Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học Bách khoa hà nội
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình xử lý nước thải sản xuất Bia bằng thiết bị
UASB thu Biogas
Nguyễn Thị Lợi
Hà nội 2005
Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học Bách khoa hà nội
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình xử lý nước thải sản xuất Bia bằng thiết bị
UASB thu Biogas
Ngành: Công nghệ Môi trường
Nguyễn Thị Lợi
Nguời hướng dẫn khoa học:
PGS- TS Nguyễn Thị Sơn
Hà nội 2005
Lời cảm ơn
Lời đầu tiên tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến
PGS - TS Nguyễn Thị Sơn - Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi rất
nhiều trong thời gian qua. Được làm việc với cô là một vinh dự cho tôi. Cô đã
truyền cho tôi niềm say mê nghiên cứu khoa học, sự ham học hỏi cũng như rất
nhiều những kinh nghiệm làm việc quý báu.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn tất cả các thầy, cô, bạn bè trong viện
Khoa học và Công nghệ môi trường, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt
quá trình thực tập.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Công ty Cổ phần Bia Nghệ An đã giúp đỡ
tôi hoàn thành tốt đợt đi thực tế tại quý Công ty.
Xin cảm ơn Trung tâm quan trắc - Phân tích Môi trường Biển HảI
Quân nơi tôi làm việc đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi học tập và hoàn
thành tốt luận văn.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bè bạn và những người thân yêu
của tôi đã không ngừng động viên quan tâm và khích lệ tôi .
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà nội tháng 10/2005
Tác giả
Nguyễn Thị Lợi
MỤC LỤC
Trang
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan về công nghệ sản xuất bia
1.1
Hiện trạng và xu thế phát triển của ngành sản xuất bia.
3
1.1.1 Tình hình sản xuất bia ở trên thế giới.
3
1.1.2 Tình hình sản xuất vãu thế phát triển của ngành bia ở Việt nam.
5
1.2
Tổng quan chung về công nghệ sản xuất bia
7
1.2.1 Công nghệ sản xuất bia
7
1.2.2 Công nghệ sản xuất tại Công ty Cổ phần bia Nghệ An
13
1.3
Các chất thải từ công nghệ sản xuất bia và hiện trạng xử lý
15
1.3.1 Thành phần các chất thải
15
1.3.2 Công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia đã được ứng dụng trong nước
19
1.3.3 Hiện trạng xử lý nước thải tại Công ty Cổ phần Bia Nghệ An
23
Chương 2. Cơ sở lý thuyết và các dạng xử lý
2.1
2.2
2.3
sinh học yếm khí
Cở sở sinh học của quá trình xử lý yếm khí
26
2.1.1 Đặc trưng của qúa trình xử lý yếm khí
26
2.1.2 Cơ chế của quá trình
26
2.1.3 Tác nhân sinh học của quá trình phân giải yếm khí
30
Động học của vi sinh vật
32
2.2.1 Quy luật phát triển của vi sinh vật trong môi trường
32
2.2.2 Động học của quá trình phát triển vi sinh vật
34
Các yếu tố ảnh hưởng tới qúa trình xử lý yếm khí
36
2.3.1 Nhiệt độ
36
2.3.2 pH
37
2.3.3 Nồng độ cơ chất
37
2.3.4 ảnh hưởng của tải trọng chất hữu cơ đầu vào (Tk, kgCOD/m3
38
ngày) và thời gian lưu.
2.3.5 Thế oxy hoá khử ( hàm lượng H2 ) trong giai đoạn tạo axit axetic.
39
2.3.6 ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng
40
2.3.7 ảnh hưởng của các chất độc với vi khuẩn metan
40
Các dạng thiết bị xử lý yếm khí
2.4
44
2.4.1 Thiết bị yếm khí tiếp xúc
44
2.4.2 Thiết bị yếm khí giả lỏng
45
2.4.3 Thiết bị yếm khí dạng tháp đệm
45
2.4.4 Thiết bị yếm khí 2 giai đoạn
46
2.4.5 Thiết bị UASB
47
Chương III: Kết quả nghiên cứu và thảo luận.
Mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu
3.1
51
3.1.1 Mục đích và nội dung nghiên cứu.
51
3.1.2 Đối tượng nghiên cứu
51
3.1.3 Phương pháp phân tích
53
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
3.2
59
3.2.1 Kết quả khảo sát nước thải Công ty Cổ phần bia Nghệ An
59
3.2.2 Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý nước thải
62
bằng thiết bị UASB
3.2.2.1 ảnh hưởng của tải lượng đầu vào và tải trọng COD đến hiệu quả xử lý
62
thu Biogas
3.2.2.2
ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả xử lý và hiệu suất thu Biogas
67
3.2.2.3
ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý và hiệu suất thu Biogas
71
3.2.2.4
ảnh hưởng của nguyên tố vi lượng đến hiệu quả xử lý và hiệu suất thu Biogas
75
3.2.3
Đánh giá khả năng và phạm vi áp dụng hệ thống UASB trong công
79
nghệ môi trường
Chương 4: Thiết kế hệ thống xử lý yếm khí cho công ty Cổ
phần Bia Nghệ An.
4.1
Mục tiêu thiết kế
81
4.2
Tính toán thiết kế
81
Kết luận
88
Tài liệu tham khảo
91
Phụ lục
Các ký hệu viết tắt
N
: Tổng nitơ
P
: Tổng phốt pho
.,
: Hằng số tốc độ sinh trưởng , tốc độ sinh trưởng riêng cực đại (giờ -1).
max
S
: Nồng độ cơ chất (mg/l).
Ks
: Hằng số bán vận tốc (nồng độ cơ chất giới hạn).
rg
: Tốc độ sinh trưởng của tế bào (mg/l.ngày).
rsu
: Tốc độ dùng cơ chất (mg/l.ngày).
Y
: Hệ số tạo sinh khối từ cơ chất.
BOD
: Nhu cầu oxi hoá sinh học.
COD
: Nhu cầu oxy hóa học .
TS, SS
: Tổng chất rắn, tổng chất rắn lơ lửng
UASB
: Upflow Anaerobic Sluge Blanket
Tk
: Tải trọng khối
YCOD
: Hiệu quả khử COD (%)
YBiogas
: Hiệu suất thu Biogas
CODCH Lượng COD chuyển hoá
-1-
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, Việt nam là một quốc gia phát triển mạnh
mẽ về kinh tế. Đời sống của người dân không ngừng được nâng cao. Chính vì
thế các nhu cầu về hưởng thụ giải trí ngày một gia tăng. Một trong những loại
nước giải khát được ưa chuộng nhất đó chính là bia. Để đáp ứng yêu cầu của
thị trường các cơ sở sản xuất bia đã không ngừng mở rộng sản xuất đồng thời
nâng cao về chất lượng sản phẩm. Mở rộng sản xuất đồng nghĩa với việc tạo
ra một lượng chất thải rất lớn
Sản xuất bia là một ngành có định mức tiêu thụ nước khá lớn, nguồn
nước thải do sản bia có độ ô nhiễm hữu cơ cao. Nhưng việc xử lý nước thải
trong sản xuất bia hiện nay vẫn chưa được các cơ sở sản xuất quan tâm
đúng mức.
Công ty Cổ phần Bia Nghệ An là một doanh nghiệp khá thành công
trong giai đoạn hiện nay. Công ty đã không ngừng đổi mới công nghệ, nâng
cao chất lượng sản phẩm. Bên cạnh đó việc bảo vệ môi trường cũng đã được
Công ty quan tâm. Để giảm bớt được phần nào tác động của nước thải tới môi
trường Công ty cũng đã đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải và xử lý có
hiệu quả từ năm 1996. Tuy nhiên gần 10 năm qua, sản lượng bia của Công ty
đã tăng rất nhanh: từ 10 triệu lít/năm (1996) lên 28,4 triệu lít/năm (2004). Vì
vậy, hệ thống xử lý nước thải đã không đáp ứng được yêu cầu xử lý theo tiêu
chuẩn môi trường đặt ra, do đó việc phân luồng dòng thải, thiết kế hoàn thiện
hệ thống xử lý nước thải là rất cần thiết, đảm bảo các tiêu chuẩn môi trường.
Đề tài "Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý
nước thải sản xuất bia bằng thiết bị UASB thu Biogas'' nhằm mục đích góp
phần vào việc hoàn thiện công nghệ trong xử lý nước thải sản xuất bia của
-2-
Công ty Cổ phần bia Nghệ An, góp phần phát triển sản xuất một cách bền
vững và thực thi tốt luật bảo vệ môi trường.
Nội dung của luận văn bao gồm 4 chương:
• Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất bia.
• Chương 2: Cơ sở lý thuyết của phương pháp xử lý sinh học yếm khí.
• Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận.
• Chương 4: Thiết kế hệ thống xử lý yếm khí cho nước thải của Công
ty Cổ phần Bia Nghệ An.
-3-
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
1.1. Hiện trạng và xu thế phát triển của ngành sản xuất bia.
1.1.1. Tình hình sản xuất bia trên thế giới.
Vào năm 4000 trước công nguyên ở Mesopotamia - một thành phố cổ
của Ai Cập cổ đại đã có loại nước uống giải khát mà tất cả mọi người đều rất
thích - đó chính là bia. Như vậy, bia đã được sản xuất từ rất xa xưa, nhưng
mãi cho đến thế kỷ XIX, khi Louis Pasteur nghiên cứu thành công về các quá
trình lên men và Christian Hansen (người Đan Mạch) phân lập được nấm men
thì việc sản xuất bia có một bước đột phá lớn và đến lúc này mới thực sự trở
thành một ngành công nghiệp sản xuất loại đồ uống hảo hạng. Mỹ và Đức
được đánh giá là hai quốc gia có sản lượng bia cao nhất trên thế giới (trên 1 tỷ
lit/năm) [31].
Châu Âu, khu vực có nhiều quốc gia có nền kinh tế phát triển như:
Đức, Pháp, Hà Lan, Ý, Anh.. là khu vực sản xuất và tiêu thụ bia nhiều nhất
trên thế giới. Đức là một quốc gia có nền công nghiệp lâu đời nhất thế giới và
cũng đã sản xuất được rất nhiều loại bia nổi tiếng, được nhiều người ưa thích.
Tổng tiêu thụ trên đầu người của Đức là 125,3 lit/người vào năm 2000 và
121,5 lit/người vào năm 2002. Sản lượng bia sản xuất là 10,83 tỷ lít và xuất
khẩu 1105,6 triệu lít (năm 2002) [31].
Tại Ý, sản lượng bia đạt 1,22 tỷ lit trong năm 1998. Mặc dù sản lượng
bia của Ý thấp hơn so với các nước Châu Âu khá nhiều, nhưng mức tiêu thụ
trên đầu người rất cao nên Ý phải nhập khẩu bia, trung bình đạt 368 triệu
lit/năm. Bia được nhập từ các nước như: Đức (159,4 triệu lit), Hà Lan (45,47
triệu lit), Anh (36,2triệu lit), Đan Mạch (35,7 triệu lit). Tuy nhiên, Ý cũng xuất
-4-
khẩu một lượng nhỏ bia 37,3 triệu lit/năm. Các nước nhập khẩu bia Ý đó là Hy
Lạp, Tây Ban Nha, Bỉ , Albani, và Mỹ.
Tại Châu Mỹ, tổng sản lượng bia xuất khẩu tăng 0,4 % năm 2003 ở một
số quốc gia như Colombia, Argentina. Mỹ là một thị trường bia rất sôi động
chỉ thua Trung Quốc, sản lượng bia sản xuất ra đạt 23,4 tỷ lít với mức tiêu thụ
bình quân đầu người đạt 85 lit/người/ năm. Trong tương lai không xa Mỹ có
khả năng vượt Trung Quốc về sản lượng bia [11].
Thị trường tiêu thụ trên toàn thế giới có chiều hướng chuyển dịch đáng
kể: năm 2003 Châu Phi, Trung Đông đạt 5% . Dự báo năm 2005 vẫn sẽ giữ ổn
định. Châu Mỹ đạt 34%(năm 2003) và giảm xuống còn 30% (năm 2005).
Châu Âu đạt 33% năm 2003 và sẽ giữ nguyên vào năm 2005. Châu Á Thái
Bình Dương đạt 28% (2003) và tăng lên 32% (2005) [12].
Cùng với sự gia tăng dân số cũng như với sự tăng trưởng vượt bậc về
kinh tế, một số nước Châu Á được xem là một thị trường tiêu thụ đầy tiềm
năng. Trung Quốc là một trong những quốc gia tiêu thụ nhiều bia nhất thế
giới. Năm 2003, Trung Quốc đạt sản lượng là 26 tỷ lit bia với mức tiêu thụ
bình quân 20,1 lit/người/năm. So với một số quốc gia như Nhật Bản, Hàn
Quốc, thì sản lượng bia năm 2003 của Việt Nam cũng chỉ đạt vào mức trung
bình 12.950 nghìn lit. Chính sự phát tiển kinh tế mạnh mẽ của một số quốc
gia trong khu vực Asean đã tạo một thị trường tiêu thụ đầy tiềm năng. Việt
Nam chỉ đứng hàng thứ 3 về mức tiêu thụ bia sau Philippines (15.040 triệu
lit), và Thái Lan (14.500 triệu lit). Một số quốc gia như Campuchia, Myanma,
Lào, Bruney đều có mức tiêu thụ < 50 triệu lit/năm. Để thúc đẩy công nghiệp
sản xuất bia, các nước khu vực Châu Á đã có những chính sách mở rộng giao
lưu, trao đổi thị trường và rất nhiều biện pháp công nghệ khác nhằm mục
đích nâng cao sản lượng và chất lượng sản phẩm [12].
-5-
Bảng 1.1: Sản lượng và mức tiêu thụ bia ở một số quốc gia Châu Á[12].
TT
Quốc gia
Trung Quốc
Sản lượng bia
năm 2003
(triệu lít)
26.000
Tiêu thụ bình quân
năm 2005
(l/người/năm)
20,1
Sản lượng dự
kiến năm 2209
(triệu lít)
34.500
1
2
Nhật Bản
4000
31
3.800
3
Hàn Quốc
1.7753
37
1.958
4
Philippines
1.450
17
1.950
5
Thái Lan
1.452
25
1.955,4
6
Việt Nam
1.295
13
1.750
7
Ấn Độ
68
1
91
8
Đài Loan
49,1
22
53
9
Indonesia
138,6
1
101,65
10
Singapore
67
15
78,4
1.1.2. Tình hình sản xuất bia và xu thế phát triển của ngành bia ở Việt Nam.
Bia được sản xuất tại Việt nam cách đây trên 100 năm tại 2 nhà máy
bia lâu đời và nổi tiếng là nhà máy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội.
Vào năm 1875 nhà máy bia đầu tiên ở Việt Nam được xây dựng tại
Chợ Lớn đã đánh dấu một bước phát triển cho ngành công nghiệp sản xuất bia
sau này. Nhà máy bia này do một người Pháp có tên là Victor Laruen làm chủ
và sau đó phát triển mạnh mẽ thành Công ty bia Sài Gòn hiện nay. Sản lượng
ban đầu của nhà máy chỉ là 20 - 25 triệu lít/năm. Sau đó tăng dần lên 30-40
triệu lít/năm (vào năm 1945- 1954), rồi tăng lên tới 140 triệu lít/năm trong
giai đoạn 1972- 1973. Vào năm 2001 Công ty bia Sài Gòn đã đạt 242 triệu
-6-
lít/năm và nộp vào ngân sách nhà nước 1.305 tỷ đồng. Năm 2005 nhà máy sẽ
mở rộng thêm một nhà máy với công suất đạt 100 triệu lít/năm. Các sản
phẩm của công ty ngày nay như Bia 333, Bia Sài gòn Special. Bia Sài gòn đã
trở sản phẩm quen thuộc với những người dân và các thị trường khó tính nhất
trên thế giới như: Nhật Bản, Hông Kông, Singapore, Hoa kỳ và EU [1].
Ra đời sau công ty bia Sài Gòn là Công ty bia Hà Nội, mà tiền thân là
nhà máy bia hà Nội do một người Pháp sáng lập vào năm 1889 tại làng Ngọc
Hà với sản lượng ban đầu là 150 lít/ngày. Những năm gần đây Công ty bia Hà
nội đã không ngừng phát triển công suất và đổi mới dây chuyền thiết bị để
tăng công suất từ 50 triệu lít/năm lên 100 triệu lít/năm.
Sản lượng bia bình quân ở Việt Nam đã không ngừng tăng nhanh: năm
1984 sản lượng đạt 84,5 triệu lít/năm đã tăng lên gấp đôi (168,5 triệu lít/năm)
vào năm 1992. Tại thời điểm năm 1992, Việt Nam đã có 38 cơ sở sản xuất với
công suất lớn hơn 0,5 triệu lít/năm. Đến năm 1993 có thêm 3 nhà máy liên
doanh với nước ngoài có công suất 30 triệu lít/năm, và 11 cơ sở với công suất
từ 1- 3 triệu lít/năm được đầu tư nhờ vậy sản lượng bia lên một cách đáng kể
(khoảng 200 triệu lít/năm). Năm 1994 sản lượng bia đã tăng lên 300 triệu
lít/năm. Năm 1995 đạt 500 triệu lít/năm với tốc độ tăng trưởng 16,8%, năm
1996 đạt xấp xỉ 600 triệu lít/năm. Theo thống kê của Hiệp hội bia rượu và
nước giải khát Việt Nam, năm 2001 sản lượng bia tiêu thụ toàn ngành đạt
803,2 triệu lít/năm tăng 11% so với năm 2000, bình quân tiêu thụ 9-10
lít/người/năm. Sản lượng bia năm 2002 là 893 triệu lít [1].
Hiện nay do nhu cầu thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành
sản xuất bia đã có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư, mở
rộng các nhà máy đã có và xây dựng các cơ sở sản xuất bia mới của trung
ương và địa phương, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nước ngoài.
Đến nay trong cả nước có 469 nhà máy và các cơ sở sản xuất bia, trong đó
-7-
gồm 2 Công ty quốc doanh Trung ương, 6 Công ty liên doanh với nước ngoài,
461 cơ sở sản xuất bia địa phương, tư nhân, cổ phần...(chiếm 98,29% tổng số
cơ sở). Theo quy hoạch, ở phía Nam từ năm 2003- 2005 đã hoàn tất việc xây
dựng mới một nhà máy bia tại Củ Chi thuộc Tổng Công ty Rượu- Bia- Nước
giải khát Sài Gòn với công suất 100 triệu lít/năm và có khả năng mở rộng lên
300 triệu lít trong những năm tiếp theo. Còn ở phía Bắc năm 2005 sẽ xây dựng
thêm một nhà máy bia thuộc tổng Công ty bia Hà nội với công suất 100 triệu
lít/năm và có khả năng mở rộng 200 triệu lít/năm trong những năm tiếp theo
[12].
Công nghiệp sản xuất bia đang là ngành tạo ra nguồn thu lớn cho ngân
sách nhà nước và có hiệu quả kinh tế cao. Trong những năm gần đây với tốc
độ phát triển mạnh của nền kinh tế, mức sống tăng nên nhu cầu về mức tiêu
thụ bia cũng tăng đáng kể. Theo dự báo năm 2005 sản lượng bia sản xuất tại
Việt nam sẽ đạt tới 1.295 triệu lít/năm và đến năm 2020 sản lượng bia sẽ là
2.100 triệu lít/năm. Mức bình quân tiêu thụ lượng bia tính theo đầu người vào
năm 2005 là 13 lit/người /năm. Đến năm 2020 sẽ tăng lên gấp đôi khoảng 25
lit/người /năm.
1.2 Tổng quan chung về công nghệ sản xuất bia
1.2.1 Công nghệ sản xuất bia.
1.2.1 .1 Nguyên liệu sản xuất:
Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính gồm Malt, gạo tẻ, hoa
hublon, nước, nấm men và một số phụ liệu khác.
❖ Malt: là hạt đại mạch nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích
hợp. Trong quá trình nảy mầm, một lượng lớn các enzym hình thành và
tích tụ trong hạt đại mạch, trong đó chủ yếu là nhóm enzym amylaza,
ngoài ra còn có proteaza và các enzym khác. Các enzym trong đại mạch là
tác nhân phân giải các hợp chất gluxit, protein trong malt thành nguyên
-8-
liệu mà nấm men có thể sử dụng để lên men (các loại đường, axit amin tự
do, vitamin). Hạt đại mạch chứa 4-5% độ ẩm, 76% độ hòa tan. Thành
phần hóa học chủ yếu là tinh bột (khoảng 58%) và protein (10%)) [2].
Bảng 1.2 : Thành phần hóa học của malt và gạo tẻ [2].
Thành phần
Malt
Gạo tẻ
Hàm ẩm
45
12
Độ hòa tan
76
76
Tinh bột
58
75
Đường khử
4
-
Saccaroza
5
-
Chất béo
2,5
1 1,5
Protein
10
8
Pentoza hoà tan
1
-
Khoáng
2,5
1 1,2
Xơ
6
0,5 0,8
❖ Gạo tẻ: được sử dụng dưới dạng thế liệu nhằm tận dụng tối đa hoạt lực
enzim của Malt giảm bớt chi phí sản xuất. Tỷ lệ sử dụng tuỳ thuộc vào
loại và chất lượng khoảng 30% 40% gạo và 60% 70% Malt. Gạo tẻ
với 76% độ hòa tan và 12 % độ ẩm là nguyên liệu rất có sẵn trong trong
nước, giá thành rẻ. Thành phần hoá học chủ yếu là tinh bột chiếm
(75%) và protein (8%).
❖ Hoa hublon: có chứa các chất thơm, chất có vị đắng đặc trưng. Nhờ
đó bia có vị dễ chịu, có hương thơm đặc trưng, giúp bọt lâu tan và bền
-9-
khi được bảo quản. Thành phần hoá học của hoa hublon chủ yếu là các
glycozit (chất đắng 15 21%) và các hợp chất protein.
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của hoa Hublon (tính theo % chất khô) [2]
Thành phần
Tỷ lệ % trong hoa hublon
1
Nước
11 23
2
Chất đắng
15 21
3
Polyphenol
2,5 6
4
Chất khoáng
5 8
5
Protein
15 21
6
Tinh dầu thơm
0,3 1
7
Xenluloza
12 14
8
Các hợp chất khác
26 28
❖ Nước nguyên liệu: nước là một nguyên liệu quan trọng, chất lượng bia phụ
thuộc rất nhiều vào chất lượng nguồn nước cấp.
❖ Nấm men: đóng vai trò chính quyết định trong sản xuất bia vì quá trình
trao đổi chất của nấm men 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
enzym trong tế bào nấm men do đó việc nuôi cấy để thu được canh trường
nấm men có hoạt lực cao và thuần khiết là một khâu kỹ thuật hết sức quan
trọng. Hai chủng nấm men thường được dùng trong sản xuất bia là
Saccharomyces ellipsoides và Saccharomyces carlsbergensis. Chúng là
- 10 -
những chủng nấm men lên men ở nhiệt độ thấp, lắng ở đáy thiết bị nên làm
trong bia rất thuận lợi cho việc tách sinh khối nấm men và có thể dùng làm
men giống cho các đợt sản xuất tiếp theo.
❖ Các phụ liệu trong sản xuất bia: ngoài các nguyên liệu chính công nghệ
sản xuất bia còn sử dụng một số phụ liệu khác nhằm tạo ra sản phẩm bia
chất lượng cao như :
• Caramel: bổ sung màu cho bia.
• Muối hạt: CaSO4, CaCO3 được sử dụng trong sản xuất bia nhằm
tăng hiệu quả làm sạch bia (loại bỏ các cặn gây đục cho bia).
• Các loại trợ lọc: bao gồm trợ lọc thô, trợ lọc mịn, giấy lọc.
• Các chất khử trùng: dùng để thanh trùng định kỳ các thiết bị lên
men, dụng cụ chứa đựng, tránh tạp nhiễm làm giảm chất lượng bia.
1.2.1 .2 Công nghệ sản xuất bia.
- Bao gồm 4 công đoạn chính sau:
Công đoạn 1: Chuẩn bị nguyên liệu- hồ hoá.
Công đoạn 2: Hồ hoá, đường hoá nguyên liệu và nấu hoa...
Công đoạn 3: Lên men (chính- phụ)..
Công đoạn 4: Lọc trong bia- chiết chai.
❖ Chuẩn bị nguyên liệu: nguyên liệu gạo, malt đạt tiêu chuẩn được xay
nghiền khô và ướt, với khối lượng đúng theo công thức nấu cho từng loại
bia. Nếu nghiền khô, bột được ngâm trương trước khi nấu.
❖ Hồ hoá - đường hoá- nấu hoa: nguyên liệu (malt) và thế liệu (gạo ) được
dịch hoá và đường hoá. Bột gạo được hồ hoá và dịch hoá trong nồi nấu
cháo. Để tránh khê khét, 10% Enzym được bổ sung vào công đoạn này.
Sau đó khuấy đều và mở van cấp hơi nâng nhiệt độ nồi cháo từ từ lên tới
900C để trong 20 phút rồi nâng lên 1000C trong 30phút. Khi tinh bột được
hồ hoá hoàn toàn đạt chất lượng được chuyển vào nồi đường hóa. Quá trình
- 11 -
đường hoá Malt và hồ tinh bột có bổ sung Enzym được thực hiện trong nồi
đường hoá ở nhiệt độ 750C trong 4 h. Sản phẩm của quá trình này là dịch
đường. Quá trình lọc dịch đường được thực hiện bằng máy lọc ép khung
bản Bã malt hèm được rửa bằng nước nóng 750 800C sao cho độ sót của
đường còn lại trong bã < 1% là đạt. Sau đó dịch đường được bổ sung hoa
hoặc cao hublon và nâng nhiệt độ lên 1000C đây là công đoạn nấu hoa.
Sau nấu hoa dịch đường được bơm sang thùng xoáy lốc để tách bã hoa và
cặn lắng, rồi đưa làm lạnh nhanh để hạ đến nhiệt độ cần thiết cho quá trình
lên men.
❖ Lên men: đây là quá trình quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia.
Dịch đường sau nấu hoa sau khi được làm lạnh, bổ sung nấm men và sục
khí cấp O2 sao cho độ oxy hoà tan đạt 8 mg/lit giữ trong 2 h để nấm men
phát triển sao cho hàm lượng nấm men đạt 100 120 triệu tế bào/lit, tiếp
đến chuyển sang tank lên men. Tại đây xảy ra 2 quá trình lên men chính và
phụ trong cùng một thiết bị nhưng ở nhiệt độ khác nhau.
• Giai đoạn lên men chính: nhiệt độ trong các tank lên men sẽ được
giữ 160C 0,20C, áp suất sẽ được điều chỉnh ổn định. Thời gian lên
men được thực hiện từ 5 8 ngày.Trong giai đoạn lên men chính
này, dịch đường sẽ được chuyển hoá thành rượu etylic (C2H5OH) và
Nấm men, t0
CO2.
C6H12O6
2 C2H5OH
+ 2 CO2
• Giai đoạn lên men phụ: được thực hiện ở nhiệt độ 10C. Mục đích
của giai đoạn này là lắng trong, bão hoà CO2 tạo hương đặc trưng
cho bia. Quá trình lên men thu được 2 thành phần chính là C2H5OH
và CO2 đồng thời tạo ra hương vị đặc trưng cho bia.
❖ Lọc trong, chiết chai: Sản phẩm sau quá trình lên men còn chứa nấm
men và cặn lơ lửng khuếch tán từ nguyên liệu. Để đạt tiêu chuẩn về độ
- 12 -
trong, bia được lọc bằng máy ép khung bản với chất trợ lọc là Diatomit.
Sau lọc bia được hạ nhiệt độ xuống 450C để bão hào CO2. Đối với dây
chuyền bia hơi, bia thành phẩm được chuyển qua đường ống tới máy
chiết keg. Máy này thực hiện 2 chức năng rửa két và chiết bia. Đối với
sản phẩm là bia chai, bia thành phẩm sẽ được đóng vào các chai đã
được rửa sạch theo băng chuyền đến giai đoạn dập nút, rồi thanh trùng
để bảo quản sản phẩm, dán nhãn mác, chụp giấy bạc bảo hiểm và đóng
hộp, nhập kho.
- 13 -
❖
Nước cấp để rửa
sàn, thiết bị
Gạo
Malt
Chuẩn bị nguyên liệu
Nước công nghệ
Enzym
Hơi
Nấu - đường hoá
Lọc trong
Bã Malt
Nấu hoa
Hoa houblon
Hơi
Tách bã hoa-lắng cặn
Nước Nước làm
làm lạnh
lạnh
Nước
nóng cho
hạ nhiệt
độ rồi
tuần
hoàn
Làm lạnh
Bã hoa,
cặn
Máy lạnh
Dung môi chất
làm lạnh
Nấm
men
Lên men chính, phụ
CO2
Lọc trong
Trợ lọc
Cặn lọc
Bão hoà CO2
Chiết chai, lon
Bia rơi vãi
Bia sản phẩm
Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất bia kèm dòng thải .
Nước thải
- 14 -
1.2.2 Công nghệ sản xuất bia tại Công ty Cổ phần Bia NghệAn.
Công ty Cổ phần Bia Nghệ An được thành lập từ tháng 3/1978 tiền
thân là nhà máy nước ngọt Vinh. Năm 1993 nhà máy đã nhập ngoại trọn gói
dây chuyền sản xuất bia nổi tiếng của Đan Mạch có công suất 6 triệu lit bia
chai/năm. Cùng với việc cổ phần hóa Công ty đã nâng cấp mở rộng quy mô
lắp đặt mới 12 tank lên men loại 36 m3/tank, nâng sản lượng bia lên lớn hơn
15,4 triệu lít bia/năm. Năm 2002 Công ty đã đầu tư thêm hệ thống nấu bia hơi
hiện đại đạt công suất cao nhất 165.000 lit nha/ngày với mức tự động hoá
<90% và bổ sung 1 nồi hơi chạy dầu FO với công suất 10 tấn hơi/giờ. Năm
2003, Công ty đầu tư thêm mới 9 tank lên men loại 116 m3/tank, thay thế hệ
thống làm lạnh tiên tiến, đồng thời cải tiến và bổ sung giàn bay hơi, ngưng tụ
bình glycol hệ lạnh VIDA, đầu tư bổ sung 1 hệ thống thu hồi CO 2 công suất
100-150 kg/h, bổ sung 1 máy nén khí công suất 100-120 m3/giờ và đưa sản
lượng bia đạt 28,2 triệu lít bia/năm.
Hệ thống thiết bị của Công ty
❖
Hệ thống nấu: hiện nay có 2 dây chuyền nấu bia
• Dây chuyền bia VIDA tổng số có 10 nồi nấu, cao điểm có
thể nấu 1921 mẻ, mỗi mẻ là 5.500 lit/ ngày.
• Dây chuyền nấu bia mới đầu tư có công suất nấu 60.000
lit/ngày, tổng số 13 nồi.
❖
Hệ thống lên men: áp dụng công nghệ tiên tiến, tất cả các tank lên
men đều điều khiển nhiệt độ tự động hoàn toàn. Dây chuyền bia
VIDA có 4 buồng lên men, với tổng số 22 tank lên men, có dung
tích 17.500 lit, dung tích sử dụng là 15.500 lit/tank. Dây chuyền bia
do Đan Mạch chế tạo gồm 47 tank lên men dung tích 36 m3/tank.
- Xem thêm -