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

b) Những kết quả đạt được của ĐATN: c) Những hạn chế của ĐATN:

5. Đề nghị:
Được bảo vệ (hoặc nộp ĐATN để chấm)
 Không được bảo vệ 

TP. HCM, ngày … tháng … năm ……….
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐATN.
LỜI CAM ĐOAN
Sau 3 tháng làm đồ án tốt nghiệp, hiện nay em đã hoàn thành đề tài mà giáo
viê n 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.

i
MỤC LỤC
Trang
1
1. T N 1
2. C TIÊU NGHIÊN U 2
3. I DUNG NGHIÊN U 2
4. I NG VÀ PHẠM VI NGHIÊN U 3
4.1 Đối tượ 3
4.2.Phạ 3
5. A I 3
3
4
NÂNG
CAO 5

1.1. NG N CHUNG CÁC 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


1.2.3.5. Động học của quá trình UV/oxi hóa 21
CHẾ BIẾN CÀ PHÊ VÀ NHÀ
MÁY SẢN XUẤT VINACAFÉ BIÊN HÒA 24

2.1. NG QUAN NH PHÊ 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

iii
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

4.1.2. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng peroxon (H
2
O
2
/O
3
) 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 H
2
O
2
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 59iv
4.1.3. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O
3
/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 O

O
2
/O
3
/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
v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT
Từ viết
tắt
Nội dung Nghĩa
1 AOPs
Advanced Oxidation
Processes
Các quá trình oxy hóa bậc cao
2 BOD
Biochemical Oxygen
Demand
Nhu cầu oxy sinh hoá
3 COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hoá học
4
QCVN

Bảng 4.3: Hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan bằng quá trình
Peroxon (H
2
O
2
/O
3
) ở pH = 8 55
Bảng 4.4: Hiệu quả xử lý độ màu bằng quá trình peroxon (H
2
O
2
/O
3
) 57
Bảng 4.5: Hiệu quả xử lý COD bằng quá trình peroxon (H
2
O
2
/O
3
) 59
Bảng 4.6: Hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O
3
/UV 62
Bảng 4.7: Hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O
3
/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

2
đến hiệu quả xử lý độ màu
trong nước thải và phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H
2
O
2
/O
3
). 53
Hình 4.3: Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng H
2
O
2
đến hiệu quả xử lý COD trong
nước thải và phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H
2
O
2
/O
3
). 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 (H
2
O
2
/O
3
). 57
Hình 4.5: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà

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

Đồ án tốt nghiệp
1 U
1.
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 c ao. 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

• Quá trình Peroxon: H
2
O
2
/O
3.

• Quá trình xử lý bằng hệ O
3
/UV.
• Quá trình xử lý bằng hệ: H
2
O
2
/O
3
/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, H
2
O
2
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.
3.

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 O
3
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.
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
mang tính mới, và
cần thiết.
Đồ án tốt nghiệp

Escherichia coli, Coliform
Đồ án tốt nghiệp
6 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 Fe
2+
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 (KMnO
4
)
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.

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
8
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

Hypocloric axit
1,49
Hypoiodic axit
1,45
Clo
1,36
Brom
1,09
Iod
0,54
[Zhou H. and Smith, D.H., 2001]
Đồ án tốt nghiệp
9 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)

10 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:
TT
1 H
2
O
2
2+

H
2
O
2
+ Fe
2+
→
Fe
3+
+ OH
-
+


Catazon
4
H
2

H
2
O
nldh
  →
*OH + *H
O

5
H
2
siêu âm
H
2
O
nlsa
→
*OH + *H
(20 - 40 kHz)
Siêu âm
6
H
2
cao

2

hv
 →
2*OH
(
λ
= 220 nm)
UV/H
2
O
2

2
O
3
photon UV
O
3
+ H
2
O
hv
 →
2*OH
(
λ
= 253,7 nm)
UV/O
3

+ O
3

4
H
2
O
2
/Fe
3+

Fe
3+
+H
2
O
hv
 →
*OH +Fe
2+
+ H
+

Fe
2+
+ H
2
O
2


*OH + H
+
h
+
+ OH
-

→
*OH + H
+

Đồ án tốt nghiệp
12 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 H
2
O

nước thường gặp (pH 5 - 9), quá trình xảy ra không có hiệu quả. Nguyên nhân vì
bấy giờ ion Fe
2+
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
13 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 H
2
O
2
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 H
2
O
2

2
→ Fe
3+
+ *OH + OH
-
(1.1)

1894.
Những ion Fe
2+
mất đi sẽ được tái sinh lại nhờ Fe
3+
tác dụng với H
2
O
2
dư
theo phản ứng:
Fe
3+
+ H
2
O
2
→ Fe
2+
+ H
+
+ *HO
2