Các phương pháp xử lý nước trong công nghệ thực phẩm

Thông số Nước bề mặt Nước ngầmNhiệt độ Thay đổi theo mùa Tương đối ổn định Hàm lượng chất rắn lơ lửng Thường cao & thay đổi theo mùa Thấp hoặc hầu như không thay đổi Khoáng hòa tan Thay

Phần I:

NƯỚC VÀ CÁC CHỈ TIÊU VỀ NƯỚC TRONG CÔNG NGHỆ

THỰC PHẨM

A _ Giới thiệu các nguồn

nước

Nguồn nước bề mặt

Nguồn nước do thành phố cung cấp

Nguồn nước ngầm

Bảng -Những điểm khác giữa nước ngầm & nước bề mặt

Thông số Nước bề mặt Nước ngầm

Nhiệt độ Thay đổi theo mùa Tương đối ổn định

Hàm lượng chất rắn lơ lửng Thường cao & thay đổi theo mùa Thấp hoặc hầu như không thay đổi

Khoáng hòa tan Thay đổi theo chất lượng nước mưa Ít thay đổi, cao hơn nước bề mặt ở cùng một

vùng Hàm lượng (Fe2+),(Mn2+) Rất thấp trừ dưới đáy hồ Thường xuyên có

Khí CO2 hòa tan Rất thấp hoặc gần

bằng không Xuất hiện ở nồng độ cao Khí O2 hòa tan Thường gần bão hòa Thường không tồn tại

Khí NH3 Xuất hiện ở nguồn

nước nhiễm bẩn Thường có SiO2 Có ở nồng độ trung

bình Thường có ở nồng độ cao Nitrat Thường thấp Thường ở nồng độ cao do phân bón hóa chất

Các vi sinh vật Vi trùng (nhiều loại gây bệnh), virus

các loại & tảo

Các vi trùng do sắt gây ra thường xuất hiện

B _ Các chỉ tiêu về nước trong công nghệ sản xuất đồ uống

Một số chỉ tiêu cảm quan

Nước rửa nguyên

liệu

Nước trong trộn thực phẩm

2 _ Chỉ tiêu hóa lý

Chỉ tiêu hóa lý của nước liên quan đến

thành phần các hợp chất hóa học có trong nước.

Bảng phân lọai nước

3_ Chỉ tiêu vi sinh

• Vi Trùng

• Các loại rong tảo

Phần II:

Giới thiệu các phương pháp

xử lý nước

A PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ

B PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

C PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ

I Phương Pháp Lắng

Lắng: là một phương pháp phân riêng dựa vào sự khác nhau về phân tử lượng các cấu tử.

• Động lực: trọng lực, lực ly tâm, lực tĩnh điện.

• Thiết bị lắng:

–Gián đoạn –Liên tục.

Thiết bị lắng liên tục

II Phương pháp Lọc

Khi lọc:Huyền phù qua màng lọc, cấu tử rắn không tan bị giữ lại, pha

liên tục qua màng tạo dịch lọc.

.

.

• 2 phương pháp: lọc bề mặt – lọc bề sâu.

Lọc bề mặt.

Lọc bề sâu.

• Khuếch tán vào trong mao quản.

• Tùy chất lượng nguồn nước → phương pháp thích hợp.

• Động lực: chênh lệch áp suất giữa hai màng ΔP = P1-P2 > 0

Bã lọc

Màng lọc

Lọc bề mặt

Lọc bề sâu

III Phân riêng bằng

Membrane

– Loại bớt tạp chất hữu cơ.

– Giảm độ đục của nước

– Giảm tổng hàm lượng carbon.

Chỉ tiêu Đơn vị đo Trước khi qua vi lọc qua vi lọc Sau khi

 Lọc nano (Nanofiltration)

• Giảm độ cứng của nứơc

• Kích thước mao quản: 200 ÷ 300Da đến 400 ÷ 600Da

• Hàm lượng muối trong dòng permeate sẽ

giảm đi 50 ÷ 70% so với nguyên liệu.

IV Phương pháp

điện thẩm tích

• Tách các hợp chất tích điện ra khỏi nước.

• Sử dụng một cặp membrane – thường là memebrane siêu lọc.

V Ph ươ ng pháp nhi t ệ

1_ Giảm độ cứng tạm thời và bài khí

Nước có độ cứng tạm thời:

 Do Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2 qui định

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + H2O + CO2

 Mg(HCO3)2 = MgCO3 + H2O + CO2

2_ Cải thiện chỉ tiêu vi sinh

Một số loại vi sinh vật sẽ bị tiêu diệt trong quá trình gia nhiệt

VI XỬ LÝ CHÂN KHÔNG

Nguyên tắc:

 Phun nước vào bên trong bồn kín

 Nước sẽ được chảy qua hệ thống các đĩa trong bồn >quá trình bài khí đạt hiệu

quả cao

Phía đỉnh bồn kết nối hệ thống bơm chân không

•

VII PHƯƠNG PHÁP

XỬ LÝ BẰNG TIA UV

• Tia UV có khả năng ức chế và tiêu diệt vi sinh vật

• Khả năng khử trùng cao nhất khi bước sóng tia dao động trong khoảng

• 260-270 nm

• Tia UV có độ đâm xuyên rất kém

1

2 3

bị xử lý nước bằng tia UV

B PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

I. Phản ứng trao đổi.

II. Phản ứng oxy hóa.

III. Xử lý bằng acid, kiềm hoặc các hợp chất hóa học khác.

IV. Xử lý bằng các chất ức chế VSV

I PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA CHẤT _ PHẢN ỨNG

TRAO ĐỔI

Làm giảm độ cứng của nước bằng cách sử dụng là caxi hydroxit và natri

carbonate

 Đối với nước cứng tạm thời :

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2 CaCO3 + 2 H2O

 Đối với nước có độ cứng vĩnh cửu:

Đối với muối Mg:

MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2

•

• MgSO4 +Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaSO4

•  

II TÁCH SẮT BẰNG

PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC-

PHẢN ỨNG OXY HÓA

Để tách sắt ra khỏi nước, thường sử dụng phương pháp chuyển hóa Fe2+ thành Fe3+ trong

điều kiện có oxy

4Fe(HCO3)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3+ 8CO2

Nguyên lý hoạt động

• Môi trường được thổi không khí liên tục

•

• Nước được phun theo dạng hạt

• Bổ dung vào nước một lượng chlorine như một chất xúc tác cho phản ứng oxy hóa các

muối sắt

III XỬ LÝ NƯỚC BẰNG ACID

HOẶC KIỀM

1.Bằng acid:

Dùng để giảm độ cứng

Độ cứng: >10mg đương lượng/l Tổng lượng khóang: xấp xỉ 1g/l Acid vô cơ: H2SO4 , HCl

Acid hữu cơ: acid lactic

IV ỨC CHẾ VSV BẰNG HÓA

CHẤT

1.Sodium hypochloride (NaClO):

2.Calcium hypochloride Ca(ClO) 2 :

• Các phản ứng chủ yếu gồm có:

Ca(ClO)2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2HClO

HClO = HCl + O

• Ngòai ra, còn có thể xảy ra các phản ứng sau:

Ca(ClO)2 + 4HCl = CaCl2 + 2Cl2 + 2H2O

Cl2 + H2O = HClO + HCl

HClO = HCl + O

• Ưu điểm là thiết bị sử dụng đơn giản, chi phí xử lý thấp, hiệu quả khử trùng khá cao

• Nhựơc điểm : nứơc sau khi xử lý có thể có mùi chlore.

• Khắc phục : sử dụng than họat tính để cải thiện chỉ tiêu cảm quan ( mùi ) của nứơc

C PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ

I. Kết lắng

II. Hấp phụIII. Trao đổi ion

I PHƯƠNG PHÁP KẾT LẮNG

 Tách các hợp chất dạng keo có kích thứơc 10-4-10-6 mm mà quá trình lắng trọng lực không tách được

VD: acid silicic và các muối của nó

 Sử dụng chất trợ lắng: phèn nhôm và phèn sắt

Khi cho vào nứơc sẽ xảy ra các phản ứng sau:

Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O = 2Al 3+ + 3SO

Al 3+ + 3H 2 O = Al(OH) 3 + 3H +

• pH dao động trong khỏang 7,5 – 7,8

2.Phèn sắt là Fe 2 (SO 4 ) 3 9H 2 O

 Tương tự như phèn nhôm, khi cho phèn sắt vào nứơc, cũng xảy ra các phản ứng

Fe2(SO4) = 2Fe3+ + 3SO

42-Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+

 pH trong khỏang 8,2 – 8,5

II PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ

• Sử dụng bằng than hoạt tính

• Bề mặt riêng của than hoạt tính có thể dao động trong khoàng 500- 1.500m 2 /g

• Hấp phụ nhiều lọai tạp chất, đặc biệt là các chất màu và mùi có trong nước.

• Dùng than họat tính để khử mùi chlore có trong nước

• Ngoài khà năng chất mùi được hấp phụ trên bề mặt các hạt than, còn có thể xảy ra phản ứng

C + 2Cl2 + 2H2O = CO2 + 4HCl

Hình: Thiết bị lọc nứơc (dùng cát, sỏi và than họat tính)

III PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION

• Phương pháp trao đổi ion được sử dụng để tách các hợp chất tích điện ra khỏi nước, giảm độ cứng và nồng độ các cation và anion có trong nước

• Các chất tạo nên pha rắn được gọi là ionit ( nhựa trao đổi ion )

– Ionit trao đổi với các ion dương : cationit

– Ionit trao đổi với các ion âm : anionit

• Chia thành 2 nhóm :

– Trao đổi cation

– Trao đổi anion

1 Giới thiệu về các ionit

• Bản chất hóa học của các ionit là các hạt nhựa tổng hợp gắn sẵn các ion Thường gặp nhất là nhựa Polystyrene-divinylbenzen.

2 Quy trình xử lý nước bằng

phương pháp trao đổi ion

• Khi cho nước qua cột cationit, các cation có trong nước sẽ bị giữ lại trên cột Sơ đồ trao đổi ion của các muối hòa tan calcium được biểu diễn như sau:

CaCl2 + H2 - Resin > Ca_Resin + 2HCl

CaCO3 + H2 - Resin > Ca_Resin + H2O + CO2

CaSO4 + H2 - Resin > Ca_Resin + H2SO4

Ca(NO3)2 + H2 - Resin > Ca_Resin + 2HNO3

• Nồng độ các cation có trong nước sau khi xử lý sẽ giảm xuống

• Xuất hiện các acid  giảm giá trị pH của nước

• Tách các acid ra khỏi nước, ta sử dụng phương pháp trao đổi anion Sơ đồ trao đổi như sau:

HCl + HO_Resin > Cl_Resin + H2O

H2SO4 + (HO)2_Resin > SO4_Resin + 2H2O

HNO3 + HO_Resin > NO3_Resin + H2O

• Các anion như Cl-, NO3-, SO42- sẽ được tách khỏi nước sau khi cho nước qua cột anionit

• Ưu điểm :

– Cấu hình thiết bị đơn giản

– Quy trình dễ vận hành,không tốn kém nhiều chi phí trong thời gian dài

– Trong thực tế, thường kết hợp phương pháp trao đổi ion với nhiều

phương pháp khác để đảm bảo nguồn nước sau xử lý có độ cứng và nồng

độ khoáng theo yêu cầu