Sản xuất bia quy mô lớn tác động đến việc sử dụng nước theo hai cách đồng thời: làm tăng tổng nhu cầu của nhà máy khi sản lượng tăng, đồng thời có thể cải thiện hoặc làm giảm hiệu quả sử dụng nước trên mỗi hectolit tùy thuộc vào thiết kế nhà máy và kỷ luật vận hành. Một nhà máy bia lớn hơn có nhiều cơ hội hơn để thu hồi nhiệt, tự động hóa hoạt động vệ sinh, tái sử dụng nước không tiếp xúc với sản phẩm phù hợp và ổn định quy trình. Tuy nhiên, nhà máy cũng có các mạch vệ sinh lớn hơn, nhiều thiết bị đóng gói hơn, khối lượng nước thải lớn hơn và ít khả năng chấp nhận những tổn thất nhỏ lặp lại qua nhiều ca sản xuất.

Vì vậy, đối với chủ sở hữu nhà máy bia, nhà sản xuất theo hợp đồng hoặc nhà đầu tư ngành đồ uống, câu hỏi liên quan không chỉ đơn giản là một nhà máy bia tiêu thụ bao nhiêu nước. Điều quan trọng là liệu nguồn nước sẵn có, công suất xử lý, điều kiện xả nước thải và mức sử dụng nước trên đơn vị sản phẩm có thể hỗ trợ cơ cấu sản xuất dự kiến mà không tạo ra hạn chế về chi phí, tuân thủ hoặc công suất hay không.

Bản thân bia chủ yếu là nước, nhưng chất lỏng trong chai hoặc keg chỉ là một phần trong dấu chân nước của nhà máy bia. Nước cũng được sử dụng để nghiền và đường hóa nguyên liệu, nấu bia, làm mát, tráng rửa, làm sạch bồn và đường ống, khử trùng thiết bị chiết rót, tạo hơi, quản lý hệ thống làm lạnh và rửa bao bì. Mỗi công đoạn sản xuất bổ sung đều đặt ra một yêu cầu khác nhau về chất lượng nước và một điểm thất thoát tiềm ẩn khác nhau.

Tại sao quy mô sản xuất làm thay đổi bài toán về nước

Một nhà máy bia nhỏ có thể vận hành bằng thiết bị tương đối đơn giản và sản xuất không liên tục. Tổng nhu cầu nước của nhà máy bị hạn chế, nhưng lượng nước sử dụng trên mỗi đơn vị bia có thể cao do nước vệ sinh và nước chuyển đổi sản xuất được phân bổ cho các đợt sản xuất ngắn hơn. Một cơ sở lớn có thể sản xuất theo các đợt dài hơn, tập trung hệ thống tiện ích và sử dụng hệ thống vệ sinh tại chỗ tự động. Những lợi thế này có thể giảm cường độ sử dụng nước, với điều kiện nhà máy được thiết kế và quản lý theo các mục tiêu nước có thể đo lường.

Quy mô cũng khuếch đại sự kém hiệu quả. Một van tráng hoạt động lâu hơn mức cần thiết, một bồn nhận thêm một chu trình vệ sinh không cần thiết, hoặc một mạch nước làm mát có hệ thống điều khiển kém có thể chỉ trông như vấn đề nhỏ trong một ca. Trên nhiều khu nấu bia, dây chuyền chiết rót, bồn lên men và hoạt động sản xuất liên tục suốt ngày đêm, cùng một vấn đề sẽ trở thành chi phí vận hành đáng kể.

Do đó, sản xuất bia quy mô lớn có thể làm giảm lượng nước sử dụng trên mỗi hectolit đồng thời làm tăng tổng lượng nước khai thác từ nguồn nước địa phương. Cả hai nhận định đều có thể đúng. Sự khác biệt này rất quan trọng khi đánh giá các dự án mở rộng. Một nhà máy bia có thể cải thiện hiệu quả nội bộ nhưng vẫn gây áp lực đáng kể lên nguồn cấp nước đô thị, mạng lưới nước công nghiệp hoặc tầng chứa nước địa phương vì tổng sản lượng tăng mạnh.

Người ra quyết định nên tách biệt ba chỉ số đo lường:

• Tổng lượng nước khai thác: thể tích nước đi vào cơ sở từ nguồn nước đô thị, nước ngầm, nước mặt hoặc các nguồn được phê duyệt khác.
• Tỷ lệ nước trên bia: tổng lượng nước sử dụng của nhà máy bia chia cho thể tích bia đóng gói, thường được theo dõi như một chỉ số hiệu quả của cơ sở.
• Lượng nước thải và tải lượng: thể tích và thành phần nước thải rời khỏi cơ sở, bao gồm tải lượng hữu cơ, hóa chất vệ sinh, chất rắn lơ lửng, nhiệt độ và các yếu tố về pH.

Chỉ tập trung vào một trong các chỉ số này có thể tạo ra bức tranh sai lệch. Một cơ sở có tỷ lệ nước trên bia tốt vẫn có thể cần hạ tầng xử lý nước thải lớn. Một nhà máy bia có tổng lượng nước khai thác ở mức vừa phải có thể gặp khó khăn vận hành nghiêm trọng nếu chất lượng nước đầu vào biến động hoặc giới hạn xả thải địa phương nghiêm ngặt.

Nước được tiêu thụ ở đâu ngoài khu nấu bia

Khu nấu bia rất dễ nhận thấy, nhưng hiếm khi là khu vực duy nhất quyết định hiệu quả sử dụng nước của toàn cơ sở. Lượng nước trong sản phẩm tương đối dễ dự đoán. Thách thức quản lý lớn hơn đến từ vệ sinh, đóng gói, hệ thống tiện ích và việc xử lý tổn thất trong quy trình.

Hệ thống vệ sinh tại chỗ thường là một trong những khu vực quan trọng nhất cần xem xét. Bồn lên men, bồn chứa bia thành phẩm, bộ lọc, đường ống chuyển, máy chiết rót và thiết bị đóng keg phải được vệ sinh nhất quán để bảo vệ độ ổn định vi sinh và chất lượng hương vị. Tại một cơ sở sản xuất lớn, các chuỗi vệ sinh có thể chiếm tỷ trọng đáng kể trong lượng nước sử dụng không dành cho sản phẩm. Vấn đề không phải là giảm vệ sinh một cách tùy tiện. Vệ sinh kém có thể gây tổn thất sản phẩm, thu hồi sản phẩm, tổn hại uy tín thương hiệu và thậm chí làm tăng lượng nước sử dụng khi thiết bị phải được làm sạch lại.

Câu hỏi vận hành hữu ích là liệu mỗi bước vệ sinh có phù hợp với tình trạng thiết bị, lịch sản xuất và yêu cầu vệ sinh đã được thẩm định hay không. Thời gian chu trình quá thận trọng, tráng cuối không được kiểm soát, thiết bị phun bảo dưỡng kém và vệ sinh không cần thiết giữa các đợt sản xuất tương thích đều có thể làm tăng nhu cầu nước mà không cải thiện khả năng bảo vệ sản phẩm.

Hoạt động đóng gói tạo ra một nhóm nhu cầu nước lớn khác. Chai hoàn trả và keg cần được rửa. Dây chuyền chiết rót có thể cần tráng rửa và khử trùng thường xuyên. Bôi trơn băng tải, thanh trùng, vệ sinh máy dán nhãn và rửa sàn có thể tích lũy đáng kể, đặc biệt khi cơ sở vận hành nhiều định dạng bao bì. Lon, chai, keg và phương án cung ứng số lượng lớn không tạo ra các đặc tính sử dụng nước giống nhau. Một nhà máy bia mở rộng sang các định dạng mới nên đánh giá sớm lượng nước dùng cho đóng gói thay vì coi đó là chi tiết tiện ích xử lý sau này.

Hệ thống tiện ích cũng rất quan trọng. Tạo hơi có thể yêu cầu xử lý nước cấp lò hơi và quản lý xả đáy. Tháp giải nhiệt có thể thất thoát nước qua bay hơi, cuốn theo giọt nước và xả tuần hoàn có kiểm soát. Hệ thống làm lạnh, máy nén khí và bộ trao đổi nhiệt có thể tạo ra nhu cầu nước gián tiếp khi điều khiển hoặc bảo trì không đầy đủ. Một dự án giảm nước chỉ giới hạn ở khu nấu bia thường sẽ bỏ sót những thất thoát lặp lại này.

Chất lượng nước có thể trở thành một hạn chế sản xuất

Nhiều nước hơn không phải lúc nào cũng là câu trả lời cho sự tăng trưởng của nhà máy bia. Các cơ sở lớn cần nước có chất lượng phù hợp và ổn định cho các mục đích sử dụng khác nhau. Nước nấu bia ảnh hưởng đến hiệu quả đường hóa, đặc tính của hoa bia, quá trình lên men và sự cân bằng hương vị. Nước dùng cho tráng cuối hoặc các ứng dụng tiếp xúc với sản phẩm cần được kiểm soát nghiêm ngặt hơn nước dùng cho một số chức năng tiện ích. Xử lý toàn bộ nước đầu vào theo tiêu chuẩn cao nhất cho mọi công việc có thể lãng phí năng lượng và công suất xử lý, nhưng sử dụng nước xử lý không đầy đủ trong các hoạt động quan trọng có thể làm ảnh hưởng đến chất lượng bia.

Điều này đặc biệt liên quan đối với các nhà máy bia sản xuất danh mục sản phẩm đa dạng. Một loại lager cổ điển, bia lúa mì kiểu Đức, bia hương trái cây và bia chức năng đặc biệt có thể có độ nhạy cảm chế biến, yêu cầu vệ sinh và đặc điểm chuyển đổi sản xuất khác nhau. Đa dạng hóa sản phẩm có thể làm tăng tần suất luân chuyển bồn và vệ sinh dây chuyền ngay cả khi tổng sản lượng vẫn ổn định.

Hóa học nước cũng ảnh hưởng đến độ tin cậy của thiết bị. Độ cứng, độ kiềm, khoáng chất hòa tan, chất hữu cơ và điều kiện vi sinh có thể ảnh hưởng đến đóng cặn, ăn mòn, hiệu suất lọc, xử lý màng và hiệu quả vệ sinh. Nếu điều kiện nước nguồn biến động, nhà máy bia có thể cần tiền xử lý mạnh hơn và giám sát chặt chẽ hơn. Yêu cầu đó tác động trực tiếp đến chi phí đầu tư, chi phí vận hành và tính liên tục của sản xuất.

Vì lý do này, việc lập kế hoạch mở rộng không nên giả định rằng một nguồn nước hiện có chỉ đơn giản là có thể tăng quy mô. Đánh giá cần bao gồm công suất nguồn, độ tin cậy theo mùa, nhu cầu xử lý, lưu trữ khẩn cấp, các điểm giám sát và quy cách chất lượng cần thiết cho từng nhóm mục đích sử dụng.

Nước thải là một phần của việc sử dụng nước, không phải vấn đề phụ tách biệt

Nước rời khỏi nhà máy bia mang lại các hệ quả vận hành và tài chính. Nước thải sản xuất bia có thể chứa men bia đã sử dụng, tổn thất bia, đường, protein, chất tẩy rửa và chất rắn. Tải lượng hữu cơ của nước thải có thể thay đổi đáng kể do tổn thất sản xuất, xả bỏ bồn, sự cố đóng gói hoặc thay đổi lịch vệ sinh. Nước thải có nồng độ cao có thể làm tăng yêu cầu xử lý hoặc gây khó khăn cho hệ thống đô thị, tùy thuộc vào phương án xả thải địa phương.

Ở quy mô lớn, tránh tổn thất sản phẩm thường là một trong những biện pháp quản lý nước hiệu quả nhất, bởi bia bị tràn hoặc bị loại bỏ mang theo cả giá trị sản phẩm và tải lượng nước thải. Một lần dừng dây chuyền, sự cố chiết quá đầy, mẻ không đạt yêu cầu hoặc thu hồi kém trong quá trình chuyển tạo ra tổn thất kép: nhà máy bia đã sử dụng nước, năng lượng, nguyên liệu, nhân công và công suất xử lý trước khi sản phẩm trở thành chất thải.

Chiến lược nước thải cần được xem xét cùng với các quyết định mở rộng về nấu bia, lọc và đóng gói. Các câu hỏi cần giải quyết trước khi bổ sung công suất bao gồm:

• Hệ thống nước thải hiện có có thể xử lý lưu lượng đỉnh dự kiến, chứ không chỉ thể tích trung bình hằng ngày, hay không?
• Các dòng có tải lượng hữu cơ cao sẽ được nhận diện và kiểm soát như thế nào trước khi xả thải?
• Hóa chất vệ sinh, biến động pH và biến động nhiệt độ có tương thích với phương án xử lý hay không?
• Các dây chuyền đóng gói bổ sung có tạo ra dòng nước rửa xảy ra đồng thời với các đỉnh điểm nấu bia hoặc vệ sinh hay không?
• Có đủ hoạt động giám sát để phân biệt mức sử dụng quy trình bình thường với rò rỉ, tổn thất và các sự kiện xả thải bất thường hay không?

Một cơ sở xử lý nước thải được thiết kế dựa trên sản lượng trung bình có thể trở thành điểm nghẽn trong các giai đoạn sản lượng cao. Vì vậy, lập kế hoạch sản xuất và tiện ích nên sử dụng điều kiện đỉnh, các khung thời gian vệ sinh theo lịch và những thay đổi cơ cấu sản phẩm có thể dự đoán thay vì chỉ dựa vào một ước tính sản lượng hằng năm.

Cách giảm sử dụng nước mà không làm suy giảm chất lượng bia

Các chương trình cải thiện đáng tin cậy nhất bắt đầu bằng việc đo lường theo từng khu vực quy trình. Một hóa đơn tiện ích hằng tháng duy nhất không thể cho biết nước đang được sử dụng ở khu nấu bia, hầm bia, khu đóng gói, hệ thống vệ sinh, nhà máy làm lạnh hay các dịch vụ chung của cơ sở. Đo đếm phụ không tự giải quyết được sự lãng phí, nhưng cho phép người vận hành nhận biết mức tiêu thụ bất thường và so sánh mức sử dụng nước với hoạt động sản xuất.

Việc đo đếm cần được liên kết với các chỉ số vận hành thực tế: số mẻ nấu, hectolit bia đóng gói, chu trình vệ sinh, định dạng bao bì, mức sử dụng bồn và thời gian dừng dây chuyền. Điều này giúp phân biệt mức tăng hợp lý với việc kiểm soát kém. Chỉ số nước cao hơn trong một đợt vận hành máy rửa chai đã lên kế hoạch có thể là điều dự kiến. Mức tăng tương tự trong thời gian nhàn rỗi cần kích hoạt điều tra.

Tối ưu hóa vệ sinh thường là điểm khởi đầu tốt hơn so với cắt giảm nước tùy tiện. Cơ sở có thể xem xét thời lượng tráng, phân tách pha dựa trên độ dẫn điện, thu hồi nước tráng cuối phù hợp để dùng cho các ứng dụng chất lượng thấp hơn, hiệu suất thiết bị phun và các điều kiện kích hoạt một chu trình vệ sinh hoàn chỉnh. Mọi phương án tái sử dụng phải tuân thủ thiết kế vệ sinh, yêu cầu địa phương, tính tương thích hóa chất và rủi ro nhiễm chéo. Nước dùng để tiếp xúc với sản phẩm không nên được xử lý một cách tùy tiện chỉ vì có vẻ sạch.

Cơ hội thu hồi cũng tồn tại trong hệ thống tiện ích. Hoàn lưu nước ngưng, thu hồi nhiệt, tối ưu hóa điều khiển tháp giải nhiệt, phát hiện rò rỉ và thiết kế phù hợp hệ thống thu gom nước tráng có thể giảm lượng nước sạch cần thiết. Mỗi dự án cần được đánh giá như một hệ thống. Một phương án tái sử dụng tiết kiệm nước nhưng làm tăng rủi ro vi sinh, gánh nặng bảo trì, nhu cầu năng lượng hoặc độ phức tạp của nước thải có thể không cải thiện hiệu quả tổng thể của nhà máy bia.

Lập lịch sản xuất có thể tạo ra tác động đáng kể. Các đợt sản xuất tương thích dài hơn có thể giảm tần suất vệ sinh và tổn thất khi chuyển đổi. Tuy nhiên, các quyết định về lịch sản xuất cũng phải tính đến độ tươi, rủi ro tồn kho, cam kết hợp đồng và các yêu cầu xử lý khác nhau của bia hương vị hoặc bia đặc biệt. Mục tiêu không phải là tối đa hóa thời lượng mỗi đợt sản xuất bằng mọi giá; mà là giảm vệ sinh và tổn thất sản phẩm có thể tránh được trong khi vẫn duy trì mức độ dịch vụ và kiểm soát chất lượng.

Nhà đầu tư và nhà vận hành nên hỏi gì trước khi mở rộng công suất

Nước nên được coi là đầu vào công suất cốt lõi bên cạnh nguồn cung malt, thể tích lên men, tốc độ đóng gói, năng lượng và nhân công. Trước khi phê duyệt một dự án sản xuất bia quy mô lớn hoặc lựa chọn đối tác sản xuất OEM, người ra quyết định nên yêu cầu đánh giá nước dựa trên quy trình thay vì một tuyên bố chung về tính bền vững.

Không có một chỉ số sử dụng nước duy nhất nào có thể xác định liệu một nhà máy bia có hiệu quả hoặc sẵn sàng mở rộng quy mô hay không. Công nghệ sản xuất, cơ cấu bao bì, điều kiện nguồn nước địa phương, thẩm định vệ sinh, các lựa chọn tái sử dụng và yêu cầu xả thải đều định hình kết quả. Một nhà máy bia có tỷ lệ tổng quan thấp hơn không tự động là mô hình vận hành tốt hơn nếu kết quả đó phụ thuộc vào các biện pháp kiểm soát vệ sinh thiếu vững chắc hoặc loại trừ các dòng nước quan trọng.

Cách tiếp cận bền vững hơn là tích hợp quản lý nước vào thiết kế nhà máy và hoạt động hằng ngày ngay từ đầu: đo lường theo khu vực, bảo vệ chất lượng sản phẩm, kiểm soát tổn thất trước khi xử lý và kiểm tra công suất theo điều kiện đỉnh. Đối với các nhà sản xuất bia lớn, nước không chỉ là chi phí tiện ích. Đây là vấn đề về giới hạn sản xuất, kiểm soát chất lượng và khả năng phục hồi, trở nên rõ rệt hơn khi sản lượng tăng.