Tiểu luận Sản xuất nước tinh khiết

hiết đóng chai Kết luận Do lượng kiến thức còn hạn chế nên bài tiểu luận còn nhiều sai sót rất mong giảng viên hướng dẫn nhận xét để nhóm cố gắng chỉnh sửa và sớm hoàn chỉnh bài tiểu luận. Mục lục I. Giới thiệu chung về nước tinh khiết 3 II. Những quy định về chất lượng nước 5 2.1 Tiêu chuẩn về nước tinh khiết 5 2.2. Tiêu chuẩn thực hành sản xuất tốt GMP (good manufacturing practice) 12 2.3. Qui trình vệ sinh công nghiệp SSOP 12 2.4. Tiêu chuẩn quốc tế SQF 2000CM /HACCP/ISO 9001 “thực phẩm – chất lượng – an toàn” 13 2.5. Qui trình đóng bình 5 gallon 13 III. Các phương pháp xử lý nước 15 IV. Quy trình sản xuất nước tinh khiết đóng chai 33 4.1. Sơ đồ công nghệ 35 4.2. Thuyết minh công nghệ. 36 4.2.1 Công đoạn khai thác 36 4.2.2 Công đoạn lọc thô, khử mùi 37 4.2.3 Công đoạn trao đổi ion (Cation) 37 4.2.4. Công đoạn trao đổi ion (Anion) 38 4.2.5. Công đoạn lọc qua màng 38 4.2.6. Công đoạn thanh trùng bằng tia cực tím (Urtra Violet – UV) 39 4.2.7. Công đoạn thanh trùng bằng Ozone 39 4.2.8. Công đoạn chiết rót, chống tái nhiễm khuẩn 39 4.2.9. Công đoạn đóng nắp, đóng gói bao bì 39 4.2.10. Công đoạn lưu kho 40 V. Kết luận 41 Tài liệu tham khảo 42CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC TINH KHIẾT I. GIỚI THIỆU CHUNG 1. Khái niệm Nước tinh khiết là nước chỉ gồm hai thành phần là oxy và hydro. Nước tinh khiết là nước không dẫn điện, không mùi, không vị, trong suốt. Trong thực tế, nước tinh khiết không tồn tại. 2. Tình hình hiện nay Hiện nay nước có độ gần tinh khiết nhất là nước chưng cất, thường dùng cho mục đích y tế. Nước chưng cất là nước sau khi qua các giai đoạn xử lý thẩm thấu ngược (RO), khử ion bằng nhựa trao đổi ion (mixbed) rồi đưa vào nồi chưng cất lần một, lần hai, lần 3.... Dẫu có chưng cất bao nhiêu lần nữa nước vẫn còn các ion dẫn điện khác ngoài hai thành phần oxy và hydro.. uống nước chưng cất nhiều không tốt cho cơ thể. Nước uống đóng chai là thuật ngữ tiêu chuẩn Việt Nam 6096:2004 do bộ Khoa Học Và Công Nghệ ban hành, với tất cả 27 chỉ tiêu hóa lý, vi sinh. Trong các chỉ tiêu khác vẫn đo được từ một đến vài chục mg/l nên có thể khẳng định nước uống đóng chai không phải là nước tinh khiết.  Nước uống có vai trò tối quan trọng như giải nhiệt cơ thể, lọc máu, giải độc cho cơ thể…nên nước uống phải sạch, ít tạp chất càng tốt . Lọc nước sử dụng màng RO là công nghệ hiện đại nhất, phổ biến nhất trên thế giới hiện nay. Màng RO lọc được 99,9% tạp chất có trong nước gồm cả vi khuẩn và ion trong nước tồn tại dưới dạng muối khoáng hòa tan, lọc nước RO một cấp có độ dẫn điện là 5-15 Microsiemens . Lọc nước uống bằng hệ thống RO tại Mỹ rất phổ biến. Các nước A rập, Ixraen, Singapore..sử dụng 2/3 là hệ thống lọc nước RO cho ăn uống sinh hoạt. Năm 2009 , ở nước ta chấn động bởi những phát hiện về các vi phạm vệ sinh an toàn thực phẩm của cơ sở sản xuất nước uống đóng chai. Nào là: sản xuất nước uống trên nhà vệ sinh, nghĩa địa, nào là công nhân sản xuất nước uống mang bệnh lây nhiễm, nào là 90% mẫu nước xét nghiệm nhiễm khuẩn….. Nguyên nhân vì sao? Như đã nói trên, nước uống đóng chai là nước sạch, được Bộ Khoa Học Và Công Nghệ quy định rất rõ ràng. Trong đó quy trình sản xuất phải theo một chiều, công nghệ sản xuất phải rõ ràng, hợp lý. Phòng ốc phải tiệt trùng, công nhân phải khám sức khỏe định kỳ và có giấy chứng nhận được sản xuất. Nơi đặt sản phẩm phải khô ráo, Nước nguồn cấp cho sản xuất phải đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt…. Cơ sở sản xuất không đảm bảo Vệ Sinh An Toàn Thực Phẩm là các cơ sở không đáp ứng đầy đủ các quy định về vệ sinh an toàn thực phẩm do Bộ Y Tế ban hành. Thực trạng sản xuất nước uống đóng chai tại nước ta rất đáng buồn vì còn rất nhiều các cơ sở sản xuất đến nay đều không đạt được VSATTP. Có mấy nguyên nhân như sau: Vào năm 1998-2005, rộ lên phong trào mở cơ sở nước uống đóng chai vì lợi nhuận cao và dễ sản xuất, xin giấy phép. Một dàn máy nước đóng chai trên dưới hai chục triệu gồm vài cột lọc áp lực bỏ cát sỏi, hạt cation, than hoạt tính, bộ đèn UV, bộ lọc tinh 5 micromet (bỏ qua công đoạn RO) là có thể sản xuất nước uống đóng chai. Các doanh nghiệp sản xuất lớn, trừ những đơn vị có uy tín, có thương hiệu, còn lại hầu hết đặt lợi ích của mình lên trước khách hàng. Có những doanh nghiệp lớn, với cơ sở vật chất rất tốt, song vì phải cạnh tranh với các cơ sở bán phá giá, họ cũng phải thay đổi công nghệ sản xuất. Mà nước uống đóng chai không qua RO thì chất lượng nước chỉ bằng nước thủy cục. Nước sau khi lọc qua RO, tổng lượng các tạp chất hòa tan trong nước (TDS) dao động từ 1-5 mg/lít. Nước không qua RO, nước thủy cục TDS từ 120-145 mg/lít. Do TCVN 6096: 2004 quy định TDS <500 mg/lít nên đây là khe hở để các cơ sở sản xuất nước uống đóng chai móc tiền khách hàng. II. NHỮNG QUY ĐỊNH VỀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC 2.1. Tiêu chuẩn về nước tinh khiết QCVN 01:2009/BYT Do Cục Y tế dự phòng và Môi trường biên soạn và được Bộ trưởng Bộ Y tế ban hành theo Thông tư số:  04/2009/TT – BYT ngày 17 tháng 6 năm 2009. 2.1.1. Chỉ tiêu cảm quan STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Mức, không lớn hơn Phương pháp thử 1 Màu sắc Mg/l pt 15 TCVN 6185:1996 hoặc SMEWW 2120 2 Mùi vị - Không có mùi , vị lạ Cảm quan, hoặc SMEWW2150B,2160B 3 Độ đục NTU* 5 SMEWW 2130B Chỉ tiêu về chất lượng của nước Giải thích từ ngữ Trong quy chuẩn này, các từ ngữ dưới đây được hiểu như sau: 1. Chỉ tiêu cảm quan là những yếu tố về màu sắc, mùi vị có thể cảm nhận được bằng các giác quan của con người. 2. AOAC là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh Association of Official Analytical Chemists có nghĩa là Hiệp hội các nhà hoá phân tích chính thống. 3. SMEWW là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water có nghĩa là Các phương pháp chuẩn xét nghiệm nước và nước thải. 4. US EPA là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh United States Environmental Protection Agency có nghĩa là Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ. 5. TCU là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh True Color Unit có nghĩa là đơn vị đo màu sắc. 6. NTU là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh Nephelometric Turbidity Unit có nghĩa là đơn vị đo độ đục. 7. pCi/l là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh Picocuri per litre có nghĩa là đơn vị đo phóng xạ. Bảng giới hạn các chỉ tiêu chất lượng như sau: STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Giới hạn tối đa cho phép Phương pháp thử 1 pH(*) - Trong khoảng 6,5-8,5 TCVN 6492:1999 hoặc SMEWW 4500 – H+ 2 Hàmlượng oxygen hòa tan, tính theo oxygen mg/l 6 TCVN 5499:1995 hoặc SMEWW4500 –O C 3 Độ cứng, tính theo CaCO3(*) mg/l 300 TCVN 6224 -1996 hoặc SMEWW 2340 C 4 Tổng chất rắn hoà tan (TDS) (*) mg/l 1000 SMEWW 2540 C 5 Hàm lượng Nhôm(*) mg/l 0,2 TCVN 6657 : 2000 (ISO 12020 :1997) 6 Hàm lượng Amoni(*) mg/l 3 SMEWW 4500 – NH3C hoặc SMEWW 4500 – NH3D 7 Hàm lượng Antimon mg/l 0,005 US EPA 200.7 8 Hàm lượng Asen tổng số mg/l 0,01 TCVN 6626:2000 hoặc SMEWW 3500 – As B 9 Hàm lượng Bari mg/l 0,7 US EPA 200.7 10 Hàm lượng Bo tính chung cho cả Borat và Axit boric mg/l 0,3 TCVN 6635: 2000 (ISO 9390: 1990) hoặc SMEWW 3500 B 11 Hàm lượng Cadimi mg/l 0,003 TCVN6197 – 1996 (ISO 5961 – 1994) hoặc SMEWW 3500 Cd 12 Hàm lượng Clorua(*) mg/l 250 300(**) TCVN6194 – 1996 (ISO 9297 – 1989) hoặc SMEWW 4500 – Cl- D 13 Hàm lượng Crom tổng số mg/l 0,05 TCVN 6222 – 1996 (ISO 9174 – 1990) hoặc SMEWW 3500 – Cr - 14 Hàm lượng Đồng tổng số(*) mg/l 1 TCVN 6193 – 1996 (ISO 8288 – 1986) hoặc SMEWW 3500 – Cu 15 Hàm lượng Xianua mg/l 0,07 TCVN 6181 – 1996 (ISO 6703/1 – 1984) hoặc SMEWW 4500 – CN- 16 Hàm lượng Florua mg/l 0,7÷1,5 TCVN 6195 – 1996 (ISO10359 – 1 – 1992) hoặc SMEWW 4500 – F- 17 Hàm lượng Hydro sunfur(*) mg/l 0,05 SMEWW 4500 – S2- 18 Hàm lượng Sắt tổng số (Fe2+ + Fe3+)(*) mg/l 0,3 TCVN 6177 – 1996 (ISO 6332 – 1988) hoặc SMEWW 3500 – Fe 19 Hàm lượng Chì mg/l 0,01 TCVN 6193 – 1996 (ISO 8286 – 1986) SMEWW 3500 – Pb A 20 Hàm lượng Mangan tổng số mg/l 0,3 TCVN 6002 – 1995 (ISO 6333 – 1986) 21 Hàm lượng Thuỷ ngân tổng số mg/l 0,001 TCVN 5991 – 1995 (ISO 5666/1-1983 – ISO 5666/3 -1983) 22 Hàm lượng Molybden mg/l 0,07 US EPA 200.7 23 hàm lượng Asen tổng số Mg/l 0,01 TCVN 6626:2000 hoặc SMEWW 3500 – As B 24 Hàm lượng Niken mg/l 0,02 TCVN61801996 (ISO8288-1986) SMEWW 3500 – Ni 25 Hàm lượng Nitrat mg/l 10 TCVN 6180 –1996 (ISO 7890 -1988) 26 Hàm lượng Nitrit mg/l 1 TCVN6187– 1996 (ISO 6777-1984) 27 Hàm lượng Selen mg/l 0,01 TCVN 6183-1996 (ISO9964-1-1993) 28 Hàm lượng Natri mg/l 200 TCVN6196–1996  (ISO9964/1-1993) 29 Hàmlượng Sunphát(*) mg/l 250 TCVN 6200 – 1996 (ISO9280 – 1990) 30 Hàm lượng Kẽm(*) mg/l 3 TCVN 6193 – 1996 (ISO8288 – 1989) 31 Chỉsố Pecmanganat mg/l 2 TCVN 6186:1996 hoặc ISO 8467:1993 (E) 32 Phenol và dẫn xuất của Phenol mg/l 0,01 SMEWW 6420 B 33 Benzen mg/l 0,01 US EPA 524.2 34 Tổng hoạt độ α pCi/l 3 SMEWW 7110 B 35 Tổng hoạt độ β pCi/l 30 SMEWW 7110 B 36 Coliform tổng số Vi khuẩn/100ml 0 TCVN 6187 – 1,2 :1996 (ISO 9308 – 1,2 – 1990) hoặc SMEWW 9222 37 E.coli hoặc Coliform chịu nhiệt Vi khuẩn/100ml 0 TCVN6187 – 1,2 : 1996 (ISO 9308 – 1,2 – 1990) hoặc SMEWW  9222 2.2. Tiêu chuẩn thực hành sản xuất tốt GMP (good manufacturing practice) Khu vực sản xuất được thiết kế theo tiêu chuẩn GMP (Good Manufacturing Practice) khu vực sản xuất có lối ra vào riêng biệt cho người vận hành, có lối vào, ra riêng biệt dùng để chuyển nguyên vật liệu sản xuất, hàng hóa thành phẩm. Lối vào, ra dành cho người có phận sự, được trang bị đèn diệt côn trùng. Khu vực sản xuất đảm bảo thông thoáng, vô trùng. Hệ thống máy điều hòa nhiệt độ (nếu cần thiết) phải có khả năng diệt khuẩn. Nếu có điều kiện, nên trang bị hệ thống cảnh báo rủi ro... 2.3. Qui trình vệ sinh công nghiệp SSOP Trước khi vào khu vực sản xuất để làm việc, công nhân bắt buộc phải qua các thao tác sau: Bước 1 (Phòng thay trang phục) có phòng riêng cho nhân viên thay trang phục bảo hộ lao động trước khi vào khu vực sản xuất. Bước 2 (Phòng khử trùng) người có phận sự khi vào khu vực sản xuất bắt buộc phải qua phòng có hệ thống khử trùng. Bước 3 (Vệ sinh tay) thực hiện thao tác rửa tay theo tiêu chuẩn bắt buộc. Làm khô tay bằng máy hong khô, mang khẩu trang và găng tay y tế tiệt trùng. Bước 4 (Tiệt trùng ủng) nhúng ủng vào hồ nước khử trùng trước khi vào phòng sản xuất.à (Lưu ý, chỉ cho người của cơ quan chức năng vào kiểm tra khi họ được giao thực thi nhiệm vụ, có thẻ ngành và cũng \bắt buộc phải qua các khâu tiệt trùng như trên. Tuyệt đối không để người lạ, người không có phân sự vào khu vực sản xuất) 2.4. Tiêu chuẩn quốc tế SQF 2000CM /HACCP/ISO 9001 “thực phẩm – chất lượng – an toàn” SQF 2000CM (SAFE QUALITY FOOD) Là bộ tiêu chuẩn được thiết kế để quản lý và thực hiện một cách hiệu quả các nguyên tắc về : “Thực phẩm Chất lượng Vệ sinh An toàn” được dựa trên nguyên tắc HACCP. HACCP (Hazard Analysis Critical Controll Point): Là kỹ thuật được dùng để nhận dạng, ngăn ngừa và giảm thiểu các mối nguy hại về An toàn thực phẩm đến một mức tối thiểu có thể chấp nhận được. Bộ tiêu chuẩn này tương đồng với Bộ luật hướng dẫn của Ủy Ban Thực phẩm Quốc Tế (CODEX) ban hành. Chú trọng đến những vấn đề an toàn chất lượng thực phẩm, tương thích với tiêu chuẩn ISO 9001. 2.5. Qui trình đóng bình 5 gallon Chuẩn bị nắp: Nắp được lấy từ kho đưa vào khu vực rửa nắp để rửa bằng nước thành phẩm qua 04 giai đoạn như: Giai đoạn 1: Kiểm tra, rửa lần 01 loại bỏ cặn trong quá trình vận chuyển, lần 2 rửa sạch chuyển qua giai đoạn 2. Giai đoạn 2: Ngâm nắp đã rửa bằng dung dịch tiệt trùng. Giai đoạn 3 và 4: Tương tự như giai đoạn 1 và 2. Sau đó đưa vào ngăn chứa nắp trong hệ thống để chuẩn bị sản xuất. Chuẩn bị vỏ bình 5 Gallon (18,9 lít). Giai đoạn 1: Vỏ bình được tập trung tại phòng sơ chế để chà rửa sạch sẽ, xúc rửa lần thứ nhất bằng hóa chất tiệt trùng dùng cho thực phẩm. Giai đoạn 2: Tiệt trùng vỏ bình. Vỏ bình tiếp tục được đưa vào máy tự động súc rửa và phải tráng lại bằng nước thành phẩm (nước tinh khiết). Hóa chất tiệt trùng phải là loại được kiểm nghiệm, có tính sát trùng mạnh nhưng không để lại mùi, phân hủy nhanh, không ảnh hưởng đến chất lượng nước. Giai đoạn 3: Vỏ bình được chuyển qua máy chiết nước, đóng nắp tự động. Giai đoạn 4: Bình được đưa qua băng tải, lúc này bộ phận KCS sẽ kiểm tra bình lần cuối trước khi đưa ra thành phẩm. Giai đoạn cuối: Bình thành phẩm được chuyển qua kho trung chuyển. Bộ phận đảm bảo chất lượng kiểm tra lần cuối. Sau hai ngày có kết quả kiểm nghiệm chuyển qua kho bảo quản và phân phối. III. Các phương pháp xử lý nước 3.1. Phương pháp lắng Nguồn nước đầu vào có chứa một số tạp chất không tan có thể được xem như một hệ huyền phù. Ta có thể tách các cấu tử thuộc pha rắn ra khỏi pha lỏng (pha liên tục) bằng phương pháp lắng. Lắng là một phương pháp phân riêng lựa chọn dựa vào sự khác nhau về khối lượng riêng của các cấu tử trong hệ huyền phù. Động lực của quá trình phân riêng có thể là trọng lực, lực tĩnh điện hay lực ly tâm. Tuy nhiên trong công nghiệp sản xuất nước đóng chai người ta thường sử dụng trọng lực làm động lực của quá trình lắng. 3.2. Phương pháp lọc Để tách các cấu tử không tan khỏi nước, chúng ta có thể sử dụng phương pháp lọc ngoài phương pháp lắng. Khi cho một huyền phù đi qua một màng lọc, các cấu tử rắn không tan sẽ bị giữ lại, pha liên tục sẽ chui qua màng lọc và tạo nên dịch lọc. Có hai phương pháp lọc là lọc bề mặt và lọc bề sâu. Trong phương pháp lọc bề mặt, các cấu tử rắn có kích thước hơn đường kính mao quản của màng lọc sẽ bị giữ lại trên màng và tạo thành bã lọc. Chiều cao của lớp bã lọc sẽ tăng theo thời gian và làm cho trở lực của lớp bã lọc cũng tăng theo. Ngược lại, trong phương pháp lọc bề sâu, các cấu tử không tan của huyền phù có kích thước lớn hơn đường kính mao quản của màng lọc. Chúng sẽ khuếch tán vào bên trong các mao quản của màng và “bã lọc” được hình thành trong các mao quản. Trong công nghệ sản xuất nước uống tinh khiết tùy theo chất lượng của nguồn nước đầu vào mà người ta có thể sử dụng phương pháp lọc bề mặt hay lọc bề sâu. 3.3. Phương pháp phân riêng bằng màng (membrande) Phân riêng bằng màng (membrane) là một phương pháp mới áp dụng cho công nghiệp sản xuất nước giải khát nói chung và nước tinh khiết nói riêng. Ngày nay, nhiều nhà máy thực phẩm dùng membrane đẻ xử lý nước công nghiệp trước khi đưa vào sản xuất. Người ta chia membrane thành bốn loại chủ yếu: vi lọc (microfiltration), siêu lọc (ultrailtration), thẩm thấu ngược (reverseosmosis) dựa theo kích thước mao quản. Membrane có kích thước rất nhỏ nên dễ bị tắc nghẽn trong quá trình xử lý nước. Để khắc hiện tượng này, nguồn nước tại các nhà máy cần phải được xử lý sơ bộ bằng các phương pháp khác để tách bớt các tạp chất thô trước khi đưa qua xử lý bằng membrane. Vi lọc Mục đích tách các tế bào vi sinh vật. Đường kính mao quản của membrane vi lọc được dao đông trong khoảng từ 0.1×10-6m đến 0.5×10-6m. Với kích thước này, membrane vi lọc có thể giữ lại tế bào vi khuẩn , nấm men, nấm mốc trên bề mặt membrane, ngoại trừ các víu có thể chui qua các membrane vi lọc. Nếu so sánh với các phương pháp xử lý vi sinh khác thì phương pháp vi lọc sẽ tạo ra nguồn nước đạt chát lượng vi sinh vật rất tốt và đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Ngoài chức năng tách vi sinh vật , phương pháp vi lọc còn có thể tách bớt một số lợp chất hữu cơ và làm giảm độ đục của nước. Nước đi qua vi lọc có hàm lượng tổng cacborn hữu cơ và cacbon hữu cơ hòa tan giảm đi. Đến nay, phương pháp vi lọc đã được áp dụng rộng rãi trong các quy trình sản xuất nước uống trên quy mô lớn. Các thiết bị này có cấu hình dạng sợi rỗng (hollow fibre) được sử dụng phổ biến nhất. Kích thước mao quản membrane thường là 0.1 đến 0.2 (×10-6m ). Để hạn chế hiện tượng tắc nghẽn mao quản membrane trong quá trình sử dụng, người ta dùng khí nén (áp suất 90-100psi) để thổi định kì,kết hợp với quá trình thổi ngược (backwash) nhằm tách bỏ các cấu tử bám trên bề mặt của membrane. Ngoài ra, sau mỗi 4-6 tuần sử dụng, người ta dùng hóa chất vệ sinh membrane đồng thời để ức chế vi sinh vật bám trên membrane. Siêu lọc Sử dụng membrane với kích thước mao quản xấp xỉ 0.01×10-6m hoặc thấp hơn cho nên các vi sinh vật có kích thước nhỏ nhất cũng được loại bỏ. Ngoài ra, phương pháp siêu lọc có thể tách được một số đại phân tử ra khỏi nước, đáng chú ý nhất là pyrogen. Hầu hết các pyrogen là lipopolysacharide có nguồn gốc từ thành tế bào vi khuẩn. Phân tử lượng của chúng có thể xấp xỉ 20,000 Da. Chúng không bị biến đổi trong quá trình xử lý nhiệt. Việc tách pyrogen ra khỏi nước bằng phương pháp siêu lọc sẽ đảm bảo sự an toàn cho người tiêu dùng.Ngày nay, thiết bị siêu lọc nước dạng sợi rỗng được phổ bieesntrong thực tiễn sản xuất. Lọc nano Phương pháp lọc nano có thể loại bỏ được các muối hòa tan ra khỏi nước, do đó sẽ làm giảm độ cứng nước cần xử lý. Hàm lượng muối trong dòng permeate sẽ giảm đi 50-70% so với nước nguyên liệu, riêng hàm lượng các muối hóa trị II sẽ giảm đến 95%. Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng phương pháp lọc nano để xử lý nước cứng và tách các muối hòa tan. Hầu hết các nhà máy xử lý nước sử dụng thiết bị nano với cấu hình dạng sợi rỗng, kích thước mao quản có thể dao động từ 200-300Da đến 400-600 Da. µ Thẩm thấu ngược Là công nghệ lọc nước sử dụng màng siêu lọc, khe lọc 0.0001micron (lọc đến kích thước ion, nguyên tử) để sản xuất nước tinh khiết. 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. Hình : thẩm thấu theo chiều tự nhiên Để làm điều ngược lại (thẩm thấu ngược), người ta dùng một áp lực đủ để đẩy ngược nước từ nơi có hàm lượng muối/ khoáng cao “thấm” qua một loại màng đặc biệt để đến nơi không có hoặc có ít muối/ khoáng hơn. Hình: thẩm thấu ngược Màng RO 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. 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. Với cách thức này, bề mặt của màng RO liên tục được rửa sạch và có tuổi thọ tới 2 – 5 năm. Phương pháp thẩm thấu ngược chỉ cho dung môi (nước) đi qua membrane và tạo nên dòng permeate, toàn bộ cấu tử tan và không tan sẽ bị giữ lại trên bề mặt membrane và tạo nên dòng retentate. Nếu hiệu quả phân riêng trong phương pháp thẩm thấu ngược là tuyệt đối thì sản phẩm thu được ở dòng permeate là nước không bị lẫn bất kỳ tạp chất nào (nước tinh khiết). Hình : so sánh mức độ phân tử khi nước qua các màng lọc và màng RO là mang lọc cuối cùng Nước nguyên liệu ban đầu thường được khai thác dưới lòng đất và thường bị cứng. Độ cứng của nước là số đo hàm lượng các ion kim loại Ca2+ và Mg2+ có trong nước. Độ cứng của nước được gọi là tạm thời khi có mặt của muối cacbonat và bicacbonat Ca, Mg. Loại nước này khi đun sôi sẽ tạo ra muối kết tủa CaCO3 và MgCO3. Độ cứng vĩnh cữu của nước do các loại muối sunfat hoặc clorua Ca, Mg tạo ra. Loại muối này thường khó xử lý. Trong sinh hoạt, độ cứng cao gây lãng phí xà phòng và các chất tẩy rửa, tạo cặn lắng bám trên bề mặt các trang thiết bị sinh hoạt.Trong công nghiệp độ cứng của nước gây cản trở cho quá trình vận chuyển và làm giảm năng lực truyền nhiệt, giảm tuổi thọ của thiết bị. Có nhiều phương pháp làm mềm nước, vì thế phải căn cứ vào mức độ làm mềm cần thiết (độ cứng cho phép còn lại của nước), chất lượng nước nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác để chọn ra phương pháp làm mềm thích hợp nhất. 3.4. Phương pháp nhiệt Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là dùng nhiệt để bốc hơi khí cacbonic hòa tan trong nước. Trạng thái cân bằng của các hợp chất cacbonic sẽ chuyển dịch theo phương trình phản ứng sau: 2HCO3- → CO32- + H2O + CO2                Ca2+ + CO32- → CaCO3  ↓Nên        Ca(HCO3)2 → CaCO3  ↓ + CO2  + H2O Tuy nhiên, khi đun nóng nước chỉ khử được hết khí CO2 và giảm độ cứng cacbonat của nước, còn lượng CaCO3hòa tan vẫn còn tồn tại trong nước. Riêng đối với Mg, quá trình khử xảy ra qua hai bước. Ở nhiệt độ thấp (đến 180°C) ta có phản ứng: Mg(HCO3)2 → MgCO3 + CO2 + H2O Khi tiếp tục tăng nhiệt độ, MgCO3 bị thủy phân theo phản ứng: MgCO3 + H2O → Mg(OH)2 ↓ + CO2 Nhìn chung phương pháp tốn nhiều năng lượng nên ít được sử dụng trong công nghiệp sản xuất nước giải khát. 3.5. Phương pháp xử lý bằng tia UV Tia UV (tia cực tím) có khả năng tiêu diệt hầu hết các vi sinh vật. Trong kỹ thuật, khi lưu lượng nước cần khử trùng nhỏ, có thể sử dụng các thiết bị khử trùng bằng tia UV. Cơ cấu chính của thiết bị là các đèn bức xạ, tia tử ngoại đặt trong dòng chảy của nước. Một vấn đề cần lưu ý là tia UV đâm xuyên rát kém. Do đó để tăng cường khả năng khử trùng tia UV, người ta phải thiết kế hệ thống chảy màng và nguồn nước cần phải trong suốt. Sự có mặt của các cấu tử không tan hay chất màu trong nươc sẽ làm giảm đi đáng kể khả năng ức chế và tiêu diệt vi sinh vật của tia UV. Hình : thiết bị lọc nước bằng tia cực tím UV Cơ chế hoạt động của tia UV lên các tế bào vi sinh vật có thể được giải thích như sau : Đầu tiên, các electron sẽ bị ảnh hưởng, chúng sẽ bị thay đổi quỹ đạo chuyển động trong đám mây điện tử của nguyên tử hoặc bị bắn ra khỏi cấu trúc của nguyên tử đó, nguyên tử đó sẽ bị kích thích hoặc ion hóa. Những biến đổi nói trên ở cấp độ nguyên tử sẽ làm ảnh hưởng các đại phân tử như acid nucleic hoặc protein trong tế bào vi sinh vật. Những đại phân tử này có thể bị phân hủy hoặc biến tính. Tùy theo mức độ biến đổi của đại phân tử mà tế bào vi sinh vật có thể bị ức chế hoặc tiêu diệt. Trong một số trường hợp có thể làm xuất hiện một số một số tế bào bị đột biến dưới tác động xử lý của tia UV. Trong quá trình xử lý nước, các thông số công nghệ cần quan tâm là công suất hoạt động của đèn UV, độ dày của lớp nước chảy qua thiết bị và thời gian tiếp xúc của nước với tia UV. Tùy theo chất lượng vi sinh của nguồn nước cần xử lý mà thông số công nghệ sẽ thay đổi và được xác định bằng thông số thực nghiệm. Nếu chúng lựa chọn các thông số công nghệ không phù hợp thì hiệu quả ức chế của tía UV là không đáng kể. Hiệu quả của phương pháp này chỉ đạt được hoàn toàn khi trong nước không có chất hữu cơ và cặn lơ lửng. Khử trùng bằng phương pháp vật lý có ưu điểm cơ bản không làm thay đổi tính chất lý hóa của nước không gây nên các hậu quả phụ. Tuy nhiên do hiệu suất thấp nên thường chỉ áp dụng ở quy mô nhỏ với các điều kiện kinh tế kỹ thuật cho phép. 3.6.   Phương pháp hóa chất Trong thực tế áp dụng hàng loạt phương pháp xử lý nước bằng hóa chất với mục đích kệt hợp các ion Ca2+ và  Mg2+ hòa tan trong nước thành các hợp chất không tan dễ lắng và lọc. Các hóa chất thường dùng để làm mềm nước là vôi, sođa Na2CO3, xút NaOH, hyđrôxit bari Ba(OH)2, photphat natri Na3PO4. Chọn phương án làm mềm nước bằng hóa chất cần phải dựa vào chất lượng nước nguồn và mức độ làm mềm cần thiết. Trong một vài trường hợp có thể kết hợp làm mềm nước với khử sắt, khử silic, khử photphat…Ngoài ra trong mỗi trường hợp cụ thể phải dựa trên cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật giữa các phương pháp, đặc biệt là với phương pháp làm mềm cationit. Khử độ cứng cacbonat của nước bằng vôi có thể áp dụng trong trường hợp ngoài yêu cầu giảm độ cứng cần phải giảm cả độ kiềm của nước. Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 =2CaCO3 Mg(HCO3)2 + Ca(OH)3 = MgCO3 + CaCO3 + H2O MgCO3 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCO3 Ngoài ra, còn có phản ứng với một số muối hòa tan khác như magiesium và giảm độ cứng vĩnh cửu của nước. MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 +CaCl2 MgSO4 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaSO4 Khi các phản ứng trên xảy ra thì sẽ tách được ion Mg2+ ra khỏi nước. Tuy nhiên, nồng độ Ca2+ lại tăng lên. Để tách ra, ta sử dụng sodium cacbonate. sodium carbonate tác dụng với các muối hòa tan của calcium dưới dạng chloride, sulphate và giảm độ cứng vĩnh cửu của nước. CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl Hàm lượng caclium hydroxyde và sodium carbonate cần sử dụng sẽ phụ thuộc vào nồng độ muối caclium và magiesium có trong nguồn nước cần xử lý. Biết được nồng độ của các muối này ta tính được lượng hóa chất cần sử dụng. Khi làm mềm nước bằng vôi và sođa do độ cứng của nước sau khi làm mềm còn tương đối lớn, người ta bổ sung phương pháp làm mềm triệt để bằng photphat. Hóa chất thường dùng là trinatri photphat hay dinatri photphat. Khi cho các hóa chất này vào nước chúng sẽ phản ứng với ion canxi và magiê tạo ra muối photphat của canxi và magiê không tan trong nước.Để khử độ cứng sunfat có thể dùng cacbonat bari BaCO3, hyđrôxit bari Ba(OH)2 hay aluminat bari Ba(AlO2)2. 3.7. Tách sắt bằng phương pháp hóa học Trong nguồn nước thiên nhiên, sắt thường tồn tại dưới dạng muối hóa trị II, phổ biến nhất là muối bicarbonate. Việc tách sắt trong quá trình xử lý nước là rất quan trọng, với hàm lượng sắt trên 0.5 mg/l thì nước có mùi tanh.ngoài ra các cặn sắt bám trên hệ thống đường dẫn nước làm giảm dòng chảy, lâu ngày dễ tắc nghẽn đường ống. Để tách sắt ra khỏi nguồn nước, người ta thường dùng phương pháp chuyển hóa Fe2+ thành Fe3+ trong điều kiện có oxygene : 4Fe(HCO3)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 + 8CO2 Phản ứng tạo thành kết tủa dạng cặn bông. Tiếp theo người ta sử dụng phương pháp lắng lọc để tách kết tủa ra khỏi nước. Hiện nay, để thực hiện quá trình tách sắt người ta sử dụng nhiều thiết bị chuyên dụng khac nhau. Nguyên lý hoạt động chung của thiết bị là nước sẽ được phun theo dạng tia để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc của nước trong môi trường được thổi không khí liên tục để cung cấp oxygen. Nhờ đó, phản ứng oxy hóa sẽ diễn ra nhanh hơn và đạt hiệu quả cao. Tại một số nhà máy, trước khi vào thiết bị tách sắt người ta còn bổ sung thêm một lượng chlorine vào nước như là một chất xúc tác cho phản ứng oxy hóa các muối sắt. Các chất oxy mạnh thường dùng để khử sắt là: Cl2, KMnO4, O3…So sánh với phương pháp khử sắt bằng làm thoáng ta thấy, dùng chất oxy hóa mạnh phản ứng xảy ra nhanh hơn, pH môi trường thấp hơn. 3.8. Ức chế vi sinh vật bằng hóa chất Cở sở của phương pháp hóa học là sử dụng các chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào vi sinh và tiêu diệt chúng. Các hóa chất thường dùng là Clo, Brôm, Iốt, Ozôn, Kalipemanganat. Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của nó Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào dù là nguyên chất hay hợp chất khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit có tác dụng khử trùng nước mặt. Tốc độ của quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ trong nước tăng, đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùngvì quá trình khuếch tán trong vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn trong quá trình phân ly. Tốc độ khử trùng bị chậm rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ, cặn lơ lửng và các chất khử khác. Khi cho Clo vào nước xảy ra các phản ứng sau: Cl2 + H2O = HOCl + HCl. Hoặc ở dạng phương trình phân ly: Cl2 + H2O = 2H+ + OCl- + Cl- Khi sử dụng Clorua vôi làm chất sát trùng phản ứng sẽ là: Ca(OCl)2 + H2O = CaO + 2HOCl 2HOCl = 2H+ + 2OCl- Khi pH tăng, nồng độ HOCl giảm làm cho hiệu quả khử trùng cũng giảm đi tương ứng. Để quá trình khử trùng nước bằng Clo có hiệu quả cao nhất nên tiến hành khi nước có độ pH thấp, trước khi xử lý ổn định nước. Khi trong nước có muối amoni, amoniac hay các hợp chất hữu cơ có chứa nhóm amoni thì axit hypoclorit tham gia vào phản ứng với chúng tạo thành monocloramin và đicloramin: HClO + NH3 = NH2Cl + H2O HClO + NH2Cl = NHCl2 + H2O HOCl + NHCl2 = NCl3 + H2O Đồng thời khả năng diệt trùng bị giảm đi. Khả năng diệt trùng của monocloramin thấp hơn của đicloramin 2 đến 3 lần. Để đảm bảo cho quá trình khử trùng đạt hiệu quả tốt, sau khi khử trùng cần giữ lại trong nước một lượng clo dư thích hợp. Với các hệ thống cấp nước sinh hoạt lượng clo dư thường từ 0,2-0,3 mg/l để chống sự tái nhiễm bẩn trong mạng lưới đường ống phân phối hoặc nơi tiêu thụ. Nhìn chung, ưu điểm của phương pháp này là thiết bị đơn giản, chi phí xử lý thấp, hiệu quả khử khử trùng khá cao. Nhược điểm quan trọng là nước sau khi xử lý có mùi chlore. Để khắc phục nhược điểm sử dụng than hoạt tính để cải thiện cảm quan. Khử trùng nước bằng ozôn Hiện nay khử trùng nước bằng ozôn đang phát triển mạnh trên thế giới. Khi cho Ozôn vào nước, nó phá hủy không chỉ các men và cả vi sinh chất của tế bào. Với vi khuẩn bào tử ozôn có tác dụng mạnh hơn Clo 300-800 lần. Đồng thời ozôn còn oxy hóa các hợp chất hữu cơ gây ra màu, mùi vị của nước. Tuy nhiên ozôn rất độc đối với con người. Trong nước nó phân hủy rất nhanh thành oxy phân tử và nguyên tử. Tốc độ phân hủy tăng nhanh khi nồng độ muối, pH và nhiệt độ muối tăng. Ozôn được sản xuất tại các nhà máy nước bằng các thiết bị đặc biệt, hoạt động theo nguyên lý phóng điện qua không khí. Hình : các phản ứng xảy ra khi khử nước bằng ozon 3.9. Phương pháp kết lắng Một số hợp chất hóa học ở dạng keo gum, acid silicic và các muối của nó tồn tại trong ước thô. Ccác hợp chất tồn tại ở dạng keo có kích thước dao động trong khoảng 10-4 – 10-6 nm. Vì vậy chúng không thể tách ra được khỏi nước nhờ quá trình lắng thông thường (lắng dưới tác dụng trọng lực). Do đó, ta cần sử dụng các chất trợ lắng phổ biến nhất là phèn nhôm và phèn sắt. Phèn nhôm có công thức hóa học là Al2(SO4)3.18H2O. Khi cho vào nước sẻ xảy ra các phản ứng sau : Al2(SO4)3 = 2Al3+ + 3SO42- Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3 H+ Hydroxyde nhôm tạo thành có độ hòa tan kém và có dạng bông. Nhờ đó, các chất dạng keo sẽ hấp thụ trên bề mặt các bông hydroxyde nhôm, tạo nên những tập hợp (aggregate)với kích thước lớn và nặng hơn. Chúng ta có thể tách chúng ra một cách dễ dàng nhờ phương pháp lắng và lọc. Các bông hydroxyde tích điện dương . Do đó, không chỉ có các hợp chất dạng keo mà các hợp chất tích điện âm có trong nước chúng sẽ liên kết tạo ra kết tủa và được tách ra khỏi nước. Cần lưu ý là khi xử lý nước bằng phèn nhôm nước xuất hiện một lượng nhỏ acid sulfuaric, sulphate, khí CO2, và nước. Như vậy, một phần độ cứng tạm thời sẽ chuyển sang độ cứng vĩnh cửu. Theo lý thuyết, độ lớn của bông càng lớn thì quá trình tách các hợp chất keo trong nước sẽ đạt hiệu qủa càng cao. Khi giá trị pH của nước nhỏ hơn 4.0 các hydroxyde có kích thước rất bé. Ngược lại, khi giá trị pH của nước lớn hơn 4 thf kích thước các bông tuyết sẽ lớn hơn. Gía trị pH tối ưu để xử lý nước phèn nhôm dao động trong khoảng 7.5-7.8. Khi giá trị pH của nước lớn hơn 8 thì tạo thành hydroxyde phèn nhôm không còn tác dụng hỗ trợ sự kết lắng của các chát keo trong nước. Phèn sắt có công thức là Fe2(SO4)3.9H2O. Tương tự như phèn nhôm, khi phèn sắt vào nước cũng xảy ra các phản ứng : Fe2(SO4)3 = 2Fe2+ + 3SO42- Fe3+ +3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình xử lý nước bằng phèn sắt có hiệu quả cao nhất khi ghía trị pH nằm trong khoảng 8.2 – 8.5. Để tiến hành xử lý nước bằng phèn nhôm hoặc phèn sắt, người ta sử dungjbeer chứa nước hình trụ, đáy hình côn hoặc hình chữ nhật, bên trong có cánh khuấy hay đường ống thông sục khí để đảo trộn. Trước tiên, người ta cho phèn nhôm hoặc phèn sắt vào nước để tạo thành dung dịch có nồng độ xấp xỉ 5%, sau đó bổ sung dung dịch này vào bể chứa cần xử lý. Cho cánh khuấy hoạt động hoặc sục khí trong thời gian đầu để phân bố đều hóa chất trong nước. Tiếp theo, tắt cánh khuấy hoặc ngưng sục khí để quá trình kết lắng xảy ra. Tại một số cơ sở sản xuất thức uống, người ta có thể châm dung dịch phèn nhôm hay phèn sắt ngay trên đường ống dẫn nước ngầm vào bể lắng. Khi đó, chúng ta không cần sử dụng cánh khuấy hoặc hệ thống sục khí đảo trộn. Thời gian cần thiết để xảy ra sự kết lắng là kéo dài 6-8h. 3.10. Phương pháp hấp thụ Để tách một số tạp chất ra khỏi nước, người ta có thể sử dụng hấp phụ bằng than hoạt tính. Than hoạt tính là một thuật ngữ chung chỉ nhóm vật liệu cacbon có độ xốp cao. Bề mặt riêng của than hoạt tính có thể dao động trong khoảng 500 -1500 m2/g. Nhờ đó, than hoạt tính có thể hấp phụ nhiều tạp chất, đặc biệt chất màu và chất mùi có trong nước. Khi người ta xử lý các hợp chất có chứa chlore để ức chế hệ vi sinh vật trong nước, sau khi xử nước có mùi chlore. Cần cho nguồn nước này qua cột chứa than hoạt tính. Ngoài khả năng chất mùi được hấp phụ trên bề mặt các hạt than, còn có thể xảy ra các phản ứng : C + 2Cl2 + 2H2O = CO2 + 4HCl Như vậy việc khử mùi sẽ đạt hiệu quả cao. Hiệu quả của quá trình xử lý nước bằng than hoạt tính, phụ thuộc vào thành phần hóa học của nguồn nước xử lý, những tính chất của loại than hoạt tính sử dụng và các thông số công nghệ của quá trình xử lý (chiều cao của lớp than tronh thiết bị xử lý, lưu lượng nước đi qua thiết bị,...) Trong thực tế, để xử lý nước bằng than hoạt tính, người ta sử dụng thiết bị lọc với vật liệu gồm ba thành phần là sỏi, cát và than. Điểm khác biệt chủ yếu là trong vật liệu này có đến bốn lớp vật liệu lọc được cách nhau bốn tấm đỡ. Dưới cùng là lớp sỏi với chiều cao 10 cm. Phía trên lớp sỏi là lớp cát (dày 35cm) rồi đến lớp than hoạt tính (dày 15cm). Trên cùng là lớp sỏi với chiều cao 10 cm. Lớp sỏi và lớp cát có chức năng giữ lại một số cấu tử không tan trong nước. Còn lớp than sẽ hấp thụ một số chất màu, chất mùi... nhờ đó cải thiện một số tính chất cảm quan của nước. 3.11. Phương pháp trao đổi ion Trong công nghệ xử lý nước, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để tách các hợp chất tích điện khỏi nước. Như vậy, sau khi trao đổi ion, độ cứng và nồng dộ các cation và anion có trong nước sẽ giảm xuống. Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn .Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng thế ) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi). Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chổ các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi. Quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi và các loại ion khác nhau . Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion là trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động , vận hành và tái sinh liên tục ; và trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên, vận hành và tái sinh gián đoạn. Trong đó trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh là phổ biến. 3.11.1 Nhựa trao đổi ion Còn gọi là ionit, các ionit có khả năng hấp thu các ion dương gọi là cationit, ngược lại các ionit có khả năng hấp thu các ion âm gọi là anionit. Còn các ionit vừa có khả năng hấp thu cation ,vừa có khả năng hấp thu anion thì được gọi là ionit lưỡng tính. Về cấu tạo Trong cấu tạo của chất trao đổi ion, có thể phân ra hai phần .Một phần gọi là gốc của chất trao đổi ion, một phần khác gọi là nhóm ion có thể trao đổi (nhóm hoạt tính ). Chúng hoá hợp trên cốt cao phân tử. Dùng phương pháp tổng hợp hoá học, người ta chế tạo được chất trao đổi ion hữu cơ gọi là nhựa trao đổi ion (resin). Resin được tạo ra bởi sự trùng ngưng từ styren và divinylbenzen (DVB). Phân tử styren tạo nên cấu trúc cơ bản của Resin. DVB là những cầu nối giữa các polime có tính không hoà tan và giai bền. Cầu nối trong Resin là cầu nối 3 chiều. Trong Resin có cấu trúc rỗng, phân loại : có 4 loại Resin Resin Cation acid mạnh Resin Cation acid yếu Resin Anion bazơ mạnh Resin Anion bazơ yếu Tính chất vật lý Màu sắc: vàng, nâu, đen, thẩm. Trong quá trình sử dụng nhựa, màu sắc của nhựa mất hiệu lực thường thâm hơn một chút. Hình thái: nhựa trao đổi ion thường ở dạng tròn  Độ nở: khi đem nhựa dạng keo ngâm vào trong nước ,thể tích của nó biến đổi lớn. Độ ẩm: là % khối lượng nước trên khối lượng nhựa ở dạng khô (độ ẩm khô), hoặc ở dạng ướt (độ ẩm ướt). Tính chịu nhiệt: các loại nhựa bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ đều có giới hạn nhất định, vượt quá giới hạn này nhựa bị nhiệt phân giải không sử dụng được. Nhiệt độ hoạt động tốt từ 20-50oC. Tính dẫn điện: chất trao đổi ion ẩm dẩn điện tốt, tính dẫn điện của nó phụ thuộc vào dạng ion. Kích thước hạt: Resin có dạng hình cầu d = 0,04 -1,00 mm. Tính chịu mài mòn: trong vận hành các chất trao đổi ion cọ sát lẫn nhau và nở ngót, có khả năng dể vỡ vụn. Đây là một chỉ tiêu ảnh hưởng đến tính năng thực dụng của nó. Tính chịu oxy hoá: chất oxy hoá mạnh có thể làm cho nhựa bị lão hoá (trơ)  Tính năng hoá học: Dung lượng trao đổi là biểu thị mức độ nhiều ít của lượng ion có thể trao đổi trong một loại chất trao đổi ion. Có 2 phuơng pháp biểu thị dung lượng trao đổi. Theo thể tích đlg/m3; theo khối lượng mgđl/g. Tổng dung lượng trao đổi: chỉ tiêu này biểu thị lượng gốc hoạt tính có trong chất trao đổi . Dung lượng trao đổi cân bằng : biểu thị dung lượng trao đổi lớn nhất của chất trao đổi ion trong một loại dung dịch nào đó đã định ,nên không phải là hằng số  Dung lượng trao đổi làm việc : Dung lượng trao đổi được xác định dưới điều kiện vận hành thực tế. Tính năng thuận nghịch của phản ứng trao đổi ion Phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch . Dựa trên tính chất này người ta dùng dung dịch chất hoàn nguyên , thông qua chất trao đổi ion đã mất hiệu lực để khôi phục lại năng lực trao đổi của nó . Thí dụ : 2HR + Ca2+ ® CaR 2 + 2H +( nhựa trao đổi) CaR 2 + 2H+ ®2HR + Ca2+(hoàn nguyên) Cơ chế trao đổi ion Có rất nhiều giả thuyết giải thích cơ chế quá trình trao đổi ion hiện nay còn chưa thống nhất .Trong công nghệ xử lý nước giả thuyết thích hợp nhất coi chất trao đổi ion là vật chất có cấu tạo dạng keo .Trên quan điểm đó ,nguời ta cho rằng trên bề mặt cao phân tử của chất trao đổi ion có rất nhiều lớp điện tích kép giống bề mặt keo.Ion trong lớp điện tích kép theo mức độ hoạt động lớn nhỏ có thể phân ra : lớp hấp phụ và lớp khuếch tán . Lớp ion có tính hoạt động tương đối kém bị hấp phụ bám chặt vào bề mặt cao phân tử gọi là lớp hấp phụ hay lớp cố định ,nó bao gồm lớp ion bên trong và một bộ phận ion ngược dấu .Cạnh ngoài lớp hấp phụ ,các ion có tính hoạt động tương đối lớn , có khả năng khuếch tán vào trong dung dịch nên gọi là lớp khuếch tán .Khi nhựa trao đối ion gặp dung dịch nước có chất điện giải, các tác dụng sau đây sẽ diễn ra: Tác dụng trao đổi: Các ion ngược dấu trong lớp khuếch tán và ion ngựoc dấu khác trong dung dịch trao đổi vị trí lẫn nhau .Nhưnh do quá trình trao đổi ion không giới hạn ở lớp khuếch tán ,do quan hệ cân bằng động ,trong dung dịch cũng có một số ion ngược dấu trước tiên trao đổi đến lớp khuếch tán ,sau đó sẽ trao đổi với các ion ngược dấu trong lớp hấp phụ. Tác dụng nén ép: Khi nồng độ muối trong các dung dịch tăng lớn ,có thể làm cho lớp khuếch tán bị nén ép lại .Từ đó , một số ion ngược dấu trong lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu trong lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu trong lớp hấp phụ …, Pham vi hoạt động của lớp khuếch tán nhỏ lại làm bất lợi cho quá trình trao đổi ion . Do đó cần chú ý nếu nồng độ dung dịch hoàn nguyên quá lớn ,không những không thể nâng cao mà còn giảm thấp hiệu quả hoàn nguyên. Điều kiện sử dụng của nhựa trao đổi ion  Nhựa chỉ sử dụng để trao đổi ion chứ không dùng để lọc huyền phù ,chất keo và nhũ màu. Sự có mặt các chất này có thể rút ngắn tuổi thọ của nhựa . Loại bỏ các chất hữu cơ bằng nhựa rất phức tạp ,cần có nghiên cứu đặc biệt  Sự có mặt của khí hoà tan trong nước với lượng lớn có thể gây nhiễu loạn hoạt động của nhựa. IV. Quy trình sản xuất nước tinh khiết đóng chai Quy trình lọc nước được thực hiện theo các công đoạn như sau: Nước nguồn được lưu trữ ở bồn chứa, lượng nước này được xử lý qua các công đoạn lọc thô kết hợp khử mùi bằng than hoạt tính, kế tiếp được khử khoáng, làm mềm nước và tạo sự ngọt nước bởi 2 công đoạn trao đổi ion. Sau đó, nguồn nước tiếp tục được xử lý bằng quá trình tiền lọc tinh bằng màng 5µm, 2µm (1µm = 10-3mm); trước khi được xử lý bởi công đoạn siêu tinh lọc bằng màng thẩm thấu ngược RO (Resever Osmosic). Nguồn nước được xử lý tinh sạch hơn bởi công nghệ tiên tiến trên thế giới, sau đó sản phẩm được đóng gói thành phẩm đưa ra thị trường. Việc đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước uống đóng chai phù hợp với quy mô sản xuất và khả năng tài chính của quý công ty. Đồng thời, đáp ứng chất lượng nước sau xử lý đảm bảo độ tinh sạch và an toàn cho sức khoẻ cộng đồng. Nguồn nước được xử lý bởi RO sẽ đảm bảo độ tinh sạch bằng việc so sánh thành phần hoá lý với TCVN 6096-2004. Nước sạch được diệt sạch vi khuẩn bằng đèn UV (UV tạo tia sáng có bước sóng ngắn với tác dụng phá hủy các bào tử vi khuẩn gây bệnh) kết hợp với khí Ozone (O3 là tác nhân oxy hoá mạnh, mang tính khử trùng). Lượng nước sạch khuẩn được lưu trữ ở bồn chứa nước sạch vô trùng. Nước sạch một lần nữa được tiệt khuẩn bởi đèn UV thứ cấp chống tái nhiễm khuẩn đến khi đóng chai, bình, lưu kho và phân phối ra thị trường. Tất cả quy trình thiết bị công nghệ được tối ưu hóa bởi hệ thống điều khiển bán tự động, kiểm tra một cách linh hoạt. Chế độ bảo trì bảo dưỡng định kỳ luôn luôn được chú trọng để hệ thống hoạt động đạt hiệu quả nhất. Bảng 2. Thành phần nước cấp sau khi qua hệ thống xử lí như sau: STT Chỉ tiêu Đơn vị Giới hạn TCVN 6096 – 2009 Giới hạn TVCN 1329/2000/BYT/QĐ 1 Độ đục NTU 5 <2.0 2 Độ màu TCU 15 <15.0 3 pH - 6 – 8.5 6.5 – 8.5 4 Độ cứng mg/lCaCO3 300 300 5 Độ oxy hóa mg/l 6 <2.0 6 TDS mg/l 1000 1000 7 Hàm lượng Sắt mg/l 0.5 <0.5 8 Sulfat (SO42-) mg/l - <0.5 9 Clorua (Cl-) mg/l 250 <250 10 Coliform tổng Khuẩnlạc/100ml 2.2 0 11 Coliform chịu nhiệt Khuẩnlạc/100ml 0 4.1. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 4.2. Thuyết minh công nghệ. 4.2.1 Công đoạn khai thác. Nước thuỷ cục được khai thác từ các nguồn nước tự nhiên như nước giếng, ao hồ, sông suối, nước ngầm, nước khoáng…sau đó nước được chứa ở các bồn chứa có dung tích theo nhu cầu sản xuất . Tùy theo quy mô sản xuất, nhà đầu tư có thể chọn nguồn nước thích hợp. Nếu sản xuất với khối lượng lớn, nên chọn nguồn nước giếng ngầm. Nước ngầm thường có chất lượng ổn định, thuận tiện cho việc xử lý và chi phi thấp hơn so với xử lý các nguồn nước khác. Để có nguồn nước ngầm không bị nhiểm khuẩn, hàm lượng kim loại nặng, phenol, chất phóng xạ… nằm trong tiêu chuẩn nước sinh hoạt là rất khó nên trước khi đưa vào sản xuất, bắt buộc phải làm xét nghiệm tổng thể và tùy theo kết quả, có thể phải qua một hoặc nhiều công đoạn xử lý khác nhau. 4.2.2 Công đoạn lọc thô, khử mùi. Nước trong bồn chứa nước sẽ được bơm qua bồn lọc composite (bồn lọc áp lực D=350mm, H=1650mm), bồn lọc áp lực với cấu trúc chịu áp lực, đồng thời được bố trí hệ thống van lọc và xả rửa ngược nhằm rửa sạch vật liệu lọc bên trong bán tự động. Chu kỳ rửa lọc sẽ được thực hiện dễ dàng. Vật liệu lọc bên trong là sỏi đá, cát thạch anh, hạt trao đổi LS cùng than hoạt tính có tác dụng xử lý hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước, hạt trao đổi LS có tác dụng nâng pH cho nguồn nước. Một số hàm lượng ion kim loại (khoáng chất) mang gốc màu có trong nguồn nước sẽ được xử lý nhờ cơ chế hấp phụ của than hoạt tính dưới tác dụng của lực hút london. Ngoài ra, bản thân nguồn nước ít có mùi, một phần mùi được giảm đi bởi khi nước được xử lý bằng công đoạn lọc thô và được điều chỉnh pH bằng hạt trao đổi. Độ pH tăng sẽ giúp cải thiện việc có mùi cho nước cần xử lý. Với chỉ số phân tích thành phần nguồn nước được khai thác có hàm lượng TDS; Fets;  SO2-; NO-; Độ màu thấp. 4.2.3 Công đoạn trao đổi ion (Cation). Một số ion hoà tan có trong nguồn nước sẽ không được giữ lại ở các công đoạn lọc thô cũng như lọc tinh - khử màu, khử mùi. Chính vì vậy, việc lắp đặt hệ thống trao đổi ion có tác dụng làm mềm nước, tách các ion dương để đảm bảo tính năng kỹ thuật trước khi vào các công đoạn xử lý tiếp theo. Việc tồn tại của ion dương trong nước sẽ làm độ pH của nước tăng đồng nghĩa nguồn nước sẽ có vị chua và chát, nước sẽ rất cứng. Trao đổi ion bằng hạt trao đổi Cation sẽ giúp cho nguồn nước không bị cứng, giải phóng gốc ion H+ cho nguồn nước. Đồng thời, một số ion dương sẽ được xử lý triệt để. Công đoạn trao đổi ion Cation có tác dụng trung hòa nguồn nước, tăng độ tinh sạch cho nước. Trao đổi Cation là một công đoạn không thể thiếu trong cả dây chuyền sản xuất nước uống tinh sạch, thực hiện quá trình cân bằng các điện tích trái dấu có mặt trong nguồn nước. Chu kỳ hoàn nguyên (tái sinh) các hạt nhựa trao đổi Cation được thực hiện thường xuyên theo định kỳ. Cấu trúc các hạt trao đổi mang tính trơ, có độ bền cơ học cao… Chu kỳ hoàn nguyên hạt trao đổi sẽ được kết hợp song song với việc rửa các lớp vật liệu lọc ở công đoạn lọc thô. Quá trình trên có thể thực hiện cùng lúc, kết hợp hoặc hoàn toàn độc lập với các công đoạn khác trong toàn bộ quá trình xử lý. 4.2.4. Công đoạn trao đổi ion (Anion). Nếu hạt nhựa trao đổi Cation có công năng làm mềm nước, giải phóng ion dương, ngược lại ở công đoạn trao đổi ion bằng hạt trao đổi Anion giải phóng ion OH-. Nguồn nước cần xử lý, sau khi được xử lý ở công đoạn trao đổi ion bằng hạt Cation, sẽ mang ion H+ đến công đoạn trao đổi ion bằng hạt trao đổi Anion. Hai ion hoá học H+ và OH- sẽ tác dụng tạo ra phân tử nước (H2O). Nước được tạo ra tương đối sạch không còn độ cứng như lúc ban đầu. Sau khi nước thực hiện quá trình trao đổi ion, nguồn nước tiếp tục được làm sạch bằng 4.2.5. Công đoạn lọc qua màng. 4.2.5.1. Công đoạn tiền lọc tinh bằng màng vi lọc 0,5µm. Sau khi nước được xử lý qua các công đoạn trao đổi ion bằng hạt trao đổi Cation và Anion. Nước cần xử lý lúc này tương đối sạch, nhưng các cặn lơ lửng có kích thước nhỏ mà mắt thường không nhìn thấy được vẫn còn tồn tại trong nguồn nước. Vì vậy, nguồn nước sẽ được dẫn qua màng vi lọc 0,5µm = 0,005mm, nhằm tách thêm một phần cặn lơ lửng trước khi xử lý bằng màng thẩm thấu ngược. 4.2.5.2. Công đoạn tiền lọc tinh bằng màng vi lọc 0,2µm. Nước sau khi được làm sạch bằng màng lọc 0,5µm, được tiếp tục làm sạch khuẩn bằng màng lọc 0,2µm = 0,002mm. Lượng nước qua màng lọc 0,2µm sẽ đảo bảo độ tinh sạch về hóa lý lẫn vi sinh, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc lọc qua màng thẩm thấu ngược RO. 4.2.5.3. Công đoạn lọc tinh bằng màng thẩm thấu ngược (Reserve Osmonic – RO). Sau khi nước cần xử lý được dẫn qua công đoạn lọc tinh bằng màng vi lọc 0,5µm và 0,2µm. Lúc này, Độ cứng của nước đảm bảo tính năng kỹ thuật để được dẫn qua hệ thống thẩm thấu ngược. Hệ thống màng thẩm thấu ngược RO là màng vi lọc có kích thước lỗ lọc rất nhỏ 0,001µm = 0,00001mm. Với kích thước lỗ lọc của màng thẩm thấu ngược, hoàn toàn được xử lý sạch nguồn nước, cần thiết để sử dụng vào việc đóng chai như thực phẩm tiêu dùng hằng ngày, sau khi được xử lý bằng công đoạn thanh trùng tiếp theo. 4.2.6. Công đoạn thanh trùng bằng tia cực tím (Urtra Violet – UV). Sau khi nước được xử lý qua công đoạn thẩm thấu ngược, các thành phẩn nước đã hoàn toàn đảm bảo tinh sạch về mặt hoá lý. Việc ứng dụng tia cực tím có bước sóng ngắn sẽ diệt vi sinh khuẩn gây bệnh trong nguồn nước chủ yếu là chuẩn vi khuẩn đường ruột. 4.2.7. Công đoạn thanh trùng bằng Ozone. Công đoạn thanh trùng bằng tia cực tím UV được kết hợp với Ozone sẽ giúp cho việc thanh trùng nước triệt để hơn. Bản thân khí Ozone sau 10 phút trộn đều với nước sẽ biến thành Oxi. Song việc sục nhiều khí Ozone vào nước sẽ gây cho nước có mùi tanh. Việc vậy, để đảm bảo đủ lượng khí Ozone cho việc thanh trùng. 1. cửa vào của nguồn nước cần xử lý.2. Thân thiết bị3. hộp thủy tinh chứa đèn UV4. đèn UV5. cửa ra để tháo nước đã xử lý 4.2.8. Công đoạn chiết rót, chống tái nhiễm khuẩn. Sau khi nước được xử lý bằng các công đoạn lọc, trao đổi ion, thẩm thấu ngược và thanh trùng bằng tia cực tím UV và Ozone. Nguồn nước cần xử lý đã được xử lý sạch triệt để sẽ được lưu chứa ở bể chứa nước sạch có dung tích 2000lít. Trên hệ thống chiết rót bố trí đèn UV chống tái nhiễm khuẩn cho nước sạch đã qua xử lý phục vụ cho công tác đóng gói. Bể chứa nước sạch được đặt ở vị trí thuận lợi nhất cho việc chiết rót (phòng chiết rót). Nguồn nước lúc này đã được xử lý sạch đảm bảo an toàn, đủ điều kiện cho phép của thực phẩm nước uống đóng chai. Song bên cạnh đó, việc chiết rót thành phẩm sẽ bị tái nhiễm khuẩn nếu phòng chiết rót không đảm bào vệ sinh thanh trùng không khí. Vì vậy, việc thanh trùng không khí cho phòng chiết rót luôn được quan tâm. Phòng chiết rót được bố trí đèn tia cực tím với mục đích thanh trùng trước khi thao tác chiết rót nước sạch vào bình. Đồng thời, Công nhân viên trong phòng chiết rót được trang bị áo blue thí nghiệm bảo hộ và thực hiện công tác vệ sinh cá nhân sạch sẽ trước khi sản xuất thành phẩm. 4.2.9. Công đoạn đóng nắp, đóng gói bao bì. Sau khi nước sạch được chiết rót vào bình chứa, sản phẩm sẽ được đóng gói bao bì, đồng thời sẽ ghi chú hạn sử dụng cho sản phẩm. Phương pháp gia nhiệt cho các vật liệu đóng gói, bao bì tăng cường làm sạch cho sản phẩm trong công tác lưu kho. Công tác đóng gói bao bì sản phẩm phải được thực hiện nghiêm túc đảm bảo đúng các quy trình về nhãn mác, thời hạn sử dụng của sản phẩm đáp ứng các yêu cầu về công tác quản lí của các cơ quan chức năng. 4.2.10. Công đoạn lưu kho. Sau khi đóng gói bao bì, ghi chú hạn sử dụng cho sản phẩm. Sản phẩm sẽ được vận chuyển vào kho chứa. Sản phẩm sẽ được chất lên ballet nhằm tránh khả năng tái nhiễm khuẩn của sản phẩm. Công tác lưu kho sản phẩm đảm bảo điều kiện hợp lý, an toàn và hợp vệ sinh…Các hoạt động lưu kho hoàn toàn độc lập với công tác thu hồi bình chứa sau khi sử dụng. Công tác vệ sinh, bảo quản sản phẩm phải được quan tâm đúng mức tránh những rủi ro… về an toàn cháy nổ, vệ sinh an toàn thực phẩm. V. Kết luận Nước là thành phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày không chỉ dùng trong sinh hoạt mà còn đóng vai trò quan trọng trong tất cả các ngành công nghiệp khát. Cũng từ đó việc xử lý nước và sản xuất nước tinh khiết là công việc đòi hỏi mang tính công nghệ cao, áp dụng nhiều công nghệ lọc hiện đại để tạo ra nguồn nước tinh khiết, đáp ứng yêu cầu sử dụng của người tiêu dùng. Kết hợp nhiều loại thiết bị lọc, cũng như nhiều phương pháp tiêu diệt vi sinh vật khát nhau như xử lý ozon, tia UV…để tạo ra được một sản phẩm nước tinh khiết. Hiện nay có thể nói dùng hệ thống lọc RO là hiện đại nhất trên thế giới và được nhiều quốc gia sử dụng. Tài liệu tham khảo ThS. Phan Thị Hồng Liên (chủ biên), ThS. Đỗ Vĩnh Long, ThS. Nguyễn Thị Phượng, giáo trình công nghệ sản xuất nước giải khát, TPHCM-2013