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



LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU THĂM DO KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI SẢN XUẤT BIA
VŨ TRƯỜNG THÀNH

HÀ NỘI – 2005


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



LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU THĂM DÒ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI SẢN XUẤT BIA
NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

VŨ TRƯỜNG THÀNH

Nguời hướng dẫn khoa học:
PGS- TS Nguyễn Thị Sơn


Trang

M U

6

CHNG 1. TèNH HèNH SN XUT, TIấU TH BIA TRấN TH
GII, KHU VC V TI VIT NAM

8

1.1. Hin trng sn xut v tiờu th bia trờn th gii v trong khu vc

8

1.2. Hin trng sn xut, tiờu th v xu th phỏt trin ngnh bia Vit Nam

13

CHNG 2. TNG QUAN V CễNG NGH SN XUT BIA V
CC VN MễI TRNG

19

Danh mục các ký hiệu viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị

2.1. Công nghệ sản xuất bia


2.3. Tác động của các chất thải đến môi tr-ờng

30

2.3.1. Tác động của chất thải đến môi tr-ờng không khí

30

2.3.2. Tác động của chất thải đến môi tr-ờng đất và n-ớc

31

CHƯƠNG 3. Cơ sở khoa học CủA ph-ơng xử lý pháp

33

sinh học HIU KH n-ớc thải
3.1. Ph-ơng pháp xử lý sinh học hiếu khí

33

3.2. Các yếu tố ảnh h-ởng đến qúa trình xử lý sinh học hiếu khí

36

3.3. Các dạng xử lý hiếu khí

43



4.2.2. Phng ỏn phõn lung dũng thi

66

4.2.3. Kt qu nghiờn cu mt s yu t nh hng

71

1.Tin hnh nghiờn cu ca ti

71

2. nh hng ca COD dũng vo

71

3. nh hng phng thc cp khớ

72

4. nh hng ca hm lng nit

74

5. nh hng ca hm lng photpho

77

CHƯƠNG 5. thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý

Tốc độ chuyển hoá COD

Y

Hệ số tạo sinh khối

COD

Nhu cầu oxy hoá học

BOD

Nhu cầu oxy sinh hoá

SS

Tổng chất rắn lơ lửng

Tk

Tải trọng khối


4

Danh mc cỏc bng
Bng 1.1

Sn lng tiờu th bia bỡnh quõn u ngi trờn th gii nm
1999

Bảng 2.3

Các nguồn thải chính và đặc tính ô nhiễm

Bảng 2.4

Đặc tr-ng n-ớc thải của một số công đoạn

Bng 3.1

Thnh phn hoỏ hc ca t bo vi sinh vt

Bng 3.2

Mt s kim loi cú kh nng c ch hot ng trao i cht ca vi
sinh vt trong nc thi

Bng 4.1

Kt qu phõn tớch cht lng nc thi sn xut ca Cụng ty 2004

Bảng 4. 2

Kết quả phân tích chất l-ợng n-ớc thải sản xuất của Công ty năm 2005

Bng 4.3

nh hng ca hm lng COD dũng vo

Bng 4.4

Sơ đồ hệ thống aerotank thông thường

Hình 3.2

Sơ đồ cấu tạo chung tháp lọc sinh học nhỏ giọt

Hình 3.3

Tháp lọc với vật liệu đệm bằng sỏi

Hình 3.4

Cấu tạo đĩa và hệ thống đĩa lọc sinh học

Hình 3.5

Một số dạng vật liệu lọc

Hình 3.6

Một số dạng phân phối nước cho tháp lọc

Hình 3.7

Hệ thống phân phối nước dạng quay tròn

Hình 3.8

Các phản ứng trên màng sinh học



MỞ ĐẦU
Ngành công nghiệp sản xuất bia đã được hình thành và phát triển từ lâu, ở
Việt Nam cùng xu thế phát triển kinh tế xã hội hiện nay, ngành sản xuất bia ngày
càng đóng góp không nhỏ vào đời sống cũng như nền kinh tế đất nước. Sản
lượng bia tăng liên tục cũng như tỷ trọng của ngành đóng góp vào nền kinh tế
được dự báo sẽ tăng mạnh trong những năm tới. Do đặc thù ngành sản xuất bia là
sử dụng lượng nước sản xuất lớn. Trong đó chỉ một phần nhỏ nước đi vào sản
phẩm, còn lại lượng nước thải rất lớn với hàm lượng chất hữu cơ cao. Nếu lượng
nước thải này đi trực tiếp vào nguồn tiếp nhận sẽ gây ra vấn đề ô nhiễm nặng nề
cho nguồn tiếp nhận.
Trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá sự phát triển mạnh mẽ của
nền công nghiệp đã đặt ra vấn đề môi trường ngày càng được quan tâm sâu sắc,
đảm bảo cho định hướng phát triển bền vững đất nước.
Để đáp ứng những yêu cầu phát triển của xã hội, mặc dù đã có nhiều
nghiên cứu khoa học công nghệ và đã được ứng dụng rộng rãi vào lĩnh vực xử lý
nước thải sản xuất bia tại Việt Nam như hệ thống aerotank đã mang lại hiệu quả
thiết thực. Nhưng với yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt của tiêu chuẩn xả thải vào
nguồn tiếp nhận đặt ra vấn đề phải xử lý triệt để hàm lượng chất hữu cơ trong
nước thải sản xuất bia. Nhằm thực hiện mục tiêu đó, chúng tôi tiến hành thực
hiện đề tài: " Nghiên cứu thăm dò khả năng ứng dụng phương pháp lọc sinh học
trong xử lý nước thải sản xuất bia đạt tiêu chuẩn thải loại B 5945 - 1995".
Nội dung bao gồm:
Mở đầu
Chương 1: Tình hình sản xuất, tiêu thụ bia trên thế giới, khu vực và tại
Việt Nam.


7


cao: 26,9 lít/người trong năm 1998. Do vậy lượng bia nhập khẩu vào nước Ý
tăng cao, đạt 368,1 triệu lít/năm, bia được nhập từ: Đức, Hà Lan, Anh và Đan
Mạch. Tuy nhiên Ý cũng là nước xuất khẩu bia, khoảng 37,3 triệu lít/năm.


9

Bảng 1.1. Sản lượng tiêu thụ bia bình quân đầu người trên thế giới năm 1999 [15]
Thứ tự

Nước

Sản lượng (lít/người/năm)

1

Cộng hòa Séc

160,7

2

Ailen

152,8

3

Đức


97,7

9

Australia

95,0

10

Slovakia

86,4

11

Hà Lan

85,3

12

Mỹ

84,4

13

New Zealand


68,8

19

Canada

68,1

20

Gabon

65,7

21

Bồ Đào Nha

64,3

22

Thụy Điển

59,3

23

Thụy Sỹ


lượng bia Trung Quốc đạt 26 tỷ lít với mức tiêu thụ bình quân đầu người đạt
20,1 lít/người/năm. Ngoài ra thị trường bia Thái Lan cũng phát triển khá mạnh
năm 2003 sản lượng sản xuất bia tại Thái Lan là 1,452 tỷ lít bia với mức tiêu thụ
bình quân đầu người 25 lít/người/năm.


11

Hình 1.1. Xu hướng diễn biến thị trường bia ở các Châu lục [14]
Bên cạnh đó Singapore, Nhật Bản, Đài Loan là những quốc gia có thị
trường bia sôi động đã đóng góp một phần không nhỏ vào xu thế tăng trưởng
chung của khu vực. Hàn Quốc là quốc gia có mức tiêu thụ bia lớn nhất Châu Á
(37lít/người/năm), tiếp theo là Nhật Bản, Thái Lan, Hồng Kông (bảng 1.3).
Các nước Đông Nam Á với một thị trường dân số lớn đã góp phần không
nhỏ vào thị trường tiêu thụ và sản xuất bia ở khu vực Châu Á. Những nước có
nền kinh tế vững mạnh như Thái Lan, Singapore, Philippines…đã sản xuất và
tiêu thụ một lượng bia rất lớn, tăng mức tiêu thụ nội địa. Để thúc đẩy phát triển
sản xuất bia, các quốc gia trong khu vực ASEAN đã có các chính sách mở rộng,
giao lưu, trao đổi thị trường cho nhau làm tăng thêm tính sống động, đa dạng của
thị trường bia khu vực. Theo thống kê năm 2003, Philippines là thị trường tiêu
thụ lớn nhất khu vực với lượng bia tiêu thụ khoảng 1,504 triệu lít/năm, tiếp theo
là Thái lan với mức tiêu thụ là 1,452 triệu lít; đứng thứ ba là Việt Nam đạt mức
tiêu thụ là 1,295 triệu lít và lần lượt là các nước Malaysia (180 triệu lít);
Singapore (115 triệu lít); Indonesia (

40.000

31

38.000

Hàn Quốc

17.753

37

19.580

Philippines

15.040

17

19.500

Thái Lan

14.500

25

19.554


1.806

Hồng Kông

1.470

21

1.584

Indonesia

1.386

1

1.650

Singapore

670

15

784

Lào

711


253

1

375

Mông cổ

100

4

100

Tổng cộng

369.549

12

477.332

Điều đó càng khẳng định thị trường tiêu thụ bia ở khu vực này sẽ nằm ở mức cao
trong tương lai (bảng 1.4).


13

1.2. Hiện trạng sản xuất, tiêu thụ và xu thế phát triển ngành bia Việt Nam:

(triệu lít)

1

Philippines

80,80

77,614

41

1,504

2

Thái Lan

63,22

126,482

30

1,452

3

Việt Nam


115

6

Indonesia

219,17

173,371

26



Bảng 1.4. Tốc độ tăng trưởng bình quân của ngành sản xuất bia ở Việt Nam[13]
Giai đoạn

Tốc độ tăng trưởng bình quân %

1991 – 1992

26,62

1993 – 1994

44,3

1995 – 1996

17

1997 – 1998

10

1998 – 2003

8 – 10

Đến nay cả nước đã có tới 469 cơ sở sản xuất bia với đủ các thành phần
kinh tế tham gia, trong đó bao gồm 2 Công ty quốc doanh Trung ương, 6 Công


16

1500

16

2020

2100

25

Ngoài ra ngành bia còn cố gắng tăng tỷ trọng sản lượng các doanh nghiệp
thuộc ngành này lên 60 - 70 % vào năm 2005 và 77 - 78% vào năm 2010 tập
trung đầu tư các nhà máy có công suất lớn, sản xuất kinh doanh hiệu quả, quản
lý chặt chẽ vệ sinh an toàn thực phẩm, đảm bảo chất lượng và giá thành để được
người tiêu dùng chấp nhận:
Theo quy hoạch, ở phía Nam từ năm 2003 - 2005 đã hoàn tất việc xây
dựng mới một nhà máy bia tại Củ Chi thuộc Tổng công ty Rượu - Bia - Nước


17

giải khát Sài Gòn với công suất 100 triệu lít/năm và có khả năng mở rộng lên
300 triệu lít trong những năm tiếp theo.
+ Ở phía Bắc sau năm 2005 sẽ xây dựng thêm một nhà máy bia thuộc tổng
công ty bia Hà Nội với công suất 100 triệu lít/năm và có khả năng mở rộng 200
triệu lít/năm trong những năm tiếp theo.
+ Đối với doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài: Thực hiện đúng giấy
phép đầu tư, tập trung khai thác đủ công suất thiết kế đã phê duyệt. Trong những
năm tới, chưa xem xét việc cấp giấy phép thành lập liên doanh mới hoặc tăng
năng suất của cơ sở hiện có (bảng 1.6).

+ Các nhà máy khác

100

150

2. Liên doanh và 100% vốn nước ngoài

350

400

3. Địa phương và các thành phần kinh tế khác:

300

320

+ Địa phương

200

270

+Các thành phần kinh tế khác

100

50


nicotic),... Hầu hết các chất hoà tan trong bia đều có ích và có thể sử dụng trực
tiếp cho cơ thể. Trung bình 1lít bia có thể cung cấp khoảng 428 kcal.
2.1.1. Nguyên liệu chính trong sản xuất bia:
Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính gồm: Malt (đại mạch nảy
mầm), gạo tẻ, hoa houblon, nước, nấm men. Hiện nay, nguyên liệu chính để sản
xuất bia là malt và hoa houblon đều phải nhập từ nước ngoài.
1. Malt (đại mạch nẩy mầm):


20

Malt đại mạch là nguyên liệu chính trong sản xuất bia. Đó là các hạt đại
mạch được nảy mầm trong những điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp. Trong
quá trình nảy mầm, một lượng lớn các enzym hình thành và tích tụ trong hạt đại
mạch, trong đó chủ yếu là nhóm enzym amylaza, enzym proteaza và pectinaza.
Các enzym trong malt là tác nhân chuyển hoá các hợp chất gluxit, protein trong
malt thành các loại đường, các peptit, axit amin tự do, và các hợp chất hữu cơ
khác, ... trong đó pectin, đường được sử dụng để lên men etanol.
Malt có hàm ẩm 4 - 5% và 76% độ hòa tan. Thành phần hoá học chủ yếu
là tinh bột (khoảng 58%) và protein (10%) (bảng 2.1).
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của malt và gạo tẻ [7]
Thành phần

malt

gạo tẻ

Hàm ẩm
Độ hòa tan
Tinh bột

2. Hoa houblon:
Hoa houblon chứa các chất thơm, các chất có vị đắng đặc trưng, có tác
dụng làm cho bia có vị đắng dễ chịu, có hương thơm, giúp bọt lâu tan và bền khi


21

được bảo quản. Thành phần hoá học của hoa houblon chủ yếu là các glycozit
(chất đắng: 15 - 21%) và các hợp chất protein (15 - 21%) (bảng 2.2).
Bảng 2.2. Thành phần hóa học của hoa houblon [7]
Thành phần
Nước
Chất đắng
Polyphenol
Chất khoáng
Protein
Tinh dầu thơm
Xenluloza
Các hợp chất khác

Tỷ lệ % trong hoa houblon
11 - 13
15 - 21
2,5 - 6
5-8
15 - 21
0,3 - 1
12 - 14
26 - 28


chất của nấm men chính là quá trình chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm,
quá trình chuyển hóa này lại gắn liền với sự tham gia của các enzym trong tế bào
nấm men, do đó việc nuôi cấy để thu được canh trường nấm men có hoạt lực cao
và thuần khiết là một khâu kỹ thuật hết sức quan trọng. Chủng nấm men thường
được dùng trong sản xuất bia là nấm men Saccharomyces ellípsodes và
Saccharomyces carlsbergensis. Chúng là những nấm men lên men ở nhiệt độ
thấp, có khả năng kết dính tế bào thành chùm và lắng ở đáy thiết bị, thuận lợi
cho việc tách sinh khối nấm men, làm trong bia và có thể dùng làm men giống
cho các đợt sản xuất tiếp theo [3]. Yêu cầu nấm men bia sử dụng để lên men phải
có độ thuần khiết cao, không bị nhiễm, tỷ lệ chết < 3%. Canh trường nấm men
phải trẻ (số lượng tế bào nảy chồi > 75%) số lượng tế bào phải đạt 100 - 120.106
tế bào/ml.
2.1.2. Công nghệ sản xuất bia:
Công nghệ sản xuất bia được mô tả ở hình 2.1 bao gồm 4 giai đoạn chính
sau:
1.

Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu - hồ hoá.

2.

Giai đoạn đường hoá và nấu hoa.

3.

Giai đoạn lên men, bao gồm lên men chính và lên men phụ.

4.

Giai đoạn lọc trong bia và chiết bia.