Đồ án Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai

ho 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 PHẦN 1. 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 O2, ở 2 góc của đáy là proton, góc giữa có chứa liên kết O-H = 104,50. 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 O2 và H2 lệch nhiều về phía nhân O2. - Hai cặp còn lại của O2 không góp chung với H2 như vậy phân tử nước có 4 cực điện tích. Hai cực âm tương ứng với hai nhân nguyên tử H2 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 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 à 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...). 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 à H3O+ + Cl- - Phản ứng với base: NH3 + H2O à NH4+ + OH- - Phản ứng với với kim loại: 2NA + H2O à 2NAOH + 1/2 H2 - Phản ứng với oxidbase: H2O + CaO à 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 à 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. 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 à H2SO4 Phản ứng điều chế rượu: CH2=CH2 + H2O à 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 Nước ngọt: Gồm + Nước khoáng có ga + Nước khoáng không có ga + Nước khoáng có ga và đường Hình 1.6. Phân loại theo giá trị dinh dưỡng 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 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) Các chất keo D= 0,001- 1µm (chủ yếu 0,05- 0,2 mm) Các chất hòa tan (d< 0,001 µm) - Đất sét - Cát - Keo Fe (OH )3 - Chất thải hữa cơ, vi sinh vật - Tảo - 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. 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. Hình 1.8. Màng lọc RO 3.2. Thiết bị lọc ro [17], [18], [19] 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 Đầu tiên nước chảy qua một bước xử lý là cột lọc 5 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. Bảng 1.2. Thành phần của thiết bị lọc nhanh Vật liệu Chiều cao mỗi lớp(m) Khối lượng riêng(kg/m3) Độ lớn của hạt(mm) Than antraxid cát 0,5 12 500-700 1000 1,7-2,5 0,8 Than hoạt tính Than antraxid cát 0,3-0,6 0,6-1,2 0,5-0,8 250-350 500-570 1000 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 - 10000C trong môi trường chứa hơi nước hoặc khí CO2. Phương trình phản ứng: C + CO2 = 2CO 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. 4.2.2.2. Phương pháp kết tủa Dùng hoá chất như phương pháp bổ sung vôi với các nước có độ cứng Ca2+, không có Mg2+ Nước thô à trộn à kết bông à lắng à sục khí CO2 à 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 = CaCO3â + 2NaOH - 2NaOH + Ca(HCO3)2 = CaCO3â + 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+ + 4HCO3- Có 2 phương pháp khử Mn: - Phương pháp oxy hóa: Dùng chất oxy hóa mạnh (như: Cl, O3, 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, MnO2 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 1000C 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 350C 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 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/cm2 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 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 -1120C. 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 1. QUY TRÌNH Khử sắt, mangan Lọc thô Thẩm thấu ngược Lắng Chiết đóng chai Ghép nắp Thanh trùng Làm mềm nước, khử khoáng Rửa chai Nước ngầm Đóng chai, dán nhãn 2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH [3], [4] 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. Hình 2.1. Nguyên liệu để sản xuất nước uống Bảng 2.1. Các thành phần có trong nước ngầm Thông số Nước ngầm Nhiệt độ Tương đối ổn định Chất rắn lơ lửng Rất thấp hầu như không có Chất khoáng hòa tan Ít thay đổi cao hơn so với nước bề mặt Hàm lượng Fe2+, Mn2+ Thường xuyên có trong nước Khí CO2 hòa tan Có nồng độ cao Khí O2 hòa tan Thường không tồn tại NH3 Thường có H2S Thường có SiO2 Thường có ở nồng độ cao NO3- Có ở nồng độ cao do bị nhiễm phân hóa học Vi sinh vật 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 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 H2S 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. + Khử khoáng: Sử dụng hạt nhựa trao đổi cation và anion trong nhiều thiết bị khác nhau. + Khử ion hỗn hợp: Sử dụng hạt nhựa hỗn hợp trong cùng một thiết bị. + Khử ion toàn bộ: Sử dụng hạt nhựa trao đổi cation mạnh, yếu và anion mạnh, yếu trong các thiết bị khác nhau. Đặc điểm hạt nhựa: - Nguồn gốc xuất xứ rõ ràng. - Kích thước đồng đều cho phép hệ thống vận hành với năng suất cao và chi phí vận hành thấp hơn các loại hạt thường, đồng thời tuổi thọ vận hành cho phép cũng cao hơn. - Van điều khiển Fleck dùng tay hoặc tự động. - Van điều khiển chu trình lọc, xúc xả rửa ngược và tái sinh có thể chọn loại thao tác bằng tay hoặc tự động. - Van điều khiển tự động có 2 loại: + Loại dùng bộ đếm thời gian điện tử, vận hành chu trình rửa ngược và tái sinh một cách tự động theo thời gian cài đặt trước. + Loại định lượng theo khối lượng các khoáng chất có trong nguồn nước. Nguyên lý trao đổi ion: Sử dụng vật liệu trao đổi ion để loại bỏ các ion tự do trong nước sau khi đã qua lọc than hoạt tính. Vật liệu trao đổi ion là các hạt nhựa không hoà tan, trong cấu trúc phân tử có các gốc axit hoặc bazơ có thể thay thế được mà không làm thay đổi tính chất vật lý của chúng. Các ion dương hoặc âm cố định trên các gốc này đẩy ion tự do cùng dấu có trong nước. Hình 2.3. Thiết bị làm mềm nước, khử khoáng fleck 2.3.3. Ưu điểm của thiết bị - Bộ van điều khiển điện tử Fleck 7000 có thể cài đặt chương trình dễ dàng, độ tin cậy cao, cho phép vận hành thủ công khi nguồn điện bị gián đoạn. - Lưu lượng nước cấp và xúc xả lớn. - Cài đặt và vận hành van dễ dàng. - Kết nối với nguồn bằng khớp nối nhanh. - Công suất lên tới 210 grains (15kg khoáng chất). - Sử dụng nguyên vật liệu và phụ kiện cao cấp. - Thiết kế đặc biệt của bồn tái sinh giúp nâng cao hiệu quả xử lý. - Có van chống nghẹt bằng inox. - Van an toàn cho bồn tái sinh. 2.3.4. Biến đổi của nước Nước sau khi qua thiết bị khử Cation loại được các cation Ca2+, Mg2+, Cu2+, Pb2+, Na+, Fe2+ và các ion kim loại khác. Nước sau khi qua thiết bị này không còn các anion: Cl-, HCO3-, NO3-…. 2.4. Lọc thô 2.4.1. Mục đích Nhằm loại bỏ những hàm lượng cặn lơ lửng còn trong nước như: Rỉ, cát, muối, đất…và nhằm bảo vệ cho các công đoạn tiếp theo. 2.4.2. Thiết bị lọc thô đa lớp [26] Cấu tạo: Thiết bị lọc đa lớp bao gồm nhiều loại vật liệu khác nhau được sắp xếp thành nhiều lớp bên trong một bồn lọc.   Vỏ thiết bị: Được làm từ hỗn hợp sợi thủy tinh tổng hợp, chịu áp suất và chống ăn mòn, đạt tiêu chuẩn sử dụng trong y tế FDA. Vật liệu lọc: + Sỏi với nhiều kích thước khác nhau. + Antraxit. + Cát thạch anh. Tuỳ theo loại nguồn nước đầu vào và mục đích sử dụng, có thể chọn vật liệu lọc thích hợp và thay đổi vị trí sắp xếp các lớp vật liệu. Van điều khiển Watts hoặc Fleck: Van điều khiển chu trình lọc, xúc xả rửa ngược và tái sinh có thể chọn loại thao tác bằng tay hoặc tự động. Van điều khiển tự động có 2 loại: + Loại dùng bộ đếm thời gian điện tử, vận hành chu trình rửa: Ngược và tái sinh một cách tự động theo thời gian cài đặt trước. + Loại định lượng theo khối lượng nước chảy qua bộ lọc. Hình 2.4. Bể lọc thô 2.4.3. Yêu cầu kĩ thuật + Khoảng pH hoạt động hiệu quả: 6,5 - 8,3 + Nhiệt độ vận hành tối đa: 380C (1000F) + Chênh áp tối đa: 0,69 bar - 0,83 bar (10 psi - 12 psi) + Chiều cao lớp lọc tối thiểu: 76,2 cm (30 inch) 2.4.4. Lọc khung bản [12] - Cấu tạo: Gồm 1. Ống dẫn dung dịch cần lọc vào thiết bị 2. Vấu lồi 3. Cửa dẫn dịch lọc vào khung 4. Khung 5. Vải lọc 6. Bơm 7. Tay quay 8. Thanh đỡ khung bản 9. Tai đỡ 10. Van dẫn dịch trong 11. Máng hứng dịch trong 12. Van thu hồi sản phẩm Hình 2.5. Thiết bị lọc khung bản Thiết bị lọc khung bản gồm 2 bộ phận chính là khung và bản được làm bằng thép không gỉ, có hình vuông hoặc hình chữ nhật. Tiết diện lọc có thể là có thể là hình vuông hoặc hình tròn. Thường một máy có từ 5 - 25 khung, chiều dày khoảng 2 - 10cm, chiều rộng khoảng 20 - 50cm. Trên khung có rãnh thông với ống (1) để dẫn dung dịch cần lọc vào khung. Bản là một tấm phẳng trên bề mặt có những đường gợn sóng đển nước chảy xuống phía dưới và ra ngoài qua van thu nước lọc bên dưới bản. - Nguyên tắc hoạt động: Dung dịch cần lọc được bơm vào thiết bị với áp suất 3 - 4at đi qua các khe và chứa đầy khoảng trống, bên trong của tất cả các khung. Nhờ áp lực bơm vào mạnh nên nước lọc thấm qua các lỗ nhỏ của vải lọc, chảy theo các rãnh trên bề mặt bơm xuống dưới và được thải ra ngoài qua van. Nước lọc được tập trung tại máng hứng và chuyển sang công đoạn khác, còn bã được giữ lại trên bề mặt vải lọc và được tháo ra ngoài theo chu kì. 2.4.5. Biến đổi của nước Nước sản phẩm sau khi lọc đa lớp, lọc khung bản  không còn chứa các tạp chất có kích thước lớn hơn 10 μ. 2.5. Thẩm thấu ngược [18], [27] Thẩm thấu là một hiện tượng tự nhiên. Nước bao giờ cũng chuyển dịch từ nơi có nồng độ muối/ khoáng thấp đến nơi có nồng độ cao hơn. Quá trình diễn ra cho đến khi nồng độ muối khoáng từ 2 nơi này cân bằng.  2.5.1. Mục đích Loại bỏ các chất tẩy rửa, phóng xạ, muối, phụ gia với thực phẩm, các chất độc hại, vi khuẩn các loại hóa chất, cyanogens, nitrat, cacbornat… 2.5.2. Thiết bị Cấu tạo: Là một màng mỏng làm từ vật liệu Cellulose Acetate, Polyamide hoặc màng TFC có những lỗ nhỏ tới 0,001 micron. Tất cả các màng này đều chịu áp suất cao nhưng khả năng chịu pH và chlorine không giống nhau. . Hình 2.6. Cấu tạo màng thẩm thấu ngược Nguyên lý hoạt động: Theo một cơ chế ngược lại với các cơ chế lọc thẩm thấu thông thường, nhờ lực hấp dẫn của trái đất để tạo ra sự thẩm thấu của các phân tử nước qua các mao mạch của lõi lọc (chẳng hạn như lõi lọc dạng gốm Ceramic). Màng lọc RO hoạt động trên cơ chế chuyển động của các phần tử nước nhờ áp lực nén của máy bơm cao áp tạo ra một dòng chảy mạnh (đây có thể gọi là quá trình phân ly trong chính dòng nước ở môi trường bình thường nhờ áp lực) đẩy các thành phần hóa học, các kim loại, tạp chất..có trong nước chuyển động mạnh, văng ra vùng có áp lực thấp hay trôi theo dòng nước ra ngoài theo đường thải (giống như nguyên lý hoạt động của thận người). Trong khí ấy các phân tử nước thì lọt qua các mắt lọc cỡ kích cỡ 0,001μm nhờ áp lực dư, với kích cỡ mắt lọc này thì hầu hết các thành phần hóa chất kim loại, các loại vi khuẩn đều không thể lọt qua. Hình 2.7. Mô tả quá trình lọc thẩm thấu ngược Quá trình: Với tốc độ và áp lực cực lớn, dòng nước chảy liên tục trên bề mặt của màng RO. Một phần trong số những phân tử nước “chui” qua được những lỗ lọc. Các tạp chất bị dòng nước cuốn trôi và “Thải” bỏ ra ngoài. 2.5.3. Phạm vi ứng dụng Vào sản xuất như sản xuất nước uống cung cấp cho sản xuất thực phẩm, dược phẩm hay phòng thí nghiệm. 2.5.4. Biến đổi của nước Đã loại bỏ được 90 - 95% các tạp chất bẩn tan trong nước. 2.6. Lắng [28] 2.6.1. Mục đích Loại bỏ những tạp chất rắn lơ lửng có nồng độ cao trong nước. Nhằm làm cho nước có độ trong gần như hoàn toàn, để an toàn cho người sử dụng và thuận lợi cho quá trình tiếp theo. Hình 2.8. Thiết bị lắng hình côn 2.6.2. Cấu tạo Nguyên tắc hoạt động: Nước thải trước khi xử lý được pha trộn hóa chất để keo tụ trong môi trường thích hợp sau đó được bơm từ đáy bể theo hướng ly tâm tại chân bể lắng để tạo dòng xoáy lên trên bể. Nước di chuyển từ dưới lên trên qua lớp chất rắn lơ lửng (gọi là vùng tiếp xúc) có vận tốc giảm dần khi lên đến miệng bể. Bông cặn tạo ra do quá trình tạo bông nhờ lực xoáy gom tụ tại trung tâm bể lắng và được bơm hút ra để tuần hoàn lại hệ thống. Bùn tuần hoàn được bơm ở dưới chân bể theo hướng đối diện nhằm tạo dòng xoáy cho bể, ở giai đọan này, nước đầu vào cũng được pha trộn với bùn lắng tại đáy bể làm chất xúc tác cho quá trình hình thành bông cặn được tốt hơn. Bùn tự tuần hoàn trong bể lắng có chức năng như một lớp lọc giúp cho tốc độ lắng nhanh hơn các bể lắng thông thường. Nước sau khi xử lý ở phần trên bể lắng được thu gom qua máng thu nước bề mặt và chảy đến công trình tiếp theo. 2.6.3. Ưu điểm của thiết bị Bể lắng xoáy tách cặn theo cả hai nguyên lý dòng xoáy và lắng trong có tầng cặn lơ lửng. Phần dưới bể lắng là vùng phản ứng để cho các bông cặn hình thành. Chính vì những yếu tố trên, kết hợp bởi nhiều nguyên lý và giai đoạn trong một công trình làm cho bể lắng xoáy có hiệu quả xử lý rất cao và tiết kiệm được chi phí đầu tư công trình cũng như mặt bằng sử dụng. Với hình dáng thiết kế theo hình côn đáy lớn hướng lên trên đã mang lại rất nhiều lợi ích như sau: - Tiết kiệm diện tích mặt bằng sử dụng tại khoảng không phía dưới bể, có thể tận dụng để bố trí các công trình đơn vị xử lý khác. - Có thế nâng cao tạo điều kiện dễ dàng cho nước sau xử lý đến các công trình tiếp theo mà không cần sử dụng bơm. - Hệ thống thải bùn thuận tiện, có thể tận dụng áp lực nước trong bồn, không cần dùng bơm. - Thiết kế mang kiểu dáng công nghiệp có thẩm mỹ cao. 2.6.4. Biến đổi của nước Nước đã loại bỏ được hoàn toàn các chất rắn lơ lửng, không màu, không mùi, không vị, thích hợp cho sử dụng nước uống. 2.7. Chiết chai, ghép nắp [5], [29] 2.7.1. Mục đích Đưa nước đã làm sạch vào chai nhằm tránh sự xâm nhiễm của các tạp chất lạ. Ghép nắp nhằm cách ly hoàn toàn sản phẩm với môi trường bên ngoài. Kéo dài thời gian bảo quản. Đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Hình 2.9. Dây chuyền thiết bị ghép nắp, đóng chai nước uống tự động 2.7.2. Các dạng bao bì và yêu cầu của bao bì đóng chai - Các dạng bao bì gồm: + Nhựa tổng hợp + Thủy tinh Hình 2.10 . Các dạng bao bì - Yêu cầu: + Không gây độc cho sản phẩm, không làm cho thực phẩm biến đổi chất lượng, không mùi vị, màu sắc lạ cho sản phẩm. + Bền đối với tác dụng của thực phẩm. + Dễ gia công, rẻ tiền + Hình thức hấp dẫn, thích hợp với sản phẩm. + Sử dụng vận chuyển, bảo quản tiện lợi. 2.7.3. Cấu tạo và cách tiến hành Dây chuyền được sử dụng chính trong công nghệ đóng chai các loại đồ uống. Có 3 công đoạn chính: - Rửa chai. - Chiết. - Đóng nắp chai được hoàn thành ngay trên một máy. Tất cả các quá trình đều được tự động hoá. Máy được sử dụng để đóng các loại nước quả, nước khoáng, nước tinh khiết trong các loại chai được làm từ nhựa tổng hợp và thuỷ tinh. Dây chuyền có thể chiết được cả nước nóng nếu có trang bị thiết bị điều khiển nhiệt độ. Bộ phận điều khiển bằng tay có thể sử dụng rất đơn giản và rất tiện lợi để điều chỉnh máy đóng nước vào các loại chai khác nhau sao cho thích hợp. Công đoạn chiết nước bằng phương thức mới (công đoạn chiết với áp suất nén nhỏ) nhanh hơn và ổn định hơn. Lượng sản phẩm được tạo ra và lợi ích từ máy thì cao hơn các loại máy khác cùng loại. Máy sử dụng chương trình điều khiển tiên tiến OMRON (PLC) trong bộ điều khiển của máy để điểu khiển máy chạy tự động trong khi sự vận hành của các băng chuyền đưa chai vào máy với tốc độ điều chỉnh được và khoảng cách các chai đều nhau với việc vận hành của máy chủ làm việc đưa chai tiến tới chắc chắn và chính xác hơn. Ðấy là một sự thuận lợi lớn trong việc điều khiển với sự tự động hoá cao bởi vì mọi phần của máy đều được kiểm tra và xem xét bằng mắt. Phần nền tảng máy, bộ phận chiết của máy có thể thay đổi trong việc chiết ở điều kiện áp suất thấp. Việc chiết ở các điều kiện của áp suất nhỏ có thể được áp dụng với các loại chai thuỷ tinh, chiết cồn, chiết các loại tương và các loại vật chất hữu hình khác. Phương thức đóng nắp chai có thể sử dụng các loại nắp nhôm chống trộm, nắp nhựa. - Máy sử dụng hai đầu nước vào và một đầu nước đi ra, đầu nước vào một dùng để phun rửa chai, một dùng để chiết chai. Chai nước sau khi được đưa vào băng tải của máy thì sẻ đi qua bộ phận rửa chai, sau khi được rửa chai nước được chuyển qua phần chiết nước với định lượng đã được đặt trước rồi được chuyển qua phần xoắn nắp. 2.7.4. Biến đổi của nước Nước sau khi được đóng chai và ghép nắp là loại nước sạch không có tạp chất hay mùi vị lạ, đạt tiêu chuẩn của nước uống. 2.8. Thanh trùng [19], [21] 2.8.1. Mục đích Nhằm tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật và nha bào của chúng tồn tại trong sản phẩm để đảm bảo chất lượng của sản phẩm tốt nhất về giá trị cảm quan và dinh dưỡng, đảm bảo sức khỏe, không gây hại cho người sử dụng và kéo dài thời gian bảo quản. 2.8.2. Phương pháp thanh trùng Ngày nay người ta dung nhiều phương pháp thanh trùng nước như phương pháp ozon hóa, hay sử dụng tia cực tím để loại bỏ vi sinh vật. Ngoài ra còn sử dụng hầm thanh trùng để thanh trùng. Hình 2.11. Thiết bị thanh trùng dạng hầm - Cấu tạo: Hầm thanh trùng được lắp đặt hệ thống phun nước và hệ thống băng tải. Để có thể kiểm soát và đánh giá hiệu quả quá trình thanh trùng, nhiệt độ của sản phẩm thanh trùng luôn được kiểm tra bởi hệ thống điều khiển điện tử. Bộ điều khiển điện tử còn có thể xác định được các thông số khác như nhiệt độ của các tia nước, áp suất bên trong của sản phẩm thanh trùng. Bộ điều khiển thanh trùng (PU monitors): PU monitors là các nhiệt kế điện tử đặc biệt. pin của thiết bị được đặt trong hộp kín chống nước. Thiết bị có giá đỡ và bộ phận giữ vững bộ cảm ứng nhiệt trong chai thanh trùng. Nhờ cấu trúc thiết kế vững chãi, PU monitors có thể chuyển động theo sản phẩm trong suốt quá trình thanh trùng trên băng tải, hoạt động tốt ngay cả ở điều kiện nhiệt độ cao, ẩm, độ rung mạnh. Bộ kiểm soát PU - Haffmann RPU 353 tự động đưa ra toàn bộ các giá trị PU ghi nhận được từ sản phẩm thanh trùng. Thiết bị này còn cho phép lựa chọn được các giá trị cơ bản tương ứng cho từng loại sản phẩm được thanh trùng. 2.8.3. Biến đổi của nước Nước tinh khiết vô trùng đạt tiêu chuẩn nước uống đống chai theo TCVN 6096-1955. 2.9. Dán nhãn, bao gói [5], [31] Việc dán nhãn có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng máy. Yêu cầu sau khi dán nhãn phải phẳng, ngay ngắn. - Nội dung ghi trên nhãn: + Logo và hình ảnh. + Tên địa chỉ của các cơ sở sản xuất hoặc các thương nhân chịu trách nhiệm về các loại hàng đó. + Thể tích thực của sản phẩm. + Chỉ tiêu chất lượng. + Ngày sản xuất, hạn sử dụng. + Hướng dẫn bảo quản, hưỡng dẫn sử dụng. + Xuất xứ hàng hóa đối với hàng hóa xuất nhập khẩu phải ghi tên nước xuất khẩu - Đóng thùng: Mục đích: + Tránh đổ, vỡ. + Thuận lợi cho quá trình vận chuyển. Yêu cầu: + Các hộp được xếp vào thường theo số lượng và chiều cao, dọc, ngang. + Sau khi xếp hộp vào kiện, kiện được đóng kín, xiết đai, ngoài kiện được in nhãn hiệu hàng hóa. Các loại bao bì: thường là: gỗ, cattong, kim loại. Hình 2.12. Sản phẩm nước uống đóng chai Hình 2.13. Sản phẩm đóng thùng PHẦN 3. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 1. CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG [6], [31] Nước đóng chai được sử dụng để uống trực tiếp và có thể chứa khoáng chất và cacbon dioxit (CO2) tự nhiên hoặc bổ sung nhưng không phải là nước khoáng thiên nhiên đóng chai và không được chứa đường, các chất tạo ngọt, các chất tạo hương hoặc bất kỳ loại thực phẩm nào khác. 1.1. Chỉ tiêu cảm quan Bảng 1.1. Chỉ tiêu cảm quan của nước uống  đóng chai Tên chỉ tiêu Mức 1. Màu sắc, TCU, không lớn hơn 15 2. Độ đục, NTU, không lớn hơn 2 3. Mùi,vị Không mùi vị 1.2. Chỉ tiêu vi sinh Bảng 1.2. Chỉ tiêu vi sinh vật của nước uống đóng chai Kiểm tra lần đầu Quyết định 1 x 250 Không được phát hiện trong bất kỳ mẫu nào Nếu > 1 hoặc < 2 thì tiến hành kiểm tra lần thứ hai Nếu > 2 thì loại bỏ Coliform tổng số 1 x 250 Srteptococci feacal 1 x 250 Pseudomonas areuginosa 1 x 250 Bào tử vi khuẩn kỵ khí khử sunphit 1 x 250 Kiểm tra lần thứ hai n C* m M Coliform tổng số 4 1 0 2 Srteptococci feacal 4 1 0 2 Bào tử vi khuẩn kỵ khí khử sunphit 4 1 0 2 Pseudomonas areuginosa 4 1 0 2 1.3. Chỉ tiêu hóa lý Bảng 1.3. Chỉ tiêu hoá lý của nước uống đóng chai Tên chỉ tiêu Mức 1. Độ pH 6,5 – 8,5 2. Tổng chất rắn hòa tan, mg/l, không lớn hơn 500 3. Clorua, mg/l, không lớn hơn 250 4. Sunfat, mg/l, không lớn hơn 250 5. Natri, mg/l, không lớn hơn 200 6. Florua, mg/l, không lớn hơn 1,5 7. Amoni, mg/l, không lớn hơn 1,5 8. Kẽm, mg/l, không lớn hơn 3 9. Nitrat, mg/l, không lớn hơn 50 10. Nitrit, mg/l, không lớn hơn 0,02 11. Đồng, mg/l, không lớn hơn 1 12. Sắt, mg/l, không lớn hơn 0,5 13. Nhôm, tổng số, mg/l, không lớn hơn 0,2 14. Mangan, mg/l, không lớn hơn 0,75 15. Bori, mg/l, không lớn hơn 0,7 16. Borat, mg/l tính theo B, không lớn hơn 5 17. Crôm, mg/l, khônh lớn hơn 0,05 18. Asen, mg/l, không lớn hơn 0,01 19. Thủy ngân, mg/l, không lớn hơn 0,001 20. Cadimi, mg/l, không lớn hơn 0,003 21. Xyanua, mg/l, không lớn hơn 0,07 22. Niken, mg/l, không lớn hơn 0,02 23. Chì, mg/l, không lớn hơn 0,01 24. Selen, mgg/l, không lớn hơn 0,01 25. Antimon, mg/l, không lớn hơn 0,005 26. Hydrocacbon thơm đa vòng (1) 27. Mức nhiễm xạ 2. KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG 2.1. Phương pháp thử cảm quan Dụng cụ và điều kiện thử cảm quan theo TCVN 3215-79, lắc đều chai đựng mẫu thử, mở nút chai rót 13 - 20ml nước vào cốc thủy tinh không màu, khô sạch có dung tích 50ml để xác định chỉ tiêu cảm quan. 2.1.1. Xác định màu sắc Khi nhận xét màu phải đặt cốc đựng mẫu thử nơi sáng, dưới nền trắng, mắt người quan sát cùng phía với nguồn sáng chiếu vào mẫu thử. 2.1.2. Xác định độ trong Đặt cốc đựng mẫu thử ở giữa nguồn sáng và mắt người quan sát, lắc nhẹ cốc để xác định trong. 2.1.3. Xác định vị Dùng đũa thủy tinh chấm vào mẫu thử đưa lên đầu lưỡi để xác định. 2.1.4. Xác định mùi Sau khi rót nước từ chai mẫu vào cốc phải để yên 15 phút để xác định mùi. 2.2. Phương pháp hóa học 2.2.1. Phương pháp xác định hàm lượng clo tự do TCVN 2673 - 78  Tiêu chuẩn này áp dụng cho nước uống và quy định phương pháp thể tích xác định hàm lượng clo tự do. - Lấy mẫu: Tiến hành lấy mẫu theo TCVN 2652 - 78. - Phương pháp thử: + Nguyên tắc: Cho clo tự do trong mẫu tác dụng với coctotolidin để tạo màu. So sánh màu của mẫu thử với thang màu tiêu chuẩn để tìm hàm lượng clo. + Thuốc thử: Dùng dịch octotolidin 1%. Đong 350ml axit clohydric đậm đặc vào 100ml nước cất. Lấy 20 - 25ml dung dịch này, cho vào một bát sứ, thêm 1 giọt octotolidin, đun nóng, dùng đũa thủy tinh khuấy đều, để yên 4 – 5 giờ. Lấy 200ml nước cất, cho vào bình cầu dung tích 1000ml, thêm dung dịch vào. Để nguội, thêm nốt lượng axit clohydric còn thừa vào, thêm nước cất đủ 1000ml, lắc kỹ, để vào chỗ tối. Nếu dung dịch bị đục phải đem lọc. + Thang màu tiêu chuẩn: Cân 1,5g đồng sunfat, hòa tan vào một ít nước cất, thêm 1ml, axit sunfuric đậm đặc và thêm nước cất đến 100ml, lắc đều. Cân 0,025g kali dicromat (K2Cr2O7), hòa tan vào một ít nước có sẵn 0,1ml axit sunfuric, thêm nước cất đến 100ml, lắc đều. Lập thang màu như quy định trong bảng: Số TT Dung dịch CuSO4 Dung dịch K2Cr2O7 Nước cất hai lần Lượng clo mg/l 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0,4 1,2 1,5 1,7 1,8 1,9 1,9 2,0 2,0 5,5 7,5 8,2 9,0 10,0 20,0 30,0 38,0 45,0 94,1 91,3 90,3 89,3 88,2 78,1 68,1 60,0 53,0 0,05 0,07 0,08 0,09 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 + Tiến hành xác định: Cho vào một ống nghiệm so màu 10ml nước cần phân tích, thêm 2 – 3 giọt dung dịch octotolidin 1% lắc đều, để yên vài phút. Nếu dung dịch thử có màu thì đem so sánh với thang dung dịch mẫu tiêu chuẩn. + Tính toán kết quả: Hàm lượng clo tự do xác định bằng mg/l theo bảng trên. 2.3. Phương pháp xác định vi sinh 2.3.1. Phương pháp xác định chỉ số Ecoli - Nguyên tắc: Cấy một lượng nước thử vào trong môi trường lỏng nghèo đạm nuôi ở nhiệt độ 44 + 0,50C trong 48h. Nhận định sự mau đục của môi trường, lên men đường lactose sinh hơi, sinh indol ở các ống nuôi cấy và tính theo chỉ số theo bảng tính MPN. - Cách lấy mẫu: + Chuẩn bị dụng cụ, phòng thí nghiệm. + Môi trường và dung dịch. - Có thể dùng 1 trong các loại môi trường lỏng sau đây: ∙ Pepton lactose 10% lục sáng ∙ Pepton lactose đỏ trung tính - Tiến hành xác định: Trên một giá có nhiều lỗ, xếp 3 hàng ống nghiệm có kích thước 18 * 180mm, mỗi hàng 5 ống môi trường. Dùng ống hút chia độ để cấy nước vào. + 5 ống của hàng đầu tiên mỗi ống 10ml + Cấy mẫu nước vào vào 5 ống hàng thứ 2 mỗi ống 1ml Chú ý: Mỗi nồng độ dùng một ống hút riêng biệt Khi cấy xong, lắc nhẹ giá ống nguyên liệu cho hòa đều nước và môi trường đem để tủ ấm ở nhiệt độ 440C. Sau 48h nhận định những ống lên men lactose sinh hơi, mau đục môi trường, ghi những ống đã lên men, lên hơi, mau đục và dùng ống hút paster, hút chừng 5ml cấy chuyền sang môi trường ống pepton, thường mang để tủ ấm ở nhiệt độ 440C trong 24h, vi khuẩn sẽ mau đục trong ống. Nhỏ 10 giọt thuốc thử kowa để tìm indol. Nếu pH indol dương tính sẽ xuất hiện 1 vùng đỏ thẫm trên môi trường trong ống peptone. Kết quả: Đếm số ống lên men, sinh hơi, indol của các nồng độ rồi tra vào bảng ước tính MPN 2.3.2. Phương pháp xác định colifom theo tiêu chuẩn Việt Nam 4883-1993 [12’] Nguyên tắc Cấy lượng thực quy định mẫu thử nếu sản phẩm là chất lỏng hoặc một lượng huyền phù ban đầu, nếu sản phẩm không ở thể đặc và dạng pha lỏng thập phân liên tiếp của chúng trong môi trường nuôi cấy đặc sẽ chọn, ủ ở nhiệt độ 350 hoặc 370C trong vòng 24h, song kết quả phân tích ở 2 nhiệt độ trên được xem như nhau đếm số khuẩn lạc đặc trưng trên các đĩa được chọn và biểu thị bằng số colifom trong 1g hoặc 1ml mẫu. Dụng cụ và thiết bị - Nồi hấp thanh trùng có thể duy trì ở nhiệt độ 1210C hoặc tủ sấy thanh trùng có thể duy trì 1700C - Tủ nuôi cấy có thể duy trì ở nhiệt độ 350C - Nồi chưng cách thủy có thể duy trì 450C - Đĩa pêtri 90-100mm - Pipet một vạch dung tích 1ml - Thiết bị đếm khuẩn lạc có gắn nguồn sáng kích phóng đại với bộ đếm cơ học điện tử - PH đo chính xác 0,1 ở 250C Môi trường - Pepton: 7g - Cao men: 3g - Lactose: 10g - Muối mật: 1,5g - Tím tinh thể: 0,003g - Thạch: 15g - Natriclorua: 5g - Đỏ trung tính: 0,02g - Nước: 1000ml Pha chế hòa tan thành phần trên trong nước để yên trong vài phút đặt trên bếp đun sôi và thỉnh thoảng khuấy đều, để sôi trong vài phút. Làm nguội ngay trong môi trường chưng cách thủy ở 450C. Điều chỉnh ph sao cho pH=7,4 ở nhiệt độ 250C không được đun môi trường quá nóng lâu hoặc đun lại không được thanh trùng trong nồi hấp khi sử dụng cần kiểm tra độ vô trùng của môi trường cần được dùng trong 3h tính từ khi pha chế xong. Tiến hành - Chuẩn bị mẫu Hút chính xác 10ml mẫu cho vào bình định mức 100ml Dùng pipet vô trùng hút 1ml dd trong bình định mức cho vào ống nghiệm có chứa 9ml nước cất lắc nhẹ ống nghiệm tròn đều là có hệ số pha loãng 10-1. Tiếp tục dùng pipet hút 1ml từ ống nghiệm có nồng độ 10-1 cho vào ống nghiệm 2 đã có chứa 9ml nước cất ta có nồng độ pha loãng 10-2 . - Nuôi cấy Lấy 1 đĩa Petri dùng pipet vô khuẩn cho vào mỗi đĩa 1ml nếu sản phẩm là chất lỏng hoặc dạng huyền phù ban đầu sản phẩm không ở thể lỏng. Lấy 2 đĩa petri vô khuẩn khác dùng pipet vô khuẩn để cho vào mỗi đĩa petri 1ml mẫu ở độ pha loãng 10-1 nếu sản phẩm là chất lỏng hoặc 10-2 nếu sản phẩm là thể lỏng. Tiến hành như trên với các độ pha loãng cao hơn cần vận dụng dụng pipet vô trùng mới cho độ pha loãng khác đổ khoảng 15ml môi trường violetbile lactose red agar (VRBL) ở 450C vào mỗi đĩa tới khi đổ môi trường không quá 15 phút trộn cẩn thận dịch cấy vào môi trường và để đĩa trên mặt phắng mát để môi trường đông lại. Để một đĩa kiểm tra độ vô khuẩn của môi trường bằng 1ml môi trường VRLB và thao tác tương tự nhưng không có dịch cấy. Sau khi môi trường trong các đĩa petri đã đông đặc hoàn toàn đổ khoảng 4ml môi trường VRLB ở 450C tráng phủ kín bề mặt của mỗi đĩa để đông đăc như trên, lật úp các đĩa chuẩn bị và đặt chúng vào trong tủ nuôi cấy ở 350 hoặc 370 trong vòng 24h. Kết quả Sau thời gian trên sử dụng thiết bị đếm khuẩn lạc colifom đặc trưng có màu đỏ tía đường kính 0,5mm, đôi khi được bao bọc quanh bởi một vùng đỏ của mật kết tủa. + Tính kết quả Trường hợp các đĩa chỉ từ 15 - 150 khuẩn lạc đặc trưng trong vòng từ 15 - 150 khuẩn lạc đặc trưng giữa 2 nồng độ pha loãng liên tiếp trong đó chứa ít nhất 15 khuẩn lạc đặc trưng số colifom trong 1ml mẫu X được xác định theo công thức: n1: Số đĩa được giữ lại ứng với nồng độ pha loãng đầu. n2: Số đĩa được giữ lại ứng với nồng độ pha loãng thứ 2. d: Hệ số pha loãng ứng với độ pha loãng đầu. Biểu thị kết quả theo biểu thức: n*10x n: số thập phân tương ứng X: số mũ phù hợp với 10 KẾT LUẬN Sau một thời gian tích cực tìm hiểu qua sách, vở, tạp chí và tài liệu tham khảo cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của cô giáo hưỡng dẫn, em đã hoàn thành xong đồ án chuyên môn với đề tài “Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai”. Với đề tài này giúp em hiểu thêm về công nghệ sản xuất nước uống đóng chai đạt chất lượng tốt nhất nhằm đáp ứng tốt hơn nhu cầu thị hiếu của người tiêu dùng và đảm bảo sức khỏe cho người tiêu dùng. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót và sai lầm, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp và bổ sung của cô giáo hưỡng dẫn để đồ án của em được hoàn thiện hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu sách [1]. Lê Ngọc Tú (chủ biên) - Bùi Đức Hợi - Lưu Duẩn – Ngô Hữu Hợp – Nguyễn Trọng Cẩn (2001), Hóa học thực phẩm. NXB khoa học kĩ thuật [2]. Trần Thị Thanh Mẫn (2007), Hóa học thực phẩm. Trường cao đẳng lương thực thực phẩm [3]. Nguyễn Thị Thu Thủy (2006), Xử lý nước cấp và sinh hoạt. NXB khoa học và kĩ thuật Hà Nội [4]. Đỗ Chí Thịnh - Nguyễn Thân Cường (2005), Quá trình công nghệ thực phẩm 2. Trường cao đẳng lương thực thực phẩm [5]. Lê Thị Hồng Ngân - Trương Hồng Linh, Nguyễn Thùy Linh (2009), Công nghệ chế biến rau quả. Trường cao đẳng lương thực thực phẩm [6]. Tuyển tập các TCVN về vi sinh học (2007) [7]. Lê Quốc Hùng (2006), Các phương pháp và thiết bị quang trắc môi trường nước. Viện khoa học và công nghệ Việt Nam [8]. Trần Văn Sang (dịch 2002), Nguồn nước chất lượng nước, Nhà xuất bản trẻ “Hóa học và đời sống” [9]. Hà Sơn - Đại Hoành (2008), Sự cảnh báo của nước. NXB Hà Nội [10]. PGS: Trịnh Lê Hùng (2008), Kĩ thuật xử lý nước thải. NXB giáo dục [11]. Raymond Jardins(1/2006), Xử lý nước. NXB xây dựng [12]. Trương Hồng Linh - Châu Thành Hiền - Đặng Quang Hải (2008), Thiết bị thực phẩm. Trường cao đẳng lương thực, thực phẩm [12’] Hoàng Minh Thục Quyên (2009), Phân tích chỉ tiêu vi sinh, Trường cao đẳng lương thực, thực phẩm. Tài liệu internet [13]. (30/9/2010) [14]. (10/10/2010) [15]. (13/10/2010) [16]. (30/9/2010) [17]. http: //wi.wikipedia.org/wiki/M%song-L%E1%BB%Dc-RO, ( 25/10/2010) [18]. Thietbiloc.com, (3/11/2010) [19]. (5/11,2010) [20]. (8/11/2010) [21]. (20/10/2010) [22]. [23]. 10/11/2010 [24]. tunglinhonline.com, (10/11/2010) [25]. (5/10/2010) [26]. (27/10/2010) [27]. (21/11/2010) [28]. (20/11/2010) [29]. (15/11/2010) [30]. (19/10/2010) [31]. (22/10/2010)