Chương 2. TỰ ĐỘNG HÓA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1. Tự động hóa quá trình xử lý nước sạch (nước nấu bia)
2.1.1. Đặc điểm công nghệ và thiết bị
Xử lý nước trong công nghiệp bao gồm hai hình thức: xử lý nước sạch (nước đầu vào) và xử lý nước thải (nước đầu ra ). Xử lý nước đầu vào có vai trò cung cấp nước đã được xử lý đảm bảo chất lượng quy định của quy trình công nghệ để sử dụng. Xử lý nước thải nhằm đảm bảo cho nước thải ra môi trường đạt các yêu cầu sạch, không chứa các chất độc hại và thân thiện với môi trường. Tất cả các hệ thống xử lý nước nhìn chung đều có sự giống nhau về nguyên tắc, nước chưa được xử lý sẽ được xử lý bằng cách được đưa qua một hệ thống xử lý nước, đầu ra của hệ thống xử lý nước đó thường có các thiết bị đo để đảm bảo chắc chắn nước đầu ra đã được xử lý đúng theo yêu cầu. Như vậy, hệ thống xử lý nước cũng có đầu vào và đầu ra. Đầu vào của hệ thống xử lý nước là nước chưa được xử lý. Đầu ra của hệ thống xử lý nước là nước đạt tiêu chuẩn theo yêu cầu sử dụng.
Trong quá trình sản xuất bia, nước được sử dụng rộng rãi trong mọi khâu, từ các công đoạn chính như nấu, lọc ... đến các khâu vệ sinh. Trong thành phần bia, nước cũng chiếm một lượng lớn (80 – 90%), góp phần hình thành nên hương vị của bia. Bởi vậy, nước dùng trong sản xuất bia phải có chất lượng tốt, đáp ứng được các chỉ tiêu quan trong cơ bản. Nước sử dụng để nấu bia phải đạt tiêu chuẩn sau:
- Không màu, không mùi, không vị - Độ đục NTV 0,7
- pH : 6,5- 7,5
- Kiềm tổng (oF) 2 - Độ cứng tổng(oF) 2
- Hàm lượng Ca2+(mg/l): 30-60 - Hàm lượng Mg2+(mg/l) < 20 - Hàm lượng Na+(mg/l): 23-28 - Hàm lượng K+(mg/l) 4 - Hàm lượng NH4+(mg/l) 0.5 - hàm lượng Fe(mg/l) 0,05 - hàm lượng Mn(mg/l) 0,05
- hàm lượng muối(quy về mg/l NaCl) 20
- hàm lượng Cl2 dư(mg/l): 0 mg/l - Hàm lượng NO3 (mg/l) 15 - Hàm lượng NO2 mg/l) 0,1 - Hàm lượng SO24 mg/l) 3 - Al(mg/l): 0
- Hàm lượng kim loại nặng: Theo quy định của Bộ Y tế - Vi sinh vật: Theo quy định của Bộ Y tế
Nước sử dụng của nhà máy được lấy từ nước ngầm hoặc nước sinh hoạt sau đó qua một hệ thống xử lý nước để đạt đến tiêu chuẩn.
2) Một số hệ thống xử lý nước
a) Hệ thống xử lý nước cấp nhà máy bia Sài Gòn- Hà Nội
Hệ thống gồm có 2 bầu lọc tinh, 2 tank lọc cát, 2 tank lọc than, 1 tank lọc Anion và 1 tank lọc Cation. Như vậy sẽ có 2 dãy lọc cát và than làm việc độc lập, dãy này làm việc thì dãy kia nghỉ và ngược lại nhưng hệ thống chỉ có 1 tank lọc Anion và 1 tank lọc Cation nên khi 2 tank này cần hoàn nguyên thì hệ thống cũng dừng làm việc, nước đầu ra sẽ bị ngưng.
Hình 2.1. Hệ thống xử lý nước cấp nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội b) Hệ thống xử lý nước sản xuất nhà máy bia SABECO Sông Lam
Hệ thống gồm 1 bình lọc cát, 1 bình lọc than, 1 bình lọc Anion, 1 bình lọc
ngược, tái sinh, hoàn nguyên, các tank sau tank đó thì dừng hoạt động, lúc này nước đầu ra của hệ thống không có.
Hình 2.2.Hệ thống xử lý nước sản xuất nhà máy bia SABECO Sông Lam 3) Quy trình công nghệ xử lý nước nấu bia
Do yêu cầu về chất lượng nước nấu bia, do vậy các hệ thống xử lý nước nấu nói chung thường xử dụng nguồn nước đầu vào từ giếng khoan hay dùng nước cấp thành phố sau đó qua hệ thống lọc để đạt tiêu chuẩn sử dụng. Thông thường hệ thống lọc nước qua các khâu lọc cát, than hoạt tính, hệ thống làm mềm nước.
-Khâu lọc cát:
Cát thạch anh được sử dụng để lọc các thành phần lơ lửng có kích thước hạt nhỏ không có khả năng kết tủa khi để lắng tự nhiên. Trong quá trình lọc, trên bề mặt cát thạch anh sẽ tạo ra lớp màng lọc hỗ trợ cho quá trình lọc, đặc biệt khi hydroxít sắt III kết tủa trên bề mặt cát thạch anh sẽ giúp hấp phụ Asen khi nguồn nước có nguy cơ bị nhiễm Asen. Cát thạch anh là tác nhân rất tốt trong việc giữ các kết tủa dạng bông có độ nhớt cao rất khó tách và khó lọc. Sử dụng cát thạch
Tank lọc Cát
Tank lọc Than
Tank lọc Anion
Tank lọc Canion Nước đầu
vào
Nước đầu ra
Hình 2.3: Chu trình xử lý nước
anh có nhiều ưu điểm, không tham gia phản ứng với các tác nhân hoá học có trong nước và không làm ảnh hưởng đến chất lượng nước. Cát thạch anh có thể sử dụng lâu dài, có thể rửa lọc thường xuyên khi bề mặt lọc lắng cặn thành những lớp dày. Cát thạch anh có kích thước hạt nhỏ, nên có bề mặt riêng lớn nên hiệu quả lọc cao. Sau một thời gian làm việc nhất định cát này phải được rửa sạch hay thay thế. Thời gian rửa hay thay thế phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào.
- Khâu lọc than hoạt tính:
Than hoạt tính là vật liệu vô cơ có khả năng hấp thu rất tốt các hợp chất màu, mùi làm cho nước sau khi lọc trong hơn và không có mùi lạ. Ngoài ra than hoạt tính còn có khả năng hấp thu các hợp chất hữu cơ như dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, các thành phần hữu cơ từ động thực vật phân hủy. Tóm lại than hoạt tính hấp thu rất nhiều hợp chất độc hại đến sức khoẻ con người, nên than hoạt tính được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong xử lý nước sinh hoạt. Than hoạt tính là vật liệu hấp thu đa năng, không làm thay đổi các tính chất hoá lý của nước, là vật liệu lọc được bán rộng rãi ở thị trường, có giá thành hợp lý và đã sản xuất được ở trong nước. Sau một thời gian sử dụng có thể tái chế để sử dụng lại, không gây ô nhiễm môi trường khi thải loại.
Hình 2.4. Hình ảnh than hoạt tính Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật than hoạt tính
Độ hấp phụ (Mmol/g)
Bề mặt riêng (m2/g)
Tổng lỗ xốp (cm3/g)
Thể tích lỗ
bé (cm3/g)
Thể tích lỗ
trung (cm3/g)
Thể tích lỗ
to (cm3/g)
% Tẩy màu
Độ ẩm (%)
Độ tro (%)
Độ bền (%) 4,11- 800- 1,25- 0,34- 0,027- 0,36- 42-
5-8 5
>96
Hệ thống lọc than hoạt tính được sử dụng để loại trừ clo dư cũng như các tạp chất hữu cơ (THM và các tạp chất) có trong nước, hệ quả của các quá trình công nghệ xử lý nước trước đó. Sau một thời gian làm việc quá trình này cần phải được dừng làm việc để vệ sinh, khử trùng nhả hấp thụ của than hoạt tính . Khoảng thời gian làm việc tuỳ thuộc vào chủng loại của than hoạt tính cũng như chất lượng nguồn nước mà định kỳ thời gian thực hiện quá trình này có thể là sau mỗi 1 hoặc 2 tuần/1 lần (căn cứ vào kết quả đo của hệ thống đo kiểm soát hàm lượng clo dư sau bình lọc than).
- Khâu lọc làm mềm nước (hệ thống trao đổi Cation/Anion): Nhằm mục đích khử cứng, kiềm và các muối khác trong nước nhằm đạt yêu cầu cho nước nấu bia.
Cation thông thường thuộc gốc axít mạnh, dạng hạt keo, được sản xuất từ quá trình sunfon hoá hợp chất cao phân tử trùng hợp từ polystyrene. Loại hay sử dụng như Indion 220Na có cở hạt đồng đều, độ xốp đảm bảo khả năng trao đổi cation cao nhất. Với các đặc tính lý hóa tối ưu và độ bền nhiệt, lọc Cation được dùng để làm mềm nước, khử chất ô nhiễm amôni hoặc khử khoáng. Khi độ trao đổi bão hòa có thể tái sinh bằng dung dịch NaCl, HCl hoặc H2SO4 (tùy theo mục đích sử dụng để làm mềm hay khử khoáng) theo cùng chiều hoặc ngược chiều dòng nước.
Anion điển hình như Indion FFIP là loại nhựa trao đổi Anion gốc bazơ mạnh dạng 1 (tính kiềm mạnh nhất), dạng hạt, được sản xuất từ Polystyrene Copolymer với nhóm chức Trimethyl Benzyl Ammonium (-N+R3). Indion FFIP là loại nhựa có dung lượng trao đổi, độ thẩm thấu và độ bền cơ học cao, có khả năng tái sinh nhanh. Với cấu trúc lổ đồng nhất, Indion FFIP ít bị nhiễm bẫn bởi các chất hữu cơ và dễ dàng rửa sạch khi tái sinh. Indion FFIP thường được sử dụng trong các thiết bị sản xuất nước siêu tinh khiết vì có khả năng khử các axít yếu như Silic và Cabonic. Có thể dùng trong bể lọc Anion hoặc bể lọc cation- anion hỗn hơ ̣p.Khi độ trao đổi bão hòa có thể tái sinh bằng dung dịch NaOH theo cùng chiều hoặc ngược chiều dòng nước. Độ bền sử dụng: ít nhất 3 năm nếu thực hiện theo đúng quy trình của nhà sản xuất.