Tài liệu Quá trình sản xuất nước uống đóng chai

Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai MỤC LỤC MỞ ĐẦU PHẦN 1 GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên TỔNG QUAN TÀI LIỆU Trang 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NƯỚC...........................................................................4 1.1 Cấu trúc của nước....................................................................................................4 1.2. Các thành phần có trong nước..............................................................................5 1.3. Tính chất của nước.................................................................................................6 1.3.1. Tính chất vật lý......................................................................................................6 1.3.2. Tính chất hóa học của nước.................................................................................6 1.4. Giá trị kinh tế và giá trị sức khỏe của nước.........................................................6 1.4.1. Giá trị kinh tế........................................................................................................6 1.4.2. Giá trị sức khỏe.....................................................................................................6 1.5. Vai trò và tác dụng của nước trong đời sống và sản xuất thực phẩm................6 2. CÁC NGUỒN NƯỚC DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI.....7 2.1. Phân loại sản phẩm nước uống đóng chai............................................................7 2.1.1. Sản phẩm theo giá trị dinh dưỡng.......................................................................7 2.1.2. Sản phẩm theo kích thước....................................................................................8 2.2. Phân loại nguồn nước.............................................................................................8 3. THIẾT BỊ DÙNG TRONG SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI................9 3.1. Hệ thống màng lọc R0.............................................................................................9 3.1.1. Định nghĩa............................................................................................................9 3.1.2. Mục đích................................................................................................................9 3.1.3. Cấu tạo...................................................................................................................9 3.2. Thiết bị lọc RO........................................................................................................10 3.2.1. Cấu tạo...................................................................................................................10 3.2.2. Nguyên tắc vận hành............................................................................................11 4. CÁC HỢP CHẤT THAM GIA VÀO QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG11 4.1. Lọc............................................................................................................................11 4.1.1. Lọc nhanh.............................................................................................................12 4.1.2. Lọc bằng than hoạt tính.......................................................................................12 4.2. Các hợp chất làm mềm khử khoáng.....................................................................13 4.2.1. Phương pháp trao đổi ion.....................................................................................13 4.2.2. Phương pháp kết tủa.............................................................................................13 4.3. Các phương pháp khử sắt, mangan......................................................................14 4.3.1. Khử sắt...................................................................................................................14 4.3.2. Khử mangan..........................................................................................................14 4.4. Các phương pháp thanh trùng..............................................................................15 4.4.1. Phương pháp lý học..............................................................................................15 SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 1 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên 4..4.2. Phương pháp hóa học..........................................................................................16 PHẦN 2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI......17 1. QUY TRÌNH TỔNG QUÁT.....................................................................................17 2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH.................................................................................18 2.1. Nguồn nước..............................................................................................................18 2.2. Khử sắt, mangan.....................................................................................................19 2.3. Làm mềm nước, khử khoáng.................................................................................20 2.4. Lọc thô......................................................................................................................21 2.5. Thẩm thấu ngược....................................................................................................23 2.6. Lắng..........................................................................................................................24 2.6. Chiết đóng chai........................................................................................................25 2.7. Ghép nắp..................................................................................................................25 2.8. Thanh trùng.............................................................................................................27 2.9. Thành phẩm............................................................................................................27 PHẦN 3. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM.............................28 1. TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG................................................................................28 1.1. Tiêu chuẩn cảm quan..............................................................................................28 1.2. Tiêu chuẩn hóa lý....................................................................................................29 1.3. Tiêu chuẩn vi sinh...................................................................................................30 2. KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG.....................................................................................31 KẾT LUẬN................................................................................................ 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................36 SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 2 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên MỞ ĐẦU Trên trái đất nhìn từ ngoài vũ trụ là một tinh cầu màu xanh. Sở dĩ có đặc trưng đó là vì 70% bề mặt trái đất là đại dương hay cũng chính là nước. Và cũng chính nước là ngọn nguồn tạo ra sự khác biệt giữa trái đất của chúng ta với vô số những hành tinh khác. Nếu thế kỷ XX là thế kỷ của chiến tranh dành giật thứ “Vàng đen“ nguồn nhiên liệu dầu mỏ thì dự báo thế kỷ XX1 nước sẽ thay thế vị trí đó. Giá trị nước sạch trong thời đại làm cho cuộc sống được nâng lên đáng kể nên ngày nay nước được gọi là thứ “Vàng trắng“. Nước không những tác động đến các ngành công nghiệp mũi nhọn như công nghiệp thủy điện, công nghiệp chế biến mà còn quyết định đến hiệu quả sản xuất nông, lâm, nghư nghiệp. Có thể nói rằng “Ở đâu có nước là ở đó có sự sống”. Còn là để khẳng định vai trò của nước trong cơ thể mỗi chúng ta. Vì nước chiếm tới 70% thể trọng của bạn, cơ thể con người thường xuyên hấp thụ nước và mất nước. Hàng ngày mỗi chúng ta cần khoảng 1,5 - 2l nước, để bù lại lượng nước mất đi do bài tiết và bốc hơi qua da, phổi…. Bạn có thể sống 50 - 60 ngày thiếu ăn nhưng không chịu được 5 - 10 ngày thiếu nước. Nhưng hàng ngàn năm nay con người uống nước sông, suối một cách vô hại. Ở các thành phố phát triển điều đó ngày càng trở nên nguy hiểm hơn khi các loại chất thải được đổ ra hoặc theo nước mưa đổ vào cống rãnh hoặc vào các sông và ngấm xuống đất mà từ đó con người lấy nước uống. Rồi những dịch bệnh bùng lên với những căn bệnh gây chết người. Thật vậy theo Tổ chức y tế thế giới (WHO). “Khoảng 80% bệnh tật của người dân trên thế giới liên quan trực tiếp đến nước, trong đó có 400 triệu người luôn luôn bị viêm dạ dày, 200 triệu người bị sán, 300 triệu người bị giun kim. Ngoài ra người ta cho rằng sử dụng nguồn nước ô nhiễm là thủ phạm gây nên 80% cái chết của trẻ em. Ở Việt Nam thì theo báo cáo hiện trạng tổng quan về ngành nước Việt Nam vừa tổ chức tại Hà Nội thì tỷ lệ người nhiễm giun sán, giun đũa, giun kim ở Việt Nam được xem là cao nhất thế giới, những kiểm soát gần đây cho thấy 100% trẻ em tuổi từ 4 - 14 ở nông thôn nhiễm giun đũa từ 50 - 80% nhiễm giun móc các bệnh như ỉa chảy lại ngày càng có xu hướng gia tăng”. Vì thế mà ngày nay chất lượng nước uống trở thành vấn đề đáng lưu tâm của toàn nhân loại. Chúng ta không chỉ dựa vào việc cung cấp nước sạch từ thiên nhiên bởi vì chúng ta tiêu thụ một lượng nước lớn mỗi ngày trong cơ thể. Ngày nay với kỹ thuật khoa học công nghệ hiện đại thì sẽ giúp chúng ta giả quyết được vấn đề nhu cầu về nước sạch an toàn hợp vệ sinh. Trước yêu cầu đặt ra đó và để đảm bảo sức khỏe cho con người mà em đã chọn đề tài “Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai”, làm tăng thêm nguồn giá trị nước sạch trong đời sống. Để hoàn thành được đồ án em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên Hoàng Minh Thục Quyên đã hết lòng hưỡng dẫn chỉ bảo truyền đạt kinh nghiệm, kiến thức quý báu cho em suốt thời gian em thực hiện đồ án của mình. Đà Nẵng ngày 20 tháng 10 năm 2010 Sinh viên Nguyễn Thị Hồng Nhung SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 3 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai PHẦN 1. GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NƯỚC 1.1. Cấu trúc của nước [1] Cấu tạo của phân tử nước điển phân là một tam giác cân, chính là hạt nhân nguyên tử O 2, ở 2 góc của đáy là proton, góc giữa có chứa liên kết O-H = 104,5 0. Độ dài giữa hạt nhân của nguyên tử O2 và H2 trong liên kết O-H = 0,96 A0 (0,96 * 10-8cm). Đám mây điện tích của các nguyên tử 02 và H2 các cặp điện tử đó được phân bố như sau. - Một cặp bên trong bao quanh hạt nhân O2. - Hai cặp ngoài phân bố không đều nhau giữa các nhân, nguyên tử O 2 và H2 lệch nhiều về phía nhân O2. - Hai cặp còn lại của O 2 không góp chung với H 2 như vậy phân tử nước có 4 cực điện tích. Hai cực âm tương ứng với hai nhân nguyên tử H 2 có mật độ điện tử giảm có thể hình dung các điện tích đó phân bố ở 4 đỉnh của một hình tử diện khônh đều. Do sự sự phân bố điện tích đối xứng nhau như vậy phân tử H2O biểu hiện tính phân cực rõ ràng. Hình 1.1. Cấu tạo của nước Hình 1.2. Tĩnh lưỡng cực của nước Trong nước ngoài các phân tử đơn giản. H2O còn chữa những phân tử liên hợp được biểu diễn bằng công thức tổng quát (H2O)x. X không xác định mà luôn biến đổi có trị số nguyên nhỏ X=1, 2, 3... Hiện tượng liên hợp trong nước luôn xảy ra và cũng luôn bị phá vỡ. Số phân tử nước đơn giản trong phân tử liên hợp thay đổi tùy theo trạng thái của nước. Liên kết chủ yếu trong nước là liên kết hidro SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 4 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên Hình 1.3. Mô hình liên kết hidro 1.2. Các thành phần có trong nước 1.2.1. Các ion kim loại Nước tự nhiên là dung môi tốt để hòa tan hầu hết các acid base và muối vô cơ. Trong nước biển: (Cl-) là 19,43 g/l, (NA+) là 10,770 g/l. Trong nước sông hồ: (HCO3-) cao nhất 58mg/l, ( Ca+) 15mg/l. 1.2.2. Các loại khí hòa tan Gồm: O2, CO2... trừ CH4. 1.2.3. Các chất rắn Bao gồm các thành phần vô cơ và vi sinh vật được phân làm 2 loại dựa theo kích thước: - Chất đi qua giấy lọc: là những chất rắn có đường kính < 10 -6m. Trong đó có 2 loại chất rắn dạng keo có kích thước 10-9m - 10-6m và chất rắn hòa tan (các ion và phân tử hòa tan) có kích thước < 10-9m. - Chất rắn không đi qua giấy lọc: là chất rắn có đường kính >10 -6m, gồm tảo, bùn là các loại chất rắn lơ lửng có kích thước từ 10 -5m - 10-6m. Các chất rắn cũng có thể được phân loại theo sự bay hơi và nhiệt độ sấy. 1.2.4. Các chất hữu cơ Trong nguồn nước không bị ô nhiễm hàm lượng chất hữa cơ có rất thấp. Dựa vào khả năng bị phân hủy do vi sinh vật trong nước ta có thể phân các chất hữu cơ thành 2 nhóm. - Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học: đường, chất béo, protein ,dầu mỡ thực vật, các chất này dễ bị phân hủy  CO2 + H2O. - Các chất khó bị phân hủy sinh học: Cl hữu cơ (PDT, Lindas, Aldrine, PCB), các hợp chất đa vòng ngưng tụ ( pysen, naphatalen...). SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 5 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên 1.2.5. Thành phần sinh học Bao gồm: vi khuẩn, nấm, siêu vi trùng, động vật nguyên sinh, động vật đa bào…. 1.3. Tính chất của nước [13], [8] 1.3.1. Tính chất vật lý - Nước là một chất lỏng , trong suốt , không màu, không mùi, không vị. - Khối lượng phân tử 18 ĐVC. - Khối lượng riêng là 1,00 g/cm3. - Điểm sôi 1000C ở điều kiện bình thường. - Điểm đông 00C. - Nước có khả năng truyền nhiệt lớn. - Nước có khả năng phân tán nhiều hợp chất chứa nhóm không cực để tạo ra các mixen. - Quá trình bốc hơi và sôi có liên quan chặt chẽ với nhau. Bốc hơi xảy ra ở nhiệt độ bình thường nhưng từ bề mặt chất lỏng khi tăng nhiệt độ thì tốc độ bay hơi nước lớn, khi sôi nước chuyển sang dạng khí trong toàn bộ thể tích chứ không chỉ trên bề mặt chất lỏng. 1.3.2. Tính chất hóa học - Ở pH = 7 hàm lượng các ion hydroxyd (OH-) cân bằng với (H3O+) - Phản ứng với acid: H2O + HCL  H3O+ + Cl- Phản ứng với base: NH3 + H2O  NH4+ + OH- Phản ứng với với kim loại: 2NA + H2O  2NAOH + 1/2 H2 - Phản ứng với oxidbase: H2O + CaO  Ca(OH)2 + 1/2 H2 - Ngoài ra còn có phản ứng với oxidacid, muối..... 1.4 . Giá trị kinh tế và giá trị sức khỏe của nước 1.4.1. Giá trị kinh tế Là nguồn sử dụng cho nhà máy thủy điện. Trong công nghiệp dùng cho các quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu, bia, để làm vệ sinh các thiết bị... Hầu hết mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước là nguyên liệu không thể thay thế được trong sản xuất. Trong nông nghiệp, nước phục vụ cho các ngành trồng trọt cũng như chăn nuôi. 1.4.2. Giá trị sức khỏe Nước là một nhu cầu không thể thiếu được trong cuộc sống sinh hoạt hằng ngày. - Trong sinh hoạt nước cấp dùng cho nhu cầu ăn, uống, vệ sinh... - Nước còn là nguồn cung cấp vitamin, khoáng cho cơ thể, giúp cho các quá trình trao đổi chất trong cơ thể diễn ra nhanh hơn. 1.5. Vai trò và tác dụng của nước trong đời sống và sản xuất thực phẩm [2] Nước có vai trò rất quan trọng đối với sự sống, nước là hợp phần chính chiếm tới 60% cơ thể người, cũng là hợp phần phong phú nhất trong thực phẩm, nước tham gia vào phản ứng quang học của cây xanh để tạo nên các chất hữu cơ trên trái đất. 6CO2 + 6H2O  C6H12O6 +6CO2 Trong cơ thể người và động vật nhờ nước mà phản ứng thủy phân thức ăn mới tiến hành được. Nước là nguyên liệu cần thiết không thể thiếu được đối với công nghiệp hóa học và công nghệ thực phẩm, nước dùng để nhào, rửa nguyên liệu để chế tạo sản phẩm và xử lý sản phẩm. SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 6 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên Nước còn dùng để liên kết các nguyên liệu và các chất sản phẩm. Nước tham gia trực tiếp vào phản ứng hóa học và trở thành thành phần của sản phẩm. Ví dụ: Nước tham gia phản ứng điều chế acid sunfuric: SO3 + H2O  H2SO4 Phản ứng điều chế rượu: CH2=CH2 + H2O  C2H5OH Nước làm tăng cường các quá trình sinh học như hô hấp, nảy mầm, lên men… hay dùng để đốt nóng và làm lạnh các động cơ trong các thiết bị thực phẩm. 2. CÁC NGUỒN NƯỚC DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI 2.1. Phân loại sản phẩm nước uống đóng chai [15] Ngày nay sản phẩm nước uống đóng chai được phân làm 2 loại đó là sản phẩm theo giá trị dinh dưỡng và sản phẩm theo kích thước: 2.1.1. Phân loại theo giá trị dinh dưỡng Nước tinh khiết: là loại nước chỉ đơn thuần là nước vì qua quá trình lọc thẩm thấu, xử lý bằng ozone các khoáng chất và vi lượng đã bị thanh lọc hoàn toàn hay là loại nước đã được khử trùng công nghiệp hay là nước được đun sôi tại nhà. Nước tinh khiết được dùng hằng ngày cho tất cả mọi người có bệnh lý hay không có bệnh lý. Hình 1.4. Hình ảnh nước tinh khiết Nước khoáng: là nước có chứa các chất khoáng như Na, K, Ca, Mg. Do có chứa hàm khoáng nên phải dùng đúng lúc đúng đối tượng, không nên sử dụng bừa bãi. Như các loại nước khoáng thiên nhiên có nồng độ khoáng không cao nên những người trưởng thành có chức năng thận tốt có thể sử dụng và được khuyễn khích cho những người chơi thể thao hoặc làm việc ngoài trời mất mồ hôi nhiều. Trẻ em không nên sử dụng nhiều. Hình 1.5. Hình ảnh nước khoáng SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 7 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai Nước ngọt: Gồm GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên + Nước khoáng có ga + Nước khoáng không có ga + Nước khoáng có ga và đường Hình 1.6. loại theo giá dinh dưỡng Phân trị 2.1.2. Phân loại theo kích thước Ngày nay sản phẩm đóng chai trên thị trường đa dạng về kích thước như: 300ml, 350ml, 500ml… Hình 1.7. Các dạng chai theo kích thước SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 8 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên 2.2. Phân loại nguồn nước [3] Trong tự nhiên bao gồm các nguồn nước: như nước mưa, nước bề mặt, nước ngầm và nước biển. - Nước bề mặt: +Thành phần: Ÿ Các chất hòa tan dưới dạng ion và phân tử có nguồn gốc hữu cơ và vô cơ. Ÿ Các chất rắn lơ lửng trong đó có cả hợp chất hứu cơ và vô cơ. Ÿ Các vi sinh vật, vi trùng, vi rút. Bảng 1.1. Thành phần các chất gây nhiễm bẩn nước bề mặt Chất rắn lơ lửng (d >1 µm) - Đất sét - Cát - Keo Fe (OH )3 - Chất thải hữa cơ, vi sinh vật - Tảo Các chất keo D= 0,001- 1µm (chủ yếu 0,05- 0,2 mm) Các chất hòa tan (d< 0,001 µm) - Đất sét - µm Protein - Silicat - Chất thải sinh hoạt hữa cơ - Cao phân tử hữu cơ - Virut 0,03 – 0,3 µm - Các ion K+, Na+, Ca2+, NH4+, S042-, Cl-…. - Các chất khí CO2, O2, N2, CH4…. - Các chất hữu cơ. - Các chất mùn. + Vai trò: Là nguồn nước tự nhiên gần gũi với con người nhất nhằm cung cấp cho nhu cầu sinh hoạt và công, nông nghiệp. + Thực trạng: Hiện nay nguồn nước tự nhiên dễ bị ô nhiễm nhất do sự phát triển của dân số cao, công nghiệp phát triển mà công tác quản lý dòng nước thải không được chú trọng nên bị nhiễm độc hại bởi hóa chất, các chất hữu cơ gây ảnh đến sức khỏe con người. + Biện pháp: Phải thường xuyên giám định chất lượng nguồn nước, kiểm tra các thành phần hóa học, lý học, sinh học, nước đá ô nhiễm phóng xạ. Nguồn nước nhất thiết phải được khử trùng với mục đích sinh hoạt. - Nước ngầm: Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước bề mặt. + Thành phần: Ÿ Hầu như không có các hạt keo hay các hạt cặn lơ lửng. Ÿ Trong nước ngầm không chứa rong, tảo. Ÿ Có các hợp chất hòa tan do ảnh hưởng của thời tiết. + Vai trò: Là nguồn nước cung cấp cho mục đích sinh hoạt và là nguồn nguyên liệu để sản xuất các loại nước uống tinh khiết, nước uống đóng chai. + Thực trạng: Do các chất thải của người và động vật, các chất thải hóa học, các chất thải sinh hoạt cũng như việc sử dụng phân bón hóa học ngấm dần theo thời gian và ngấm vào nguồn nước, gây ô nhiễm nguồn nước. + Biện pháp: Phải xử lý nguồn nước trước khi sử dụng. SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 9 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên 3. THIẾT BỊ DÙNG TRONG SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI 3.1. Hệ thống màng lọc RO [16] 3.1.1 Định nghĩa Là một loại màng được viết tắt từ hai chữ “Revese cimosis” hay còn gọi là thẩm thấu ngược, được phát minh nghiên cứa từ những năm 50 của thế kỷ trước và phát triển hoàn thiện vào thập niên 70 sau đó. 3.1.2. Mục đích - Để tách các loại tạp chất đẩy các thành phần hóa học có trong nước ra ngoài. - Đảm bảo độ trong cho nước. 3.1.3. Cấu tạo - Màng ro được cấu tạo từ những chất liệu polyamit. 3.1.4. Ứng dụng Vào sản xuất nước uống đóng chai, cung cấp nước tinh khiết cho sản xuất thực phẩm, dược phẩm hay phòng thí nghiệm. 1.8. RO Hình lọc Màng 3.2. Thiết bị lọc ro [17], [18], [19] SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 10 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên 3.2.1. Định nghĩa Máy lọc ro là một hệ thống sử dụng nguyên tắc ngược so với cách lọc đơn thuần để loại bỏ 90 - 95% của tất cả các khoáng chất và hóa chất. 3.2.2. Cấu tạo Gồm có 5 màng lọc - Màng 1: được cấu tạo bằng sợi 5 µm, có chức năng để loại bỏ những cặn lơ lửng còn trong nước như rỉ, sắt, cát…. - Màng 2: Bằng than hoạt tính 1 - 2 µm. - Màng 3: Màng được làm bằng cacbon được ép công nghệ cao có chiều dày 1 - 2 µm để loại bỏ các kim loại nặng. - Màng 4: Màng ro là sợi polyamid. - Màng 5: Gồm các sợi cacbon xử lý gia tăng độ bền để tăng độ khoáng của nước tạo được vị của nước ngọt và tinh khiết hơn. Hình 1.9. Thiết bị lọc nước sạch RO 3.2.3. Nguyên tắc hoạt động SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 11 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên Đầu tiên nước chảy qua một bước xử lý là cột lọc 5 m bằng chất liệu sợi bông tinh sạch để loại hóa chất thô cặn bẩn như rỉ, sắt, rong rêu, bùn đất. Tiếp theo nước đẩy qua filter làm bằng chất liệu cacbon sẽ giúp loại bỏ 98% Clo và các hợp chất khác đặc biệt là khử sạch mùi vị. Tiếp theo nước được xử lý qua lõi lọc cacbon đang ép xử lý lọc đa hóa chất, các hợp chất rắn hòa tan trong nước, màng thẩm thấu ngược( TFC) sẽ loại bỏ 90 - 95% các tạp chất bẩn hòa tan trong nước, các tạp chất bẩn sẽ đẩy đường nước thải và tống ra ngoài. Cột lọc cacbon cuối cùng sẽ loại hoàn toàn các dấu vết của hóa chất, màu sắc, mùi vị, để cung cấp nguồn nước tinh sạch hoàn toàn, lúc này nước tinh khiết sẽ được chứa trong một bồn nước kín hoàn toàn. Hình 1.10. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị lọc RO 4. CÁC HỢP CHẤT THAM GIA VÀO QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI [3], [10], [11], [20], [21], [22], [23] 4.1. Lọc 4.1.1. Thiết bị lọc nhanh Vật liệu lọc: Cát tự nhiên, cát thạch anh, đá hoa nghiền, bột sứ nghiền… Yêu cầu: - Bảo đảm thành phần hạt theo yêu cấu phân loại. - Bảo đảm độ đồng đều của khối hạt. - Có độ bền cơ học cao. - Độ bền hóa học đảm bảo. Cấu tạo: Thường sử dụng vật liệu lọc nhiều lớp (2 hoặc 3) ở dạng hạt có kích thước và tính chất vật lý khác nhau. SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 12 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên Bảng 1.2. Thành phần của thiết bị lọc nhanh Vật liệu Chiều cao mỗi lớp(m) Khối lượng riêng(kg/m3) 0,5 12 500-700 1000 0,3-0,6 0,6-1,2 0,5-0,8 250-350 500-570 1000 Than antraxid cát Than hoạt tính Than antraxid cát Độ lớn của hạt(mm) 1,7-2,5 0,8 3,0-5,0 1,5-2,5 0,6-0,8 Hình 1.11. Bể lọc nhanh Nguyên tắc làm việc: Cần xử lý được cho vào bể lọc được các lớp vật liệu lọc hấp phụ các chất cặn bẩn ở trên lớp vật liệu còn nước trong sẽ theo lớp vật liệu ra ngoài theo đường van chảy chảy xuống dưới. 4.1.2. Lọc bằng than hoạt tính Cách chế tạo: Than hoạt tính được chế tạo từ các nguyên liệu giàu cacbon như: than bùn, than đá, các thực vật (gỗ, mùn cưa, bã mía….) xương động vật. Quá trình sản xuất than hoạt tính gồm 2 giai đoạn đó là: - Than hoá: Nhờ các quá trình nhiệt phân nhằm giải phóng cacbon khỏi liên kết với các nguyên tử khác đồng thời nâng cao hàm lượng cacbon. Kết thúc quá trình nhiệt phân ở 400-4500C trong điều kiện không có chất oxy hoá. - Hoạt hoá: Than được oxy hoá chọn lọc ở 800 - 1000 0C trong môi trường chứa hơi nước hoặc khí CO2. Phương trình phản ứng: C + CO2 = 2CO SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 13 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên Đặc điểm: Có 2 dạng: - Dạng bột. - Dạng viên. - Có khối lượng riêng đặc là: 1,75-2,1g/cm, khối lượng riêng xốp khoảng 0,1-1g/cm - Có hoạt tính lớn, có tính chọn lọc. - Dễ chảy. Phạm vi ứng dụng: Dùng tốt cho hấp phụ khí, loại giàu mao quản nhỏ. Hình 1.12. Than hoạt tính 4.2. Các phương pháp làm mềm khử khoáng 4.2.1. Nguồn gốc độ cứng của nước Chủ yếu là do nước ngầm tiếp xúc với tạo thành đá. Khi nước mưa rơi xuống mặt đất nó không thể hoà tan lượng đáng kể các chất rắn có trong tự nhiên. Tuy nhiên sự hoà tan này xảy ra khi trong đất có nhiều dioxitcacbon do các vi khuẩn sinh ra. Như vậy nước ngầm chứa nhiều dioxitcacbon cân bằng với acid cacbonic. Ở trạng thái tự nhiên do độ pH giảm các chất kiềm được hoà tan tạo thành hệ đá vôi. 4.2.2. Phương pháp làm mềm, khử khoáng 4.2.2.1. Phương pháp trao đổi ion Vật liệu trao đổi ion là các hạt nhựa trao đổi ion. Tùy theo ứng dụng và yêu cầu xử lý cụ thể có thể sử dụng loại vật liệu trao đổi khác nhau. Nếu: - Làm mềm nước: Sử dụng hạt nhựa chuyên làm mềm nước hoặc hạt nhựa trao đổi cation mạnh. - Khử khoáng: Sử dụng hạt nhựa trao đổi cation và anion trong nhiều thiết bị khác nhau. - Khử ion hoá học: Sử dụng hạt nhựa hoá học trong cùng thiết bị. SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 14 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên 4.2.2.2. Phương pháp kết tủa Dùng hoá chất như phương pháp bổ sung vôi với các nước có độ cứng Ca 2+, không có 2+ Mg Nước thô  trộn  kết bông  lắng  sục khí CO2  lọc Ca(OH)2 CO2 Hiệu quả: Giảm độ cứng của nước đến 65mg/l Có thể sử dụng phương pháp bổ sung vôi - xút với các loại nước không có cacbornat trong nước phương pháp này dựa vào các phản ứng hóa học sau: - Ca(OH)2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2H2O - Na2CO3 + CaSO4 = CaCO3 + Na2SO4 - Na2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2NaOH - 2NaOH + Ca(HCO3)2 = CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O 4.3. Các phương pháp khử sắt, mangan 4.3.1. Khử sắt Gồm 2 phương pháp - Phương pháp oxy hóa sắt + Nguyên lý: Oxy hóa Fe(2) thành Fe(3) và tách chúng ra khỏi nước dưới dạng hydroxid - Khử sắt bằng hóa chất + Các hóa chất thường dùng là: CaO, KMnO4, Cl2.. 4.3.2. Khử mangan Mn trong nước thường cùng tồn tại với Fe ở dạng ion hóa trị 2 và dạng keo hữu cơ trong nước bề mặt. Do vậy quá trình khử Fe, Mn thường được tiến hành đồng thời với quá trình khử Fe Mn hóa trị 2 hòa tan khi bị oxy hóa để tạo ra Mn(3) và Mn(4) ở dạng hydroxyd kết tủa. Quá trình oxy hóa thường xảy ra theo phản ứng: 2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O = 2Mn(OH)4 + 4H+ + 4HCO3Có 2 phương pháp khử Mn: - Phương pháp oxy hóa: Dùng chất oxy hóa mạnh (như: Cl, O 3, KMnO4) để oxy hóa Mn2+ thành Mn4+. - Phương pháp khử Mn bằng sinh học: Phương pháp này sử dụng lớp vật liệu đã được cấy trên bề mặt một loại vi khuẩn có khả năng hấp thụ Mn trong quá trình sinh trưởng. Xác vi khuẩn chết sẽ tạo ra trên bề mặt hạt vật liệu lọc màng dioxid Mn, MnO 2 có tác dụng như chất xúc tác quá trình khử Mn. 4.4. Phương pháp thanh trùng 4.4.1. Phương pháp lý học - Phương pháp nhiệt: Đây là phương pháp đơn giản và lâu đời nhất. Người ta đun nước sôi đến nhiệt độ 100 0C ở nhiệt độ này đa số vi sinh vật bị tiêu diệt và nước đun sôi có thể đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng vệ sinh. Tuy nhiên vẫn còn một số ít vi sinh vật khi nhiệt độ tăng cao liền chuyển sang dạng bào tử có lớp vỏ bảo vệ vứng chắc, chúng không bị tiêu diệt dù có đun sôi liên tục trong 15 - 20 phút, sau đó để nước nguội xuống 35 0C nhằm giúp cho các bào tử phát triển trở lại (thường sau khoảng 2h) kế đó lại đun sôi lại lần nữa. Bằng cách đó ta có được chất lượng tốt SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 15 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên hơn. Phương pháp khử trùng này có ưu điểm là đơn giản, dễ làm nhưng có nhược điểm là tiêu hao năng lượng lớn và chỉ thích hợp với quy mô nhỏ. - Phương pháp dùng tia tử ngoại: Hầu hết mọi vi sinh vật đều có thể bị tiêu diệt bằng tia tử ngoại (tia cực tím) và người ta vào nguyên lý này để khử trùng nước. Nước cần khử trùng cho chảy qua thiết bị trong đó đó có đặt các đèn bức xạ tia tử ngoại. Tùy thuộc vào cường độ bức xạ tia tử ngoại, số lượng vi sinh có trong nguồn nước và thời gian lưu trong thiết bị mà chất lượng nước ra khỏi thiết bị có mức độ khử trùng cao hay thấp. Ngoài ra người ta có thể sử dụng bức xạ tử ngoại trực tiếp của ánh sáng mặt trời để khử trùng nước. Khử trùng nước bằng tia tử ngoại là một phương pháp tiên tiến nhưng hiệu quả bị hạn chế khi trong nước có tạp chất hữu cơ và các hạt rắn lơ lửng. - Khử trùng siêu âm: Là phương pháp khử trùng triệt để nhưng tốn kém. Người ta dùng dòng siêu âm và cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2g/cm 2 trong thời gian 5 phút điều kiện đó toàn bộ vi sinh vật có trong nước bị tiêu diệt. 4.4.2. Phương pháp hóa học - Khử trùng bằng NaCl Hình 1.13. Tinh thể NaCl NaCl được sử dụng phổ biến rộng rãi, dung dịch NaCl được điều chế bằng cách điện phân muối ăn hoặc phản ứng trực tiếp với Cl2 với NaOH. Hàm lượng Cl2 hoạt tính phụ thuộc vào điều SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 16 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên kiện phản ứng và có thể có từ 6 - 8g/l khi sử dụng quá trình điện phân hoặc có thể cao hơn khi sử dụng phản ứng trực tiếp Cl2 với dung dich NaOH. Ở điều kiện nhiệt độ cao và pH giảm, dung dịch NaCl dễ phân hủy tạo ra Cl2 và gây ô nhiễm môi trường. - Khử trùng bằng ozon: Là phương pháp khá tiên tiến và ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Ozon có trong nước không chỉ đơn thuần phá hủy men tế bào vi sinh vật mà nó còn có khả năng phá hủy nguyên sinh chất của tế bào, trong khi Cl2 chỉ có thể phá hủy men tế bào với các siêu vi trùng là các vi khuẩn. Không có nấm men thì ozon có hiệu quả tác dụng hơn hẳn Clo. Người ta đã quan sát thấy rằng với lượng ozon dư bằng 0,45mg/l chỉ sau 2 phút siêu vi trùng đã có thể bị tiêu diệt trong khi đó cần đến 1mg/l clo và thời gian tiếp xúc 3 giờ với các vi khuẩn dạng bào tử. So với Clo, ozon có tác dụng mạnh hơn từ 300 - 600 lần. Ngoài ra ozon còn có khả năng oxi hóa các họp chất hữu cơ gây ra màu, mùi, vị trong nước tốt hơn Clo. Ozon là chất khí màu xanh tím, hóa lỏng ở nhiệt độ -112 0C. So với Clo thì ozon ít hòa tan trong nước. Trong nước ozon phân hủy rất nhanh tạo thành O2 phân tử + O2 nguyên tử. + Ưu điểm: Thời gian tác dụng nhanh, hiệu quả khử trùng với các loại vi khuẩn, vi rút. Ozon là nguyên liệu dễ sản xuất có khả năng tạo lắng cặn các chất hữu cơ. + Nhược điểm: Giá đầu tư cho hệ thống cao, phải cần bước xử lý tiếp theo nhất là xử lý sinh học. - Ngoài ra còn có các phương pháp xử lý khác như khử trùng bằng Clo và hợp chất của clo hoặc khử trùng bằng iod, bằng ion của các kim loại nặng PHẦN 2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 17 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên 1. QUY TRÌNH Nước ngầm Khử sắt, mangan Làm mềm nước, khử khoáng Lọc thô Thẩm thấu ngược Lắng 2. THUYẾTRửa MINH QUY TRÌNH [3], [4] chai Chiết đóng chai 2.1. Nguyên liệu Nước ngầm là chỉ loại nước chảy trong mạch kín ở dưới đất do các kiến tạo địa chất tạo nên, có thể là các túi nước liên thông nhau hoặc là mạch nước chảy sát với tầng đá mẹ. Ghép nắp Thanh trùng Đóng chai, dán nhãn SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 18 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên Hình 2.1. Nguyên liệu để sản xuất nước uống Bảng 2.1. Các thành phần có trong nước ngầm Thông số Nhiệt độ Chất rắn lơ lửng Chất khoáng hòa tan Hàm lượng Fe2+, Mn2+ Khí CO2 hòa tan Khí O2 hòa tan NH3 H2S SiO2 NO3Vi sinh vật Nước ngầm Tương đối ổn định Rất thấp hầu như không có Ít thay đổi cao hơn so với nước bề mặt Thường xuyên có trong nước Có nồng độ cao Thường không tồn tại Thường có Thường có Thường có ở nồng độ cao Có ở nồng độ cao do bị nhiễm phân hóa học Chủ yếu các vi trùng do Fe gây ra Nước ngầm là nguồn nguyên liệu chủ yếu dùng trong sản xuất nước uống đóng chai. 2.2. Khử sắt, mangan [24] 2.2.1. Mục đích Nếu hàm lượng Fe và Mn vượt quá tiêu chuẩn thì sẽ gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người. Vậy mục đích của khử Fe, Mn là loại bỏ những mùi tanh khó chịu, tránh làm biến đổi màu khi chúng ta pha trà và không làm ảnh hưởng tới dụng cụ chứa đựng (Ấm, cốc kim loại….). 2.2.2. Thiết bị SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 19 Lớp 08c2 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai GVHD: Hoàng Minh Thục Quyên Hình 2.2. Thiết bị filox - Cấu tạo : Bơm, bộ hòa khí - Nguyên tắc hoạt động: Nước ngầm được bơm qua bộ hòa trộn khí để được cấp thêm oxy giúp cho quá trình oxy hóa Fe2+ nhanh hơn, làm giảm chi phí vận hành và tiết kiệm vật liệu Filox (Dùng trong công đoạn tiếp theo). Một lợi ích khác của bộ trộn khí là loại bỏ các loại khí hòa tan trong nguồn nước. Sau khi qua bộ trộn khí, nước được đưa vào bồn chứa vật liệu oxy hóa Filox. So với các vật liệu truyền thống như: birm, greensand thì hiệu quả oxy hóa của flox cao hơn rất nhiều lần. Tuổi thọ của Filox bằng 7500 lần birm, bằng 1500 lần greensand. Đặc biệt, thiết bị này được gắn van điều khiển của Watts nên vận hành rất thuận tiện, với 10 chế độ cài đặt sẵn. Thời gian tái tạo của vật liệu là từ 1 – 99 ngày, có thể tùy chọn mức 7 ngày. Hai chế độ xả ngược tự động giúp hệ thống luôn sạch, không bị đóng cặn nên đảm bảo được lưu lượng tối đa. Thiết bị dung điện 12V, an toàn cho người vận hành. 2.2.3. Biến đổi của nước - Nước sau khi xử lý đảm bảo các chỉ tiêu về sắt, mangan và khí H 2S chứa trong bồn Inox. - Nước không còn mùi tanh của sắt, mùi vị tốt hơn. 2.2.4. Ưu điểm của thiết bị Bộ xử lý Filox giúp loại bỏ hoàn toàn sắt và mangan. So với các vật liệu truyền thống (Birm, cat xanh …) tốc độ và hiệu quả của Filox lớn hơn hàng chục lần. 2.3. Làm mềm nước khử khoáng [24], [25] 2.3.1. Mục đích - Làm giảm hoặc triệt tiêu các ion có trong nước như Ca2+, Mg2+, Pb2+, HCO3-, PO43-… - Làm cho nước có độ trong hơn. - An toàn cho người sử dụng. 2.3.2. Thiết bị Cấu tạo: Gồm: - Vỏ thiết bị: Được làm từ hỗn hợp sợi thủy tinh tổng hợp, chịu áp suất và chống ăn mòn, đạt tiêu chuẩn thực phẩm dược phẩm FDA. - Hạt nhựa trao đổi ion. Tuỳ theo ứng dụng hoặc yêu cầu xử lý cụ thể, có thể sử dụng loại vật liệu trao đổi ion khác nhau. Tuy nhiên, có thể dùng các vật liệu điển hình như sau: + Làm mềm nước: Sử dụng hạt nhựa chuyên làm mềm nước hoặc hạt nhựa trao đổi cation mạnh. SVTH: Nguyễn Thị Hồng Nhung Trang 20 Lớp 08c2