TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA, CÁC CHẤT THẢI TỪ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ HIỆN TRẠNG XỬ LÝ

Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển, đời sống kinh tế cao thì biađược sử dụng như một thứ nước giải khát quan trọng.Hiện nay, trên thế giới có 25 nước sản xuất bia với tổng sả

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA, CÁC CHẤT THẢI TỪ

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ HIỆN TRẠNG XỬ LÝ

I.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

I.1.1 Tình hình sản xuất, tiêu thụ Bia trên thế giới và ở Việt Nam

I.1.1.1 Sơ lược về Bia

Định nghĩa bia của Pháp: “Bia là một loại đồ uống thu được từ quá trình lên men dịch các chất chiết từ đại mạch nảy mầm, có bổ sung không quá 15% nguyên liệu đường khác và hoa houblon” [1]

Định nghĩa bia của Đức: “Bia là một loại đồ uống thu nhận được nhờ lên men, không qua chưng cất và chỉ sử dụng đại mạch nảy mầm, hoa houblon, nấm men và nước” [1]

Định nghĩa Bia của Việt Nam: “Bia là loại đồ uống lên men có độ cồn thấp, được làm từ nguyên liệu chính là malt đại mạch, houblon, nấm men và nước” [1]

Bia là loại nước giải khác có truyền thống lâu đời, có giá trị dinh dưỡng cao và

có độ cồn thấp, mùi vị thơm ngon và bổ dưỡng Uống bia với một lượng thích hợpkhông những có lợi cho sức khỏe, ăn cơm ngon, dễ tiêu hóa mà còn giảm được sự mệtmỏi sau ngày làm việc mệt nhọc Khi đời sống kinh tế xã hội phát triển nhu cầu tiêuthụ bia của con người càng tăng

So với những loại nước giải khát khác, bia có chứa một lượng cồn thấp (3 –8%), và nhờ có CO2 trong bia nên tạo nhiều bọt khi rót, bọt là đặc tính ưu việt của bia

Về mặt dinh dưỡng, một lít bia có chất lượng trung bình tương đương với 25gthịt bò hoặc 150g bánh mỳ loại một, hoặc tương đương với nhiệt lượng là 500 kcal Vìvậy bia được mệnh danh là bánh mỳ nước.[1]

Ngoài ra trong bia còn có vitamin B1, B2, nhiều vitamin PP và axit amin rất cầnthiết cho cơ thể Trong 100ml bia 10% chất khô có: 2,5 – 5 mg vitamin B1, 35 – 36 mgvitamin B2 và PP [1] Chính vì vậy từ lâu bia đã trở thành thứ đồ uống quen thuộcđược rất nhiều người ưa thích

Nước ta có khí hậu nhiệt đới, dân số tương đối lớn, hơn 83 triệu người và có tỉ

lệ dân số trẻ chiếm đa số nên tiềm năng tiêu thụ nước giải khát nói chung và bia nóiriêng là rất lớn, cần được khai thác

Thực tế, ngành công nghiệp bia ở nước ta ngày càng phát triển mạnh và cónhững bước tiến đáng kể về số lượng và chất lượng Thành công của ngành bia khôngnhững đóng góp một tỷ trọng không nhỏ vào ngân sách nhà nước mà còn góp phần tạocông ăn việc làm cho hàng vạn lao động [1]

I.1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới

Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển, đời sống kinh tế cao thì biađược sử dụng như một thứ nước giải khát quan trọng.

Hiện nay, trên thế giới có 25 nước sản xuất bia với tổng sản lượng trên 100 tỷlít/năm, trong đó: Mỹ, Đức, mỗi nước sản xuất trên dưới 10 tỷ lít/năm; Trung Quốc 7

Tổng lượng tiêu thụ (triệu lít)

Bình quân đầu người (lít)

Tỉ lệ tăng so với năm 2003

Bảng 1.3 Phân chia lượng bia tiêu thụ theo vùng [1]

Châu Á là một trong những khu vực có lượng bia tiêu thụ tăng nhanh, các nhànghiên cứu thị trường bia của thế giới nhận định rằng Châu Á đang dần giữ vị trí dẫnđầu về tiêu thụ bia trên thế giới.

Trong khi sản xuất bia ở Châu Âu có giảm, thì ở Châu Á, trước kia nhiều nước

có mức tiêu thụ bia theo đầu người thấp, đến nay đã tăng bình quân 6,5%/năm TháiLan có mức tăng bình quân cao nhất 26,5%/năm; tiếp đến là Philippin 22,2%/năm;Malaysia 21,7%/năm; Indonesia 17,7%/năm Đây là những nước có tốc độ tăng nhanhtrong khu vực Các nước xung quanh ta như Singapor đạt 18 lít/người/năm, Philippin

20 lít/người/năm… (theo số liệu của Viện rượu bia NGK Việt Nam)

Thị trường bia Nhật Bản chiếm 66% thị trường bia khu vực với 30,9 tỷ USD.Lượng bia tiêu thụ năm 2004 đã đạt trên 6500 triệu lít (theo nguồn từ Kirin news –Nhật Bản)

Thị trường bia của Trung Quốc phát triển là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy sựtăng trưởng của ngành công nghiệp bia Châu Á Đến năm 2004, tổng lượng bia tiêuthụ ở Trung Quốc là 28.640 triệu lít, xếp thứ hạng đầu tiên trên thế giới

Tổng lượng bia tiêu thụ ở các nước khu vực Châu Á trong năm 2004 đạt43.147 triệu lít, tăng 11,2% so với năm 2003 [1]

Quy mô sản xuất bia của nhà máy – chính sách thị trường

Trong công nghiệp sản xuất bia, quy mô sản xuất mang ý nghĩa kinh tế rất lớn.Chính vì vậy, tại các thị trường mà thõa mãn được nhu cầu như Mỹ, Nhật một số hãngbia siêu lớn thống lĩnh thị trường: Thị trường Mỹ do 5 công ty kiểm soát, còn Nhật do

4 công ty kiểm soát chiếm 40% thị phần, tại Canada 94% thị trường do 2 công ty kiểmsoát [1]

Tại Trung Quốc, trong số hơn 800 nhà máy bia thì 18 nhà máy có công suất lớnhơn 150 triệu lít/năm và đã sản xuất 2.500 triệu lít/năm, chiếm ¼ sản lượng bia của cảnước

Do thị trường bia trên thế giới đang phát triển một cách năng động, các hãngbia sử dụng các chiến lược kinh doanh khác nhau.

Tại Mỹ và Châu Âu, do thị trường bia đã ổn định, chiến lược kinh doanh bia làdành thị phần, giảm chi phí sản xuất Ngược lại, tại Trung Quốc là nơi thị trường đangtăng trưởng thì chiến lược là phát triển sản xuất, tăng sản lượng và nâng cao chấtlượng

Ngoài ra cần phải xây dựng nhà máy bia phân tán ở nhiều vùng nhằm thu hútngười tiêu dùng

I.1.1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam

Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của Nhà máy BiaSài Gòn và Nhà máy Bia Hà Nội, như vậy ngành bia Việt Nam đã có lịch sử hơn 100năm

Hiện nay, do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sảnxuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các nhàmáy bia đã có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc Trung ương và địaphương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng nước ngoài Công nghiệp biaphát triển kéo theo sự phát triển của các ngành sản xuất khác và hàng năm ngành bia

đã đóng góp cho ngân sách nhà nước một lượng đáng kể

Tình hình sản xuất bia trong nước

Do tác động của nhiều yếu tố như tốc độ tăng trưởng GDP, tốc độ tăng dân số,tốc độ đô thị hóa, tốc độ đầu tư… mà ngành công nghiệp Bia phát triển với tốc độtăng trưởng cao Chẳng hạn như năm 2003, sản lượng bia đạt 1290 triệu lít, tăng20,7% so với năm 2002, đạt 79% so với công suất thiết kế, tiêu thụ bình quân đầungười đạt 16 lít/năm, nộp ngân sách nhà nước khoảng 3650 tỷ đồng [1]

Về số lượng cơ sở sản xuất

Số lượng cơ sở sản xuất giảm xuống so với những năm cuối thập niên 1990,đến năm 2003 chỉ còn 326 cơ sở sản xuất so với 469 cơ sở năm 1998 [1] Điều này là

do yêu cầu về chất lượng bia, về mức độ vệ sinh an toàn thực phẩm ngày càng cao,đồng thời do sự xuất hiện của nhiều doanh nghiệp bia lớn có thiết bị và công nghệ tiêntiến… nên có sự cạnh tranh gay gắt, nhiều cơ sở sản xuất quy mô nhỏ, chất lượng thấpkhông đủ khả năng cạnh tranh đã phá sản hoặc chuyển sang sản xuất sản phẩm khác

Trong các cơ sở sản xuất đó, Sabeco có năng suất trên 200 triệu lít/năm,Habeco có năng suất hơn 100 triệu lít/năm, 15 nhà máy bia có năng suất trên 15 triệulít/năm và khoảng 165 cơ sở sản xuất có năng suất dưới 1 triệu lít/năm

2003 2004 2005 2006 2008 2010 2015 2025 0

1 2 3 4 5 6 7

1.3 1.4 1.5 1.6

2 3 4.7 6

Mức tiêu thụ bình quân đầu người ở Việt nam tăng lên nhanh chóng trong vòng

10 năm qua, từ mức dưới 10 lít/người/năm ở năm 1997 tăng lên 18 lít/người/năm vàonăm 2006, dự kiến đến năm 2015 là 35 lít/người/năm

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2010 2015 0

5 10 15 20 25 30 35 40

10.5 11 11.5 12.5

13.25 14 15

16 16.83 18

28 35

Truyền thống văn hóa dân tộc và lối sống tác động đến mức tiêu thụ bia, rượu.

Ở các nước có cộng đồng dân tộc theo đạo hồi, không cho phép giáo dân uống rượubia nên mức tiêu thụ bình quân theo đầu người ở mức thấp Tại Việt Nam, không bịảnh hưởng của tôn giáo trong tiêu thụ bia nên thị trường còn phát triển

Năm 1995 dân số Việt Nam là 74 triệu người, năm 2000 khoảng 81 triệu người

và hiện nay trên 83 triệu người Do vậy dự kiến mức tiêu thụ bình quân theo đầungười vào năm 2010 là 28 lít/người/năm, sản lượng 3 tỷ lít/năm và đến năm 2015 mứctiêu thụ bình quân là 35 lít/người/năm với sản lượng 6 tỷ lít/năm [2]

I.1.2 Tổng quan chung về công nghệ sản xuất bia

I.1.2.1 Đặc trưng nguyên liệu sản xuất bia

Bốn loại nguyên liệu chính không thể thiếu trong quá trình sản xuất bia là: maltđại mạch, hoa houblon, nước và nấm men Chất lượng của chúng quyết định đến chấtlượng của bia thành phẩm Hiểu biết đầy đủ các tính chất của nguyên liệu, tác dụngcủa chúng đối với quá trình sản xuất và sản phẩm bia là cơ sở của quá trình điều hànhsản xuất và xử lý, từ đó có thể điều hành quá trình công nghệ một cách hợp lý nhất

1 Malt đại mạch và gạo tẻ

- Malt đại mạch

Chứa hàm lượng tinh bột lớn, vỏ dính rất chắc vào hạt Hạt lúa mạch được xử

lý bằng cách ngâm hạt vào trong nước, để cho chúng nảy mầm đến một giai đoạn nhấtđịnh và sau đó làm khô hạt đã nảy mầm trong các lò sấy nhằm thu hạt ngũ cốc đãmạch nha hóa (malt) Mục tiêu chủ yếu của quy trình này là hoạt hóa, tích lũy về khốilượng và hoạt lực của hệ enzym trong đại mạch

Hàm lượng ẩm trung bình của đại mạch thường là 14 – 14,5% Hàm lượng ẩm

có thể biến thiên từ 12% trong điều kiện thu hoạch khô ráo đến trên 20% trong điềukiện ẩm ướt Đại mạch có độ ẩm cao cần được sấy khô để bảo quản được lâu và khônglàm mất khả năng nảy mầm

Hàm lượng trung bình của các thành phần tính theo khối lượng chất khô nhưsau: [1]

Ở Việt Nam, gạo tẻ thường được dùng làm nguyên liệu thay thế kèm theo malt

để hạ giá thành sản phẩm Tỷ lệ gạo khoảng 20 – 30% Gạo tẻ là nguồn nguyên liệu dễkiếm, không cần nhập ngoại

Thành phần và tính chất của gạo tẻ như sau: [3]

Bảng 1.4 Thành phần của hoa Houblon [1]

- Nước cọ rửa và rửa nấm men phải được tiệt trùng và khử mùi lạ.

- Nước pha loãng bia phải có những đặc tính sau:

+ Hàm lượng oxy hòa tan < 0,05mg/l+ Hàm lượng CO2 > hàm lượng CO2 trong bia nên cần pha loãng + Hàm lượng, thành phần khoáng tương đương với bia

+ Không có vi sinh vật và mùi lạ

4 Nấm men

Nấm men là loài vi sinh vật đơn bào, có khả năng sống trong môi trường dinhdưỡng chứa đường, nitơ, photpho, và các chất hữu cơ, vô cơ khác Chúng là vi sinhvật dị dưỡng có khả năng sống trong cả hai môi trường hiếu khí và yếm khí

Nấm men đóng vai trò quyết định trong sản xuất bia vì quá trình trao đổi chấtcủa tế bào nấm men bia chính là quá trình chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm.Quá trình chuyển hóa này gắn liền với sự tham gia của hệ enzym trong tế bào nấmmen Do đó, việc nuôi cấy nấm men để thu được một hệ enzym có hoạt lực cao là mộtkhâu hết sức quan trọng

Hai chủng nấm men thường được sử dụng trong sản xuất bia là nấm men nổi

Sacharomyces cerevisiae và nấm men chìm Sacharomyces carlsbergensis [3]

5 Các nguyên liệu phụ khác:[1]

- NaOH: dùng để trung hòa và vệ sinh, tẩy rửa (CIP)

- Axit: HCl, H2SO4 dùng để điều chỉnh pH nước và xử lý men sữa Ngoài racòn sử dụng axit lactic, axit nitric, axit photphoric để điều chỉnh dịch hèm trong quátrình nấu và đường hóa, vệ sinh tẩy rửa và sát trùng

- Muối, chất trợ lọc và một số chất khử, enzym

I.1.2.2 Quy trình công nghệ sản xuất bia (hình 1.3)

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

- Nguyên liệu được kiểm tra chất lượng, số lượng và đưa vào nhập kho Theocông thức phối liệu sẽ chuyển sang xay, nghiền nhỏ, tạo điều kiện cho các công đoạnsau được thực hiện dễ dàng và triệt để

- Bột gạo sau khi được xay nhỏ sẽ hòa trộn với nước và đem gia nhiệt nấu chín.Tiếp theo cho bột malt vào gia nhiệt, thực hiện đường hóa Trong môi trường giàunước, các hợp chất sẽ được thủy phân dưới sự xúc tác của enzym, trong đó quan trọngnhất là sự thủy phân tinh bột, protein và các hợp chất chứa photpho Chiếm nhiều nhất

về khối lượng trong thành phần của các sản phẩm từ quá trình này là đường Dextrin

- Lọc bỏ bã, thu hồi dịch đường Lọc dịch đường để thu nước nha trong và loại

bỏ bã Quá trình lọc được tiến hành theo hai bước: bước đầu tiên ép để tách dịch cốt

và bước thứ hai là rửa bã để chiết rút hết tất cả những phần dinh dưỡng còn bám lại ởđó

- Cho hoa vào dịch đường đun sôi; dưới tác dụng của nhiệt, các chất không hòatan của hoa được hòa tan chuyển hóa vào dịch đường tạo hương, vị đặc trưng cho bia

Quá trình Houblon hóa nhằm tạo một số yếu tố quan trọng cho bia như trích lychất đắng, tinh dầu thơm… biến đổi thành dịch đường có vị đắng và hương thơm dịucủa hoa – đặc trưng cơ bản về tính chất cảm quan của bia sau này: tạo chất dễ kết lắngcác hạt nhỏ li ti trong dịch đường; tạo các hợp chất tham gia vào quá trình tạo bọt và

là tác nhân chính giữ bọt cho bia

- Dịch đường sau houblon hóa được tách cặn, chuyển dịch và men vào Tank lênmen thực hiện quá trình lên men chuyển đường thành rượu Quá trình lên men đượcthực hiện ở nhiệt độ thấp tạo điều kiện cho men hoạt động Vì vậy, cần phải có giaiđoạn làm lạnh nhanh dịch đường trước khi thực hiện lên men

Lên men là giai đoạn quan trọng nhất trong sản xuất bia, quyết định để chuyểnhóa dịch đường houblon hóa thành bia dưới tác dụng của men

C6H1206 -> 2C2H5OH + 2CO2 - QR

Chuẩn bị nguyên liệu Nấu – đường hóa

Lọc dịch đường

Lọc, tách bã Nấu hoa Houblon

Lên men chính, phụ

Lọc trong bia

Chiết bia Bão hòa CO2

Đóng nắp Thanh trùng Làm lạnh

Kiểm tra-dán nhãn-nhập kho

Sản phẩm

Malt Gạo Nước mềm

Hơi nước Phụ gia

Bã malt

Bã hoa+ malt

Bã men Sục khí

Hình 1.3 Công nghệ sản xuất bia kèm theo các dòng thải [8].

- Lọc bia nhằm loại bỏ các chất không tan như nấm men, protein, houblon làmcho bia trong hơn trên máy lọc ép khung bản với chất trợ lọc là diatomit Tiếp theo biađược bão hòa CO2 và đưa đi chiết chai, bock, lon…

Nước rửa sàn,

thiết bị

Nước thải

- Trong bia thành phẩm, sản xuất theo các phương pháp thông thường luôn luônchứa các tế bào còn sống, bao gồm nấm men thuần chủng và các vi sinh vật lạ khác.

Do đó, thanh trùng là giải pháp quan trọng để diệt vi sinh vật nhằm nâng cao độ bềnsinh học cho sản phẩm

Có 2 phương pháp thanh trùng bia: thanh trùng cả khối đối với bia hơi và thanhtrùng trong bao bì đối với bia chai, lon

- Sau khi thanh trùng, bia hơi được chiết két để vận chuyển đến các cơ sở tiêu thụngay trong ngày; còn bia chai sẽ được chuyển đến khâu dán nhãn, nhập kho chờ xuấtxưởng

I.2 CÁC CHẤT THẢI TỪ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ HIỆN TRẠNG

XỬ LÝ I.2.1 Nước thải

I.2.1.1 Nguồn gốc phát sinh, đặc tính nước thải công nghiệp sản xuất bia

Công nghiệp sản xuất bia là một trong những ngành công nghiệp đòi hỏi tiêutốn một lượng nước lớn cho mục đích sản xuất và vì thế sẽ thải ra môi trường mộtlượng nước thải lớn Cụ thể như sau: [1, 4]

 Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như không gây

ô nhiễm nên có khả năng tuần hoàn sử dụng lại

 Nước thải từ công đoạn nấu - đường hóa: bao gồm

- Nước thải trong quá trình rửa bã sau nấu,

- Nước thải do vệ sinh nồi nấu gạo, malt, hoa; vệ sinh thiết bị lọc dịch đường

và thiết bị tách bã

Đặc tính của nước thải này có mức độ ô nhiễm rất cao, có chứa bã malt, bã hoa,tinh bột, các chất hữu cơ, một ít tanin, chất đắng, chất màu…

 Nước thải từ công đoạn lên men:

Nước vệ sinh các tank lên men, thùng chứa, đường ống, sàn nhà… có chứa bãmen, bia cặn và các chất hữu cơ

 Nước thải từ công đoạn hoàn tất sản phẩm: Lọc, bão hòa CO2, chiết chai, đóngnắp, thanh trùng Nước thải chủ yếu từ công đoạn này là nước vệ sinh thiết bịlọc, nước rửa chai và téc chứa Đây cũng là một trong những dòng thải có ônhiễm lớn trong sản xuất bia

Nước thải từ công đoạn này có chứa bột trợ lọc, một ít bã men, bia còn lại từbao bì tái sử dụng, bia rơi vãi trong quá trình chiết, pH cao…

 Nước rửa sàn các phân xưởng, nước thải từ nồi hơi, nước từ hệ thống làm lạnh

có chứa hàm lượng chlorit cao

 Xút và axit thải ra từ hệ thống CIP, xút từ thiết bị rửa chai Dòng thải này cólưu lượng nhỏ và cần thu hồi riêng để xử lý cục bộ, tuần hoàn tái sử dụng chocác mục đích khác