Xemtailieu Tải về ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA HEINEKEN TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ------------------------------ Đồ án môn học: XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho công ty TNHH Bia Việt Nam (VBL) công suất 5.700 m3/ngày đêm” GVHD: Ths. Phạm Trung Kiên Ths. Huỳnh Tấn Nhựt SVTH: Nhóm 1 – DH12MT 1. Phạm Huỳnh Tài 12127261 2. Trần Tấn Cường 12127052 3. Nguyễn Quốc Khánh 12149266 4. Nguyễn Thị Bích Ngọc 12127016 5. Phan Minh Quốc 12127144 6. Nguyễn Thị Kim Yến 12127273 7. Cao Thanh Hiền 12127213 Thủ Đức, tháng 12 năm 2015. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên MỤC LỤC Chương 1. MỞ ĐẦU ...................................................................................................4 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................4 1.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................4 1.3. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ...............................................................................5 1.4. Ý NGHĨA THỰC TIỄN ...................................................................................5 Chương 2. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA VÀ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM CỦA NƯỚC THẢI BIA ...........................................6 2.1. GIỚI THIỆU VỀ NGÀNH SẢN XUẤT BIA .................................................6 2.1.1. Nguồn gốc ra đời .......................................................................................6 2.1.2. Tình hình phát triển ngành công nghiệp sản xuất bia ...............................6 2.1.3. Vai trò của nghành bia ..............................................................................7 2.2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA ..............................................8 2.2.1. Đặc tính nguyên liệu .................................................................................9 2.2.2. Dây chuyền công nghệ khâu nấu và đường hóa......................................10 2.2.3. Lên men dịch đường................................................................................13 2.2.4. Giai đoạn lọc bia .....................................................................................13 2.3. CÁC NGUỒN PHÁT SINH CHẤT THẢI ....................................................14 2.3.1. Về nước thải ............................................................................................14 2.3.2. Khí thải ....................................................................................................14 2.3.3. Tác nhân nhiệt .........................................................................................15 2.3.4. Chất thải rắn ............................................................................................15 2.3.5. Tiếng ồn, độ rung ....................................................................................15 Chương 3. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY BIA VIỆT NAM (VBL) .......................16 3.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY VBL ........................................16 3.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của công ty VBL .................................16 3.1.2. Sản phẩm của công ty .............................................................................17 3.1.3. Sản lượng của công ty .............................................................................18 3.2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA CỦA NHÀ MÁY ...............18 3.2.1. Các loại nguyên liệu và hóa chất sử dụng ...............................................18 3.2.2. Quy trình công nghệ và thuyết minh .......................................................21 Chương 4. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT BIA .......................................................................................27 4.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT BIA ......................27 4.1.1. Thành phần, tính chất của nước thải sản xuất bia ...................................27 4.1.2. Tác động đến môi trường của nước thải ngành bia .................................29 4.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT BIA .32 4.2.1. Phương pháp cơ học ................................................................................33 4.2.2. Phương pháp hóa lý .................................................................................34 4.2.3. Phương pháp hấp thụ ...............................................................................36 4.2.4. Phương Pháp Sinh Học ...........................................................................36 4.3. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CẶN .....................................................................41 Chương 5. CÁC PHƯƠNG ÁN ĐỀ XUẤT VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ..........................................................................................................43 5.1. CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ ..............................................................43 SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 2 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên 5.1.1. Cơ sở thiết kế ..........................................................................................43 5.1.2. Tính chất nước thải đầu vào ....................................................................43 5.1.3. Yêu cầu chất lượng nước thải đầu ra ......................................................43 5.1.4. Yêu cầu thiết kế .......................................................................................44 5.2. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN VÀ DỰ TOÁN HIỆU XUẤT .............................44 5.2.1. PHƯƠNG ÁN 1 ......................................................................................44 5.2.2. PHƯƠNG ÁN 2 ......................................................................................52 5.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ .............................59 5.3.1. Song chắn rác và hầm bơm .....................................................................59 5.3.2. Bể điều hòa có thổi khí............................................................................68 5.3.3. Bể lắng I ..................................................................................................63 5.3.4. Bể UASB .................................................................................................73 5.3.5. Bể ANOXIC ............................................................................................78 5.3.6. Bể AEROTANK .....................................................................................81 5.3.7. Bể lắng II phương án 1 ............................................................................91 5.3.8. Bể nén bùn phương án 1 .........................................................................91 5.3.9. Bể MBBR ............................................................................................. 103 5.3.10. Bể lắng II phương án 2 ....................................................................... 110 5.3.11. Bể nén bùn phương án 2 .................................................................... 110 5.3.12. Bể lọc áp lực ..........................................Error! Bookmark not defined. 5.3.13. Bể khử trùng ....................................................................................... 123 Chương 6. TÍNH TOÁN KINH TẾ CHO DỰ ÁN ................................................ 128 6.1. Dự toán kinh tế cho phương án 1 ................................................................ 128 6.1.1. Chi phí đầu tư cơ bản ban đầu phương án 1 ........................................ 128 6.1.2. Chi phí vận hành và quản lý ................................................................. 131 6.1.3. Chi phí khấu hao tài sản và lãi suất ngân hàng .................................... 133 6.1.4. Giá thành cho 1 m3 nước thải ............................................................... 134 6.2. Dự toán kinh tế cho phương án 2 ................................................................ 135 6.2.1. Chi phí đầu tư cơ bản ban đầu phương án 2 ........................................ 135 6.2.2. Chi phí vận hành phương án 2 ............................................................. 138 6.1.3. Chi phí khấu hao tài sản và lãi suất ngân hàng .................................... 139 6.1.4. Giá thành cho 1 m3 nước thải ............................................................... 141 6.3 So sánh và lựa chọn phương án thiết kế cho hệ thống xử lý ........................ 141 Chương 7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................. 142 7.1. KẾT LUẬN ................................................................................................. 142 7.2. KIẾN NGHỊ ................................................................................................ 142 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 143 SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 3 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên Chương 1. MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, Bia là một loại thức uống rất được ưa chuộng trên thế giới. Ở các nước phương Tây, bia được xem là nước giải khát. Trên thế giới có một số loại bia nổi tiếng như: Ale, Lager, Pilsener. Riêng sản phẩm trong nước thì đứng đầu vẫn là nhãn hiệu Bia Sài Gòn, bia Đại Việt …. Theo thống kê hiện nay, cả nước có khoảng trên 320 nhà máy bia và các cơ sở sản xuất bia với tổng năng lực sản xuất đạt trên 800 triệu lít/năm. Bia địa phương có 311 cơ sở, chiếm 97,18% số cơ sở nhưng chỉ chiếm 37,4% sản lượng bia cả nước (đạt 231 triệu lít) và đạt 60,73% công suất. Cũng theo thống kê mới nhất của bộ kế hoạch – đầu tư, bốn tháng đầu năm 2011 các doanh nghiệp trong nước đã sản xuất 714,6 triệu lít bia các loại, tăng 92% so với cùng kỳ năm ngoái. Tốc độ tăng trưởng ngành bia tại Việt Nam, theo thống kê của các công ty nghiên cứu thị trường, ước đạt khoảng 15%/năm. Việt Nam có khoảng 350 cơ sở sản xuất bia có trụ sở ở hầu hết các tỉnh thành trên cả nước và tiếp tục tăng về số lượng. 1.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Song song với phát triển kinh tế thì ngành công nghiệp sản xuất bia cũng đang là mối quan tâm lớn trong vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nước thải. Loại nước thải này chứa hàm lượng lớn các chất lơ lửng, COD và BOD dễ gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, loại nước thải này cần phải xử lý trước khi xả vào nguồn tiếp nhận. Công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam tại phường Thới An, Quận 12, TP.HCM với ngành nghề kinh doanh sản xuất nước giải khát lên men (bia). Hoạt động của công ty đã góp phần vào sự phát triển kinh tế của Quận. Tuy nhiên, các hoạt động sản xuất của công ty không tránh khỏi những tác động đến môi trường xung quanh do việc phát sinh các chất thải có khả năng gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nước thải. SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 4 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên Đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất bia tại công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam”, được thực hiện nhằm giải quyết vấn đề đang tồn tại ở công ty đó là việc xử lý nước thải sản xuất trước khi thải vào môi trường. 1.3. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Tìm hiểu thành phần, tính chất đặc trưng của nước thải ngành bia nói chung và của công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam nói riêng. - Tìm hiểu tình hình hoạt động công nghệ sản xuất bia của Công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam. - Từ đó, đề xuất công nghệ xử lý nước thải phù hợp với điều kiện thực tế của Công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam, đạt chuẩn đầu ra, và tính toán chi tiết các công trình đơn vị. 1.4. Ý NGHĨA THỰC TIỄN Qua việc thảo luận, đề xuất và tính toán phương án thiết kế hệ thống xử lý cho công ty mà nhóm tham quan tìm hiểu giúp: - Nêu khách quan tính chất nước thải của công ty Đề ra giải pháp thiết kế và xử lý hiệu quả nhất SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 5 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên Chương 2. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA VÀ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM CỦA NƯỚC THẢI BIA 2.1. GIỚI THIỆU VỀ NGÀNH SẢN XUẤT BIA 2.1.1. Nguồn gốc ra đời Bia là một trong những đồ uống lâu đời nhất thế giới, lịch sử bia có niên đại đến 6000 năm TCN, nó đã được ghi lại trong văn bản lịch sử của vùng Lưỡng Hà. Các tài liệu sớm nhất của người Sumer cũng đề cập tới bia. Một lời cầu nguyện tới nữ thần Ninkasi còn được gọi là "Thánh ca cho Ninkasi" được dùng như một lời cầu nguyện cũng như phương pháp để ghi nhớ công thức làm bia trong một nền văn hóa có rất ít người biết chữ. Như hầu hết các chất có chứa carbohydrat, chủ yếu là đường hoặc tinh bột, có thể lên men tự nhiên, có khả năng đồ uống giống bia được phát minh độc lập giữa các nền văn hóa khác nhau trên toàn thế giới. Việc phát minh ra bánh mì và/hoặc bia đã được chứng minh là động lực cho con người phát triển công nghệ và xây dựng nền văn minh nhân loại. Các thực nghiệm hóa học sớm nhất đã cho thấy bia lúa mạch được phát hiện tại Godin Tepe ở miền trung dãy núi Zagros của Iran có niên đại khoảng 3400-3000 năm TCN. (Chalcolithic/Late Uruk Period). Bia có thể đã được biết đến ở Châu Âu thời kỳ đồ đá mới khoảng 3000 năm TCN, và được ủ chủ yếu trong gia đình. Trước Cách mạng công nghiệp, bia tiếp tục được sản xuất bán trên quy mô gia đình, mặc dù đến thế kỷ 7 sau công nguyên, các tu viện ở Châu Âu cũng sản xuất và bán bia. Trong cách mạng công nghiệp, việc sản xuất bia được chuyển từ thủ công sang công nghiệp, việc sản xuất nhỏ lẻ không còn đáng kể vào cuối thế kỷ 19. Sự phát triển của phù kế và nhiệt kế đã thay đổi việc làm bia, các công cụ đó cho phép người làm bia có thể kiểm soát nhiều hơn quá trình làm bia, thu được nhiều kết quả hơn. Ngày nay, ngành công nghiệp sản xuất bia là một nền kinh doanh toàn cầu, bao gồm một số công ty đa quốc gia chiếm ưu thế trên thị trường và hàng ngàn các nhà sản xuất nhỏ từ các cơ sở nhỏ tới các cơ sở lớn của vùng. 2.1.2. Tình hình phát triển ngành công nghiệp sản xuất bia Sản xuất bia, rượu, nước giải khát (bao gồm nước ngọt, nước khoáng và nước uống không cồn) là phân ngành kinh tế cấp 3 trong phân ngành cấp 2 sản xuất đồ uống, thuộc ngành cấp 1 là ngành công nghiệp chế biến, chế tạo. Ở Việt Nam, tính theo năm thành lập những nhà máy sản xuất bia, rượu quy mô công nghiệp sớm nhất (Bia Homel - Hà Nội là từ 1890, Bia BGI Sai gòn (1875), SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 6 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên Rượu Foutaine - Hà Nội 1898) có thể thấy sự hình thành nên ngành công nghiệp sản xuất đồ uống Việt Nam là khá sớm, từ cuối thế kỷ XIX. Trải qua một khoảng thời gian dài cho tới sau ngày thống nhất đất nước (30/4/1975), ngành công nghiệp sản xuất đồ uống, bao gồm khá đầy đủ các sản phẩm chủ yếu là bia, rượu, nước giải khát mới có điều kiện phát triển, với sự ra đời lần lượt hàng ngàn cơ sở sản xuất dưới các tên gọi nhà máy, công ty, tổng công ty trong nước và các doanh nghiệp có vốn nước ngoài. Khi đất nước đổi mới, nền kinh tế phát triển theo cơ chế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa, cơ cấu kinh tế cũng có nhiều thay đổi, mô hình quản lý mới được hình thành, nhiều tổng công ty nhà nước được thành lập, trong đó có 2 tổng công ty thuộc ngành đồ uống là Tổng Công ty Bia - Rượu - Nước giải khát Hà Nội (Habeco) và Tổng Công ty Bia - Rượu - Nước giải khát Sài Gòn (Sabeco). Đây là hai tổng công ty nòng cốt của ngành sản xuất đồ uống của Việt Nam. Sau nhiều năm đầu tư phát triển, năng lực sản xuất của ngành đã tăng lên không ngừng. Nếu như năm 2000, cả nước mới có năng lực sản xuất bia khoảng 1,2 tỷ lít, thì đến 2010 năng lực đã tăng lên lần lượt là 2,5 tỷ lít bia. Cho đến năm 2014 năng lực đó đã tăng lên khoảng trên 3 tỷ lít bia. Năng lực sản xuất đó cho thấy ngành chiếm một vị trí đáng kể trong nền kinh tế quốc dân. Điều đó cũng đã được Chính phủ xác định trong nhiều văn bản chỉ đạo của mình. Trong Quy hoạch tổng thể phát triển ngành Bia Việt Nam giai đoạn 2010-2015 tầm nhìn 2025, với mục tiêu là “Xây dựng Ngành Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam thành một ngành kinh tế quan trọng, sản xuất ra nhiều sản phẩm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu, đóng góp ngày càng nhiều cho ngân sách nhà nước; các sản phẩm bia, rượu, nước giải khát được sản xuất có chất lượng cao, có uy tín, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, đa dạng về mẫu mã và chủng loại có thương hiệu hàng hóa và khả năng cạnh tranh trong quá trình hội nhập với khu vực và thế giới”. 2.1.3. Vai trò của nghành bia Vai trò đó của ngành được thể hiện qua các mặt tác động chủ yếu như sau: Tham gia đóng góp vào sự phát triển chung của ngành công nghiệp Việt Nam nói riêng và nền kinh tế nói chung với mức tăng trưởng về giá trị sản xuất bình quân trên 10% mỗi năm. Tỷ trọng giá trị sản xuất công nghiệp của ngành chiếm khoảng 5,6-6% tổng giá trị ngành công nghiệp cả nước thuộc Bộ Công Thương quản lý Đảm bảo cung cấp cho nhu cầu tiêu dùng của xã hội các mặt hàng bia các loại với số lượng, chất lượng ngày càng tăng, kiểu dáng, mẫu mã ngày càng phong phú, chiếm lĩnh cơ bản thị trường trong nước, đẩy lùi hàng nhập khẩu. Hiện nay chỉ còn tình trạng nhập lậu một số sản phẩm bia với số lượng không đáng kể. Giải quyết việc làm cho hàng triệu lao động trong tất cả các khâu sản xuất, phân phối, cung ứng, vận tải; tạo điều kiện thúc đẩy sự phát triển công nghiệp và đóng góp ngân sách của các địa phương, phát triển mạng lưới phân phối, bán lẻ, góp phần cải thiện đời sống người lao động trên các vùng miền trong cả nước. Có thể nói hầu hết các tỉnh, thành phố trực thuộc trung ương đều có những cơ sở sản xuất thuộc ngành thuộc mọi thành phần kinh tế. Sản phẩm bia là những sản phẩm không chỉ có thuế VAT mà còn chịu thuế tiêu thụ đặc biệt và nói chung có mức thuế xuất cao. Vì thế ngành sản xuất bia là một trong số ít ngành đóng góp cho ngân sách lớn, với tỷ lệ khoảng bằng 50% doanh thu SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 7 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên tiêu dùng của ngành và với tổng mức thu nộp vào cả ngân sách trung ương và ngân sách địa phương hiện nay khoảng trên 30 ngàn tỷ đồng/năm. 2.2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA Quá trình sản xuất bia gồm 3 giai đoạn chính sau: Nấu và đường hóa. Lên men chính, lên men phụ và tàng trữ. Lọc bia và chiết bia. Có thể mô tả công đoạn sản xuất bia theo sơ đồ sau: Sơ đồ dây chuyền công nghệ SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 8 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên 2.2.1. Đặc tính nguyên liệu Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt Đại Mạch, hoa houblon và nước. Để tiết kiệm nguồn malt Đại Mạch hoặc để sản xuất một vài loại bia thích hợp, với thị hiếu của người tiêu dùng. Bên cạnh Đại Mạch, người ta còn dùng thêm các nguyên liệu phụ như bột mì, gạo, bột ngô, thậm chí cả bột đậu tương đã tách béo. 2.2.1.1. Nước Đối với bia, nước là một nguyên liệu không thể thay thế được. Thành phần hóa học của nước ảnh hưởng đến đặc điểm, tính chất sau cùng của bia do nó tác động trong suốt các quá trình chế biến của công nghệ sản xuất bia. Trên dây chuyền công nghệ chính, nước được dùng trong quá trình nấu, pha loãng dung dịch đường để lên men, như vậy nước trở thành thành phần chính của sản phẩm. Ngoài ra, nước còn được dùng ở những quá trình khác như làm lạnh, làm nóng, rửa dụng cụ, thiết bị, vệ sinh khu vực sản xuất. 2.2.1.2. Đại mạch Đại mạch là nguyên liệu chủ yếu dùng để sản xuất bia, muốn được vậy, đại mạch phải trải qua quá trình nẩy mầm nhân tạo sau đó dừng lại bằng cách sấy khô. Thành phần hóa học của Đại mạch. Carbohydrate chung :70-85%. Các chất vô cơ :10,5-11,5% Chất béo :1,5 -2% Các chất khác :1-2 Độ ẩm bình quân thay đổi từ 14 -14,5%, độ ẩm có thể thay đổi từ 12% trong điều kiện thu hoạch khô ráo và trên 20% trong điều kiện ẩm ướt. Tinh bột Có công thức là (C6H10O5)n, có được chuyển hóa dễ dàng thành đường glocose dưới tác dụng của acid và thành dextrine và maltose dưới tác dụng của amylase. Tinh bột là một thành phần quan trọng về mặt số lượng trong đại mạch từ 55-65%. Khi nấu, dưới tác dụng của các men amylase được chuyển hóa thành thành dextrine và đường maltose và sau đó sẽ được chuyển hóa thành cồn và CO2 trong quá trình SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 9 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên lên men. Protein Sản phẩm thủy phân của protêin được chia ra làm nhiều nhóm khác nhau và giữ một vai trò hết sức quan trọng trong sản xuất malt và bia. Những nhóm kém phức tạp sẽ là chất dinh dưỡng cho nấm men trong quá trình lên men, nhưng nếu trong dịch đường có quá nhiều loại này nấm men không sử dụng hết, phần tồn tại trong bia sẽ là dinh dưỡng cho các vi sinh vật làm hỏng bia trong quá trình bảo quản. 2.2.1.3. Chủng nấm men Nấm men đóng vai trò quyết định trong sản xuất bia vì quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men bia chính là quá trình chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm. Quá trình chuyển hóa này lại gắn liền với sự tham gia của hệ enzyme trong tế bào nấm men, do đó việc phải nuôi cấy nấm men để tạo điều kiện cho sự hình thành và hoạt động của hệ enzyme là một khâu kỹ thuật rất quan trọng không thể tiến hành một cách tùy tiện. Nấm men được sử dụng cho sản xuất bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống Saccaromyces. 2.2.2. Dây chuyền công nghệ khâu nấu và đường hóa Nghiền nguyên liệu Mục đích của quá trình nghiền là nhằm tạo ra những điều kiện thuận lợi cho sự tiến triển của các biến đổi lý sinh hóa trong quá trình đường hóa, nhằm làm thế nào thu được lượng chất hòa tan lớn nhất. Thiết lập được một điều kiện thích hợp về mối liên hệ giữa nước và các thành phần của bột malt là một điều kiện rất quan trọng, có như vậy mới giúp cho quá trình lên men xảy ra tốt và quá trình hình thành các chất hòa tan hiệu quả nhất. Trộn nguyên liệu với nước Quá trình đường hóa được bắt đầu bằng việc pha trộn bột malt, gạo với nước. Nhằm tránh cho bột malt, gạo bị vón cục gây trở ngại cho việc thủy phân tinh bột, người ta sử dụng một thiết bị pha dựa theo nguyên lý Ventury hoặc bằng cơ học gồm một vít xoắn đánh tơi bột trong nước, phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật nấu hoặc SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 10 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên pha loãng, thường người ta áp dụng là: 3,5 - 4 lít nước cho 1kg gạo và 3 - 3,5 lít nước cho 1kg malt. Nấu và đường hóa nguyên liệu Mục đích là nhằm chuyển về dạng hòa tan tất cả các chất có phân tử lượng cao nằm dưới dạng không hoà tan trong bột malt. Chúng sẽ cùng với những chất hòa tan có sẵn tạo thành chất chiết chung. Quá trình thủy phân các chất hữu cơ phức tạp trên là kết quả của sự tác dụng của hệ thống enzyme có sẵn trong malt. Thủy phân tinh bột Thành phần quan trọng nhất của bia là cồn được sinh ra trong quá trình lên men từ dịch đường. Vì vậy sự thủy phân tinh bột thành maltose rất quan trọng. Thêm vào đó các sản phẩm trung gian không lên men được như dextrine cũng được hình thành. Sự thủy phân tinh bột được tiến hành thành 3 giai đoạn không thay đổi nhưng hòa lẫn với nhau như sau: Hồ hóa dịch hóa đường hóa - Hồ hóa: tinh bột không hòa tan trong nước lã, không hòa tan trong dung môi hữu cơ trung tính. Khi ở trong nước lã bình thường chúng hút nước và trương nở ra. Vì thế, khi gia nhiệt thể tích của khối bột tăng lên, các hạt tinh bột bị nén chặt sau cùng chúng bị vỡ ra và tạo thành một dung dịch nhớt. Độ nhớt của dung dịch phụ thuộc vào lượng nước pha và tùy theo cấu trúc của từng loại tinh bột. - Dịch hóa: dưới tác dụng của 𝜶 - amylase, các chuỗi dài amylo và amylopectin sẽ nhanh chóng cắt đứt thành những chuỗi nhỏ hơn, vì thế nên độ nhớt trong mẻ nấu giảm rất nhanh. 𝜷 - amylase chỉ có thể cắt từ từ vào cuối mạch của amylo và cuối mạch nhánh của amylopectin và cứ cắt 2 gốc một như vậy. Dịch hóa có nghĩa là giảm độ nhớt trong dung dịch tinh bột đã hồ hóa bởi 𝜶 amylase. -Đường hóa: 𝜶 - amylase tuần tự phân cắt các chuỗi của amylo và amylopectin thành dextrin có từ 7 -12 gốc glucose còn lại, 𝜷 - amylase tách 2 gốc từ đuôi còn lại của 𝜶 - amylase đã cắt để hình thành các chuỗi nhỏ hơn, các loại đường khác nhau như maltotriose và glucose có độ dài các chuỗi khác nhau cũng được hình thành. SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 11 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên Lọc dịch đường và rửa bã Cháo malt sau khi đường hóa xong gồm 2 phần: phần đặc và phần loãng. Phần đặc bao gồm tất cả những phần tử nhỏ không hòa tan của bột malt. Phần loãng thì dung dịch nước chứa tất cả chất hòa tan trong mẻ nấu gọi là “dịch đường”. Mục đích của quá trình lọc là nhằm phân tách phần loãng riêng ra khỏi phần đặc. Đặc trưng của cháo malt là trong đó có rất nhiều phần tử rắn. Trong quá trình lọc, những phần tử rắn này sẽ tạo thành một lớp nguyên liệu lọc phụ. Điều này có ý nghĩa khá lớn trong khi lọc. Đun sôi dịch đường cùng với hoa houblon Mục đích của quá trình đun sôi dịch đường với hoa houblon là nhằm ổn định thành phần và tạo cho bia có mùi thơm, vị đắng đặc trưng của hoa houblon. Bia là một loại giải khát có mùi thơm và vị đắng rất đặc trưng, mùi thơm vị đắng đặc trưng này gây nên bởi hoa houblon. Đồng thời hoa houblon còn giúp cho bia thêm phần bền vững sinh học và khả năng tạo bọt tốt. Một trong những phương pháp thông dụng nhằm chiết chất đắng và dầu thơm của hoa houblon là đun sôi trực tiếp dịch đường với hoa. Làm lạnh và lắng trong dịch đường Mục đích của quá trình làm lạnh và lắng trong là giảm nhiệt độ nước nha xuống, đưa oxy từ không khí vào dịch thể và kết lắng các chất bẩn. Thông thường làm lạnh và lắng trong nước nha tiến hành qua 2 bước: - Bước 1. Giảm nhiệt độ xuống 60-700C và giữ ở nhiệt độ này khoảng 2 giờ vì cần ít nhất 2 giờ các cặn bã mới lắng hết. Sau đó, bơm phần trong của nước nha (loại bỏ phần cặn ở đáy thùng) sang thiết bị làm lạnh nhanh. - Bước 2: Làm giảm nhanh nhiệt độ xuống tương ứng với nhiệt độ lên men (khoảng 7100C). Đến giai đoạn này, số cặn còn lại tuy không nhiều nhưng đó là những cặn rất nhỏ, đường kính của chúng thường không quá 0,5 𝝁m và lởn vởn trong dung dịch ở dạng huyền phù, rất khó lắng, thậm chí không lắng. Phải loại bỏ các kết tủa này bằng ly tâm hoặc có khi sử dụng bột trợ lọc điatomit sau đó mới đưa nước nha vào thùng lên men. SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 12 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên 2.2.3. Lên men dịch đường Sản xuất bia thuộc lĩnh vực lên men cổ điển (như lên men rượu, một số axit hữu cơ, một số dung môi hữu cơ). Đó là một quá trình hóa sinh, vi sinh tương đối đơn giản so với các ngành lên men thuộc lĩnh vực lên men hiện đại như sinh tổng hợp các axit amin, các enzym. Trong sản xuất bia, quá trình lên men có hai dạng: lên men nổi và lên men chìm. Hai dạng lên men này khác nhau chủ yếu ở chỗ sử dụng hai loại nấm men khác nhau. Nấm men chìm thì lên men chính ở 6-90C, còn nấm men nổi thường có nhiệt độ lên men chính cao hơn. Tại nhà máy áp dụng phương pháp lên men chìm. => Các giai đoạn lên men Giai đoạn bắt đầu . Xuất hiện bọt trắng mịn và bám vào thành thùng và từ từ phủ kín bề mặt bia non. Bọt này được xuất hiện từ 8 đến 16 giờ sau khi cấy men. Nếu thời gian này bị kéo dài hơn thì nên bổ sung nấm men hoặc tăng nhiệt độ lên men, thông thường nhiệt độ lên men của nấm men bắt đầu từ 6-70. Nếu các biện pháp trên không hiệu quả thì cần kiểm tra lại hàm lượng O 2, và hàm lượng O2 thông thường > 6mg/l. Giai đoạn tiếp theo gọi là giai đoạn “Krausen collapsing”. Mức độ lên men ít mạnh mẽ hơn, lớp bọt dần dần bị xẹp xuống và cuối cùng tạo nên một lớp bao phủ màu nâu có vị đắng là do sự oxy hóa của nhựa hoa houblon và tannin. Giai đoạn cuối cùng gọi là “collapsed foam”. Do tốc độ lên men tiếp tục giảm, bọt tiếp tục vỡ ra và cuối cùng chỉ còn một lớp bọt màu nâu xốp bẩn, lớp bọt này cần loại bỏ trước khi chuyển bia để khỏi làm bẩn nấm men thu hồi. 2.2.4. Giai đoạn lọc bia Sau khi lên men và hoàn tất quá trình làm chín bia có đầy đủ các thành phần hóa học, cũng như hương vị đặc trưng riêng biệt của từng loại bia nhưng bia vẫn còn mờ đục nên cần phải lọc để trở nên trong suốt và óng ánh. Lọc bia dựa trên cơ sở của 2 quá trình: Quá trình cơ học: nhằm giữ lại các phần tử rắn có kích thước to hơn các lỗ hoặc SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 13 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên khe của lưới lọc. Quá trình hấp thu: đối với các phần tử có kích thước rất bé như các chất keo hòa tan dưới dạng phân tử, các nấm men và vi sinh vật. Ngoài các chất gây đục bia, quá trình hấp thu cũng làm giảm bớt một phần các chất protein, chất nhựa houblon, chất màu, cồn bậc cao và ester. Vì vậy bia được trong chính là nhờ => quá trình này. Bia lọc xong phải đảm bảo về mặt chất lượng như: độ ổn định vi sinh, độ ổn định keo, độ ổn định mùi vị. Bia đã lọc được đưa vào tank chứa có áp lực, thời gian chứa từ 2-3 ngày ở nhiệt độ từ 0-20C. 2.3. CÁC NGUỐN PHÁT SINH CHẤT THẢI Ngành công nghiệp sản xuất bia cũng như các ngành công nghiệp khác đều có sự phát sinh chất thải trong quá trình sản xuất và ảnh hưởng đến môi trường cụ thể là chất thải rắn, khí thải và đặc biệt là nước thải sản xuất. Cụ thể như sau : 2.3.1. Về nước thải Bia chứa chủ yếu là nước (>90%), còn lại là cồn (3 – 6%), CO2 và các hóa chất hòa tan khác. Vì vậy sản xuất bia là một trong những ngành công nghiệp đòi hỏi tiêu tốn rất nhiều nước do đó sẽ thải ra môi trường một lượng rất lớn nước thải. Nước thải của nhà máy bia thường gồm những loại sau: Nước làm nguội, nƣớc ngưng tụ. Loại nước này không thuộc loại nước gây ô nhiễm nên có thể xử lý sơ bộ và tái sử dụng lại. Nước vệ sinh thiết bị như rửa thùng nấu, rửa bể chứa, rửa sàn nhà sản xuất. Loại nước này chứa nhiều chất hữu cơ, cần phải được tiến hành xử lý để làm sạch môi trường và tái sử dụng lại. Nước vệ sinh và các thiết bị lên men, thùng chứa đường ống, sàn nhà lên men. Loại nước thải này chứa nhiều xác nấm men, xác nấm men rất dễ tự phân hủy,gây ra tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng. Loại nước này cần có biện pháp xử lý đặc biệt giảm nguy cơ ô nhiễm. Nước rửa chai đựng bia. Loại nước thải này cũng gây ô nhiễm nghiêm trọng,nước này không chỉ chứa các chất hữu cơ mà còn chứa rất nhiều các hợp chất màu từ mực in nhãn, kim loại ( đặc biệt là Zn và Cu) 2.3.2. Khí thải Hơi phát sinh từ quá trình nấu, hơi khí nén bì rò rỉ, bụi từ quá trình chuẩn bị nguyên liệu . . . Nguồn Bụi phát sinh chủ yếu trong nhà máy bao gồm trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu, quá trình tiếp liệu, quá trình xay malt, quá trình nghiền gạo… Tuy nhiên tải lượng bụi ở đây rất khó ước tính phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như loại nguyên liệu, độ ẩm của nguyên liệu, tình trạng / tính năng của thiết bị máy móc… SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 14 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên 2.3.3. Tác nhân nhiệt Nhiệt tỏa từ lị nấu, lị hơi (nguồn nhiệt rất nặng) và từ hệ thống làm lạnh (nguồn nhiệt lạnh) và tiếng ồn do thiết bị sản xuất (máy bơm, máy lạnh, băng chuyền,…) ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của công nhân và mơi trường xung quanh. 2.3.4. Chất thải rắn Chất thải được phát sinh chủ yếu từ công đoạn: lọc dịch đường, tách bã, lên men chính – phụ, bao gồm bã thải lúa mạch – gạo, xỉ lò nấu, bã men bia, ngoài ra còn có chất thải rắn sinh hoạt từ văn phòng và bếp ăn. 2.3.5. Tiếng ồn, độ rung Chủ yếu được phát sinh từ quá trình hoạt động của các máy móc thiết bị như máy nghiền, máy đóng chai, thiết bị làm lạnh, băng chuyền. SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 15 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên Chương 3. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY BIA VIỆT NAM (VBL) 3.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY VBL 3.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của công ty VBL Công ty TNHH Nhà Máy Bia Việt Nam (VBL) được thành lập vào ngày 9/12/1991, giữa Tổng Công ty Thương mại Sài Gòn (SATRA) và Công ty Asia Pacific Breweries Ltd. (“APB”) - nay là Công ty Heineken Asia Pacific Pte Limited (HEINEKEN Châu Á Thái Bình Dương), có trụ sở chính đặt tại lầu số 15 tòa nhà Melinh Point – số 2 đường Ngô Đức Kế Q.1, TP.HCM.Việt.Nam. Hình . Công ty nhà máy Bia Việt Nam VBL. Nhà máy Bia có diện tích 12,7 hecta tọa lạc tại Phường Thới An, Q.12, TP. Hồ Chí Minh, là một trong những nhà máy bia hiện đại nhất khu vực Đông Nam Á hiện nay. Nhà máy nằm gần thành phố, thuận tiện trong lưu thông và vận chuyển hàng hóa. Công ty hiện có hơn 1.600 nhân viên và tạo hàng ngàn việc làm cho các nhà cung cấp và đối tác tại Việt Nam. Ngoài Nhà Máy tại Quận 12, VBL còn sở hữu các Nhà Máy tại Đà Nẵng, Quảng Nam, Tiền Giang. SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 16 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên 3.1.2. Sản phẩm của công ty Hiện nay, công ty VBL là đơn vị sản xuất và phân phối các nhãn hiệu bia: Heineken, Tiger, Tiger Crystal, Desperados, Biere Larue, Biere Larue Export, BGI và Bivina tại Việt Nam. Trong đó sản phẩm chủ lực là bia Heineken, Tiger và Larue. Nhà máy sản xuất theo công nghệ và quy trình khép kín của Heineken. Hình . Các nhãn hiệu sản phẩm của VBL hiện nay. Bia Tiger: Bia Tiger được sản xuất năm 1932, là sản phẩm bia đầu tiên của châu Á do tập đoàn sản xuất. Bia Heineken: Được nhập trực tiếp từ Hà Lan về Việt Nam, năm 1994 lần đầu tiên Heineken được công ty Bia VietNam Brewery Lmited (VBL) sản xuất ngay tại Việt Nam. Bia Biere Larue: Biere Larue lần đầu tiên được sản xuất vào năm 1909 bởi người Pháp tên Victor Larue. Bằng sự đúc kết từ nhiều năm kinh nghiệm, ông đã góp công giới thiệu đến Việt Nam một hương vị bia độc đáo đến từ Châu Âu mang đậm hương vị đặc trưng của hơn 100 năm truyền thống bia Pháp. Bia BGI: Năm 1991 BGI mở chi nhánh đầu tiên ở Tiền Giang, thành lập và vận hành vào ngày 10/4/1993. Sau vài năm thì BGI quyết định bán hết cho Foster’s và từ ngày 23/9/1997 Foster’s đã chính thức tiếp quân tất cả tài sản của BGI. Bia Bivina: Để đáp ứng nhu cầu của khách hàng trong nước, công ty đã sản xuất ra một loại bia có chất lượng tốt và ổn định, giá thành thấp hơn so với Heineken để phục vụ cho nhu cầu của người lao động trong nước. Vào tháng 10/1997 NMBVN đã giới thiệu với thị trường nhãn bia nội địa đầu tiên của công ty – bia Bivina, một loại bia được sản xuất theo khẩu vị người tiêu dùng Việt Nam bằng công nghệ Quốc tế. SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 17 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên 3.1.3. Sản lượng của công ty Trong quá trình hoạt động sản xuất nhà máy đã mở rộng sản xuất 2 lần: lần 1 vào ngày 18/7/1997 với năng suất 150 triệu L/năm, lần 2 vào ngày 8/6/2006 với năng suất 230 triệu L/năm. 3.2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA CỦA NHÀ MÁY 3.2.1. Các loại nguyên liệu và hóa chất sử dụng Hình. Các nguyên liệu đầu vào cho quá trình sản xuất. Nguyên liệu chính để sản xuất ra bia là: Nước, đại mạch (malt), hoa bia (houblon) và men bia Heineken A. Nguyên liệu được công ty sử dụng để sản xuất bia đa số được nhập về từ nước ngoài như: malt, hoa bia (houblon), men bia Heineken A. Nước được công ty sử dụng là nước giếng khoan ở độ sâu 75 – 80m đã qua xử lý và kiểm định (hàm lượng khoáng rất thấp, vì khoáng ảnh hưởng đến mùi và vị của Bia đặc biệt là vị). Ngoài ra để sản xuất ra bia Tiger và bia Bivina công ty còn sử dụng một lượng gạo mua trong nước để thay thế cho Malt, mục đích để hạ giá thành sản phẩm. 3.2.1.1. Đại mạch (malt) Đại mạch được chia làm 2 nhóm: mùa đông và mùa xuân, có chu kỳ sinh trưởng 100-120 ngày. Malt là loại đại mạch được nảy mầm trong điều kiện nhân tạo. Hạt đại mạch được ngâm trong nước sau đó được tạo môi trường ấm để thích hợp cho việc nảy mầm. Quá trình nảy mầm, một lượng lớn các enzyme xuất hiện và tích tụ trong hạt đại mạch như: emzyme amylaza, enzym protesza. Các enzym này là SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 18 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên những nhân tố thực hiện việc chuyển các chất trong thành phần hạt đại mạch thành nguyên liệu mà nấm men có thể sử dụng để tạo thành sản phẩm là bia, khi hạt đại mạch đã nảy mầm, người ta đem đi sấy khô ở nhiệt độ cao, trong thời gian ngắn tùy theo nhiệt độ sấy mà ta thu được những loại Malt khác nhau. Quá trình sấy thực hiện nhanh trong 24 giờ. Sau đó loại bỏ mầm vì mầm có thể mang lại cho bia vị không bình thường. Không thể dùng Malt vừa sấy xong để làm bia mà phải qua quá trình bảo quản, vì trong quá trình bảo quản Malt sẽ hút ẩm từ không khí độ ẩm dần tăng lên, trong malt lúc này xuất hiện một số hiện tượng hóa lý ngược với lúc sấy khô. Thành phần hóa học của Malt tính theo % chất thô) + Tinh bột: 58% + Chất khoáng: 2.5 % + Lipid: 2.5 % + Saccharose: 5 % + Đường khử: 4% + Protid: 10 % + Pentoza: 8% + Cenllulose: 6 % Malt được sử dụng ở dạng chất khô hòa tan thành dịch đường. Malt là nguyên liệu truyền thống , thiết yếu, không thể thiếu trong quá trình sản xuất bia. 3.2.1.2. Hoa bia (Houblon) Hoa Houblon là nguyên liệu thứ chính thứ 2 để sản xuất bia, hoa góp phần tạo ra mùi vị đặc trưng của bia, ngoài ra hoa Houblon còn được sử dụng như một chất bảo quản bia, làm tăng tính ổn định, khả năng tạo bọt, tính giữ bọt, làm cho bột mịn và xốp. Trong thành phần hoa Houblon gồm có: + Chất đắng: 19% + Chất đắng: 19% + Tanin: 4% + Tanin: 4% + Celluloza: 13% + Protein: 20% SVTH: Nhóm 1 – DH12MT Page 19 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia VBL GVHD: ThS. Phạm Trung Kiên + Tro: 5-10 % + Khoáng: 8% + Tinh dầu: 1.5% + Chất hòa tan không chứa N2: 28% + Chất đắng: là thành phần thiết yếu và đặc trung của hoa Houblon, gồm acid đắng và nhựa đắng. Trung bình trong hoa Houblon có chứa 16-19 % chất đắng, acid đắng chiếm 9-11 %, nhựa đắng chiếm 7-8 % + Lupulin và các đồng phân của nó: tạo ra 85-95 % chất đắng trong bia, có tính tạo và giữ bọt. + Tanin (chất chát): C25H24O4 làm kết tủa các protid kém bền vững, tăng tính ổn định trong bia. Thông thường trong bia có khoảng 0.012-0.02% tanin + Tinh dầu: có màu vàng sánh, trong, mùi thơm mạnh, tinh dầu quyết định mùi thơm của bia. Hoa bia được tinh chế thành dạng cao để bảo quản tốt hơn. Hoa Houblon sau khi vừa sấy xong sẽ được ngâm ngay vào cồn 96% để trích ly, rồi cô đặc dịch trích ly thành cao. Hoa Houblon được bảo quản ở nhiệt độ 0.5-200C. Hoa Houblon là nguyên liệu thứ chính thứ 2 để sản xuất bia, hoa góp phần tạo ra mùi vị đặc trưng của bia, ngoài ra hoa Houblon còn được sử dụng như một chất bảo quản bia, làm tăng tính ổn định, khả năng tạo bọt, tính giữ bọt, làm cho bột mịn và xốp. 3.2.1.3. Nước (water) Nước là nguyên liệu cơ bản nhất, không gì có thể thay thế nước trong quá trình sản xuất bia. Nước chiếm từ 80-89% trọng lượng bia thành phẩm. Ngoài tham gia vào thành phần bia, nước còn góp mặt trong quá trình nấu, làm nguội dịch đường, làm nóng, làm lạnh. Thành phần của nước ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của bia, vì vậy nguồn nước sử dụng trong sản xuất bia đòi hỏi phải có chất lượng cao hơn nước uống. + pH: 6.5 – 7.2 + Độ cứng tổng: