MỘT SỐ NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH VỀ ÁP DỤNG SXSH
3.1. ÁP DỤNG SXSH TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA
3.1.3. Các cơ hội SXSH
a. Các cơ hội SXSH tổng quát - Quản lý nội vi tốt
− Công nghiệp sản xuất bia được đặc trưng bởi sự tiêu thụ nhiều nước và nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Chỉ có rất ít các nguyên liệu và hóa chất nguy hại được tiêu thụ.
Các cơ hội SXSH trong sản xuất bia tập trung vào việc giảm tiêu thụ nguyên liệu, cải tiến hiệu suất quá trình và xử lý thích hợp các chất thải và sản phẩm phụ.
− Quản lý nội vi tốt có thể giúp tiết kiệm nguyên liệu và giảm các tác động môi trường ở tất cả các bộ phận. Dưới đây là một số ví dụ tổng quát liên quan đến quản lý nội vi tốt.
Giám sát lượng nước sử dụng
− Từ chỗ phân tích kỹ việc sử dụng nước (bằng cách lắp đặt đồng hồ nước trên các tuyến ống cấp nước đến các thiết bị hay công đoạn tiêu thụ nước; định kỳ ghi lại lượng nước sử dụng trong thời gian làm việc bình thường, trong thời gian làm vệ sinh nhà xưởng và những giờ không làm việc) sẽ tìm ra những nơi sử dụng nước không cần thiết, ví dụ để vòi chảy liên tục không nhằm mục đích gì cả. Ngừng các lãng phí như vậy bằng cách lắp các thiết bị tự động như sensor, bộ hẹn giờ,...
Công tác vệ sinh
− Các vòi nước dùng vệ sinh sàn và thiết bị nên lắp vòi phun tia để giảm lượng nước tiêu thụ. Bằng cách này có thể giảm 20-30% lượng nước tiêu thụ. Phải bố trí sao cho nước khử trùng phải dùng được cho một số bồn hay ống thay vì thải bỏ sau khi vô trùng chỉ 1 bồn.
Bảo dưỡng
− Một phần quan trọng của quản lý nội vi tốt là công tác bảo dưỡng. Có thể tổn thất nhiều nước, hơi, bia nếu bảo dưỡng không thích hợp.
Cân đối nước nóng
− Liên quan đến tiết kiệm năng lượng. Để tối ưu hoá việc sử dụng nước nóng, phải tính cân bằng cho toàn bộ quá trình sản xuất bia; phải làm rõ cần dùng nước nóng chỗ nào, khi nào và bao nhiêu; nơi nào cần trộn nước lạnh với hơi để thay nước nóng (ví dụ rửa, thanh trùng, súc chai).
− Từ cân bằng có thể tính toán kích thước thích hợp của bể nước nóng. Nếu bể quá to, sẽ cần nhiều hơi để đun nóng lại sau khi nghỉ cuối tuần. Nếu bể quá nhỏ, sẽ mất nước nóng do chảy tràn. Mất 1m3 nước nóng (85oC) tương ứng với mất 8,7 kg dầu.
Sử dụng hơi
− Phải bảo đảm tất cả các bề mặt ấm hay nóng (ống, bể) đều được bảo ôn tốt và phần nước ngưng được hồi lưu về nồi hơi. Nồi hơi phải đuợc điều chỉnh để bảo đảm sinh hơi tối ưu và ô nhiễm không khí ít nhất.
Sử dụng điện
− Tất cả thiết bị và đèn chiếu sáng phải được tắt khi không cần đến, và các cửa ở khu vực lạnh phải được đóng kín để giảm tổn thất nhiệt.
− Việc lắp đặt một mô tơ mới và hiệu suất cao hơn sẽ làm giảm tiêu thụ điện năng. Các bộ biến tần tạo khả năng kiêm soát các mô tơ tốt hơn, ví dụ làm giảm tốc độ các băng tải đến tối ưu.
b. Cơ hội SXSH ở các công đoạn chính (1). Nấu sôi dịch nha với hoa houblon
Mô tả tóm tắt: Dịch nha được bơm từ thùng chứa vào buồng nấu (trực tiếp hay qua đun sơ bộ), rồi được đun sôi với hoa houblon. Trong quá trình sôi, các protein sẽ keo tụ và lắng xuống cùng với bã hoa và các chất chát (tannin). Mục đích đun sôi là vô trùng dịch nha; tạo ra vị cho bia sau này; chiết chất đắng từ hoa houblon; tăng nồng độ dịch nha.
Các vấn đề môi trường:
− Tiêu thụ năng lượng cao và ô nhiễm không khí.
Đây là công đoạn tiêu thụ năng lượng nhiều nhất. Nếu nồi hơi đun bằng than đá hay dầu thì sử dụng nhiều hơi sẽ dẫn đến phát thải nhiều khí carbonic (CO2), oxít lưu huỳnh (SO2), các oxit nitơ (NOx) và các hydrocarbon thơm đa vòng (PAH).
− Mùi: Quá trình nấu dịch nha sẽ sinh ra mùi đặc trưng có thể gây khó chịu cho những người sống gần đó.
Các cơ hội SXSH
− Làm giảm sự bay hơi.của dịch nha: Giảm bay hơi từ 8 - 15% bình thường xuống 5 - 8% sẽ làm giảm đáng kể tiêu thụ năng lượng.
− Cải tiến sự truyền nhiệt. Làm vệ sinh định kỳ các ống dẫn hơi để tránh tạo cắn trên các ống hơi.
− Tận thu nhiệt từ hơi dịch nha. Sử dụng nhiệt từ hơi của dịch nha bằng cách ngưng nó trong một bộ trao đổi nhiệt (để đun nóng nước). Có thể lắp một vòi hơi để tái sử dụng hơi của dịch nha trở lại đun sôi dịch nha.
(2). Lên men
28 Nấu dịch nha
Dịch nha Hơi
Điện
Dịch kiềm (soda) Hoa houblon
Dịch nha nóng
Hơi Mùi Nước thải
Lên men
Dịch nha được thông khí
Điện
Khí CO2
Hèm (sinh khối men)
Tóm tắt quá trình:
Trong thời gian lên men, nấm men sẽ phát triển và chuyển hoá dịch chiết thành etanol và CO2. Do sự sinh truởng của nấm men (6-7 lần), sẽ có một lượng hèm (sinh khối men) đáng kể từ thiết bị lên men.
+ Lên men chính: thực hiện ở nhiệt độ: 280 - 300. Tế bào nấm men phát triển mạnh, phân huỷ nhiều cơ chất để biến thành etanol, CO2, H2O. Kết thúc cho ra sản phẩm là bia non còn đục, có mùi đặc trưng.
+ Lên men phụ: thực hiện trong các thiết bị kín, nhiệt độ: 0 - 50 C. Quá trình lên men chậm, ủ chín bia, có thể kéo dài vài tuần tuỳ theo từng loại bia.
Các vấn đề môi trường
− Phần hèm đóng góp hàm lượng chất hữu cơ vào nước thải. Huyến phù men (gồm men và bia) có BOD rất cao (120.000-140.000 mg/L). Khi thải vào nước cống sẽ gây ô nhiễm nặng và tạo mùi khó chịu khi bắt đầu phân huỷ.
− Quá trình lên men sinh ra CO2 đóng góp vào hiệu ứng nhà kính.
Các cơ hội SXSH
− Tận dụng nhiệt từ dịch nha nóng. VD: dùng nước lạnh làm nguội dịch nha trước khi lên men, sau đó nước nóng thu được sẽ dùng trong các công đoạn khác.
− Sử dụng hèm làm sản phẩm hữu ích. Hèm (chứa nhiều protein, vitamin, chất béo và khoáng) có thể sử dụng vào mục đích làm thức ăn gia súc, thức ăn nuôi cá; ở dạng tươi hay sấy khô.
− Ly tâm hèm. Để giảm tổn thất bia và tận dụng sinh khối men, có thể lắp một máy ly lâm để tách sinh khối men và bia tươi. Sau đó hồi lưu bia tươi về thiết bị lên men còn sinh khối men thì được sử dụng lại hoặc sấy khô để bán làm thức ăn gia súc.
− Tái sử dụng CO2. Lắp đặt nhà máy tinh chế CO2, sử dụng CO2 ở các công đoạn khác (3). Công đoạn lọc
Tóm tắt quá trình: Thông thường, bia được lọc bằng vật liệu trợ lọc là kieselguhr (một loại khoáng sét). Khi trở kháng cao, thiết bị lọc được rửa ngược bằng nước. Các thiết bị lọc khác được sử dụng như tấm lọc cao áp, dĩa lọc,...
29
Điện Giấy lọc Bột trợ lọc Nước
Bia lạnh
Lọc Giấy lọc đã sử dụng
Nước thải với hàm lượng chất hữu cơ cao
Các vấn đề môi trường quan tâm
− Nước thải
Khi rửa ngược thiết bị lọc, vật liệu lọc đã sử dụng và men bị giữ lại sẽ theo vào nước thải, làm tăng hàm lượng chất hữu cơ, độ đục, tạo mùi hôi.
− Sức khoẻ nghề nghiệp
Thao tác với kieselguhr có thể gây ra bệnh nghề nghiệp do các hạt bụi mịn, có thể dẫn đến các bệnh phổi.
Các cơ hội SXSH
− Cải thiện hiệu năng lọc (Tăng lượng bia được lọc trước khi trở kháng lọc cao) Có thể tăng hiệu năng lọc bằng:
• Giảm hàm lượng men và protein trong bia bằng cách cải tiến quá trình lắng trong buồng lên men và buồng ủ bia, ví dụ thêm chất trợ lắng. Chất lượng malt xấu cũng có thể làm
• quá trình lắng kém trong buồng lên men, có thể phải mua malt chất lượng tốt hơn.
• Lắp thiết bị ly tâm để loại men trước khi lọc.
• Tối ưu hoá quá trình lọc nhờ kỹ thuật nhồi vật liệu trợ lọc vào thiết bị.
• Thay kieselguhr bằng perlite (một loại khoáng khác) có ưu điểm là có thể tái chế và tái sử dụng được.
(4). Súc rửa chai
Mô tả tóm tắt
Chai cũ hay mới được súc rửa qua hệ thống rửa; đầu tiên rửa bằng nước nóng → rửa với dung dịch kiềm nóng → phun và tráng bằng nước nóng → tráng bằng nước lạnh.
Các vấn đề môi trường quan tâm
− Nước thải
Nước thải từ khâu rửa chai chứa bụi, bia, giấy vụn (nhãn bóc ra), đặc biệt có tính kiềm mạnh với pH có thể lên tới 12.
− Tiêu thụ nước
NaOH Nước
Khí nén
Chai mới hay cũ
Súc chai
Chai đã rửa
Thuỷ tinh vỡ Nước thải có pH cao và nhiều chất bẩn
Tiêu thụ nước rửa, tráng và ngâm chai rất cao, đến 3-4 lít nước/lít thể tích chai cũ.
Các cơ hội SXSH
− Giảm tiêu thụ kiềm (NaOH)
•Sửa chữa và bảo dưỡng thích hợp máy bóc nhãn cũ sẽ giúp kéo dài thời gian sử dụng bể xút (lâu thải hơn).
•Lắp 1 bể thu hồi kiềm. Trong những ngày nghỉ cuối tuần, dung dịch kiềm được bơm vào một bể lắng kín để tách các bụi và vật rắn. Sau đó tái sử dụng dung dịch kiềm này. Giải pháp này có thời gian hoàn vốn rất ngắn.
•Khống chế nồng độ kiềm khoảng 2-3% đủ để rửa.
− Giảm tiêu thụ nước Tối ưu hoá khu vực rửa để tiết kiệm nước:
•Lắp đặt van tự động để ngắt vòi nước khi gián đoạn sản xuất.
•Lắp đặt các loại vòi rửa hiệu quả hơn
•Nước tráng ở 2 vòng sau cùng có thể dùng lại cho vòng đầu tiên.