tăng giá trị cảm quan của bia

Vệ sinh: sau mỗi mẻ làm vệ sinh bằng nước nóng 950C để xả cặn đi Sau mỗi tuần tiến hành tẩy rửa Cuối cùng trước khi vào mẻ mới phải tráng lại bằng nước nóng

 Lên men

Làm lạnh và bổ sung oxy: Dịch đường sau khi lắng có nhiệt độ khoảng 95o

C được làm lạnh đến nhiệt độ xuống còn 8oC (đối với men cũ) hay 15oC (đối với men mới) Bổ sung oxy với nồng độ 6 – 8mg O2/l Quá trình làm lạnh nhanh được thực hiện trong các thiết bị trao đổi nhiệt với môi chất làm lạnh và nước lạnh 1-2 o

C Chuẩn bị men giống: nấm men được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, sau

đó được nhân trong các điều kiện thích hợp để đạt được mật độ nấm men cần thiết cho lên men

Lên men chính: Mục đích của quá trình là chuyển hóa các chất hòa tan trong

dịch đường thành C2H5OH, CO2 và các sản phẩm phụ khác (sinh tổng hợp trong quá trình hoạt động sống của tế bào nấm men) Quá trình lên men chính được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ 6 – 8oC

Dịch đường được cấp bổ sung oxy, làm lạnh đến nhiệt độ thích hợp để tiến hành quá trình lên men chính với thời gian và điều kiện phù hợp Công nghệ lên men trong phòng lạnh hiện nay không còn phổ biến do tiêu tốn nhiều năng lượng cho việc chạy lạnh cho phòng lên men và khó khăn cho việc thao tác vận hành Ngày nay việc lên men phổ biến được tiến hành trong các tank liên hoàn được thiết

kế phù hợp cho công nghệ lên men của các nhà sản xuất khác nhau với hệ thống kiểm soát nhiệt độ và dễ dàng tự động hóa Khí CO2 sinh ra trong quá trình lên men được thu hồi Trong trường hợp lên men chìm, sau khi kết thúc lên men chính,

nấm men kết lắng dưới đáy các tank lên men và được lấy ra ngoài gọi là men sữa Nấm men sẽ được lấy một phần để tái sử dụng cho lên men các tank tiếp theo hoặc được thải bỏ Trong trường hợp nấm men nổi, nấm men tập trung trên bề mặt và cũng được tách một phần ra khỏi dịch lên men

Thời gian lên men: 7 – 12 ngày

Quá trình lên men chính kết thúc khi hàm lượng đường trong bia non còn lại khoảng 30 – 35% so với nồng độ ban đầu

Thiết bị dùng làm lên men chính rất đa dạng Trước đây người ta thường dung thùng gỗ sồi, thùng nhôm, xây bể xi măng cốt thép ở điều kiện hở Ngày nay, người ta thường lên men trong các thiết bị kín được gia công bằng thép không gỉ Thùng có thân hình trụ, đáy hình nón với góc vát tạo thành 70o

Lên men phụ: Dịch sau khi kết thúc quá trình lên men chính được chuyển

sang giai đoạn lên men phụ để hoàn thiện chất lượng bia (tạo hương và vị đặc trưng) Quá trình lên men này diễn ra rất chậm, tiêu hao một lượng đường không đáng kể, bia được lắng trong và bão hòa CO2 Thời gian lên men từ 14 – 21 ngày hoặc hơn tùy thuộc vào yêu cầu của từng chủng loại

Vệ sinh thùng chứa bia: xả nước cho sạch men, cáu cặn trong thùng, sau đó rửa với xút Xả sạch xút bằng nước rồi dùng chất tiệt trùng, và xả sạch nước tiệt trùng

 Hoàn thiện

Lọc bia: Khi sản xuất loại bia nào, người ta chuẩn bị lượng nước đã khử oxi

sẽ hoà vào bia sau lên men phụ để điều chỉnh đến đúng nồng độ chất tan của loại bia đó Bia sau khi tàng trữ vẫn còn đục, lượng tế bào nấm men còn nhiều vì vậy, mục đích của quá trình lọc bia là làm bia trong

Bia trước khi lọc được làm lạnh đến nhiệt độ 0 – 1oC, chất tải lạnh là glycol Mục đích làm lạnh là làm giảm sự hao phí CO2 trong quá trình lọc, tăng khả năng bão hoà CO2 trước khi chiết

Vệ sinh thiết bị lọc: mỗi ngày theo thứ tự sau: cho xút nóng 650C nồng độ 2% chạy trong thiết bị 15 phút, thanh trùng 30 phút bằng nước nóng 850

C, trung hoà bằng acid nitric 0,3% ở 850C trong 15 phút

Hoàn thiện sản phẩm: Bia có thể được lọc hoặc xử lý qua một số công đoạn

như: qua hệ thống lọc trao đổi chứa PVPP hoặc silicagel để loại bớt polyphenol và protein trong bia, tăng tính ổn định của bia trong quá trình bảo quản Nhằm mục địch tăng tính ổn định của bia người ta có thể sủ dụng thêm các enzym hoặc chất bảo quản được phép sử dụng trong sản xuất bia

Pha bia: Trong công nghệ sản xuất bia gần đây, các nhà sản xuất tiến hành

lên men bia nồng độ cao (phổ biến trong khoảng 12,5 – 16 độ plato) để tăng hiệu suất thiết bị và tiết kiệm năng lượng Trong quá trình pha bia luôn yêu cầu nước tiêu chuẩn cao trong đó hàm lượng oxy hòa tan dưới 0,05ppm

Bão hoà CO 2 và chiết chai: trong quá trình lọc, bia từ trạng thái tĩnh ở tank

lên men phụ chuyển sang trạng thái động Khi bơm cũng như ở đường ống qua thiết

bị lọc, bia bị mất một lượng CO2 khá lớn Muốn cho bia thành phẩm có đủ lượng

CO2 cần thiết thì sau quá trình lọc, bia phải qua thiết bị nén Sau khi bão hoà CO2xong, bổ sung thêm acid ascorbic, collpulin làm tác nhân chống oxi hoá Các dụng

cụ chứa bia được rửa, thanh trùng Sau đó thực hiện quá trình chiết chai ở điều kiện chân không Tiếp theo là đóng nắp và thanh trùng ở các nhiệt độ khác nhau để đảm bảo chất lượng trong thời gian bảo hành

1.3 Đặc trưng nước thải sản xuất bia

1.3.1 Nguồn gốc nước thải sản xuất

Hình 1.2 Nguồn nguyên liệu đầu vào và phát thải trong nhà máy bia [14]

Các nhà máy bia định mức việc tiêu hao tài nguyên và phát thải dựa trên sản lượng bia (tính trên 1 hecto lít bia) Trong bảng 1 là các mức tiêu hao cho 3 loại công nghệ (truyền thống, trung bình và công nghệ tốt nhất) và mức tiêu hao trong các nhà máy bia ở Việt Nam

Nhà máy bia truyền thống sử dụng công nghệ cũ, quy mô nhỏ, được đầu tư vào thời kỳ mà các công nghệ mới chưa phát triển và có thể tìm thấy ở nhiều nơi trên thế giới Các công nghệ này vẫn được duy trì ở các nước có giá năng lượng tương đối rẻ, quy định về bảo vệ môi trường không quá nghiêm ngặt

Bảng 1.1 Tiêu hao nguyên nhiên liệu trong một nhà máy bia [14]

Tên tài nguyên ĐVT CN truyền

thống

CN trung bình

CN tốt nhất

Mức hiện tại ở VN

Nước thải trong nhà máy sản xuất bia bao gồm các nguồn:

- Nước dùng cho quá trình làm lạnh, nước ngưng trong quá trình nấu

- Nước thải ra trong quá trình rửa chai, bom bia …, nước thải có tính kiềm hoặc axit tùy thuộc vào loại chất cơ sở dùng để tẩy nấu Về nguyên lý, chai được

đóng để rửa qua các bước: rửa với nước nóng, rửa bằng dung dịch kiềm loãng nóng (1 – 3% NaOH), tiếp đó là rửa sạch bẩn và nhãn bên ngoài chai, sau đó rửa sạch bằng nước nóng và nước lạnh Do đó, nước thải của quá trình rửa chai có độ pH lớn

và làm cho dòng thải chung có tính kiềm

- Nước thải lọc bã hèm là loại nước thải ô nhiễm khá mạnh Nước thải phát sinh từ công nghệ lọc phèn nên chúng bị nhiễm bẩn chủ yếu bởi các chất hữu cơ, chất cặn bã hèm, các vi sinh vật

- Nước thải lọc dịch đường: thường bị nhiễm bẩn hữu cơ Lượng Gluco trong nước thải này ở mức cao, là môi trường thuận lợi cho sự phát triển của các vi sinh vật Ngoài ra, nước thải lọc đường có độ đục và độ màu khá cao

- Nước thải của các thiết bị giải nhiệt được coi là sạch nhưng có nhiệt độ cao

40 – 45oC, có thể có chứa một hàm lượng dầu mỡ không đáng kể

- Nước sử dụng để vệ sinh sàn, các thiết bị nấu, bể lên men…, chiếm một tỷ

lệ lớn Nước thải từ nguồn này chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, chủ yếu ở dạng keo hoặc hòa tan và đây là nguồn ô nhiễm nước thải chính Loại nước này từ bộ phận nấu và từ hầm lên men Nước từ bộ phận nấu chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu, bể chứa, sàn nhà nên chứa nhiều bã malt, tinh bột, các chất hữu cơ Nước thải

từ hầm lên men là nước vệ sinh các thiết bị lên men, thùng chứa, đường ống, sàn nhà, xưởng… có chứa bã men và các chất hữu cơ

- Nước sinh hoạt trong công ty bao gồm nước thải sinh hoạt của công nhân viên như nước tắm rửa thải từ nhà vệ sinh

- Ngoài ra, bia rơi vãi trong quá trình chiết bia thải ra sau quá trình lọc cũng góp phần gây ô nhiễm môi trường

Bảng 1.2 Nguồn gốc phát sinh nước thải bia [15]

thải Ghi chú

1 Từ công đoạn nấu, đường hóa:

Rửa thiết bị nấu

Rửa thiết bị lọc

Chứa nhiều các hợp chất hữu cơ (tinh bột, đường)

18

2 Nước thải từ quá trình lên men:

Nước rửa thiết bị (nồi nấu đường

hóa, thiết bị lên men)

pH = 5 – 6 Chứa tinh bột, bã hoa, bia dư, chất tẩy rửa…

15

3 Nước thải từ công đoạn chiết bia:

- Nước thải từ quá trình rửa chai,

thùng bia;

- Nước thải từ quá trình làm lạnh;

- Nước thải dung dịch xút loãng

sau khi rửa

Độ pH cao, 8,5 – 12 Lẫn sản phẩm bia trong quá trình rửa Giấy nhãn chai Các chất rắn lơ lửng

30

Trong đó

có khoảng 75% nước thải quá trình làm lạnh

4 Nước thải sinh hoạt từ khu nhà

bếp, vệ sinh

Trong đó nước thải khu vệ sinh đã được qua xử lý tự hoại

12

Không thường xuyên

1.3.2 Thành phần và tính chất nước thải sản xuất bia

Nước thải từ nhà máy sản xuất bia thường chứa các chất hữu cơ protein và cacbonateous cao

 Chứa nồng độ cao chất hữu cơ do bã nấu, bã hèm, men, hèm loãng, bia dư rơi rớt, rò rỉ vào nước thải.v.v Các chất hữu cơ trong nước thải bia thường ở dạng

lơ lửng lẫn dạng hoà tan, chủ yếu gồm các thành phần: đường, bột hoà tan, ethanol, các axit béo dễ bay hơi,… nên dễ phân huỷ sinh học và thường có tỉ lệ BOD/COD = 0,6 – 0,7

 Lượng chất rắn lơ lửng cao do máy rửa lọc, rửa chai

 Nhiệt độ cao

 Độ pH trong nước thải bia dao động lớn do cặn xút, axit tháo xả của các hệ thống rửa chai, rửa nồi, rửa két, tráng, rửa thiết bị, … thông thường pH = 3-12

 Nước thải thường có màu xám đen

 Nước thải bia còn chứa lượng Nitrogen và Phostpho do men thải, các tác nhân trong quá trình làm sạch thất thoát, chất chiết từ malt và các nguyên liệu phụ

Bảng 1.3 Tính chất đặc trưng của nước thải bia [18]

Thông số Đơn

Mức hiện tại ở Việt Nam

COD mg/l 2000 - 6000 0,5-3 kg COD/100L bia 1700-2200 BOD5 mg/l 1200 - 3600 0,2-2 kg BOD/100L bia 900-1400 TSS mg/l 200 - 1000 0,1-0,5 kg TSS/100L bia 500-600

Quá trình sản xuất bia sử dụng nhiều nước tạo nên một lượng lớn nước xả vào môi trường Với công nghệ sản xuất bia hiện nay, lượng nước thải trung bình là

10 – 15 m3 nước thải/1000 lít bia thành phẩm Theo số liệu thống kê của nhiều cơ

sở sản xuất, lượng nước thải theo định mức là rất khác nhau, trung bình gấp 8 – 15 lần lượng bia thành phẩm Đặc trưng của nước thải sản xuất bia là biến đổi theo mùa, theo ngày, theo ca sản xuất Thành phần nước thải cũng biến đổi rõ rệt theo mục đích sử dụng, trong đó nước làm mát chiếm 25 – 30% có thể thu hồi tái sử

dụng Nước thải từ quá trình rửa thiết bị nấu, đường hóa, lọc, chiết chai… có hàm lượng ô nhiễm cao

Đặc trưng nước thải của một số cơ sở sản xuất bia ở Việt Nam như sau:

Bảng 1.4 Đặc trưng nước thải tập trung của một số nhà máy bia [4]

Tên cơ sở Năng suất

Tr.lít/năm

COD mg/l

BOD 5 mg/l

T– N mg/l

T – P mg/l

SS mg/l pH

BOD/ COD

Mặt khác, công nghệ sản xuất bia tại các nhà máy bia Việt Nam nói chung là tương đối lạc hậu nên định mức nước cấp cho 1 lít bia thành phẩm cao hơn 2 – 3 lần, do đó lượng nước thải lớn hơn và nồng độ các chất ô nhiễm không quá cao

1.3.3 Ảnh hưởng của nước thải sản xuất bia tới môi trường

Hoạt động sản xuất bia có mức ô nhiễm hữu cơ cao nguyên nhân chủ yếu của

sự ô nhiễm này là do các chất có nguồn gốc hữu cơ hòa tan trong dòng thải Không những vậy, nước thải sản xuất ngành bia có độ đục, độ màu cao, hàm lượng các chất

lơ lửng cao và có chứa nhiều vi sinh vật, nấm men, nấm mốc

Các chất độc có trong nước thải gây ảnh hưởng trực tiếp tới hệ động thực vật dưới nước và hệ sinh thái thủy vực Chúng không những làm chết các loài thủy sinh

mà còn làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận

Hàm lượng các chất hữu cơ cao sẽ làm tăng các chất dinh dưỡng có trong nguồn nước, gây hiện tượng phú dưỡng, tạo điều kiện cho sự phát triển của các loài rong, tảo

Mặt khác, sự tăng cao hàm lượng các chất hữu cơ có trong nước thải gây hiện tượng tắc nghẽn các đường ống thoát nước chung của khu vực Sau thời gian tích tụ lâu ngày trong môi trường yếm khí, các chất hữu cơ bị phân hủy bởi các vi sinh vật hoại sinh gây mùi hôi thối Các khí sinh ra điển hình H2S, CO2, CH4, …

Ngoài ra, trong quá trình rửa chai, thiết bị, nước thải sản xuất ngành bia còn phát sinh một số kim loại nặng và các chất độc khác có trong nhãn chai

1.4 Các phương pháp xử lý nước thải bia

1.4.1 Các phương pháp xử lý cơ học

Xử lý cơ học nhằm tách các chất rắn lơ lửng, chất rắn dễ lắng ra khỏi nước thải

Xử lý cơ học là bước ban đầu cho xử lý sinh học Trong xử lý nước thải bia, thông thường có thể áp dụng các thiết bị như: song chắn rác, lưới lọc, bể điều hoà [17]

Đối với nước thải bia, phương pháp sinh học là phương pháp cho hiệu quả tối ưu

và được sử dụng rộng rãi nhất Trong xử lý sinh học có ba phương pháp chính:

- Xử lý hiếu khí,

- Xử lý kỵ khí,

- Xử lý chất dinh dưỡng (N,P)

Dựa trên tính hiệu quả xử lý và kinh tế của các phương pháp, người ta thường sử dụng kết hợp cả hai phương pháp xử lý kị khí và hiếu khí trong một hệ thống xử lý nước thải [12]

Hỗn hợp bùn cùng nước thải ra khỏi bể aeroten sẽ chảy sang bể lắng đợt II Phần lớn bùn hoạt tính lắng lại bể này sẽ được tuần hoàn lại bể aeroten, còn bùn hoạt tính dư sẽ được xử lý Bể xử lý hiếu khí có thể xử lý với hiệu suất 90-98% COD [18]

Hình 1.3 Bể xử lý hiếu khí [18]

 Bể sinh học hiếu khí hoạt động gián đoạn theo mẻ (hệ SBR): là dạng công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn của bể tối thiểu là 2 Các giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bể bao gồm: làm đầy nước thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nước thải và xả bùn dư Hệ SBR làm việc không cần bể lắng đợt 2 [5]

Bùn hoạt tính tuần hoàn

Bùn dư Dòng vào

Bể Aeroten

Acid béo Carbohydrates

 So với hệ thống xử lý hiếu khí, hệ thống xử lý kỵ khí có những ưu và nhược điểm sau:

Nhu cầu dinh dưỡng (N, P) cho hệ thống thấp hơn hệ thống xử lý hiếu khí

do sự tăng trưởng và sinh sản của vi sinh vật kỵ khí thấp hơn vi sinh vật hiếu khí

Có khả năng chịu được tải trọng cao: những hệ thống kỵ khí hiện nay có thể

xử lý với hiệu suất từ 85-90% COD với tải trọng hữu cơ đầu vào khoảng 30g COD/L/ngày ở 30oC và 50g COD/L/ngày ở nhiệt độ 40oC với nước thải có nồng độ

chất hữu cơ trung bình [11]

Có khả năng sinh năng lượng có ích (CH4) Mức độ sinh khí methane phụ thuộc vào tốc độ phân hủy COD đầu vào

Bùn kỵ khí có thể bảo quản trong một thời gian dài (hơn 1 năm) mà không cần nuôi dưỡng bằng dưỡng chất Hoạt tính của bùn vẫn giữ nguyên khi bùn được giữ ở nhiệt độ nhỏ hơn 15oC Do đó, có thể sử dụng lượng bùn dư của hệ thống này làm nhân cho hệ thống khác và giảm thời gian vận hành hệ thống

Vốn đầu tư để xây dựng hệ thống xử lý kỵ khí không nhiều

Tốn ít diện tích hơn hệ thống xử lý hiếu khí và thời gian sử dụng dài hơn hệ thống hiếu khí

 Nhược điểm:

Do sự tăng trưởng chậm của vi khuẩn kỵ khí nên giai đoạn khởi động của hệ thống kỵ khí thường mất nhiều thời gian (6-12 tuần)

Bản chất hóa học và vi sinh học của quá trình phân hủy kỵ khí rất phức tạp

Do đó, còn thiếu những chuyên gia có khả năng thiết kế và vận hành hệ thống một cách có hiệu quả nên có nhiều hệ thống đã xây dựng nhưng hiệu suất xử lý thấp

Vi khuẩn tạo khí mêtan có độ nhạy cao với một số chất hóa học nhất định (những chất hydrocarbon có nguồn gốc halogen, một số hợp chất hữu cơ có Nitơ,

CN và ion tự do của kim loại nặng) Trong một số trường hợp những chất này biểu thị độc tính, hoặc làm cản trở sự sinh trưởng, phát triển của những vi khuẩn tạo khí mêtan

Khi xử lý nước thải có hợp chất chứa sunfur, quá trình xử lý kỵ khí thường tạo thành khí H2S với mùi hôi khó chịu Lượng khí này có thể thải ra môi trường cùng dòng thải với những hệ thống xử lý kị khí có thiết kế chưa đạt Đối với những

hệ thống xử lý kỵ khí hoàn chỉnh, luôn kèm theo hệ thống thu hồi khí sinh học, và

xử lý khí H2S trong dòng thải

 Trong hệ thống xử lý nước thải bia, thường áp dụng một trong các công trình xử lý kỵ khí sau:

UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): được sử dụng rộng rãi nhất

trong xử lý nước thải bia

Để tăng cường qúa trình nén bùn cặn, người ta bổ sung thêm hóa chất đông

tụ, khi đó thời gian nén sẽ giảm khoảng 2-3 lần và lượng cặn lơ lửng trong nước bùn giảm theo [6]

Ổn định bùn: nhằm chuyển hoá các chất hữu cơ thành các dạng trơ bằng các quá trình phân huỷ Các công trình tương ứng gồm có: bể phân huỷ bùn hiếu khí, bể phân huỷ bùn kỵ khí, bể lọc kỵ khí…

Điều hoà bùn: sử dụng hoá chất hay nhiệt để tạo điều kiện cho việc tách nước ra khỏi bùn

Tách nước ra khỏi bùn: có thể thực hiện bằng phương pháp phơi bùn, tách nước bằng lọc chân không, lọc ép băng tải liên tục, hay sấy khô bùn

Khử bùn: chuyển đổi các chất rắn thành dạng ổn định bằng phương pháp oxi hoá ướt hay thiêu đốt nhằm làm giảm thể tích của bùn

1.5 Một số mô hình xử lý nước thải bia đang được ứng dụng tại Việt Nam

a Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy bia Sabmiller:

Nhà máy bia Sabmiller tọa lạc tại lô A, khu công nghiệp Mỹ Phước 2, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương Nhà máy có tổng diện tích khuôn viên là 398.475m², trong đó phần diện tích đất sử dụng khoảng 80.000m2

, diện tích khu xử lý nước thải: 2000m2

Hệ thống xử lý nước thải được đưa vào hoạt động vào tháng 1/2007 với lưu lượng thiết kế: 2400m3

/ngày, nguồn thải đạt loại A, TCVN 5945 – 2005

Bảng 1.5: Thông số nước thải nhà máy bia Sabmiller [10]

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải sản xuất của nhà máy bia Sabmiller [10]

b Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy bia Sài Gòn – Củ Chi

Nhà máy bia Sài Gòn – Củ Chi thuộc tổng công ty Sabeco, tọa lạc tại KCN Tây Bắc Củ Chi, có công suất sản xuất đến tháng 12/2008 là 180 triệu lít bia/năm [8]

Thiết bị lược rác thô

Bùn tuần hoàn

Nước sau xử lý đạt TCVN

Aerotank

Bể trung gian

Bể điều hòa

Thiết bị trộn tĩnh

Bể UASB

Cấp khí

Nước tuần hoàn

Hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy được xây dựng với lưu lượng thiết kế đáp ứng xử lý nước thải cho nhà máy trong cả ba giai đoạn sản xuất: Qtb = 4500

m3/ngày Lưu lượng nước thải của nhà máy vào tháng 2/2009 là 2800m3/ngày

Nước thải sau xử lý đạt loại A , TCVN 5945 – 2005

Bảng 1.6 Thông số nước thải nhà máy bia Sài Gòn – Củ Chi [8]

c Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy bia Việt Nam:

Nhà máy bia Việt Nam hoạt động với công suất sản xuất là 150 triệu lít/năm

Hệ thống xử lý nước thải được thiết kế hiện đại và xử lý cho cả nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt [9]

Lưu lượng nước thải hiện tại là 2600m3/ngày, nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại B, TCVN 5945 – 2005 và được xả ra rạch Bàu Cát

Bảng 1.7 Thông số nước thải nhà máy bia Việt Nam [9]

Hố bơm chìm

Bể điều hòa

Bể UASB Aerotank Lắng ly tâm

Hồ cá Sân phơi bùn

Hố gom nước

Bể nén bùn

Khuấy trộn Bể trung hoà

Hoá chất điều chỉnh

pH

Dưỡng khí

Bùn tuần hoàn

Nước hồi lưu

Nước hồi lưu

CHƯƠNG II ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÕNG NGỪA, GIẢM THIỂU Ô

NHIỄM MÔI TRƯỜNG TẠI NHÀ MÁY BIA VIỆT HÀ

2.1 Giới thiệu chung về nhà máy bia Việt Hà tại KCN Tiên Sơn – Bắc Ninh

2.1.1 Khái quát về Khu công nghiệp Tiên Sơn

Tỉnh Bắc Ninh với diện tích khoảng 800km2, dân số gần 1 triệu người, là một tỉnh cửa ngõ phía Bắc của Thủ đô Hà Nội nằm trong tam giác tăng trưởng kinh tế

Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh Bắc Ninh có các hệ thống giao thông thuận lợi như: Quốc lộ 1A nối Hà Nội - Bắc Ninh - Lạng Sơn; đường cao tốc 18 nối sân bay Quốc tế Nội Bài - Bắc Ninh - Hạ Long; Quốc lộ 38 nối Bắc Ninh - Hải Dương - Hải Phòng; trục đường sắt xuyên Việt đi Lạng Sơn và Trung Quốc Mạng lưới đường thuỷ có các sông Cầu, sông Đuống, sông Thái Bình chảy ra biển Đông Đây là những điều kiện thuận lợi để phát triển kinh tế - văn hoá - xã hội và giao lưu với bên ngoài Nhằm phát huy các thế mạnh này, ngày 18/12/1998 Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 1129/QĐ-TTg để thành lập Khu công nghiệp Tiên Sơn và giao cho Tổng công ty thủy tinh và gốm xây dựng Vigracera làm Chủ đầu tư

Khu công nghiệp Tiên Sơn được triển khai đầu tư xây dựng năm 1999 với diện tích 350ha

Trong đó: Giai đoạn I: 134,76 ha và Giai đoạn II: 214,24 ha

Khu công nghiệp Tiên Sơn có vị trí địa lý tự nhiên và hệ thống giao thông cực kỳ ưu thế và thuận tiện cho lưu thông Khu công nghiệp nằm trong tam giác tăng trưởng kinh tế Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh, phía Nam giáp xã Hoàn Sơn

và Quốc lộ 1A mới đi Lạng Sơn, phía Bắc giáp Quốc lộ 1A cũ và tuyến đường sắt quốc gia, phía Đông giáp kênh thoát nước phục vụ nông nghiệp xã Nội Duệ, phía Tây giáp xã Đồng Nguyên và đường tỉnh lộ 295 Từ Khu công nghiệp Tiên Sơn đi theo Quốc lộ 18A về phía Đông đến cảng biển nước sâu Cái Lân, về phía Tây đến sân bay quốc tế Nội Bài

- Cách trung tâm Thủ đô Hà Nội : 22 km

- Cách sân bay quốc tế Nội Bài : 30 km

- Cách cảng biển nước sâu Cái Lân : 120 km

- Cách cảng biển Hải Phòng : 100 km

- Cách cửa khẩu Lạng Sơn : 120 km

Chính phủ và UBND Tỉnh Bắc Ninh đã đặt mục tiêu phấn đấu phát triển KCN Tiên Sơn – khu công nghiệp đầu tiên của tỉnh trở thành khu vực kinh tế động lực, góp phần quan trọng hàng đầu tạo đà cho Bắc Ninh chuyển dịch cơ cấu kinh tế trở thành tỉnh công nghiệp kiểu mẫu

Hình 2.1 Toàn cảnh KCN Tiên Sơn

Với mục tiêu như vậy, KCN Tiên Sơn đặc biệt chú trọng trong quy hoạch và đầu tư xây dựng hệ thống cơ sở hạ tầng đồng bộ và tiên tiến, từ hệ thống giao thông

thuận lợi, cấp điện, cấp thoát nước, thông tin liên lạc hiện đại và hoàn hảo, đến các

hệ thống hạ tầng xã hội và dịch vụ hỗ trợ đa dạng và phong phú, tạo điều kiện tốt nhất và thuận lợi nhất cho các doanh nghiệp sản xuất kinh doanh trong KCN

Hiện nay, trong KCN Tiên Sơn đã có trên 100 doanh nghiệp hoạt động sản xuất, kinh doanh Trong số đó, chủ yếu là các nhà máy sản xuất thực phẩm, điện tử, thiết bị điện, cơ khí, nhựa…

2.1.2 Giới thiệu nhà máy bia Việt Hà

2.1.2.1 Lịch sử phát triển của nhà máy bia Việt Hà

Nhà máy Cổ phần bia và nước giải khát Việt Hà thuộc khu công nghiệp Tiên Sơn - tỉnh Bắc Ninh là sở hữu của các công ty đóng góp cổ phần, bao gồm:

- Công ty sản xuất kinh doanh đầu tư và dịch vụ Việt Hà;

- Liên doanh nhà máy bia Đông Nam Á;

- Ngân hàng Vietcombank;

- Trung tâm dịch vụ và giải trí F&F;

- Công ty đầu tư và xây dựng Việt Hà

Trong đó công ty sản xuất kinh doanh đầu tư và dịch vụ Việt Hà chiếm cổ phần chủ yếu Công ty này có tiền thân là xí nghiệp nước chấm Hà Nội, sau đó xí nghiệp nước chấm đổi tên thành nhà máy thực phẩm Hà Nội nhằm sản xuất đa dạng các sản phẩm như bánh kẹo, mì ăn liền, bột gia vị, bột lọc đường, rượu các loại, pa

tê cà chua và nhất là xuất khẩu nước chấm sang các nước XHCN khác

Khi Liên xô và các nước XHCN Đông Âu sụp đổ, các sản phẩm xuất khẩu sang các nước XHCN đột ngột bị dừng lại, người lao động trong nhà máy lâm vào tình trạng thất nghiệp Được sự giúp đỡ của chính quyền trung ương và thành phố

Hà Nội, đầu tư mua sắm trang thiết bị công nghệ cho nhà máy để sản xuất sản phẩm mang tên HALIDA Quyết định này đã đem lại thành công cho công ty bia Việt Hà ngày nay với sự tăng trưởng liên tục các chỉ tiêu kinh doanh

Bằng sự nỗ lực không ngừng của cán bộ công nhân viên trong công ty, sau 20 năm, công ty đã trở thành doanh nghiệp đa ngành, điều hành nhiều doanh nghiệp khác

nhau như doanh nghiệp nhà nước, công ty liên doanh, công ty cổ phần với nhiều nhãn hiệu nổi tiếng như bia HALIDA, bia Việt Hà, nước khoáng, tinh khiết Opa…

Để có một loại sản phẩm được coi là thương hiệu mạnh có giá trị hàng triệu USD, khi liên doanh với nước ngoài, công ty bia Việt Hà phải liên tục đổi mới, nâng cao chất lượng, mở rộng quy mô sản xuất Ngay khi lực lượng sản xuất đạt 100% công suất ban đầu với 3 triệu lít/năm và có tốc độ tăng trưởng liên tục cao trong 10 năm, công ty đã thành lập liên doanh bia Đông Nam Á và đã đạt được nhiều thành công Từ một sản phẩm duy nhất là bia lon Halida, liên doanh bia Đông Nam Á với công suất 45 triệu lít/năm đã có được nhiều chủng loại đa dạng gồm bia lon, bia chai, bia key với hai thương hiệu quen thuộc với người tiêu dùng Việt Nam

là Carlsberg và HALIDA

Để đáp lại sự yêu mến của người tiêu dùng, tháng 6/2005, công ty đã phân tách với nước giải khát Việt Hà và chính thức được khởi công xây dựng Năm 2007, nhà máy tiến hành nấu mẻ đầu tiên Đến nay, sau 6 năm hoạt động, công ty đã có những bước phát triển nhanh chóng với công suất 150 triệu lít/năm

Hiện nay, nhà máy sử dụng công nghệ chiết chai PET hiện đại và có tự động hóa hoàn toàn, sản phẩm mang nhãn hiệu bia tươi Sản phẩm đã có mặt rộng khắp thị trường và chiếm được nhiều cảm tình của người tiêu dùng, được người tiêu dùng đánh giá cao

2.1.2.2 Quy mô công suất của nhà máy

 Công suất sản xuất:

Nhà máy bia Việt Hà sử dụng dây chuyền công nghệ hiện đại và tự động hóa hoàn toàn với sản phẩm mang nhãn hiệu bia tươi Tổng công suất của nhà máy đạt

Sản phẩm của công ty bia Việt Hà có mặt rộng khắp trên thị trường và chiếm được nhiều cảm tình của người tiêu dùng, được người tiêu dùng đánh giá cao

 Nguồn nước cấp cho sản xuất:

Hiện nay, trong KCN Tiên Sơn đã có 01 trạm cấp nước sạch khai thác từ nguồn nước ngầm trong khu vực với công suất 6500m3/ngày đêm phục vụ cho hoạt động sản xuất của các nhà máy trong KCN [1]

 Nguồn điện: được cấp từ lưới điện quốc gia

Bảng 2.2 Nhu cầu sử dụng nhiên liệu của nhà máy bia Việt Hà [7]

2.2 Công nghệ sản xuất của nhà máy

2.2.1 Các loại nguyên liệu và hóa chất sử dụng của nhà máy

Nhà máy sử dụng nguyên liệu chính để sản xuất bia là malt, gạo và nước Ngoài ra, nhà máy còn sử dụng một số phụ liệu như men bia, hoa houblon và một

số phụ gia để tạo hương vị đặc trưng cho bia

Bảng 2.3 Nhu cầu sử dụng nguyên liệu của nhà máy năm 2013 [7]

2.2.2 Công nghệ sản xuất của nhà máy bia Việt Hà

Hệ thống sản xuất của nhà máy được tự động hóa hoàn toàn và được các nhân viên điều khiển trên máy tính tại phòng điều khiển

Nghiền malt để tăng bề mặt tiếp xúc của nó với nước, làm cho sự thâm nhập của nước vào các thành phần của chất nội nhũ nhanh hơn, quá trình đường hóa và các quá trình thủy phân khác diễn ra triệt để Nhà máy thường sử dụng malt vàng, chiếm 70% nguyên liệu Ngoài ra, nhà máy còn sử dụng thêm gạo, gạo là nguyên liệu thay thế cho sản xuất bia vì gạo có chứa nhiều tinh bột và protit Gạo chiếm 30% nhằm góp phần hạ giá thành sản phẩm mà chất lượng không bị giảm bớt Gạo làm tăng bề mặt tiếp xúc với nước và enzym giúp quá trình chương nở hoà tan tốt hơn bằng việc phá vỡ cấu trúc màng tế bào của tinh bột

Hồ hóa là giai đoạn làm trương nở và hòa tan tinh bột của gạo chủ yếu nhờ nhiệt độ Đồng thời phá vỡ màng tế bào tinh bột, biến tinh bột từ trạng thái chưa hòa tan sang trạng thái hòa tan, tạo điều kiện cho quá trình đường hóa sau này

Nguyên liệu cho 1 mẻ nấu của nhà máy gồm có:

Malt lót: 200kg Gạo: 2000kg Nước: 85m3CaSO4: 7kg Enzim Tecmamyl: 600ml Đường hóa có tác dụng tạo điều kiện thuận lợi cho enzym amylaza, proteaza

có sẵn trong nội nhũ của malt hoạt động phân cắt các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất thấp phân tử hơn, hòa tan vào nước tạo chất triết của dịch đường

Nguyên liệu cho một mẻ nấu đường hóa gồm:

Malt vàng: 3800 kg Nước mashing: 112m3Hexa: 1kg

Caramen: 1300ml CaCl2: 3,5kg Axit photphoric: 3500ml

Sau quá trình đường hóa là lọc tách dịch đường với vỏ và phần nội nhũ không tan của hạt với các chất không mong muốn như kim loại nặng, tamin Quá trình lọc gồm 02 giai đoạn:

- Giai đoạn đầu: lọc dịch đầu, đây là giai đoạn tách dịch lọc ra khỏi bã, trong suốt quá trình lọc bã đóng vai trò là lớp vật liệu lọc

- Giai đoạn sau: Rửa bã sau khi tách dịch ra khỏi bã, trong bã vẫn còn giữ lại một lượng lớn các chất hòa tan, đặc biệt là đường Mục đích của việc rửa bã là thu hồi những chất này

Huoblon hóa để trích ly các chất có trong hoa houblon tạo vị đắng và hương thơm dịu của hoa Tăng độ bền cho sản phẩm bao gồm độ bền sinh học, hóa sinh và keo Ngoài ra còn tăng màu và cô đặc dịch đường Dịch đường sau khi lọc được bơm sang nồi houblon hóa, khi dịch lọc được bơm sang bắt đầu ngập bộ phận gia nhiệt từ từ cho đến khi lọc xong, khi nồi houblon hóa bắt đầu sôi ta bổ sung hoa đắng (7,2 kg hoa viên với bia hơi và 7,5kg đối với bia tươi), 2,5 kg CaC2 Để dịch sôi thêm 45 phút nữa thì bổ sung thêm hoa thơm ở dạng viên (3,4kg đối với bia hơi

và 4kg đối với bia tươi) Trước khi chuyển sang nồi lắng xoáy, bổ sung thêm caramen (900ml đối với bia hơi và 1300ml đối với bia tươi, ngoài ra đối với bia tươi

bổ sung thêm 0,8kg whirlsloc) Lượng hơi cấp vào nhờ hệ thống gia nhiệt trung tâm, nhiệt độ được đưa vào từ đáy nồi qua đường cấp hơi

Thiết bị lắng xoáy cần phải được vệ sinh sạch sẽ, kiểm tra các điều kiện an toàn sau đó mới mở bơm dẫn dịch từ nồi houblon hóa sang, để lắng cặn trong 20 phút Hạ nhiệt độ của dịch đường đến nhiệt độ lên men, đồng thời ức chế sự phát triển và tránh sự nhiễm tạp của vi sinh vật do tạo ra sự thay đổi nhiệt độ đột ngột Đồng thời bão hòa thêm một lượng O2 để cung cấp cho nấm men sinh trưởng, phát triển trong giai đoạn đầu Dịch đường sau khi làm lạnh có nhiệt độ khoảng 16o

C, tiến hành cung cấp O2 đã khử trùng để cho nấm men sử dụng trong quá trình lên men sau này Không khí được nén qua máy nén đến màng lọc Sau đó sang đèn cực tím để sát trùng, lọc vô trùng rồi sục vào dịch đường Từ đó bơm chuyển sang các tank lên men Chất lượng dịch trước khi lên men có độ đường đạt 10 – 13%, pH trong khoảng 5,2 – 5,5