Công nghệ xử lý nước cấp cho nhà máy chế biến sữa

Hệ thống công nghệ xử lý nước cấp cho nhà máy chế biến sữa hiện đại tích hợp nhiều giai đoạn từ tiền xử lý (lọc thô, keo tụ, tuyển nổi DAF), xử lý hóa lý (làm mềm nước bằng trao đổi ion, lọc than hoạt tính), xử lý màng RO/UF đến khử trùng cuối cùng bằng UV hoặc Ozone, nhằm tạo ra nguồn nước tinh khiết không màu, không mùi, không vị lạ, đạt độ tinh khiết cao với TDS cực thấp, đồng thời bảo vệ thiết bị sản xuất khỏi cặn bám và ăn mòn.

I. Các yêu cầu về chất lượng nước cấp để sản xuất sữa

Nguồn nước cấp trong sản xuất sữa mang vai trò như huyết mạch của toàn bộ dây chuyền chế biến. Chất lượng đầu vào ảnh hưởng trực tiếp đến hương vị tự nhiên, giá trị dinh dưỡng và tuổi thọ sản phẩm cuối.

Vì thành phần nước chiếm tới 80-90% trong sữa lỏng, bất kỳ tạp chất nào, dù chỉ ở mức vi lượng cũng tác động nghiêm trọng đến cấu trúc protein, độ ổn định nhũ tương và khả năng phát triển vi sinh vật trong sản phẩm.

Các nhà máy hiện đại không chỉ quan tâm đến nước sản xuất mà còn phải kiểm soát chặt chẽ nước vận hành, nước vệ sinh theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và tiêu chuẩn quốc tế.

---> Tham khảo nội dung có liên quan [Xử lý nước thải ngành công nghiệp giấy, chế biến bột giấy]

1.1. Yêu cầu đối với nước sản xuất (Pha chế)

Nước dùng để pha chế trực tiếp vào sản phẩm sữa phải đạt độ tinh khiết tương đương nước uống đóng chai cao cấp hoặc cao hơn. Tiêu chuẩn này nghiêm ngặt hơn nhiều so với nước sinh hoạt thông thường.

Các chỉ tiêu hóa lý bắt buộc:

• Độ pH trung tính: Giá trị pH dao động trong khoảng 6.5-7.5 giúp duy trì độ ổn định của cấu trúc protein sữa, tránh hiện tượng đông tụ không mong muốn. pH quá thấp hoặc quá cao làm thay đổi điện tích bề mặt các hạt casein, gây mất cân bằng nhũ tương.
• TDS (Tổng chất rắn hòa tan): Yêu cầu duy trì ở mức cực thấp, thường dưới 10 ppm sau xử lý RO. Nước có TDS cao chứa khoáng chất dư thừa can thiệp vào quá trình thanh trùng, tạo cặn bám trên bề mặt thiết bị trao nhiệt.
• Độ dẫn điện: Chỉ số này phản ánh nồng độ ion hòa tan trong nước. Nước RO chất lượng cao có độ dẫn điện dưới 10 µS/cm.
• Đặc tính cảm quan: Nước phải hoàn toàn trong suốt, không màu, không mùi, không vị lạ. Bất kỳ dấu hiệu nào về mùi hôi, vị tanh hay màu sắc đều báo hiệu sự hiện diện của tạp chất hữu cơ hoặc kim loại.

Các chỉ tiêu vi sinh tuyệt đối:

• Tổng số vi khuẩn hiếu khí: Phải đạt 0 CFU/ml sau xử lý cuối cùng.
• Coliform và E.coli: Không phát hiện trong 100 ml mẫu kiểm tra.
• Nấm mốc, bào tử: Hoàn toàn vô trùng để tránh ảnh hưởng đến quá trình lên men có kiểm soát trong các sản phẩm như sữa chua, pho mát.
• Nội độc tố: Cần kiểm soát dưới ngưỡng phát hiện vì vi khuẩn gram âm tạo ra endotoxin kháng nhiệt, không bị phá hủy hoàn toàn qua thanh trùng thông thường.

---> Có thể bạn quan tâm [Lọc cát đa tầng: Thiết kế đúng cách mang lại hiệu quả cao]

1.2. Yêu cầu đối với nước vệ sinh

Nước vệ sinh phục vụ hệ thống CIP (Cleaning-In-Place), làm sạch tại chỗ, đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ cặn sữa, protein, mỡ bám trên bề mặt thiết bị mà không cần tháo rời. Chất lượng nước vệ sinh quyết định hiệu quả rửa sạch và ngăn ngừa nhiễm chéo giữa các mẻ sản xuất.

Thông số kỹ thuật:

• Áp lực vận hành: Duy trì ổn định từ 3-5 bar để tạo lực va đập loại bỏ cặn bẩn trên bề mặt thiết bị inox 316. Áp lực thấp hơn làm giảm hiệu quả làm sạch, trong khi áp lực quá cao có thể gây hư hỏng đệm kín, van điều khiển.
• Lưu lượng cấp: Phải đủ lớn để tạo vận tốc dòng chảy rối (turbulent flow) trong đường ống, thường yêu cầu trên 1.5 m/s. Dòng chảy rối tăng cường khả năng mang cặn ra khỏi bề mặt.
• Nhiệt độ linh hoạt: Nước vệ sinh cần có khả năng làm việc ở nhiều mức nhiệt độ - từ nước lạnh 20°C đến nước nóng 85°C tùy chu trình CIP. Nước nóng tăng khả năng hòa tan mỡ, protein biến tính.
• Kiểm soát vi sinh: Dù không yêu cầu vô trùng tuyệt đối như nước sản xuất, nước vệ sinh vẫn phải có tổng số vi khuẩn thấp để tránh tái nhiễm sau khi rửa.

---> Thông tin quan trọng có thể bạn quan tâm [5 Yếu tố đầu tư hệ thống lọc nước công nghiệp thành công]

1.3. Yêu cầu đối với nước vận hành (Lò hơi, Tháp giải nhiệt)

Nước cấp cho hệ thống lò hơi và tháp giải nhiệt có bộ tiêu chuẩn riêng biệt vì tiếp xúc gián tiếp với sản phẩm nhưng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất năng lượng và tuổi thọ thiết bị.

Kiểm soát độ cứng tuyệt đối: Độ cứng do ion Canxi (Ca²⁺) và Magie (Mg²⁺) gây ra phải được loại bỏ hoàn toàn trước khi đưa vào lò hơi. Khi nước cứng bị đun nóng, các muối canxi và magie kết tủa thành cặn cứng bám chặt trên bề mặt trao nhiệt.

Lớp cặn này có hệ số dẫn nhiệt kém, buộc lò hơi tiêu tốn nhiều năng lượng hơn để đạt nhiệt độ vận hành. Trong trường hợp nghiêm trọng, cặn dày làm quá nhiệt cục bộ, dẫn đến nứt vỡ ống lò. Yêu cầu kỹ thuật: độ cứng tổng số dưới 0.1 ppm CaCO₃.

Khử oxy hòa tan: Nước cấp lò hơi phải loại bỏ oxy hòa tan (O₂) xuống mức tối thiểu, thường dưới 0.007 mg/L. Oxy là tác nhân ăn mòn điện hóa mạnh, tấn công bề mặt thép carbon tạo gỉ sắt. Quá trình ăn mòn không chỉ làm mỏng thành ống mà còn giải phóng các hạt oxit sắt lẫn vào hơi nước, gây ô nhiễm hệ thống phân phối hơi.

Công nghệ khử oxy bao gồm khử oxy nhiệt (deaeration) kết hợp với chất khử oxy hóa học như hydrazin hoặc sulfit natri.

Kiểm soát silica: Silica (SiO₂) hòa tan trong nước có xu hướng kết tủa thành cặn silicate cực kỳ cứng, khó loại bỏ khi nồng độ tăng cao do bay hơi liên tục trong lò hơi.

---> Các thông tin có liên quan về lọc nước công nghiệp [Cặn bám tháp giải nhiệt: 3 Nguyên nhân & Giải pháp]

Cặn silicate bám dày trên bề mặt tuabin hơi làm giảm hiệu suất phát điện. Nồng độ silica trong nước cấp lò hơi áp suất cao cần duy trì dưới 20 ppb.

Xử lý hóa học phòng ngừa:

Ngoài loại bỏ tạp chất, nước lò hơi cần bổ sung các hóa chất điều hòa:

• Chất chống ăn mòn: Tạo màng bảo vệ thụ động trên bề mặt kim loại
• Chất chống cặn: Ngăn kết tủa các muối khó tan
• Chất điều chỉnh pH: Duy trì môi trường kiềm nhẹ (pH 9-11) để giảm ăn mòn

1.4. Tiêu chuẩn bắt buộc tuân thủ

HACCP (Hazard Analysis Critical Control Points): Hệ thống phân tích mối nguy và kiểm soát điểm tới hạn đặt chất lượng nước cấp là CCP (Critical Control Point) số 1. Mỗi giai đoạn xử lý nước từ tiền lọc đến khử trùng cuối đều được xác định giới hạn tới hạn, quy trình giám sát và biện pháp khắc phục. Ví dụ: CCP tại màng RO giám sát áp lực xuyên màng, TDS nước sản phẩm mỗi 2 giờ; nếu TDS vượt 15 ppm, kích hoạt cảnh báo và chuyển nước ra thải đến khi khắc phục.

ISO 22000 (Food Safety Management): Tiêu chuẩn quản lý an toàn thực phẩm yêu cầu tích hợp HACCP vào hệ thống quản lý tổng thể. Đối với nước cấp, ISO 22000 đòi hỏi lưu trữ hồ sơ đầy đủ về nguồn nước thô, kết quả phân tích định kỳ, lịch sử bảo trì thiết bị, chứng nhận chất lượng hóa chất xử lý. Mỗi mẻ sản phẩm sữa phải truy xuất ngược được nguồn nước cấp sử dụng.

---> Có thể bạn quan tâm về [Nước làm mát tháp giải nhiệt: Chống cặn & Ăn mòn]

GMP (Good Manufacturing Practice): Thực hành sản xuất tốt qui định các yêu cầu về cơ sở vật chất, thiết bị, nhân sự trong sản xuất thực phẩm. Đối với hệ thống xử lý nước, GMP yêu cầu:

• Thiết bị làm từ vật liệu inox 304 hoặc 316, bề mặt nhẵn bóng, dễ vệ sinh
• Đường ống thiết kế dốc tự thoát, không có điểm ứ đọng
• Khu vực xử lý nước tách biệt khỏi các nguồn ô nhiễm
• Nhân viên vận hành được đào tạo về vệ sinh công nghiệp

QCVN 6-1/BYT (Quy chuẩn Việt Nam): Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống áp dụng trực tiếp cho nước sản xuất trong ngành sữa. Bộ tiêu chuẩn bao gồm 63 chỉ tiêu về vi sinh, kim loại nặng, hóa chất vô cơ, hóa chất hữu cơ, thuốc trừ sâu và chất phóng xạ. Nhà máy sữa thường áp dụng giới hạn nghiêm ngặt hơn quy chuẩn để tăng độ an toàn.

II. Các công nghệ được sử dụng trong nước cấp cho nhà máy sữa

Loại bỏ sắt, mangan và độ cứng (canxi, magie) trong nước cấp đòi hỏi sự kết hợp nhiều công nghệ xử lý, tạo thành chuỗi quy trình tối ưu từ oxi hóa ban đầu đến làm mềm cuối cùng. Ba công nghệ cốt lõi này xử lý các vấn đề khác nhau nhưng bổ trợ lẫn nhau, tạo nền tảng cho các bước xử lý nâng cao ở giai đoạn sau.

2.1. Làm thoáng và oxi hóa

Làm thoáng là bước khởi đầu quan trọng trong xử lý kim loại hòa tan. Kỹ thuật này tăng cường tiếp xúc giữa nước thô và không khí, tạo điều kiện cho phản ứng oxi hóa tự nhiên chuyển kim loại từ dạng hòa tan sang dạng kết tủa.

Nguyên lý chuyển hóa kim loại chính là nước ngầm thường chứa Sắt (II) - Fe²⁺ và Mangan (II) - Mn²⁺ ở dạng ion hòa tan, không màu, đi qua màng lọc thông thường. Khi tiếp xúc với oxy trong không khí, các ion này bị oxi hóa:

• Fe²⁺ (sắt hòa tan) → Fe³⁺ → Fe(OH)₃ (kết tủa màu nâu đỏ)
• Mn²⁺ (mangan hòa tan) → Mn⁴⁺ → MnO₂ (kết tủa màu nâu đen)

---> Có thể bạn quan tâm [Quy trình xử lý nước bể bơi (Hồ bơi) chi tiết từ A-Z]

Quá trình oxi hóa sắt diễn ra nhanh ở pH > 7, trong khi mangan cần pH cao hơn (> 8.5) hoặc chất oxi hóa mạnh. Các hạt kết tủa kim loại có kích thước lớn hơn, dễ dàng bị giữ lại bởi vật liệu lọc ở bước tiếp theo.

Các phương pháp làm thoáng:

• Tháp làm thoáng phun mưa: Nước được phun thành giọt nhỏ rơi xuống qua các tầng vật liệu đệm. Diện tích bề mặt tiếp xúc nước-khí tăng lên hàng trăm lần, thúc đẩy hòa tan oxy và giải phóng khí CO₂, H₂S.
• Tháp sục khí: Thổi không khí nén từ đáy tháp lên, tạo dòng khí bọt đi ngược chiều với dòng nước. Hiệu quả hòa tan oxy cao hơn phun mưa nhưng tiêu tốn năng lượng cho máy nén khí.
• Làm thoáng tự nhiên: Để nước trong bể hở tiếp xúc với không khí. Phương pháp đơn giản, chi phí thấp nhưng tốc độ chậm, cần diện tích lớn.

Tăng cường bằng chất oxi hóa:

• Permanganat kali (KMnO₄): Oxi hóa nhanh cả sắt và mangan, liều lượng 1-2 mg/L.
• Clo (Cl₂) hoặc Hypochlorite: Oxi hóa mạnh nhưng cần loại bỏ dư lượng trước các bước sau.
• Ozone (O₃): Chất oxi hóa cực mạnh, phân hủy thành oxy không gây tồn dư, nhưng chi phí cao.

2.2. Công nghệ lọc thô

Sau khi kim loại đã chuyển sang dạng kết tủa, cần loại bỏ chúng khỏi nước bằng lớp vật liệu lọc chuyên dụng. Công nghệ lọc thô không chỉ giữ lại cặn kim loại mà còn loại bỏ cặn lơ lửng, đục, làm giảm tải cho các bước lọc tinh sau này.

Vật liệu lọc Manganese Green Sand:

• Xúc tác oxi hóa: Bề mặt phủ MnO₂ thúc đẩy phản ứng oxi hóa Fe²⁺ và Mn²⁺ thành dạng kết tủa ngay tại điểm tiếp xúc
• Hấp phụ lọc: Các hạt kết tủa kim loại bị giữ lại trong lỗ rỗng giữa các hạt cát

Khi bão hòa, lớp Manganese Green Sand cần tái sinh bằng dung dịch KMnO₄ để phục hồi lớp phủ MnO₂. Chu kỳ tái sinh phụ thuộc nồng độ kim loại trong nước thô, thường 1-2 tuần/lần.

Cát thạch anh phân lớp:

• Lớp trên cùng: Hạt thô 1.5-2.0 mm giữ cặn lớn
• Lớp giữa: Hạt vừa 0.8-1.2 mm lọc tinh hơn
• Lớp đáy: Hạt mịn 0.5-0.7 mm làm sạch cuối cùng

Cấu trúc phân lớp tăng thời gian vận hành giữa hai lần rửa ngược, giảm lượng nước thải và tăng tuổi thọ vật liệu lọc. Vận tốc lọc thông thường 10-15 m³/m²/giờ.

---> Hãy tìm hiểu thêm về [Hệ thống lọc RO là gì? Nguyên lý hoạt động chi tiết]

Rửa ngược định kỳ: Khi chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra tăng lên 0.5-0.7 bar, báo hiệu lớp lọc đã bão hòa cặn, cần tiến hành rửa ngược. Nước sạch được đẩy từ dưới lên với tốc độ cao (40-50 m/h), làm các hạt cát nở lỏng và mang cặn bẩn theo dòng tràn ra ngoài. Thời gian rửa ngược 15-20 phút cho mỗi chu kỳ.

2.3. Công nghệ làm mềm (Softener)

Làm mềm nước bằng trao đổi ion là công nghệ không thể thiếu trước khi đưa nước vào hệ thống RO hoặc lò hơi. Quá trình này loại bỏ ion gây cứng mà không thay đổi pH hay tổng lượng chất rắn hòa tan.

Nguyên lý trao đổi ion Cation: Hệ thống Softener sử dụng hạt nhựa trao đổi ion dạng Cation (thường là nhựa styrene-divinylbenzene sulfonat) mang điện tích âm, được nạp sẵn ion Natri (Na⁺).

Khi nước cứng chứa Ca²⁺ và Mg²⁺ chảy qua lớp nhựa, diễn ra phản ứng trao đổi:

• 2R-Na + Ca²⁺ → R₂-Ca + 2Na⁺
• 2R-Na + Mg²⁺ → R₂-Mg + 2Na⁺

Ion Ca²⁺ và Mg²⁺ bị giữ lại trên nhựa, còn ion Na⁺ được giải phóng vào nước. Natri không gây cứng, không tạo cặn khi đun nóng. Dung lượng trao đổi của nhựa tiêu chuẩn khoảng 2000 lít (tương ứng 50-80 kg CaCO₃ tùy độ cứng nước thô).

Khi nhựa bão hòa (thường sau xử lý 200-500 m³ nước tùy độ cứng), cần tái sinh để phục hồi khả năng trao đổi. Quá trình gồm các bước:

• Rửa ngược (Backwash): 10-15 phút với tốc độ 40 m/h, làm nở lỏng nhựa và loại bỏ cặn lơ lửng.
• Hút muối (Brining): Bơm dung dịch NaCl 10% qua lớp nhựa trong 30-60 phút. Nồng độ Na⁺ cao tạo áp lực thẩm thấu ngược, đẩy Ca²⁺ và Mg²⁺ ra khỏi nhựa:
  • R₂-Ca + 2Na⁺ → 2R-Na + Ca²⁺
  • R₂-Mg + 2Na⁺ → 2R-Na + Mg²⁺
• Rửa chậm (Slow Rinse): 10-20 phút để đẩy hết muối dư ra khỏi bể.
• Rửa nhanh (Fast Rinse): 5-10 phút ở tốc độ vận hành, đưa hệ thống về trạng thái sẵn sàng.

---> Có thể bạn quan tâm [EDI: Công nghệ tạo nước siêu tinh khiết không dùng hóa chất]

III. Áp dụng công nghệ lọc RO vào quy trình xử lý nước cấp cho sản xuất sữa

Thẩm thấu ngược RO (Reverse Osmosis) đại diện cho công nghệ màng tiên tiến nhất trong xử lý nước công nghiệp, tạo ra nước tinh khiết đạt chuẩn dược phẩm phù hợp cho sản xuất sữa cao cấp. Công nghệ này không chỉ loại bỏ muối hòa tan mà còn ngăn chặn hoàn toàn vi khuẩn, virus, nội độc tố và các hợp chất hữu cơ gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

3.1. Nguyên lý hoạt động RO

Trong tự nhiên, khi hai dung dịch có nồng độ khác nhau được ngăn cách bởi màng bán thấm, nước sẽ di chuyển tự phát từ phía nồng độ thấp sang phía nồng độ cao để cân bằng - gọi là hiện tượng thẩm thấu (osmosis). Áp suất thẩm thấu là áp lực cần thiết để ngăn chặn dòng nước di chuyển này.

Công nghệ RO đảo ngược hiện tượng tự nhiên bằng cách áp dụng áp lực cao (8-25 bar cho nước lợ, đến 70 bar cho nước biển) vượt quá áp suất thẩm thấu. Dưới áp lực cưỡng bức, các phân tử nước buộc phải đi qua màng bán thấm sang phía ít muối hơn, trong khi muối và tạp chất bị giữ lại phía nồng độ cao, tạo thành dòng nước thải cô đặc (concentrate/brine).

Cấu trúc màng RO:

• Lớp ngoài polyester: Chịu lực, chống thủng thủy
• Lớp giữa polysulfone: Hỗ trợ kết cấu micropore
• Lớp hoạt tính polyamide: Dày chỉ 0.2 micron, có lỗ rỗng 0.0001 micron (100 lần nhỏ hơn vi khuẩn nhỏ nhất), quyết định khả năng tách

Lỗ rỗng siêu nhỏ này chỉ cho phép phân tử nước (kích thước 0.00028 micron) đi qua, trong khi giữ lại 99% muối hòa tan, 100% vi khuẩn (0.5-5 micron), virus (0.01-0.3 micron), và các phân tử hữu cơ lớn hơn 200 Dalton.

Các dạng module màng:

• Spiral-wound (cuộn xoắn ốc): Phổ biến nhất cho ứng dụng công nghiệp, diện tích màng 30-40 m² trong một module đường kính 20 cm. Tỷ lệ thu hồi nước 50-75%.
• Hollow fiber (sợi rỗng): Mật độ diện tích cao hơn nhưng dễ tắc, thường dùng cho nước đã qua tiền xử lý kỹ.
• Tubular (ống): Chịu được nước đục cao, dễ vệ sinh nhưng diện tích màng thấp, chi phí cao.

---> Nếu bạn quan tâm hãy tham khảo [Báo giá máy lọc nước cho nhà máy, nhà xưởng, công ty]

3.2. Ứng dụng trong ngành sữa

Trong công thức sữa bột, sữa đặc, đồ uống sữa, nước RO là thành phần chủ đạo quyết định độ hòa tan, độ ổn định nhũ tương và khả năng tái cấu trúc. Nước có TDS thấp (< 10 ppm) từ RO giúp:

• Tăng khả năng hòa tan: Bột sữa phân tán đều, không vón cục. Khoáng chất trong nước không cạnh tranh với các ion trong công thức, tránh tạo kết tủa canxi phosphate.
• Kiểm soát pH chính xác: Nước không chứa bicarbonate hay carbonate tự nhiên, dễ điều chỉnh pH về mức tối ưu 6.7-6.8 cho sữa bò, 6.4-6.6 cho sữa dê.
• Bảo toàn hương vị tự nhiên: Loại bỏ hoàn toàn các ion gây mặn (Na⁺, Cl⁻), kim loại gây tanh (Fe³⁺, Cu²⁺), hợp chất hữu cơ gây mùi.

Hệ thống làm sạch tại chỗ (Cleaning-In-Place) trong nhà máy sữa yêu cầu nước không để lại vết khô, không tạo cặn sau rửa. Nước RO đáp ứng yêu cầu này vì:

• Không tạo vết nước: TDS thấp, khi bay hơi không để lại muối khoáng trên bề mặt inox đã đánh bóng.
• Tăng hiệu quả tẩy rửa: Nước mềm giúp chất tẩy rửa tạo bọt tốt hơn, thâm nhập sâu vào lớp cặn protein.
• Tiết kiệm hóa chất: Không cần thêm chất làm mềm hay chất chống cặn trong chu trình CIP.

Bảo vệ thiết bị khỏi cặn bám: Các bề mặt trao nhiệt trong thiết bị thanh trùng, bộ cô đặc chân không, máy sấy phun cực kỳ nhạy cảm với cặn khoáng. Lớp cặn dày chỉ 0.5 mm có thể giảm 25% hiệu suất truyền nhiệt, buộc tăng nhiệt độ vận hành và nguy cơ làm cháy khét sữa. Nước RO có độ cứng gần bằng 0, silica < 1 ppm, loại bỏ hoàn toàn vấn đề này.

---> Tham khảo thông tin liên quan [Chống ăn mòn & Cặn bám nồi hơi: 3 Nguyên nhân & Giải pháp]

3.3. Các bước tiền xử lý BẮT BUỘC cho RO

Màng RO cực kỳ nhạy cảm với các tác nhân hủy hoại như clo tự do, cặn lơ lửng, vi sinh vật sinh màng, các muối khó tan. Tuổi thọ màng (thường 3-5 năm) phụ thuộc hoàn toàn vào chất lượng tiền xử lý. Bỏ qua bất kỳ bước nào đều dẫn đến hỏng màng sớm, làm tăng chi phí vận hành.

Lọc than hoạt tính - Bước BẮT BUỘC đầu tiên: Clo và chloramine là sát thủ số một của màng polyamide RO. Nồng độ clo tự do chỉ cần 0.1 ppm trong thời gian ngắn đã gây oxi hóa không hồi phục lớp polyamide, tạo lỗ rỗng lớn làm giảm khả năng loại muối và tăng TDS nước sản phẩm.

Than hoạt tính loại bỏ clo theo cơ chế: 2Cl₂ + C + 2H₂O → 4HCl + CO₂

Bên cạnh đó, than hoạt tính hấp phụ hiệu quả các hợp chất hữu cơ (dầu mỡ, chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu), chất màu, mùi vị không mong muốn. Cần thay than định kỳ 12-18 tháng hoặc khi phát hiện clo vượt quá 0.05 ppm ở đầu ra.

Kiểm tra dư lượng clo bắt buộc: Cài đặt cảm biến clo online hoặc kiểm tra thủ công bằng bộ test kit OTO (Orthotolidine) trước mỗi ca vận hành. Nếu phát hiện clo dư > 0.1 ppm, dừng bơm RO ngay lập tức và tăng lượng than hoạt tính hoặc thêm chất khử clo như sodium bisulfite (NaHSO₃) liều 3-5 mg/L cho mỗi 1 mg/L clo.

Lọc tinh 5-1 micron:

• Hạt than hoạt tính vỡ vụn: Từ lớp lọc than do dòng chảy mạnh hoặc rửa ngược không đều.
• Cặn sắt, mangan: Nếu hệ thống oxi hóa - lọc thô không hoàn hảo.
• Vi sinh vật tập hợp: Kích thước lớn hơn 5 micron.

Lõi lọc tinh làm từ polypropylene ép nhiệt hoặc sợi polyester quấn, thay thế khi chênh áp vượt 1 bar hoặc mỗi 3-6 tháng. Không nên chờ đến khi tắc hoàn toàn vì hạt cặn có thể bị đẩy qua làm thủng màng RO.

Dù đã làm mềm, nước vẫn chứa các muối có xu hướng kết tủa khi nồng độ tăng cao trong dòng nước thải RO, đặc biệt:

• Canxi sulfate (CaSO₄): Kết tủa khi độ bão hòa vượt 200%
• Canxi carbonate (CaCO₃): Kết tủa ở pH > 8 và nhiệt độ cao
• Silica (SiO₂): Kết tủa dạng gel không hòa tan khi nồng độ > 120 ppm

Chất chống cặn (thường là polymer axit phosphonic hoặc polycarboxylic) được bơm định lượng liên tục vào dòng nước cấp RO với liều 2-5 mg/L. Chúng hoạt động bằng cách:

• Kìm hãm sự phát triển tinh thể muối
• Biến dạng tinh thể, giữ chúng ở dạng bùn huyền phù dễ rửa trôi
• Phân tán các hạt nhỏ, ngăn tích tụ trên màng

Điều chỉnh pH nếu cần:

• Hạ pH: Thêm acid sulfuric (H₂SO₄) hoặc acid hydrochloric (HCl)
• Tăng pH: Thêm sodium hydroxide (NaOH) - ít dùng vì tăng nguy cơ cặn

---> Thông tin uy tín đáng để bạn quan tâm [Lắp đặt hệ thống lọc nước RO chạy thận nhân tạo đạt chuẩn Bộ Y Tế tại VITEKO]

IV. Các phương pháp khử trùng nước cấp trong nhà máy sữa

Khử trùng là bước xử lý cuối cùng và quyết định, loại bỏ mọi vi sinh vật còn sót lại sau các giai đoạn lọc vật lý. Ba phương pháp chính - UV, Ozone và Clorine - có cơ chế diệt khuẩn khác nhau, phù hợp cho từng điểm trong dây chuyền xử lý nước.

4.1. Khử trùng bằng tia cực tím (UV)

Đèn UV là công nghệ khử trùng không hóa chất, lý tưởng cho điểm sử dụng cuối (point-of-use) ngay trước nước đi vào sản xuất. Đây là giải pháp an toàn nhất vì không tạo sản phẩm phụ độc hại và không ảnh hưởng đến hương vị nước.

Tia UV bước sóng 254 nm (UV-C) thuộc vùng sát trùng mạnh nhất, có khả năng xuyên qua thành tế bào vi sinh vật và hấp thụ trực tiếp vào DNA/RNA. Năng lượng UV gây tổn thương cấu trúc di truyền:

• Tạo dimer thymine: Hai phân tử thymine kế cận trên chuỗi DNA liên kết chéo với nhau.
• Ngăn chặn phân chia DNA: Vi sinh vật mất khả năng phân chia tế bào.
• Vô hiệu hóa enzyme: Ngay cả khi tế bào sống sót, chức năng sinh học bị phá hủy.

Hiệu quả diệt khuẩn phụ thuộc liều lượng UV tính bằng mJ/cm² (năng lượng trên diện tích). Liều tiêu chuẩn 30 mJ/cm² loại bỏ 99.99% vi khuẩn phổ biến, 40 mJ/cm² cho vi khuẩn kháng cao như Cryptosporidium.

Ưu điểm vượt trội:

• Không hóa chất: Hoàn toàn vật lý, không thay đổi thành phần nước, không tạo sản phẩm phụ chlorine như trihalomethanes (THMs) có nguy cơ gây ung thư.
• Tốc độ tức thời: Thời gian tiếp xúc chỉ vài giây, không cần bể chứa lớn.
• Phổ diệt khuẩn rộng: Hiệu quả với vi khuẩn, virus, nấm mốc, bào tử và ngay cả một số protozoa.
• Dễ tích hợp: Module UV nhỏ gọn, lắp trực tiếp trên đường ống, vận hành tự động.

Hạn chế cần lưu ý:

• Không tồn lưu: Sau khi nước rời khỏi buồng chiếu UV, không còn tác dụng diệt khuẩn. Nếu có tái nhiễm trong đường ống phân phối, UV không bảo vệ được.
• Ảnh hưởng độ đục: Nước có độ đục > 5 NTU hoặc màu cao làm giảm khả năng xuyên thấu của tia UV, giảm hiệu quả. Bắt buộc phải qua lọc tinh trước.
• Bảo trì đèn: Cường độ UV giảm dần theo thời gian, cần thay đèn mỗi 9000-12000 giờ vận hành (khoảng 1 năm liên tục). Ống thạch anh bao bọc đèn cần vệ sinh định kỳ loại cặn bám.

Đặt module UV ngay sau bể chứa nước RO, trước điểm phân phối vào các thiết bị sản xuất. Lưu lượng thiết kế 100-120% công suất sử dụng cao nhất để đảm bảo liều UV đủ ngay cả khi lưu lượng đột biến.

---> Tham khảo thông tin liên quan [Chống ăn mòn & Cặn bám nồi hơi: 3 Nguyên nhân & Giải pháp]

4.2. Khử trùng bằng Ozone (O₃)

Ozone là chất oxi hóa mạnh thứ hai sau Fluorine, có khả năng diệt khuẩn vượt trội so với Clo nhưng chi phí đầu tư và vận hành cao hơn. Thích hợp cho nhà máy quy mô lớn, yêu cầu chất lượng nước đặc biệt cao.

Ozone (O₃) là dạng allotrop của oxy, phân tử không bền chứa oxy nguyên tử hoạt động mạnh. Khi tiếp xúc với vi sinh vật:

• Phá vỡ thành tế bào: O₃ oxi hóa lipid trong màng tế bào, tạo lỗ rỗng làm rò rỉ cytoplasm.
• Oxi hóa protein enzyme: Phá hủy các enzyme thiết yếu cho quá trình trao đổi chất.
• Phá hủy vật liệu di truyền: Tấn công trực tiếp DNA/RNA tương tự UV nhưng mạnh hơn.

Nồng độ ozone 0.3-2.0 mg/L với thời gian tiếp xúc 5-10 phút diệt 99.99% vi khuẩn, virus. Ozone diệt cryptosporidium và giardia hiệu quả hơn clo hàng trăm lần.

Ưu điểm đáng chú ý:

• Sức diệt khuẩn cực mạnh: Hiệu quả 50 lần clo đối với vi khuẩn, 5000 lần với virus.
• Phân hủy tự nhiên: O₃ không bền, phân hủy thành O₂ sau 20-30 phút, không để lại dư lượng hóa chất độc hại trong nước.
• Khử màu, mùi: Oxi hóa các hợp chất hữu cơ gây màu (humic acid) và mùi (H₂S, mercaptan).
• Cải thiện hương vị: Loại bỏ các hợp chất sinh mùi từ tảo, vi khuẩn phân hủy.

Nhược điểm và thách thức:

• Chi phí đầu tư cao: Máy phát ozone (ozone generator), hệ thống phân phối, bình tiếp xúc, thiết bị phá hủy ozone dư... tổng đầu tư gấp 3-5 lần UV.
• Tiêu tốn năng lượng: Sản xuất O₃ từ O₂ bằng phóng điện corona tiêu tốn 10-15 kWh cho mỗi kg O₃.
• An toàn lao động: O₃ là khí độc, nồng độ > 0.1 ppm trong không khí gây kích ứng đường hô hấp. Cần hệ thống thông gió tốt, cảm biến O₃ môi trường.
• Ăn mòn: O₃ oxi hóa mạnh, chỉ dùng được vật liệu inox 316, PTFE, PVC. Không dùng được thép thường, đồng, cao su tự nhiên.

Ozone thích hợp cho khử trùng nước vệ sinh CIP, nước rửa bình, nước làm mát. Không khuyến nghị dùng trực tiếp cho nước pha chế sữa vì cần thiết bị phá hủy O₃ dư phức tạp.

---> Thông tin uy tín đáng để bạn quan tâm [Lắp đặt hệ thống lọc nước RO chạy thận nhân tạo đạt chuẩn Bộ Y Tế tại VITEKO]

4.3. Sử dụng Clorine (hoặc NaClO)

Clo và các dẫn xuất (sodium hypochlorite - NaClO, calcium hypochlorite) là chất khử trùng kinh tế nhất, được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước sinh hoạt và công nghiệp. Tuy nhiên, trong ngành sữa, clo chỉ phù hợp cho một số giai đoạn nhất định.

Khi hòa tan trong nước, clo tạo thành hỗn hợp các dạng hoạt tính:

• Cl₂ + H₂O → HOCl + HCl
• HOCl ⇌ H⁺ + OCl⁻

Acid hypochlorous (HOCl) là dạng diệt khuẩn mạnh nhất, xuyên qua màng tế bào vi sinh vật và oxi hóa enzyme, protein. Hiệu quả HOCl cao hơn OCl⁻ (ion hypochlorite) 80-100 lần, vì vậy clo hiệu quả nhất ở pH 6-7 khi HOCl chiếm ưu thế.

---> Tham khảo các hệ thống lọc nước công nghiệp chất lượng của VITEKO [TẠI ĐÂY]

Ưu điểm kinh tế:

• Chi phí cực thấp: 50-100 lần rẻ hơn ozone, 5-10 lần rẻ hơn UV.
• Tác dụng tồn lưu: Dư lượng clo 0.2-0.5 ppm trong đường ống phân phối ngăn ngừa tái phát triển vi sinh vật, rất quan trọng cho hệ thống dài.
• Dễ kiểm soát: Đo nồng độ clo dư bằng thiết bị đơn giản, điều chỉnh liều lượng dễ dàng.
• Sẵn có: Nguồn cung dồi dào, vận chuyển bảo quản đơn giản (dạng lỏng NaClO 12-15%).

Nhược điểm nghiêm trọng trong ngành sữa:

• Phá hủy màng RO: Clo oxi hóa lớp polyamide không hồi phục. BẮT BUỘC phải loại bỏ hoàn toàn clo trước khi nước vào RO bằng than hoạt tính hoặc sodium metabisulfite.
• Tạo hợp chất phụ độc hại: Clo phản ứng với chất hữu cơ trong nước tạo trihalomethanes (THMs) như chloroform, và haloacetic acids (HAAs) - các chất có nguy cơ gây ung thư theo WHO.
• Ảnh hưởng hương vị: Dư lượng clo trong nước sản phẩm tạo mùi vị thuốc sát trùng, không chấp nhận được trong sữa.
• Kém hiệu quả với bào tử: Cryptosporidium và một số bào tử vi khuẩn kháng clo, cần liều rất cao.

---> Tham khảo thêm [Thông tin chi tiết về hóa chất khử Oxy cho nước nồi hơi]

4.4. Lựa chọn phương pháp phù hợp

Không có một phương pháp khử trùng duy nhất tối ưu cho mọi điểm trong hệ thống nước cấp. Chiến lược hợp lý là kết hợp nhiều công nghệ theo nguyên tắc multiple barrier (đa rào cản).

Sơ đồ khử trùng đề xuất cho nhà máy sữa:

• Nước thô đầu vào: Clo 1-2 ppm để kiểm soát vi sinh trong bể chứa, đường ống tiền xử lý. Thời gian tiếp xúc tối thiểu 30 phút.
• Sau lọc than hoạt tính: Kiểm tra đảm bảo clo dư < 0.05 ppm trước màng RO.
• Sau hệ thống RO: UV 30-40 mJ/cm² làm rào cản cuối cùng trước bể chứa nước sản phẩm.
• Nước CIP tuần hoàn: Ozone 0.5-1.0 mg/L hoặc UV liều cao 60 mJ/cm² để duy trì vô trùng liên tục.

---> Tham khảo thêm [Kiểm soát chất lượng nước cấp trong nhà máy điện tử]

*Bảng so sánh tổng hợp

Tiêu chí	UV	Ozone	Clorine
Hiệu quả diệt khuẩn	Rất cao (99.99%)	Cực cao (99.999%)	Cao (99.9%)
Tác dụng tồn lưu	Không	Không	Có
Chi phí đầu tư	Trung bình	Cao	Thấp
Chi phí vận hành	Thấp	Cao (điện năng)	Rất thấp
An toàn vận hành	An toàn	Nguy hiểm (khí độc)	Trung bình (hóa chất)
Sản phẩm phụ độc	Không	Không	Có (THMs, HAAs)
Phù hợp với RO	Hoàn hảo	Tốt	Không - phá hủy màng
Ứng dụng lý tưởng	Nước sản xuất sau RO	Nước vệ sinh CIP	Tiền xử lý nước thô

V. Sơ đồ công nghệ xử lý nước cấp điển hình cho nhà máy chế biến sữa

Xây dựng hệ thống xử lý nước cấp hoàn chỉnh đòi hỏi tích hợp logic nhiều giai đoạn công nghệ, từ đơn giản đến phức tạp, tạo thành chuỗi xử lý liên hoàn.

Mỗi giai đoạn giải quyết một nhóm vấn đề cụ thể, đồng thời chuẩn bị điều kiện tối ưu cho giai đoạn tiếp theo. Sơ đồ dưới đây mô tả dây chuyền xử lý tiêu chuẩn cho nhà máy sữa công suất trung bình 50-100 m³/ngày.

Giai đoạn 1: Tiền xử lý

Giai đoạn tiền xử lý loại bỏ các tạp chất thô, cặn lớn và điều hòa đặc tính nước trước khi đi vào các công nghệ xử lý tinh vi. Đây là "lá chắn" đầu tiên bảo vệ các thiết bị đắt tiền ở các giai đoạn sau.

Bước 1: Bể tiếp nhận nước thô

Nước từ giếng khoan hoặc nguồn cấp công cộng được bơm vào bể chứa đầu vào (raw water tank) dung tích 20-30% lượng tiêu thụ ngày. Bể này có nhiều chức năng:

• Cân bằng lưu lượng giữa nguồn cung cấp không đều và nhu cầu sản xuất liên tục
• Cho phép cặn nặng lắng xuống đáy tự nhiên
• Tạo thời gian dư để xử lý sự cố nguồn nước
• Điểm bơm clo ban đầu để tiền khử trùng

---> Thông tin quan trọng [Tiêu chuẩn nước sản xuất thực phẩm theo QCVN]

Bước 2: Bơm cấp và lọc thô

Bơm ly tâm đẩy nước qua hệ thống lưới lọc thô (screen filter) 100-200 mesh loại bỏ rác thô: lá cây, côn trùng, tảo lớn, hạt cát. Lưới inox tự động rửa ngược khi chênh áp vượt 0.3 bar. Dòng nước tiếp tục qua bể trộn nhanh để phân tán đều hóa chất keo tụ nếu có.

Bước 3: Keo tụ - Tạo bông (Coagulation-Flocculation)

Nếu nước có độ đục cao (> 50 NTU), màu sắc từ chất hữu cơ hoặc sét keo, cần qua bể keo tụ:

• Bể trộn nhanh (1-3 phút): Thêm chất keo tụ PAC (Poly Aluminum Chloride) 20-50 mg/L hoặc phèn nhôm 30-80 mg/L tùy độ đục. Khuấy mạnh 100-150 rpm để phân tán hóa chất, trung hòa điện tích hạt keo.
• Bể tạo bông (20-30 phút): Khuấy chậm 20-30 rpm để các hạt vi mô va chạm, kết dính thành bông cặn (floc) kích thước 1-5 mm. Bổ sung polymer tạo bông (flocculant) 0.5-2 mg/L nếu cần tăng kích thước bông.

Bước 4: Lắng trong và Tuyển nổi DAF

Bể lắng nằm ngang hoặc đứng cho phép bông cặn lắng xuống đáy với vận tốc 0.5-1.0 m/h. Nước trong tràn ra từ máng thu phía trên. Cặn đáy được hút ra định kỳ bằng hệ thống gạt cặn tự động.

Đối với nước có dầu mỡ, cặn nhẹ nổi (như tảo), bổ sung hệ thống DAF (Dissolved Air Flotation). Không khí được hòa tan vào nước tái tuần hoàn ở áp suất 5-6 bar, sau đó giải phóng tại bể DAF tạo bọt khí siêu mịn (20-50 micron). Các bọt khí bám vào cặn nhẹ, đẩy chúng nổi lên bề mặt để gạt ra.

Bước 5: Làm thoáng Oxy hóa

Tháp làm thoáng phun mưa hoặc sục khí tăng nồng độ oxy hòa tan từ 2-3 mg/L lên 7-8 mg/L. Oxy oxi hóa Fe²⁺ và Mn²⁺ hòa tan thành dạng kết tủa, đồng thời giải phóng CO₂, H₂S ra khỏi nước. Thời gian lưu trong tháp làm thoáng 5-10 phút.

---> Cùng VITEKO [Hướng dẫn cách chọn màng lọc RO phù hợp cho doanh nghiệp]

Giai đoạn 2: Xử lý Kim loại và Độ cứng

Sau khi loại bỏ cặn thô và oxy hóa kim loại, nước đi vào giai đoạn lọc và làm mềm chuyên sâu. Đây là giai đoạn then chốt bảo vệ màng RO và thiết bị trao nhiệt.

Bước 1: Bể lọc Sắt/Mangan

Bể lọc áp lực đứng chứa lớp Manganese Green Sand dày 1.0-1.2 m hoặc Birm (vật liệu xúc tác oxi hóa tự nhiên). Nước chảy từ trên xuống với tốc độ 10-15 m/h. Bề mặt vật liệu lọc đã phủ MnO₂ thúc đẩy phản ứng oxi hóa nhanh:

• 4Fe²⁺ + O₂ + 10H₂O → 4Fe(OH)₃↓ + 8H⁺
• Mn²⁺ + O₂ (xúc tác MnO₂) → MnO₂↓

Cặn sắt và mangan kết tủa bị giữ lại trong lớp lọc. Khi chênh áp tăng 0.5 bar, rửa ngược tự động 15 phút với nước sạch và khí nén. Tái sinh lớp MnO₂ bằng KMnO₄ mỗi 1-2 tuần.

Bước 2: Bể làm mềm (Softener)

Hai bể làm mềm làm việc xen kẽ, một vận hành trong khi bể kia tái sinh, đảm bảo cung cấp liên tục. Mỗi bể chứa 1.5-2.0 m³ nhựa trao đổi ion Cation dạng Na⁺. Thông số vận hành:

• Tốc độ lọc: 15-25 m³/m²/giờ (tùy dung lượng nhựa)
• Chu kỳ vận hành: 8-12 giờ (tùy độ cứng nước thô)
• Tín hiệu tái sinh: Khi phát hiện độ cứng nước sản phẩm > 5 ppm CaCO₃

Quy trình tái sinh tự động điều khiển bởi van đa cổng hoặc bộ điều khiển PLC:

• Rửa ngược 10 phút, 40 m/h
• Hút muối 30-60 phút, dung dịch NaCl 10% từ bể muối bão hòa
• Rửa chậm 20 phút, đẩy muối qua toàn bộ lớp nhựa
• Rửa nhanh 10 phút, đến khi nước ra có độ cứng < 2 ppm

Tiêu thụ muối NaCl: 150-200 g/1000 lít nước xử lý.

---> Tham khảo thêm [Kiểm định hệ thống nước dược phẩm: Quy trình IQ, OQ, PQ] Chi tiết

Bước 3: Kiểm tra chất lượng trung gian

Sau làm mềm, nước cần đạt:

• Độ cứng tổng: < 2 ppm CaCO₃
• Sắt (Fe): < 0.1 ppm
• Mangan (Mn): < 0.05 ppm
• Độ đục: < 1 NTU

Nếu không đạt, quay lại kiểm tra hiệu suất lọc sắt/mangan hoặc điều chỉnh tái sinh softener.

Giai đoạn 3: Lọc Tinh và Hấp phụ

Giai đoạn này loại bỏ tạp chất hòa tan (clo, hợp chất hữu cơ, màu, mùi) và cặn vi mô cuối cùng, chuẩn bị nước đạt tiêu chuẩn cho màng RO.

Bước 1: Bể lọc Than hoạt tính (Activated Carbon Filter)

Bể lọc áp lực chứa 1.0-1.5 m than hoạt tính dạng hạt (GAC - Granular Activated Carbon) kích thước 0.6-2.5 mm. Than hoạt tính có diện tích bề mặt cực lớn (800-1200 m²/g) nhờ cấu trúc micropore, hấp phụ mạnh:

• Clo tự do và chloramine: Phản ứng hóa học khử hoàn toàn trong vài giây, bảo vệ màng RO
• Chất hữu cơ: Pesticide, dầu khoáng, chất hoạt động bề mặt, tannin, humic acid
• Màu và mùi: Từ phân hủy thực vật, vi khuẩn sinh mùi

Thông số vận hành:

• Tốc độ lọc: 10-15 m³/m²/giờ
• Thời gian tiếp xúc giường trống (EBCT): Tối thiểu 5 phút để hấp phụ hiệu quả
• Rửa ngược: Mỗi 2-3 ngày, 15 phút, để loại cặn vi sinh và tái phân bố than

Thay than hoạt tính mới hoặc tái sinh nhiệt mỗi 12-18 tháng khi phát hiện clo vượt ngưỡng hoặc màu/mùi không loại hết.

---> Thông tin nên tham khảo [Điều chỉnh pH nước: Hóa chất & Thiết bị phù hợp]

Bước 2: Lọc tinh Cartridge 5 micron

Lõi  lọc tinh lắp trong vỏ màng inox đặt ngay trước bơm cao áp RO. Lõi lọc polypropylene ép nhiệt (melt-blown) hoặc sợi quấn có cấu trúc thay đổi, lớp ngoài lọc thô 10-20 micron, lớp trong lọc tinh 5 micron. Thiết kế này tăng diện tích bề mặt và thời gian sử dụng.

Thay lõi lọc khi:

• Chênh áp vượt 1.0 bar (báo hiệu tắc)
• Thời gian sử dụng đạt 3-6 tháng
• Trước khi khởi động RO sau thời gian dừng dài (> 1 tuần)

Giai đoạn 4: Xử lý Nâng Cao - Thẩm thấu ngược (RO)

Trọng tâm của toàn bộ hệ thống xử lý nước, giai đoạn RO tạo ra nước siêu tinh khiết đạt chuẩn dược phẩm. Cấu hình thường là hệ thống 2 đường (2-pass) cho chất lượng cao nhất hoặc 1 đường (single-pass) cho ứng dụng tiêu chuẩn.

Cấu trúc hệ thống RO tiêu chuẩn:

• Bơm cao áp: Sử dụng bơm piston hoặc bơm plunger để nâng áp suất nước lên 8-15 bar đối với nước ngọt và 15-25 bar đối với nước lợ. Công suất bơm được thiết kế đạt 120% lưu lượng danh định nhằm đảm bảo vận hành ổn định khi lưu lượng đầu vào biến động.
• Cụm màng RO (Membrane Array): Gồm 4-8 vỏ màng áp lực bằng inox hoặc composite, mỗi vỏ chứa 4-7 module màng dạng xoắn (spiral-wound). Tổng diện tích màng dao động từ 200-500 m² tùy theo quy mô hệ thống. Các màng được bố trí kết hợp song song và nối tiếp để tối ưu hóa áp suất vận hành và tỷ lệ thu hồi nước.
• Bơm định lượng Antiscalant: Sử dụng bơm màng PTFE hoặc bơm piston ceramic để châm hóa chất chống cáu cặn vào dòng nước trước khi vào RO, với lưu lượng châm chiếm khoảng 0,02-0,05% lưu lượng nước cấp. Hệ thống được điều khiển tự động thông qua tín hiệu từ lưu lượng kế.

---> Tham khảo nội dung [Nước tinh khiết USP ngành dược phẩm: Yêu cầu và cách đạt tiêu chuẩn]

Thông số vận hành điển hình:

Thông số	Giá trị
Áp lực vào	10-14 bar
Tỷ lệ thu hồi	50-75%
TDS nước cấp	200-500 ppm
TDS nước sản phẩm	< 10 ppm
Độ loại muối	97-99%
Nhiệt độ nước	15-30°C (tối ưu 25°C)
pH nước cấp	6.0-7.0

Giám sát và cảnh báo:

• Hệ thống điều khiển tự động (PLC hoặc SCADA) giám sát liên tục:
• TDS nước sản phẩm: Cảnh báo nếu > 15 ppm, dừng bơm nếu > 25 ppm
• Chênh áp màng: Cảnh báo nếu tăng > 10% so với ban đầu (dấu hiệu bẩn màng)
• Lưu lượng nước thải: Duy trì tỷ lệ permeate/concentrate ổn định
• Áp lực bơm: Ngắt nếu vượt 120% áp suất làm việc tối đa

Khi chênh áp tăng 15% hoặc TDS tăng 10% so với ban đầu, cần làm sạch màng. Quy trình CIP cho màng RO:

• Tẩy rửa kiềm: Dung dịch NaOH 0.1% + EDTA 0.05%, pH 11-12, tuần hoàn 60 phút ở 30-35°C. Loại bỏ fouling hữu cơ, protein, dầu mỡ
• Rửa trung gian: Nước RO đến pH trung tính
• Tẩy rửa acid: Dung dịch HCl 0.2% hoặc citric acid 1%, pH 2-3, tuần hoàn 60 phút ở 30-35°C. Loại bỏ cặn vô cơ, silicate
• Rửa cuối: Nước RO đến dẫn điện < 50 µS/cm

---> Tham khảo các hóa chất chống cáu cặn màng RO hiệu quả, giá tốt [TẠI ĐÂY]

Giai đoạn 5: Khử trùng

Giai đoạn khử trùng cuối cùng loại bỏ mọi vi sinh vật còn sót lại sau màng RO (nếu có màng bị vi lỗ) hoặc nhiễm trong quá trình lưu trữ.

Hệ thống UV công suất cao:

• Module UV đa đèn: 4-8 đèn UV công suất 80-150W mỗi đèn, bước sóng 254 nm, lắp song song trong buồng inox 316 đánh bóng gương.
• Liều UV thực tế: 40-60 mJ/cm² (cao hơn tiêu chuẩn 30 mJ/cm² để bù suy giảm cường độ đèn theo thời gian).
• Cảm biến cường độ UV: Đặt tại vị trí đại diện, cảnh báo khi cường độ giảm < 70% ban đầu.

Vệ sinh ống thạch anh: Ống bao bọc đèn UV cần vệ sinh mỗi 3 tháng để loại bỏ cặn bám (thường là canxi carbonate từ nước cứng hoặc sắt oxit). Sử dụng dung dịch acid citric 5% tuần hoàn trong buồng UV 30 phút, sau đó rửa sạch bằng nước RO.

Thay đèn định kỳ: Thay đèn UV mỗi 9000-12000 giờ hoặc 12-15 tháng vận hành liên tục, ngay cả khi đèn vẫn sáng vì cường độ UV-C giảm dần không nhìn thấy bằng mắt thường.

---> Hãy tham khảo thêm thông tin [Nanofiltration: Công nghệ lọc Nano (NF) hiện đại]

Hệ thống Hỗ trợ và Giám sát

Ngoài các giai đoạn xử lý chính, hệ thống cần các thành phần hỗ trợ quan trọng.

Bể chứa nước RO (RO Water Tank):

• Dung tích: 30-50% tiêu thụ ngày, thường 20-50 m³ cho nhà máy vừa
• Vật liệu: Inox 316 hoặc composite thực phẩm (PE, FRP) với lớp lót được cấp phép FDA
• Thiết kế: Nắp kín khí, hệ thống thông khí qua lọc HEPA 0.3 micron, van tràn chống đầy quá mức
• Hệ thống tuần hoàn UV: Nước trong bể tuần hoàn liên tục qua UV để duy trì vô trùng, vận tốc 1-2 lần thể tích bể/giờ

Bể chứa hóa chất:

• Bể PAC/Phèn: PE 500-1000 lít, có khuấy trộn
• Bể Antiscalant: HDPE 200-500 lít, tránh ánh sáng
• Bể muối NaCl: PE 1000-2000 lít, có phao báo mức thấp
• Bể CIP: Inox 316, 500-1000 lít, có hệ thống gia nhiệt đến 85°C

Hệ thống giám sát tập trung:

• Cảm biến đo TDS online: Đầu vào và đầu ra RO, bể chứa nước sản phẩm
• Đồng hồ đo lưu lượng: Điện từ hoặc tuabin, độ chính xác ±1%, tại nước cấp, nước sản phẩm, nước thải
• Cảm biến áp suất: Tại các điểm then chốt - đầu vào/ra bơm, trước/sau mỗi bể lọc, đầu vào/ra màng RO
• Đầu dò pH/ORP: Giám sát hiệu quả hóa chất, kiểm soát CIP
• Tủ điều khiển PLC/SCADA: Siemens, Allen-Bradley hoặc tương đương, màn hình HMI 10-15 inch cảm ứng, ghi dữ liệu 6-12 tháng, báo cáo tự động

Lưu trữ hồ sơ theo HACCP:

• Nhật ký vận hành hàng ca: Áp suất, lưu lượng, TDS, clo dư
• Kết quả phân tích vi sinh: Mẫu nước sản phẩm hàng tuần
• Kết quả phân tích hóa lý đầy đủ: Mẫu nước sản phẩm hàng tháng
• Lịch sử bảo trì: Thay thế vật liệu lọc, đèn UV, màng RO, tái sinh nhựa
• Chứng chỉ chất lượng hóa chất: PAC, NaCl, Antiscalant, hóa chất CIP
• Hiệu chuẩn thiết bị đo: 6-12 tháng/lần với chuẩn traceable (Có thể theo dõi được, có thể truy vết nguồn gốc).

---> Xem thêm về [Công nghệ EDI kết hợp RO: Giải pháp tạo ra nước siêu tinh khiết]

VI. Kết luận

Công nghệ xử lý nước cấp cho nhà máy chế biến sữa không phải là một giải pháp đơn lẻ mà là sự tích hợp thông minh nhiều công nghệ bổ trợ lẫn nhau, từ tiền xử lý cơ bản đến màng RO tiên tiến và khử trùng cuối cùng.

Mỗi giai đoạn đóng vai trò không thể thay thế, loại bỏ một nhóm tạp chất cụ thể và chuẩn bị điều kiện tối ưu cho bước tiếp theo.

Quy trình xử lý đầy đủ bao gồm tiền xử lý (lọc thô, keo tụ, làm thoáng), xử lý kim loại và độ cứng (lọc sắt/mangan, làm mềm), lọc tinh (than hoạt tính, cartridge), RO và khử trùng UV/Ozone tạo nên rào cản đa tầng (multiple barrier) vững chắc.

---> Hãy tham khảo [Hệ thống lọc RO là gì? Nguyên lý hoạt động chi tiết]

Đầu tư vào hệ thống xử lý nước chuyên nghiệp mang lại lợi ích lâu dài vượt xa chi phí ban đầu: chất lượng sản phẩm ổn định với hương vị tự nhiên, tuân thủ tiêu chuẩn HACCP/ISO 22000/GMP/QCVN 6-1/BYT, bảo vệ thiết bị sản xuất khỏi cặn bám và ăn mòn, giảm chi phí năng lượng và bảo trì, tăng uy tín thương hiệu và khả năng cạnh tranh.

Việc xác định đúng yêu cầu chất lượng nước và nắm rõ các bước thiết kế hệ thống là nền tảng để triển khai hiệu quả Công nghệ xử lý nước cấp cho nhà máy chế biến sữa.

Nếu bạn cần được tư vấn chuyên sâu hơn để lựa chọn giải pháp phù hợp với quy mô và điều kiện vận hành, vui lòng liên hệ Hotline 091 897 6655 (Miền Nam) hoặc Hotline 093 345 5566 (Miền Bắc) để được VITEKO hỗ trợ tư vấn lọc nước công nghiệp nhanh chóng.