thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa

trình bày thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ

LÝ NƯỚC THẢI CHO NHÀ MÁY CHẾ BIẾN SỮA VÀ CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA



GVHD: ThS DƯ MỸ LỆ SVTH: NGUYỄN KIM THIỆN MSSV: 90602325

2010

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI

Mục lục

CHƯƠNG 1 Mở đầu……… 5

1.1 Tổng quan về ngành sữa……… 5

1.2 Các nguyên liệu sản xuất sữa và sản phẩm từ sữa………6

CHƯƠNG 2 Qui trình sản xuất………7

2.1 Qui trình sản xuất của các sản phẩm từ sữa……… 7

2.1.1 Sữa tươi uống……… 7

2.1.2 Sữa hộp……….7

2.1.3 Sữa chua……… 9

2.1.4 Phô mai và bơ……….11

2.2 Thuyết minh các qui trình……… 12

2.2.1 Tiêu chuẩn hóa……… 12

2.2.2 Đồng hóa………12

2.2.3 Phối trộn……….12

2.2.4 Tiệt trùng UHT……… 12

2.2.5 Ủ chín……….12

2.2.6 Lạnh đông ……… 12

CHƯƠNG 3 Đặc trưng nước thải ……….13

3.1 Các khâu sản xuất gây ô nhiễm……….13

3.2 Đặc tính nước thải………13

CHƯƠNG 4 Sơ bộ nước thải nhà máy……… 17

4.1 Yêu cầu thiết kế……….17

4.2 Đề xuất công nghệ……….17

4.3 Tiểu chuẩn nước thải loại B……… 18

4.4 Thuyết minh công nghệ……….18

4.5 Chất lượng nước đầu vào của nhà máy……….19

CHƯƠNG 5 Tính toán……… 20

5.1 Bể tuyển nổi……… 20

5.2 Bể UASB……… 23

Phục lục, catalogue

Chương 1: Mở đầu

1 Tổng quan về ngành sữa

Chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa đã trải qua nhiều thời kì cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật Các quốc gia ở khu vực châu Âu và châu Mỹ là những nhân tố quan trọng góp phần tác động đến sự thay đổi trong công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ

sữa

Những loại sữa từ động vật đang được sử dụng trên thế giới gồm có: sữa dê, sữa bò, sữa cừu Mỗi loài động vật sẽ cho sữa với tính chất khác nhau, trong đó, phổ biến nhất ở Việt Nam là sữa bò Do vậy, trong suốt phần trình bày này chỉ đề cập tới nguyên liệu là sữa bò Công nghiệp sản xuất và chế biến sữa đang phát triển không chỉ ở các nước châu Âu,

châu Mỹ mà đang phát triển với tốc độ rất nhanh ở Việt Nam Do đó, việc xử lý nước thải ngành sữa phải được quan tâm từ giai đoạn thiết kế nhà máy

Sữa và các sản phẩm từ sữa đã gần gũi hơn với người dân, nếu trước những năm 90 chỉ

có 1-2 nhà sản xuất, phân phối sữa, chủ yếu là sữa đặc và sữa bột ( nhập ngoại), hiện nay thị trường sữa Việt Nam đã có gần 20 hãng nội địa và rất nhiều doanh nghiệp phân phối sữa chia nhau một thị trường tiềm năng với 80 triệu dân

Về mức tiêu thụ sữa trung bình của Việt Nam hiện nay khoảng 7,8 kg/người/năm tức

là đã tăng gấp 12 lần so với những năm đầu thập niên 90 Theo dự báo trong thời gian sắp tới mức tiêu thụ sữa sẽ tăng từ 15-20% ( tăng theo thu nhập bình quân) Sản phẩm sữa là sản phẩm dinh dưỡng bổ sung ngoài các bữa ăn hàng ngày, với trẻ em, thanh thiếu niên và những người trung tuổi – sữa có tác dụng lớn hỗ trợ sức khỏe Trên thị trường có rất nhiều loại bột ngũ cốc, đồ uống tăng cường sức khỏe… nhưng các sản phẩm này về chất lượng và độ dinh dưỡng không hoàn toàn thay thế được sữa

Một dây chuyền sản xuất sữa có giá trị trung bình khoảng vài chục tỷ, đó là một khoản đầu tư không nhỏ chưa tính đến các chi phí xây dựng nhà máy Công đoạn quản trị chất lượng (KSC) nguyên liệu đầu vào và đầu ra là hết sức quan trọng vì nó ảnh hướng đến chất lượng của người tiêu dùng, sữa đầu vào nguyên liệu đã ít nhưng chất lượng không đảm bảo nên có nhiều nhà máy khi thu mua sữa tươi về phải bỏ đi vì chất lượng kém, không qua được KCS đầu vào gây thất thu Trong khi sản xuất, việc pha chế các sản phẩm từ sữa cũng còn nhiều bất cập vì các tỉ lệ vitamin, chất dinh dưỡng được pha trộn theo hàm lượng,

có thông tin đầy đủ trên bao bì

Nguồn cung nguyên liệu không ổn định, chất lượng chưa được đảm bảo nên hầu hết nguồn sữa này được tiêu thụ trực tiếp qua các cửa hàng sữa tại các thành phố lớn, còn các công ty sữa sử dụng nguồn sữa nhập ngoại để chế biến những sản phẩm của mình, trên thị trường hiện tại có các sản phẩm chính như sau:

 Sữa lỏng (Liquid Milk)-bao gồm sữa tươi, sữa đặc

 Sữa bột (Powder Milk)

 Sữa có đường giành cho trẻ em(Sweetened Children Milk)

Khi sữa thành phẩm đã xong, các doanh nghiệp sữa phải sử dụng vỏ hộp đạt tiêu chuẩn

để dễ dàng vận chuyển và bảo quản, hiện nay thị trường chỉ có hai nhà cung cấp độc quyền

là Tetra Park-Thụy Điển và Combiblock-Đức, hai doanh nghiệp này còn là hai nhà cung cấp phần lớn dây chuyển sữa ở Việt Nam

2 Các nguyên liệu sản xuất sữa và sản phẩm từ sữa

Đường: Đường được dùng để hiệu chỉnh chất khô và vị ngọt của sản phẩm Một số loại

đường thường được sử dụng, như đường latose, đường saccaroze, đường glucose, fructo…

Chỉ tiêu hóa lý quan trọng của đường là độ ẩm, hàm lượng saccaroze, độ tro,

độ màu…

Sữa và các sản phẩm từ sữa: Trong sản xuất kem, các loại sữa có thể được sử dụng như

sữa tươi, sữa đặc, sữa bột nguyên cream…chất béo từ sữa như cream, bơ, chất béo khan…

Dầu thực vật: Người ta có thể dùng dầu đậu nành, dầu dừa, dầu hướng dương hoặc dầu cải

để làm nguyên liệu sản xuất một số loại kem

Chỉ tiêu hóa lý quan trọng của dầu thực vật: chỉ số acid, chỉ số peroxyc…Hàm lượng dầu thực vật có thể chiếm từ 6 – 10% khối lượng kem thành phẩm Dầu thực vật cũng được bảo quản trong những điều kiện phù hợp

Các chất ổn định: Các chất ổn định trong sản xuất kem là những hợp chất ưa nước,

thường có chứa protein hoặc carbonhydrate Mục đích là để quá trình lạnh đông nguyên liệu sản xuất kem, các tinh thể đá xuất hiện sẽ có kích thước nhỏ, nên kem được đồng nhất

Các chất nhũ hóa: Chất nhũ hóa thường là những hợp chất có tính ưa nước và ưa béo

Trong sữa có chưa một số chất nhũ hóa, như lecithine, protein, phosphate…

nhưng với hàm lượng thấp

Lòng đỏ trứng gà cũng là một chất nhũ hóa thông dụng trong ngành sản xuất kem, nhưng giá thành cao

Các chất tạo hương: Người ta sẽ dùng các chất có hương khác nhau như các loại hoa quả

tự nhiên, hạt khô (đậu phộng, hạt điều, nho khô, hạt socola…), mức quả, nước quả…vanilla, dâu, sầu riêng, socola…

Chất màu: Mục đích của chất màu là làm tăng màu sắc và vẻ hấp dẫn cho kem.Có 2 loại

chất màu chính: chất màu tự nhiên và chất màu tổng hợp

Các chất khác: Để bảo quản chất lượng kem, người ta bổ sung thêm một số loại acid hữu

cơ như acid citric, acid tatric… để tạo độ chua cần thiết cho kem và ức chế sự phát triển của một số loại vi sinh có trong kem thành phẩm

Chương 2: Quá trình sản xuất

2.1 Qui trình

2.1.1Sữa tươi uống

-Sữa tươi thanh trùng -Sữa tươi tiệt trùng -Sữa hoàn nguyên Qui trình sản xuất chung

Nhận sữa Kiểm tra chất lượng

Làm lạnh bảo quản

Gia nhiệt

Li tâm làm sạch

Tiêu chuẩn hóa

Đồng hóa Thanh trùng Làm lạnh Rót chai Bảo quản

Nhận sữa Lọc Làm lạnh Tạm chứa Tiêu chuẩn hóa

Đồng hóa Thanh trùng

Ủ chín

Bổ sung hương liệu

Làm lạnh đông,thổi khí

Rót và khuôn, que

Làm lạnh sâu, tôi kem

2.1.3Sữa chua

a Sữa chua yoghurt

- Yoghurt dạng tĩnh

- Yoghurt dạng động

- Sữa chua uống

Sơ đồ công nghệ sữa chua uống

Chất ổn định đường mứt quả

Đồng hóa

Phối trộn

Đồng hóa

Rót vô trùng Làm lạnh

Thanh trùng Lên men

Bảo quản vài tháng

tuần

Sơ đồ công nghệ sữa chua tĩnh và động

Sữa chua dạng tĩnh Sữa chua dạng động

b Sữa chua kefir

Qui trình sản xuất sữa chua kefir cơ bản giống sữa chua yoghurt, nhưng nó được bổ sung chủng vi sinh vật kefir

Chuẩn bị sữa để lên men

Cấy men

Lên men

Làm lạnh, ủ chín

Làm lạnh,

Trộn hương

Rót

Làm lạnh, ủ chín

Mứt hoa quả

2.1.4 Phô mai và bơ

Qui trình sản xuất phomat

Nhận sữa Làm sạch Tiêu chuẩn hóa Thanh trùng Làm nguội Cấy men Lên men giai đoạn 2

Cắt quện sữa, tách nước

Ép thành bánh

Xử lý muối Ngâm chín Bao gói Bảo quản

Qui trình sản xuất bơ Nhận cream Thanh trùng cream Làm lạnh và ủ chín vật lý cream

Đảo trộn Rửa hạt bơ Trộn muối( nếu là bơ mặn)

Xử lý hạt bơ Đóng gói Bảo quản

2.2 Thuyết minh qui trình

2.2.1 Tiêu chuẩn hóa

Mục đích: Trong phạm vi ở đây,khi nói đến tiêu chuẩn hóa sữa người ta chỉ đề cập tới 1 chỉ

tiêu đó là chất béo Cần điều chỉnh sao cho thành phẩm có hàm lượng béo như đã định (ví dụ như 3.2% hay 3.6% )

Có thể tiến hành tiêu chuẩn hóa sữa bằng 2 phương pháp: bằng máy ly tâm tiêu chuẩn hóa tự động hoặc bằng phối trộn Tốt nhất là làm bằng máy ly tâm-điều chỉnh tự động làm đồng thời

2 nhiệm vụ là tiêu chuẩn hóa sữa và ly tâm làm sạch

2.2.2 Đồng hóa

Mục đích: Làm giảm kích thước các cầu mỡ, làm cho chúng phân bố đều chất béo trong sữa,

làm cho sữa được đồng nhất Đồng hóa có thể làm tăng độ nhớt của sữa lên chút ít nhưng làm giảm đáng kể quá trình oxi hóa, làm tăng chất lượng của sữa và các sản phẩm từ sữa

Các sản phẩm sữa sau khi đồng nhất sẽ được cơ thể hấp thụ dễ dàng

2.2.3 Phối trộn

Mục đích: Phối trộn đều các nguyên liệu sữa bột, nước, đường RE, chất ổn định, chất nhũ

hóa,…nhằm tạo ra sữa hoàn nguyên có thành phần các chất, tỷ trọng, độ nhớt như yêu cầu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đồng hóa

2.2.4 Tiệt trùng UHT (Ultra High Temperature)

Mục đích: Quá trình tiệt trùng ở 138 -140 nhằm tiêu diệt toàn bộ các vi sinh vật có mặt trong sữa, đồng thời góp phần loại bỏ những chất gây mùi khó chịu còn sót lại trong sữa Nhờ vậy thời gian bảo quản được kéo dài, chất lượng sản phẩm ổn định

2.2.5 Ủ chín (ageing)

Mục đích: Hydrate hóa các chất ổn định protein và kết tinh chất béo Ủ ở 2-5 trong khoảng

4 giờ

2.2.6 Lạnh đông

Mục đích: Thổi một lượng không khí vào hỗn hợp nguyên liệu để làm tăng thế tích của chúng

Lạnh đông một phần nước trong hỗn hợp tạo các tinh thể với kích thước rất nhỏ, đồn nhất và phân bố đều trong hỗn hợp

Chương 3: Công nghệ xử lý

3.1 Các khâu sản xuất gây ra ô nhiễm nguồn nước

Dựa vào qui trình công nghệ sản xuất,ta thấy nước thải của nhà máy chủ yếu bao gồm

 Nước thải sản xuất:

- Nước rửa bồn, nước rửa chai, đóng chai…

- Nước súc rửa các sản phẩm dư bên trong hoặc trên bề mặt của tất cả các đường ống, bơm, bồn chứa, thiết bị công nghiệp…

- Nước thải từ nồi hơi, từ máy lạnh

- Dầu mỡ rò rỉ từ thiết bị và động cơ

- Khâu tiệt trùng và đóng hộp sữa: nước rửa có chứa sữa do hao hụt

- Nhà máy chế biến các sản phẩm từ sữa: dịch khử protein có chứa nhiều latose

- Nước thải từ nhà máy sản xuất phomai: loại nước này chứa lactose và protein

 Nước thải sinh hoạt

- Đặc tính nước thải trong nhà máy là hàm lượng hữu cơ cao, chủ yếu là đường,protein, acid béo và các chất có khả năng phân hủy sinh học Tùy theo công nghệ sản xuất ra từng chủng loại sản phẩm sữa hay tùy theo công suất

nhà máy, xí nghiệp mà tính chất hóa lý của nước thải cũng rất khác nhau

3.2 Đặc trưng

Một số tính chất quan trọng của loại nước thải này như sau:

-Tỉ lệ COD/BOD5 trong sữa là 1.4 và trong huyết thanh là 1.9

-Lượng thải theo tổng nito Kjeldahl ( TKN ) từ 1-20g trong 100ml sữa

-BOD5 trong nước thải nói chung khoảng từ 700 -1600mg/L

-pH sau khi đồng nhất khoảng 7.5-8.8

3.3 Công nghệ xử lý

Theo phân tích thành phần nguồn thải như trên, thì nước thải sản xuất sữa và sản phẩm

từ sữa chủ yếu chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi các yếu tố như ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, rác, cát bụi, dầu mỡ…

Vì thế các phương pháp được đề xuất để nghiên cứu khả năng xử lý phù hợp với nguồn thải này là:

- Xử lý bằng phương pháp cơ học

- Xử lý bằng phương pháp hóa lý

- Xử lý bằng phương pháp sinh học

3.3.1 Xử lý bằng phương pháp cơ học

Xử lý cơ học được đặt ở đầu hệ thống xử lý, nhằm loại bỏ các chất rắn, vô cơ và hữu

cơ, dầu mỡ, nhựa, tạp chất nổi, rác…

Tùy theo đặc điểm các loại cặn trong rác thải, các công trình xử lý cơ học thường được

sử dụng là:

- Song chắn rác ( thô, mịn, tinh )

- Bể lắng cát

- Các loại bể lắng : lắng đứng, lắng ngang, lắng ly tâm…

- Bể điều hòa lưu lượng

- Bể trung hòa (acid hoặc kiềm)

- Bể tách dầu mỡ

Việc lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào kích thước rác, hạt lơ lửng, tính chất hóa lý, nồng độ hạt lơ lửng, lưu lượng nước thải và độ sạch cần thiết phải đạt được theo yêu cầu của nơi tiếp nhận

- Có khả năng loại bỏ các chất độc hữu cơ không oxi hóa sinh học

- Hiệu quả xủ lý cao và ổn định hơn

- Kích thước hệ thống xử lý nhỏ hơn

- Độ nhạy đối với sự thay đổi tải trọng thấp hơn

- Có thể tự động hóa hoàn toàn

- Động học của quá trình hóa lý đã được nghiên cứu kĩ hơn

- Phương pháp hóa lý không cần phải theo dõi các hoạt động của sinh vật

- Có thể thu hồi các chất có giá trị

3.3.3 Xử lý bằng phương pháp hóa sinh

Bản chất của phương pháp này là ứng dụng vi sinh vật (VSV) có trong nước thải, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng Chúng sử dụng chất hữu cơ làm thức ăn, chuyển hóa chất hữu cơ, chất độc hại thành chất vô cơ, khí đơn giản và nước

Vì thế, phương pháp này được ứng dụng và đạt hiêu quả cao khi xử lý nước thải có chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như H2S, NH3, sunfua, nitrit…

Một số chất hữu cơ có khả năng được oxi hóa dễ dàng, còn một số chất khác hoàn toàn không bị oxi hóa hoặc oxi hóa rất chậm Dựa vào đó người ta có thể chia ra làm 2 loại: chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và chất hữu cơ khó phân hủy sinh học

Để xác định khả năng xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, ta thiết lập tỉ lệ BOD

và COD Nếu BODtp /COD > 0.5 , nước thải có khả năng được xử lý bằng phương pháp sinh học Tuy nhiên, nước thải này không được chứa các chất độc hại và các tạp chất muối kim loại nặng Đối với các chất vô cơ, người ta vẫn phải thiết lập ngưỡng giá trị tối đa để không gây độc cho vi sinh

Có 2 phương pháp chính để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là hiếu khí và yếm khí

- Hiếu khí: sử dụng nhóm vi sinh hiếu khí, VSV được gieo cấy trong bùn hoạt tính

a Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên:

Trong điều kiện tự nhiên, các quá trình sinh học diễn ra trên:

o Các cánh đồng tưới

o Cánh đồng lọc

o Ao sinh học Tuy nhiên, vì diện tích đất xây dựng cho các công trình này thường lớn, mà nhà máy thì không đáp ứng đủ, nên các công trình tự nhiên này ít được áp dụng

b Xử lý nước thải trong các công trình nhân tạo

Các công trình nhân tạo được tiến hành trong điều kiện hiếu khí hoặc kị khí, có thể

là các bể sục khí hoặc các thiết bị lọc sinh học

o Hiếu khí:

 bể Aerotank: nước thải được sục khí và hòa trộn với bùn hoạt tính Có rất nhiều dạng bể Aerotank như: 1 bậc không tái sinh và có tái sinh bùn, 2 bậc không tái sinh và có tái sinh bùn…

 thiết bị lọc sinh học (nhỏ giọt, cao tải, hoặc lọc với vật liệu lọc ngập trong nước): nước thải được lọc qua lớp vật liệu bao phủ bởi màng vi sinh vật VSV sẽ oxi hóa các chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn năng lượng cho sự phát triển

o Kị khí (yếm khí): được ứng dụng để lên men cặn tạo thành trong xử lý hóa sinh nước thải sản xuất, cũng như để xử lý bậc 1 nước thải rất đậm đặc (BOC

= 4– 5 g/l), chứa các chất hữu cơ có thể bị phân hủy bởi các vi sinh yếm khí

 bể UASB

 bể lọc sinh học kị khí: thường là bước xử lý trước xử lý hiếu khí

Trong các công trình xử lý, kiểu công trình xử lý được chọn phụ thuộc vị trí nhà máy, điều kiện khí hậu, nguồn cấp nước, lưu lượng thành phần nồng độ ô nhiễm của nước thải

Chương 4: Đề xuất công nghệ

4.1 Yêu cầu thiết kế

Lưu lương nước thải của nhà máy 500m3/h

Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại B (TCVN5945-2005)

Diện tích đất xây dựng không hạn chế

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN_5945:2005 Nước thải công nghiệp-Tiêu chuẩn thải, quy định giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong sản xuất công nghiệp Trong tiêu chuẩn quy định 3 mức thải A, B, C ứng với từng mục đích xả thải vào thủy vực khác nhau:

 Nước thải đạt tiêu chuẩn thải loại A: có thể đổ vào thủy vực dùng làm nguồn nước cho mục đích sinh hoạt

 Nước thải đạt tiêu chuẩn thải loại B: có thể đổ vào thủy vực nhận thải khác, trừ các thủy vực quy định nhận nước thải loại A

 Nước thải đạt tiêu chuẩn thải loại C: chỉ được phép thải vào các nơi quy định như hồ chứa nước thải xây riêng, hoặc ống dẫn đến khu xử lý nước thải tập trung…

Dưới đây là các giá trị giới hạn mà công nghệ xử lý phải đạt được, trước khi xả vảo thủy vực cho phép

4.2 Tiêu chuẩn nước thải loại B :TCVN 5945-2005

P Chloride