Nông - Lâm - Ngư nghiệp - Công nghệ sản xuất sạch hơn (cleaner production)

1CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT SẠCH HƠN (CLEANER PRODUCTION) CBGD: TS. Võ Lê Phú Khoa Mơi Trường, ĐHBK TP. HCM Email: lephuvo@yahoo.com hoặc volephu@hcmut.edu.vn CÁC CƠ HỘI VỀ SẢN XUẤT SẠCH HƠN TRONG NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN CÁC KỸ THUẬT THỰC HIỆN SXSH
Quản lý nhà xưởng tốt; Thay đổi nguyên liệu đầu vào; Kiểm soát quy trình sản xuất tốt hơn; Cải tiến thiết bị, máy móc; Thay đổi công nghệ;  Thu hồi, tái sử dụng trong nhà máy; Sản xuất các sản phẩm có ích; Cải tiến sản phẩm. QUẢN LÝ NỘI VI TỐT Khóa chặt các van & kiểm tra đường ống tránh rò rỉ; Sửa chữa và thay thế những chỗ rò rỉ; Bảo quản nguyên liệu, tránh nhiễm bẩn; Đặt lưới chắn rác tại các hố ga để ngăn chất thải rắn đi vào dòng thải. 2QUẢN LÝ NỘI VI TỐT Làm vệ sinh khô trước khi cọ rửa bằng nước; Sử dụng nước tiết kiệm trong khâu vệ sinh; Thấm ướt sàn và thiết bị trước khi cọ rửa để chất bẩn bong ra trước khi cọ lần cuối; Giáo dục, nâng cao nhận thức cho công nhân. QUẢN LÝ NỘI VI TỐT Ví dụ Tiết kiệm nước từ công đoạn tách đá, rửa & phân cỡ Nguyên liệu và nước đá Nước thải Nguyên liệu đã phân cỡ Tách đá, rửa và phân cỡ Nước Điện QUẢN LÝ NỘI VI TỐT Sử dụng hỗn hợp nước và nước đá tràn ra khỏi thùng tách đá cho các công đoạn khác yêu cầu nước lạnh (vdï: công đoạn đánh vảy). cùng với việc tiết kiệm nước cũng có thể tiết kiệm năng lượng. QUẢN LÝ NỘI VI TỐT Ví dụ Quản lý nội vi trong kho lạnh Thực hiện nghiêm túc các quy trình xả tuyết các kho lạnh khi cần thiết. Nếu xả tuyết nhiều quá hoặc ít quá sẽ làm tăng tiêu thụ năng lượng. 3QUẢN LÝ NỘI VI TỐT Ví dụ Quản lý nội vi trong kho lạnh Các biện pháp bảo trì này có chi phí rất thấp nhưng đòi hỏi phải có những thay đổi về thói quen đối với người phụ trách hoặc công nhân vận hành. QUẢN LÝ NỘI VI TỐT Đảm bảo công suất của kho lạnh phù hợp với công suất sản xuất của nhà máy. Đảm bảo các phòng lạnh hoặc kho lạnh được cách nhiệt đúng cách và đóng khít bằng cửa tự đóng với các khe bịt kín THAY ĐỔI NGUYÊN LIỆU Kiểm tra chất lượng nguyên liệu; Thay cục đá to bằng đá vảy để ướp NL; Lựa chọn kích cỡ N L phù hợp với sản phẩm đang sản xuất; Kiểm tra nồng độ Chlorin phù hợp, vừa đủ; Thay tác nhân lạnh CFC bằng các chất khác không chứa Chlor hoặc Flour. THAY ĐỔI NGUYÊN LIỆU Ví dụ thay đổi NL đầu vào trong Quy trình cấp đông Sản phẩm đã chế biến Tác nhân lạnh bị thất thoát Sản phẩm đã cấp đông Bao gói, cấp đông & bảo quản Nước Điện Tác nhân lạnh (CFC hoặc NH3) 4THAY ĐỔI NGUYÊN LIỆU Thay thế tác nhân lạnh amoniac (NH3) cho CFC có thể rất tốn kém và ảnh hưởng đến nguồn tài chính của các nhà máy xí nghiệp. Tuy nhiên, điều này là cần thiết nhằm đảm bảo môi trường (bảo vệ tầng ozone) và tuân theo công ước Montreal. KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH TỐT HƠN Đảm bảo dây chuyền hợp lý không phải chờ đông hoặc phải bảo quản bằng đá; Duy trì nhiệt độ tối ưu của kho lạnh bảo quản thực phẩm; Tối ưu hoá quá trình vận hành hệ thống lạnh; Thực hiện chương trình bật - tắt và lắp đặt các đầu cảm biến để ngắt điện khi không sử dụng các bóng đèn và thiết bị. KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH TỐT HƠN Tối ưu hoá quá trình sản xuất nước đá. Theo tính toán và kiểm tra thực tế, theo định mức 500 cây đá cần: 1100 m ống Φ 42 cho dàn nóng; 1000 m ống Φ 42 cho dàn lạnh; Máy nén 125Hp = 90kW Tiêu hao điện năng : 3,2-3,5 kWh/cây đá 50kg. Khi vận hành, dàn nóng (ngưng tụ) cho nhiệt độ tăng 10C công suất điện tiêu hao sẽ tăng 1,5% (do đó giảm T,P ngưng tụ) Nhiệt độ dàn lạnh (bốc hơi) giảm 10C, năng suất làm lạnh giảm 4% do đó chi phí điện sẽ tăng. KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH TỐT HƠN Tối ưu hóa quá trình đốt của nồi hơi; Tối ưu hoá điều kiện làm việc (nhiệt độ, thời gian, hệ thống kiểm soát, bảo ôn) của thiết bị luộc, thanh trùng đối với các sản phẩm đồ hộp. Tối ưu hoá chế độ bảo quản nguyên liệu. (Thời gian, nhiệt độ, khối lượng, tỉ lệ nước đá/ nguyên liệu, trung bình làm lạnh 100kg thủy sản từ 300C xuống 00C cần 30-40kg nước đá). 5KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH TỐT HƠN Ví dụ Tối ưu hóa quy trình đánh vảy: Cá còn vảy Nước thải Vảy cá Cá đã được đánh vảy Đánh vảyNước Điện KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH TỐT HƠN Điều chỉnh chế độ vận hành phù hợp với chế độ đánh vảy giảm lượng nước sử dụng khoảng 30 – 60% mà không cần một khoảng đầu tư nào. Việc điều chỉnh cần dựa trên những đánh giá về hiệu suất hoạt động của TB. KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH TỐT HƠN Tại một XNCB cá, lượng nước sử dụng cho công đoạn đánh vảy khoảng 30 m3/giờ: Nước được cấp từ 3 vòi phun nước vào trống quay từ 3 hướng khác nhau. XN thực hiện đánh giá hiệu suất hoạt động của TB đánh vảy: cân khối lượng vảy cá từ mỗi mẻ và quan sát trực tiếp cá đã được đánh vảy. KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH TỐT HƠN Tuy nhiên, có một vòi phun nước không có ích và tỷ lệ phun từ 2 vòi còn lại có thể giảm đáng kể mà không làm giảm hiệu quả của quá trình đánh vảy. lượng nước tiêu thụ được giảm khoảng 1/3, còn khoảng 20m3/giờ. 6KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH TỐT HƠN Bảo ôn tốt các đường ống nhiệt nóng, lạnh, thiết kế chiều dài, các hệ thống phân phối hơi hợp lý; Cách nhiệt đúng cách các phòng lạnh và ống dẫn có chứa tác nhân lạnh; Kiểm tra hệ số công suất, độ căng của các dây đai. KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH TỐT HƠN Bảo ôn các bề mặt nóng (ống dẫn hơi nước, nồi nấu, van, bình chứng cất và nồi hấp) có thể làm giảm thất thoát nhiệt đáng kể; Sử dụng các bộ điều khiển tự động cung cấp hơi nước cho các nồi nấu; Ưu tiên sử dụng các thiết bị có hiệu suất năng lượng cao. KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH TỐT HƠN Tối ưu hóa chế độ vận hành của tháp giải nhiệt, điều chỉnh tốc độ quạt hợp lý tốc độ quạt quá cao có thể làm nước bị thổi ra khỏi tháp giải nhiệt. Sử dụng hợp lý Chlorin để tẩy trùng. Tẩy trùng trong chế biến thực phẩm là một trong những công dụng quan trọng của Chlorin, những ứng dụng khác là thanh trùng nước uống, khử trùng nước thải, sản xuất dược liệu và khoảng 96% hoá chất bảo vệ thực vật. Chlorin và các chất chuyển hoá từ Chlorin rất quan trong trong việc tiệt trùng các dụng cụ có tiếp xúc với thực phẩm. KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH TỐT HƠN • Nhiệt độ và nồng độ dung dịch Chlorin khuyến cáo sử dụng. • Nồng độ tối thiểu,mg/lít Nhiệt độ tối thiểu,0C pH 10 hay nhỏ hơn pH 8 hay nhỏ hơn • 25 49 49 • 50 38 24 • 100 13 13 7KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH TỐT HƠN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG Tối ưu hóa hiệu suất năng lượng của thiết bị: Duy trì T0 bay hơi càng cao càng tốt: T0bay hơi 10C thì tiêu hao năng lượng  3%; Duy trì T0 ngưng tụ càng thấp càng tốt:T0 ngưng tụ <10C thì tiêu hao năng lượng  3%; Giảm T0 nước làm mát của TB ngưng hơi trong máy lạnh. Nghỉ giải lao CẢI TIẾN THIẾT BỊ, MÁY MÓC Thay các van nước có kích cỡ phù hợp; Sử dụng vòi phun nước có áp lực cao và van khóa tự động; Bọc cách nhiệt tốt và thay thế vật liệu cách nhiệt amiang bằng polyurethane. Kho lạnh nên thiết kế nhiều buồng và có hành lang lạnh (phòng đệm); Thay hệ thống chiếu sáng bằng đèn compact (tuổi thọ dài hơn, giảm tiêu tốn điện năng); Tối ưu hóa kích thước kho lạnh. CẢI TIẾN THIẾT BỊ, MÁY MÓC Tại một XNCB cá fillet, lượng nước dùng ở công đoạn tách đá có thể giảm đến 80% bằng các GP SXSH. XN đã lắp đặt các van điều khiển theo mực nước để kiểm soát việc cung cấp nước trong quá trình tách đá. XN tiết kiệm được 120 m3 nước trong 1 ngày. 8CẢI TIẾN THIẾT BỊ, MÁY MÓC Có thể giảm việc tiêu thụ nước bằng cách điều chỉnh mức nước sử dụng theo yêu cầu thực tế. Nếu lắp đặt các van điều chỉnh lượng nước sử dụng có thể chỉ từ 50 – 65% và tiết kiệm được 0,2m3/tấn nguyên liệu. CẢI TIẾN THIẾT BỊ, MÁY MÓC Sử dụng các van từ (Solenoid) thường có hiệu quả hơn trong việc kiểm soát lượng nước tiêu thụ. Sử dụng hệ thống ngắt nước tự động sẽ giúp tiết kiệm ∼ 1m3 nước /tấn NL, đầu tư ban đầu khoảng 800USD. CẢI TIẾN THIẾT BỊ, MÁY MÓC Dùng các hệ thống vận chuyển rác thải/CTR có thể làm giảm nước tiêu thu; Lắp đặt các thiết bị để hạn chế hoặc kiểm soát dòng nước đối với qui trình làm sạch thủ công; Lắp đặt các đồng hồ đo tại các khu vực và công đoạn chế biến nhằm kiểm soát việc tiêu thụ nước. CẢI TIẾN THIẾT BỊ, MÁY MÓC Ví dụ Cải tiến quy trình thanh trùng: Sản phẩm đã đóng hộp Nước thải Sản phẩm đã thanh trùng Thanh trùng Nước Hơi nước 9CẢI TIẾN THIẾT BỊ, MÁY MÓC Đối với một số loại nồi thanh trùng không có bộ phận chứa nước, tiêu tốn NL cao hơn ∼ 75% so với nồi thanh trùng có bộ phận chứa nước. Lắp đặt bể chứa nước, vốn đầu tư thấp nhưng khả năng tiết kiệm nước và năng lượng rất đáng kể: khoảng 5-6 m3 và khoảng 173 kWh. CẢI TIẾN THIẾT BỊ, MÁY MÓC Gắn lớp cách nhiệt cho nồi hơi, có thể tiết kiệm 1,4 kg nhiên liệu/ 1 tấn sản phẩm đồ hộp. THAY ĐỔI CÔNG NGHỆ Thay cấp đông sản phẩm trong khay ở TB cấp đông gió bằng TB cấp đông tiếp xúc. Lột vỏ, bỏ đầu tôm không dùng nước; Làm lạnh bằng phương pháp ngược dòng đối với sản phẩm sau khi luộc; Sử dụng không khí nén thay cho sử dụng nước ở các công đoạn phù hợp. THAY ĐỔI CÔNG NGHỆ LOẠI BỎ PHẾ LIỆU BẰNG PP HÚT Một XNCB cá trích quy mô lớn đã thiết kế & lắp đặt TB mới nhằm hút loại bỏ phế liệu từ công đoạn cắt bỏ đầu cá. TB gồm có bơm hút, các đường ống và bộ phận tách bằng lốc xoáy. Lượng tiêu thụ nước đã giảm đáng kể và cũng làm giảm hàm lượng chất hữu cơ trong dòng thải. 10 THAY ĐỔI CÔNG NGHỆ Ví dụ Thay đổi công nghệ rã đông Sử dụng phương pháp rã đông mới -PP Lorenzo. Rã đông bằng nước nóng đến 30 –35oC và dùng máy sục khí khuấy nước làm tăng tiếp xúc giữa sản phẩm và nước. Lượng nước tiêu thụ giảm được 40% tức là khoảng 3m3/tấn NL. THAY ĐỔI CÔNG NGHỆ Phương pháp không khí ẩm: tận dụng dòng không khí ấm, ẩm và không sử dụng nước để rã đông. Năng lượng đầu vào ∼70kwh/ tấn NL giảm thất thoát NL và CLSP sau rã đông thường tốt hơn. Tiết kiệm được 5m3 nước rã đông/tấn NL. THAY ĐỔI CÔNG NGHỆ Ví dụ thay đổi công nghệ thu gom phế liệu Nước dùng để vận chuyển phế liệu có thể được lọc và tuần hoàn lại. GP này có thể tiết kiệm nước sử dụng nhưng mặt hạn chế cho các trạm xử lý cuối đường ống về sau. Thu gom phế liệu không dùng nước sẽ gom được nhiều phế thải hơn và làm tăng thu nhập nhờ bán phế liệu cho các XNCB bột cá hoặc thức ăn tôm. THAY ĐỔI CÔNG NGHỆ Có thể thu gom 0,3 – 0,5% trọng lượng NL nếu lắp đặt băng chuyền lọc. Tuỳ thuộc vào tình hình hoạt động của các XN mà mức thu gom có thể lên đến 1%. Sử dụng máy hút chân không để loại bỏ nội tạng cá có thể giảm khoảng 70% HL COD của nước thải. 11 THAY ĐỔI CÔNG NGHỆ Lượng tiêu thụ nước cũng giảm 67% và ước tính có thêm 5% phế liệu được thu hồi. Tuy nhiên, hệ thống này mới chỉ được áp dụng thử nghiệm tại một số xí nghiệp và cần rút kinh nghiệm nhiều hơn. THU HỒI, TÁI SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY Tái sử dụng nước làm mát sản phẩm sau luộc và hấp, nước giải nhiệt(theo nguyên tắc từ sạch đến dơ); Tái sử dụng nước mạ băng, ra khuôn; Tận dụng triệt để các chất thải rắn có thể để sản xuất phụ phẩm. THU HỒI, TÁI SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY Thu hồi nước ngưng để dùng lại cho nồi hơi; Tận dụng nhiệt thải ra từ các hệ thống (thí dụ khói thải nồi hơi; 1 tấn nước cấp cho nồi hơi tăng 100C sẽ giảm khoảng 1kg dầu đốt); THU HỒI, TÁI SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY Ví dụ tái sử dụng nước Tái sử dụng nước từ TB bóc tôm đã qua lọc, tiết kiêm 0,4 m3-1,8 m3/T NL (2-7% lượng nước sử dụng). Tuần hoàn nước làm mát sau khi thanh trùng đồ hộp. 12 THU HỒI, TÁI SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY Tái sử dụng nước trong quy trình luộc cá: Cá Nước thải chứa dầu & protein Cá đã luộc sơ Luộc sơ qua Nước Điện Hơi nước THU HỒI, TÁI SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY Dòng thải sinh ra từ quá trình luộc có chứa protein và các chất béo hòa tan. Lượng chất béo này chính là lượng dầu có trong cá. Tùy thuộc vào từng loại cá mà có thể dao động trong khoảng 3-10 g dầu/kg cá. THU HỒI, TÁI SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY Sử dụng lại nước luộc nhiều lần nếu như hớt bỏ dầu và đem bán cho các nơi sản xuất dầu cá. Điều này có thể làm giảm ô nhiễm nước thải trong dòng thải cuối cùng. Tận dụng nước luộc sau khi loại dầu để chế biến súp cá. THU HỒI, TÁI SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY Giữ kín và cách nhiệt TB luộc nhằm giảm thất thoát nhiệt, có thể tốn kém nhưng sẽ thu hồi vốn nhanh. Lắp đặt van thoát hơi cho hệ thống luộc- hấp kết hợp điều khiển tự động hoặc thủ công có thể giảm thất thoát hơi nước. 13 THU HỒI, TÁI SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY Ví dụ tái sử dụng nước Tận dụng nước rả đông để vận chuyển chất thải bằng máng hay để làm sạch bước đầu trong các khu vực cần vệ sinh; Tái sử dụng nước đá tan trong các khuôn suốt quá trình biến đổi để làm lạnh hơn cho hệ thống sản xuất nước lạnh; THU HỒI, TÁI SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY Ví dụ tái sử dụng nước Hơi nước ngưng từ một số công đoạn có thể tái sử dụng cho lò hơi. Các ống dẫn trong HT cũng nên được bảo ôn; Chỉ dùng lại nước thải cho các khâu không quan trọng. THU HỒI, TÁI SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY Tái sử dụng nước sau khi thanh trùng để tuần hoàn và làm nguội, sử dụng cho tháp làm lạnh. Sau khi đã tuần hoàn nhiều lần, dùng cho các hoạt động VS sàn nhà. Vốn đầu tư thấp (lắp đặt đường ống và bơm) & có thể sử dụng lại ∼ 85% lượng nước. SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM CÓ ÍCH Xương, nội tạng chế biến thức ăn gia súc; Thu gom mỡ chế biến để bán; Đối với một số loại thuỷ sản có thể thu vây, ruột, da để chế biến các loại SP giá trị như vỏ tôm chế biến Chitin, Chitosan.. 14 SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM CÓ ÍCH Phân loại sản phẩm có cùng kích cỡ; Sản xuất các sản phẩm thích hợp theo kích cỡ của nguyên liệu: Cá nhỏ sản xuất bột cá; Cá vừa đóng hộp; Cá lớn fillet sao cho giảm đến mức tối thiểu phế liệu. CÁC KỸ THUẬT TỐT NHẤT Thiết bị lột da; Thiết bị đánh vảy, loại bỏ đầu; Thiết bị rửa nguyên liệu; Thiết bị máy phân cỡ tôm; CÁC KỸ THUẬT TỐT NHẤT Thiết bị thanh trùng có thùng chứa nước; Van từ (solenoid) và các loại thiết bị phun nước áp lực cao (Karcher). CÁC HƯỚNG SX SẢN PHẨM PHỤ Thủy phân axít để sản xuất thức ăn gia súc ủ silô; Thủy phân protein cá; Sản xuất Biogas từ phế liệu cá; Sản xuất chitin, chitosan từ vỏ tôm. 15 Chi phí năng lượng trong SX đá Làm đông lạnh nước thành nước đá : 82%; Công máy khuấy nước muối : 4%; Tổn thất do tan đá : 4%; Tổn thất lạnh ra ngoài bể đá : 3%; Tổn thất ở khuôn đá : 7%. Chi phí năng lượng Nhiệt dung riêng của cá măng : 0,8658 kcal/kg0C Cá dành tuỳ loại : 0,391 – 0,509 kcal/kg0C Cá trước khi kết đông : 0,8 – 0,9 kcal/kg0C Sau kết đông (-250C) : 0,44 kcal/kg0C. Chi phí đá Thí dụ làm lạnh 100kg cá từ 300C đến 00C thì cần (theo lý thuyết): Gđá 100 kg x 0,8kcal/kg0C (30-0) 80 kcal.kg = 30 kg đá= Chi phí đá Ướp lạnh cá cần 30% đá so với khối lượng cá. Thực tế, ướp lạnh cá hồng bằng nước đá cỡ 4x4 cm từ 200C xuống 10C thì thấy rằng: Nếu dùng nước đá ít hơn 75% lượng cá thì thời gian làm lạnh cá rất lâu; Nếu dùng dưới 50% lượng cá thì hầu như không thể đạt đến 10C. 16 Tiết kiệm năng lượng- Nồi hơi Hệ số không khí thừa thường được chọn theo kinh nghiệm: Đốt nhiên liệu lỏng và khí lấy ~ 1,05 -1,10 (t toán lý thuyết cần ~ 9,7 m3 tc/ kg nhiên liệu); Đốt than phun lấy từ 1,15 - 1,25; Đốt than cám lấy 1,5, trên ghi thủ công lấy khoảng 1,4 -1,5. Tiết kiệm năng lượng- Nồi hơi Nhiệt độ khói thải ảnh hưởng rõ rệt lên tổn thất nhiệt trong nồi hơi. Tính toán lý thuyết và thực tế cho thấy: T0 khói thải 12 – 160C tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài tăng 1%. Về mặt hiệu suất, tức là tiết kiệm nhiên liệu, T0 khói thải càng thấp càng tốt. Tiết kiệm năng lượng- Nồi hơi Khi đốt nhiên liệu không có S thì T0 đọng sương của khói < 500C, Có 1% lưu huỳnh thì nhiệt độ đọng sương của khói < 1300C, Cứ thêm 1% lưu huỳnh thì  ~100C.. Tiết kiệm năng lượng- Nồi hơi Kinh nghiệm thực tế so sánh kinh tế và kỹ thuật, thường chọn: Nhiệt độ khói thải 110 – 1500C cho nồi hơi lớn và 200 – 3000C cho nồi hơi nhỏ tương ứng tổn thất nhiệt do khói lò từ 4-8%. 17 BÀI TẬP VỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG Làm theo nhóm (mỗi nhóm 4-5 học viên). Các bạn có 30 phút để làm bài tập này. BÀI TẬP 1 Đầu vào: 100kg cá và 100 kg nước đá, sau khi sơ chế thu đươc 48 kg thịt cá. Hãy:
Tính lượng chất thải rắn, nước thải và chi phí năng lượng nước thải.  Cho biết nhiệt đông đặc của nước đá là 80 kcal/kg; 1kWh = 861 kcal = 0,35kg dầu D.O (máy phát điện lớn chạy diesel loại còn tốt). BÀI TẬP 2 Nồi hơi có lưu lượng khí thải là 500 m3 tc/h , nhiệt độ 3500C. Nếu định mức cho phép nhiệt độ là 2000C. Hãy:  Tính tổn thất nhiệt qui ra tiền của dòng khói thải này. Ý KIẾN & HỎI - ĐÁP