Đồ án Kỹ thuật xử lý cấp nước Thiết kế hệ thống xử lý nước uống đóng chai công suất 5m3h từ nguồn nước cấp của Công ty Sawaco

Các chỉ tiêu hóa học của nước uống đóng chai liên quan đến an toàn thực phẩm...12 Bảng 3.. Các chỉ tiêu vi sinh vật của nước khoáng thiên nhiên đóng chai và nước uống đóng chai...14 Bảng

1.3.1 Yêu cầu chất lượng nguồn nước sử dụng để sản xuất nước uống đóng chai

5 1.3.2 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 6-1:2010/BYT đối với nước khoáng thiên nhiên và nước uống đóng chai

1.4.5 Thiết bị tiệt trùng

20

1.4.6 Khử trùng bằng Ozone

22

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN NGUỒN NƯỚC VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÍ 25

2.1 Lựa chọn nguồn nước

DANH MỤC BẢNG BIỂU phép 6

Bảng 2 Các chỉ tiêu hóa học của nước uống đóng chai liên quan đến an toàn thực phẩm 12

Bảng 3 Các chỉ tiêu vi sinh vật của nước khoáng thiên nhiên đóng chai và nước uống đóng chai 14

Bảng 4 Đặc tính vận hành các loại đèn UV 21

Bảng 5 Liều lượng tiêu thụ Ozone 23

Bảng 6 Đặc tính của hạt cát 33

Bảng 7 Thông số bích nối thiết bị và ống 44

Bảng 8 Thông số bích nắp đậy 44

Bảng 9 Kích thước chân đỡ 45

Bảng 1 Danh mục các thông số chất lượng nước sạch và ngưỡng giới hạn cho DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Chọn bích nối ống là bích liền để nối thiết bị và ống dẫn

44 Hình 2 Mô phỏng chân đỡ thiết bị 46

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI

1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ nước đóng chai:

1.1.1 Định nghĩa nước uống đóng chai:

Nước uống đóng chai là các sản phẩm nước uống được cung cấp trên thị trường bằng hình thức đóng chai Nước có thể có chứa khoáng chất và CO2 tự nhiên hoặc bổ sung và không được chứa đường, các chất tạo ngọt, các chất tạo hương hoặc bất kỳ loại thực phẩm nào khác Nước uống đóng chai giống nước uống bình thường vì

cả hai đều trong vắt như nhau

Có 3 loại nước uống đóng chai phổ biến: nước Khoáng, nước suối, nước tinhkhiết

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ nước đóng chai ở Việt Nam và ở Thành phố Hồ Chí Minh:

Trong tổng số các cơ sở sản xuất nước đóng chai hoạt động trên địa bàn, khó đảmbảo 100% các cơ sở đều tuân thủ các quy định hiện hành có liên quan Một số cơ sởngoài thiết bị lọc miễn cưỡng gọi là hiện đại thì những quy trình còn lại đều thực hiệnthủ công Đi kèm với việc tuân thủ đúng quy định, giá thành của nước đóng chai vẫncòn

rẻ, điều này cũng ảnh hưởng đến chất lượng nước trên thị trường

Tiêu chí đánh giá chất lượng nước đóng chai:

- Mùi: mùi hóa chất khử trùng (clor) còn dư lại trong nước

- Màu: vàng của hợp chất manga và màu xanh của tảo

- pH: theo tiêu chuẩn, pH sử dụng cho nước cấp sinh hoạt là 6 – 8,5; nước uốngđóng chai là 6,8 – 7,5

- Độ đục: là đại lượng đo hàm lượng chất lơ lửng trong nước Giới hạn độ đụccủa

nước đóng chai là 2NTU

- Một trong những tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng nguồn nước là chỉ

số

TDS (tổng chất rắn hòa tan) Đây là một trong những nguyên nhân gây độ đục và trầm tích trong nước Theo khuyến cáo, mức TDS phù hợp tối đa để sử dụng là < 500mg/L

1.2 Các nguồn nước có thể sử dụng để sản xuất nước uống đóng chai:

Nước đóng chai được sản xuất từ 3 loại nước: nước khoáng, nước suối, nước cấpnhưng do số lượng và trữ lượng có giới hạn nên trên thị trường chủ yếu là nước tinhkhiết

Có 3 loại nước uống đóng chai phổ biến:

- Nước khoáng: là nguồn nước lấy từ suối khoáng nằm sâu trong long đất trongthời gian dài và chảy qua nhiều tầng địa chất đây được xem là nguồn tàinguyên quan trọng vì nước này chưa nhiều chất khoáng và rất có lợi cho cơthể

- Nước suối: Cũng tương tự như nước khoáng, nước suối là loại nước thiênnhiên và không qua xử lí mà chỉ qua các bước đảm bảo vô trùng Nguồn nướcsuối có hàm lượng khoáng chất có lợi cho sức khỏe, tuy nhiên hàm lượng nàykhông cao và không ổn định như nước khoáng Nước khoáng và nước suối phải được đóng chai tại chỗ

- Nước tinh khiết: là loại nước vô trùng có thể đựợc sản xuất từ bất kì nguồnnước nào như nước giếng, nước sông, ngước ngầm, … Nước này thường đượcsản xuất công nghiệp từ các nhà máy với quy trình khép kín hiện đại và hìnhthức sử dụng đóng chai

1.3 Quy chuẩn kỹ thuật:

1.3.1 Yêu cầu chất lượng nguồn nước sử dụng để sản xuất nước uống đóng chai:

Theo mục 2.1 thuộc QCVN 6-1:2010/BYT quy định, nước sử dụng để sản xuất nướcuống đóng chai phải đáp ứng các yêu cầu theo QCVN 01:2009/BYT về chất lượngnước ăn uống được ban hành kèm theo thông tư số

04/2009/TT-BYT ngày 17/6/2009 của Bộ Y tế; mà hiện nay đã thay bằng QCVN011:2018/BYT

Sau đây là trích dẫn thông số quy chuẩn kỹ thuật của QCVN 01-1:2018/BYT:

Bảng 1 Danh mục các thông số chất lượng nước sạch và ngưỡng giới hạn cho phép

phép

Các thông số nhóm A

2 E.Coli hoặc Conform chịu nhiệt CFU/100 mL <1

Thông số cảm quan và vô cơ

14 Bor tính chung cho cả Borat và axit

35 Tổng chất rắn hòa tan (TDS) mg/L 1000

- Dấu (*) chỉ áp dụng cho đơn vị cấp nước khai thác nước ngầm

- Dấu (**) chỉ áp dụng cho các đơn vị cấp nước sử dụng Clo làm phương phápkhử trùng

- Dấu (**) chỉ áp dụng cho vùng ven biển và hải đảo

- Dấu (***) là không có đơn vị tính

- Hai chất Nitrit và Nitrat đều có khả năng tạo methemoglobin Do vậy, trongtrường hợp hai chất này đồng thời có mặt trong nước sinh hoạt thì tổng tỷ lệnồng độ (C) của mỗi chất so với giới hạn tối đa (GHTĐ) của chúng khôngđược lớn hơn 1 và được tính theo công thức sau

Bảng 2 Các chỉ tiêu hóa học của nước uống đóng chai liên quan đến an toàn thực

4) Chỉ tiêu loại A: bắt buộc phải thử nghiệm để đánh giá hợp quy Chỉ tiêu loại

B: không bắt buộc phải thử nghiệm để đánh giá hợp quy nhưng tổ chức, cá nhân

sản xuất, nhập khẩu, chế biến các sản phẩm sữa dạng lỏng phải đáp ứng các yêu cầu

đối với chỉ tiêu loại B

5) Tỷ lệ nồng độ của mỗi chất so với giới hạn tối đa: Cnitrat/GHTĐnitrat +

Cnitrit/GHTĐnitrit  1

Bảng 3 Các chỉ tiêu vi sinh vật của nước khoáng thiên nhiên đóng chai và nước uốngđóng chai

I Kiểm tra lần đầu

TCVN 6187-1:2009 (ISO9308-1:2000, With Cor

1:2007)

A

TCVN 6187-1:2009 (ISO9308-1:2000, With Cor

II Kiểm tra lần thứ hai

6)Chỉ tiêu loại A: bắt buộc phải thử nghiệm để đánh giá hợp quy

7)n: số đơn vị mẫu được lấy từ lô hàng cần kiểm tra

8)c: số đơn vị mẫu tối đa có thể chấp nhận hoặc số đơn vị mẫu tối đa cho phép vượt quáchỉ tiêu vi sinh vật m Nếu vượt quá số đơn vị mẫu này thì lô hàng được coi là không đạt

9)m: số lượng hoặc mức tối đa vi khuẩn có trong 1 gam sản phẩm; các giá trị vượt quá mức này thì có thể được chấp nhận hoặc không được chấp nhận

10) M: là mức vi sinh vật tối đa được dùng để phân định giữa chất lượng sản phẩm có thể đạt và không đạt

1.4 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống đóng chai

Đặc tính của các công trình đơn vị trong quy trình công nghệ

 Nhược điểm:

- Hiệu quả kém khi xử lý nước đã qua keo tụ tạo bông (do phải dùng bơm, bơm nướcvào bể lọc áp lực, dẫn đến cánh bơm làm phá vỡ bông cặn)

- Do bể lọc kín, khi rửa không quan sát được nên không khống chế được lượng cát mất

đi, bể lọc làm việc kém hiệu quả dần

- Không theo dõi được hiệu quả của quá trình rửa lọc do bể lọc làm việc trong hệ thốngkín

- Được ứng dụng chủ yếu để lọc sơ bộ với nước có hàm lượng cặn thấp và công suấtđòi hỏi không lớn khoảng dưới 5000 m3/ngày

- Khi mất điện đột ngột, nếu van một chiều bị hỏng hay rò nước hoặc xảy ra tình trạng rửa ngược thì cát lọc sẽ bị đưa về bơm

- Xử lý bổ sung ( loại Clor dư có trong nước thủy cục, bảo vệ nhựa và màng RO không

bị lão hóa, do Clor là chất oxy hóa mạnh), loại các hợp chất sinh mùi vị, các chất dẫnxuất phenol và hydroxyl, các chất ô nhiễm vi lượng (thuốc trừ sâu), kim loại nặng …đảm bảo nước có độ tinh khiết nhất định

- Một số chất nào đó có khả năng cố định trên bề mặt của chất rắn (than hoạt tính)

- Khả năng hấp thụ phụ thuộc chủ yếu vào những yếu tố sau:

- Tính chất vật lý của than hoạt tính như: kết cấu, kích thước, mật độ lỗ, diện tích tiếpxúc

- Tính chất lý hóa của các loại tạp chất cần loại bỏ

- Thời gian tiếp xúc của nước với than hoạt tính càng lâu thì việc hấp phụ càng tốt Than hoạt tính (Activated carbon – AC):

- Là loại than được xử lý từ nhiều nguồn vật liệu như tro của vỏ lạc (đậu phộng), thangáo dừa hoặc than đá Những nguyên liệu này được nung nóng từ từ ở nhiệt độkhoảng 600°C trong môi trường chân không, sau đó được hoạt tính hóa bằng các khí

có tính oxy hóa (như hơi nước, CO2 hoặc O2) ở nhiệt độ cao (800 - 900°C) Quá trìnhnày tạo nên những lỗ nhỏ li ti có tác dụng hấp phụ và giữ các tạp chất

- Diện tích tiếp xúc của than hoạt tính rất lớn, khoảng 1000 - 1500 m2/g

Các dạng kết cấu của than hoạt tính:

- Dạng bột cám (Powdered - PAC): đây là loại được chế tạo theo công nghệ cũ, naythường được sử dụng trong sản xuất pin, ac-quy

- Dạng hạt (Granulated - GAC): là những hạt than nhỏ, rẻ tiền, thích hợp cho việc khửmùi, hiện nay được sử dụng cũng khá phổ biến Tuy nhiên, nước thường có xu hướngchảy xuyên qua những khoảng trống giữa những hạt than thay vì phải chui qua những

lỗ nhỏ

- Dạng khối đặc (Extruded Solid Block - SB): là loại hiệu quả nhất để lọc cặn, khuẩnColiform, chì, độc tố, khử màu, và khử mùi Clorine Loại này được làm từ nguyênmột thỏi than, được ép định dạng dưới áp suất tới 800 tấn nên rất chắc

Than hoạt tính hấp phụ các chất ô nhiễm theo 3 bước sau:

- Chất bị hấp phụ bị hấp phụ vào bề mặt ngoài của hạt than

- Tiếp đó chất bị hấp phụ sẽ đi sâu vào trong các lỗ nhỏ của than hoạt tính

- Cuối cùng chất bị hấp phụ bị giữ lại trong các lớp lỗ sâu của than hoạt tính

- Than hoạt tính chỉ có tác dụng với một lượng nước nhất định Sau khi lọc được mộtkhối lượng nước theo chỉnh định của nhà sản xuất, than sẽ không còn khả năng hấpthụ nữa Khi đó cần phải tái sinh than hoặc thay một lớp than mới

cố xảy ra cho các thiết bị phía trước

 Cấu tạo:

- Thành phần cấu tạo chính của thiết bị lọc cartridge gồm lõi lọc (cartridge) và vỏ lọc (housing) trong đó lõi lọc là bộ phận đóng vai trò lọc loại bỏ cặn lơ lửng Các loại lõilọc trên thị trường hiện nay rất đa dạng cả về chủng loại lẫn kích thước phù hợp vớinhiều mục đích và công suất khác nhau, về chủng loại hiện nay thường có các loại nhưhình sau:

- Trong các loại lõi lọc kể trên thì lõi dạng quấn ( string - wound) được sử dụng kháphổ biến trong quá trình loại bỏ cặn kích thước nhỏ trước khi xử lý bằng RO Các lõilọc than thường được ứng dụng để khử chất ô nhiễm trong nước ở quy mô nhỏ Trongcác loại lõi lọc trên thì lõi lọc ceramic là loại có khả năng loại bỏ cặn có kích thước

nhỏ nhất có thể đến 0,2 µm

Về kích thước của các lõi cũng rất đa dạng, đường kính lõi thường được chế tạo với kích thước 2,5 inch là phổ biến nhưng bên cạnh đó còn có loại Big Blue với đường kính 4,25 inch Chiều dài của các loại lõi rất đa dạng, hiện nay thường có các lõi với các chiều dài như: 9,75” ; 10”, 20”, 30”, 40”

- Bên cạnh lõi lọc thì thành phần không thể thiếu đó là vỏ lọc ( housing), các nhà sảnxuất vỏ lọc cũng sản xuất rất nhiều mẫu mã tương ứng với sự đa dạng của các loại lõilọc Vỏ lọc có 2 loại, loại đơn (chỉ chứa 1 lõi lọc) và loại có khả năng chứa nhiều lõilọc Các vỏ lọc thường được chế tạo bằng nhựa hoặc thép không gỉ trong đó loại vỏđơn thường được chế tạo bằng nhựa và loại chứa nhiều lõi thường được làm bằngthép không gỉ

1.4.4 Thiết bị lọc màng thẩm thấu ngược RO:

 Nhiệm vụ: Chủ yếu là khử TDS, ngoài ra còn khử vi khuẩn, virus, khử màu,mùi

- Màng xoắn (Spiral – Wound membrane): Sử dụng phổ biến trong RO, xử lý nước cấp

- Màng sợi rỗng (Hollow – Fiber membrane): Tăng kích thước màng, sợi rỗng cóđường kính nhỏ hơn nhiều và kết đỡ phải chắc chắn, có thể sử dụng trong xử lý nướcthải

- Màng đĩa (Plate and Frame membrane)

- Màng ống (Tubular membrane): Ống chế tạo từ sứ (Ceramic membrane), Carbon,Plantic, Dống = 2,5 – 3,2 mm

1.4.5 Thiết bị tiệt trùng:

 Nhiệm vụ:

- Diệt vi khuẩn, virus có hại Không giống như khử trùng nước sinh hoạt, việc khửtrùng trong sản xuất nước uổng đóng chai không sử dụng hóa chất như Clorine để

đảm bảo không có mùi vị trong sản phẩm đầu ra, vì vậy người ta thường sử dụng cácphương pháp không hóa chất như dùng đèn UV hay sục khí Ozone để khử khuẩn

Tiệt trùng bằng tia cực tím (UV):UV là bức xạ điện từ có bước sóng từ 100 - 400 nm.

UV có khả năng diệt khuẩn ở bước sóng 220 - 320 nm ( UV - C), khả năng diệt khuẩncao nhất ở bước sóng 254nm

- UV có khả năng phá hủy cấu trúc AND, phá vờ cấu trúc tế bào vi khuẩn làm chúngmất đi khả năng trao đổi chất

Các loại đèn UV:

- Đèn UV cường độ thấp - áp suất thấp (low-pressure low-intensity UV lamps)

- Đèn UV cường độ cao - áp suất thấp (low-pressure high-intensity UV lamps)

- Đèn UV cường độ cao - áp suất trung bình ( medium-pressure low-intensity UVlamps)

Bảng 4 Đặc tính vận hành các loại đèn UV

Low-pressure low-intensity

Low-pressure high-intensity

Medium- pressure low- intensity

Năng lượng tiêu

thụ

 Lưu ý:

- Trước khi cho qua đèn UV, cần lọc thô ( 5μm) trước để loại bỏ cặn Bởi vì các hạt cặn

có thế hấp thụ hoặc cản trở tia cực tím và có thế bám trên bề mặt của đèn, gây ảnhhưởng đến hiệu quả diệt khuẩn của tia cực tím

- Mặc dù có khả năng diệt 99,99% vi khuấn, virus nhưng UV không có tác dụng với bất

kỳ hóa chất hoặc kim loại nào Do đó UV chỉ là công đoạn cuối cùng của quy trình xử

- Không sản sinh ra các chất độc hại và sản phấm phụ

- Không nguy hiểm khi quá liều

- Cần thời gian tiếp xúc rất ngắn (vài giây)

- Không gây mùi, không ảnh hưởng đến các khoáng chất trong nước

- Không yêu cầu chỗ chứa các hóa chất độc hại

Tỉ trọng: 1,65 so với không khí

Nhiệt độ hóa lỏng: -112°C

Nhiệt độ hóa rắn: -251°C

Ozone hòa tan trong nước gấp 10 lần độ hòa tan của oxy

Là chất khí không bền vững, nhất là khi có mặt của xúc tác, Ozone nhanh chóng phân

rã thành O2+O

Tác dụng oxy hóa của Ozone mạnh hơn oxy nhiều Ớ nhiệt độ thường nó có thể biến: Sulfit thành Sulfat; Amoniac thành Acide Nitric; Carbon thành khí Carbonic

Liều lượng tiêu thụ ozone:

Bảng 5 Liều lượng tiêu thụ Ozone Ứng dụng Liều lượng cho 1 m3 Ghi chú

Sự tẩy uế, tổng quát 0,4g Sự tẩy uế đủ để đạt được nếu

nồng độ đo được sau 4 phút tiếpxúc

Nước uống Tối thiểu: 0,5 g

Bình thường: 1 – 1,5

g Tối đa: 5 g

Liều lượng tùy thuộc rấtnhiềuvào sự hiện diện của sắt,mangan, chất

hữu cơ…

Dư lượng Ozone (Vài kinh nghiệm thực tế với nước suối)

PC bottles: 0,2 – 0,4 ppm, trên0,5 ppm có vấn đề về vị

PET bottles: 0,1 – 0,2 ppm, trên 0,2 ppm sẽ có vấn đề về vị

PE bags: trên 0,1 ppm có vấn đề

về vị Nước hồ bơi 0,8 – 1,5 g Liều lượng tùy thuộc vào nhiệt

độ nước (< 280C hoặc > 350C)

 Ưu điểm của Ozone so với các phương pháp khử trùng khác:

- Có khả năng tiệt trùng tuyệt đối (vi trùng, vi khuẩn, nấm mốc ), không gây ônhiễm vì Ozone dễ dàng phân hủy thành Oxy

- Có khả năng biến các muối kim loại nặng độc hại như Mn, Zn, Cd, Pb, Hg thành các oxit vô hại, không tan, có thế lắng lọc và loại bỏ chúng dễ dàng

- Có thể thanh trùng cho cả môi trường nước và môi trường khí, có thể thấm vàotất cả mọi ngõ ngách, khe kẽ

- Nước được xử lý bằng Ozone sẽ trở nên tinh khiết: trong, không mùi, không độc

tố, không vi sinh và giàu oxy

- Có khả năng phá hủy các chất độc hĩru cơ như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, cókhả năng phân hủy các nhóm chức của các chất màu, chất mùi Vì vậy Ozone có khảnăng khử màu, khử mùi rất tốt

- Không có sản phẩm phụ gây độc hại - Không gây phỏng các mô, tế bào như

H2O2

 Nhược điểm:

- Dễ xảy ra hiện tượng ngắn mạch do thời gian tiếp xúc ngắn

- Giá thành cao

- Không duy trì khả năng bảo vệ lâu dài như Clorine

- Ozone là khí có khả năng gây nổ

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN NGUỒN NƯỚC VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÍ

2.1 Lựa chọn nguồn nước:

Sử dụng nguồn nước sawaco, có chất lượng nước từ nhà máy nước Thủ Đức ngày16/12/2020: