Bước đầu nghiên cứu chế tạo màng siêu lọc ứng dụng thử để lọc bia & xử lý nước bãi rác Nam Sơn - Sóc Sơn

đỡ em trong quá trình học tập và hoàn thành khoá luận này. Mục lục Lời cảm ơn Mở đầu 4 Phần tổng quan 5 1. Giới thiệu chung về màng lọc 5 1.1 Cấu trúc của màng 5 1.2. Các kiểu màng 5 1.3 Một số đặc tính của màng 6 1.4. Một số đặc trưng cơ lý của màng 6 1.5. Cơ chế tách trên màng 8 1.5.1. Thuyết mô hình mao quản 8 1.5.2. Thuyết sàng lọc 8 1.6. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách trên màng 8 2. Công nghệ sản xuất bia 10 2.1. Chuẩn bị nguyên liệu 10 2.2. Quá trình đường hoá hoa houblon 11 2.3. Quá trình lên men 12 2.4. Lọc bia, làm trong bia, đóng chai thành bia thành phẩm 13 2.4.1. Mục đích của qúa trình lọc bia, làm trong bia 13 2.4.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình làm trong bia 13 2.4.3. Các phương pháp làm trong bia 14 3. Các tiêu chuẩn chất lượng của bia 17 3.1. Các chỉ tiêu cảm quan của bia 17 3.2. Các chỉ tiêu hoá lý của bia 18 3.3. Các chỉ tiêu vi sinh vật của bia hơi, bia chai, bia hộp 18 4. Rác thải sinh hoạt, các thông số chính của nước rác và các phương pháp xử lý nước rác 19 4.1. Rác thải sinh hoạt 19 4.2. Các thông số chính của nước rác 20 4.2.1. Hàm lượng chất rắn 20 4.2.2. Hàm lượng ôxy hoà tan DO 21 4.2.3. Nhu cầu ôxy hoá học COD 21 4.2.4. Nhu cầu ôxy sinh hoá BOD 22 4.2.5. Độ màu 23 4.2.6. Độ đục 23 4.2.7. Các chất dinh dưỡng 23 4.3. Các phương pháp xử lý nước thải 23 4.3.1. Phương pháp hoá lý 23 4.3.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 25 4.4. Đặc tính nước rác Nam Sơn 27 Phần thực nghiệm 29 2.1. Hoá chất, thiết bị 29 2.1.1. Hoá chất 29 2.1.2. Thiết bị 29 2.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng màng lọc 29 2.3. Các phương pháp phân tích kiểm tra độ lưu giữ của màng lọc 30 2.4. Nghiên cứu chế tạo màng lọc bia Xellulo axetat và polyprobylen biến tính 31 2.4.1. Quy trình công nghệ 31 2.4.2. Màng Xellulo axetat kéo trên kính 32 2.4.3. Màng Xellulo axetat có đế vải 32 2.4.4. Màng Xellulo axetat và polyprobylen biến tính 33 2.5. ứng dụng màng lọc xử lý nước rác Nam Sơn Hà Nội 35 2.5.1. Tìm hiểu sự biến động hàm lượng chất hữu cơ và amoni của nước rác Nam Sơn 35 2.5.2. Kết quả lọc nước rác Nam Sơn sau cộng đoạn xử lý hoá lý và tách loại amoni 35 2.5.3. Khảo sát độ lưu dữ theo thời gian bốc hơi của màng lọc 36 2.5.4. So sánh màng M3 với màng vi trùng có kích thước lỗ 0,22 mm 37 Kết luận 38 Tài liệu tham khảo Mở đầu Trong những năm gần đây màng và kỹ thuật lọc màng đã phát triển rất mạnh, phạm vi ứng dụng của nó rất rộng rãi. Màng đã được ứng dụng vào ngành công nghiệp quan trọng với quy mô lớn như tách nước ngọt từ nước biển bằng phương pháp thẩm thấu ngược, trong y tế màng được dùng để tách các loại độc tố trong máu, để lọc thuốc tiêm, dịch chuyền.. Đặc biệt màng đã được ứng dụng trong quá trình lọc bia và xử lý nước thải Trong quá trình sản xuất bia, khâu lọc đóng vai trò rất quan trọng. Lọc trong để loại bỏ nấm men thuần chủng, các vi sinh vật và các tiểu phân lơ lửng. Người ta có thể làm trong bia với vải và chất trợ lọc diatomit tuy nhiên bia sau khi lọc phải tiến hành thanh trùng nhiệt sẽ làm ảnh hưởng đến hương, vị, màu sắc của bia. Ngoài ra nếu chất trợ lọc không tinh khiết sẽ đem vào bia một số tạp chất không có lợi cho sức khoẻ. ưu điểm của lọc bia bằng màng là có thể loại bỏ hết các vi sinh vật mà không ảnh hưởng đến màu sắc và hương vị của bia. Hiện nay vấn đề môi trường đang được quan tâm đặc biệt vì tầm quan trọng của nó đối với tương lai. Một trong các vấn đề nổi bật đó là rác thải đô thị. ở Việt Nam thì công nghệ xử lý rác thải đô thị chủ yếu được tiến hành theo kiểu chôn lấp. Các bãi rác đã được xây dựng theo quy mô khác nhau tuỳ thuộc vào kinh phí của từng địa phương. Bãi rác Nam Sơn được xem là lớn hơn cả để xử lý rác thải của Hà Nội. Rác được chôn lấp tại các bể có đáy lót bằng các chất chống thấm và rò rỉ ra các nguồn nước xung quanh. Tuy nhiên do nước mưa cùng với nước rác phân huỷ thì có hàng nghìn mét khối nước tạo ra đòi hỏi phải được xử lý. Sau các công đoạn xử lý điển hình như hoá lý, hoá học và sinh học thì trong nước vẫn còn các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ (dưới dạng các hợp chất mạch vòng) làm cho COD của nước còn cao chưa đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường tự nhiên. Để giải quyết vấn đề này thì người ta có thể xử dụng than hoạt tính, oxy hoá kết hợp nhưng giá thành còn cao[6]. Do đó chúng tôi đã thử nghiên cứu và ứng dụng màng lọc vào quá trình xử lý loại bỏ các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ và đã thu được một số kết quả nhất định. Sau đây là kết quả của chúng tôi trong việc Bước đầu nghiên cứu chế tạo màng siêu lọc ứng dụng thử để lọc bia và xử lý nước bãi rác Nam Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội. phần tổng quan. 1.Giới thiệu chung về màng lọc. 1.1. Cấu trúc của màng Có 2 loại cấu trúc của màng là : Màng đối xứng: là loại màng có cấu trúc đồng nhất từ trên xuống dưới với 2 mặt hoàn toàn như nhau. Loại màng này được sử dụng chủ yếu trong vi lọc để lọc các vật nhỏ như bụi bẩn, hoặc dùng cho thẩm tách máu (như: màng xenlophan, cuprophan...) Màng bất đối xứng: là loại màng có chứa lớp hoạt động cực mỏng và lớp đỡ xốp, loại màng này có hiệu quả tách tốt. Tuỳ theo điều kiện tạo màng mà có thể thay đổi chiều dày lớp hoạt động và cấu trúc lớp đỡ xốp. Lớp hoạt động thường dày từ 0,1mm đến 1mm còn lớp đỡ xốp dày từ 100mm đến 300mm. Tuỳ theo cấu trúc của lớp đỡ mà màng được chia làm 2 loại : + Loại có cấu trúc ngón tay: Rất xốp và chứa các lỗ lớn hình ngón tay, xuất phát từ lớp hoạt động và vuông góc với nó. + Loại có cấu trúc bọt (tổ ong): ít xốp hơn có chứa các lỗ nhỏ phân bố tương đối đồng đều. -Khả năng tách của màng do lớp hoạt động quyết định (lớp hoạt động mỏng có nhiệm vụ giữ chất cần tách) còn lớp đỡ chỉ làm tăng độ bền cơ học của màng, giữ cho lớp hoạt động khỏi bị rách chứ không cản trở tới việc vận chuyển dung môi và chất tan qua màng.Các lỗ xốp để dung môi đi qua. Do đó loại màng này có năng suất lọc cao. -Ngoài loại màng có lớp hoạt động và lớp đỡ làm từ cùng một loại vật liệu còn có loại màng với lớp hoạt động và lớp đỡ xốp làm từ các loại vật liệu khác nhau gọi là màng composit. Loại màng này có hiệu quả tách cao, có tính năng cơ học và hoá học rất tốt. Màng siêu lọc và thẩm thấu ngược phải có cấu trúc bất đối xứng thì mới cho năng suất lọc cao. 1.2. Các kiểu màng. Người ta có thể phân biệt các loại màng khác nhau dựa vào kích thước lỗ màng. Tuỳ theo kích thước của lỗ màng mà màng có thể lưu giữ được những chất có trọng lượng phân tử khác nhau. Vi lọc và siêu lọc giữ lại các phân tử lớn và vi khuẩn, cho phép dung môi và ion đi qua. áp xuất làm việc của quá trình cao. 1.3. Một số đặc tính quan trọng của màng. 1.3.1. Mật độ lỗ. Mật độ lỗ là số lỗ trên một đơn vị diện tích bề mặt màng, các màng công nghiệp thường có từ 108á 109 lỗ / 1cm2 . Tính chất này cũng cho phép phần nào đánh giá được độ xốp và lưu lượng lọc của màng. Các màng có cùng đường kính lỗ xốp thì màng nào có mật độ lỗ xốp lớn sẽ có độ xốp lớn hơn, lưu lượng lọc lớn hơn và ngược lại. 1.3.2. Độ thấm ướt. Độ thấm ướt là một đặc tính quan trọng của màng lọc. Màng lọc mà dễ thấm ướt bởi dung dịch cần lọc thì quá trình lọc xảy ra dễ dàng hơn so với màng lọc không thấm ướt bởi dung dịch cần lọc. 1.3.3.Độ xốp của màng. Độ xốp của màng là thể tích lỗ trống không bị chiếm bởi vật liệu làm màng trên tổng diện tích của màng. Độ xốp được quyết định bởi kích thước lỗ và mật độ lỗ. 1.4. Một số đặc trưng cơ lý của màng. 1.4.1.Chiều dày của màng. Chiều dày của màng là một đặc trưng quan trọng, chiều dày màng được khống chế khi chế tạo. Nếu màng quá dày thì trở lực của màng càng lớn và năng suất lọc của màng bị giảm, nhưng màng sẽ bền hơn, ngược lại màng mỏng sẽ không bền. Thông thường các màng làm ra có chiều dày từ 100 mm á 500 mm. Và chiều dày màng là dao động từ 10% so với giá trị xác định. 1.4.2. Năng suất lọc và sự bít lỗ . Năng suất lọc kí hiệu Jv: là năng suất dòng nước qua màng đuợc tính bằng thể tích nước qua màng trên một đợn vị diện tích bề mặt màng trong một đơn vị thời gian. Jv = = Trong đó : Jv : Năng suất lọc V: Thể tích dịch lọc . S : Diện tích làm việc của màng . t : Thời gian màng làm việc . Vv : Lưu lựợng dòng nước thấm qua màng . Năng suất lọc là một yếu tố quan trọng quyết định đến giá trị của màng. Phương pháp đơn giản để xác định năng suất lọc là lắp màng vào hệ thống thử màng, sau đó kiểm tra sự chênh lệch áp suất trên máy và xác định lưu lượng của dịch lọc đi qua. Tốc độ bít lỗ của màng được biểu diễn qua sự giảm dòng chất lỏng đi qua màng ở cùng một áp suất đặt vào. Để kéo dài thời gian sử dụng của màng người ta còn sử dụng phương pháp rửa ngược (có nghĩa là quay ngược mặt dưới của màng, dùng áp suất để đẩy chất tan bị giữ trên mặt màng ra khỏi bề mặt màng). Sự rửa ngược có ý nghĩa với các thiết bị lọc công suất cao mà giá thành vật liệu không quá đắt. 1.4.3. Độ nén ép. Đối với quá trình lọc đặc biệt là lọc màng đòi hỏi phải có một sự chênh lệch áp suất giữa hai phía của màng lọc. Khi hoạt động do sự chênh lệch áp suất nên màng bị nén lại làm độ xốp của màng giảm đi, trở lực của màng tăng lên. Tuỳ thuộc vào sự chênh lệch áp suất và thời gian làm việc mà màng bị nén ít hay nhiều, khi đó năng suất lọc cũng bị giảm xuống so với khi chưa bị nén trong cùng một điều kiện lọc. Độ nén ép cho ta biết đối với từng loại màng nào nên sử dụng loại áp lực nào là tốt còn ở áp lực nào là không phù hợp cho quá trình lọc. 1.4.4. Trở lực của màng. Trở lực của màng là áp suất thuỷ tĩnh để dung môi có thể chảy được với lưu lượng riêng nào đó. Màng càng dày càng ít lỗ bít thì trở lực càng lớn và ngược lại. Trở lực của màng cũng là yếu tố cần chọn lựa khi sử dụng màng. 1.5. Cơ chế tách trên màng. Do quá trình chuyển chất qua màng là một quá trình rất phức tạp. Người ta đã đưa ra rất nhiều giả thuyết để giải thích cho quá trình này trong đó có 2 giả thuyết chính và tương đối hợp lí nhất. 1.5.1. Thuyết mô hình mao quản. Màng bán thấm tạo bởi nhiều mao quản, trên bề mặt màng bán thấm và trong ống mao quản hình thành một lớp chất lỏng liên kết hấp phụ. Do tương tác của lực hoá lý, lớp nước hấp phụ này đã bị mất một phần hay toàn bộ khả năng hoà tan chất tan. Vì thế nó không cho chất tan đi qua ống mao quản. Nếu các ống mao quản có đường kính đủ nhỏ hơn hai lần chiều dày lớp nước liên kết hấp phụ thì màng chỉ cho nước đi qua. Giả thuyết này có thể giải thích khá đầy đủ cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách. 1.5.2. Thuyết sàng lọc. Thuyết này cho rằng màng gồm nhiều mao quản có kích thước lỗ xác định. Chất nào có kích thước nhỏ hơn đường kính mao quản sẽ vận chuyển qua màng, chất có kích thước lớn hơn được giữ lại. Thuyết này phù hợp để giải thích cho quá trình siêu lọc và vi lọc. 1.6 . Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách trên màng. 1.6.1. Sự phân cực nồng độ và quá trình làm giảm sự phân cực nồng độ. Sự phân cực nồng độ là hiện tượng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt màng do dung môi vận chuyển được qua màng và chất tan thì bị giữ lại. Theo thời gian dưới tác dụng của áp suất dung môi vận chuyển qua màng, chất tan tích tụ ngày càng nhiều trên bề mặt màng. Sự tăng nồng độ chất tan trên bề mặt màng làm thay đổi đặc tính tách bình thường của màng: làm giảm sự thấm nước, tăng vọt áp suất thẩm thấu. Ta có thể làm giảm sự phân cực nồng độ bằng cách tạo ra các dòng chảy mạnh trên bề mặt màng. Tuy nhiên, màng vẫn phải được làm sạch định kỳ, thường xuyên loại bỏ cặn bẩn, kết tủa trên bề mặt màng. 1.6.2. ảnh hưởng cấu trúc dung dịch. Khi tiến hành tách các dung dịch khác nhau trong cùng một điều kiện thì độ lưu giữ cũng như năng suất lọc qua màng là khác nhau. Điều đó chứng tỏ bản chất dung dịch và cấu trúc của nó có ảnh hưởng tới quá trình tách bằng màng. Đối với dung dịch muối quá trình hoà tan là quá trình có sự tương tác chất tan và dung môi. Hiệu ứng của quá trình có khi rất lớn do liên kết giữa chất tan và dung môi, liên kết đó có thể là sonvat hoá hay hidrat hoá ( dung môi là nước ). Quá trình hidrat hoá: Khi một chất tan vào nước thì các phần tử nước (phân cực) sẽ bao bọc xung quanh chất tan, hình thành lớp vỏ hidrat bao bọc chất tan, những phần tử nước không chuyển động tự do mà gắn liền với ion chất tan. Những phần tử nước còn lại không tham gia lớp vỏ hiđrat gọi là nước tự do, chúng có khả năng chuyển động tự do và tương đối linh động. Độ lưu giữ và lưu lượng qua màng thay đổi khi lượng nước tự do thay đổi hay cấu trúc dung dịch thay đổi. 1.6.3. ảnh hưởng của nồng độ dung dịch. Trong quá trình tách trên màng áp suất thẩm thấu có vai trò quyết định đến năng suất lọc. Mà áp suất thẩm thấu tỷ lệ thuận với nồng độ dung dịch: p = b. Cs. R.T. Khi nồng độ dung dịch càng lớn thì áp suất thẩm thấu càng cao cho lưu lượng qua màng giảm xuống. 1.6.4. ảnh hưởng của áp suất khi lọc. Trong kỹ thuật lọc đòi hỏi phải có sự chênh lệch áp suất giữa hai phía của vật liệu lọc. Nếu độ chênh lệch càng lớn thì năng suất lọc càng cao và ngược lại. Độ chênh áp có thể tạo ra bằng hai cách đó là lọc bằng chân không và lọc bằng áp lực. Tuy nhiên, độ chênh áp chỉ ở một giới hạn nhất định. Nếu quá giới hạn đó thì độ lưu giữ và năng suất lọc hầu như không thay đổi. Mối quan hệ giữa áp suất với năng suất lọc và độ lưu giữ được biểu diễn như sau: ãĐộ lưu giữ : R R= P- áp suất đặt lên màng. a1, a2 – là các hằng số thực nghiệm. ã Năng suất lọc : Jv. Jv = b1 + b2. lgP. b1, b2 là các hằng số phụ thuộc vào từng loại màng và dung dịch tách . 1.6.5. Bản chất chất điện li. Khi tách dung dịch muối vô cơ bằng quá trình lọc qua màng độ lưu giữ và năng suất lọc qua màng phụ thuộc vào khả năng hidrat của muối. Các ion có vỏ hidrat càng lớn thì độ chọn lọc càng cao đồng thời áp suất càng nhỏ dẫn đến năng suất lọc càng lớn. 1.6.6. Các yếu tố ảnh hưởng khác. ã Dung dịch tách huyền phù, keo, nhũ tương có khả năng làm bít lỗ màng, làm giảm khả năng lọc và tăng áp suất thẩm thấu. Do đó khi tách qua màng phải loại bỏ sơ bộ các tạp chất này. ã Khử các loại vi sinh vật trước khi qua màng, chúng có thể ăn các polime hữu cơ làm giảm thời gian làm việc của màng. Các yếu tố trên còn được loại bỏ bằng thiết bị tiền lọc. ã pH có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền của màng, phải điều chỉnh pH thích hợp cho từng loại màng. ã Nhiệt độ dung dịch tách quá cao cũng ảnh hưởng tới tuổi thọ của màng. 2. Công nghệ sản xuất bia Công nghệ sản xuất bia là một quá trình rất phức tạp trong đó các sản phẩm nông nghiệp như đại mạch, hoa houblon được chuyển hoá thành bia thông qua sự lên men. Quá trình sản xuất bia dù thực hiện trên dây chuyền, hay công nghệ nào thì cũng phải trải qua 4 giai đoạn chính: *Chuẩn bị nguyên liệu. *Chuẩn bị dịch đường houblon hoá. *Lên men chính để chuyển hoá dịch đường thành bia non, lên men phụ và tàng trữ để lão hoá bia non thành bia tiêu chuẩn. *Lọc trong bia và đóng chai, hoàn thiện sản phẩm. 2.1.Chuẩn bị nguyên liệu. Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa houblon và nước. Để tiết kiệm nguồn malt đại mạch hoặc để sản xuất một vài loại bia thích hợp với thị hiếu người tiêu dùng thì bên cạnh malt đại mạch, người ta còn dùng thêm các nguyên liệu phụ như bột mỳ, gạo, bột ngô, bột đậu tương đã tách béo. Trong nguyên liệu của quá trình sản xuất bia thì nước chiếm 77-90% . Vì vậy, nước là một trong những nguyên liệu quan trọng để sản xuất bia. Do đó, thành phần hoá học của nước ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng bia thành phẩm bia sau này. Ngoài yêu cầu về thành phần hoá học, nước dùng trong công nghệ sản xuất bia cần phải có thêm các tiêu chuẩn khác như : + Nước trong, không có mùi, vị lạ. + Chuẩn Coli: 300ml (là hàm lượng nước tối thiểu cho phép phát hiện 1 tế bào E.coli). +Chỉ số E. coli 3 (là số tế bào E.coli cho phép có trong một lít nước) Malt đại mạch : là nguyên liệu thiết yếu nhất trong công nghệ sản xuất bia. Quá trình quan trọng nhất mà qua đó hạt đại mạch trở thành hạt malt là sự nảy mầm và sấy khô. Mục tiêu lớn nhất của quá trình nẩy mầm và cũng là mục tiêu chủ yếu của quá trình sản xuất malt là để hoạt hoá, tích luỹ về khối lượng và hoạt lực của hệ enzym có trong hạt đại mạch. Yêu cầu của hạt đại mạch : + Hạt bảo quản tốt khi độ ẩm < 14%. + Hàm lượng Protein <11%. + Hàm lượng tinh bột 63- 65 % chất khô. + Khi kiểm tra phải có mùi tinh và vị hơi ngọt . Tính chất và thành phần của malt là những yếu tố quyết định hương, vị, màu sắc, khả năng tạo bọt và độ bền của bia. - Hoa houblon: là nguyên liệu gây cho bia vị đắng đặc biệt và mùi thơm dễ chịu, đồng thời hoa houblon chiết ra những chất có tác dụng sát trùng, do đó làm tăng thời gian bảo quản bia, giúp cho thành phần của bia được ổn định và bọt bia giữ được lâu tan. Ngoài ra tinh dầu thơm của hoa houblon tạo cho bia một mùi thơm đặc trưng, rất nhẹ nhàng và dễ chịu. Tinh dầu có dạng chất lỏng trong suốt màu vàng nhạt hoặc không màu, có mùi thơm rất mạnh. 2.2 Quá trình đường hoá hoa houblon. Đây là giai đoạn chuẩn bị dịch đường cho men. Nguyên liệu sau khi đã nghiền nhỏ sẽ được trộn với nước ở trong hệ thống thiết bị đường hoá. Lượng nước phối trộn với bột nghiền phụ thuộc vào chủng loại bia sản xuất và đặc tính kỹ thuật của hệ thống thiết bị. Trong môi trường giàu nước, các hợp chất có phân tử lượng thấp có sẵn trong nguyên liệu sẽ hoà tan vào nước và trở thành chất tan của dịch đường. Các hợp chất cao phân tử như: tinh bột, Protein..sẽ bị các enzym phân huỷ, phân cắt thành các sản phẩm có phân tử lượng thấp và hoà tan vào nước để trở thành chất tan của dịch đường như : Glucozơ, maltozơ, dextrin.. ã Đường hoá : Lượng malt còn lại được chuyển vào nồi đường hoá với tỷ lệ .Sau khi được ngâm, khuấy kỹ, nâng nhiệt độ lên 48.5 oC, giữ một thời gian rồi bơm dịch đã hồ hoá đang sôi ở thùng nấu gạo sang. Nhiệt độ trong thùng đường hoá sẽ lên 60-70oC, giữ nhiệt độ này 50-60 phút rồi nâng lên 76oC trong 15-20 phút cho đến khi đường hóa hoàn toàn. ãLọc dịch đường nấu hoa : Dịch đường hoá được bơm vào máy lọc ép khung bản. Dịch đường nóng được đưa vào nồi nấu với hoa. Khi lọc gần hết thì mở hơi nóng giảm nhiệt độ nồi nấu hoa. Bã lọc được rửa nóng ở 75-80oC ( lượng nước để rửa theo yêu cầu của cán bộ kỹ thuật công nghệ). ãTách bã và làm lạnh dịch men: Sau khi nấu, dịch được lọc tách bã hoa rồi được bơm vào thùng lắng xoáy, để lắng trong 30 phút rồi bơm dịch qua thùng lạnh để hạ nhiệt độ từ 91oC xuống 8-10oC và được bổ xung oxy với lượng 30-35 ml/ lit dịch, tạo điều kiện cho nấm men phát triển rồi chuyển vào thiết bị lên men. 2.3. Quá trình lên men. Đây là một quá trình quan trọng nhất của sản xuất bia. Gồm hai quá trình: - Quá trình lên men chính. - Quá trình lên men phụ. Khi đó đường có trong nước nha được lên men dưới tác dụng của nấm men. Về cơ bản quá trình lên men là quá trình oxy hoá khử được tiến hành do hoạt động sống của vi sinh vật, dưới xúc tác của các enzym nhằm cung cấp năng lượng và các hợp chất trung gian cần thiết khác. Các phản ứng hoá sinh cơ bản của quá trình lên men là: - Các phản ứng đường phân - Chu trình Kreps - Chu trình Pentozơ photphat. Song song với quá trình lên men còn xảy ra rầt nhiều quá trình hoá sinh , sinh lý, hoá học, lý học rất phức tạp, Những quá trình này đóng vai trò rất quan trọng đối với chất lượng bia thành phẩm. Kết quả của quá trình lên men là tạo ra rượu Etylic, CO2 và các sản phẩm phụ khác. Quá trình lên men được tiến hành trong thùng liên hợp, được chế tạo có áo lạnh và thùng bảo ôn bên ngoài, với hệ thống điều chỉnh nhiệt độ của bia trong thùng khi cần. Hai mẻ nấu được lên men trong một thùng. Thời gian lên men 10-14 ngày. Khi lên men nhiệt độ trong thiết bị lên đến 14-16oC, áp suất ở 1,3-1,5 bar, nhiệt độ và áp suất tự động khống chế. Sau 8 ngày lên men, duy trì nhiệt độ 4oC trong 24 giờ . Sau đó làm lạnh bia trong thiết bị xuống -1oC và giữ thêm 1-3 ngày, ở nhiệt độ -10C. Nấm men và các cặn mịn, các chất keo tụ (famin, protein, pectin không tan và nhựa hoa houblon) lắng làm bia trong và bão hoà CO2. Cặn lắng được lấy ra trước khi lọc bia. 2.4. Lọc bia, làm trong bia, đóng chai thành bia thành phẩm. 2.4.1. Mục đích của quá trình lọc bia, làm trong bia. Làm trong để tăng thêm giá trị cảm quan, ổn định thành phần cơ học, làm tăng độ bền sinh học và độ bền keo của bia, loại nấm men. 2.4.2.Cơ sở lý thuyết của quá trình làm trong bia. Trong quá trình lên men phụ và tàng trữ, bia đã được làm trong một cách tự nhiên nhưng chưa đạt đến mức độ cần thiết. Màu đục của bia được lý giải bằng sự hiện diện của nấm men, của các hạt phân tán cơ học, của các hạt dạng keo, của phức chất protein-polyphenol, của nhựa đắng nhiều loại hạt ly ty khác. Vì vậy, muốn làm tăng độ bền của bia, với mục đích là tăng thời gian bảo quản khi lưu hành bia trên thị trường. Có 2 giải pháp để làm trong bia: Phương pháp lọc. Phương pháp ly tâm. Nguyên tắc lọc bia được xây dựng trên 2 quá trình : Giữ chặt bằng lực cơ học tất cả các hạt có kích thước lớn hơn kích thước lỗ hổng của vật liệu lọc. - Hấp phụ các hạt có kích thước bé hơn, các hạt hoà tan dạng keo và các hạt hoà tan phân tử. Độ trong của bia đạt được là nhờ giai đoạn hấp phụ này. Hiệu quả của quá trình hấp phụ, phụ thuộc trước hết vào bản chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, sau đó là thời điểm trong quá trình lọc. Ly tâm là phương pháp thứ hai thường được sử dụng trong sản xuất để làm trong bia. Việc tách các hạt phân tán ra khỏi pha lỏng hoàn toàn mang tính chất cơ học. 2.4.3. Các phương pháp làm trong bia. - Dùng máy ly tâm: Việc tách các hạt phân tán ra khỏi pha lỏng hoàn toàn mang tính chất cơ học: + ưu điểm của phương pháp này : tiện lợi, kỹ thuật thao tác đơn giản, dễ có khí hoá, mặt bằng diện tích chiếm ít, năng suất cao, chi phí sản xuất thấp, sự thay đổi thành phần và tính chất của bia không đáng kể. + Nhược điểm của phương pháp: bia không đạt được độ trong cần thiết, không loại hoàn toàn nấm men.. nên độ bền keo của sản phẩm không cao. - Lọc bằng bông: Xơ bông được trộn với bột amiang rồi ép thành bánh hình tròn ( hoặc hình chữ nhật, hình vuông). Vì độ dày của bánh khá lớn nên gọi là khối lọc. Các bánh được xếp trong một ống dài gọi là cột bông. + ưu điểm của phương pháp: Cột bông có thể hấp phụ mạnh nấm men và các phân tử phân tán cơ học nên bia đạt được độ trong cần thiết và loại được gần hết nấm men và vi sinh vật có hại. Lọc trong cột bông tránh được sự thất thoát CO2 và hạn chế được quá trình oxy hóa. + Nhược điểm của phương pháp: Thiết bị phức tạp, việc tái sử dụng mất nhiều công, khả năng loại nấm men và các phân tử gây đục khác chưa triệt để. Nên chỉ dùng phương pháp lọc bông trong quá trình sản xuất bia hơi. Ngoài ra, việc sử dụng amiang rất có hại cho sức khoẻ nên hiện nay thế giới không cho phép sử dụng. - Lọc có sử dụng chất trợ lọc diatomit. Diatomit là một hợp chất khoáng nhiều cấu tử trong đó chiếm nhiều nhất và giá trị nhất là hợp phần hydrosilicat. Lọc có sử dụng diatomit được dùng nhiều hơn so với hai phương pháp trên vì lọc bằng diatomit làm cho bia ít thay đổi về chất lượng và có độ bền sinh học tương đối cao. Trong công nghiệp sản xuất bia người ta thường lọc bia bằng máy lọc khung bản có sử dụng diatomit kết hợp với vải lọc công nghiệp. Qua việc kiểm tra bia sử dụng máy lọc khung bản với vải lọc công nghiệp và diatomit thấy rằng bia sản xuất ra chỉ đạt được tiêu chuẩn chất lượng bia hơi. Muốn sản xuất được bia lon, bia chai người ta lại phải tiến hành thêm công đoạn thanh trùng bia sau khi lọc. Nếu thanh trùng bia sẽ dẫn đến sự thay đổi bất lợi về hương, vị, màu sắc của sản phẩm. Một trong những nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi trên là do sự tạo thành melanoit. Thanh trùng bia cũng có thể dẫn đến vẩn đục dạng keo cho sản phẩm. Vấn đề này phụ thuộc vào thành phần protein của bia, nhiệt độ và thời gian đun nóng. Protein cao phân tử là những thủ phạm chính gậy vẩn đục dạng keo trong giai đoạn thanh trùng. ở một mức độ nào đó, các hợp chất polyphenol ngưng tụ cũng góp phần làm hỏng bia. Để khắc phục nhược điểm này một số nước phát triển đã sử dụng màng lọc để lọc bia. Lọc trong bia bằng màng lọc thì có thể loại bỏ được hết nấm men, vi khuẩn mà không làm ảnh hưởng đến màu sắc và hương, vị của bia Hình 1: Sơ đồ công nghệ sản xuất bia 3.Các tiêu chuẩn chất lượng của bia. Bia được các nhà nghiên cứu, sản xuất và đặc biệt là người tiêu dùng đánh giá qua các chỉ tiêu chất lượng chủ yếu như mùi, vị, màu sắc, độ trong suốt, bọt và độ bền của bọt. Mùi của bia có được là nhờ nguyên liệu và các sản phẩm lên men tạo nên. Các loại bia khác nhau có thể khác nhau về vị, độ cồn, màu sắc.. Nếu nguyên liệu không đảm bảo phẩm chất, nếu quá trình lên men bia không diễn ra theo đúng yêu cầu công nghệ, nếu giống nấm men không tốt thì bia sẽ có mùi lạ, không phải mùi bia . Vị của bia chủ yếu là do các sản phẩm lên men dịch trích ly hoa houblon và malt đại mạch. Một trong những chỉ tiêu chất lượng quan trọng của bia là sự hoà hợp một tập hợp phức tạp của các chất dextrin, melanoit, các hợp chất chứa nitơ, các hợp chất từ hoa houblon, rượu etylic. Tính thẩm mỹ là một tiêu chí quan trọng đối với bia đó là màu sắc và độ trong suốt của bia. Các chỉ tiêu cảm quan trên là các chỉ tiêu đầu tiên đập vào mắt người uống. Bia tốt có màu vàng rơm, sánh lấp lánh. Bia có bọt nhiều, dày mịn và lâu tan là dấu hiệu của bia tốt. Bia có bọt mịn và dày thường có vị ngon. 3.1. Các chỉ tiêu cảm quan của bia. - Độ trong suốt, hương vị, bọt và độ bão hoà CO2 được đánh giá trực tiếp bằng phương pháp cảm quan theo thang điểm sau: + Độ trong suốt :10 điểm. + Hương và vị : 50 điểm. + Bọt và độ bão hoà CO2: 40 điểm. - Bia có độ trong suốt cao và lấp lánh, óng ánh được đánh giá 10 điểm. Không lấp lánh, không óng ánh 8-9 điểm. Bia có độ trong trung bình 4-5 điểm .Bia vẩn đục gọi là bia hỏng, không có điểm Bia có hương và vị đúng hoàn toàn với tiêu chuẩn đã đăng kí theo từng loại bia ( bia hơi, bia chai, bia hộp) cho 49-50 điểm , hương và vị tốt 46-48 điểm, hương và vị đạt 42-45 điểm , hương vị không tốt 38-41 điểm. Bia có hương vị không phù hợp với tiêu chuẩn đã đăng kí : có mùi của nấm men, phảng phất mùi phenol, vị đắng khó chịu sẽ được điểm rất thấp, có thể bị loại bỏ. - Tổng cộng nếu bia được 96-100 điểm thì được coi là loại có chất lượng rất cao; 90-95 điểm là loại tốt ; 85-89 điểm là loại đạt ; dưới 85 điểm là loại xấu. 3.2. Các chỉ tiêu hoá lý của bia. - Bên cạnh phương pháp cảm quan, để đánh giá chất lượng bia một cách chính xác cần phải phối hợp phương pháp cảm quan với các phương pháp phân tích hóa lý và hoá học. Qua đó đề ra một tiêu chuẩn chất lượng như sau: + Hàm lượng hoà tan của nước nha ban đầu tính theo phần trăm khối lượng :10-12%. + Hàm lượng cồn ( độ cồn) : 3-4.5 %. +Độ chua ( tính bằng số ml dung dịch NaOH 1N cho 100 ml bia : 1.2-1.7. +Màu ( tính bằng số ml dung dịch I2 cho 100ml bia : 0.5-1.0. + Hàm lượng CO2 (%) : 2.8-4.0. +Độ bền sinh học ( ngày đêm) : 7-20. 3.3. Các chỉ tiêu vi sinh vật của bia hơi, bia chai, bia hộp. ãBia hơi: Tên chỉ tiêu Mức Vi khuẩn hiếu khí tính theo số khuẩn lạc trong 1ml bia Ê1000 Vi khuẩn kị khí Không được phép có Nấm men tính theo số khuẩn lạc trong 1ml bia Ê 100 ã Chỉ tiêu của bia chai. Tên chỉ tiêu Mức Vi khuẩn hiếu khí tính theo số khuẩn lạc trong 1ml bia Ê 100 Vi khuẩn kị khí Không được phép có e.coli Không được phép có Nấm men Không được phép có ãChỉ tiêu của bia hộp. Tên chỉ tiêu Mức Tổng số vi khuẩn hiếu khí, khuẩn lạc trong 1ml bia Ê 100 e.coli Không được phép có Vi sinh vật gây đục Không được phép có Các nấm men, nấm mốc, số khóm nấm Không được phép có Vi trùng gây bệnh đường ruột Không được phép có 4.Rác thải sinh hoạt, các thông số chính của nước rác và các phương pháp xử lý nước rác. 4.1. Rác thải sinh hoạt. 4.1.1. Nguồn gốc Rác thải sinh hoạt tạo ra từ các nguồn chủ yếu sau : Từ các khu dân cư. Từ các trung tâm thương mại. Từ các cơ sở trường học, công trình công cộng. Từ dịch vụ đô thị, sân bay. Từ các hoạt động xây dựng đô thị. Từ các trạm xử lý nước thải, đường ống thoát nước của thành phố. 4.1.2. Thành phần. Rác thải sinh hoạt có thành phần rất phức tạp như : Những hợp chất vô cơ: kim loại, sành sứ, gạch ngói vỡ, đất đá. Những hợp chất hữu cơ: các loại thực phẩm dư thừa hoặc quá hạn sử dụng, xương động vật, rau xanh, vỏ hoa quả, các loại tre gỗ, lông gà, lông vịt, vải sợi, giấy, xác động - thực vật, cao su, nhựa... Những loại khác: các hợp chất dễ bay hơi, trong đó có những chất mang mùi nặng. 4.1.3. Phân loại Rác thải được đưa vào môi trường từ nhiều nguồn khác nhau. Dựa trên tính chất thành phần có thể chia rác thải sinh hoạt thành 3 nhóm sau: ãNhóm 1: Chất thải thực phẩm Đó là các loại thức ăn dư thừa, hoa quả, rau xanh... Chất thải thực phẩm là những hợp chất hữu cơ, mang bản chất sinh học. Vì vậy, chúng rất dễ bị phân huỷ bằng con đường sinh học. Quá trình phân huỷ của chúng tạo nên các mùi khó chịu của CO2, NH3, H2S.. đặc biệt trong thời tiết ẩm. ãNhóm 2: Chất thải từ hoạt động công nghiệp, xây dựng Gồm các loại phế thải: đất đá, gạch ngói, bê tông, các vật liệu bằng kim loại, thuỷ tinh, chất dẻo. Đây là nhóm chất thải khó phân huỷ, bền vững theo thời gian. Trong đó, vật liệu bằng kim loại, thủy tinh, các loại chất dẻo có thể tái sử dụng thành vật liệu composit và một số dạng đặc biệt khác. ãNhóm 3: Chất thải từ nông nghiệp Là những chất thải và mẩu thừa từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp (trồng trọt, thu hoạch) các loại cây trồng, các phế thải từ quá trình chế biến sữa, của lò giết mổ... Nhóm này được tập kết cùng với nhóm 1 để xử lý bằng phương pháp phân huỷ sinh học. 4.2. Các thông số chính của nước rác. 4.2.1. Hàm lượng chất rắn. Là thành phần vật lý đặc trưng quan trọng nhất của nước thải. Nó bao gồm các chất rắn nổi, lơ lửng, keo và tan. Hàm lượng các chất rắn ttong nước được đánh giá bằng các thông số: - Tổng chất rắn (TS) : trọng lượng khô tính bằng mg, sau khi cho bốc hơi 1l nước mẫu và sấy khô ở nhiệt độ 1030C cho đến khi trọng lượng khô không thay đổi. Đơn vị tính bằng mg/l. - Hàm lượng chất rắn huyền phù (SS): là hàm lượng chất rắn lơ lửng có trong 1l nước. Được tính bằng trọng lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thuỷ tinh sau sấy khô ở T0= 1030C- 1050C đến khi trọng lượng không thay đổi. Đơn vị tính bằng mg._.