ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------***------------

NGUYỄN TÚ OANH

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ VÀ ĐỀ XUẤT
GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI
NGÀNH SẢN XUẤT BIA

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội, 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------***------------

NGUYỄN TÚ OANH

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ VÀ ĐỀ XUẤT
GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI
NGÀNH SẢN XUẤT BIA

Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Ngô Thị Lan Phƣơng

1.3 Nguồn và đặc trƣng nƣớc thải ngành sản xuất bia. .............................................16
1.3.1 Các nguồn thải từ nhà máy bia:........................................................................16
1.3.2 Thành phần và tính chất nƣớc thải của các nhà máy bia .................................16
1.4 Các biện pháp giảm thiểu nƣớc thải ....................................................................19
1.4.1 Phân luồng dòng thải ........................................................................................19
1.4.2 Xử lý làm mát nƣớc làm lạnh tuần hoàn ..........................................................20
1.4.3 Xử lý nƣớc thải sản xuất ..................................................................................20
1.4.4 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải trong sản xuất bia ......................................22
1.4.5 Xử lý nƣớc thải tại một số nhà máy bia trên thế giới .......................................32
1.5 Đánh giá công nghệ môi trƣờng ..........................................................................35
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................... 38

2.1 Đối tƣợng nghiên cứu..........................................................................................38
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu .....................................................................................38
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 50

3.1 Xử lý nƣớc thải các nhà máy sản xuất bia ..........................................................50
3.1.1 Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Hà Nội - Hải Phòng ...........................................50
3.1.2 Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sài Gòn - Phú Thọ .............................................57
3.1.3 Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Việt Hà ..............................................................64
3.1.4 Xử lý nƣớc thải nhà máy đồ uống NADA - Nam Định ...................................71
3.2 Đánh giá công nghệ xử lý nƣớc thải ...................................................................77


3.2.1 So sánh các hiệu quả xử lý của các nhà máy nghiên cứu ................................77
3.2.2 Công nghệ xử lý nƣớc thải của các nhà máy bia tại Việt Nam ........................84
3.2.3 Tính toán và đề xuất công nghệ xử lý ..............................................................86
3.2.4 Đề xuất một số giải pháp khác .........................................................................97
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ........................................................................................................... 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 100


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Sản lƣợng bia từ năm 2000 - 2012 ...............................................................5
Hình 1.2 Thị trƣờng bia Việt Nam 2010 .....................................................................6
Hình 1.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia .................................................15
Hình 1.4 Hàm lƣợng COD, BOD, SS trong nƣớc thải của một số nhà máy bia .......19
Hình 1.5 Sơ đồ dòng thải của nhà máy bia ...............................................................21
Hình 1.6 Bể UASB ....................................................................................................25
Hình 1.7 Bể SBR ......................................................................................................26
Hình 1.8 Quy trình hoạt động của bể SBR ...............................................................28
Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý xử lý nƣớc thải các cơ sở sản xuất bia có quy mô nhỏ xử
lý nƣớc thải nhỏ ........................................................................................................30
Hình 1.10 Sơ đồ nguyên tắc xử lý nƣớc thải các nhà máy bia có công suất nƣớc thải
nhỏ ............................................................................................................................31
Hình 1.11 Dây chuyền công nghệ nấu bia chung ....................................................32
Hình 1.12 Sơ đồ xử lý nƣớc thải tại nhà máy bia của Úc .........................................33
Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Hà Nội – Hải Phòng ..................................51
Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nƣớc thải bia Hà Nội – Hải Phòng ..............56
Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Sài Gòn – Phú Thọ .....................................58
Hình 3.4 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nƣớc thải bia Sài Gòn – Phú Thọ .................63
Hình 3.5 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Việt Hà ......................................................65
Hình 3.6 Dây chuyền xử lý nƣớc thải của nhà máy bia Việt Hà .............................70
Hình 3.7 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia nhà máy đồ uống NADA ..........................72
Hình 3.8 Dây chuyền xử lý nƣớc thải của nhà máy NADA ....................................76
Hình 3.9 So sánh các chỉ tiêu ô nhiễm nƣớc thải giữa các nhà máy trƣớc xử lý ......78
Hình 3.10 So sánh các chỉ tiêu ô nhiễm sau xử lý giữa các nhà máy .......................80
Hình 3.11 So sánh hiệu quả xử lý chất ô nhiễm của các nhà máy ............................82
Hình 3.12 Sơ đô hệ thống xử lý UASB kết hợp thiết bị lọc dòng ............................88
Hình 3.13 Sơ đồ công nghệ UASB kết hợp bể SBR .................................................90
Hình 3.14 Sơ đồ công nghệ UASB kết hợp hiếu khí aeroten ...................................93


1


cũng nhƣ nguồn nƣớc ngầm của các địa phƣơng. Nƣớc thải không qua xử lý dƣới
tác động của điều kiện môi trƣờng các vi sinh vật phân huỷ gây mùi hôi thối, độ
đục, phú dƣỡng hoá nguồn nƣớc, ô nhiễm hữu cơ, mùi hôi ảnh hƣởng đến hệ thống
cống thoát, hệ sinh thái thuỷ vực, gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận, cảnh quan môi
trƣờng và hệ sinh thái thực vật khu vực. Nƣớc thải bao gồm nhiều loại đƣợc thải ra
từ nhiều công đoạn khác nhau nhƣng chủ yếu là từ các phân xƣởng nấu, đƣờng hoá,
lên men, lọc, chiết bia. Dòng thải còn phát sinh từ nƣớc rửa vệ sinh thiết bị, chai,
sàn nhà, bom, keg. Đây là dòng thải chính cần xử lý triệt để. Chính vì những lý do
trên việc đánh giá hiện trạng hiệu quả hệ thống công nghệ xử lý nƣớc thải của
ngành công nghiệp này là tiền đề cho việc đƣa ra những đề xuất áp dụng công nghệ
xử lý nƣớc thải có hiệu quả cao. Với mục đích trên tôi tiến hành đề tài “Đánh giá
thực trạng công nghệ và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải
ngành sản xuất bia” với mục tiêu và nội dung nghiên cứu gồm:
* Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải sản xuất bia của hệ thống xử lý nƣớc thải
tại một số công ty sản xuất bia làm cơ sở đề xuất công nghệ phù hợp tăng hiệu quả
hoạt động xử lý nƣớc thải.
* Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan chung về ngành công nghiệp bia trên thế giới và Việt Nam.
- Hiện trạng xử lý nƣớc thải của một số nhà máy bia: Hà Nội – Hải Phòng;
Sài Gòn – Phú Thọ; Việt Hà và NADA.
- Đánh giá công nghệ và hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nƣớc thải của các
nhà máy sản xuất bia lựa chọn.
- Đề xuất công nghệ xử lý phù hợp đối với các nhà máy bia.

2

8,6

Châu Âu

54.751.700

28,41

0,2

Châu Mỹ la tinh

31.748.800

16,47

3,1

Khu vực Bắc Mỹ

24.497.317

12,71

-1,5

Châu Phi

11.530.600


3


2011, toàn thế giới sử dụng hết 182,69 tỉ lít bia, tăng 2,4 % so với 2010, đây là mức
tăng trƣởng cao nhất trong 25 năm liên tục.
Euromonitor (công ty nghiên cứu thị trƣờng) dự báo châu Á và châu Phi là
hai thị trƣờng bia có triển vọng cao, sản lƣợng bia có tỉ lệ tăng trƣởng thƣờng niên
khá cao ở mức 3,8% tại châu Á và 4,6% tại châu Phi trong năm 2012 cho đến năm
2016. Nguyên nhân này do đây là những khu vực có dân số đông (chiếm 60% và
14% thế giới), và độ tuổi uống bia 20-40 tuổi chiếm phần đông dân cƣ; hơn nữa
kinh tế tăng trƣởng nhanh, thu nhập bình quân đầu ngƣời liên tục đƣợc cải thiện (tại
Châu Á, GDP đầu ngƣời tăng bình quân 4,4%/năm, gấp đôi mức tăng trung bình
toàn cầu; Châu Phi tăng trƣởng kinh tế nhanh nhất thế giới với lần lƣợt 5,1% và
5,4% trong hai năm 2011 và 2012).
1.1.2 Tổng quan ngành bia Việt Nam
Sản xuất bia tại Việt Nam chiếm tỷ trọng doanh thu lớn nhất trong ngành đồ
uống có cồn, chiếm khoảng 89% giá trị và 97,9% về sản lƣợng. Là ngành sản xuất
công nghiệp nhẹ, lợi nhuận cao. Tính trong năm 2011 doanh thu đạt hơn 60.000 tỷ
đồng.
Theo Euromonitor, quy mô ngành bia Việt Nam năm 2012 ƣớc đạt 4,6 tỷ
USD (chiếm 3,7% GDP), tốc độ bình quân tăng trƣởng là 11-15%. Thu nhập bình
quân đầu ngƣời tăng (gấp 10 lần từ 1994 đến 2012, đạt gần 1.600 USD) và dân số ở
độ tuổi uống bia (20-40 tuổi) đƣợc dự báo tăng 5%/năm. Đây là những nhân tố giúp
ngành bia giữ đƣợc mức tăng trƣởng khá cao.
Việt Nam đứng đầu khu vực Đông Nam Á về mức tiêu thụ bia với gần 2,6 tỉ
lít bia trong năm 2011. Việt Nam cũng là một trong 25 quốc gia tiêu thụ bia mạnh
nhất thế giới. Với sức tiêu thụ này và bình quân tăng trƣởng cao, thị trƣờng bia Việt
Nam còn đƣợc dự báo tiềm năng tăng trƣởng cao hơn nữa, sẽ xếp thứ ba tại châu Á
về sản lƣợng tiêu thụ, chỉ sau Nhật và Trung Quốc. Sức tiêu thụ lớn làm tăng thị
trƣờng cạnh tranh ở Việt Nam xuất hiện của hàng loạt nhãn hiệu bia mới. Chính vì

Sabeco và Habeco.

5


- Doanh nghiệp Liên doanh với các thƣơng hiệu bia quốc tế sản xuất tại Việt
Nam nhƣ: Tiger (Thái), Heineken (Hà Lan), Calsberg (Đan Mạch), Foster's (Úc).
- Các nhà máy bia địa phƣơng nhƣ Huda Huế, Thanh Hóa, Bến Thành…
Thị phần ngành bia không thay đổi nhiều trong thời gian qua là: Sabeco,
Habeco và VBL. Thị trƣờng 3 doanh nghiệp lớn nhất ngành này chiếm tới 83% thị
phần. Tuy nhiên, bia không phải hàng hóa thiết yếu nên các doanh nghiệp vẫn cạnh
tranh quyết liệt trên thị trƣờng tiêu dùng.

Hình 1.2 Thị trƣờng bia Việt Nam 2010
(Nguồn: SSI research và Euromonitor)
Do khác biệt về thị hiếu, công nghệ sản xuất, thu nhập, cách thể hiện đẳng cấp
ngƣời dùng; bia có sự phân khúc sản phẩm và thị phần nhƣ sau:
- Phân khúc bia hơi (chƣa tiệt trùng) chiếm khoảng 43% khối lƣợng tiêu thụ và
30% giá trị tiêu thụ. Habeco là Doanh nghiệp có sản lƣợng tiêu thụ cao nhất tại Hà
Nội và các tỉnh phía Bắc.
- Phân khúc bia tiệt trùng đóng lon hoặc chai chiếm đứng đầu trên thị trƣờng
với mức tiêu thụ 45% về khối lƣợng và 50% về giá trị. Trong đó cao nhất trong thị
trƣờng tiêu thụ là Sabeco, Habeco với dòng sản phẩm bia Sài gòn (xanh, đỏ), Bia
Hà Nội và Nhà máy bia Huế với thƣơng hiệu bia Huda.
- Phân khúc nhỏ nhất là bia cao cấp chiếm 12% về khối lƣợng và 20% về giá trị
tiêu thụ. Đứng đầu là các sản phẩm Tiger, Heineken của VBL, Carlbergs của Nhà

6



Sản phẩm chủ đạo

Công suất
(Tr.lít/Năm)

Khu vực sản xuất

Sabeco

Bia 333, Sài gòn đỏ,
Sài gòn xanh

1600

HCM, Cần Thơ,
Sóc Trăng

Liên doanh nhà
máy bia Việt Nam
(VBL)

Heiniken, Tiger,
Ankor, Foster

Habeco

Bia Hà Nội, bia hơi

400


Halida, Carls berg

Hà Nội, Hải
Dƣơng

Huda, Festival
200
Huế
(Nguồn: Bộ Công thương, Hiệp hội bia rượu Việt Nam)

8


1.2 Quy trình sản xuất bia
1.2.1 Nguyên liệu sản xuất bia
Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon và
nƣớc. Ngoài ra ngƣời ta còn dùng một số nguyên liệu thay thế nhƣ đại mạch chƣa
nảy mầm, gạo, ngô…
* Nƣớc:
Do thành phần chính của bia là nƣớc nên nƣớc là nguyên liệu có ảnh hƣởng
rất quan trọng trong quá trình sản xuất bia. Trong nhà máy bia nƣớc đƣợc sử dụng
với nhiều mục đích khác nhau nên lƣợng nƣớc cấp rất lớn. Nƣớc dùng để nấu bia
không nhiều nhƣng tác động rõ rệt đến chất lƣợng bia. Mặc dù ảnh hƣởng của nó
cũng nhƣ là tác động tƣơng hỗ của các loại khoáng chất hòa tan trong nƣớc đƣợc
sử dụng trong ngành sản xuất bia khá phức tạp. Vì vậy, ngoài việc đáp ứng các quy
định đối với nƣớc uống, nƣớc sản xuất bia còn phải xử lý qua hệ thống RO đảm bảo
một số tiêu chuẩn nghiêm ngặt. Nƣớc nấu bia phải trong suốt, không màu, có vị dễ
chịu, không có mùi lạ và không chứa các vi sinh vật gây bệnh để đem lại sự ổn định
về chất lƣợng và mùi vị của sản phẩm. Một số yêu cầu hóa học của nƣớc nấu bia
nhƣ sau:

1

Tinh bột

58

2

Đƣờng khử

4

3

Sacaroza

5

4

Pentoza hòa tan

1

5

Pentoza không hòa tan

9


10


lƣợng protein. Do đó, trong sản xuất bia, các nhà sản xuất thƣờng chọn loại có độ
trắng đục cao hơn.
* Hoa houblon
Hoa Houblon đƣợc con ngƣời biết đến và đƣa vào sử dụng khoảng 3000 năm
TCN. Đây là nguyên liệu không thể thiếu đƣợc trong sản xuất bia, giúp tạo cho bia
mùi thơm đặc trƣng và vị đắng dễ chịu. Trong sản xuất bia ngƣời ta thƣờng sử dụng
hoa houblon dƣới nhiều dạng khác nhau: dạng tƣơi, cao hoa, hoa viên nhƣng để bảo
quản đƣợc lâu và dễ vận chuyển, houblon đƣợc sấy khô và chế biến thành cao hoa,
hoa viên để tăng thời gian bảo quản và sử dụng.
Giá trị công nghệ sản xuất bia là nhựa houblon, các chất tanin và tinh dầu. Nhựa
hoa houblon tạo nên chất đắng và sát trùng . Tinh dầu houblon là hỗn hợp phức tạp
các hydrat cacbon và chứa nhiều hợp chất chứa oxy dƣới dạng tecpen, góp phần
làm chobia thơm hơn. Ngoài ra, trong hoa houblon còn chứa một số chất khác nhƣ
protein, mỡ, sáp, các hợp chất fiprotein, xenluloza…làm tăng khả năng tạo và giữ
bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm.
* Men:
Men bia là các vi sinh vật có tác dụng lên men đƣờng. Các giống men bia cụ
thể đƣợc lựa chọn để sản xuất các loại bia khác nhau. Men bia sẽ chuyển hóa đƣờng
thu đƣợc từ những hạt ngũ cốc để tạo ra cồn và carbon dioxit (CO2)
1.2.2 Quy trình sản xuất bia
Bia là sản phẩm thực phẩm thuộc loại đồ uống có độ cồn thấp, thu đƣợc bằng
cách lên men bia ở nhiệt độ thấp dịch đƣờng (chế biến từ malt đại mạch và các hạt
giàu tinh bột nhƣ gạo, ngô…) cùng với nƣớc và hoa houblon. Tất cả các loại bia đều
chứa một lƣợng cồn từ 1,8 đến 7% so với thể tích và khoảng 0,3 đến 0,5 % khí CO2
tính theo trọng lƣợng. Đây là hai sản phẩm chính của quá trình lên men bia từ các
loai dịch đƣờng đã đƣợc houblon hóa, đƣợc tiến hành do một số chủng đặc hiệu của
nấm men saccharomyces. Ngoài ra trong bia còn chứa các hợp chất khác, một số là

các nhiệt độ tối ƣu của các enzym để thủy phân nguyên liệu. Đa số các cơ sở sản
xuất bia ở nƣớc ta sử dụng tỉ lệ nguyên liệu 70% malt và 30% gạo. Nguyên liệu
đƣơc nghiền nhỏ sẽ đƣợc hòa trộn với nƣớc ở trong thiết bị đƣờng hóa. Lƣợng nƣớc
phối trộn với bột nghiền phụ thuộc vào chủng loại bia và đặc tính kỹ thuật của hệ
thống thiết bị.

12


+ Trong môi trƣờng giàu nƣớc các hợp chất phân tử sẽ hòa tan vào nƣớc trở
thành chất chiết của dịch đƣờng sau này, các hợp chất cao phân tử nhƣ tinh bột,
protein sẽ bị tác động bởi các nhóm enzyme tƣơng ứng khi nhiệt độ khối dịch đƣợc
nâng đến điểm thích hợp dƣới sự xúc tác của hệ emzym thủy phân các hợp chất cao
phân tử sẽ bị cắt thành sản phẩm thấp phân tử và hòa tan vào nƣớc trở thành chất
chiết của dịch đƣờng.
+ Ở phân đoạn sản xuất dịch đƣờng thƣờng đƣợc bố trí các loại thiết bị chính
sau: thiết bị phối trộn, thiết bị đƣờng hóa, thiết bị lọc, thiết bị đun dịch đƣờng với
hoa houblon, thiết bị tách bã hoa…
- Lọc bã malt: Sau khi đƣờng hóa kết thúc, bao gồm 2 hợp phần: pha rắn và
pha lỏng.
+ Thành phần pha rắn bao gồm các cấu tử không hòa tan của bột nghiền còn
pha lỏng bao gồm nƣớc và các hợp chất phân tử đƣợc trích ly từ malt hoàn tan trong
đó. Pha rắn còn gọi là bã malt còn pha lỏng gọi là dịch đƣờng.
+ Mục đích của quá trình này là tách pha lỏng ra khỏi hỗn hợp để tiếp tục các
bƣớc tiếp theo của quá trình còn pha rắn loại bỏ ra ngoài.
+ Thiết bị lọc bã malt; thùng lọc đáy bằng, máy ép khung bàn…
- Nấu dịch đƣờng với hoa houblon:
+ Mục đích của việc nấu dịch đƣờng với hoa houblon để trích ly chất đắng,
tinh dầu thơm, polyphenol và các thành phần khác của hoa houblon vào dịch đƣờng
để làm nó có vị đắng và hƣơng thơm dịu của hoa – đặc trƣng của bia. Đồng thời làm


14


Bụi, tiếng ồn

Xay nghiền

Malt khô

Ngâm nấu
đƣờng hóa

Phụ liệu

Xử lý

Nƣớc

Hơi nƣớc, nƣớc ngƣng

Lọc trong
Hơi nƣớc
Dịch đƣờng

Hoa houblon

Đun sôi

Không khí


Xuất xƣởng

Bia tƣơi

Rửa khử trùng

Chiết chai, lon

Thanh trùng

Nƣớc thải, bia, chai vỡ

Dán nhãn
Nhãn rách

Hình 1.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia

15


1.3 Nguồn và đặc trƣng nƣớc thải ngành sản xuất bia.
1.3.1 Các nguồn thải từ nhà máy bia:
Công nghệ sản xuất bia sử dụng một lƣợng nƣớc lớn và thải ra một lƣợng
nƣớc thải đáng kể. Lƣợng nƣớc thải lớn gấp 10- 20 lần lƣợng bia thành phẩm. Định
mức sử dụng cho 1000 lít bia thƣờng sẽ là 10 m3(số liệu do cơ sở cung cấp nƣớc
công ty bia Việt Hà). Nƣớc thải của các nhà máy bia chủ yếu đƣợc phát sinh từ hai
nguồn:
- Nƣớc thải sản xuất từ các phân xƣởng trong đó nƣớc đƣợc sử dụng cho
nhiều công đoạn, quá trình khác nhau nhƣ: nƣớc công nghệ (nƣớc nấu nha), làm

cũng nhƣ chế độ cấp nƣớc cho các nhà máy bia mà lƣợng các chất gây ô nhiễm
trong nƣớc biến động. Nhìn chung, đây là môi trƣờng rất tốt cho vi sinh vật phát
triển, kể cả các vi sinh vật gây bệnh. Đặc trƣng của nƣớc thải theo các nguồn thải
chính đƣợc nêu trong bảng 1.4 [21]
Bảng 1.4. Thành phần nƣớc thải một số khâu sản xuất bia
Nguồn

Thành phần ô nhiễm

Đặc trƣng

1. Nấu, đƣờng hóa

Bã malt, gạo

BOD, SS

2. Rửa thiết bị lên men, bể chứa

Bia, Protein, nấm men

BOD

3. Rửa thiết bị lọc

Bia, nấm men, Diatomit

BOD, SS

4. Chiết bia, rửa bom

2400

2000

Tải lƣợngBOD, kg/ngày

3500

14000

5800

3250

BOD, mg/l

800- 1300

1100-1700

1000-2400

1400- 1800

COD, mg/l

1800- 2600 2000-3000

1500-5000


Kết quả phân tích nƣớc thải có quy mô nhỏ đƣợc tổng kết ở bảng 1.6 [5].
Bảng 1.6. Đặc điểm chính của nƣớc thải bia
Đặc trƣng

Khoảng giá trị

pH

6-9,5

SS (mg/l)

150-300

BOD5 (mg/l)

700-1500

COD (mg/l)

850-1950

Tổng Nito (mg/l)

15-45

Tổng Photpho (mg/)l

4,9- 9,0