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

1.1.1

Tổng quan ngành công nghiệp bia trên thế giới ................

1.1.2

Tổng quan ngành bia Việt Nam ........................................

1.2

Quy trình sản xuất bia ..............................................................................

1.2.1

Nguyên liệu sản xuất bia ...................................................

1.2.2

Quy trình sản xuất bia .....................................................

1.3

Nguồn và đặc trƣng nƣớc thải ngành sản xuất bia. .................................

1.3.1

Các nguồn thải từ nhà máy bia:........................................

1.3.2


CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................

2.1

Đối tƣợng nghiên cứu.............................................................................

2.2

Phƣơng pháp nghiên cứu .........................................................................

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .....................................................

3.1

Xử lý nƣớc thải các nhà máy sản xuất bia .............................................

3.1.1

Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Hà Nội - Hải Phòng ..........

3.1.2

Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sài Gòn - Phú Thọ ............

3.1.3

Xử lý nƣớc thải nhà máy bia Việt Hà .............................

3.1.4 Xử lý nƣớc thải nhà máy đồ uống NADA - Nam Định ...................................
3.2


Thành phần đặc trƣng củ

Bảng 3.1 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy bia Hà Nội - Hải Phòng
trƣớc xử lý .................................................................................................................
Bảng 3.2. Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải nhà máy bia Hà Nội – Hải Phòng sau

xử lý ...........................................................................................................................
Bảng 3.3. Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Sài Gòn - Phú Thọ ...................
Bảng 3.4 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Sài Gòn - Phú Thọ ...................
Bảng 3.5 Thành phần đặc trƣng của nƣớc thải bia Việt Hà trƣớc xử lý ...................
Bảng 3.6

Thành phần đặc trƣng củ

Bảng 3.7

Thành phần đặc trƣng củ

Bảng 3.8

Thành phần đặc trƣng củ

Bảng 3.9 So sánh hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm giữa công nghệ xử lý của các nhà
máy ............................................................................................................................
Bảng 3.10 Một số tính chất của nƣớc thải tại các nhà máy bia với công suất nƣớc
3

thải dƣới 100 đến 300 m /ngày ................................................................................
Bảng 3.11 Các chỉ tiêu thiết kế hệ aeroten hoạt động gián đoạn (SBR) ...................

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


MỞ ĐẦU
Bia là loại nƣớc giải khát đang đƣợc ƣa chuộng hiện nay với giá trị dinh
dƣỡng cao và phù hợp với rất nhiều đối tƣợng khách hàng, vì vậy ngành công
nghiệp bia đã trở thành ngành công nghiệp rất phát triển ở nhiều nƣớc trên thế giới.
Bia đƣợc sản xuất tại Việt Nam cách đây trên 100 năm tại nhà máy bia Sài Gòn và
nhà máy bia Hà Nội. Hiện nay do nhu cầu của thị trƣờng, chỉ trong một thời gian
ngắn, ngành sản xuất bia có những bƣớc phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tƣ
và mở rộng các nhà máy bia có từ trƣớc và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc
trung ƣơng và địa phƣơng, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nƣớc ngoài.
Công nghiệp sản xuất bia đang là ngành tạo ra nguồn thu lớn cho ngân sách nhà
nƣớc và có hiệu quả kinh tế, vì vậy trong mấy năm qua sản xuất bia đã có những
bƣớc phát triển khá nhanh. Do mức sống tăng, mức tiêu dùng bia ngày càng cao.
Các cơ sở sản xuất trong nƣớc ngày càng tăng nhanh theo thống kê nƣớc ta có
khoảng 350 cơ sở sản xuất bia. Tổng lƣợng bia sản xuất của nƣớc ta năm 2010
khoảng 2,59 tỷ lít/năm, năm 2011 khoảng hơn 2,63 tỷ lít/năm. Bình quân lƣợng bia
tăng 11 - 15% mỗi năm [1].
Công nghiệp sản xuất bia tạo nên một lƣợng lớn nƣớc thải xả vào môi
trƣờng. Hiện nay lƣợng nƣớc thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia là 8-14 lít
nƣớc thải/ lít bia, phụ thuộc vào công nghệ và các loại bia sản xuất. Đặc tính của
nƣớc thải công nghiệp bia là có chứa nhiều chất hữu cơ dễ chuyển hóa sinh học với
tỷ lệ BOD và COD khá cao (BOD = 2000 - 3000 mg/l, COD = 4000 - 5000 mg/l),
hàm lƣợng nitơ, photpho, cũng nhƣ các chất rắn lơ lửng cao, chủ yếu là các hợp
chất gluxit, protein, axit hữu cơ và các chất phụ gia. Vì vậy các loại nƣớc thải này
cần phải xử lý trƣớc khi xả ra nguồn nƣớc tiếp nhận (Trích dẫn ĐTM nhà máy Việt
Hà). Hiện nay các cơ cở sản xuất bia phân bố trên khắp cả nƣớc trừ một số công ty
sản xuất với số lƣợng lớn có đầu tƣ hệ thống xử lý nƣớc thải, hầu hết các cơ sở nhỏ


nhà máy sản xuất bia lựa chọn.
- Đề xuất công nghệ xử lý phù hợp đối với các nhà máy bia.

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA
1.1 Tổng quan ngành công nghiệp bia
1.1.1 Tổng quan ngành công nghiệp bia trên thế giới
Bia (beer) là đồ uống có rƣợu nhẹ đƣợc chế biến chủ yếu từ đại mạch nảy
mầm (thóc malt), hoa bia (houblon), nguyên liệu phụ là gạo, ngô và nƣớc. Bia là
ngành có lợi nhuận cao nên trở thành ngành công nghiệp tiêu dùng quan trọng,có
mức tăng trƣởng cao. Ngày nay không nƣớc nào trên thế giới là không sản xuất
hoặc tiêu thụ bia. Bia không phải là hàng hóa thiết yếu, nhu cầu tiêu thụ bia phụ
thuộc nhiều vào khả năng kinh tế, thị hiếu tiêu dùng. Trong giai đoạn hiện nay,
khủng hoảng kinh tế làm cho lƣợng doanh số từ bia trên thị trƣờng thế giới đều
giảm.
Trong thập kỷ qua sản lƣợng bia thế giới tăng khoảng 35,6%. Các nƣớc có
sản lƣợng lớn là Trung Quốc, Nga và Brazil. Việt Nam, Ukraina và Trung Quốc có
mức tăng trƣởng cao trong mƣời năm qua, lần lƣợt là 240,4%; 132,9% và 118%.
Năm 2011, sản lƣợng bia thế giới đạt 192.710 triệu lít, tăng 3,7% so với 2010.
Bảng 1.1: Sản lƣợng bia khu vực năm 2011
Khu vực
Châu Á
Châu Âu
Châu Mỹ la tinh
Khu vực Bắc Mỹ
Châu Phi
Còn lại

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
vậy, từ nhiều năm nay, dù đã có nhiều thƣơng hiệu thất bại, nhƣng các hãng bia
nƣớc ngoài vẫn tiếp tục đầu tƣ vào thị trƣờng bia Việt Nam.

4


Việt Nam đứng thứ 13 trên thế giới về sản xuất bia, với tổng sản lƣợng bia năm
2011 là 2,63 tỷ lít và năm 2010 là 2,59 tỷ lít; và là quốc gia có mức tăng trƣởng cao về
sản lƣợng trong mƣời năm qua là 240,4,%. Với 350 cơ sở sản xuất bia, tập trung
quanh khu vực các thành phố lớn; bia Việt nam có khả năng đáp ứng đủ nhu cầu trong
nƣớc. Ba doanh nghiệp lớn nhất trong thị trƣờng bia Việt Nam là Sabeco, VBL (bia
liên doanh Việt Nam - Vietnam Brewery Limited) và Habeco. Đứng đầu về thị phần là
Sabeco (47,5%), sau đó là VBL (18,2%) và Habeco (17,3%).

Theo thống kê năm 2012 sản lƣợng bia trên thị trƣờng Việt Nam đƣợc thể hiện
ở biểu đồ 1.1

Hình 1.1 Sản lƣợng bia từ năm 2000 - 2012
Thị trƣờng bia theo 3 phân khúc: Bia hơi giá bình dân; Bia chai, bia
lon với mức giá trung bình; Bia cao cấp với các dòng bia cao cấp và ngoại nhập;
Sabeco đang dẫn dầu dòng bia phổ thông và chiếm 35% lƣợng bia bán ra trên toàn
thị trƣờng; VBL nắm giữ 70% thị trƣờng bia cao cấp với mặt hàng nổi bật
Heineken và Tiger.

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


máy Bia Đông Nam Á, ngoài ra còn có các thƣơng hiệu Việt là Sài Gòn Đỏ và 333
của Sabeco. Trong đó phân khúc Trung và Cao cấp cạnh tranh khá gay gắt, Sabeco
đứng cao nhất thị trƣờng chiếm 31% thị phần với các dòng sản phẩm bia hạng
trung và sản phẩm cao cấp; Bia liên doanh VBL chiếm 20% với các dòng sản phẩm
bia cao cấp; tiếp theo là Bia Hà Nôi chiếm 10%.
10 loại bia được tiêu thụ cao nhất thị trường hiện nay

(Nguồn: Nghiên cứu thị trường công ty bia Sabeco)
Bên cạnh sự cạnh tranh của các doanh nghiệp trong nƣớc thị phần bia nƣớc
ngoài cũng đẩy mạnh xâm nhập thị trƣờng Việt Nam. Kể từ sau khi hội nhập và mở
cửa (năm 1991), Đầu tƣ nƣớc ngoài tăng cƣờng ở Việt Nam; rất nhiều thƣơng hiệu
bia nổi tiếng thế giới từ Bỉ, Đức, Mỹ, Mexico, Hà Lan, Nga, Séc…đã vào thị trƣờng
nhƣ: Heineken, Fosters, Tiger, Larger, Larue, BGI… Sự xuất hiện ngày càng nhiều
của các dòng bia ngoại đã đẩy cuộc cạnh tranh trong ngành bia ngày càng gay gắt
hơn. Hiện nay các nhà đầu tƣ nƣớc ngoài đã đƣợc phép sở hữu 100% doanh

7

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:
- Độ cứng toàn phần: 5-6 mg- dlg/l
- pH= 6,8- 7,3
- COD theo KMnO4 ≤ 2 mg/l
- TLS < 600 mg/l
- Hàm lƣợng sắt: không quá 0,3 mg/l
- Hàm lƣợng mangan: không quá 0,2 mg/l
- Hàm lƣợng nitrat: không quá 10 mg/l
- Trong nƣớc nấu bia không có xianua, thủy ngân, bari, crom, photphat,

nitric...[13]

Sacaroza

4

Pentoza hòa tan

5

Pentoza không hòa tan

6

Xenluloza

7

Chất chứa nito

8

Chất béo
Ngoài ra, còn chứa một số chất khác nhƣ chất màu, chất đắng, chất thơm…

Trong malt có chứa các enzym thủy phân nhƣ: a-amylaza, b-proteinaza, peptidaza,
fitaza, amylofotfataza.
* Gạo:
Để sản xuất bia có thể lựa chọn các nguyên liệu khác để sử dụng cùng Malt
nhƣng ở Việt Nam các cơ sở thƣờng sử dụng là gạo. Đây là loại hạt có hàm lƣợng tinh
bột khác cao có thể đƣợc sử dụng sản xuất đƣợc các loại bia có chất lƣợng hảo hạng.
Gạo đƣợc đƣa vào chế biến dƣới dạng bột nghiền mịn dễ tan trong quá trình hồ hóa,

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 CO 2 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 sản phẩm phụ
của quá trình lên men, một số là sản phẩm của quá trình tƣơng tác hóa học, phần còn
lại là những cấu tử, hợp phần của dịch đƣờng không bị biến đổi

11


trong suốt quá trình công nghê, tất cả những cấu tử này tùy vào mức độ và vai trò
đề trực tiếp tham gia vào việc định hình hƣơng vị và nhiều chỉ tiêu chất lƣợng của
bia thành phẩm. Với hƣơng thơm đặc trƣng và vị đắng dịu của hoa houblon, các
chất khoáng, chất tạo hƣơng… ở tỷ lệ cân đối đã tạo cho bia một hƣơng vị đậm đà
mà không hề thấy ở các sản phẩm khác. Nhân tố tạo ra tính độc đáo của bia trƣớc
hết là do đặc tính của nguyên liệu đầu vào và tính chất của quá trình công nghệ.
Công nghệ sản xuất bia là quá trình phức tạp dù đƣợc thực hiện thủ công hay
tự động hóa thì đều phải trải qua các giai đoạn sau:
- Chế biến dịch đƣờng, houblon hóa.
- Lên men chính để chuyển hóa dịch đƣờng thành bia non.
- Lên men phụ và tang trữ bia non thành bia tiêu chuẩn.
- Lọc trong bia, đóng bao bì, hoàn thiện sản phẩm…[13]

Thuyết minh công nghệ:
* Sản xuất dịch đường houblon hóa
- Làm sạch, đánh bóng và nghiền malt.

Malt đƣợc rửa sạch vài lần rồi mới đƣa vào máy xay để nghiền nhỏ. Mục
đích chính của việc nghiền là để tăng mặt tiếp xúc với nƣớc tạo điều kiện để tăng

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 ổn định thành phần dịch đƣờng, làm mất hoạt lực của enzym.
+ Polyphenol khi hòa tan vào dịch đƣờng ở nhiệt độ cao sẽ tác dụng với các

hợp chất protein tạo thành các phức chất màng nhầy dễ kết lắng sẽ kéo theo các
phần tử cặn lắng theo.
+ Trƣờng độ đun sôi với hoa phụ thuộc chất lƣợng nguyên liệu, cƣờng độ

đun, nồng độ chất hòa tan… và nằm trong khoảng từ 1,5 đến 2,5 giờ.
- Làm lạnh và tác cặn dịch đƣờng:

13


Dịch đƣờng: bao gồm nƣớc và các cấu tử hòa tan, chất chiết: cấu tử hòa tan
chứa 93% chất hữu cơ và 7% chất vô cơ.
* Lên men chính, lên men phụ và tàng trữ bia:

Lên men là giai đoạn quyết đinh để chuyển hóa dịch đƣờng houblon hóa


Không khí

Nén

Xử lý

Chai, lon

Lên men chính
Rửa khử trùng


Chiết chai, lonNƣớc thải, bia, chai vỡ

Hình 1.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia

15