San xuat Bia

Áp dụng sản xuất nhà máy bia GVHD: PGS.TS Lê Thanh Hải ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH VIỆN MƠI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUN BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÔN NGĂN NGỪA Ô NHIỄM KCN ĐỀ TÀI: ÁP DỤNG SẢN XUẤT SẠCH HƠN TRONG NHÀ MÁY BIA GVHD: TS.GVC LÊ THANH HẢI Báo cáo chuyên đề mơn học Ngăn Ngừa Ơ Nhiễm KCN i Áp dụng sản xuất nhà máy bia GVHD: TS Lê Thanh Hải TP.HCM, tháng 07/2010 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG SẢN XUẤT BIA 1.1 CÁC CƠNG ĐOẠN SẢN XUẤT CHÍNH 1.1.1 Chuẩn bị 1.1.2 Nấu 1.1.3 Lên men 1.1.4 Lọc bia hoàn thiện sản phẩm .3 1.1.5 Đóng chai, lon, keg trùng sản phẩm 1.2 CÁC BỘ PHẬN PHỤ TRỢ 1.2.1 Các trình vệ sinh 1.2.2 Quá trình cung cấp 1.2.3 Quá trình cung cấp lạnh cho sản xuất 1.2.4 Q trình cung cấp khí nén 1.2.5 Quá trình thu hồi sử dụng CO2 CHƯƠNG 2: SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG .6 2.1 TIÊU THỤ NGUYÊN, NHIÊN LIỆU 2.1.1 Malt nguyên liệu thay 2.1.1.1 Bã hèm 2.1.1.2 Nước rửa bã 2.1.1.3 Cặn nóng 2.1.1.4 Nấm men 2.1.1.5 Hao phí bia 2.1.2 Tiêu thụ nhiệt 2.1.3 Tiêu thụ nước 2.1.4 Tiêu thụ điện 2.1.5 Các nguyên liệu phụ .9 2.2 CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG 10 2.2.1 Nước thải 11 2.2.2 Khí thải 11 2.2.3 Chất thải rắn 12 2.3 TIỂM NĂNG CỦA SẢN XUẤT SẠCH HƠN 12 CHƯƠNG 3: 14 CƠ HỘI SẢN XUẤT SẠCH HƠN .14 3.1 CÁC CƠ HỘI SẢN XUẤT SẠCH HƠN LIÊN QUAN ĐẾN KHU VỰC NHÀ NẤU 14 3.1.1 Lựa chọn thiết bị nghiền lọc 14 3.1.2 Thu hồi dịch nha loãng 14 3.1.3 Tách dịch nha khỏi cặn lắng nóng 14 3.1.4 Thu hồi từ nồi nấu hoa 15 3.2 CƠ HỘI SXSH TẠI KHU VỰC LÊN MEN, HOÀN THIỆN SẢN PHẨM 15 3.2.1 Thu hồi nấm men 15 3.2.2 Thu hồi bia tổn thất theo nấm men .16 3.2.3 Giảm tiêu hao bột trợ lọc 16 3.2.4 Giảm thiểu lượng bia dư .17 3.2.5 Áp dụng hệ thống làm lạnh tầng 17 3.2.6 Áp dụng công nghệ lên men nồng độ cao, giảm mức tiêu hao lượng 17 3.2.7 Ứng dụng công nghệ (bao gồm sử dụng enzyme) để rút ngắn thời gian sản suất, tăng hiệu suất 18 3.3 CÁC CƠ HỘI SXSH LIÊN QUAN ĐẾN KHU VỰC CHIẾT CHAI 18 3.3.1 Tiết kiệm nước rửa chai, két 18 3.3.2 Thiết bị trùng kiểu nen 18 3.4 CÁC CƠ HỘI SXSH LIÊN QUAN ĐẾN BỘ PHẬN PHỤ TRỢ 19 Báo cáo chuyên đề môn học Ngăn Ngừa Ô Nhiễm KCN ii Áp dụng sản xuất nhà máy bia GVHD: TS Lê Thanh Hải 3.4.1 Thu hồi nước làm mát từ trình lạnh nhanh 19 3.4.2 Thu hồi nước ngưng 19 3.4.3 Bảo ôn 20 3.4.4 Tiết kiệm nước hóa chất vệ sinh .20 3.4.5 Tiết kiệm điện 20 3.4.6 Duy trì bảo trì .21 3.4.7 Tránh rị rỉ khí nén 21 3.4.8 Kiểm soát nhiệt độ bốc hệ thống máy lạnh 21 3.4.9 Giảm áp máy nén khí 21 3.4.10 Thu hồi nhiệt từ hệ máy nén 22 3.4.11 Lắp đặt thiết bị làm nóng nước cấp cho nồi 22 3.4.12 Sử dụng hóa chất diệt khuẩn thân thiện mơi trường để khử trùng thiết bị thay dùng nóng 22 3.4.13 Kết hợp cung cấp nhiệt phát điện (CHP) .22 CHƯƠNG 4: 23 THỰC HIỆN SẢN XUẤT SẠCH HƠN 23 4.1 BƯỚC 1: KHỞI ĐỘNG 23 4.1.1 Nhiệm vụ 1: Thành lập nhóm đánh giá SXSH 23 4.1.2 Nhiệm vụ 2: Phân tích cơng đoạn xác định lãng phí 26 4.2 BƯỚC 2: PHÂN TÍCH CÁC CÔNG ĐOẠN SẢN XUẤT 28 4.2.1 Nhiệm vụ 3: Chuẩn bị sơ đồ dây chuyền sản xuất 28 4.2.2 Nhiệm vụ 4: Cân vật liệu .30 4.2.3 Nhiệm vụ 5: Xác định chi phí dịng thải 31 4.2.4 Nhiệm vụ 6: Xác định nguyên nhân dòng thải 34 4.3 BƯỚC 3: ĐỂ RA CƠ HỘI SẢN XUẤT SẠCH HƠN 35 4.3.1 Nhiệm vụ 7: Đề xuất hội SXSH 35 4.3.2 Nhiệm vụ 8: Lựa chọn hội thực .37 4.4 BƯỚC 4: LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP SXSH 37 4.4.1 Nhiệm vụ 9: Phân tích tính khả thi kỹ thuật .38 4.4.2 Nhiệm vụ 10: Phân tích tính khả thi mặt kinh tế 38 4.4.3 Nhiệm vụ 11: Đánh giá ảnh hưởng đến môi trường .39 4.4.4 Nhiệm vụ 12: Lựa chọn giải pháp thực 40 4.5 BƯỚC 5: THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP SXSH 40 4.5.1 Nhiệm vụ 13: Chuẩn bị thực 41 4.5.2 Nhiệm vụ 14: Thực giải pháp 41 4.5.3 Nhiệm vụ 15: Quan trắc đánh giá kết 41 4.6 BƯỚC 6: DUY TRÌ SXSH 42 CHƯƠNG 5: 44 CÁC YẾU TỐ CẢN TRỞ VÀ HỖ TRỢ SẢN XUẤT SẠCH HƠN BỀN VỮNG .44 5.1 CÁC YẾU TỐ CẢN TRỞ 5.2 CÁC YẾU TỐ HỖ TRỢ THỰC HIỆN THÀNH CÔNG SXSH 44 44 CHƯƠNG 6: 45 VỊ TRÍ CỦA SẢN XUẤT SẠCH HƠN TRONG CHIẾN LƯỢC BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 45 6.1 SẢN XUẤT SẠCH HƠN VÀ XỬ LÝ CUỐI ĐƯỜNG ỐNG 6.2 SẢN XUẤT SẠCH HƠN, LCA VÀ ISO 14000 6.3 SẢN XUẤT SẠCH HƠN VÀ SINH THÁI CÔNG NGHIỆP 45 46 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 Báo cáo chuyên đề môn học Ngăn Ngừa Ô Nhiễm KCN Áp dụng sản xuất nhà máy bia GVHD: TS Lê Thanh Hải DANH MỤC BẢNG BẢNG 2.1: TIÊU HAO TÀI NGUYÊN TRONG MỘT SỐ NHÀ MÁY BIA .6 BẢNG 2.2: CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG TRONG KHU VỰC SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY BIA 10 BẢNG 2.3: TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI TỪ SẢN XUẤT BIA 11 BẢNG 2.4: TẢI LƯỢNG CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI SẢN XUẤT BIA 11 BẢNG 2.5: NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ TỪ NỒI HƠI 12 BẢNG 2.6: LƯỢNG CHẤT THẢI RẮN PHÁT SINH KHI SẢN XUẤT HECTOLÍT BIA 12 BẢNG 2.7: ƯỚC TÍNH TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM CÓ THỂ ĐẠT ĐƯỢC TỪ VIỆC ÁP DỤNG SẢN XUẤT SẠCH HƠN TẠI CÁC NHÀ MÁY BIA VIỆT NAM .13 Báo cáo chuyên đề môn học Ngăn Ngừa Ô Nhiễm KCN iv Áp dụng sản xuất nhà máy bia GVHD: TS Lê Thanh Hải DANH MỤC HÌNH HÌNH 1.1: SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA HÌNH 2.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT TRÊN 100 LÍT BIA CỦA MỘT NHÀ MÁY BIA TIÊU THỤ ÍT ĐIỆN VÀ NƯỚC HÌNH 6.1: THỨ TỰ ƯU TIÊN TRONG CHIẾN LƯỢC QUẢN LÝ CHẤT THẢI 45 Báo cáo chun đề mơn học Ngăn Ngừa Ơ Nhiễm KCN Áp dụng sản xuất nhà máy bia GVHD: PGS.TS Lê Thanh Hải Chương 1: CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG SẢN XUẤT BIA Chương cung cấp thơng tin tình hình sản xuất bia Việt nam, xu hướng phát triển thị trường, thơng tin quy trình sản xuất 1.1 Các Cơng Đoạn Sản Xuất Chính Các cơng đoạn sản xuất bia thể hình với nguyên liệu đầuMalt vào phát thải kèm Gạo CHUẨN BỊ Điện - Đường Nước Hoa Houplon Điện Hơi NẤU - - Điện - - Vỏ chai, lon, keg Nhãn mác Điện Làm lạnh Lên men Lên men phụ HỒN THIỆN Bộ trợ lọc Điện Hồ hóa, đường hóa Lọc dịch đường Nấu hoa Lắng nóng LÊN MEN Men CO2 Nghiền - Lọc bia Ổn định, bão hịa CO2 Pha bia Lọc vơ trùng ĐĨNG CHAI, LON, KEG VÀ THANH TRÙNG Bụi Tiếng ồn Nước thải Bã hèm Nhiệt Mùi Men Khí CO2 Nước thải Nước thải Bộ trợ lọc Men Nước thải Chai vỡ Nhãn mác hỏng Hình 1.1: Sơ đồ cơng nghệ sản xuất bia Báo cáo chuyên đề môn học Ngăn Ngừa Ô Nhiễm KCN Áp dụng sản xuất nhà máy bia GVHD: TS Lê Thanh Hải 1.1.1 Chuẩn bị Malt gạo (gọi tắt nguyên liệu) đưa đến phận nghiền nguyên liệu thành mảnh nhỏ, sau chuyển sang nồi nấu để tạo điều kiện cho q trình chuyển hóa ngun liệu trích ly tối đa chất hồ tan nguyên liệu Các nhà sản xuất bia thường sử dụng thiết bị nghiền khô nghiền ướt 1.1.2 Nấu Q trình nấu gồm cơng đoạn: • Hồ hóa đường hóa: nguyên liệu sau xay nghiền chuyển tới thiết bị hồ hóa đường hóa cách điều chỉnh hỗn hợp nhiệt độ khác Hệ enzyme thích hợp chuyển hóa chất dự trữ có ngun liệu thành dạng hịa tan dịch: enzyme thủy phân tinh bột tạo thành đường, thủy phân chất protein thành axít amin chất hồ tan khác sau đưa qua lọc hèm để tách đường chất hoà tan khỏi bã bia • Lọc dịch đường: dịch hèm đưa qua máy lọc nhằm tách bã hèm khỏi nước nha • Đun sơi với hoa houblon: dịch đường sau lọc nấu với hoa houblon đun sôi 60-90 phút Mục đích q trình nhằm ổn định thành phần dịch đường, tạo cho sản phẩm có mùi thơm đặc trưng hoa hublon • Lắng nóng dịch đường: dịch sau nấu đưa qua bồn lắng xoáy nhằm tách cặn trước chuyển vào lên men Quá trình nấu sử dụng nhiều lượng dạng nhiệt điện cho việc vận hành thiết bị; nước phục vụ mục đích gia nhiệt đun sơi 1.1.3 Lên men • Làm lạnh bổ sung ơxy: dịch đường sau lắng có nhiệt độ khoảng 90- 95 oC hạ nhiệt độ nhanh đến 8-10oC bổ sung ôxy với nồng độ 6-8 mg O 2/lít.Q trình lạnh nhanh thực thiết bị trao đổi nhiệt với môi chất lạnh nước lạnh 1-2oC • Chuẩn bị men giống: Nấm men ni cấy phịng thí nghiệm, sau nhân điều kiện thích hợp để đạt mật độ nấm men cần thiết cho lên men • Lên men chính: dịch đường cấp bổ sung ơxy, làm lạnh đến nhiệt độ thích hợp để tiến hành q trình lên men với thời gian điều kiện phù hợp Khí CO sinh trình lên men thu hồi Thời gian lên men thường 5-7 ngày Trong trường hợp lên men chìm, sau kết thúc lên men nấm men kết lắng xuống đáy tank lên men lấy gọi men sữa Nấm men lấy phần để tái sử dụng cho lên men tank thải bỏ Trong trường hợp lên men nổi, nấm men tập trung lên bề mặt tách phần khỏi dịch lên men Báo cáo chuyên đề môn học Ngăn Ngừa Ô Nhiễm KCN Áp dụng sản xuất nhà máy bia GVHD: TS Lê Thanh Hải • Lên men phụ: dịch sau kết thúc giai đoạn lên men chuyển sang giai đoạn lên men phụ để hoàn thiện chất lượng bia (tạo hương vị đặc trưng) Quá trình lên men diễn chậm, tiêu hao lượng đường không đáng kể, bia lắng bão hoà CO2 Thời gian lên men từ 14-21 ngày tuỳ thuộc vào yêu cầu loại bia 1.1.4 Lọc bia hồn thiện sản phẩm • Lọc bia: Sau lên men, bia đem lọc để đạt độ theo yêu cầu Việc lọc bia thực với trì nhiệt độ lạnh cho bia trước sau lọc khoảng -1oC đến 1oC Tác nhân quan trọng để lọc bia loại bột trợ lọc khác Sau lọc chúng trở thành chất thải vấn đề gây ô nhiễm lớn q trình sản xuất • Hồn thiện sản phẩm: bia lọc xử lý qua số công đoạn qua hệ thống lọc trao đổi chứa PVPP silicagel để loại bớt polyphenol protein bia, tăng tính ổn định bia q trình bảo quản Nhằm mục đích tăng tính ổn định bia người ta sử dụng thêm enzyme chất bảo quản phép sử dụng sản xuất bia • Pha bia: Trong cơng nghệ sản xuất bia gần nhà sản xuất tiến hành lên men bia nồng độ cao (phổ biến khoảng 12,5-16 độ plato) để tăng hiệu suất thiết bị tiết kiệm lượng Trong q trình lọc hồn thiện sản phẩm họ pha loãng bia nồng độ mong muốn theo tiêu chuẩn sản phẩm thiết bị chun dùng Q trình pha lỗng bia ln u cầu nước tiêu chuẩn cao hàm lượng ơxy hịa tan 0,05 ppm Bão hỗ CO2: Bia sau lọc bão hòa thêm CO để đảm bảo tiêu chuẩn bia thành phẩm trước đóng chai, lon • • Lọc bia vơ trùng: có nhiều nhà máy bia trang bị hệ thống lọc màng để sản xuất bia tươi đóng chai/lon khơng trùng 1.1.5 Đóng chai, lon, keg trùng sản phẩm Để đáp ứng nhu cầu khác người tiêu dùng đảm bảo việc vận chuyển bia đến nơi tiêu thụ, nhà sản xuất bia phải tiến hành khâu bao gói Các bao bì phải rửa tiệt trùng trước chiết rót Khâu rửa bao bì tốn nhiều hóa chất lượng kèm theo nước thải với tải lượng BOD cao Bia chiết vào chai, lon, keg thiết bị chiết rót Tùy theo yêu cầu thị trường, thời gian lưu hành sản phẩm thị trường từ tháng đến hàng năm Do yêu cầu chất lượng bia sau đóng vào bao bì khác Việc kiểm sốt tốt thơng số q trình chiết hàm lượng ơxy/khơng khí chai/lon đòi hỏi nghiêm ngặt cần phải lựa chọn tốt thiết bị chiết rót từ đầu tư Q trình đóng chai/lon cần độ xác cao hàm lượng ơxy/khơng khí, Báo cáo chun đề mơn học Ngăn Ngừa Ô Nhiễm KCN Áp dụng sản xuất nhà máy bia GVHD: TS Lê Thanh Hải mức bia chai Nếu thiết bị làm việc khơng xác dẫn đến nhiều sản phẩm hỏng, mức hao hụt bia cao, gây tải lượng hữu cao nước thải Sau chiết, sản phẩm trùng Quá trình trùng thực nhờ nước qua thang nhiệt độ yêu cầu Yêu cầu kỹ thuật cho khâu trùng tính đơn vị trùng Đơn vị trùng (PE) = t x 1,393 (T - 60) đó: t thời gian trùng (phút); T nhiệt độ trùng (ºC) 1.2 Các Bộ Phận Phụ Trợ 1.2.1 Các trình vệ sinh Trong sản xuất bia trình vệ sinh đóng vai trị quan trọng để đảm bảo u cầu cơng nghệ an tồn vệ sinh thực phẩm cho sản phẩm, để tránh ô nhiễm chéo từ môi trường vào sản phẩm Công việc chủ yếu thực tay nhờ trợ giúp bơm, vòi phun cao áp Vệ sinh thiết bị nhờ hệ thống vệ sinh thiết bị (CIP) tự động hoá mức độ khác Các giai đoạn quy trình CIP bao gồm: - Khâu tráng rửa ban đầu: Các bồn chứa đường ống rửa nước thường để loại chất bẩn bám bề mặt Nước rửa không tái sử dụng mà thải hệ thống xử lý nước thải - Khâu rửa hoá chất: Sau kết thúc trình rửa ban đầu, bồn chứa đường ống súc rửa dung dịch xút nóng nhiệt độ 70-85 oC để tẩy chất bẩn cịn bám bề mặt Thời gian tuần hồn xút nóng 15-30 phút tuỳ thuộc vào mức độ bẩn thiết bị Xút nóng thu hồi thiết bị chứa để tái sử dụng Sau tuần hoàn xút nóng, thiết bị tráng rửa nước Một số thiết bị sau rửa xút tráng rửa phải rửa tiếp dung dịch axit sau tráng rửa nước nhiều lần đến - Khâu súc rửa cuối cùng: Các bồn đường ống súc rửa lần cuối với dung dịch nước nhiệt độ môi trường để làm chất tẩy rửa lại Phần nước thu hồi tái sử dụng cho khâu súc rửa sơ Do vậy, khả đảm bảo mức độ vệ sinh thực phẩm, quy trình súc rửa, tái sử dụng cho phép tiết kiệm tài nguyên nước hóa chất sử dụng 1.2.2 Q trình cung cấp Hệ thống nồi đốt than dầu với áp suất tối đa 10 bar, áp suất làm việc khoảng 4-6 bar Thiết bị cung cấp nồi chạy nhiên liệu hóa thạch (than đá, ga), khí sinh học, điện Từ nồi hơi, nước dẫn ống chịu áp cung cấp cho thiết bị cần gia nhiệt Hiệu suất nồi hơi, chế độ vận hành, việc bảo ôn cách nhiệt, việc tận thu sử dụng nước ngưng có ý nghĩa lớn việc xem xét hiệu hệ thống cung cấp nhiệt nhà máy bia Báo cáo chuyên đề môn học Ngăn Ngừa Ô Nhiễm KCN Áp dụng sản xuất nhà máy bia GVHD: TS Lê Thanh Hải 1.2.3 Quá trình cung cấp lạnh cho sản xuất Trong nhà máy bia q trình có sử dụng lạnh trình làm lạnh dịch đường từ khâu nấu, trình lên men, trình nhân bảo quản giống men, trình làm lạnh bia thành phẩm bồn chứa bia thành phẩm, trình làm lạnh nước phục vụ lên men vệ sinh Hệ thống máy lạnh với môi chất thường sử dụng ammoniac làm lạnh glycol nước môi chất thứ cấp cho thiết bị lên men trao đổi nhiệt Việc tính tốn cơng suất máy lạnh, thiết kế hệ thống cung cấp lạnh hợp lý đảm bảo chi phí vận hành thấp, hiệu sản xuất cao 1.2.4 Q trình cung cấp khí nén Khí nén dùng nhiều q trình nhà máy sản xuất bia Khí nén cung cấp máy nén khí, chứa sẵn bình chứa Máy nén khí tiêu tốn nhiều điện năng, khí nén dự trữ áp suất cao balông chứa khí, dễ bị rị rỉ, hao phí ngồi đường ống 1.2.5 Q trình thu hồi sử dụng CO2 Bao gồm balông chứa, thiết bị rửa, máy nén CO , thiết bị loại nước, lọc than hoạt tính, thiết bị lạnh, thiết bị ngưng tụ CO 2, tank chứa CO2, thiết bị bay CO2, hệ thống đường ống, phụ kiện Tồn CO2 q trình lên men thu lại sử dụng cho việc bão hòa CO2 bia thành phẩm trình lọc Báo cáo chun đề mơn học Ngăn Ngừa Ơ Nhiễm KCN ... kể, bia lắng bão hồ CO2 Thời gian lên men từ 14-21 ngày tuỳ thuộc vào yêu cầu loại bia 1.1.4 Lọc bia hồn thiện sản phẩm • Lọc bia: Sau lên men, bia đem lọc để đạt độ theo yêu cầu Việc lọc bia. .. protein bia, tăng tính ổn định bia q trình bảo quản Nhằm mục đích tăng tính ổn định bia người ta sử dụng thêm enzyme chất bảo quản phép sử dụng sản xuất bia • Pha bia: Trong cơng nghệ sản xuất bia. .. 3.2.2 Thu hồi bia tổn thất theo nấm men Trong nấm men bia có chứa lẫn bia Lượng bia hao phí theo nấm men khoảng 12% Bia cần thu hồi cách sau: − Ly tâm − Lọc ngang − Lọc ép khung Bia thu hồi đưa