Nghiên Cứu Khả Năng Hấp Phụ Của Vỏ Trấu Hoạt Hóa Với Các Chất Hữu Cơ Có Trong Nước Thải Nhà Máy Bia Của Công Ty Cổ Phần VIAN

Kết quả thực nghiệm về khả năng hấp phụ tối ưu của vỏ trấu hoạt hóa với nước thải của nhà máy bia bằng phương pháp hấp phụ...35 3.3.1.. Đề xuất một số biện pháp xử lý nguồn nước thải nhà

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG

Giáo viên hướng dẫn : ThS TRẦN THANH HẢI

Địa điểm thực tập : BỘ MÔN HÓA – KHOA MÔI TRƯỜNG

HÀ NỘI – 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này làtrung thực

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận này

đã được cảm ơn và các thông tin được trích dẫn trong chuyên đề này đã đượcghi rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 16 tháng 5 năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Trần Thảo Trang

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi còn nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các tổ chức, cá nhân trong và ngoài trường.

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến ThS Trần Thanh Hải giảng viên khoa Môi Trường trường Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam, thầy đã tận tình dìu dắt và hướng dẫn chuyên môn cho tôi trong thời gian thực tập tốt nghiệp và hoàn chỉnh luận văn.

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình tôi học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp.

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ tình cảm sâu sắc nhất đến gia đình và những người thân trong trong gia đình đã luôn luôn quan tâm, lo lắng và tạo điều kiện tốt nhất cho con trong quá trình học tập, để tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bạn bè của tôi vì sự cộng tác và giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp.

Mặc dù đã rất cố gắng nhưng bản luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự quan tâm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để bản luận văn này được hoàn thiện hơn.

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 16 tháng 5 năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Trần Thảo Trang

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

Tính cấp thiết của đề tài 1

Mục đích nghiên cứu của đề tài 3

Chương 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tình hình sản xuất của các nhà máy bia ở Việt Nam 4

1.1.1 Tình hình sản xuất bia trên cả nước 4

1.1.2 Vấn đề rác thải của hoạt động sản xuất bia và những ảnh hưởng đến môi trường 6

1.1.3 Tình hình sử dụng tài nguyên nước và những đặc trưng của nước thải của nhà máy bia 8

1.2 Tổng quan về sự hấp phụ 12

1.2.1 Khái niệm về Hấp phụ 12

1.2.2 Tổng quan về vật liệu hấp phụ 16

1.2.3 Cơ sở khoa học của sử dụng vật liệu hấp phụ 16

1.3 Khả năng hấp phụ của vỏ trấu hoạt hóa 19

1.3.1 Nguồn gốc của vỏ trấu 19

1.3.2 Phương pháp hoạt hóa vỏ trấu 21

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 23

2.2 Phạm vi nghiên cứu 23

2.3 Nội dung nghiên cứu 23

2.4 Phương pháp nghiên cứu 23

2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 23

2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp 23

2.4.3 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích 23

2.4.4 Phương pháp xử lý số liệu 24

2.4.5 Phương pháp so sánh 24

2.4.6 Phương pháp thực nghiệm 25

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Sơ lược về Công ty cổ phần VIAN: 29

3.2 Bảng số liệu quan trắc nước thải nhà máy bia của công ty cổ phần VIAN, so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT để kết luận mức độ ô nhiễm của nước mặt 32

3.2.1 Giá trị các thông số vật lý (pH, nhiệt độ, TSS) 32

3.2.2 Giá trị các thông số hóa học (BOD5, COD, Nito tổng số, Photpho tổng số).33 3.3 Kết quả thực nghiệm về khả năng hấp phụ tối ưu của vỏ trấu hoạt hóa với nước thải của nhà máy bia bằng phương pháp hấp phụ 35

3.3.1 Tìm ra khả năng hấp phụ tốt nhất của vỏ trấu hoạt hóa/100l nước thải nhà máy bia 35

3.3.2 Xác định hiệu quả hấp phụ vỏ trấu hoạt hóa đối với nước thải sản nhà máy bia của công ty cổ phần VIAN 36

3.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ 42

3.4 Đề xuất một số biện pháp xử lý nguồn nước thải nhà máy bia của công ty cổ phần VIAN bằng vỏ trấu hoạt với phương pháp hấp phụ trước khi xả thải ra môi trường 47

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHỤ LỤC 52

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Một số công ty lớn trong ngành sản xuất bia 6

Bảng 1.2.  Các vấn đề môi trường trong khu vực sản xuất của nhà máy bia 7

Bảng 1.3 Kết quả xác định thành phần nguyên tố vỏ trấu 20

Bảng 1.4 Thành phần hóa học của tro đốt từ trấu 20

Bảng 3.1 Giá trị các thông số vật lý của mẫu nước nhà máy bia của công ty cổ phần VIAN 32

Bảng 3.2 Giá trị các thông số hóa học của nước thải nhà máy bia của công ty cổ phần VIAN 33

Bảng 3.3 Bảng kết quả giá trị TSS của mẫu nước thải trước và sau khi hấp phụ 37

Bảng 3.4 Bảng kết quả giá trị BOD5 của mẫu nước thải trước và sau khi hấp phụ 38

Bảng 3.5 Bảng kết quả giá trị COD của mẫu nước thải trước và sau khi hấp phụ 39

Bảng 3.6 Bảng kết quả giá trị Nito tổng số của mẫu nước thải trước và sau khi hấp phụ 40

Bảng 3.7 Bảng kết quả giá trị Photpho tổng số của mẫu nước thải trước và sau khi hấp phụ 41

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý 43

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu qủa xử lý giảm các giá trị COD, BOD5 của nước thải 45

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sản lượng bia được tiêu thụ ở Việt Nam 4

Hình 1.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 14

Hình 1.4 Sự phụ thuộc của vào Cf 14

Hình 1.5 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 15

Hình 1.6 Sự phụ thuộc lgA vào lgC 15

Hình 1.7 Than hoạt tính 18

Hình 1.8 Tro bay 18

Hình 1.9 Vỏ trấu được sử dụng để hoạt hóa 19

Hình 1.10 Vỏ trấu được hoạt hóa 21

Hình 1.11 Vỏ trấu hoạt hóa được nghiền nhỏ 21

Hình 1.12 Quá trình lắc mẫu nước thải có vỏ trấu hoạt hóa 26

Hình 1.13 Quá trình lọc mẫu loại bỏ phần vỏ trấu hoạt hóa đã hấp phụ 27

Hình 3.1 Biểu đồ thể hiện giá trị Nito tổng số và Photpho tổng số phân tích từ mẫu nước thải 34

Hình 3.2 Hình ảnh mẫu nước thải trước và sau khi xử lý 37

Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện hàm lượng BOD5 trước và sau xử lý so với QCVN40:2011/BTNMT 38

Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện hàm lượng COD trước và sau xử lý so với QCVN40:2011/BTNMT 39

Hình 3.5 Biểu đồ Hàm lượng Nito tổng số trước và sau khi hấp phụ so sánh với QCVN40:2011/BTNMT 40

Hình 3.6 Biểu đồ giá trị Photpho tổng số trước và sau khi hấp phụ so sánh với QCVN40:2011/BTNMT 41

Hình 3.7 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý 43

Hình 3.8 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ làm 45 Hình 3.9 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ làm giảm các giá trị Nito tổng số và Photpho tổng số của nước thải 46

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BTNMT : Bộ tài nguyên môi trường

BOD5 : Nhu cầu oxy sinh hóa

COD : Nhu cầu oxy hóa học

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

TCCP : Tiêu chuẩn cho phép

VSV : Vi sinh vật

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá Sự có mặt của nước là điềukiện đầu tiên để xác định điều kiện tồn tại của sự sống Hiện nay, với sự pháttriển nhanh chóng của kinh tế - xã hội cùng với sự gia tăng dân số đã và đang cótác động làm môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng ngày càng ônhiễm Hơn nữa, nhu cầu tiêu thụ các mặt hàng ngày càng đa dạng, riêng về mặthàng đồ uống giải khát cũng rất phong phú như nước ngọt có ga, các loại trà, càphê, … Trong đó có bia cũng là một loại nước giải khát được nhiều người ưachuộng và tiêu thụ với số lượng ngày càng tăng

Bia được biết đến là loại nước giải khát lên men bổ dưỡng, có nồng độrượu nhẹ, có ga, có bọt mịn, xốp và có hương vị thơm ngon rất đặc trưng Ngoài

ra trong bia còn chứa một số chất bổ dưỡng như chất đạm, gulucit, vitamin( chủyếu vitamin nhóm B) và các loại enzim khác nhau Đặc biệt CO2 hòa tan trongbia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát cho người uống, giúp tiêu hóa nhanhthức ăn và ăn uống ngon miệng, giảm mệt mỏi, tăng phần tỉnh táo nếu ngườiuống sử dụng liều lượng thích hợp Nhờ những đặc điểm nêu trên bia được sảnxuất và sử dụng rộng rãi hầu hết các nước trên thế giới với sản lượng ngày càngtăng Theo thống kê năm 2011, sản lượng bia thế giới đạt 192.710 triệu lít, tăng3.7% so năm 2010 Riêng châu Á sản lượng bia chiếm 34.5% toàn cầu, đạt mứctăng trưởng 8.6% năm Trung bình mỗi người Việt Nam tiêu thụ khoảng 30 lítbia/ năm, đứng thứ 50 trên thế giới và đứng thứ 5 châu Á chỉ xếp sau Nhật bản,Hàn Quốc, Thái Lan và Trung Quốc Tại Hội nghị tổng kết năm 2014 và triểnkhai nhiệm vụ năm 2015 của Hiệp hội Bia – Rượu – Nước giải khát (VBA) ,ông Nguyễn Văn Việt, chủ tịch VBA cho biết: “năm 2014, ngành đồ uống đạtmức tăng trưởng trên 8%, chiếm 4% GDP cả nước, nộp ngân sách trên 35000 tỷđồng” Lượng bia tiêu thụ của Việt Nam được dự đoán sẽ còn tiếp tục tăng caotrong tương lai, ông Dương Đình Giám- Viện trưởng Viện Chiến lược chínhsách Công nghiệp, Bộ Công thương cho biết, theo quy hoạch phát triển ngành

bia rượu, nước giải khát Việt Nam: “ Mục tiêu của nước ta đặt ra là đến năm

2020 tổng sản lượng sản xuất và tiêu thụ sẽ đạt 4.5 tỷ lít, tăng khoảng 1.3 tỷ lít

so với hiện tại” Ngoài các nhà máy bia có công suất lớn như nhà máy bia HàNội, nhà máy bia Hà Tây và Nhà máy bia Sài Gòn với tổng công suất khoảng

400 triệu lít/ năm, gần đây đã xuất hiện nhiều nhà máy sản xuất bia liên doanhnước ngoài Các nhà máy này cùng với những cơ sở sản xuất quy mô nhỏ ở hầuhết các tỉnh thành trong cả nước nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng bia ngày càngtăng của mọi người Trong quá trình hoạt động ngành sản xuất bia cũng tạo ramột lượng lớn các chất thải gây ô nhiễm môi trường cả 3 dạng: khí thải, chấtthải rắn và nước thải Trong đó nguồn gây ô nhiễm chính và cần được tập trunggiải quyết nhất là nước thải

Nước thải sản xuất bia chủ yếu phát sinh từ quá trình rửa, vệ sinh máymóc, thiết bị và vệ sinh nhà xưởng, tập trung ở khu vực lên men, lọc bia và chiếtsản phẩm Trong nước thải có thành phần phức tạp, nồng độ chất hữu cơ cao vàthường ở dạng lơ lửng lẫn dạng hòa tan, lượng chất rắn lơ lửng cao, độ pH daođộng lớn… Nguồn thải này nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm tạo khí gâymùi khó chịu, làm ô nhiễm không khí, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và đời sốngcộng đồng Hiện nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu về nước thải nhà máybia, có cả các dự án xử lý, cải tạo nước thải nhưng công nghệ khá tốn kém vàmất nhiều thời gian, công sức Tuy nhiên chưa có đề tài nào nghiên cứu về khảnăng hấp phụ đối với việc xử lý nước thải nhà máy bia

Qua tìm hiểu về các vật liệu hấp phụ tôi thấy rằng chúng đều có cấu trúcmạng lưới tinh thể rỗng xốp nên có khả năng làm sạch môi trường nước Quaviệc học tập, tích lũy kiến thức và các nghiên cứu thử nghiệm,tôi thấy vỏ trấusau khi hoạt hóa cũng có tính chất tương tự như than hoạt tính Vỏ trấu là sảnphầm từ hoạt động nông nghiệp rất phổ biến, do nước ta ngành sản xuất nôngnghiệp chính là hoạt động trồng lúc nước Từ những đặc tính có thể thấy từ vỏtrấu, dưới sự hướng dẫn của Ths Trần Thanh Hải tôi quyết định thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vỏ trấu hoạt hóa với các chất hữu cơ có

trong nước thải nhà máy bia của công ty Cổ phần Vian - Đông Anh – Hà Nội”.

Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Quan trắc một số thông số Vật Lý và Hóa Học của nước thải nhà máy bia

công ty Cổ phần VIAN - Đông Anh - Hà Nội So sánh nồng độ các thông số trênvới QCVN 40:2011 /BTNMT để làm cơ sở cho việc xác định hiệu quả của vậtliệu hấp phụ

- Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vỏ trấu hoạt hóa đối với các chất hữu

cơ có trong nước thải nhà máy bia công ty Cổ phần VIAN - Đông Anh - Hà Nội.Tìm ra được lượng vỏ trấu hoạt hóa cần thiết để nước thải sau khi hấp phụ đạtQCVN 40:2011 /BTNMT

- Đề xuất một số giải pháp để xử lý nước thải nhà máy bia bằng vỏ trấu

hoạt hóa

Chương 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình sản xuất của các nhà máy bia ở Việt Nam

1.1.1 Tình hình sản xuất bia trên cả nước

Mười năm qua, thị trường bia Việt Nam tăng trưởng mạnh hằng năm (từ 9đến 11%), dự báo từ 2012 đến 2015 mức tăng trưởng lên đến 15% Năm 2001,sản lượng bia Việt Nam là 817 triệu lít, đứng thứ 29 trên thế giới, đến năm 2011đạt 2.780 triệu lít, vươn lên vị trí thứ 13 Trong khu vực châu Á, thị trường biaViệt Nam năm 2004 xếp vị trí thứ 8, hiện nay đứng thứ 3 chỉ sau Trung Quốc,Nhật Bản

Hình 1.1.Sản lượng bia được tiêu thụ ở Việt Nam.

Dự báo năm 2020, Việt Nam sẽ tiêu thụ khoảng 5 đến 5,9 tỷ lít bia, bìnhquân 55 đến 57 lít/người/năm, các nhà đầu tư sản xuất bia vẫn đang tăng tốc đểđáp ứng nhu cầu thị trường Hiện nay bình quân đầu người uống 30 lít bia/năm,các nhà đầu tư kỳ vọng con số này sẽ tăng lên 60 đến 70 lít bia/năm trong thờigian tới

(Nguồn: Nam-tieu-thu-2-6-ty-lit-bia-nam-2011-va-se-hon-the-nua-195/)

http://tinhdoanbinhphuoc.vn/vi/news/Giao-duc-Doi-song/Viet-Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của nhà máybia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội, ngành bia Việt Nam đã có lịch sử trên 100năm Trong 5 năm trở lại đây, ngành công nghiệp bia với tốc độ tăng trưởngbình quân là 14,9%, do tác động của nhiều yếu tố như tốc độ tăng trưởng GDP,tốc độ tăng dân số, tốc độ đô thị hóa, tốc độ đầu tư… mà ngành công nghiệp bia

đã phát triển với tốc độ tăng trưởng cao Chẳng hạn như năm 2003, sản lượngbia đạt 1.290 triệu lít, tăng 20.7% so với năm 2002, đạt 79% so với công suấtthiết kế, tiêu thụ bình quân đầu người đạt 16 lít/năm, nộp ngân sách nhà nướckhoảng 3650 tỷ đồng

Do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuấtbia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng cácnhà máy bia đã có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc Trung ươngđịa phương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng nước ngoài Hiện nayViệt Nam có khoảng hơn 400 cơ sở sản xuất bia có trụ sở ở các tỉnh thành lớntrên cả nước Trong số này có hơn 20 nhà máy bia có năng suất lớn( trên 50 triệulit/ năm) Còn lại là các nhà máy bia có nằng suất nhỏ 20 triệu lit/ năm và 10triệu lit/ năm Xét theo địa phương, năng lực sản xuất bia chủ yếu tập trung vàocác thành phố lớn như: thành phố Hồ Chí Minh chiếm 23.2% tổng năng lực sảnxuất bia toàn quốc, thành phố bia Hà Nội chiếm 13.44%, thành phố Hải Phòngchiếm 7.47% Các nhà máy bia được phân bố trên 49 tỉnh thành cả nước, trong

đó có 24 tỉnh thành có sản lượng trên 20 triệu lít/năm như: Hà Tây: 6.1%, TiềnGiang: 3.79% (Theo Euromonitor)

Bảng 1.1 Một số công ty lớn trong ngành sản xuất bia.

Tên công ty Các sản phẩm chính

Công 2010(Triệu lít/

Ankor, Bivina, BGI 400

Hồ Chí Minh, Hà

TâyHABECO Bia hơi, bia Hà Nội >300 Hà Nội, Thanh Hóa,

Hải Dương

VINAMIL AND

Theo Hiệp Hội Bia Rượu Việt Nam, hiện nay tổng công suất của các nhà máy bia trong cả nước đã lên tới 1.5 tỉ lit/ năm Riêng 10 tỉnh miền Trung là trên

500 triệu lit/ năm Nhưng một số địa phương vẫn đang chuẩn bị triển khai những

dự án sản xuất bia tương đối lớn, quy mô từ 100 đến 150 triệu lit/ năm Từ các thông tin trên ta thấy nhu cầu thị trường cho việc tiêu thụ bia trong nước là khá lớn đó là chưa kể đến tiềm năng xuất khẩu sang các nước trong khu vực Một số công ty sản xuất bia trong nước hiện đang có kế hoạch tăng năng suất, mở rộng quy mô sản xuất

1.1.2 Vấn đề rác thải của hoạt động sản xuất bia và những ảnh hưởng đến môi trường

Vấn đề môi trường lớn nhất trong nhà máy bia là lượng nước thải rất lớnchứa nhiều chất hữu cơ, pH khá cao Việc lưu giữ và thải bỏ lượng men thải lón

và bột trợ lọc, vãi lọc có lần nấm men sau mỗi lần lọc làm tải lượng hữu cơtrong lượng nước thải lớn. 

Quá trình sản xuất bia phát thải ra môi trường dưới cả 3 dạng rắn, lỏng và khí

Bảng 1.2. Các vấn đề môi trường trong khu vực sản xuất của nhà máy bia

Khu vực Tiêu hao/thải/phát thải Các vấn đề môi trường

Nấu

-  Tiêu tốn năng lượng (nhiệt)

- Tiêu tốn nhiều nước

-  Xút và axit cho hệ CIP

- Thải lượng hữu cơ cao

- Gây khó chịu cho cư dân xung quanh

Lên men

- Tiêu tốn năng lượng (lạnh)

- Tiêu tốn nhiều nước

-  Xút và axit cho hệ CIP

- Phát thải CO2

- Thải lượng hữu cơ cao (do nấm men và việc về sinh thiết bị gây nên, nước thải có nồng độ chất hữu cơ, nitrat và photpho cao)

- Phì dưỡng sông, hồ, biển vànguy cơ cho cư dân xung quanh

- Ảnh hưởng đến đa dạng sinh học

- Ảnh hưởng đến đa dạng sinh học

Đóng gói

thanh

trùng

- Tiêu hao năng lượng (hơi nước)

- Nước thải có pH cao và chất lơ lửng nhiều

- Tiêu hao nhiều nước nóng và nước lạnh

- Tiếng ồn

- Tiêu tốn tài nguyên và ô nhiễm không khí

- Góp phần vào việc làm ấm lên toàn cầu dp phát thải CO2

- Nguy cơ tác động xấu đến thủy sinh

- Gây khó chịu cho cư dân

và người lao độngCác hoạt

- Nguy cơ rò rỉ dầu

- Nguy cơ rò rỉ và phát thải NH3

- Nguy cơ rò rỉ và phát thải CFC

-  Ô nhiễm nước và đất

- Làm hại sức khỏa con người

- CFC là chất phá hủy tầng ozon

- Nước thải vệ sinh các thiết bị

- Nước thải từ công đoạn rửa chai, thanh trừng bia chai

- Nước thải từ phòng thí nghiệm

- Nước thải về sinh nhà xưởng

- Nước thải sinh hoạt của công nhân nhà máy

 Chất thải rắn:

- Bã hèm, bã men

Các mảnh thủy tinh từ khu vực đóng gói, giấy, nhựa, dầu thải,…

1.1.3 Tình hình sử dụng tài nguyên nước và những đặc trưng của nước thải của nhà máy bia

1.1.3.1 Tình hình sử dụng tài nguyên nước của hoạt động sản xuất bia

Nước là một trong những nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia Thànhphần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trình công nghệ

và chất lượng thành phẩm Trong quá trình sản xuất malt và bia cần một lượngnước rất lớn như để ngâm đại mạch trong sản xuất malt, hồ hóa, đường hóa, rửamen, rửa thiết bị, cung cấp cho lò hơi… Chất lượng nước ảnh hưởng rất lớn đếnchất lượng bia Lượng nước sử dụng trong sản xuất bia thường trong khoảng3.7-10.9 hl/hl bia Yêu cầu đối với nước dùng để sản xuất bia:

- Độ cứng từ mềm đến trung bình

- Hàm lượng muối cacbonat không quá 50 mg/l

- Hàm lượng muối Mg+2 không quá 100mg/l - Hàm lượng muối clorua

75-150 mg/l

- Hàm lượng CaSO4 150-200mg/l

- NH3 và muối NO2 không có

- Hàm lượng ion sắt 2 không quá 0.3 mg/l

- Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml Trong quá trình sản xuất bia, cầnphải lưu ý một vài điểm nhạy cảm khi nước tiếp xúc với dịch đường, nấm men

và bia:

- Nước rửa bã cần phải điều chỉnh độ kiềm < 50 mg/l và độ pH = 6.5 đểkhông chiết các chất không mong muốn từ bã pH của dịch đường trước khi nấuphải là 5.4 để thu được dịch đường sau khi nấu có pH = 5.2

- Nước cọ rửa và rửa nấm men phải được tiệt trùng và loại bỏ mùi lạ

- Nước pha loãng bia (bia có độ khô cao) cần phải có những đặc tính sau:

 Hàm lượng O2 tan < 0,05 mg/l

 Hàm lượng CO2 > hàm lượng CO2 trong bia cần pha loãng một chút

 Hàm lượng, thành phần khoáng tương đương với bia

 Không có vi sinh vật và mùi lạ

1.1.3.2 Những đặc trưng của nước thải của nhà máy bia

Vấn đề môi trường lớn nhất trong nhà máy bia là lượng nước thải rất lớnchứa nhiều chất hữu cơ (tinh bột, xenluloza, các loại đường, axít, các hợp chấtphốt pho, nitơ ), pH cao, nhiệt độ cao Thành phần nước thải nhà máy bia vượtrất nhiều lần mức cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam, cần phải qua xử lý

Lượng nước thải phụ thuộc vào lượng nước sử dụng trong sản xuất Chỉ

có một lượng nước ở trong bia, nước bay hơi, nước trong bã hèm, bã bia không

đi vào hệ thống nước thải Lượng nước không đi vào hệ thống nước thải khoảng1.5 hl/hl, có nghĩa là lượng nước thải trong sản xuất bia bằng lượng nước sửdụng trừ đi 1.5 hl/hl bia

Lưu lượng và đặc tính dòng nước thải trong công nghệ sản xuất bia cònbiến đổi theo quy mô, sản lượng và mùa sản xuất Tại Việt Nam, để sản xuất

1000 lít bia, sẽ thải ra khoảng 2 kg chất rắn lơ lửng, 10 kg BOD5, pH dao độngtrong khoảng 5.8 - 8 Cá biệt, tại một số địa phương, hàm lượng chất ô nhiễm ởmức cao: BOD5 1700- 2700mg/l; COD 3500-4000mg/l, SS 250-350mg/l, PO43-

20-40mg/l, N-NH3 12-15mg/l Ngoài ra, trong bã bia còn chứa một lượng lớnchất hữu cơ, khi lẫn vào nước thải sẽ gây ra ô nhiễm ở mức độ cao

Nước thải nhà máy bia bao gồm:

Nấu – đường hóa: Nước thải nhà máy bia của các công đoạn này giàu cácchất hydroccacbon, xenlulozơ, hemixenlulozơ, pentozơ trong vỏ trấu, các mảnhhạt và bột, các cục vón … cùng với xác hoa, một ít tannin, các chất đắng, chấtmàu

công đoạn này rất giàu xác men – chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamincùng với bia cặn

chai Nước thải ở đây chứa bột trợ lọc lẫn xác men, lẫn bia chảy tràn ra ngoài…

- Nước lẫn bã malt và bột sau khi lấy dịch đường Để bã trên sàn lưới,nước sẽ tách ra khỏi bã

- Nước rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loạithiết bị khác

- Nước rửa chai và két chứa

- Nước rửa sàn, phòng lên men, phòng tang trữ

- Nước thải từ nồi hơi

- Nước vệ sinh sinh hoạt

Tóm tắt đặc trưng nước thải của công nghiệp sản xuất bia.

( Nguồn: bia-70-trieu-lit-ruou-2016010520405262.htm)

http://dantri.com.vn/kinh-doanh/nam-2015-nguoi-viet-uong-3-4-ty-lit-1.2 Tổng quan về sự hấp phụ

1.2.1 Khái niệm về Hấp phụ

Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân tách pha (khí/rắn, lỏng/rắn).Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ gọi là chất hấp phụ, chất được tích lũytrên bề mặt gọi là chất bị hấp phụ Quá trình ngược lại khi chất đi ra khỏi bề mặtgọi là sự giải hấp

Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụngười ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học:

Hấp phụ hóa học được gây ra bởi lực tương tác hóa học, nhiệt tỏa ra trongquá trình hấp phụ thường lớn hơn 22kcal/mol Hấp phụ hóa học đòi hỏi sự hoạthóa phân tử nên tốc độ hấp phụ chậm hơn và phụ thuộc rất nhiều vào bản chấthóa học của bề mặt chất hấp phụ

Hấp phụ vật lý được gây ra bởi lực Vanderwall, đây là lực tương tác yếu,

do đó nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp phụ thường từ 2-3 kcal/mol Tốc độ hấpphụ vật lý thường xảy ra nhanh hơn do quá trình hấp phụ không đòi hỏi sự hoạthóa phân tử, hấp phụ vật lý rất ít phụ thuộc vào bản chất hóa học bề mặt chấthập phụ

A’: Chất bị hấp phụ đã chiếm chỗ trên bề mặt chất hấp phụ

k1, k2: Các hằng số tốc độ phản ứng của các quá trình hấp phụ và giải hấp+ Các phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ:

Người ta có thể miêu tả quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ Đường đẳng nhiệt hấp phụ mô tả sự phụ thuộc giữa tải trọng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch (hay

áp suất riêng phần trong pha khí) tại thời điểm đó Người ta thiết lập các đường hấp phụ đẳng nhiệt tại một nhiệt độ nào đó bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ Sau một thời gian đo nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch Lượng chất bị hấp phụ được tính theo công thức:

+ Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir :

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập dựa trên cácđiều kiện sau:

- Chỉ có một chất có thể hấp phụ

- Các phân tử hấp phụ đơn lớp lên bề mặt chất hấp phụ

- Mỗi một phân tử chất bị hấp phụ chỉ chiếm chỗ của một trung tâm hoạtđộng bề mặt

- Tất cả các trung tâm hoạt động liên kết với các phân tử cùng với một ái lực

- Không có tương tác qua lại giữa các phân tử chất bị hấp phụ

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir:

Cf : Nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ

b : Hằng số ứng với mỗi hệ hấp phụ

Trong một số trường hợp giới hạn phương trình Langmuir có dạng:

+ Khi b.Cf << 1 thì G = Gmax b Cf mô tả vùng hấp phụ tuyến tính

+ Khi b.Cf >> 1 thì G = Gmax mô tả vùng hấp phụ bão hòa

+ Khi nồng độ chất hấp phụ nằm trung gian giữa hai khoảng nồng độ trênthì đường biểu diễn phương trình Langmuir là một đường cong

Để xác định hằng số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir cóthể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách chuyển phương trình trên thànhphương trình đường thẳng:

Cf /G = 1/Gmax Cf + 1/(Gmax.b)

Hình 1.3 Đường hấp phụ đẳng

nhiệt Langmuir

Hình 1.4 Sự phụ thuộc của vào Cf

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

Đây là một phương trình thực nghiệm có thể sử dụng để mô tả nhiều hệ hấpphụ hóa học hay vật lý Phương trình này được biểu diễn bởi một hàm mũ

k – Hằng số thực nghiệm phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và cácyếu tố khác.

n – Hằng số thực nghiệm chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1

G – Tải trọng hấp phụ (mg/g)

C - Nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ

Phương trình Freundlich phản ánh khá sát số liệu thực nghiệm cho vùngban đầu và vùng giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt tức là ở vùng nồng độ thấpcủa chất bị hấp phụ

Để xác định các hằng số, ta đưa phương trình trên về dạng đường thẳng

lg A = lg k + lg C

Đây là phương trình đường thẳng biểu diễn sự phụ thuộc của lgq vào lgCf

, dựa vào đồ thị ta xác định được các giá trị k, n

Hình 1.5 Đường hấp phụ đẳng

nhiệt Freundlich

Hình 1.6 Sự phụ thuộc lgA vào lgC

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ và giải hấp

Có 3 yếu tố chính ảnh hưởng đến sự hấp phụ của các chất lên bề mặt chấtrắn, đó là :

+ Nồng độ của chất tan trong chất lỏng (hoặc áp suất đối với chất khí).+ Nhiệt độ

+ Quá trình hấp phụ cạnh tranh đối với các chất bị hấp phụ

tg βq

Ngoài ra còn có một số yếu tố khác như sự thay đổi diện tích bề mặt củachất hấp phụ và sự thay đổi pH của dung dịch.

1.2.2 Tổng quan về vật liệu hấp phụ

Vật liệu làm chất hấp phụ là các vật liệu xốp với bề mặt trong lớn, đượctạo thành do tổng hợp nhân tạo hoặc tự nhiên Cấu trúc bên trong của các chấthấp phụ công nghiệp được đặc trưng bởi kích thước và hình dạng khác nhau củakhoảng trống và lỗ xốp

Các chất hấp phụ thường được ở dạng: hạt hình nhỏ, thanh, bùn, hoặc đánguyên khối với hydrodynamic đường kính khoảng 0.5 đến 10mm, chúng phảichống mài mòn cao, ổn định với nhiệt và đường kính lỗ nhỏ, giúp tăng diện tích

bề mặt do đó tăng khả năng hấp phụ Các chất hấp phụ phải có cấu trúc lỗ xốpriêng biệt với nhau cho chúng có khả năng thoát khí nhanh

Vật liệu hấp phụ cần đáp ứng các yêu cầu:

- Có khả năng hấp phụ cao

- Phạm vi tác động rộng

- Có độ bền cơ học cần thiết

- Rẻ tiền

- Có khả năng hoàn nguyên dễ dàng

1.2.3 Cơ sở khoa học của sử dụng vật liệu hấp phụ

Các chất hấp phụ công nghiệp thường là một trong ba nhóm sau:

- Hợp chất chứa Oxy- điển hình thân nước và phân cực, bao gồm các vậtliệu như silicagel và zeolites

- Hợp chất chứa có nguồn gốc Carbon- điển hình thân dầu và kém phâncực, bao gồm các vật liệu như than hoạt tính và graphite

- Hợp chất có nguồn gốc polymer- phân cực hoặc không phân cực phụthuộc nhóm chức trong cấu trúc polymer

Silica gel

Silical gel là hóa chất trơ, không độc, phân cực và được định hình ổn định(<400oC hoặ 750oF) từ SiO2 dạng vô định hình Được hình thành bởi phản ứnggiữa sodium silicate và acetic acid, được xếp theo chuỗi sau các quá trình như làngưng kết, tẩy trôi… kết quả là hình thành vô số các lỗ xốp nhiều kích cỡ

Silica gel được sử dụng trong quá trình làm khô khí (vd oxy, khí thiênnhiên) và hấp phụ cá hydrocacbon nặng (phân cực) từ khí gas thiên nhiên

Các Zeolite

Zeolite là các tinh thể silica nhôm aluminosilicates tự nhiên hoặc nhân tạo,các lỗ xốp sắp xếp liên tục và thoát nước ở nhiệt độ cao Zeolites tự nhiên với cáccation khác ( Na+, Li+,Ca2+, K+,NH4+) Đường kính lỗ xốp của zeolite thườngkhoảng từ 2 đến 9 Angstrom (200 đến 900 picometer) Quá trình trao đổi ion sau

đó làm khô các tinh thể, điều này có thể pellet hóa với chất gây dính

Zeolites được sử dụng trong quá trình làm khô khí, loại CO2 khỏi khíthiên nhiên, loại khí CO khỏi gas tinh lọc, tách khí, xúc tác phản ứng cracking

họ mong muốn

Hình 1.7 Than hoạt tính

Than hoạt tính có thành phần chủ yếu là cacbon, cấu trúc dạng tổ ong đặctrưng Với cấu trúc này, diện tích bề mặt than hoạt tính rất lớn, đạt tới 600- 1500

m2/g (phụ thuộc vào chất lượng than)

Than hoạt tính được hoạt hóa từ nhiều nguyên liệu khác nhau như “than

bùn, đá, vỏ trấu, gỗ, gáo dừa, tre…” tùy thuộc vào mục đích sử dụng.

Than hoạt tính được chế biến thành nhiều dạng: thanh, ống, hạt, bột…

Tro bay

Tro bay là một loại chất thải rắn sinh ra từ quá trình đốt than từ các nhàmáy nhiệt điện Người ta thường dùng luồng khí để phân loại tro: tro bay là loạinhỏ mịn, bay lên với khói lò; loại không bay lên người ta gọi là tro cặn

Hình 1.8 Tro bay

Ở nước ta, các nhà máy nhiệt điện ước tính hằng năm thải ra khoảng 1,3triệu tấn tro bay Theo dự báo, đến năm 2020 sẽ có thêm 28 nhà máy nhiệt điệnđốt than đi vào hoạt động, lúc đó lượng tro xỉ thải ra hàng năm sẽ vào khoảng 12triệu tấn, đó là chưa kể lượng tro bay khá lớn thải ra từ hàng loạt các lò cao ởcác khu công nghiệp gang thép sử dụng nhiên liệu than

1.3 Khả năng hấp phụ của vỏ trấu hoạt hóa

1.3.1 Nguồn gốc của vỏ trấu

Lúa (Oryza spp.) là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới, cùng với ngô (Zea Máy L.), lúa mì (Triticum sp Tên khác tiểu mạch), sắn

(Manihotesculenta Crantz, tên khác khoai mì) và khoai tây (Solanum tuberrosum L.) Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc Sau khi xát lớp vỏ ngoài

thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu Trấu là lớp vỏngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát

Hình 1.9 Vỏ trấu được sử dụng để hoạt hóa.

Bảng 1.3 Kết quả xác định thành phần nguyên tố vỏ trấu.

Nguyên tố Phần trăm khối

lượng (%) Nguyên tố

Phần trăm khốilượng (%)

(Nguồn: Nguyễn Văn Bỉnh, 2011)

Từ bảng trên cho thấy thành phần vỏ trấu chủ yếu chứa các nguyên tố C, H,

O, Si chiếm tới 98.85% còn lại các nguyên tố khác không đáng kể

Bảng 1.4 Thành phần hóa học của tro đốt từ trấu.

(Nguồn: Lê Thị Hoài Nam và cộng sự, 2010)

Vỏ trấu được tách ra trong qua trình xay xát lúa gạo Theo Nguyễn BáTuấn (2012), trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi cháy trongquá trình đốt và còn 25% còn lại chuyển thành tro Chất hữu cơ chứa chủ yếu làxenlulose, lignin và hemi-xenlulose, ngoài ra còn có thêm thành phần khác nhưhợp chất nito và vô cơ Lignin chiếm khoảng 25-30% và xenlulose chiếmkhoảng 35-40%

Thành phần hóa học của trấu biến động theo giống lúa, mùa vụ, đặc trưngcanh tác nông nghiệp của từng vùng khác nhau.

1.3.2 Phương pháp hoạt hóa vỏ trấu

Vỏ trấu được hoạt hóa bằng cách nung trong lò nung ở nhiệt độ trongkhoảng 200- 400°C với thời gian hơn 1 giờ Quá trình này diễn ra trong điềukiện yếm khí Sau đó, vỏ trấu được cho vào hộp kín đậy nắp để nguội, tránh tiếpxúc nhiều với không khí Vì cấu trúc của hạt vỏ trấu rất nhỏ nên không nênnung vỏ trấu ở nhiệt độ quá cao sẽ làm cho lớp vỏ ở trên bị cháy thành tro cònlớp vỏ ở dưới vẫn chưa được nung Thời gian nung nếu quá ngắn thì vỏ trấuchưa được hoạt hóa hết thành than, còn thời gian quá lâu sẽ khiến vỏ trấu bịnung quá thành tro không thể sử dụng được

Hình 1.10 Vỏ trấu được hoạt hóa Hình 1.11 Vỏ trấu hoạt hóa được

nghiền nhỏ

Vỏ trấu hoạt có cấu trúc như than hoạt tính thể hiện dạng tổ ong rất đặctrưng trong đó các nguyên tử Cacbon sắp xếp không theo trật tự Nhờ cấu trúcnày, trong vỏ trấu hoạt hóa, diện tích bề mặt của tất cả các lỗ rỗng rất lớn nên vỏtrấu hoạt hóa có tính hấp phụ rất mạnh Bề mặt hấp phụ càng lớn, hạt vật chất bịhấp phụ càng nhỏ thì tính hấp phụ càng cao

Khả năng hấp phụ của vỏ trấu hoạt hóa tùy thuộc vào kết cấu, kích thước,mật độ khe hổng, diện tích tiếp xúc, tính chất của các loại tạp chất cần loại bỏ.Một thông số quan trọng trong việc đánh giá khả năng hấp phụ của thanhoạt tính là chỉ số iot Đây là một chỉ số cơ bản của than hoạt tính đặc trưng chodiện tích bề mặt của lỗ xốp cũng như khả năng hấp phụ của than Chỉ số iotđược tính bằng khối lượng iot có thể được hấp phụ bởi một đơn vị khối lượngcủa than( mg/g) Nguyên lý của phương pháp đo dựa trên sự hấp phụ lớp đơnphân tử iot trên bề mặt của than Chỉ số iot càng lớn thì mức độ hoạt hóa càngcao Giá trị của chỉ số iot rơi vào khoảng 500–1200 mg/g Từ giá trị của chỉ sốiot có thể tính ra được diện tích bề mặt riêng của than.

Than hoạt tính có khả năng hấp phụ tốt đối với các chất không phân cựcnhư chất hữu cơ, hấp phụ yếu các chất phân cực như nước, khí amoniac…

Ứng dụng của than hoạt tính đã trở nên rộng rãi trên khắp thế giới trong sửdụng các thiêt bị lọc nước, lọc bụi, xử lý môi trường