Technologia produkcji

Piwo jest napojem otrzymywanym przez fermentację alkoholową wyciągów słodu i chmielu przy użyciu drożdży. Produkcje piwa dzieli się na dwa główne cykle:wytwarzania słodu i wytwarzania piwa.

Obecnie słód jest najczęściej produkowanym oddzielnie w zakładach słodowniczych i kupowany przez browary. Jego produkcja nie jest skomplikowana i polega na moczeniu i kiełkowaniu jęczmienia oraz suszeniu słodu. Wysuszony słód pozbawia się kiełków i poleruje.

We właściwym procesie produkcji piwa słód rozdrabnia się w śrutowniku i miesza w kadzi zaciernej z wodą na zacier. Zacier poddaje się filtracji i następnie otrzymany płyn w kadzi brzeczkowej gotuje się z dodatkiem chmielu. Otrzymuje się brzeczkę piwną. Dodatek chmielu dodaje piwu charakterystyczny gorzkawy smak i aromat oraz zwiększa jego trwałość.

Po kilku operacjach pośrednich (cedzenie, wirowanie, chłodzenie) brzeczkę zlewa się do kadzi fermentacyjnej i zadaje drożdżami. Po fermentacji młode piwo leżakuje. W czasie tej powolnej fermentacji wtórnej następuje wysycenie piwa wydzielającym się dwutlenkiem węgla, jego ostateczne sklarowanie i dojrzewanie. Gotowe piwo rozlewa się do beczek, butelek i puszek.

Najpoważniejszą pozycji; w bilansie wodnym zakładu zajmują wody chłodnicze. Woda do celów chłodniczych może być wykorzystywana do jednorazowo w tzw. obiegu otwartym albo może być recyrkulowana pozostając w tzw. obiegu zamkniętym. Obieg zamknięty wymaga międzyoperacyjnego schładzania wód, ale z punktu widzenia gospodarki wodnej jest bardziej korzystny. Obiegi zamknięte wód są konieczne w przypadku, gdy browar nie dysponuje odpowiednią ilością wody świeżej.

Recyrkulacja wód chłodniczych ma duże znaczenie dla gospodarki ściekowej browaru.

Ilość ścieków, bez recyrkulacji wód chłodniczych wynosi ok. 1,13 m³/hl piwa, tj. ok. 88,75 % zapotrzebowania wody.

Wyeliminowanie wód chłodniczych nie wpływa na zmniejszenie ładunku zanieczyszczeń odprowadzanych ze ściekami, ale poważnie zmniejsza wielkości niektórych urządzeń oczyszczalni ścieków.

Gospodarka wodno - ściekowa w stodowniach

W procesie słodowania główne ilości wody są zużywane do moczenia i płukania jęczmienia.

Od odpowiedniego namoczenia jęczmienia zależy przebieg procesu słodowania i jakości słodu. Najlepszym środkiem regulującym stopień namoczenia ziarna jest tzw. moczenie wodno - powietrzne prowadzone w tzw. kadziach zalewowych czyli zbiornikach (murowane, betonowe, żelazne) odpowiednio wewnątrz zabezpieczonych, o dnie stożkowym. Do kadzi tych doprowadza się rurociągami powietrze i wodę. Kadź napełnia się wodą, sypie jęczmień i dokładnie miesza. Wodę w kadzi zalewowej zmienia się co 12 lub 24 godz., czasami częściej. Woda powinna być wymieniana natychmiast po stwierdzeniu, że zaczyna ona nabierać nieprzyjemnego zapachu. Moczenie może trwać od 48 godzin (moczenie bardzo krótkie) do 90-100 godzin (moczenie bardzo długie). Średni czas moczenia wynosi 48- 56 godzin, długie moczenie trwa 78-90 godzin.

Ścieki z moczenia jęczmienia, obok substancji wyekstrahowanych z jęczmienia, mogą zawierać związki wapnia pochodzącego z dodawanego do kadzi mleka wapiennego lub wody wapiennej (ok. 50 g CaO/hl). Celem zadawania moczonego jęczmienia mlekiem wapiennym jest zabicie zarodków pleśni i bakterii i uniemożliwienie ich rozwoju w czasie słodowania, polepszenie zapachu jęczmienia i usunięcie z powierzchni ziaren (z łuski) substancji o przykrym smaku. Skutkiem wtórnym jest podniesienie pH ścieków ogólnych ze słodowni.

Ścieki ogólne ze słodowni, poza ściekami z płukania i moczenia zboża, zawierają również ścieki z mycia pomieszczeń i zbiorników. Ze względu jednak na ich niewielką ilość, w porównaniu z ilością ścieków z płukania i moczenia jęczmienia, nie mają one decydującego wpływu ani na ilość i jakość ścieków ogólnych ani też na gospodarkę ściekami ze słodowni.

Ilość wody potrzebnej do produkcji słodu nie są wielkościami stałymi. Zależą one bezpośrednio od takich czynników jak częstotliwość i ilość zmian wody podczas moczenia i od czasu moczenia, a pośrednio od temperatury wody, jakości zboża słodowego, sposobu moczenia i od rodzaju słodu jaki chce się otrzymać. W czasie moczenia jęczmienia następują straty doprowadzonej wody na skutek wchłonięcia jej przez ziarno. Straty te wahają się w granicach od 35 do 60 %, średnio 48 % powietrzno- suchego jęczmienia wziętego do zamoczki.

Przeważająca jednak ilość wody użytej do moczenia jęczmienia jest odprowadzana do kanalizacji jako ścieki.

Ogólne zużycie wody w słodowniach zagranicznych waha się od ok. 3,0 m /t do ok. 10 m /t jęczmienia.

Według danych ze słodowni polskich zapotrzebowanie wody kształtuje się wyżej i wynosi średnio ok. 16 m /t jęczmienia. Ilość ścieków ze słodowni waha się w tych samych granicach co zapotrzebowanie wody. Wymagania procesu technologicznego uniemożliwiają wtórne wykorzystanie wód, wobec czego ilość ścieków równa się w przybliżeniu zużyciu wody. W dokładniejszych obliczeniach należy uwzględniać ubytki wody na skutek wchłonięcia jej przez moczone ziarno.

Jakość ścieków z browarów i słodowni

Praktycznie stężenie ścieków z każdego z zakładów piwowarsko- slodowniczych jest inne, a do określania charakterystyki tych ścieków jest konieczne przeprowadzenie wielokrotnych badań próbek średnich ścieków ogólnych. Okres pobierania próbek składających się na próbkę średniąjest zależny od czasu pracy zakładu w ciągu doby.

Dokładna charakterystyka ścieków wymaga prowadzenia badań w ciągu całego roku, gdyż od pory roku zależy nasilenie produkcji, zużycie wód chłodniczych itp. czynników, które mają wpływ na ilość, a także jakość ścieków.

Ogólnie ścieki piwowarskie i słodownicze mają temperaturę wg większości analiz zbliżoną do 20° C. Ich odczyn jest prawie obojętny, ale czas zagniwania (zagniwalność) bardzo krótki, wynoszący 2-3 godzin; w przypadkach bardzo niskich obciążeń- dłuższy.

Ścieki zawierają stosunkowo dużo pierwiastków nawozowych: azotu, fosforu i potasu. Ma to duże znaczenie przy rolniczym wykorzystaniu ścieków oraz przy oczyszczaniu biologicznym. Wskaźniki zanieczyszczenia ścieków: utlenialność, BZTS oraz zawartość zawiesin są przeciętnie dwukrotnie większe niż w typowych ściekach miejskich z tym, że w niektórych browarach mogą być wielokrotnie mniejsze, w innych- wielokrotnie większe.

Skład ścieków z browarów i slodowni jest ściśle związany z przerabianymi surowcami i półproduktami, przede wszystkim ze zbożem i słodem, z których wylugowane składniki mogą przedostawać się do ścieków. Drugim bardzo ważnym składnikiem ścieków są drożdże piwowarskie i produkty ich rozpadu. Stąd w ściekach znaczna zawartość węglowodanów, białka, a także soli mineralnych oraz podatność na procesy biochemiczne przede wszystkim gnilne.

Ładunek BZTs ścieków ogólnych wynosi 0,3-0,6kg/hl, co odpowiada zakresowi stężenia H00-1500g tlenu na l m3 i wartości średniej 1220 g tlenu na l m3. Pozostałe wskaźniki zestawiono w tabeli.

Wskaźnik		Średnio
Zawiesiny	mg/mj	634
BZT5	mg tlenu na 1 1	1220
ChZT	mg tlenu na 1 1	1900
Azot ogólny	mg/1	80
Fosfor ogólny	mg/1	4,3

Oczyszczanie ścieków browarnicze- słodowniczych

Skład ścieków decyduje o tym, że w zasadzie do ich oczyszczania można stosować wszystkie znane metody biologiczne, zarówno naturalne jak i sztuczne. Ścieki te mogą być również oczyszczane wspólnie ze ściekami miejskimi. Wybór metody oczyszczania powinny poprzedzić dokładne badania ilościowe i jakościowe ścieków.

Odprowadzenie ścieków z zakładów piwowarsko- słodowniczych do kanalizacji miejskiej i następnie wspólne oczyszczanie ich ze ściekami miejskimi jest możliwe wtedy, gdy ścieki te odpowiadają warunkom określonym odpowiednimi normami, a przede wszystkim, gdy nie powodują zniszczenia kanalizacji ściekowej i urządzeń oczyszczalni lub zmniejszenia przepustowości i sprawności tych urządzeń. Substancje zawarte w ściekach piwowarsko- słodowniczych są odpowiednim „surowcem" do wytwarzania przez drobnoustroje kwasów: mlekowego, masłowego i octowego. Są to kwasy, które korodują sieć kanalizacyjną oraz urządzenia oczyszczalni i hamują biologiczne procesy oczyszczania ścieków. Z tego powodu ścieki piwowarsko- słodownicze powinny być odprowadzane w stanie świeżym, w szczególnym przypadku może być konieczne ich alkalizowanie.

Wymaga się również, by ścieki przemysłowe wprowadzane do kanalizacji miejskiej nie zawierały grubszych zawiesin. W tym celu na odpływie ścieków z browaru i słodowni ustawia się kraty lub sita. Usuwanie grubszych zanieczyszczeń jest również pierwszym etapem mechanicznego oczyszczania ścieków we wtasnej oczyszczalni wód odpływowych zakładu piwowarsko- słodowniczego.

Następnym etapem jest oddzielenie ciężkich zawiesin mineralnych w piaskowniku. Oczyszczanie mechaniczne kończy się w osadnikach.

Osadniki wstępne przy ok. 2- godzinnym czasie zatrzymywania ścieków zmniejszają ich BZT₅ o ok. 15 % (przy początkowym BZT₅ ok.500 mg/1).

Dalsze postępowanie ze ściekami zależy od przyjętej metody ich unieszkodliwiania.

Ścieki piwowarsko- słodownicze nadają się doskonale do nawadniania pól; wykorzystuje się przy tym składniki zawarte w ściekach, a szczególnie cenny azot i fosfor. Ze względu na to, że ścieki piwowarsko- słodownicze ulegają łatwo zakwaszeniu, przy ich rolniczym wykorzystaniu może następować stopniowe zakwaszanie gleby. W związku z tym jest konieczna stała kontrola jakości gleby i ewentualnie okresowe jej wapnowanie, w celu odkwaszenia. W przypadku, gdy ścieki odpływające z zakładu mają już odczyn wyraźnie kwaśny, należy stosować nawapnianie ścieków przed ich przepompowaniem na pola. Ścieki odprowadzane na pola powinny być świeże. Z tego względu dla ścieków piwowarsko- słodowniczych nie należy budować większych zbiorników retencyjnych.

Zakłady nie dysponujące polami stosują do oczyszczania ścieków sztuczne metody biologiczne. Zastosowanie złóż biologicznych zraszanych (starszy typ) do oczyszczania ścieków ze słodowni daje redukcję BZT₅ tych ścieków w granicach 94-97%. Złoża spłukiwane dwustopniowo dają obniżenie BZT₅ ścieków z browarów o ok. 90%, ale mają znacznie większą wydajność. Warunkiem dobrego działania złóż biologicznych jest to, by oczyszczane ścieki były świeże i pozbawione zawiesin.

W Polsce większość zakładów piwowarsko- słodowniczych odprowadza swe ścieki do kanalizacji miejskiej i w związku z tym uczestniczy jedynie w kosztach budowy wspólnych oczyszczalni, a następnie w kosztach eksploatacyjnych tych oczyszczalni.

Biologiczne sztuczne oczyszczanie ścieków jest kosztowne. Obniżenie kosztów oczyszczania jest możliwe przez zmniejszenie obciążenia ścieków. Może to mieć miejsce jeżeli odpady poprodukcyjne, które można z zakładu usunąć w postaci stałej, nie będą odprowadzane do kanalizacji ściekowej. Do takich odpadów należą np. drożdże piwowarskie. Odprowadzanie ich do ścieków w znacznym stopniu przyczynia się do wzrostu obciążenia wód odpływowych z browarów.

---