Xử lý nước thải cà phê hòa tan: Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu quy trình oxy hóa nâng cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN BẰNG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH OXY HÓA NÂNG CAO

Ngành:

MÔI TRƯỜNG & CNSH

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn : TS. THÁI VĂN NAM

Sinh viên thực hiện

: LÊ THỊ THÙY NHIÊN

MSSV: 1191080079 Lớp: 11HMT01

TP. Hồ Chí Minh, 2013

BM07/QT04/ĐT

Khoa: Môi trường & CNSH

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(GVHD nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Khoa)

1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm 01):

Lê Thị Thùy Nhiên MSSV: 1191080079 Lớp:11HMT01

: Môi trường và Công nghệ sinh học

Ngành Chuyên ngành : Kỹ thuật môi trường

2. Tên đề tài: Nghiên cứu xử lý nước thải từ quá trình sản xuất cà phê hòa tan bằng một

số quá trình oxy hóa nâng cao

3. Tổng quát về ĐATN:

78..................... Số chương: 16..................... Số hình vẽ:

......................... Hình thức bản vẽ:

04....................................... Số trang: Số bảng số liệu: 27....................................... Số tài liệu tham khảo: 07..................... Phần mềm tính toán: ........................................... Số bản vẽ kèm theo: ........................................... Hiện vật (sản phẩm) kèm theo: ..............................................................................................

4. Nhận xét:

a) Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... b) Những kết quả đạt được của ĐATN: ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... c) Những hạn chế của ĐATN: ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................

5. Đề nghị:

Không được bảo vệ  Được bảo vệ (hoặc nộp ĐATN để chấm) 

TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)

Gh i chú: Đính kèm Ph iếu chấm điểm ĐATN.

LỜI CAM ĐOAN

Sau 3 tháng làm đồ án tốt nghiệp, hiện nay em đã hoàn thành đề tài mà giáo

viên hướng dẫn giao. Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này do em tự thực hiện,

không sao chép dưới bất kỳ hình thức nào, các số liệu trích dẫn và các kết quả

nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp là trung thực và chính xác. Nếu có bất kỳ sự

gian lận nào thì em sẽ chịu toàn bộ trách nhiệm trước nhà trường về lời cam

đoan của mình.

Sinh viên thực hiện

Lê Thị Thùy Nhiên

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập tại trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ, dưới sự dẫn

dắt của quý thầy cô trong Khoa Môi Trường - Công Nghệ Sinh Học và các Khoa

khác đã truyền đạt và bồi dưỡng cho em những kiến thức, phương pháp học tập và

nghiên cứu chuyên môn cũng như trong những lĩnh vực khác. Chính sự tận tụy và

lòng nhiệt huyết của quý thầy cô, là nguồn động lực giúp em cố gắng trau dồi thêm

kiến thức và vượt qua những khó khăn trong học tập.

Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc của mình tới quý thầy cô trong Khoa Môi

Trường - Công Nghệ Sinh Học và các Khoa khác đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức và

tạo mọi điều kiện tốt nhất để giúp em hoàn thành khoá học.

Em xin kính gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS. Thái Văn Nam, đã tận

tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp này.

Thay cho lời kết em xin cảm ơn gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về vật

chất lẫn tinh thần trong suốt những năm học tập. Đồng thời xin cảm ơn tất cả những

bạn bè đã gắn bó cùng nhau học tập và giúp đỡ trong thời gian qua, cũng như trong

quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp này.

Xin chân thành cám ơn !

TP. HCM, ngày 30 tháng 03 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Lê Thị Thùy Nhiên

MỤC LỤC

Trang

................................................................................................... 1

T N ............................................................................................................1 1.

C TIÊU NGHIÊN U .....................................................................................2 2.

I DUNG NGHIÊN U .....................................................................................2 3.

I NG VÀ PHẠM VI NGHIÊN U ........................................................3 4.

4.1 Đối tượ ............................................................................................3

4.2.Phạ ...............................................................................................3

5. A I ......................................................................................................3

..................................................................................................3

...................................................................................................4

NÂNG

CAO .......................................................................................................... 5

CHUNG

CÁC

1.1. NG N NH OXI A NÂNG CAO ..5

............................................................................................................5

............................................................................................................................6

*OH ................................................................................................................................7

1.1.4. Phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao.....................................................10

........10

....................11

1.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ NH OXI A NÂNG CAO ........................12

..............................................................................................12

......................................................................................12

1.2.1.2. Cơ chế tạ .......................................13

1.2.1.3. Những nhân tố ảnh hưởng ......................................................................14

1.2.2. Quá trình oxi hóa nâng cao trên cơ sở Ozon: Peroxon (H2O2/O3) ...........15

......................................................15

(H2O2/O3) ...............................................................17

(UV/ Oxidation Processes) ...............................19

1.2.3.1. Giới thiệu quá trình UV/oxi hóa (UV/ Oxidation Processes) ............19

1.2.3.2. Quá trình quang phân UV bằng Ozone ................................................19

1.2.3.3. Quá trình xử lý nước bằng hệ H2O2/O3/UV ........................................20

1.2.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý nước thải bằng quá trình UV/oxi

hóa ...........................................................................................................................20

1.2.3.5. Động học của quá trình UV/oxi hóa .....................................................21

CHẾ BIẾN CÀ PHÊ VÀ NHÀ

MÁY SẢN XUẤT VINACAFÉ BIÊN HÒA ........................................... 24

PHÊ

2.1. NG QUAN NH T NAM ........................................24

2.1.1. Các đặc điểm chung của cà phê Việt Nam ...................................................24

2.1.2. Chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam................................................24

2.1.3. .................................26

..............................................26

..............................26

2.1.4. các vấn đề môi trường của nhà máy chế biến cà phê ..................................26

2.1.4.1. Nước thải ..................................................................................................26

2.1.4.2. Chất thải rắn ............................................................................................26

2.1.4.3 Khí thải .......................................................................................................26

2.1.4.4. Tiếng ồn và độ rung................................................................................27

2.1.5. Thành phần và tính chất nước thải chiến biến cà phê hòa tan ...................27

2.2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ CÔNG TY

VINACAFÉ BIÊN HÒA...............................................................................................30

2.2.1. Giới thiệu về ngành chế biến cà phê hòa tan của công ty...........................30

2.2.2. Phương pháp chế biến cà phê .........................................................................31

2.2.3. nguồn phát sinh và lưu lượng nước thải .......................................................35

ủa công ty vinacafé

Biên Hòa ......................................................................................................................36

VÀ VẬT LIỆ

............ 39

3.1. SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU ..........................................................................................39

3.2 MÔ NH NGHIÊN U .....................................................................................41

.....................................................................41

NGHIÊN

3.3 A T, NG T U ..................................43

.............................................................................................................43

..............................................................................................................45

...............................................................................................................45

3.4 N NH M ................................................................................46

3.4.1. Quá trình Fenton đồng thể ..............................................................................46

ằng hệ peroxon (H2O2/O3) ...............................................47

ằng hệ O3/UV .....................................................................47

ằng hệ H2O2/O3/UV .........................................................48

3.5 PHƯƠNG P PHÂN CH..............................................................................48

........................................... 50

4.1. KẾT QUẢ CÁC QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM ...................................................50

4.1.1. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng phương pháp Fenton đồng

thể .................................................................................................................................50

4.1.2. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng peroxon (H2O2/O3) .........52

4.1.2.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng H2O2 đến hiệu quả xử lý độ

màu trong nước thải cà phê hòa tan....................................................................52

4.1.2.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng H2O2 đến hiệu quả xử lý

COD trong nước thải cà phê hòa tan ..................................................................55

4.1.2.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý độ màu trong

nước thải cà phê hòa tan.......................................................................................57

4.1.2.4. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD trong nước

thải cà phê hòa tan ................................................................................................59

iii

4.1.3. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O3/UV..........................62

4.1.3.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý độ màu trong

nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O3/UV...........................................................62

4.1.3.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD trong nước

thải cà phê hòa tan bằng hệ O3/UV ....................................................................64

4.1.4. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng hệ H2O2/O3/UV...............67

4.2. SO SÁNH HIỆU QUẢ XỬ LÝ GIỮA CÁC PHƯƠNG PHÁP ........................70

4.2.1. So sánh hiệu quả xử lí COD trong nước thải cà phê hòa tan .....................70

4.2.2. So sánh hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan.................71

4.3. TÍNH TOÁN CHI PHÍ CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP ........................................72

4.3.1.Oxi hóa bằng quá trình Fenton ........................................................................72

4.3.2.Oxi hóa bằng quá trình Peroxon (H2O2/O3) .................................................72

4.3.3. Quá trình xử lý bằng hệ O3/UV .....................................................................73

4.3.4. Quá trình xử lý bằng hệ H2O2/O3/UV ..........................................................73

4.4. SO SÁNH KẾT QUẢ PHÂN TÍCH NƯỚC THẢI CÀ PHÊ HÒA TAN CỦA

BỐN PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA NÂNG CAO......................................................74

................................................................. 76

1. KẾT LUẬN ............................................................................................................76

2. KIẾN NGHỊ............................................................................................................77

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết Nội dung Nghĩa STT tắt

Advanced Oxidation 1 AOPs Các quá trình oxy hóa bậc cao Processes

Biochemical Oxygen 2 BOD Nhu cầu oxy sinh hoá Demand

3 COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hoá học

4 QCVN Quy chuẩn Việt Nam

5 BTNMT Bộ tài nguyên môi trường

MỤC LỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Khả năng oxi hóa của một số tác nhân oxi hóa ............................................. 8

Bảng 1.2: Một số chất ô nhiễm trong nước và nước thải có thể xử lý bằng các quá

trình oxi hóa nâng cao [Simon, 2004]............................................................ 9

1.3: ................. 10

1.4: ............................. 11

2.1 ........................................................................ 25

Bảng 2.2 Thành phần tính chất nước thải chế biến cà phê hòa tan............................. 27

Bảng 3.1: Đặc tính nước thải chế biến cà phê hòa tan sau xử lý sinh học................. 41

3.2: ............................................................. 45

Bảng 4.1: Hiệu quả xử lý bằng phương pháp Fenton đồng thể .................................. 50

Bảng 4.2: Hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan bằng quá trình

Peroxon (H2O2/O3) ở pH = 8........................................................................ 52

Bảng 4.3: Hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan bằng quá trình

Peroxon (H2O2/O3) ở pH = 8........................................................................ 55

Bảng 4.4: Hiệu quả xử lý độ màu bằng quá trình peroxon (H2O2/O3)...................... 57

Bảng 4.5: Hiệu quả xử lý COD bằng quá trình peroxon (H2O2/O3) ......................... 59

Bảng 4.6: Hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O3/UV 62

Bảng 4.7: Hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O3/UV .... 64

Bảng 4.8: Hiệu quả xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng hệ H2O2/O3/UV ............. 67

Bảng 4.9: So sánh hiệu quả tối ưu của bốn phương pháp oxy hóa nâng cao ............ 74

MỤC LỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

1.1: ............16

2.1: 2008) ...24

Hình 2.2: .......................................29

Hình 2.3: Quy trình chế biến cà phê hòa tan Vinacafé Biên Hòa. .............................31 2.4: Quy trình công nghệ xử lý nước thải, công suất 100 m3/ngày.đêm..........37

Hình 3.1: Sơ đồ trình tự thí nghiệm ...............................................................................41

3.2: ................................................................................43

3.3: ................................................................................43

Hình 3.4: Hóa chất thí nghiệm ........................................................................................44

Hình 3.5: Các dụng cụ thí nghiệm ..................................................................................45

hotometer sử dụng trong đo độ màu. ......................46 Hình 3.6: Hình 4.1: Biểu đồ ảnh hưởng của tỉ lệ hóa chất H2O2/Fe2+ đến hiệu quả xử lý nước

thải cà phê hòa tan bằng quá trình Fenton đồng thể...................................51

Hình 4.2: Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng H2O2 đến hiệu quả xử lý độ màu

trong nước thải và phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H2O2/O3). .......53

Hình 4.3: Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng H2O2 đến hiệu quả xử lý COD trong

nước thải và phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H2O2/O3). .................55

Hình 4.4: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà

phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H2O2/O3). ........................................57

Hình 4.5: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà

phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H2O2/O3). ........................................60

Hình 4.6: mẫu trước và sau xử lý 60 phút. ....................................................................61

Hình 4.7: mẫu trước và sau xử lý 20, 40, 60, 80 phút..................................................62

Hình 4.8: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà

phê hòa tan bằng hệ O3/UV ..........................................................................64

Hình 4.9: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà

phê hòa tan bằng hệ O3/UV. .........................................................................65

Hinh 4.10: Mẫu trước và sau xử lý 60 phút. .................................................................67

vii

Hình 4.11: Mẫu trước và sau xử lý 20, 40, 60, 80 phút. ..............................................67

Hình 4.12: Biểu đồ hiệu quả xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng hệ H2O2/O3/UV

...........................................................................................................................69

Hình 4.13: Mẫu trước và sau xử lý 60 phút. .................................................................70

Hình 4.14 : Mẫu trước và sau xử lý 20, 40, 60, 80 phút. .............................................71

Hình 4.15: Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan của

một số quá trình oxy hóa. ..............................................................................71

Hình 4.16: Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan

của một số quá trình oxy hóa. .......................................................................72

viii

Đồ án tốt nghiệp

U

Cà phê là thức uống có từ lâu đời và phát triển cho đến ngày nay, là một trong

những loại thức uống được ưa chuộng nhất trên thế giới và có mức tiêu thụ cao. Vì

vậy, đối với những nước có điều kiện trồng cà phê như nước ta cà phê không chỉ

được tiêu thụ trong nước mà còn là mặt hàng xuất khẩu mang lại lợi nhuận kinh tế

cao. Với người sử dụng ngày càng nhiều cộng với nhịp sống hối hả của thời đại

công nghiệp việc pha cà phê bằng phin rất bất lợi nhất là về thời gian. Đối với người

tiêu dùng cà phê hòa tan nhanh chóng được ưa chuộng vì sự tiện lợi của nó. Đối với

nhà sản xuất cà phê hòa tan là một mặt hàng có giá trị cao thu được nhiều lợi

nhuận.Việc sản xuất cà phê hòa tan đang được nhiều công ty sản xuất vì tính tiện lợi

và lợi nhuận của nó như: Nescafe, Trung Nguyên, Vinacafé,… Với việc sản xuất

ngày càng nhiều thì lượng chất thải ra môi trường sẽ nhiều, nhất là lượng nước thải

sau quá trình sản xuất, khoảng vài trăm khối một ngày.

Tuy nhiên, vì quá chú tâm phát triển kinh tế mà chưa quan tâm sâu sắc đến

khía cạnh môi trường và kết quả của sự phát triển lệch lạc đó là môi trường đang bị

ô nhiễm nghiêm trọng. Nước thải cà phê nếu không có biện pháp xử lý hợp lý, quản

lý chặt chẽ thì không chỉ ảnh hưởng tới mỹ quan môi trường trong vùng mà hệ sinh

thái, sức khỏe cộng đồng cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Một bài học được rút ra

từ

ải ra, biến thành những con sông chết.

Quy trình sản xuất cà phê hòa tan làm phát sinh lượng nước thải rất lớn. Nước

thải từ quá trình sản xuất có thành phần ô nhiễm cao, đặc biệt là nồng độ COD và

độ màu, Ngoài ra còn nhiều chất hữu cơ đa vòng, cafein, chất chát, lingin…. là

những chất khó phân hủy sinh học và gây ức chế quá trình hoạt động của vi sinh

vật, rất khó xử lý triệt để bằng quá trình sinh học. Nước thải sau quá trình xử lý sinh

học hầu hết không đạt tiêu chuẩn xả thải mà cần thiết phải có công đoạn xử lý tiếp

theo như quá trình oxy hóa bậc cao (AOPs).

Đồ án tốt nghiệp

Hiện nay, bên cạnh những công ty chế biến cà phê thực hiện đúng quy trình

xử lý nước thải thì vẫn còn tồn tại một số công ty chưa xử lý nước thải hoặc xử lý

chưa đạt hiệu quả QCVN về một số thông số như: COD, độ màu…

Trên cơ sở đó nghiên cứu xử lý nước thải từ quá trình sản xuất cà phê hòa tan

bằng một số quá trình oxy hóa nâng cao được đặt ra nhằm giải quyết vấn đề trên.

Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu, so sánh hiệu quả xử lý nước thải

sau quá trình xử lý sinh học của nhà máy sản xuất cà phê hòa tan bằng một số quá

trình oxy hóa bậc cao như.

• Quá trình Fenton đồng thể: H2O2 và Fe2+.

• Quá trình Peroxon: H2O2/O3.

• Quá trình xử lý bằng hệ O3/UV.

• Quá trình xử lý bằng hệ: H2O2/O3/UV.

Vậy phương pháp oxy hóa bậc cao nào là phù hợp để xử lý nước thải cà phê

hòa tan?

Để làm được điều này, đề tài tập trung vào hai mục tiêu cụ thể sau:

• Xác định các thông số tối ưu của bốn phương pháp oxy hóa bậc cao đã đề

cập ở trên: pH, H2O2 và thời gian xử lý.

• So sánh các quá trình oxy hóa bậc cao và tìm ra quá trình mang lại hiệu quả

cao nhất, xử lý tốt nhất đối với nước thải sau quá trình xử lý sinh học của

nhà máy sản xuất cà phê hòa tan.

Để đạt được mục tiêu đề ra, đề tài tập trung vào các nội dung sau:

• Nghiên cứu một số quá trình oxy hóa bậc cao (Fenton đồng thể, H2O2/O3,

O3/UV và H2O2/O3/UV) áp dụng đối với nước thải sau quá trình xử lý sinh

học của nhà máy sản xuất cà phê hòa tan: làm thí nghiệm từng quá trình để

xem hiệu quả xử lý của chúng.

• Xác định pH tối ưu, hàm lượng H2O2 tối ưu và thời gian xử lý tối ưu cho

từng phương pháp oxi hóa bậc cao.

Đồ án tốt nghiệp

• So sánh các quá trình tìm ra phương pháp tối ưu nhất dựa trên các chỉ tiêu:

COD, độ màu và thời gian xử lý.

• Đề xuất các giải pháp phù hợp để xử lý bậc cao đối với nước thải cà phê

hòa tan.

4. VÀ PHẠM VI

4.1 Đối tượng

Nước thải sau bể xử lý sinh học của hệ thống xử lý nước thải từ quá trình sản

xuất cà phê hòa tan lấy từ trạm xử lý nước thải vinacafé Biên Hòa.

3.2. Phạm vi

Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, thực hiện bởi mô hình Oxi hóa bậc cao,

vì thời gian có hạn nên sử dụng cố định cường độ UV phát ra có bước sóng 254 nm

và lượng O3 cung cấp là 1 g/h.

Nghiên cứu tập trung vào hiệu quả xử lý độ màu và hiệu quả xử lý COD của

một số quá trình oxi hóa bậc cao xử lý nước thải sau quá trình xử lý sinh học của

nhà máy sản xuất cà phê hòa tan, cụ thể là nước thải tại nhà máy Vinacafé Biên

Hòa.

5.1.

Các thông số thí nghiệm nghiên cứu của đề tài có tham khảo và kế thừa

thành quả của các thí nghiệm trước, tạo cơ sở và độ tin cậy kết quả thí nghiệm

mang lại.

Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học để áp dụng các phương pháp oxi hóa

bậc cao vào xử lý nước thải nói chung và nước thải chế biến cà phê hòa tan nói

riêng.

Hiện nay, các quá trình oxi hóa bậc cao vẫn chưa được phổ biến rộng rãi so

với các quá trình xử lý khác. Vì vậy, việc nghiên cứu các quá trình oxi hóa bậc cao

cần thiết. mang tính mới, và

Đồ án tốt nghiệp

5.2.

Trên cơ sở nghiên cứu thành công, đề tài có thể áp dụng vào thực tế với các

ưu điểm: thời gian xử lý nhanh, hiệu quả cao, dễ vận hành, mặt bằng xử lý nhỏ...

Đó là những ưu điểm rất hấp dẫn của đề tài nghiên cứu này.

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1:

1.1. CAO

2, H2

1.1.1.

(Advanced Oxidation Processes – AOPs).

đặc biệt là các chất hữu cơ bền vững và

độc hại

(trihalom (POPs) như hydrocacbon halogen

Escherichia coli, Coliform

Đồ án tốt nghiệp

Campylobacter, Yersina, Mycobacteria, Legionella, Cryptosporium,

trihalometan (THM).

1.1.2.

Trong công nghệ xử lý nước và nước thải truyền thống thường sử dụng các

chất oxi hóa thông dụng sau đây:

Clo (Cl 2) Clo là chất oxi hóa hóa học tốt được sử dụng để khử Fe2+ trong nước ngầm

hoặc nước mặt, trong khử trùng nước sau xử lý. Vì clo là chất oxi hóa tương đối

mạnh, rẻ tiền và dễ sử dụng nên được dùng rất phổ biến trong ngành xử lý nước và

nước thải cho đến ngày nay. Tuy vậy, nhược điểm chính của clo là trong quá trình

khử sắt và khử trùng bằng clo đã tác dụng với các chất hữu cơ thiên nhiên (NOM),

tạo ra những phụ phẩm là các chất hữu cơ chứa clo (THM) gây nguy cơ ung thư cho

người sử dụng. Ngoài ra, clo chỉ có khả năng khử trùng một số rất hạn chế loại vi

khuẩn như E.Colis, không có khả năng diệt các vi khuẩn hoặc virus truyền bệnh

nguy hiểm như Giardia và Cryptosporidium.

Kali pecmanganat (KMnO4)

Kali pecmanganat là chất oxi hóa được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước. Đó

là chất oxi hóa mạnh hơn clo, có thể làm việc trong khoảng pH rộng, nhưng đắt tiền.

Ngoài ra, nhược điểm đáng kể của kali pecmanganat khi sử dụng trong xử lý nước

là tạo ra mangan dioxit trong quá trình oxi hóa, chất này kết tủa và do vậy phải tách

ra bằng cách lọc hoặc lắng, gây tăng thêm chi phí.

Hydrogen peroxit (H2O2)

Hydrogen peroxit là chất oxi hóa mạnh hơn clo và kali pecmanganat và được

sử dụng rất phổ biến trong xử lý nước thải để phân hủy các chất hữu cơ và khử màu

của nước thải ngành giấy hoặc dệt nhuộm. Ngoài ra, ưu điểm của hydrogen peroxit

là không sinh ra chất độc hoặc chất có màu trong quá trình sử dụng. Tuy vậy, khả

Đồ án tốt nghiệp

năng oxi hóa của hydrogen peroxit không đủ mạnh để khoáng hóa hoàn toàn chất ô

nhiễm hữu cơ như yêu cầu đòi hỏi.

Ozon (O3)

Ozon là chất oxi hóa mạnh nhất trong số các chất oxi hóa thông dụng kể trên,

được sử dụng để khử trùng, phân hủy các chất hữu cơ hoặc để khử màu nước thải

ngành giấy hoặc dệt nhuộm, khử mùi hôi, khử sắt hoặc mangan trong nước sinh

hoạt. Ưu điểm của ozon là tự phân hủy, không để lại các phụ phẩm lạ và nguy hiểm

trong nước sau khi phản ứng. Tuy vậy, ozon hòa tan kém trong nước và là hợp chất

không bền, thời gian tồn tại chỉ vài phút. Vì vậy, để có thể đạt được số lượng ozon

hòa tan trong nước đủ lớn cho quá trình oxi hóa, phải đưa vào hệ một lượng ozon

lớn. Ngoài nhược điểm nói trên, khi sử dụng ozon làm chất oxi hóa trong xử lý

nước và nước thải là phải sản xuất ozon tại chỗ, ngay trong dây chuyền xử lý.

1.1.3.

*OH

Gốc hydroxyl (*OH) và khả năng oxi hóa của gốc hydroxyl

Oxi hóa là quá trình trong đó electron được chuyển từ một chất này sang một

chất khác. Điều này tạo nên một hiệu thế được biểu thị bằng volt (V) dựa trên hiệu

thế điện cực hydro bằng zero. Mỗi chất (tác nhân) oxi hóa đều có một thế oxi hóa

khác nhau và đại lượng này được dùng để so sánh khả năng oxi hóa mạnh hay yếu

của chúng.

Khả năng oxi hóa của các tác nhân oxi hóa được thể hiện qua thế oxi hóa và

được sắp xếp theo các thứ tự trình bày trên (bảng 1.1) dưới đây

Đồ án tốt nghiệp

Bảng 1.1: Khả năng oxi hóa của một số tác nhân oxi hóa Tác nhân oxi hóa Gốc hydroxyl (*OH) Ozon Hydrogen peroxit (H2O2) Pecmanganat Hydrobromic axit Clo dioxit Hypocloric axit Hypoiodic axit Clo Brom Iod Thế oxi hóa, V 2,80 2,07 1,78 1,68 1,59 1,57 1,49 1,45 1,36 1,09 0,54

[Zhou H. and Smith, D.H., 2001]

Nhiều tác nhân oxi hóa mạnh đề , trong số đó, gốc hydroxyl

*OH là tác nhân oxi hóa mạnh nhất. Thế oxi hóa của gốc hydroxyl *OH là 2,80V,

cao nhất trong số các tác nhân oxi hóa thường gặp. Nếu so với clo, thế oxi hóa của

gốc hydroxyl *OH cao gấp 2,05 lần và so với ozon, thế oxi hóa của gốc hydroxyl

*OH cao gấp 1,52 lần.

Đặc tính của các gốc tự do là trung hòa về điện. Mặt khác, các gốc này

không tồn tại có sẵn như những tác nhân oxi hóa thông thường, mà được sản sinh

ngay trong quá trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn, khoảng vài nghìn giây

nhưng liên tục được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng. Với thế oxy hóa rất cao

gốc hydroxyl có khả năng oxy hóa mọi chất hữu cơ, dù là loại khó phân hủy nhất

thành những hợp chất vô cơ không độc hại như CO2, H2O, axit vô cơ, …

Khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm và khử trùng của các quá trình oxi hóa

nâng cao vượt xa các công nghệ truyền thống trong xử lý nước và nước thải. Dưới

đây sẽ đơn cử một số chất ô nhiễm đặc trưng mà các quá trình oxi hóa nâng cao có

thể loại bỏ khỏi nước và nước thải đạt đến cấp độ mong muốn mà công nghệ truyền

thống khó có thể đạt được (bảng 1.2).

Đồ án tốt nghiệp

Bảng 1.2: Một số chất ô nhiễm trong nước và nước thải có thể xử lý bằng các quá

trình oxi hóa nâng cao [Simon, 2004]

Tên chất ô nhiễm Tên chất ô nhiễm

Các amino axit MTBE

Các thuốc kháng sinh Nước thải thuộc da

Acsen Bùn cống rãnh đô thị

Crom Nước thải sản xuất thuốc bảo vệ thực

vật

Coliform Các chất hữu cơ bay hơi (VOC)

Các sản phẩm phụ khi khử trùng bằng Nước thải sản xuất bột giấy

clo

Nước thải chưng cất cồn rượu Cryptosporidium

Nước thải sản xuất sợi thủy tinh Các chất có màu và mùi vị khó chịu

Nước thải bệnh viện Nước thải chế biến cao su

Hóa chất bảo vệ thực vật Nước thải sản xuất hóa chất đặc biệt

Nước thải sản xuất giất Craft Các chất mùn và humic

Các chất hữu cơ thiên nhiên Nước thải mạ niken

Nước thải khai thác dầu thô Xyanua

Nước thải sản xuất dầu oliu Escherichia coli

Nước thải chứa phenol Nhựa phenolic

Nước thải ngành in Nước thải ngành nhuộm

Trinitrotoluen (TNT) Các chất hữu cơ bền vững (POP)

Đồ án tốt nghiệp

1.1.4. Phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao

1.1.4.1.

không nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng và chúng

được liệt kê ở (bảng 1.3).

1.3:

1 Fenton H2O2 H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + *OH

Peroxon 2 H2O2 H2O2 + 2O3 → 2*OH + 3O2

cxt→ 2*OH + 4O2

O3 Catazon 3 3O3 + H2O

nldh→ *OH + *H

nlsa→ *OH + *H

O H2 4 H2O

nlc→ *OH + *H

H2O H2 5 Siêu âm siêu âm (20 - 40 kHz)

H2O H2 6 cao ( 1 - 10 Mev)

Đồ án tốt nghiệp

1.1.4.2.

ờ

năng lượng bức xạ tia cực tím UV, bao gồm các quá trình được trình bày ở (bảng

1.4).

1.4:

hv→ 2*OH

H2O2 H2O2 1 UV/H2O2 photon UV ( λ = 220 nm)

O3 + H2O O3 2 UV/O3 photon UV ( λ= 253,7 nm)

hv→ 4*OH +

hv→ *OH +Fe2++ H+

H2O2/O3 H2O2 +O3 + H2O 3 UV/H2O2+ O3 O2 ( λ = 253,7 nm)

hv→ Fe3++ OH-

Fe3++H2O H2O2/Fe3+ Quang Fenton 4 Fe2+ + H2O2

hv→ e- + h +

+*OH

TiO2

( λ > 387,5 nm) TiO2 5 photon UV h+ + H2O → *OH + H+

h+ + OH- → *OH + H+

Đồ án tốt nghiệp

1.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ G CAO

1.2.1. Q

1.2.1.1.

Năm 1894 trong tạp chí Hội hóa học Mỹ đã công bố công trình nghiên cứu

của tác giả J.H.Fenton, trong đó ông ta quan sát thấy phản ứng oxi hóa axit malic

bằng hydrogen peroxit đã được gia tăng mạnh khi có mặt các ion sắt [Walling, C., 1975]. Sau đó, tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ được sử dụng làm tác nhân oxi hóa rất

hiệu quả cho nhiều đối tượng rộng rãi các chất hữu cơ và được mang tên “tác nhân

Fenton” (Fenton Reagent).

Hệ xúc tác Fenton được nghiên cứu rất mạnh và phát triển rộng

, không những ở dạng tác nhân Fenton cổ điển (H2O2/Fe2+) mà còn sử dụng những ion kim

loại chuyển tiếp và các phức chất của chúng như Fe(II), Fe(III), Cu(I), Cr(II) và

Ti(III) tác dụng với H2O2 để tạo ra gốc *OH, được gọi chung là các tác nhân kiểu

như Fenton (Fenton-like Reagents).

Mặc dù tác nhân Fenton đã được biết hàng thế kỷ nay và thực tế đã chứng

minh là một tác nhân oxi hóa rất mạnh do sự hình thành gốc hydroxyl *OH trong

quá trình phản ứng, nhưng cơ chế của phản ứng Fenton cho đến nay vẫn còn đang

tranh cãi, thậm chí có ý kiến trái ngược phản bác. Chẳng hạn, trong khi tuyệt đại đa

số nhà nghiên cứu thừa nhận sự hình thành gốc hydroxyl *OH là nguyên nhân của

khả năng oxi hóa cao của tác nhân Fenton, nhưng vẫn có ý kiến nghi ngờ về sự hình

thành gốc hydroxyl đó.

Quá trình Fenton dạng cổ điển nói chung có hiệu quả cao trong khoảng pH 2-

4, cao nhất ở pH khoảng 2,8 [Pignatello, JJ.1992]. Do đó, trong điều kiện xử lý

nước thường gặp (pH 5 - 9), quá trình xảy ra không có hiệu quả. Nguyên nhân vì bấy giờ ion Fe2+ có xu hướng tạo thành kết tủa feric oxyhydroxit hoạt tính rất thấp.

Tuy nhiên, nếu thêm vào hệ một số phân tử (ligand) hữu cơ nào đó có thể tạo thành

phức chất Fe(III) hữu cơ thì quá trình có thể xảy ra ở pH cao hơn [Balmer, ME, et

al., 1999]. Lý do vì phức Fe(III) với các phối tử hữu cơ có thể tan được trong nước

nên hạn chế sự mất mát ion Fe bị kết tủa dưới dạng oxyhydroxit. Hơn nữa, phức

Fe(III) hữu cơ rất hoạt động khi có ánh sáng và dễ dàng tạo ra Fe(II) nên giúp cho

Đồ án tốt nghiệp

quá trình Fenton đạt hiệu quả cao. Đó chính là bản chất của quá trình photo Fenton.

Điều này có ý nghĩa quan trọng khi áp dụng quá trình Fenton vào thực tế do tránh

được môi trường pH thấp. Tuy nhiên vẫn không tránh khỏi vấn đề phải tách các ion

sắt ra sau khi xử lý. Những nghiên cứu về quá trình Fenton dị thể xảy ra trên chất

xúc tác sắt rắn như Goethite (α-FeOOH) đã giải quyết được vấn đề này, đồng thời

có thể tiến hành quá trình Fenton ngay ở pH trung tính. [Lin, S.S. and Gurol, M.M.,

1996].

Quá trình Fenton có ưu việt ở chỗ các tác nhân H2O2 và muối sắt tương đối

rẻ và có sẵn, đồng thời không độc hại, dễ vận chuyển, dễ sử dụng, trong khi đó hiệu

quả oxi hóa được nâng cao hơn rất nhiều so với H2O2 sử dụng một mình. Áp dụng

quá trình Fenton để xử lý nước và nước thải dẫn đến khoáng hóa hoàn toàn các chất

hữu cơ thành CO2, H2O và các ion vô cơ. Tuy nhiên, trong điều kiện đó phải sử

dụng rất nhiều hóa chất làm cho chi phí xử lý cao. Do vậy, trong nhiều trường hợp

chỉ nên áp dụng quá trình Fenton để phân hủy từng phần, chuyển các chất hữu cơ

không thể hoặc khó phân hủy sinh học thành các chất mới có khả năng phân hủy

sinh học nhằm có thể áp dụng thuận lợi quá trình xử lý sinh học tiếp sau.

1.2.1.2. Cơ chế tạo thành q

Hệ tác nhân Fenton cổ điển là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị 2 (thông

thường dùng muối FeSO4) và hydrogen peroxit H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do hydroxyl *OH, còn ion Fe2+ dễ bị oxi hóa thành ion Fe3+.

(1.1) Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + *OH + OH-

1894.

Những ion Fe2+ mất đi sẽ được tái sinh lại nhờ Fe3+ tác dụng với H2O2 dư

theo phản ứng:

Fe3+ + H2O2→ Fe2+ + H+ + *HO2. (k < 3.10-3 l.mol-1.s-1) (1.2)

Đồ án tốt nghiệp

3+.

2O2

ng Gốc *OH sinh ra có khả năng phản ứng với Fe2+

ều chất hữ

(1.3) *OH + H2O2 → H2O + *HO2

(1.4) *OH + Fe2+ → OH- + Fe3+

(1.5) *OH + RH → H2O + *R

(1.6) *R + Fe2+ → Fe3+ + R

(1.7) *R + Fe3+ → Fe2+

2+, Fe3+

(1.8) *R + *R →

- + Fe3+ (1.9)

: *HO2

*HO2 + Fe2+ → HO2

(1.10) *HO2 + Fe3+ → H+ + O2 + Fe3+

Phương trình phản ứng Fenton tổng cộng có dạng:

(1.11) Fe2+ + H2O2 + RH → Fe3+ + H2O + CO2

1.2.1.3. Những nhân tố ảnh hưởng

Ảnh hưởng độ pH Trong phản ứng Fenton, độ phân hủy và nồng độ Fe2+ ảnh hưởng rất đến tốc độ

phản ứng và hiệu quả phân hủy các chất hữu cơ. Nguyên nhân là trong môi trường acid thì sự khử Fe3+→ Fe2+ xảy ra dễ dàng thuận lợi cho quá trình tạo thành gốc

hydroxyl *OH, trong môi trường pH cao thì Fe3+ → Fe(OH) 3 làm giảm nguồn tạo ra Fe2+. Nói chung phản ứng Fenton đồng thể xảy ra thuận lợi khi pH < 4.

Đồ án tốt nghiệp

Ảnh hưởng của tỉ lệ Fe2+ : H2O2 và loại ion Fe (Fe2+ hay Fe3+)

Tốc độ phản ứng tăng khi tăng nồng độ H2O2, đồng thời nồng độ H2O2 lại

phụ thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm cần xử lý, đặc trưng bằng tải lượng COD. Theo

kinh nghiệm, tỷ lệ mol/mol H2O2 : COD thường 0,5 – 1 :1.

Tỷ lệ Fe2+: H2O2 nằm trong khoảng 0,3 - 1 : 10 mol/mol. Việc sử dụng ion Fe2+ hay Fe3+ không ảnh hưởng gì đến tác dụng xúc tác cho

phản ứng Fenton. Tuy nhiên, khi sử dụng H2O2 với liều lượng thấp (< 10-15 mg/l H2O2) nên sử dụng Fe2+ sẽ tiết kiệm được hóa chất.

Ảnh hưởng các anion vô cơ

2), bicacbonat (HCO3

Một số anion vô cơ thường gặp trong nước thải là những ion cacbonat -), Clorua (Cl-) sẽ tóm bắt các gốc hydroxyl *OH làm hao (CO3

tổn số lượng gốc hydroxyl, giảm mất khả năng phản ứng oxi hóa,...Những chất tóm

bắt này gọi chung là những chất tìm diệt gốc hydroxyl, những phản ứng săn lùng

như sau:

2- → *CO3 + OH-

(1.12) *OH + CO3

*OH + Cl → *Cl + OH-

2-), bicacbonat (HCO3

, (1.13) -), Clorua (Cl-) cacbonat (CO3

, bicacbonat

, sang cacbonic axit

2-), Nitrat (NO3

(SO4 ). -), photphat (PO4

1.2.2. Quá trình oxi hóa nâng cao trên cơ sở Ozon: Peroxon (H2O2/O3)

1.2.2.1.

(O3

2,07

Đồ án tốt nghiệp

3(aq)

•

*O3 *HO3.

O3

*OH

3-, CO3-

*OH

1.1:

qu 10-12 M. [Glaze et al., 1998]

2O2

,...

Đồ án tốt nghiệp

2O2

(H2O2/O3 (O3

TiO2, MnO2 (O3

1.2.2.2. (H2O2/O3)

Quá trình oxy hóa của ozone và hydrogen peroxit được gọi là quá trình

Peroxon hoặc Perozon. Quá trình Peroxon thực hiện sự oxy hóa các chất ô nhiễm

chủ yếu là gián tiếp thông qua gốc hydroxyl *OH được tạo ra từ ozone.

Trong nước thải, quá trình Peroxon sử dụng để xử lý các chất mang màu

hoặc các chất hữu cơ chứa halogen như tricloetylen (TCE), percloetylen (PCE),

diclopropen (DCPE), clopentan (CPA), dicloetan (DCA),... các hợp chất của

phenol, các alcohol và axit dây ngắn đến mức độ khoáng hóa nhất định. Tuy nhiên

quá trình này thường dừng lại ở mức độ phân hủy nào đó, nhằm chuyển hóa các

chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành những chất hữu cơ có khả năng dễ bị phân

hủy sinh học, làm cải thiện tỷ số BOD/COD trong nước thải theo chiều thuận lợi để

thực hiện các quá trình xử lý sinh học tiếp theo.

2O2

Cơ chế phản ứng quá trình peroxon (H2O2/O3)

O3 thông qua ion hydroperoxit HO2

: - + H+ (1.18) H2O2 ⇔ HO2

- + O3 → *O3

- + *HO2

(1.19) HO2

Đồ án tốt nghiệp

*OH:

*OH *O3

(1.20) O3 + H+ → *HO3

(1.21) *HO3 → *OH + O2

*OH *HO2

(1.22) *HO2 ⇔ H+ + *O2

- + O3 → *O3

- + O2

(1.23) *O2

- + H+ → *HO3

*O3

(1.24)

→ *OH + O3

(1.25) *HO3

(1.26) H2O2 + 2O3 → 2*OH + 3O2

•

theo phương

*OH

*OH [Meijer, R.T, et

7 - 8. al.

. Tuy nhiên,

•

2O2/O3

Đồ án tốt nghiệp

2O2/O3

2*OH (1.26) 1 mol H2O2 2 mol O3

0,5 mol H2O2 cho 1 mol O3

2O2

2O2/O3

*OH

cơ •

Cloru ờ

1.2.3. / (UV/ Oxidation Processes)

1.2.3.1. Giới thiệu quá trình UV/oxi hóa (UV/ Oxidation Processes)

Quá trình UV/oxy hóa bao gồm UV/H2O2 và UV/O3 nhằm tạo ra gốc tự do

hyldroxyl *OH thông qua quá trình quang phân H2O2 và O3 dưới tác dụng của bức

xạ UV. Quá trình này được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trong thời gian gần đây,

được phát triển ở mức độ thương mại hóa để xử lý nước và nước thải với mục tiêu

• Loại bỏ các chất ô nhiễm vi lượng và đa lượng trong nước uống và nước sinh

hoạt.

• Loại bỏ những sản phẩm phụ sinh ra trong quá trình khử trùng nước uống và

nước sinh hoạt bằng clo.

• Xử lý các chất hữu cơ nồng độ thấp trong nước ngầm.

• Xử lý các loại nước thải công nghiệp bền vững, khó phân hủy để khử độc

tính cũng như để tăng khả năng phân hủy sinh học.

1.2.3.2. Quá trình quang phân UV bằng Ozone

Quá trình quang phân O3 dưới tác dụng bức xạ UV sẽ tạo ra H2O2 sau đó, từ

H2O2 lại bị quang phân tiếp tục tạo thành gốc *OH. Quá trình xảy ra như sau:

(1.27) O3 + hν + H2O → H2O2 + O2

(1.28) H2O2 + hν → 2*OH

Đồ án tốt nghiệp

Khi sử dụng nguồn UV là đèn hơi thủy ngân thấp áp với bước sóng 253,7 nm, hệ số hấp thu phân tử của O3 đạt được rất cao, 3.300 l.M-1cm-1, nên rất thích hợp trong trường hợp này. Hiệu suất tạo gốc *OH đối với hệ O3/UV cao hơn rất

nhiều so với hệ H2O2/UV. Thực tế cho thấy, khi sử dụng đèn UV có bước sóng 253,7 nm, hiệu suất tạo gốc *OH đối với hệ O3/UV là 2.00 gốc *OH/photon, trong khi đó hệ H2O2/UV chỉ có 0.09 gốc *OH/photon [Munter, 2001].

1.2.3.3. Quá trình xử lý nước bằng hệ H2O2/O3/UV

Nếu đưa thêm H2O2 vào hệ O3/UV trở thành hệ UV/O3/H2O2, sự tạo thành gốc *OH sẽ được gia tăng nhờ phản ứng như khảo sát trong quá trình Peroxon, hiệu

quả quá trình xem như cao hơn so với hai hệ đã khảo sát O3/UV và H2O2/UV:

(1.29) H2O2 + 2O3 → 2*OH + 3O2

1.2.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý nước thải bằng quá trình UV/oxi hóa

Sự có mặt các chất tìm diệt gốc hydroxyl: làm ảnh hưởng đến tốc độ phản

ứng.

Đối với gốc hydroxyl *OH, các chất tìm diệt chúng là bicacbonat và

cacbonat hoặc ion clo. Ảnh hưởng của chúng thể hiện ở các phương trình phản ứng

với gốc hydroxyl sau:

- → *CO3

- + H2O

(1.30) *OH + HCO3

- + OH-

Với κ OH, HCO3 = 1,5 × 107 M-1.s-1

2- → *CO3

(1.31) *OH + CO3

(1.32) Với κ OH, HCO3 = 4,2 × 108 M-1.s-1 *OH + Cl → *ClOH-

Với κ OH, Cl = 4,3 × 109 M-1.s-1

Khi trong hệ xử lý có mặt các ion cacbonat – bicacbonat, một phần gốc - theo các phản hydroxyl phản ứng với chúng và tạo ra các gốc ion cacbonat *CO3

ứng trên. Sự giảm mất gốc hydroxyl đã làm giảm tốc độ phản ứng của quá trình UV - tạo ra hoạt động rất yếu so với gốc hydroxyl oxy hóa. Các gốc ion cacbonat *CO3

*OH, tốc độ các phản ứng xảy ra rất nhỏ nhưng không giống nhau với từng chất. -, đối với benzen Chẳng hạn, ở pH = 7, hằng số tốc độ phản ứng giữa gốc ion *CO3

Đồ án tốt nghiệp

rất nhỏ, chỉ có 3 × 103 M-1.s-1, trong khi đó, với phenol, hằng số tốc độ phản ứng có thể cao hơn, 4,9 × 106 M-1.s-1. [Chen et al., 1974].

Tỷ số ion cacbonat/bicacbonat rất khác nhau khi môi trường nước xử lý có

- pKa = 6,35

pH khác nhau. Cân bằng của chúng thể hiện ở các phương trình sau:

2- pKa = 10,3

(1.33) H2CO3 + H2O → H3O+ + HCO3

- + H2O → H3O+ + CO3

( 1.34) HCO3

Độ kiềm cacbonat: là số đo tổng lượng cacbonat trong bể.

Qua phương trình trên cho thấy, ở pH trung tính tỷ số cacbonat/bicacbonat là

0,00047; trong khi đó ở pH = 10, tỷ số này là 0,47, có nghĩa hai ion này chiếm số

lượng gần như ngang nhau. Hằng số tốc độ phản ứng giữa ion cacbonats và gốc

hydroxyl rất lớn so với ion bicacbonat như đã thấy rõ ở phương trình (1.30), (1.31)

nên ảnh hưởng của ion cacbonat đến sự giảm tốc độ phản ứng chung của quá trình

UV oxy hóa sẽ nhiều hơn. Như vậy ở độ kiềm tổng cacbonat không đổi, pH càng

cao càng bất lợi cho phản ứng, gốc *OH bị các gốc cacbonat tìm diệt nhiều hơn.

1.2.3.5. Động học của quá trình UV/oxi hóa

Phương trình tốc độ phản ứng

Mặc dù quá trình loại bỏ và vô cơ hóa các chất ô nhiễm hữu cơ bằng quá

trình UV oxi hóa là phức tạp, bao gồm một số phản ứng hóa học khác nhau, nhưng

động học quá trình tổng thể để xử lý loại bỏ từng thành phần chất ô nhiễm hoặc

động học sự suy giảm tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC) vẫn có thể mô tả một cách

hình thức bằng những biểu thức tốc độ đơn giản, hoặc thứ hạng không, hoặc thứ

hạng đối với chất ô nhiễm.

Nói chung. Tất cả các quá trình oxi hóa nâng cao đều có thể diễn đạt theo cơ

chế sau [Bolton et al., 2001]

P Vξ=

Z∗+

v 1

(1.35)

∗ + → sản phẩm Z C

]

v 2

∗ 

[  Z C 

(1.36)

]

∗ + →Sản phẩm Z S 1

v 3

s 1

∗ 

[  Z S  1

(1.37a)

Đồ án tốt nghiệp

∗ + → Sản phẩm Z S

]

v 3

∗ 

[  Z S 

(1.37b)

……………………………

∗ + → Sản phẩm Z S

]

v 3i

∗ 

[  Z S 

(1.37c)

………………………………..

Trong đó:

1s− Kw), phụ thuộc vào hệ thống và công

+ v-Tốc độ , (M 1s− )

+ ξ- Hằng số ( đơn vị thường dùng: mol

nghệ:

+ P- Điện năng (kW) cung cấp cho hệ thống.

+ V – Thể tích nước xử lý, (1):

2H O , 2

3O ):

+ A – Chất ban đầu, có thể là nước hoặc những chất cho thêm vào (

H∗ …)

- Chất trung gian hoạt động ( gốc hydroxyl OH∗ + Z∗

,...,

....

+ B- chất ô nhiễm hoặc TOC:

S S , 1

Là những chất săn bắt gốc Z∗

+ + 1v - Tốc độ tạo thành gốc Z, (M 1s− )

]

−

2v - Tốc độ của phản ứng

với C, với hằng số tốc độ thứ +

[ d C dt

] k

]

ξ [ k C c

[ Pk C V [ ] + ∑

hạng hai

S với

,...

v Tốc độ phản ứng của Z∗

v 3

S S , 1

,... i

với các chất săn bắt gốc tự do +

k . si

s 1

các hằng số tốc độ thứ hạng hai

Lưu ý là cơ chế tổng quát trên đây không bao gồm những sự tái tạo chất ô

nhiễm ban đầu C từ các chất trung gian.

Phương trình tốc độ ở trạng thái ổn định có dạng như sau:

]

−

Tốc độ = (1.38)

[ d C dt

] k

]

ξ [ k C c

[ Pk C V [ ] + ∑

Đồ án tốt nghiệp

ợp nế ộ chất ô nhiễm cao, có nghĩa [C] có giá trị rất lớn so

với, có nghĩa phản ứng (1.36) chiếm ưu thế hơn so với phản ứng (1.37) của chất săn

. Trường hợp này, tốc độ phản ứng có thứ hạng không đối với [C]: bắt gốc tự do Z∗

/P Vξ

(1.40) Tốc độ =

Mặt khác, nếu nồng độ chất ô nhiễm thấp, có nghĩa [C] có giá trị rất nhỏ, tốc

độ phản ứng thứ hạng một đối với [C], phương trình có dạng sau:

Tốc độ= (1.41)

[ ] 1k C

' k 1

Pk V /c [ S k

Với (1.42)

]

ξ ∑

Ranh giới giữa nồng độ cao và thấp nói trên đây có thể thay đổi trong ranh

giới hạn rộng, nhưng thông thường lấy ở giá trị khoảng 100 mg/l. Đối với tổng

lượng cacbon hữu cơ TOC, giá trị thấp hơn giới hạn trên đây rất nhiều vẫn tuân theo

phương trình động học thứ hạng không với TOC.

Như phương trình (1.38 minh họa trên đây về động học của quá trình, hệ

thống có thể chuyển từ động học thứ hạng không sang thứ hạng một trong quá trình

xử lý khi mức độ loại bỏ chất ô nhiễm cao và nồng độ chất ô nhiễm lớn. Trong

cũng không thể nào thể hiện đầy đủ trong trường hợp đó, cả

[

]

] ck C hoặc

[ S∑ k

phương trình tốc độ ở trạng thái ổn định (1.39), do đó, động học của quá trình trở

nên phức tạp hơn nhiều và không thể diễn đạt bằng phương trình động học thứ hạng

không hoặc thứ hạng một như trên.

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 2:

NGÀNH CHẾ BIẾN CÀ PHÊ VÀ

NHÀ MÁY SẢN XUẤT VINACAFÉ BIÊN HÒA

2.1.

2.1.1. Các đặc điểm chung của cà phê Việt Nam

Việt Nam được chia thành hai vùng khí hậu phù hợp cho chế biến cà phê:

• Vùng Tây Nguyên và tỉnh Đồng Nai: chủ yếu trồng cà phê vối;

• Các tỉnh miền Bắc: chủ yếu trồng cà phê chè;

Trong đó, diện tích cà phê vối chiếm hơn 95% tổng diện tích gieo trồng.

Tỷ trọng diện tích 6 vùng trồng cà phê: Đông Bắc và duyên hải Nam Trung

Bộ 0%, Tây Bắc 1%, Bắc Trung Bộ 2 %, Đông Nam Bộ 8%, Tây Nguyên 89%.

2.1.2. Chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam

Tình hình chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam thể hiện ở (hình 2.1 và bảng

2.1).

2.1: 2008)

Đồ án tốt nghiệp

2.1:

Sản lượng chế biến Sản lượng xuất khẩu Kim ngạch xuất khẩu Năm (1.000 tấn) (1.000 tấn) (triệu USD)

2000 802,5 733,9 501,5

2001 840,6 931,2 391,3

2002 699,7 718,6 322,3

2003 755,1 749,2 504,8

2004 834,6 974,8 641,0

2005 767,7 892,0 735,0

2006 890,8 1000 770,0

2007 965,3 111,2 1800,0

)

Nhận xét: Công nghiệp chế biến cà phê chiếm vị trí rất quan trọng trong nền

kinh tế nước ta. Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp và dịch vụ khác,

nhu cầu về các sản phẩm cà phê ngày càng tăng. Năm 2007 là đỉnh cao của xuất

khẩu cà phê, kim ngạch đạt 1,8 tỷ USD tăng 219% và gần 1 tỷ USD so với kế

hoạch. Nếu so với năm 2000 thì kim ngạch xuất khẩu đã tăng tới 3,6 lần. Đây là

một bước tăng rất đáng kể, hầu như không nông sản nào có thể đạt được. Cùng với

sự phục hồi của đơn giá, xuất khẩu cà phê Việt Nam đã đứng thứ nhì thế giới sau

Brazil. Chính vì vậy, ngành công nghiệp này không thể thiếu được trong đời sống

của người dân.

Có thể nói, cà phê tạo nguồn lợi hết sức to lớn về kinh tế: tạo ra các sản

phẩm ngày càng đa dạng để phục vụ trong nước, xuất khẩu khối lượng lớn nhân cà

phê để thu nhiều ngoại tệ cho đất nước và tạo ra công ăn việc làm cho người lao

động.

Đồ án tốt nghiệp

ử lý sinh học được để

, BOD trong nước thả . Kết hợp cả giải quyế

phương pháp xử lý sinh học kị khí và sinh học hiếu khí.

2.1.4. Các vấn đề môi trường của nhà máy chế biến cà phê

2.1.4.1. Nước thải

Nước thải trong ngành chế biến cà phê là vấn đề rất nan giải hiện nay vì

chúng rất khó xử lý. Nước thải được thải trong các công đoạn của dây chuyền sản

xuất cụ thể là:

• Ở công đoạn trích ly có nước thải do rửa bình trích ly, vệ sinh…

• Ở công đoạn ly tâm cũng có lượng nước thải được thải ra trong quá trình rửa

bình, vệ sinh thiết bị ly tâm.

• Ở công đoạn cô đặc có nước ngưng, nước vệ sinh được thải ra.

• Và một lượng nước sinh hoạt được thải ra.

2.1.4.2. Chất thải rắn

Trong ngành chế biến cà phê chất thải rắn cũng đáng quan tâm.

Chất thải rắn thường là: bao nylon, bao caton, thủy tinh, nhựa, cà phê thải, bã

cà phê, tạp chất cà phê, rác sinh hoạt….

2.1.4.3 Khí thải

Khí thải của ngành chế biến cà phê chỉ thải ra trong công đoạn của quá trình

sản xuất cà phê đó là công đoạn rang. Ở công đoạn này có khói cà phê, khí do đốt

dầu DO, khí do đốt gas.

Đồ án tốt nghiệp

2.1.4.4. Tiếng ồn và độ rung

Đối với ngành chế biến cà phê thì vấn đề tiếng ồn và độ rung không ảnh

hưởng và tồn tại. Quá trình sản xuất không cần nhiệt độ cao, chỉ ở nhiệt độ bình

thường, và dây chuyền sản xuất không có công đoạn nào có độ rung cao, vượt chỉ

tiêu cho phép mà ảnh hưởng đến công nhân làm việc.

2.1.5. Thành phần và tính chất nước thải chiến biến cà phê hòa tan

Bảng 2.2 Thành phần tính chất nước thải chế biến cà phê hòa tan

STT Thông số Đơn vị Trị số

1 pH 4-5

2 COD mg/l 2000-3000

3 BOD mg/l 1000-1500

4 SS mg/l 500

5 Tổng Nitơ mg/l 70-80

6 Tổng photpho mg/l 7-8

7 Độ màu pt - Co 2000

Nhận xét: nước thải chế biến cà phê hòa tan có hàm lượng ô nhiễm (BOD,

COD, SS) rất lớn, màu cao, gây mùi và chứa các chất khó phân hủy sinh học gây ô

nhiễm môi trường xung quanh. Nếu không được xử lý triệt để trước khi xả ra nguồn

nhận hay thải ra môi trường.

Đồ án tốt nghiệp

Nước thải

Song chắn rác

Chôn lấp

Bể thu gom

Lắng sơ bộ

Máy thổi khí

Bể điều hòa

UASB

Máy thổi khí

AEROTANK

Lắng 2

Bể chứa bùn

Oxy hóa nâng cao

Xe hút bùn

Thiết bị lọc áp lực

Nguồn tiếp nhận

Sơ đồ xử lý chung

Hình 2.2:

Đồ án tốt nghiệp

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Nước thải sinh ra từ các khâu chế biến của nhà máy được tách rác bằng thiết

bị tách rác băng tải. Sau khi loại bỏ rác, nước thải chảy đến bể gom kết hợp quá

trình lắng sơ bộ. Tại đây, nước thải được lưu lại với thời gian 1 (một) giờ nhằm loại

bỏ sơ bộ lượng cặn trong nước.

Nước thải được bơm đến bể điều hoà. Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu

lượng, thành phần tính chất nước thải và nhiệt độ nước thải, tránh tình trạng quá tải

vào các giờ cao điểm. Do đó giúp cho hệ thống xử lý làm việc ổn định đồng thời

giảm kích thước các công trình đơn vị phía sau. Trong bể điều hòa có bố trí hệ

thống phân phối khí nhằm mục đích xáo trộn và giảm một phần các chất hữu cơ có

trong nước thải.

Nước thải tiếp tục được bơm đến công trình đơn vị xử lý sinh học (xử lý sinh

học kỵ khí) để chuyển hóa các thành phần gây ô nhiễm ở dạng hóa học – khó phân

hủy bằng nhóm vi sinh hiếu khí. Nước sau khi ra khỏi công trình này, hàm lượng

COD và BOD giảm đáng kể (khoảng 80%). Kết thúc quá trình sinh học kỵ khí,

nước thải tự chảy qua xử lý sinh học hiếu khí để tiếp tục chuyển hóa những thành

phần ô nhiễm còn sót lại sau quá trình kỵ khí.

Sau khi ra khỏi công trình xử lý sinh học những hợp chất hữu cơ gây ô

nhiễm cơ bản đã được chuyển hóa thành những hợp chất vô cơ không có khả năng

gây ô nhiễm. Nước thải tiếp tục tự chảy qua bể lắng nhằm tách bông bùn sinh học ra

khỏi nước thải. Sau quá trình lắng nước thải tập trung sang cụm xử lý oxy hóa nâng

cao để khử màu và COD, khử trùng diệt khuẩn trước khi qua thiết bị lọc áp lực và

thải ra nguồn nhận.

Đồ án tốt nghiệp

2.2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ CÔNG TY VINACAFÉ BIÊN HÒA

2.2.1. Giới thiệu về ngành chế biến cà phê hòa tan của công ty

Công ty Cổ Phần Vinacafé Biên Hòa nằm trên đường số 1, Thành Phố Biên

Hòa, Tỉnh Đồng Nai.

Nói đến cà phê ở Đồng Nai là ta sẽ nghĩ đến Công Ty Vinacafé Biên Hòa.

Đơn vị sản xuất cà phê đứng đầu tỉnh Đồng Nai nói riêng và cả Nước nói chung.

Vinacafé đã đứng vững và liên tục phát triển, từ chỗ là một nhà máy nhỏ, cũ

kỹ công suất 80 tấn/năm, không thương hiệu, không có thị trường tiến đến sở hữu

một nhà máy mới công suất 8000 tấn cà phê hòa tan/năm.

Đồ án tốt nghiệp

2.2.2. Phương pháp chế biến cà phê

Cà phê hạt

Phân loại Bụi, ồn, CTR

CTR

Sản phẩm cà phê hạt Rang

Đóng Nhiên liệu dầu DO, gas Khí thải, nhiệt, ồn

Xay Ồn

Sản phẩm cà phê

Đóng CTR

Trích ly Nước nóng Hơi thực phẩm, ồn, nước thải,

Ly tâm

Nước

Hơi nước Cô đặc Nước thải CTR

Sản phẩm cà phê hòa tan Sấy

Đóng Khí thải, hơi thực

Nhiên liệu dầu FO

Đường, bột kem Hơi thực phẩm, Trộn đường, bột kem

Đóng gói CTR

Sản phẩm cà phê hòa tan 3 trong 1

Hình 2.3: Quy trình chế biến cà phê hòa tan Vinacafé Biên Hòa.

Đồ án tốt nghiệp

Thuyết minh quy trình:

Nguyên liệu sử dụng cho công nghệ chế biến cà phê bao gồm: cà phê nhân,

đường, bột kem và nước.

Cà phê nhân mua về được đưa vào máy sàng để phân loại. Tiếp theo, cà phê

nhân được đưa vào máy rang để rang cà phê. Sau khi rang, hạt cà phê rang được

làm nguội tự nhiên và thêm một lượng nhỏ nước vào để tạo độ ẩm khoảng 4,5%.

Sau khi làm nguội, để tạo sản phẩm là hạt cà phê rang, cà phê rang được chuyển qua

công đoạn đóng gói thành phẩm, để tạo sản phẩm khác, cà phê nhân được đưa vào

máy xay.

Sau khi xay, bột cà phê được đóng gói tạo sản phẩm cà phê xay. Để tạo sản

phẩm là cà phê hòa tan và cà phê hòa tan 3 trong 1, bột cà phê được đưa vào máy để

trích ly dịch cà phê (trong quá trình trích ly không sử dụng bất kỳ một loại hóa chất

nào mà chỉ bổ sung nước nóng vào).

Sau khi trích ly, dịch cà phê được đưa qua máy ly tâm để loại bỏ xác cà phê

còn lại. Tiếp theo là quá trình cô đặc và sấy. Kế tiếp, phần tạo sản phẩm cà phê hòa

tan sẽ được chuyển qua công đoạn đóng gói thành phẩm, phần tạo sản phẩm cà phê

3 trong 1 sẽ được chuyển qua công đoạn trộn đường, bột kem trước khi đóng gói

thành phẩm.

• Làm sạch

Cà phê nhân là nguyên liệu khi được đưa đến nhà máy sản xuất có thể bị lẫn

các loại tạp chất. Thành phần tạp chất thường là lá, vỏ cà phê còn sót lại, đá, cát, có

thể lẫn cả kim loại do quá trình đóng gói, vận chuyển. Các loại tạp chất này có thể

làm hỏng thiết bị trong quá trình nghiền sau này. Do đó, mục đích chính của quá

trình làm sạch là loại bỏ các tạp chất này ra khỏi nguyên liệu cà phê nhằm nâng cao

chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Bên cạnh đó, để đảm bảo sự đồng đều của cà phê trong quá trình rang, quá

trình phân loại sẽ giúp loại bỏ các hạt cà phê không đảm bảo về kích thước (quá nhỏ

hoặc quá to hạt cà phê bị vỡ nát) và tỷ trọng.

Nguyên liệu sẽ đồng đều hơn về kích thước và tỷ trọng.

Đồ án tốt nghiệp

• Rang

Trong quá trình rang quyết định chất lượng cà phê hòa tan, cà phê dưới tác

động của nhiệt độ, các phản ứng hóa học sẽ diễn ra tạo nên hương vị màu sắc đặc

trưng của cà phê. Quá trình rang nhiệt độ của hạt cà phê tăng lên do nhiệt lượng

cung cấp từ tác nhân gia nhiệt và nhiệt lượng do các phản ứng hóa học bên trong hạt

sinh ra.

Thường rang ở 1800oC và tăng dần nhiệt độ lên từ 200oC - 2400oC trong

vòng 15 - 25 phút thì tổn thất về khối lượng là 16% - 18%.

Trong quá trình rang thì hàm lượng chất khô hòa tan thường tăng lên, sự thay

đổi hàm lượng chất khô hòa tan phụ thuộc vào mức độ rang, thiết bị rang, loại cà

phê.

• Xay

Quá trình xay cà phê mục đích chính là giảm kích thước của hạt cà phê, phá

cỡ cấu trúc vốn có của hạt cà phê rang để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trích

ly khi sản xuất cà phê hòa tan.

Ngoài ra còn tạo điều kiện cho một số khí (đặc biệt là CO2) được sinh ra

trong quá trình rang bị giữ lại bên trong hạt sẽ thoát ra ngoài, tạo điều kiện cho quá

trình bao gói.

Sau khi say xong cà phê đem đi trích ly càng nhanh càng tốt vì một số chất

mùi bị thất thoát.

• Trích ly

Quá trình trích ly nhằm thu các chất hòa tan có trong bột cà phê rang và nước. Dùng nước nóng 80 - 90oC để trích ly. Không dùng nước có nhiệt độ quá cao

vì sẽ trích ly những chất không tốt cho sản phẩm. Đây là giai đoạn quan trọng,

quyết định đến chất lượng, hương vị và cả sản lượng cà phê hòa tan.

Thực hiện bằng cách cho dung môi tiếp xúc với cà phê trong thiết bị, các

chất hòa tan sẽ tan vào trong nước và được tách ra để đưa tiếp vào giai đoạn sau, bã

cà phê được sấy khô.

Bột cà phê sản xuất cà phê hòa tan cần có kích thước lớn và tiến hành trích ly

nhiều lần để hạn chế lượng bột mịn tan sâu vào trong nước khi trích ly.

Đồ án tốt nghiệp

• Cô đặc bốc hơi

Sau khi trích ly nồng độ chất khô hòa tan trong dung dịch trích cà phê

thường thấp. Hiện nay nồng độ chất khô trong dung dịch cao nhất có thể đạt được

khoảng 25 - 30%. Khi nồng độ chất thô trong dung dịch còn thấp như thế, việc thực

hiện quá trình sấy để thu hồi sản phẩm sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế cao. Do

đó dịch trích cần phải được cô đặc đến một nồng độ chất khô cao hơn để quá trình

sấy được thực hiện hiệu quả hơn. Như vậy mục đích của quá trình cô đặc là nhằm

nâng cao nồng độ chất khô trong dịch trích nhằm tăng nhằm tăng hiệu quả của quá

trình sấy.

• Sấy phun

Sấy nhằm đưa dịch trích cà phê cô đặc thành dạng bột khô để tiện lợi cho

quá trình bảo quản và sử dụng.

Giai đoạn phun sương: chuyển nguyên liệu cần sấy thành dạng sương mù

nhờ cơ cấu phun sương trong thiết bị.

Giai đoạn trộn mẫu với không khí nóng: các hạt nhỏ li ti vừa hình thành

trong giai đoạn trên được trộn trực tiếp với không khí nóng để bốc hơi nước trong

mẫu. Đây là giai đoạn tách ẩm ra khỏi nguyên liệu, sản phẩm được tạo thành ở dạng

bột mịn. Thời gian tách ẩm diễn ra từ vài giây đến vài chục giây.

Giai đoạn thu hồi sản phẩm sau sấy từ dòng không khí thoát ra: có thể sử

dụng hệ thống cyclone để thu hồi sản phẩm, hiệu suất dao động 90 - 98%.

• Phối trộn

Quá trình bổ sung các nguyên liệu phụ như đường, sữa bột, các loại bột

kem… nhằm cải thiệ n giá trị cảm quan của sản phẩm.

Quá trình trộn thực hiện bằng thùng quay. Quá trình tẩm hương liệu (các loại

hương liệu có nguồn gốc từ cà phê hoặc nguồn gốc khác) cũng có thể được thực

hiện sau khi phối trộn xong các nguyên liệu phụ. Thông thường, chỉ phối trộn các

hương liệu tan trong dầu. Còn các loại hương liệu tan trong nước thì được phối trộn

trong quá trình tạo hạt, trước giai đoạn sấy hoàn thiện.

Đồ án tốt nghiệp

• Bao gói

Đóng gói có nạp khí N2 và CO2…để bột cà phê khỏi bị oxy hóa, các chất

dầu khỏi bị ôi, vi sinh vật khó xâm nhập. Độ ẩm trong bao bì thấp hơn 4 - 5% w/w

và O2 thấp hơn 4% thì có thể bảo quản ít nhất 18 tháng.

2.2.3. nguồn phát sinh và lưu lượng nước thải

Nguồn phát sinh và lưu lượng nước thải của nhà máy với công suất hiện tại

như sau:

• Nước chảy tràn.

• Nước thải công nghiệp.

- Nước thải sinh hoạt: phát sinh chủ yếu từ nhà ăn, nhà vệ sinh… với

lưu lượng khoảng 25 m3/ngày.

- Nước sản xuất: phát sinh chủ yếu từ qui trình sản xuất (nước thải từ quá trình trích ly, cô đặc, ly tâm…: khoảng 60 m3/ngày) và từ quá trình rửa băng tải máy ép bùn của hệ thống xử lý (khoảng 15 m3/ngày) với tổng lưu lượng khoảng 75 m3/ngày.

Công ty đã xây dựng hệ thống xử lý nước thải, công xuất thiết kế 100

m3/ngày đêm. Quy trình xử lý nước thải như sau:

Đồ án tốt nghiệp

2.2.4. cà phê của công ty vinacafé

Biên Hòa

Nguồn nước thải số 1

Nước rửa băng tải Bể điều hòa

Bể keo tụ tạo bông 1

Máy ép bùn Bùn thải Bể lắng 1 Bể chứa bùn Khu xả bã cà phê bùn bùn Bể kỵ khí

Bể lắng 3 Bể chứa

bùn Nguồn nước thải số 2 Keo tụ tạo bông 2 Bể hiếu khí

Bể lắng 2 bùn

Khử trùng bằng Javen

Thiết bị lọc áp lực GIAI ĐOẠN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỒ ÁN

Xử lý bằng cụm oxy hóa nâng cao

Tháp khử Clo dư

Hệ thống thoát nước mưa của KCN Biên Hòa 1

sông Đồng Nai

2.4: Quy trình công nghệ xử lý nước thải, công suất 100 m3/ngày.đêm

Đồ án tốt nghiệp

Thuyết minh quy trình công nghệ xử lý nước thải:

• Nguồn nước thải số 1: nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất (trừ nước

thải sản xuất từ quá trình cô đặc).

• Nguồn nước thải số 2: là nước thải sản xuất từ quá trình cô đặc.

• Bể điều hòa: chứa nguồn nước thải số 1 và nước rửa băng tải của máy ép

bùn.

• Bể keo tụ tạo bông 1: nước thải từ bể điều hòa sẽ được bơm lên bể keo tụ tạo

bông và hóa chất NaOH, PAC, polymer cũng được cấp vào bởi bơm định

lượng, mô tơ cánh khuấy cũng bất đầu khuấy. Quá trình khuấy trộn tạo điều

kiện tiếp xúc tốt giữa hóa chất và nước thải tạo thành các bông cặn lớn.

• Bể lắng 1: loại bỏ bông cặn của quá trình xử lý hóa lý của bể keo tụ tạo bông

1 bằng phương pháp lắng trọng lực.

• Bể kỵ khí: dưới sự hoạt động của vi sinh kỵ khí các chất gây ô nhiễm ở dạng

khó phân hủy sẽ được chuyển hóa thành chất không có khả năng gây ô

nhiễm hoặc các chất gây ô nhiễm có khả năng và dễ phân hủy hiếu khí.

• Bể hiếu khí: Các vi sinh vật trong nước thải tồn tại ở dạng lơ lửng dính bám.

Các vi sinh vật hiếu khí sẽ tiếp nhận oxy và chuyển hóa chất hữu cơ thành

thức ăn. Trong môi trường hiếu khí vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ các chất hữu

cơ để phát triển tăng sinh khối và làm giảm tải lượng ô nhiễm trong nước

thải tới mức thấp nhất.

• Bể lắng 2: lắng cặn vi sinh từ bể xử lý sinh học hiếu khí lơ lửng dính bám,

tách bùn vi sinh ra khỏi nước thải.

• Khử trùng bằng Javen: giảm COD và khử Coliform.

• Xử lý bằng cụm oxy hóa nâng cao: diệt khuẩn, khử màu, mùi trong nước

thải.

• Thiết bị lọc áp lực: vì bể lắng chỉ có thể tách được những cặn có kích thước

lớn nên phải bố trí thêm thiết bị lọc áp lực để tách gần như hoàn toàn cặn lơ

lửng còn sót lại trong nước.

Đồ án tốt nghiệp

• Tháp khử Clo dư: khử clo dư trong nước thải do quá trình khử trùng bằng

Javen.

• Bể chứa: dùng để chứa nguồn nước thải số 2 cũng như điều hòa lưu lượng

của nguồn nước thải này.

• Keo tụ tạo bông 2: nước thải từ bể chứa sẽ được bơm về bể keo tụ tạo bông 2

và hóa chất NaOH, Polymer, PAC sẽ được cấp vào bể keo tụ tạo bông 2 bằng

bơm định lượng hóa chất.

• Bể lắng 3: lắng bông bùn ở bể keo tụ tạo bông 2. Nước thải sau khi qua bể

lắng 3 sẽ quay về bể kỵ khí.

• Bể chứa bùn: chứa bùn của bể lắng 1, bể lắng 3.

• Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải được thu gom, đóng bao và đưa về chứa

trong khu vực có mái che. Lượng bùn tạm giữ tại nhà máy khoảng 8 tấn.

Định kỳ (1 ngày/lần).

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 3:

VÀ VẬT LIỆU

3.1. SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU

Trước tiên tiến hành xác định COD và độ màu đầu vào.

Mẫu nước thải cà phê hòa tan sau xử lý sinh học được thực hiện thí nghiệm

với bốn phương pháp oxy hóa: Fenton đồng thể, hệ peroxon (H2O2/O3), hệ O3/UV,

hệ H2O2/O3/UV.

Đối với Fenton đồng thể thì khảo sát tỉ lệ H2O2/Fe2+: 1/10; 1/5; 1/2; 1/1, với

Đối hệ peroxon (H2O2/O3) và hệ H2O2/O3/UV khảo sát khoảng pH 6 - 9 và

lượng H2O2 lần lượt là 1, 2, 3 (ml) và duy trì thời gian xử lý trong 80 phút.

lượng H2O2 cho vào 4, 5, 6 (ml) trong 2 lít nước thải (tức 2; 2,5; 3 (ml) trong 1 lít

nước thải), duy trì thời gian xử lý trong 80 phút.

Còn hệ O3/UV thì khảo sát khoảng pH 6 - 9 và duy trì thời gian xử lý trong

80 phút.

Ghi nhận kết quả COD và độ màu đầu ra, xử lý số liệu, tính hiệu xuất và vẽ

đồ thị từ đó xác định giá trị tối ưu về pH, thời gian xử lý, liều lượng H2O2 và tỉ lệ H2O2/Fe2+.

Dựa vào kết quả của quá trình nghiên cứu tìm ra phương pháp oxy hóa nâng

cao tối ưu nhất, phù hợp xử lý nước thải cà phê hòa tan. Cụ thể quá trình nghiên cứu

đuợc trình bày ở hình 3.1.

Đồ án tốt nghiệp

Trình tự thí nghiệm:

Nước thải sau xử lý sinh học

Xác định COD và độ màu đầu vào

Phương pháp

O3/UV

Quá trình UV/oxi hóa ệ peroxon (H2O2/O3)

H2O2/O3/UV

Khảo sát thời gian xử lý 20, 40, 60, 80 Khảo sát các khoảng pH = 6, 7, 8, 9 Khảo sát lượng H2O2 = 4, 5, 6 (ml)

Khảo sát tỉ lệ H2O2/Fe: 1/10; 1/5; 1/2; 1/1.

Ghi nhận kết quả phân tích COD và độ màu (đầu ra)

Xử lý số liệu, vẽ đồ thị

Xác định các giá trị tối ưu: (liều lượng H2O2, Fe, thời gian, pH)

Xác định phương pháp oxy hóa nâng cao phù hợp

Hình 3.1: Sơ đồ trình tự thí nghiệm

Đồ án tốt nghiệp

Các thí nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Công Ty TNHH TM –

DV MÔI TRƯỜNG THẾ GIỚI XANH.

: Nước thải sau bể xử lý sinh học của hệ thống xử lý

nước thải từ quá trình sản xuất cà phê hòa tan lấy từ trạm xử lý nước thải vinacafé

Biên Hòa.

Bảng 3.1: Đặc tính nước thải chế biến cà phê hòa tan sau xử lý sinh học

Stt

Thông số

Đơn vị

Trị số

1 pH 5 - 6

2 COD mg/l 300 - 700

3 Độ màu Pt – Co 200

3.2 MÔ

3.2.1.

ồn UV nội từ đèn thủy ngân phát ra có

bước sóng 254nm và công suất 19W, đèn được bọc trong ống thủy tinh thạch anh

chịu áp cao. Thành ống bên trong có tráng phủ lớp photpho, nguồn UV phát ra sẽ có

bước sóng 365 ± 20nm chính là nguồn UV sử dụng cho mụ

: dài 600 mm, D = 12

150 3 mm).

Đồ án tốt nghiệp

3

4

6

2

1

5

nh 3.2:

Đồ án tốt nghiệp

Mô hình thí nghiệm bao gồm: (1) Bể chứa nước thải đầu vào, (2) bơm nước

, (4) máy phát ozone, (5) bình thủy tinh hấp thụ ozon , (6) bể thả

chứa nước đầu ra.

3.3:

3.3

2Cr 2O7 0,0167M:

105oC • 4,913g K2Cr 2O7

33,3 g trong 2h) trong 500 167 ml H2SO4

•

, đ . HgSO4

(d = 1, : cân 5,5 g Ag2SO4 trong 1 kg H2SO4

•

1 - .

ferroin: 1,485 g 1, 10 – phenanthroline

0,695 g FeSO4.7H2

100 ml.

Đồ án tốt nghiệp

•

0, 20 ml

. H2SO4

Hình 3.4: Hóa chất thí nghiệm

Hình 3.5: Các dụng cụ thí nghiệm

Đồ án tốt nghiệp

( 3.2).

3.2:

STT

Pipet 2ml 1 1

Pipet 5ml 1 2

Pipet 10ml 1 3

100 ml 1 4

Buret 25ml 1 5

15 6

125ml 5 7

100ml 10 8

500ml 10 9

2 10

1 11

1000ml 1 12

100ml 1 13

su 1 14

. •

Đồ án tốt nghiệp

sử dụng trong đo độ màu.

Hình 3.6:

3.4 3.4.1. Quá trình Fenton đồng thể

• Khảo sát tỉ lệ H2O2 và phèn sắt đã sử dụng đối với nước thải cà phê hòa tan

sau bể xử lý sinh học.

: p • FeSO4, NaOH, H2SO4, polimer.

30 - 35oC. •

• Lượng nước thải thí nghiệm: 500 ml chứa trong cốc 500 ml.

• Thêm phèn sắt II với liều lượng khác nhau. • Thêm từ từ H2O2 (30%) vào các mẫu trên sao cho tỉ lệ H2O2/Fe2+ là 1/10;

1/5; 1/2; 1/1. Lượng H2O2 cho vào lần lượt là 1ml; 2ml; 3ml.

• Điều chỉnh pH = 3. (quá trình Fenton hiệu quả trong khoảng pH 2 - 4, cao

nhất ở pH khoảng 2,8)

• Để yên cho phản ứng xảy ra trong 2 giờ.

• Sau đó đem nâng pH = 7 - 8 bằng NaOH, thêm polimer anion khuấy nhẹ và

đều. (nâng pH lên để tạo kết tủa Fe3+ tách ra khỏi nước).

. •

. • Lấy phần nước trong ở trên đo độ màu (λ = 455 nm)

Đồ án tốt nghiệp

3.4.2. Q peroxon (H2O2/O3)

30 - 35oC. •

• N

ể xử lý sinh học cho vào thùng chứa nước thải

(thùng chứa nước thải có thể tích là 2 lít).

• Chỉnh pH = 8 (quá trình peroxon tối ưu pH = 7 - 8), tiếp theo cho lượng

H2O2 vào lần lượt là 2; 2,5; 3 ml/l nước thải khuấy đều (mỗi mẻ chạy một

lượng H2O2 để tìm ra lượng H2O2 tối ưu).

• Nước thải từ thùng chứa nước thải được máy bơm bơm vào hệ thống phản

ứng. Mở hệ thống tạo khí ozone.

• Thời gian phản ứng duy trì trong 80 phút với khoảng thời gian lấy mẫu là 20,

40, 60 và 80 phút.

. • Lấy mẫu nước sau xử lý đo độ màu (λ = 455 nm)

• Sau khi tìm được lượng H2O2 tối ưu, ta tiếp tục làm thí nghiệm để tìm pH tối

ưu. Cho lượng H2O2 tối ưu vào nước thải khuấy đều, sau đó chỉnh pH bằng

NaOH 0,1N và H2SO4 0,1N lần lượt từ 6, 7, 8, 9 (mỗi mẻ chạy một

khoảng pH để tìm ra pH tối ưu).

• Nước thải từ thùng chứa nước thải được máy bơm bơm vào hệ thống phản

ứng. Mở hệ thống tạo khí ozone.

. • Lấy mẫu nước sau xử lý đo độ màu (λ = 455 nm)

3/UV

30 - 35oC. •

ể xử lý sinh học cho vào thùng chứa nước •

thải, Chỉnh pH bằng NaOH 0,1N và H2SO4 0,1N lần lượt từ 6, 7, 8, 9 (mỗi

mẻ chạy một khoảng pH).

•

. 20, 4

Đồ án tốt nghiệp

. • Lấy mẫu nước sau xử lý đo độ màu (λ

3.4.4. Q H2O2/O3/UV

30 - 35oC. •

•

ể xử lý sinh học cho vào thùng chứa nước thải

(thùng chứa nước thải có thể tích là 2 lít).

• Sau khi tìm được khoảng pH 8 tối ưu và lượng H2O2 = 5ml (tức 2,5mt/l

nước thải) hiệu quả nhất của quá trình H2O2/O3, ta cho lượng H2O2 tối ưu

vào nước thải và chỉnh về pH tối ưu.

• Nước thải từ thùng chứa nước thải được máy bơm bơm vào hệ thống phản

ứng. Mở đèn UV và hệ thống tạo khí ozone.

• Thời gian phản ứng duy trì trong 80 phút với khoảng thời gian lấy mẫu là 20,

40, 60 và 80 phút.

• Lấy mẫu sau xử lý đo chỉ tiêu độ màu (λ = 455 nm) và COD.

3.5

2Cr 2O7

: .

• Rửa sạch ống nghiệm có nút vặn kín.

• Cho 5 ml mẫu vào ống nghiệm, thêm 3 ml dung dịch K2Cr 2O7 0,0167M vào,

cẩn thận thêm 7 ml dung dịch H2SO4 xúc tác vào bằng cách cho acid chảy từ

từ dọc theo thành của ống nghiệm. Đậy nút vặn ngay, lắc kỹ nhiều lần (cẩn

thận vì phản ứng sinh nhiệt).

• Đặt ống nghiệm vào giá inox và cho vào tủ sấy ở nhiệt độ 1500C trong 2 giờ.

• Để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ dung dịch trong ống nghiệm vào bình tam

giác 100 ml, thêm 2 giọt chỉ thị ferroin và định phân bằng FAS 0,1M.

• Chuẩn độ với FAS 0.1M đến khi mẫu chuyển từ màu xanh lá cây sang màu

nâu đỏ. Làm một mẫu trắng với nước cất để làm mẫu chuẩn.

−

(

) MBA

8000

• Công thức tính COD

× V

COD (mg/l) =

Đồ án tốt nghiệp

Trong đó:

A: thể tích FAS dùng định phân mẫu trắng, ml

B: thể tích FAS dùng để định phân mẫu cần xác định, ml

M: nồng độ mol của FAS, 0.1M

V: thể tích mẫu ban đầu, ml

f: hệ số pha loãng mẫu.

CODđầu vào – CODđầu ra

• Công thức tính hiệu suất:

H% = × 100 CODđầu vào

λ = 455 nm.

pH meter, . pH :

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 4:

4.1. KẾT QUẢ CÁC QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM

4.1.1. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng phương pháp Fenton

đồng thể

Bảng 4.1: Hiệu quả xử lý bằng phương pháp Fenton đồng thể

Độ hấp thu ở Hiệu suất xử Hiệu suất xử Tỉ lệ H2O2 (ml)/Fe2+ (ml) bước sóng COD (mg/l) lý COD lý độ màu Trong 500 ml λ=455nm (%Hđđ ) (%HCO D) nước thải

Mẫu vào 0,395 672 - -

01:01 0,191 640 5 52

01:02 0,143 608 10 64

01:05 0,127 503 25 68

01:10 0,104 448 33 74

02:02 0,119 608 10 70

02:04 0,124 608 10 69

02:10 0,111 704 - 72

02:20 0,367 736 - 7

03:03 0,401 736 - -

03:06 0,41 704 - -

03:15 0,298 768 - 25

03:30 0,518 832 - -

Bảng 4.1 cho thấy tỉ lệ H2O2/Fe2+ tối ưu là 1/10 với lượng H2O2 là 1 ml (tỉ lệ H2O2/Fe2+ là 1/10; 1/5; 1/2; 1/1) để vẽ đồ thị.

Đồ án tốt nghiệp

Các tỉ lệ H2O2/Fe2+ là 1/10; 1/5; 1/2; 1/1 với lượng H2O2 là 2 ml và 3 ml xử lý độ

màu và COD hiệu quả rất thấp (do lượng H2O2 nhiều nên phản ứng với K2Cr 2O7

gây ảnh hưởng đến quá trình xác định COD).

Hình 4.1: Biểu đồ ảnh hưởng của tỉ lệ hóa chất H2O2/Fe2+ đến hiệu quả xử lý nước

thải cà phê hòa tan bằng quá trình Fenton đồng thể.

Nhận xét:

Khảo sát biểu đồ hình 4.1 cho thấy hydro peroxit là một trong những nhân tố,

ảnh hưởng trực tiếp, quyết định tới hiệu suất xử lý của phương pháp Fenton.

Trong thời gian 20 phút đầu, hiệu quả xử lý độ màu vào khoảng 50%.

Sau đó, hiệu quả xử lý tăng lên, từ 40 đế

ạt được >70%. Hiệu quả xử lý COD tăng đều ở các khoảng tỉ lệ H2O2/Fe2+ từ 5% đến 33

thời gian xử lý là từ 40 - 60 phút.

Fenton đồng thể cho hiệu quả xử lý độ màu tương đối cao,

. nhưng

Nhìn chung, khả năng xử lý của hệ Fenton đồng thể không cao. Tuy nhiên, kết quả khảo sát cho thấy tỷ lệ H2O2/Fe2+ sử dụng và lượng H2O2 tối ưu cho hệ

fenton đồng thể 1:10; và lượng H2O2 là 1 ml.

Đồ án tốt nghiệp

Căn cứ vào những kết quả thu được nhận thấy hiệu suất xử lý đạt cao nhất

khi hàm lượng H2O2 bằng 1 ml/0,5 lít nước thải cà phê hòa tan. Khi đó, hiệu suất xử

lý độ màu và COD đều có xu hướng tăng. Với hàm lượng hydro peroxit bằng 2 ml/l

nước thải cà phê hòa tan, hiệu quả xử lý độ màu đạt đến 74%, và COD đạt 33%.

Tuy nhiên, khi hàm lượng hydro peroxit lớn hơn 2 ml/l (4 ml/l và 6 ml/l)

nước thải thì hiệu suất xử lý độ màu và COD đều có xu hướng giảm. Thậm chí

không xử lý được cả hai chỉ tiêu COD và độ màu. Hiện tượng này do lượng hóa

chất cho vào quá nhiều, không phản ứng hết trong nước thải, từ đó H2O 2 phản ứng

với K2CrO7 dẫn đến COD tăng ảo trong lúc phân tích, đây là cũng là sai số chưa

được khắc phục.

Vậy hàm lượng hydro peroxyl phù hợp trong nghiên cứu xử lý nước thải cà

phê hòa tan bằng phương pháp Fenton đồng thể là 2 ml/l nước thải. Ở hàm lượng

này, loại bỏ được 72% độ màu và 34% COD.

4.1.2. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng peroxon (H2O2/O3)

4.1.2.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng H2O2 đến hiệu quả xử lý độ màu

trong nước thải cà phê hòa tan

Điều kiện thí nghiệm: chỉnh pH = 8, hàm lượng H2O2 cho vào 2; 2,5; 3 ml/l

nước thải cà phê hòa tan.

Bảng 4.2: Hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan bằng quá trình

Peroxon (H2O2/O3) ở pH = 8

Độ hấp thu ở bước sóng Hiệu quả xử lý (%H) λ=455nm

H2O2 = 2 H2O2 = H2O2 = 3 H2O2 = H2O2 = H2O2 = 3 Thời gian (ml) 2,5 (ml) (ml) 2 (ml) 2,5 (ml) (ml)

Mẫu vào 0,373 0,373 - - - 0,373

20 phút 0,232 0,218 38 42 33 0,25

40 phút 0,194 0,168 48 55 52 0,18

60 phút 0,186 0,12 50 68 56 0,165

80 phút 0,17 0,13 54 65 54 0,17

Đồ án tốt nghiệp

Hình 4.2: Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng H2O2 đến hiệu quả xử lý độ màu

trong nước thải và phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H 2O2/O3).

Nhận xét:

Chỉnh pH = 8, hàm lượng H2O2 cho vào lần lượt 2; 2,5; 3 ml/l nước thải cà

phê hòa tan, nhìn vào kết quả hình 4.2 cho thấy.

Với lượng H2O2 cho vào là 2 ml/l nước thải và chỉnh pH = 8 thì thời gian 20

phút đầu xử lý đạt hiểu quả 38%, theo thời gian xử lý 40, 60, 80 phút hiệu quả tăng

dần lên lần lượt 48%, 50%, 54%.

Chỉnh pH = 8 với lượng H2O2 cho vào là 2,5ml/l nước thải trong 20 phút đầu

xử lý khá tốt, hiệu quả đạt được 42%, theo thời gian xử lý 40 và 60 phút hiệu quả

tăng nhưng chậm lại, cụ thể hiệu quả lần lượt đạt được là 55%, 68%, hệu quả xử lý

đến phút 80 giảm xuống còn 65%.

Chỉnh pH = 8 với lượng H2O2 cho vào là 3 ml/l nước thải trong 20 phút đầu

hiệu quả xử lý thấp chỉ được 33%, theo thời gian xử lý 40 và 60 phút hiệu quả tăng

dần lên lần lượt là 52%, 56%, hiệu quả xử lý đến phút 80 giảm xuống còn 54%.

Từ quá trình nghiên cứu nhận thấy hàm lượng H2O2 phù hợp cho quá trình

Peroxon là 2,5 ml/l nước thải cà phê hòa tan trong điều kiện nước thải đã được

Đồ án tốt nghiệp

chỉnh về pH thích hợp ( pH = 8). Với hàm lượng H2O2 này, hiệu quả loại bỏ độ

màu đạt hiệu quả xử lý khoảng 68% vào thời điểm 60 phút.

Đối với các hàm lượng H2O2 khác khả năng xử lý cũng tương tự, nhưng giai

đoạn đầu xử lý chưa có hiệu quả cao. Tuy ở thời điểm 40 phút - 60 phút thì hiệu quả

tăng lên nhưng vẫn không cao như hàm lượng H2O2 bằng 2,5 ml/l nước thải.

Hàm lượng H2O2 ít quá thì không tạo ra đủ *OH oxy hóa hũu cơ tạo màu

trong nước thải, còn hàm lượng nhiều quá mức thì H2O2 dư ra sẽ tiếp tục phản ứng với gốc *OH từ đó giảm số lượng gốc *OH dẫn đến quá trình oxy hóa giảm theo.

Đồ án tốt nghiệp

4.1.2.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng H2O2 đến hiệu quả xử lý COD

trong nước thải cà phê hòa tan

Điều kiện thí nghiệm: chỉnh pH = 8, hàm lượng H2O2 cho vào 2; 2,5; 3 ml/l

nước thải cà phê hòa tan.

Bảng 4.3: Hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan bằng quá trình

Peroxon (H2O2/O3) ở pH = 8

COD (mg/l) Hiệu quả xử lý (%H)

H2O2 = 2 H2O2 = H2O2 = 3 H2O2 = 2 H2O2 = H2O2 = 3 Thời gian (ml) 2,5 (ml) (ml) (ml) 2,5 (ml) (ml)

Mẫu vào 576 576 576 - - -

20 phút 544 420 544 6 27 6

40 phút 480 274 450 17 52 22

60 phút 416 95 350 28 84 39

80 phút 430 125 380 25 78 34

Hình 4.3: Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng H2O2 đến hiệu quả xử lý COD trong

nước thải và phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H 2O2/O3).

Đồ án tốt nghiệp

Nhận xét:

Chỉnh pH = 8, hàm lượng H2O2 cho vào lần lượt 2; 2,5; 3 ml/l nước thải cà

phê hòa tan, khảo sát kết quả hình 4.3 cho thấy.

Với lượng H2O2 cho vào là 2 ml/l nước thải và chỉnh pH = 8 thì thời gian 20

phút đầu xử lý hiểu quả rất thấp chỉ 6%, theo thời gian xử lý 40 và 60 phút hiệu quả

tăng dần lên lần lượt 17%, 28%, nhưng hiệu quả xử lý phút 80 lại giảm còn 25%

(cặn hữu cơ bị oxy hóa trong thời đầu, sau đó tan ra tạo chất hữu cơ hòa tan dẫn đến

COD tăng).

Chỉnh pH = 8 với lượng H2O2 cho vào là 2,5 ml/l nước thải trong 20 phút

đầu xử lý tốt hơn đạt 27%, theo thời gian xử lý 40 và 60 phút hiệu quả xử lý tăng

nhanh lần lượt đạt 52% và 84% nhưng hiệu quả xử lý đến phút 80 giảm xuống còn

78%.

Chỉnh pH = 8 với lượng H2O2 cho vào là 3 ml/l nước thải trong 20 phút đầu

hiệu quả xử lý rất thấp chỉ 6%, theo thời gian xử lý 40 và 60 phút hiệu quả tăng dần

lên lần lượt là 22%, 39%, nhưng hiệu quả xử lý đến phút 80 giảm xuống còn 34%.

Từ quá trình nghiên cứu nhận thấy hàm lượng H2O2 phù hợp cho quá trình

Peroxon là 2,5 ml/1 nước thải cà phê hòa tan trong điều kiện nước thải đã được

chỉnh về pH thích hợp ( pH = 8). Với hàm lượng H2O2 này, hiệu quả loại bỏ độ

màu đạt hiệu quả xử lý khoảng 68% vào thời điểm 60 phút.

Hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan của phương pháp

peroxon tối ưu ở pH = 8 khi hàm lượng H2O2 là 2,5 ml. Ở hàm lượng hóa chất này

phương pháp peroxon (H2O2/O3) có thể khử đến 84% COD sau 60 phút.

Với các hàm lượng H2O2 khác hiệu quả đạt được rất hạn chế luôn dưới 40%.

Vì vậy có thể khẳng định rằng hàm lượng H2O2 thích hợp để xử lý nước thải cà phê

hòa tan bằng phương pháp peroxon là 2,5 ml và hiệu quả đạt cao nhất tại pH = 8

trong thời gian xử lý 60 phút.

Hàm lượng H2O2 ít quá thì không tạo ra đủ *OH oxy hóa COD trong nước

thải, còn hàm lượng nhiều quá mức thì H2O2 dư ra sẽ tiếp tục phản ứng với gốc *OH từ đó giảm số lượng gốc *OH dẫn đến quá trình oxy hóa giảm theo.

Đồ án tốt nghiệp

4.1.2.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý độ màu trong nước

thải cà phê hòa tan

Điều kiện thí nghiệm: lượng H2O2 cho vào 2,5ml/l nước thải cà phê hòa tan.

Bảng 4.4: Hiệu quả xử lý độ màu bằng quá trình peroxon (H2O2/O3)

Độ hấp thu Hiệu quả xử lý (%H) ở bước sóng λ=455nm

pH = pH = pH = pH = pH = pH = pH = pH = Thời gian (phút) 6 7 8 9 6 7 8 9

Mẫu vào 0,34 0,34 0,34 0,34 - - -

20 phút 0,3 0,3 0,225 0,26 12 12 34 24

40 phút 0,28 0,29 0,159 0,244 18 15 53 28

60 phút 0,25 0,24 0,115 0,237 26 29 66 30

80 phút 0,23 0,22 0,12 0,21 32 35 65 38

Hình 4.4: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà

phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H2O2/O3).

Đồ án tốt nghiệp

Nhận xét:

Cho 5ml H2O2 (tức là 2,5ml H2O2/l nước thải) vào nước thải khuấy đều, sau

đó chỉnh pH bằng NaOH 0,1N và H 2SO4 0,1N lần lượt từ 6, 7, 8, 9 (mỗi mẻ chạy

một khoảng pH để tìm ra pH tối ưu), duy trì thời gian xử lý trong 80 phút, Nhìn vào

kết quả biểu đồ hình 4.4 cho thấy.

Trong 20 phút đầu xử lý hiệu quả đạt được từ 12% đến 34%. Sau đó từ 40 -

80 phút hiệu quả xử lý tăng dần từ 32% đến 66%.

Ở pH = 6 hiệu quả xử lý trong 20 phút đầu được 12%, đến 40 phút thì hiệu

quả xử lý tăng dần lên 18%, theo thời gian xử lý đến 60 phút hiệu quả xử lý tăng

nhanh đạt 26%, từ 60 - 80 phút xử lý tăng lên đạt 32%. Tại pH = 6 hiệu quả xử lý

độ màu không cao

Ở pH = 7 hiệu quả xử lý trong 20 phút đầu cũng như ở pH = 6 là 12%, đến

40 phút xử lý có tăng nhẹ chỉ đạt 15%, từ 40 - 60 hiệu quả xử lý tăng nhanh đạt

29%, sau khi xử lý đến phút 80 hiệu quả tăng lên đạt 35%. Tại pH = 7 hiệu quả xử

lý độ màu vẫn không cao.

Ở pH = 8 hiệu quả xử lý tốt hơn nhiều, trong 20 phút đầu xử lý đạt hiệu quả

34%, theo thời gian xử lý 40 - 60 phút hiệu quả tăng nhanh lên đạt 53% và 66%, xử

lý đến phút 80 thì hiệu quả có giảm xuống thấp hơn so với phút 60 còn 65%, (do xử

lý chất hữu cơ tạo màu, cặn hữu cơ bị oxy hóa trong thời đầu, sau đó tan ra tạo chất

hữu cơ hòa tan dẫn đến độ màu tăng). Tại pH = 8 hiệu quả xử lý độ màu tốt hơn

nhiều.

Ở pH = 9 hiệu quả xử lý trong 20 phút đầu đạt 24%, theo thời gian xử lý hiệu

quả tăng dần lên, tại phút 40 xử lý đạt hiểu quả 28%, tại phút 60 hiểu quả xử lý đạt

30% và hiệu quả xử lý ở phút 80 là 38%. Tại pH = 9 hiệu quả xử lý độ màu cao hơn

ở pH = 6 và pH = 7 nhưng vẫn không tốt bằng hiệu quả xử lý tại pH = 8.

Hiệu quả xử lý độ màu cao nhất đạt được 66% ở pH = 8 trong thời gian 60

phút.

Đồ án tốt nghiệp

4.1.2.4. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD trong nước thải

cà phê hòa tan

Điều kiện thí nghiệm: lượng H2O2 cho vào 2,5ml/l nước thải cà phê hòa tan.

Bảng 4.5: Hiệu quả xử lý COD bằng quá trình peroxon (H2O2/O3)

COD (mg/l) Hiệu quả xử lý (%H)

Thời gian pH = 6 pH = 7 pH = 8 pH = 9 pH = 6 pH = 7 pH = 8 pH = 9

Mẫu 576 576 576 576 - - - -

20 phút 544 512 380 510 6 11 34 11

40 phút 480 416 240 413 17 28 58 28

60 phút 448 352 95 300 22 39 84 48

80 phút 470 380 120 320 18 34 79 44

Hình 4.5: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà

phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H2O2/O3).

Đồ án tốt nghiệp

Nhận xét:

Cho 5ml H2O2 (tức là 2,5ml H2O2/l nước thải) vào nước thải khuấy đều, sau

đó chỉnh pH bằng NaOH 0,1N và H 2SO4 0,1N lần lượt từ 6, 7, 8, 9 (mỗi mẻ chạy

một khoảng pH để tìm ra pH tối ưu), duy trì thời gian xử lý trong 80 phút, nhìn vào

kết quả biểu đồ hình 4.5 cho thấy.

Nhìn chung trong 20 phút đầu xử lý hiệu quả đạt được từ 6% đến 34%. Sau

đó từ 40 - 60 phút hiệu quả xử lý tăng dần từ 22% đến 84%, đến 80 phút xử lý thì

hiệu quả giảm xuống thấp hơn so với phút 60 phút, hiệu quả còn 18% đế n 79%.

Ở pH = 6 hiệu quả xử lý trong 20 phút đầu rất thấp chỉ đạt 6%, đến 40 phút

thì hiệu quả xử lý tăng nhanh lên 17%, theo thời gian xử lý đến 60 phút hiệu quả xử

lý tăng lên đạt 22%, phút 80 xử lý thì hiệu quả có giảm xuống thấp hơn so với phút

60 còn 18%, (do cặn hữu cơ bị oxy hóa trong thời đầu, sau đó tan ra tạo chất hữu cơ

hòa tan dẫn đến COD tăng). Hiệu quả xử lý COD ở pH = 6 rất thấp, cao nhất chỉ đạt

22%.

Ở pH = 7 hiệu quả xử lý trong 20 phút đầu gần gấp đôi so với pH = 6, hiệu

quả đạt được là 11%, đến 40 phút xử lý hiệu quả tăng nhanh đạt 28%, từ 40 - 60

hiệu quả xử lý tăng nhanh đạt 39%, sau khi xử lý đến phút 80 hiệu quả tăng lên đạt

35%. Tại pH = 7 hiệu quả xử lý độ màu vẫn không cao.

Ở pH = 8 hiệu quả xử lý tốt hơn nhiều, trong 20 phút đầu xử lý đạt hiệu quả

34%, theo thời gian xử lý 40 - 60 phút hiệu quả tăng nhanh lên đạt 58% và 84%, xử

lý đến phút 80 thì hiệu quả có giảm xuống thấp hơn so với phút 60 còn 79%, (cặn

hữu cơ bị oxy hóa trong thời đầu, sau đó tan ra tạo chất hữu cơ hòa tan dẫn đến

COD tăng). Tại pH = 8 hiệu quả xử lý độ màu tốt hơn nhiều.

Ở pH = 9 hiệu quả xử lý tại thời điểm 20 phút đầu và 40 phút bằng với hiệu

quả xử lý ở pH = 7 lần lượt đạt 11% và 28%, theo thời gian xử lý hiệu quả tăng dần

lên 48% tại thời điểm 60 phút nhưng hiệu quả xử lý tại thời điểm 80 phút lại giảm

xuống thấp hơn so với thời điểm 60 phút chỉ đạt 44% (cặn hữu cơ bị oxy hóa trong

thời đầu, sau đó tan ra tạo chất hữu cơ hòa tan dẫn đến COD tăng). Tại pH = 9 hiệu

quả xử lý COD cao hơn ở pH = 6 và pH = 7 nhưng vẫn không tốt bằng hiệu quả xử

lý tại pH = 8.

Đồ án tốt nghiệp

Hiệu quả xử lý COD cao nhất đạt được 84% ở pH = 8 trong thời gian 60

phút.

Hình ảnh minh họa kết quả sau xử lý.

Hình 4.6: Mẫu trước và sau xử lý 60 phút.

Hình 4.7: Mẫu trước và sau xử lý 20, 40, 60, 80 phút.

Đồ án tốt nghiệp

4.1.3. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O3/UV

4.1.3.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý độ màu trong nước

thải cà phê hòa tan bằng hệ O3/UV

Bảng 4.6: Hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O3/UV

Độ hấp thu Hiệu quả xử lý (%H) ở bước sóng λ=455nm

Thời gian pH = 6 pH = 7 pH = 8 pH =9 pH = 6 pH = 7 pH = 8 pH = 9

Mẫu vào 0,397 0,397 0,397 0,397 - - -

20 phút 0,365 0,323 0,315 0,289 8 19 21 27

40 phút 0,346 0,252 0,25 0,282 13 37 37 29

60 phút 0,252 0,175 0,17 0,201 37 56 57 49

80 phút 0,248 0,164 0,15 0,165 38 59 62 58

Hình 4.8: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà

phê hòa tan bằng hệ O3/UV

Đồ án tốt nghiệp

Nhận xét:

Bật máy ozon công suất 1g/O3/giờ, chỉnh pH lần lượt 6, 7, 8, 9.

Khả năng xử lý độ ủa hệ O3/UV trong khoảng pH từ 6 đến 9.

Khảo sát kết quả biểu đồ hình 4.8 cho thấy, trong thời gian đầu hiệu quả xử

lý độ màu chưa cao, hiệu quả đạt từ 8% đến 27% sau đó hiệu quả xử lý tăng dần

theo thời gian.

Ở pH = 6 hiệu quả xử lý tăng dần theo thời gian 20 - 80 phút, hiệu quả xử lý

từ 8% tăng lên 38%, giai đoạn đầu từ 20 đến 40 hiệu quả xử lý tăng chậm từ 8%

đến 13%, tăng nhanh từ thời điểm 40 đến 60 phút hiệu quả xử lý đạt được từ 13%

đến 37% nhưng hiệu quả xử lý từ 60 đến 80 phút hiệu quả tăng không đáng kể từ

37% lên 38%.

Ở pH = 7 xử lý trong 20 phút đầu đạt hiệu quả 19% sau đó hiệu quả xử lý

tăng nhanh trong thời gian 40 và 60 phút lần lượt đạt hiểu quả 37% và 56%, tiếp tục

hiệu quả xử lý tăng nhưng không đáng kể vào phút 80 đạt được là 59%.

Ở pH = 8 hiệu quả xử lý trong 20 phút đầu chỉ đạt 21% nhưng theo thơi gian

xử lý, hiệu quả tăng nhanh tăng tại thời điểm 40 và 60 phút lần lượt đạt 37% đến

57% tiếp tục hiệu quả xử lý tại phút 80 tăng 59% nhưng không đáng kể.

Ở pH = 9 từ 20 đến 40 phút hiệu quả xử lý tăng chậm từ 27 % đến 29%, hiệu

quả xử lý tăng đến phút 60 tăng nhanh đạt 49% và tiếp tục tăng lên tại phút 80 đạt

58%.

Hiệu quả xử lý độ màu cao nhất đạt được 62% ở pH = 8 trong thời gian 60

phút.

Đồ án tốt nghiệp

4.1.3.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD trong nước thải

cà phê hòa tan bằng hệ O3/UV

Bảng 4.7: Hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O3/UV

COD (mg/l) Hiệu quả xử lý (%H)

Thời gian pH = 6 pH = 7 pH = 8 pH = 9 pH = 6 pH = 7 pH = 8 pH = 9

Mẫu 704 704 704 704 - - - -

20 phút 640 544 448 576 9 23 36 18

40 phút 448 416 416 480 36 41 41 32

60 phút 416 320 228 352 41 55 68 50

80 phút 448 448 300 416 36 36 57 41

Hình 4.9: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà

phê hòa tan bằng hệ O3/UV.

Đồ án tốt nghiệp

Nhận xét:

Bật máy ozon công suất 1g/O3/giờ, chỉnh pH lần lượt 6, 7, 8, 9.

ở pH = 6 hiệu quả xử lý tăng nhanh từ phút 20 đến 40, hiệu quả đạt được

tăng từ 9% đến 36%, tiếp tục tăng hiệu quả xử lý lên 41% tại thời điểm 60 phút,

nhưng sau khi đến phút 80 thì hiệu quả xử lý giảm xuống còn lại 36%.

ở pH = 7 hiệu quả xử lý trong tăng nhanh đều theo thời gian từ 20, 40, 60

phút lần lượt đạt 23%, 44%, 55%.

Đối với COD thì 20 phút đầu hiệu quả xử lý thể hiện cụ thể ở từng khoảng

như sau: pH = 6 chỉ đạt 9%, ở pH = 7 đạt được 23%, pH = 8 đạt được 36%, pH = 9

đạt được 18%. sau đó hiệu quả xử lý độ màu tăng dần theo thời gian 40 phút đến 80

phút xử lý và đạt hiệu quả cao nhất thể hiện cụ thể từng khoảng pH như sau: pH = 6

đạt được 41%, pH = 7 đạt được 55%, pH = 8 đạt được 68%, pH = 9 đạt được 50%.

Dựa vào kết quả thu được và nhìn biểu đồ ta thấy hiệu quả xử lý của hệ

UV/O3 đạt tối ưu ở pH = 8 trong thời gian 60 phút, hiệu quả xử lý COD là 68%.

Đồ án tốt nghiệp

Hình ảnh minh họa kết quả sau xử lý.

Hinh 4.10: Mẫu trước và sau xử lý 60 phút.

Hình 4.11: Mẫu trước và sau xử lý 20, 40, 60, 80 phút.

Đồ án tốt nghiệp

4.1.4. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng hệ H2O2/O3/UV

Sau khi thí nghiệm xử lý bằng hệ peroxon (H2O2/O3) tìm được khoảng pH =

8 và lượng H2O2 = 5ml (tức 2,5ml/l) nước thải là tối ưu và hiệu quả nhất. Dựa vào

điều kiện tối ưu của hệ peroxon (H2O2/O3) kết hợp chiếu UV để khảo sát hiệu quả

xử lý của hệ H2O2/O3/UV.

Điều kiện thí nghiệm: chỉnh pH = 8 và hàm lượng H2O2 = 2,5 ml/l nước thải

cà phê hòa tan.

Bảng 4.8: Hiệu quả xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng hệ H2O2/O3/UV

Kết quả đo Hiệu quả xử lý

Độ hấp thu ở bước Thời gian COD (mg/l) Độ màu (%) COD (%) sóng λ=455nm.

Mẫu vào 0,34 576 - -

20 phút 0,252 410 26 29

40 phút 0,148 200 56 65

60 phút 0,1 80 71 86

80 phút 0,11 79 68 86

Hình 4.12: Biểu đồ hiệu quả xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng hệ H2O2/O3/UV

Đồ án tốt nghiệp

Nhận xét:

Chỉnh pH = 8. Hàm lượng H2O2 = 2,5 ml/l nước thải cà phê hòa tan.

Dựa vào kết quả và biểu đồ ta thấy hiệu quả xử lý bằng hệ H2O2/O3 kết hợp

chiếu UV cao hơn hệ H2O2/O3. Hiệu quả xử lý của hệ H2O2/O3/UV tối ưu ở pH = 8

với lượng H2O2 = 2,5 ml/l nước thải trong thời gian 60 phút, hiệu quả xử lý độ màu

là 71% và COD là 86% cao hơn hiệu quả xử lý độ màu và COD hệ peroxon

(H2O2/O3) tương ứng (68% và 84%).

Tuy nhiên, thí nghiệm này chưa hoàn chỉnh. Chỉ là một thử nghiệm để tăng

cường hiệu quả của hệ Peroxon (H2O2/O3) vì chưa thí nghiệm ở nhiều mức cường

độ UV khác nhau nên việc so sánh chưa thực sự tin cậy.

Hàm 3 biến số cần phải có phương án thí nghiệm phù hợp. Hiệu quả xử lý

cao hơn các phương pháp khác vì UV tăng cường khả năng tạo *OH của phản ứng

H2O2 + O3  *OH.

Đề xuất nghiên cứu kỹ hơn điều kiện tối ưu của hệ H2O2/O3/UV.

Đồ án tốt nghiệp

Hình ảnh minh họa kết quả sau xử lý.

Hình 4.13: Mẫu trước và sau xử lý 60 phút.

Hình 4.14 : Mẫu trước và sau xử lý 20, 40, 60, 80 phút.

Đồ án tốt nghiệp

4.2. SO SÁNH HIỆU QUẢ XỬ LÝ GIỮA CÁC PHƯƠNG PHÁP

4.2.1. So sánh hiệu quả xử lí COD trong nước thải cà phê hòa tan

Hình 4.15: Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan của một số quá trình oxy hóa.

Nhận xét:

Tất cả quá trình oxy hóa trên đều có khả năng xử lý COD ở các khoảng

pH từ 6 đến 9.

Từ kết quả khảo sát đã cho thấy rõ pH tối ưu của quá trình xử lý COD của

một số quá trình oxy hóa ở pH = 8.

Nhìn vào biểu đồ ta thấy hiệu quả xử lý COD của một số quá oxy hóa nâng

cao đạt trên 80% tốt hơn hiệu quả xử lý bằng quá trình Fenton đồng thể.

Nhìn chung thì trong môi trường trung tính với pH từ 7 - 8 thích hợp cho

việc xử lý nước thải cà phê hòa tan. Và trong tất cả 4 phương pháp đã nghiên cứu

thì hiệu quả xử lý bằng hệ H2O2/O3/UV là cao nhất vì có thể loại bỏ đến 86% giá trị

COD ở pH = 8, tiếp theo là hệ H2O2/O3 có hiệu quả khử COD đạt 84% ở pH = 8,

hiệu quả xử lý của hệ O3/UV là 68%, còn quá trình Fenton, hiệu quả xử lý thấp chỉ

đạt được 33%.

Đồ án tốt nghiệp

4.2.2. So sánh hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan

Hình 4.16: Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan của một số quá trình oxy hóa.

Nhận xét:

Tất cả quá trình oxy hóa trên đều có khả năng xử lý độ màu ở các khoảng

pH từ 6 đến 9.

Từ kết quả khảo sát đã cho thấy rõ pH tối ưu của quá trình xử lý độ màu của

một số quá trình oxy hóa ở pH = 8.

Nhìn chung thì trong môi trường trung tính với pH từ 7 - 8 thích hợp cho

việc xử lý nước thải cà phê hòa tan. Và trong tất cả 4 phương pháp đã nghiên cứu

thì hiệu quả xử lý bằng quá trình Fenton là cao nhất vì có thể loại bỏ đến 74% giá

trị độ màu ở pH = 8, tiếp theo là xử lý bằng hệ H2O2/O3/UV có hiệu quả khử trị

độ màu đạt 71% ở pH = 8, hệ H2O2/O3 có hiệu quả khử trị độ màu đạt 68% ở pH

= 8, còn hiệu quả xử lý của hệ O3/UV thấp nhất là 57%.

Đồ án tốt nghiệp

4.3. TÍNH TOÁN CHI PHÍ CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP

4.3.1.Oxi hóa bằng quá trình Fenton

Lượng hóa chất cần dùng xử lý 1m3 nước thải cà phê hòa tan là:

• H2O2: 2 ml/l ↔ 2 l/m3

Giá thành 1 lít hóa chất H2O2 là: 12.000 đồng.  Chi phí cần dùng là: 2 x 12.000 = 24.000 đồng/m3

• FeSO4 40%: 20 ml/l ↔ 20 l/m3 ↔ 2 kg/m3 (trong 1l FeSO4 40% có 0,1kg

FeSO4).

Giá thành 1kg hóa chất FeSO4 là: 5.000 đồng.  Chi phí cần dùng là: 2 x 5.000 = 10.000 đồng/m3

• H2SO4 1N: 8 ml/l ↔ 8 l/m3 ↔ 240 ml/m3(30 ml H2SO4 đậm đặc/l H2SO4 1N).

Giá thành 1lít hóa chất H2SO4 là: 5.500 đồng.  Chi phí cần dùng là: 0,24 x 5.500 = 1.320 đồng/m3

• NaOH 1N: 10 ml/l ↔ 10 l/m3 ↔ 0,4 kg/m3 (trong 1 lít NaOH 1N có 0,04 kg

NaOH).

Giá thành 1 kg hóa chất NaOH là: 6.000 đồng.  Chi phí cần dùng là: 0,4 x 6.000 = 2.400 đồng/m3

• Polimer 0,1%: 1 ml/l ↔ 1 l/m3 ↔ 0,001 kg/m3 (trong 1 lít Polimer 0,1% có 0,001

kg NaOH).

Giá thành 1 kg hóa chất Polimer là: 64.000 đồng.  Chi phí cần dùng là: 0,001 x 64.000 = 64 đồng/m3

Tổng chi phí hóa chất xử lý 1m3 nước thải cà phê hòa tan là: 10.000 + 1.320 + 2.400 + 64 = 37.784 đồng/m3

4.3.2.Oxi hóa bằng quá trình Peroxon (H2O2/O3) Lượng hóa chất cần dùng xử lý 1m3 nước thải cà phê hòa tan là:

• H2O2 : 2,5 ml/l ↔ 2,5 l/m3

Giá thành 1 lít hóa chất H2O2 là: 12.000 đồng  Chi phí cần dùng là: 2,5 x 12.000 = 30.000 đồng/m3

Đồ án tốt nghiệp

• NaOH 1N : 1 ml/l ↔ 1 l/m3 ↔ 0,04 kg/m3 (trong 1 lít NaOH 1N có 0,04 kg

NaOH).

Giá thành 1 kg hóa chất NaOH là: 6.000 đồng.  Chi phí cần dùng là: 0,04 x 6.000 = 240 đồng/m3 Tổng chi phí hóa chất xử lý 1m3 nước thải cà phê hòa tan là: 30.000 + 240 = 30.240 đồng/m3

4.3.3. Quá trình xử lý bằng hệ O3/UV

Năng lượng tiêu thụ cần thiết của hệ thống máy móc áp dụng cho quá trình xử lý

bằng hệ O3/UV gồm:

ồn UV nội từ đèn thủy ngân phát ra có bước sóng 254nm và • Đ

công suất 19W.

• Máy Ozone cung cấp ozone cho quá trình xử lý với công suất 200W.

• Máy bơm nước thải dùng cho bể chứa 2 lít với công suất 35W.

Vậy năng lượng tiêu thụ sơ bộ trong một giờ của hệ thống là:

19W + 200W + 35W = 254W.

Chi phí tiền điện hiện tại vào khoảng 2.000 đồng/kW .

Tổng chi phí cần dùng để chi trả cho năng lượng tiêu thụ của hệ thống trong 1

giờ là:

0,254 x 2.000 = 508 đồng.

4.3.4. Quá trình xử lý bằng hệ H2O2/O3/UV

Chi phí cần dùng của quá trinh này bằng tổng chi phí của quá trình Oxi hóa

bằng quá trình Peroxon (H 2O2/O3) và quá trình xử lý bằng hệ O3/UV.

Tổng chi phí cần dùng là:

30.240 + 508 = 30.748 đồng

Đồ án tốt nghiệp

4.4. SO SÁNH KẾT QUẢ PHÂN TÍCH NƯỚC THẢI CÀ PHÊ HÒA TAN CỦA BỐN PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA NÂNG CAO.

Bảng 4.9: So sánh hiệu quả tối ưu của bốn phương pháp oxy hóa nâng cao

Giá trị C (QCVN 40:2011/BTNMT) COD đầu ra (mg/l) Độ màu (Pt - Co)

pH A B Các phương pháp oxy hóa Chi phí hóa chất và năng lượng/m3 nước thải Giá trị Giá trị Hiệu suất Hiệu suất

Độ màu (Pt - Co) COD đầu ra (mg/l) Độ màu (Pt - Co) COD đầu ra (mg/l)

Fenton đồng thể 33% 448 74% 47 150 150 37.784 đồng 75 8 50

95 68% 55 150 150 30.240 đồng 75 8 50 Peroxon (H2O2/O3) 84%

68% 228 57% 80 150 150 508 đồng 75 8 50 O3/UV

86% 71 80% 45 150 150 30.748 đồng 75 8 50 H2O2/O3/UV

Đồ án tốt nghiệp

Nhận xét:

Qua quá trình nghiên cứu kết quả thể hiện ở (bảng 4.9) cho thấy.

Hiệu quả xử lý của hệ H2O2/O3/UV cao nhất, hiệu quả xử lý độ màu đạt

80%, độ màu còn lại sau xử lý là 45 Pt – Co và hiệu quả xử lý COD đạt 80%, COD còn lại sau xử lý là 71 mg/l. chi phí hóa chất và năng lượng cho 1 m3 nước thải tốn

30.748 đồng.

Đối với hiệu quả xử lý độ màu thì hệ Fenton đồng thể đạt 74% tương ứng 47

Pt – Co cao thứ nhì sau hệ H2O2/O3/UV nhưng hiệu quả xử lý COD thì thấp nhất chỉ đạt 33% tương ứng 448 mg/l và chi phí hóa chất để xử lý 1 m3 nước thải tốn

37.784 đồng, cao nhất so với ba hệ còn lại.

Tiếp theo là hiệu quả xử lý của hệ peroxon (H2O2/O3), hiệu quả xử lý độ

màu đạt 68% tương ứng 55 Pt – Co thấp hơn hệ Fenton đồng thể nhưng hiệu quả xử

lý COD đạt 84% tương ứng 95 mg/l cao thứ nhì sau hiệu quả xử lý của hệ

H2O2/O3/UV. Độ màu và COD sau quá trình xử lý của hệ peroxon (H2O2/O3) lần

lượt là 68% tương ứng 55 Pt – Co và 84% tương ứng 95 mg/l. chi phí hóa chất và năng lượng cho 1 m3 nước thải tốn 30.240 đồng.

Đới với hệ O3/UV hiệu quả xử lý độ màu thấp nhất đạt 57% tương ứng 80 Pt

- Co, nhưng hiệu quả xử lý COD đạt 68% tương ứng 228 mg/l, hiệu quả xử lý COD

cao hơn Fenton đồng thể nhưng thấp hơn hệ H2O2/O3/UV và hệ peroxon (H2O2/O3). chi phí năng lượng của hệ O3/UV cho 1 m3 nước thải tốn 508 đồng.

Nhìn vào hiệu quả xử lý độ màu, COD và chi phí 1 m3 nước thải của các quá

trình xử lý đã nghiên cứu cho thấy hệ H2O2/O3/UV giá thành thấp hơn hệ Fenton

đồng thể và peroxon (H2O2/O3) nhưng cao hơn rất ít. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý cao

nhất và đạt loại A (QCVN 40:2011/BTNMT). Hệ H2O2/O3/UV phù hợp xử lý nước

thải cà phê hòa tan. Bên cạnh đó thì hệ peroxon (H2O2/O3) cho hiệu quả xử lý cũng

khá tốt đối với nước thải cà phê hòa tan.

Đồ án tốt nghiệp

1. KẾT LUẬN

2O2/Fe2+

Đối với quá trình Fenton đồng thể t

2O2 = 2 ml/l

1:10 , hiệu quả xử lý độ màu và COD lần lượt đạt

74% và 33%.

Đối với peroxon (H2O2/O3) hiệu quả xử lý tối ưu nhất tại pH = 8 với lượng

trong thời gian 60 phút, hiệu quả xử lý độ màu và COD H2O2 = 2,5 ml/l

lần lượt đạt 68% và 84%.

Đối với hệ O3/UV hiệu quả xử lý tối ưu nhất tại pH = 8 trong thời gian 60

phút, hiệu quả xử lý độ màu và COD lần lượt đạt 57% và 68%.

Đối với hệ H2O2/O3/UV hiệu quả xử lý tối ưu nhất tại pH = 8 với lượng

trong thời gian 60 phút, hiệu quả xử lý độ màu và COD H2O2 = 2,5 ml/l

lần lượt đạt 80% và 86%.

độ màu 74% F

cao nhưng 33% tương đối thấp chi phí hóa chất xử lý 1 m3

nước thải tốn 37.784 đồng cao nhất trong bốn phương pháp đã thí nghiệm.

Quá trình xử lý của hệ O3/UV cho hiệu quả xử lý độ màu đạt 57% và COD là 68% tương đối trung bình, chi phí năng lượng xử lý 1 m3 nước thải tố n 508 đồng.

Hiệu quả xử lý của hệ peroxon (H2O2/O3) khá cao, hiệu quả xử lý độ màu 68% và hiệu quả xử lý COD là 84%, chi phí hóa chất và năng lượng xử lý 1 m3

nước thải tốn 30.240 đồng. Hiệu quả xử lý của hệ peroxon (H2O2/O3) cao tốt hơn Fenton đồng thể mà chi phí lại rẻ hơn khoảng 7.544 đồng/m3 nước thải.

Hiệu quả xử lý của hệ H2O2/O3/UV cao nhất, hiệu quả xử lý độ màu đạt

80%, độ màu còn lại sau xử lý là 45 Pt – Co và hiệu quả xử lý COD đạt 80%, COD còn lại sau xử lý là 71 mg/l. Chi phí hóa chất và năng lượng cho 1 m3 nước thải tốn 30.748 đồng cao hơn chi phí hệ peroxon (H2O2/O3) là 508 đông/m3 nước thải. Tuy

giá thành của hệ H2O2/O3/UV cao hơn hệ peroxon (H2O2/O3) nhưng không đáng

kể, mặt khác hiệu quả xử lý lại tốt hơn và đạt loại A (QCVN 40:2011/BTNMT).

Đồ án tốt nghiệp

Qua quá trình nghiên cứu cho thấy hệ H2O2/O3/UV phù hợp xử lý nước thải

cà phê hòa tan sau xử lý sinh học. Nếu áp dụng với hệ thống xử lý nước thải cà phê

hòa tan tại Công Ty Vinacafé Biên Hòa có thể bỏ qua giai đoạn khử trùng bằng

javen và thiết bị lọc áp lực, từ đó giảm được chi phí đầu tư công nghệ cũng như chi

phí hóa chất và năng lượng cho hệ thống xử lý.

2. KIẾN NGHỊ

, đây cũng là giới hạn của đề tài,

Về phía Công Ty nên nghiên cứu kỹ hơn điều kiện tối ưu của hệ peroxon

(H2O2/O3) và hệ H2O2/O3/UV về tỷ lệ H2O2/O3 và cường độ UV cũng như hàm

lượng O3 để đạt hiệu quả xử lý tốt hơn.

Đồ án tốt nghiệp

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung. Các quá trình oxi hóa nâng cao trong xử lý

nước thải cơ sở khoa học ứng dụng

2. Trần Mạnh Trí (2001). Áp dụng các quá trình oxy hóa nâng cao để xử lý các

chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và các chất hữu cơ độc haị trong nước thải

công nghiệp. Hội nghị xúc tác_Hấp phụ toàn quốc lần thứ 2, Hà Nội, Tháng 6-

2001

3. Trần Mạnh Trí (2005). Qúa trình oxi hóa nâng cao áp dụng vào xử lý nước và

nước thải- Hội nghị xúc tác – Hấp phụ toàn quốc lần thứ 3, Huế, Tháng 9-

2005.

4. Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu ứng dụng phươg pháp peroxon để xử lý độ màu

hữu cơ và COD trong nước thải dệt nhuộm tại công ty dệt may Thành Công

TP.HCM. (GVHD: TS Thái Văn Nam, SVTH: Lâm Văn Hợi)

5. Tạp chí phát triển KH&CN, tập 15, số M1-2012: so sánh hiệu quả xử lý độ

màu và chất hữu cơ trong nước thải sản xuất cà phê bột hòa tan sử dụngquá

trình O3, H2O2, H2O2/O3.(Nguyễn Như Sang, Huỳnh Ngọc Lan, Lê Dung)

6. Khóa luận tốt nghiệp tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOPs)

thông dụng trong xử lý nước thải ở Việt Nam. (GVHD: TS Võ Hồng Thi,

SVTH: Lê Thanh Toại)

7. Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thanh Phượng, Lê Quốc

Thắng (2010). Nghiên cứu xử lý nước thải cồn bằng hệ quang hóa Ozone

(UV/O3), Đại học quốc gia Hồ Chí Minh, TP. Hồ Chí Minh

8. Tạp chí phát triển KH&CN, tập 10, số 1 – 2007. Nghiên cứu nâng cao hiệu quả

xử lý COD khó phân hủy sinh học trong nước thải rác bằng phản ứng Fenton.

(Nguyễn Văn Phước, Võ Chí Cường).

BM09/QT04/ĐT

Khoa: Môi trường & CNSH

PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1. Họ và tên sinh viên: Lê Thị Thùy Nhiên

MSSV: 1191080079 Lớp: 11HMT01

2. Tên đề tài: Nghiên cứu xử lý nước thải từ quá trình sản xuất cà phê hòa tan bằng một

số phương pháp oxy hóa nâng cao

3. Họ và tên người chấm điểm: ...............................................................................................

4. Nhiệm vụ:

GV hướng dẫn  Chủ tịch Hội đồng 

GV phản biện  Thư ký Hội đồng 

GV chấm  Ủy viên Hội đồng 

5. Nhận xét: ..................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................

6. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10, làm tròn đến phần nguyên):

Bằng số : ______________ Bằng chữ : ______________

TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Người chấm điể m (Ký và ghi rõ họ tên)

Khoa: Môi trường và Công nghệ Sinh học PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1. Sinh viên được giao đề tài:

11HMT1

Lớp: Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Lê Thị Thùy Nhiên 1191080079 Môi trường

Họ và tên: MSSV: Ngành: 2. Tên đề tài

Nghiên cứu xử lý nước thải từ quá trình sản xuất cà phê hòa tan bằng một số quá trình

oxy hóa nâng cao.

3. Các dữ liệu ban đầu

Nước thải cà phê hòa tan sau xử lý sinh học. Phương pháp chọn lựa là: quá trình Fenton đồng thể, hệ peroxon (H 2O2/O3), hệ

O3/UV, hệ H 2O2/O3/UV.

4. Các yêu cầu chủ yếu

Phân tích chỉ tiêu COD và độ màu của nước thải cà phê hòa tan sau xử lý sinh học

của công ty vinacafé Biên Hòa.

Thu thập các số liệu về thành phần, các kết quả nghiên cứu và vận hành thực tế

của một số quá trình oxy hóa nâng cao xử lý nước thải cà phê hòa tan.

Phân tích chất lượng nước thải cà phê hòa tan sau xử lý sinh học của công ty vinacafé Biên Hòa và kết quả thí nghiệm của một số quá trình oxy hóa nâng cao với chỉ tiêu COD và độ màu.

Xác định điều kiện tối ưu về pH, lượng H2O2 và thời gian xử lý đối với nước thải

cà phê hòa tan sau xử lý sinh học một số quá trình oxy hóa nâng cao.

Tìm ra phương pháp oxy hóa tối ưu nhất trong một số phương pháp oxy hóa đã

thực hiện thí nghiên cứu đối với nước thải cà phê hòa tan sau xử lý sinh học.

5. Kết quả tối thiểu phải có

1) Xử lý nước thải cà phê hòa tan sau xử lý sinh học đạt hiệu quả, góp phần bảo vệ

môi trường nước.

2) Hình thành một phương pháp xử lý phù hợp với nước thải cà phê hòa tan sau xử lý

sinh học và đạt hiệu quả kinh tế và hiệu suất xử lý.

Ngày giao đề tài: 03/12/2012 Ngày nộp báo cáo: 01/04/2013

Chủ nhiệm ngành (Ký và ghi rõ họ tên)

TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN

Người duyệt (chấm sơ bộ):……………………………………………………..

Đơn vị:…………………………………………………………………………..

Ngày bảo vệ:………………………………………………………………….....

Điểm tổng kết:………………………………………………………………......

Nơi lưu trữ đồ án tốt nghiệp:……………………………………………………

PHẦN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

............................................................................................................................

PHẦN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

............................................................................................................................

BM06/QT04/ĐT

Khoa: Môi trường & CNSH

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao cho sinh viên nộp chung với ĐATN sau khi hoàn tất đề tài) 1. Tên đề tài: Nghiên cứu xử lý nước thải từ quá trình sản xuất cà phê hòa tan bằng một

số quá trình oxy hóa nâng cao

2. Giảng viên hướng dẫn: TS. Thái Văn Nam 3. Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm 01):

MSSV: 1191080079 Lớp:11HMT01

: Môi trường và Công nghệ sinh học