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



GVHD: ThS. DƢ MỸ LỆ
SVTH: NGUYỄN KIM THIỆN
MSSV: 90602325
2010
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
Khoa môi trƣờng
1/1/2010
Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa
Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM


Nguyễn Kim Thiện
MSSV : 90602325 2


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI
(MSMH: 610080)


Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến
sữa và các sản phẩm từ sữa với công suất Q
tb
ngày
= 500
m
3
/ngày để chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn xả
thải loại B TCVN 5945

Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa
Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM


Nguyễn Kim Thiện
MSSV : 90602325 3

Mục lục

CHƢƠNG 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
CHƢƠNG 2 Qui trình sản xuất…………………………………………………………7
2.1 Qui trình sản xuất của các sản phẩm từ sữa………………………………………..7
2.1.1 Sữa tƣơi 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
CHƢƠNG 3 Đặc trƣng nƣớc thải …………………………………………………….13
3.1 Các khâu sản xuất gây ô nhiễm…………………………………………………….13
3.2 Đặc tính nƣớc thải…………………………………………………………………13
CHƢƠNG 4 Sơ bộ nƣớc thải nhà máy………………………………………………...17
4.1 Yêu cầu thiết kế…………………………………………………………………….17
4.2 Đề xuất công nghệ………………………………………………………………….17
4.3 Tiểu chuẩn nƣớc thải loại B………………………………………………………..18
4.4 Thuyết minh công nghệ…………………………………………………………….18
4.5 Chất lƣợng nƣớc đầu vào của nhà máy…………………………………………….19
CHƢƠNG 5 Tính toán…………………………………………………………...........20
5.1 Bể tuyển nổi………………………………………………………………………...20
5.2 Bể UASB…………………………………………………………………………...23

Phục lục, catalogue


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa
Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM


Nguyễn Kim Thiện
MSSV : 90602325 4

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 đƣợc 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 nƣớc châu Âu,
châu Mỹ mà đang phát triển với tốc độ rất nhanh ở Việt Nam. Do đó, việc xử lý nƣớc thải
ngành sữa phải đƣợc quan tâm từ giai đoạn thiết kế nhà máy.
Sữa và các sản phẩm từ sữa đã gần gũi hơn với ngƣời dân, nếu trƣớc 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 trƣờng sữa Việt Nam đã có gần 20 hãng nội địa và rất nhiều doanh nghiệp phân phối
sữa chia nhau một thị trƣờng tiềm năng với 80 triệu dân.
Về mức tiêu thụ sữa trung bình của Việt Nam hiện nay khoảng 7,8 kg/ngƣời/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 dƣỡng bổ sung ngoài các bữa ăn hàng ngày, với trẻ em, thanh thiếu niên và

những ngƣời trung tuổi – sữa có tác dụng lớn hỗ trợ sức khỏe. Trên thị trƣờng có rất
nhiều loại bột ngũ cốc, đồ uống tăng cƣờng sức khỏe… nhƣng các sản phẩm này về chất
lƣợng và độ dinh dƣỡng không hoàn toàn thay thế đƣợc sữa.
Một dây chuyền sản xuất sữa có giá trị trung bình khoảng vài chục tỷ, đó là một khoản
đầu tƣ không nhỏ chƣa tính đến các chi phí xây dựng nhà máy. Công đoạn quản trị chất
lƣợng (KSC) nguyên liệu đầu vào và đầu ra là hết sức quan trọng vì nó ảnh hƣớng đến chất
lƣợng của ngƣời tiêu dùng, sữa đầu vào nguyên liệu đã ít nhƣng chất lƣợng không đảm bảo
nên có nhiều nhà máy khi thu mua sữa tƣơi về phải bỏ đi vì chất lƣợng kém, không qua
đƣợc 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 dƣỡng đƣợc pha trộn theo hàm lƣợng,
có thông tin đầy đủ trên bao bì
Nguồn cung nguyên liệu không ổn định, chất lƣợng chƣa đƣợc đảm bảo nên hầu hết
nguồn sữa này đƣợc 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
trƣờng hiện tại có các sản phẩm chính nhƣ sau:
 Sữa lỏng (Liquid Milk)-bao gồm sữa tƣơi, sữa đặc
 Sữa bột (Powder Milk)
 Sữa chua (Drink Yoghurt)
Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa
Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM


Nguyễn Kim Thiện
MSSV : 90602325 5

 Sữa có đƣờng 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 trƣờng 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: Đƣờng đƣợc dùng để hiệu chỉnh chất khô và vị ngọt của sản phẩm. Một số loại
đƣờng thƣờng đƣợc sử dụng, nhƣ đƣờng latose, đƣờng saccaroze, đƣờng glucose, fructo…
Chỉ tiêu hóa lý quan trọng của đƣờng là độ ẩm, hàm lƣợng saccaroze, độ tro,
độ màu…
Sữa và các sản phẩm từ sữa: Trong sản xuất kem, các loại sữa có thể đƣợc sử dụng nhƣ
sữa tƣơi, sữa đặc, sữa bột nguyên cream…chất béo từ sữa nhƣ cream, bơ, chất béo khan…
Dầu thực vật: Ngƣời ta có thể dùng dầu đậu nành, dầu dừa, dầu hƣớng dƣơng 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 lƣợng dầu
thực vật có thể chiếm từ 6 – 10% khối lƣợng kem thành phẩm. Dầu thực vật cũng đƣợc bảo
quản trong những điều kiện phù hợp.
Các chất ổn định: Các chất ổn định trong sản xuất kem là những hợp chất ƣa nƣớc,
thƣờng 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 thƣớc nhỏ, nên kem đƣợc đồng nhất.
Các chất nhũ hóa: Chất nhũ hóa thƣờng là những hợp chất có tính ƣa nƣớc và ƣa béo.
Trong sữa có chƣa một số chất nhũ hóa, nhƣ lecithine, protein, phosphate…
nhƣng với hàm lƣợng thấp.
Lòng đỏ trứng gà cũng là một chất nhũ hóa thông dụng trong ngành sản xuất
kem, nhƣng giá thành cao.
Các chất tạo hương: Ngƣời ta sẽ dùng các chất có hƣơng khác nhau nhƣ các loại hoa quả
tự nhiên, hạt khô (đậu phộng, hạt điều, nho khô, hạt socola…), mức quả, nƣớc
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 lƣợng kem, ngƣời ta bổ sung thêm một số loại acid hữu
cơ nhƣ 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.

Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa

Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM


Nguyễn Kim Thiện
MSSV : 90602325 6

Chương 2: Quá trình sản xuất
2.1 Qui trình
2.1.1Sữa tƣơi uống
-Sữa tƣơi thanh trùng
-Sữa tƣơi tiệt trùng
-Sữa hoàn nguyên
Qui trình sản xuất chung
Nhận sữa

Kiểm tra chất lƣợng

Làm lạnh bảo quản

Gia nhiệt

Li tâm làm sạch

Tiêu chuẩn hóa

Đồng hóa

Thanh trùng

Làm lạnh


Rót chai

Bảo quản

2.1.2 Sữa hộp
Khái niệm sữa hộp xuất phát từ việc bảo quản sữa vì sữa là sản phẩm giàu dinh dƣỡng
nên cũng là môi trƣờng thuận lợi cho vi sinh vật phát triển
Theo qui trình sản xuất, ngƣời ta chia sữa hộp thành 2 nhóm: sữa cô đặc và sữa bột.
Công đoạn chung chuẩn bị nguyên liệu cho sữa hộp




Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa
Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM


Nguyễn Kim Thiện
MSSV : 90602325 7


Nhận sữa

Lọc

Làm lạnh

Tạm chứa


Tiêu chuẩn hóa

Đồng hóa

Thanh trùng

Cô đặc

a. Sữa cô đặc
Sau công đoạn xử lý chung nhƣ trên, sữa cô đặc đƣợc đƣa qua bộ phận rót hộp và tiệt
trùng.
b. Sữa bột
Sau công đoạn xứ lý chung nhƣ trên, sữa cô đặc đƣợc đƣa qua máy sấy. Sữa đƣợc làm
nguội sau sấy, rồi đóng gói và bảo quản
Qui trình sản xuất
Phối trộn nguyên liệu

Đồng hóa

Thanh trùng

Ủ chín

Bổ sung hƣơng liệu

Làm lạnh đông,thổi khí

Rót và khuôn, que

Làm lạnh sâu, tôi kem

Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa
Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM


Nguyễn Kim Thiện
MSSV : 90602325 8


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
đƣờng
mứt quả
Đồng hóa
Phối trộn
Đồng hóa
Rót vô
trùng

Làm lạnh
Thanh trùng
Lên men
Bảo quản
vài tháng
Đồng hóa
UHT

Rót
Rót vô
trùng
Bảo quản 1
tháng
Bảo quản 2
tuần
Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa
Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM


Nguyễn Kim Thiện
MSSV : 90602325 9


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, nhƣng nó đƣợc bổ sung
chủng vi sinh vật kefir

Chuẩn bị sữa để lên men
Cấy men
Rót Lên men
Lên men
Làm lạnh, ủ
chín
Làm lạnh,
Trộn hƣơng
Rót
Làm lạnh, ủ
chín
Mứt hoa quả
Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa
Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM


Nguyễn Kim Thiện
MSSV : 90602325 10


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 nƣớc

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



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa

Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM


Nguyễn Kim Thiện
MSSV : 90602325 11


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 ngƣời ta chỉ đề cập tới 1 chỉ
tiêu đó là chất béo. Cần điều chỉnh sao cho thành phẩm có hàm lƣợng béo nhƣ đã định (ví dụ
nhƣ 3.2% hay 3.6% )
Có thể tiến hành tiêu chuẩn hóa sữa bằng 2 phƣơng 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 thƣớc các cầu mỡ, làm cho chúng phân bố đều chất béo trong sữa,
làm cho sữa đƣợc đồng nhất. Đồng hóa có thể làm tăng độ nhớt của sữa lên chút ít nhƣng làm
giảm đáng kể quá trình oxi hóa, làm tăng chất lƣợng của sữa và các sản phẩm từ sữa
Các sản phẩm sữa sau khi đồng nhất sẽ đƣợc cơ thể hấp thụ dễ dàng
2.2.3 Phối trộn
Mục đích: Phối trộn đều các nguyên liệu sữa bột, nƣớc, đƣờng RE, chất ổn định, chất nhũ
hóa,…nhằm tạo ra sữa hoàn nguyên có thành phần các chất, tỷ trọng, độ nhớt nhƣ 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 đƣợc kéo dài, chất lƣợng 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 lƣợng không khí vào hỗn hợp nguyên liệu để làm tăng thế tích của chúng.
Lạnh đông một phần nƣớc trong hỗn hợp tạo các tinh thể với kích thƣớc rất nhỏ, đồn nhất và
phân bố đều trong hỗn hợp.












Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa
Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM


Nguyễn Kim Thiện
MSSV : 90602325 12

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 nƣớc thải của nhà máy chủ yếu bao gồm
 Nƣớc thải sản xuất:
- Nƣớc rửa bồn, nƣớc rửa chai, đóng chai…
- Nƣớc súc rửa các sản phẩm dƣ bên trong hoặc trên bề mặt của tất cả các

đƣờng ống, bơm, bồn chứa, thiết bị công nghiệp…
- Nƣớc thải từ nồi hơi, từ máy lạnh
- Dầu mỡ rò rỉ từ thiết bị và động cơ
- Khâu tiệt trùng và đóng hộp sữa: nƣớc rửa có chứa sữa do hao hụt
- Nhà máy chế biến các sản phẩm từ sữa: dịch khử protein có chứa nhiều latose
- Nƣớc thải từ nhà máy sản xuất phomai: loại nƣớc này chứa lactose và protein
 Nƣớc thải sinh hoạt
- Đặc tính nƣớc thải trong nhà máy là hàm lƣợng hữu cơ cao, chủ yếu là
đƣờng,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 nƣớc thải cũng rất khác nhau.
3.2 Đặc trưng
Một số tính chất quan trọng của loại nƣớc thải này nhƣ sau:
-Tỉ lệ COD/BOD
5
trong sữa là 1.4 và trong huyết thanh là 1.9
-Lƣợng thải theo tổng nito Kjeldahl ( TKN ) từ 1-20g trong 100ml sữa
-BOD
5
trong nƣớc 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 nhƣ trên, thì nƣớc thải sản xuất sữa và sản phẩm
từ sữa chủ yếu chịu ảnh hƣởng chủ yếu bởi các yếu tố nhƣ ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, rác, cát
bụi, dầu mỡ…
Vì thế các phƣơng pháp đƣợc đề xuất để nghiên cứu khả năng xử lý phù hợp với nguồn
thải này là:
- Xử lý bằng phƣơng pháp cơ học.
- Xử lý bằng phƣơng pháp hóa lý.
- Xử lý bằng phƣơng pháp sinh học.

3.3.1 Xử lý bằng phƣơng pháp cơ học.
Xử lý cơ học đƣợc 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…
Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa
Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM


Nguyễn Kim Thiện
MSSV : 90602325 13

Tùy theo đặc điểm các loại cặn trong rác thải, các công trình xử lý cơ học thƣờng đƣợc
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 lƣu lƣợng
- Bể trung hòa (acid hoặc kiềm)
- Bể tách dầu mỡ
Việc lựa chọn phƣơng pháp xử lý phụ thuộc vào kích thƣớc rác, hạt lơ lửng, tính chất
hóa lý, nồng độ hạt lơ lửng, lƣu lƣợng nƣớc thải và độ sạch cần thiết phải đạt đƣợc theo yêu
cầu của nơi tiếp nhận.
3.3.2 Xử lý bằng phƣơng pháp hóa lý
Bản chất của quá trình xử lí nƣớc thải bằng phƣơng pháp hoá lí là áp dụng các quá trình
vật lý và hoá học để loại bớt các chất ô nhiễm ra khỏi nƣớc thải.
Phƣơng pháp hóa lý là một phƣơng pháp cơ bản để xử lý nƣớc thải. Các công trình thích
hợp đƣợc đề xuất nhƣ:
- Tuyển nổi
- Keo tụ
- Tạo bông…

Các phƣơng pháp này đƣợc ứng dụng để loại bỏ các hạt lơ lửng phân tán (rắn và lỏng),
khí tan, chất vô cơ và hữu cơ hòa tan trong nƣớc thải.
Ƣu điểm của phƣơng pháp hóa lý so với các phƣơng pháp khác hiện nay đang áp dụng
là:
- 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 thƣớc 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 đƣợc nghiên cứu kĩ hơn.
- Phƣơng 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 phƣơng pháp hóa sinh