Luận văn thạc sỹ kỹ thuật: Nghiên cứu khả năng hấp phụ của than bã cà phê đối với một số chất ô nhiễm trong môi trường nước

Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là trung thực phản ánh đúng thực nghiệm trong quá trình nghiên cứu và
chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào.


Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
Học viên
Trịnh Thị Thu Hương
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Viện Đào tạo Sau đại học -
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô giáo, các cán bộ nhân viên trong Viện
Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã quan
tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu
tại trường.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Vũ Đức Thảo đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn này.
Tôi xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy cô, các anh chị và các bạn phòng C5-10
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã giúp
đỡ tạo điều kiện để tôi hoàn thành tốt bản luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn giúp đỡ động viên
tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn.

Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2014
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
Học viên
Trịnh Thị Thu Hương
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU 8
ĐẶT VẤN ĐỀ 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3
1.1. Tổng quan về ngành cà phê Việt Nam 3
1.1.1. Tóm tắt quá trình phát triển sản xuất cà phê ở Việt Nam 3
1.1.2. Một số loại cà phê đang được trồng ở Việt Nam 5
1.2. Tình hình xuất khẩu và tiêu thụ cà phê của Việt Nam 6
1.2.1. Tình hình xuất khẩu cà phê Việt Nam 6
1.2.2. Tình hình tiêu thụ cà phê 8
1.3. Quy trình sản xuất cà phê hòa tan 9
1.4. Giới thiệu về bã cà phê 12
1.4.1. Nguồn thải và tác động 12
1.4.2. Một số ứng dụng của bã cà phê 13
1.5. Tổng quan về công nghệ nhiệt phân 14
1.5.1. Cơ sở lý thuyết quá trình nhiệt phân 14
1.6. Cơ sở lý thuyết quá trình hấp phụ 18
1.6.1. Động học quá trình hấp phụ 18
1.7.1. Phương trình đẳng nhiệt Langmuir 21
1.7.2. Phương trình đẳng nhiệt Freundlich 23
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 25
2.1. Mục tiêu, đối tượng, nội dung nghiên cứu 25
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 25
2.1.2. Đối tượng nghiên cứu 25
2.1.3. Nội dung nghiên cứu 25
2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 25
2.2.1. Hóa chất 25
2.2.2. Phẩm nhuộm sử dụng trong thí nghiệm 26
2.2.3. Dụng cụ và thiết bị sử dụng trong thí nghiệm 27

2.3. Phương pháp tiến hành thực nghiệm 27
2.3.1. Nhiệt phân bã cà phê 27
2.3.2. Thí nghiệm gián đoạn theo mẻ 29
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
2.3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 32
2.3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ 32
2.3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất thải đến khả năng xử lý vật liệu 33
2.3.3. Thí nghiệm liên tục trên cột 34
2.4. Các phương pháp phân tích 34
2.4.1. Xác định độ màu 34
2.4.2. Xác định nhu cầu oxi hóa học COD 34
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
3.2. Đánh giá sản phẩm than thu được 36
3.3. Thí nghiệm gián đoạn theo mẻ 38
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của than 38
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của than 40
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ của than (tỷ lệ rắn/lỏng)
42
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ô nhiễm đến khả năng hấp phụ của than 45
3.4. Thí nghiệm liên tục trên cột 50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO 54
PHỤ LỤC 57
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
DANH MỤC VIẾT TẮT
CHDC
HĐBT
NN & PTNT

FAS
USDA
WTO
TCT
XNK
ICO
VICOFA
BOD
COD
Cộng hòa dân chủ
Hội đồng bộ trưởng
Nông nghiệp và phát triển nông thôn
Foreign Agriculture Service
United States Department of Agriculture
Worl Trade Organization_ Tổ chức thương mại thế giới
Tổng công ty
Xuất nhập khẩu
International Coffee Organization _ Tổ chức cà phê quốc tế
Hiệp hội cà phê – ca cao Việt Nam
Biochemical oxygen demand
Chemical oxygen demand
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC CÁC HÌNH 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU 8
ĐẶT VẤN ĐỀ 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3
1.1. Tổng quan về ngành cà phê Việt Nam 3
1.1.1. Tóm tắt quá trình phát triển sản xuất cà phê ở Việt Nam 3

Hình 1.1: Sản lượng và diện tích trồng cà phê từ 2004 đến 2013 4
1.1.2. Một số loại cà phê đang được trồng ở Việt Nam 5
1.2. Tình hình xuất khẩu và tiêu thụ cà phê của Việt Nam 6
1.2.1. Tình hình xuất khẩu cà phê Việt Nam 6
Hình 1.2 : Thị trường xuất khẩu cà phê Việt Nam đến tháng 11 năm 2011[10] 7
1.2.2. Tình hình tiêu thụ cà phê 8
Hình 1. 3: Tổng sản lượng cà phê hòa tan của Việt Nam (tấn)[10] 9
Hình 1.4: Thị phần café hòa tan tại Việt Nam năm 2011 9
1.3. Quy trình sản xuất cà phê hòa tan 9
Hình 1.5: Sơ đồ quy trình sản xuất cà phê hòa tan 10
1.4. Giới thiệu về bã cà phê 12
1.4.1. Nguồn thải và tác động 12
1.4.2. Một số ứng dụng của bã cà phê 13
1.5. Tổng quan về công nghệ nhiệt phân 14
1.5.1. Cơ sở lý thuyết quá trình nhiệt phân 14
1.6. Cơ sở lý thuyết quá trình hấp phụ 18
1.6.1. Động học quá trình hấp phụ 18
1.7.1. Phương trình đẳng nhiệt Langmuir 21
1.7.2. Phương trình đẳng nhiệt Freundlich 23
Hình 1.8. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Tgα = 1/qmax =>qmax = 1/Tgα 23
Hình 1.9:. Sự phụ thuộc của Cf/q và Cf OM = 1/b.qmax 23
Hình 1.10: Đẳng nhiệt Frenundrich 24
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 25
2.1. Mục tiêu, đối tượng, nội dung nghiên cứu 25
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 25
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
2.1.2. Đối tượng nghiên cứu 25
2.1.3. Nội dung nghiên cứu 25
2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 25

2.2.1. Hóa chất 25
2.2.2. Phẩm nhuộm sử dụng trong thí nghiệm 26
2.2.3. Dụng cụ và thiết bị sử dụng trong thí nghiệm 27
2.3. Phương pháp tiến hành thực nghiệm 27
2.3.1. Nhiệt phân bã cà phê 27
2.3.2. Thí nghiệm gián đoạn theo mẻ 29
Hình 2.1: Quy trình nghiên cứu 31
2.3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 32
2.3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ 32
2.3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất thải đến khả năng xử lý vật liệu 33
2.3.3. Thí nghiệm liên tục trên cột 34
2.4. Các phương pháp phân tích 34
2.4.1. Xác định độ màu 34
2.4.2. Xác định nhu cầu oxi hóa học COD 34
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
3.2. Đánh giá sản phẩm than thu được 36
Hình 3.1: Bề mặt than bã cà phê được nhiệt phân ở 5000C (chụp SEM) 37
3.3. Thí nghiệm gián đoạn theo mẻ 38
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của than 38
Hình 3.2: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ màu của than bã cà phê 39
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của than 40
Hình 3.5: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ COD của than bã cà phê 42
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ của than (tỷ lệ rắn/lỏng)
42
Hình 3.6: Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ màu của 43
than bã cà phê 43
Hình 3.7: Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ COD của than bã cà phê
44
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ô nhiễm đến khả năng hấp phụ của than 45
Hình 3.9: Ảnh hưởng của nồng độ chất ô nhiễm đến khả năng hấp phụ COD 46

Hình 3.11 : Đường biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf 48
Hình 3. 13: Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf 49
3.4. Thí nghiệm liên tục trên cột 50
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
Hình 3.14 : Khả năng hấp phụ màu trên hệ liên tục 51
Hình 3.15 :Khả năng hấp phụ COD trên hệ liên tục 52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO 54
PHỤ LỤC 57
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU 8
ĐẶT VẤN ĐỀ 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3
1.1. Tổng quan về ngành cà phê Việt Nam 3
1.1.1. Tóm tắt quá trình phát triển sản xuất cà phê ở Việt Nam 3
Hình 1.1: Sản lượng và diện tích trồng cà phê từ 2004 đến 2013 4
1.1.2. Một số loại cà phê đang được trồng ở Việt Nam 5
1.2. Tình hình xuất khẩu và tiêu thụ cà phê của Việt Nam 6
1.2.1. Tình hình xuất khẩu cà phê Việt Nam 6
Hình 1.2 : Thị trường xuất khẩu cà phê Việt Nam đến tháng 11 năm 2011[10] 7
1.2.2. Tình hình tiêu thụ cà phê 8
Hình 1. 3: Tổng sản lượng cà phê hòa tan của Việt Nam (tấn)[10] 9
Hình 1.4: Thị phần café hòa tan tại Việt Nam năm 2011 9
1.3. Quy trình sản xuất cà phê hòa tan 9
Hình 1.5: Sơ đồ quy trình sản xuất cà phê hòa tan 10
1.4. Giới thiệu về bã cà phê 12
1.4.1. Nguồn thải và tác động 12
1.4.2. Một số ứng dụng của bã cà phê 13

1.5. Tổng quan về công nghệ nhiệt phân 14
1.5.1. Cơ sở lý thuyết quá trình nhiệt phân 14
1.6. Cơ sở lý thuyết quá trình hấp phụ 18
1.6.1. Động học quá trình hấp phụ 18
1.7.1. Phương trình đẳng nhiệt Langmuir 21
1.7.2. Phương trình đẳng nhiệt Freundlich 23
Hình 1.8. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Tgα = 1/qmax =>qmax = 1/Tgα 23
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
Hình 1.9:. Sự phụ thuộc của Cf/q và Cf OM = 1/b.qmax 23
Hình 1.10: Đẳng nhiệt Frenundrich 24
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 25
2.1. Mục tiêu, đối tượng, nội dung nghiên cứu 25
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 25
2.1.2. Đối tượng nghiên cứu 25
2.1.3. Nội dung nghiên cứu 25
2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 25
2.2.1. Hóa chất 25
Bảng 2.1. Danh mục các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 26
2.2.2. Phẩm nhuộm sử dụng trong thí nghiệm 26
2.2.3. Dụng cụ và thiết bị sử dụng trong thí nghiệm 27
Bảng 2.2. Danh mục các dụng cụ, thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 27
2.3. Phương pháp tiến hành thực nghiệm 27
2.3.1. Nhiệt phân bã cà phê 27
2.3.2. Thí nghiệm gián đoạn theo mẻ 29
Hình 2.1: Quy trình nghiên cứu 31
2.3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 32
2.3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ 32
2.3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất thải đến khả năng xử lý vật liệu 33
2.3.3. Thí nghiệm liên tục trên cột 34

2.4. Các phương pháp phân tích 34
2.4.1. Xác định độ màu 34
2.4.2. Xác định nhu cầu oxi hóa học COD 34
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
3.2. Đánh giá sản phẩm than thu được 36
Bảng 3.3: Kết quả phân tích thành phần than bã cà phê 37
Hình 3.1: Bề mặt than bã cà phê được nhiệt phân ở 5000C (chụp SEM) 37
3.3. Thí nghiệm gián đoạn theo mẻ 38
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của than 38
Hình 3.2: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ màu của than bã cà phê 39
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của than 40
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ màu và COD 41
Hình 3.5: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ COD của than bã cà phê 42
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ của than (tỷ lệ rắn/lỏng)
42
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ màu 43
và COD trong nước thải 43
Hình 3.6: Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ màu của 43
than bã cà phê 43
Hình 3.7: Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ COD của than bã cà phê
44
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ô nhiễm đến khả năng hấp phụ của than 45
Hình 3.9: Ảnh hưởng của nồng độ chất ô nhiễm đến khả năng hấp phụ COD 46
Hình 3.11 : Đường biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf 48
Hình 3. 13: Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf 49
3.4. Thí nghiệm liên tục trên cột 50
Bảng 3.10: Kết quả hấp phụ màu của than bã cà phê 50
ở thí nghiệm hấp phụ liên tục trên cột 50

Hình 3.14 : Khả năng hấp phụ màu trên hệ liên tục 51
Bảng 3.11: Kết quả hấp phụ COD trên hệ liên tục 51
Hình 3.15 :Khả năng hấp phụ COD trên hệ liên tục 52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO 54
PHỤ LỤC 57
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
ĐẶT VẤN ĐỀ
Môi trường là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến sự tồn tại và phát triển của mỗi
con người, mỗi quốc gia trên thế giới. Chính vì vậy mà vấn đề môi trường ngày
càng được các nước quan tâm chú trọng, bảo vệ môi trường và đảm bảo phát triển
bền vững là vấn đề có tính sống còn của mỗi quốc gia trên toàn cầu.
Tái chế tận dụng chất thải không những đem lại các lợi ích kinh tế, xã hội mà
còn có ý nghĩa quan trọng trong bảo vệ môi trường. Chiến lược bảo vệ môi trường
quốc gia của Việt Nam đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020 đã xác định
mục tiêu “Hình thành và phát triển ngành công nghiệp tái chế chất thải”. Việc
nghiên cứu ra các vật liệu thân thiện với môi trường, giá thành thấp để xử lý môi
trường và ứng dụng vào các lĩnh vực khác trong đời sống đang là vấn đề được nhiều
tác giả trong nước và thế giới quan tâm nghiên cứu: “ Nghiên cứu khả năng tách
chiết dầu từ bã cà phê và sử dụng bã cà phê làm nguyên liệu trồng nấm linh
chi”Chu Thị Bích Phượng và cộng sự,trường Đại học Kỹ thuật công nghệ thành phố
Hồ Chí Minh; “Nghiên cứu ứng dụng tro trấu từ lò đốt gạch thủ công làm chất hấp
phụ metyl da cam”, Th.S Nguyễn Trung Thành và cộng sự trường Đại học An
Giang [13]; “Nghiên cứu xử lý COD và độ màu trong nước thải dệt nhuộm bằng đá
vôi và than hoạt tính”, Jaya Paul A/ I Arumai Dhas thuộc Malaysia [24]
Cà phê là thức uống phổ biến trên thế giới. Thu nhập bình quân của con người
tăng lên, nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng cùng với đó nhu cầu tiêu thụ và sử dụng
cà phê mỗi ngày của người dân cũng ngày một tăng cao. Song song với điều đó là
lượng bã cà phê thải ra cũng khá lớn nhưng phần lớn lượng bã cà phê này bị thải bỏ.

Theo một số nghiên cứu hàm lượng cacbon trong bã cà phê khá lớn, khoảng 53,8%.
Với những lợi thế nêu trên đề tài: “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ của than bã cà
phê đối với một số chất ô nhiễm trong môi trường nước” được thực hiện nhằm
mục đích khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu than chế tạo từ bã cà phê đối với
chất ô nhiễm trong môi trường nước.
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
1
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
Mục đích của đề tài
- Nhiệt phân thiếu khí bã cà phê tạo than bã cà phê
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ của than bã cà phê với 2 chỉ tiêu là độ màu và
COD
• Đối tượng nghiên cứu
- Bã cà phê của công nghiệp sản xuất cà phê hòa tan tại Công ty Vinacafe Biên
Hòa
- Than bã cà phê được nhiệt phân thiếu khí ở 500
o
C
- Phẩm nhuộm nguyên chất loại trực tiếp Direct red 23 được mua tại công ty
Tân Hồng Phát, số 92 phố Cửa Bắc, Ba Đình, Hà Nội.
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Nghiên cứu loại vật liệu mới có khả năng xử lý môi trường
- Tìm ra nguồn nguyên liệu hấp phụ sẵn có, rẻ tiền và thân thiện với môi
trường
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
2
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về ngành cà phê Việt Nam
1.1.1. Tóm tắt quá trình phát triển sản xuất cà phê ở Việt Nam

Cây cà phê được đưa vào Việt Nam vào cuối thế kỷ 19. Nó được trồng rộng rãi
trong các đồn điền vào đầu thế kỷ 20. Vào những năm 1960 – 1970 ở miền Bắc Việt
Nam, hàng loạt nông trường quốc doanh được thành lập, trong đó có hàng chục
nông trường trồng cà phê và trồng cả 3 loại chè, vối, mít. Tình hình phát triển của
cà phê những năm này không mấy khả quan và đến đầu thập niên 70 người ta đã kết
luận không trồng được cà phê ở miền Bắc.
Cho đến năm 1975 cả nước mới có khoảng 13000 ha với sản lượng 6000 tấn [5].
Và cũng từ sau năm 1975 ngành cà phê Việt Nam mới đi vào thời kỳ phát triển
mạnh mẽ.
Năm 1980 một chương trình phát triển cà phê ở Việt nam do công ty cà phê
cacao thuộc Bộ nông nghiệp và Công nghiệp thực phẩm xây dựng được trình lên
Thường trực Hội đồng Bộ trưởng và được cho phép thực hiện. Tiếp đó là một loạt
các hiệp định hợp tác sản xuất cà phê được ký kết giữa chính phủ Việt nam và Liên
xô (trồng mới 20.000 hecta cà phê), CHDC Đức (10.000 hecta), Bungary (5.000
hecta), Tiệp khắc (5000 hecta) và Ba lan (5000 hecta).
Năm 1982 Liên hiệp các xí nghiệp cà phê Việt nam được thành lập theo Nghị
định 174 HĐBT của Hội đồng Bộ trưởng với sự tham gia của 3 sư đoàn quân đội và
một số công ty thuộc Bộ Nông nghiệp và các địa phương Đăklăk, Gia lai Kontum.
Chương trình phát triển cà phê được mở rộng trên các tỉnh Tây nguyên và Đông
nam bộ. Loại cà phê được chọn để mở rộng diện tích là cà phê Robusta, một giống
cà phê ưa điều kiện khí hậu nóng ẩm và nhất là ít bị tác hại của bệnh gỉ sắt.
Năm 1986 liên hiệp các xí nghiệp cà phê Việt nam được sự hỗ trợ của các Bộ
nộng nghiệp, Kế hoạch, Tài chính, Ngoại thương,… đã tổ chức Hội nghị phát triển
cà phê trong các hộ gia đình nông dân ở các tỉnh Tây nguyên, duyên hải miền trung
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
3
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
và Đông nam bộ, gọi là Hội nghị cà phê nhân dân lần thứ nhất. Cùng với chính sách
mới và có sự kích thích mạnh mẽ của giá cà phê trên thị trường quốc tế đang lên cao
lúc đó, ngành cà phê Việt nam đã phát triển nhanh mạnh. [5]

Sau 20 năm (từ 1980 - 2000) tổng diện tích cây cà phê đã lên đến 516,7 nghìn
ha, chiếm 4,14% tổng diện tích cây trồng của Việt Nam, đứng thứ 3 chỉ sau lúa
(61,4%) và ngô (5,7%). Đến năm 2011 diện tích trồng cây cà phê trên cả nước đạt
570,9 nghìn ha và đến năm 2012 diện tích trồng cà phê trên cả nước là khoảng 615
nghìn ha. Theo số liệu ước tính của Sở NN&PTNT, Bộ NN&PTNT, diện tích trồng
cà phê nước ta năm 2013 vào khoảng 633.295 ha, tăng 3% so với năm 2012 (năm
2012 là 616.407 ha) và tăng 11% so với năm 2011 (571.000 ha). [2]
Cùng với sự gia tăng diện tích đất trồng sản lượng cà phê hàng năm của Việt
Nam cũng ngày một tăng cao. Theo số liệu thống kê của FAS USDA những năm
gần đây sản lượng cà phê Việt Nam có sự tăng trưởng nhanh chóng. Năm 2004 sản
lượng cà phê đạt 836 nghìn tấn, đến năm 2011 đã tăng lên 1560 nghìn tấn, năm
2013 sản lượng cà pheecar nước đạt 1740 nghìn tấn tăng 9% so với năm 2012.
Nguồn: Tổng cục thống kê, Bộ NN&PTNT, Dự báo của FAS USDA
Hình 1.1: Sản lượng và diện tích trồng cà phê từ 2004 đến 2013
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
4
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
Từ sau năm 1975 cà phê Việt Nam phát triển theo hướng hàng hóa. Tuy nhiên từ
những năm 90 trở lại đây, sau gần 2 thập niên phát triển cà phê Việt Nam đã vươn
lên và trở thành nước xuất khẩu cà phê thứ 2 thế giới.
Cùng với việc ngày càng mở rộng diện tích năng suất, sản lượng cà phê cũng
ngày một nâng cao. Những năm gần đây năng suất cà phê Việt Nam cao hơn năng
suất cà phê thế giới khoản 2,5 lần.
1.1.2. Một số loại cà phê đang được trồng ở Việt Nam
Hiện nay ở Việt Nam có 3 loại cà phê là: Arabica, Robusta, Cheri
Arabica: thường được gọi với các tên cà phê chè. Đây là loại có giá trị cao nhất
trong các giống cà phê. Nhưng được trồng hạn chế vì dễ bị sâu bệnh, ưa thích độ
cao, khí hậu mát mẻ, mưa nhiều. Cà phê Arabica ưa sống ở vùng núi cao, người ta
thường trồng nó ở độ cao từ 1000 – 1500m. Cây có tán lớn, màu xanh đậm, lá hình
oval. Cây cà phê trưởng thành có thể cao từ 4- 6m nếu để mọc hoang dã có thể cao

đến 15m. Quả hình bầu dục, mỗi quả chứa 2 hạt cà phê. Cà phê Arabica ưa thích
nhiệt độ từ 16- 25 độ, lượng mưa khoảng trên 1000mm.
Robusta: thường được gọi là cà phê vối. Loại cây trồng này rất thích hợp với
khí hậu, thổ nhưỡng tại vùng Tây Nguyên Việt Nam nhất là vùng đất bazan (Gia
Lai, Đắc Lắc), hàng năm đạt 90- 95 % tổng sản lượng cà phê Việt Nam. Cây cà phê
vối có dạng thân gỗ hoặc bụi, chiều cao của cây trưởng thành có thể lên tới 10m,
quả cà phê có hình tròn, hạt nhỏ hơn cà phê arabica, ưa sống ở vùng nhiệt đới, độ
cao thích hợp để trồng là dưới 1000m. nhiệt độ ưa thích của cây là khoảng 24 – 29
độ, lượng mưa khoảng trên 1000mm.
Cheri hay còn gọi là cà phê mít gồm 2 giống chính là Liberica và Exelsa. Loại
này không được phổ biến lắm nhưng đây là loại có khả năng chống chịu sâu bệnh
rất tốt và năng suất rất cao. Được trồng ở những vùng đất khô đầy gió và nắng của
vùng núi cao nguyên. Cây cao khoảng 2-5m, thân, lá và quả đều to khác biệt hẳn
các loại cà phê khác.
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
5
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
1.2. Tình hình xuất khẩu và tiêu thụ cà phê của Việt Nam
1.2.1. Tình hình xuất khẩu cà phê Việt Nam
1.2.1.1. Giới thiệu về ngành xuất khẩu cà phê Việt Nam
Là một nước nằm ở vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa và có lưu lượng mưa lớn
cho nên Việt Nam có điều kiện thuận lợi cho việc phát triển nông nghiệp. Thêm vào
đó, vùng Tây Nguyên và Đông Nam Bộ có không khí mát mẻ cộng với nền đất
bazan màu mỡ rất thích hợp cho việc phát triển cây công nghiệp trong đó cà phê là
một loại cây điển hình.Xuất khẩu nông sản nói chung và xuất khẩu cà phê nói riêng
là một trong những ngành đem lại nguồn ngoại tệ lớn cho nền kinh tế trong nước.
Đây là một ngành kinh tế mũi nhọn của Việt Nam, giúp thúc đẩy phát triển nền kinh
tế, giải quyết vấn đề việc làm, giảm gánh nặng cho xã hội… Những năm gần đây
Việt Nam đã trở thành nước đứng thứ hai trên thế giới trong việc xuất khẩu cà phê
(chỉ sau Brazin).

Sau khi Việt Nam gia nhập WTO (World Trade Organization) tổ chức
thương mại thế giới năm 2007, nền kinh tế bước vào một giai đoạn phát triển mới.
Trong đó lĩnh vực xuất khẩu cà phê cũng chuyển sang một bước ngoặc lớn. Đến
năm 2011, kim ngạch xuất khẩu cà phê đạt hơn 2,7 tỷ USD, tăng hơn so với năm
2010 khoảng 45,4%. Xuất khẩu cà phê đem lại nguồn thu ngoại hối đứng thứ hai
cho quốc gia (trong lĩnh vực xuất khẩu nông nghiệp), chỉ đứng sau gạo. Sản phẩm
cà phê Việt Nam đã bán được trên nhiều quốc gia trên thế giới. Bên cạnh các thị
trường tiêu thụ lớn như châu Âu, châu Mỹ,… cà phê còn được xuất khẩu sang các
nước Nam Mỹ, Trung Đông
Cà phê Việt Nam cũng là nguồn nguyên liệu chủ yếu của nhiều hãng sản
xuất cà phê lớn trên thế giới, đáng chú ý có tập đoàn Nestle’, Nestle’ là một trong
những khách hàng lớn nhất của cà phê Việt Nam, mỗi năm hãng này tiêu thụ
khoảng 20 – 25% trong tổng lượng cà phê xuất khẩu của Việt Nam.
1.2.1.2. Thị trường xuất khẩu
Ngành xuất khẩu cà phê nước ta có trên 140 doanh nghiệp xuất khẩu, với 4
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
6
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
doanh nghiệp hàng đầu là TCT Cà phê Việt Nam, Cà phê 2/9, XNK Intimex, và Tập
đoàn Thái Hòa.
Hiện nay, cà phê Việt Nam đã có mặt tại hơn 75 quốc gia trên thế giới, thị
phần đạt 12% sản lượng thế giới (số liệu năm 2010, nguồn ICO). Những thị trường
nhập khẩu cà phê chủ yếu của Việt Nam là Hoa Kỳ, Đức, Bỉ, Italia, Tây Ban Nha,
Nhật Bản, Anh, Hàn Quốc, Hà Lan, Nga… 10 quốc gia trên chiếm tỷ trọng gần 60%
tổng giá trị xuất khẩu mặt hàng cà phê. Cà phê Việt Nam cũng là nguồn nguyên liệu
chủ yếu của nhiều hãng sản xuất cà phê lớn trên thế giới, đáng chú ý có tập đoàn
Nestle’, Nestle’ là một trong những khách hàng lớn nhất, mỗi năm hãng này tiêu thụ
khoảng 20% - 25% trong tổng lượng cà phê xuất khẩu của Việt Nam. [10]
(Nguồn: Số liệu của Bộ NN&PTNT Việt Nam)
Hình 1.2 : Thị trường xuất khẩu cà phê Việt Nam đến tháng 11 năm 2011[10]

Nhìn chung trong những năm gần đây các Công ty xuất khẩu cà phê Việt
Nam đang tiếp tục phấn đấu mở rộng quy mô sản xuất, nâng cao chất lượng sản
phẩm, mở rộng thị trường xuất khẩu.
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
7
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
Ngoài ra, Việt Nam tiếp tục xuất khẩu cà phê bột, cà phê rang và cà phê hoà
tan. Ví dụ, nhãn hàng cà phê Trung Nguyên G7 vừa chính thức tham gia vào thị
trường Hoa Kỳ và Hàn Quốc. VICOFA tin rằng Việt Nam nên tiếp tục đầu tư vào
các loại cà phê chất lượng cao để đáp ứng nhu cầu cho các thị trường mới nổi. Hiện
tại, những thị trường lớn nhập khẩu các loại cà phê nói trên của Việt Nam trong
mùa vụ 2010/11 bao gồm: Bỉ, Thái Lan và Đức với kim ngạch xuất khẩu lần lượt là
24 triệu USD, 20 triệu USD và 19 triệu USD. Trung Quốc và các nước thuộc khối
ASEAN cũng được coi là các thị trường tiềm năng đối với các loại cà phê bột, cà
phê rang và cà phê pha sẵn của Việt Nam.
1.2.2. Tình hình tiêu thụ cà phê
Mỹ, Brazil và Đức là 3 quốc gia tiêu thụ cà phê hàng đầu thế giới. Cả 3 nước
này tiêu thụ tổng cộng khoảng 37% sản lượng cà phê của thế giới. Tính riêng trong
năm 2010 tổng sản lượng tiêu thụ cà phê trên thế giới là 7 920 000 tấn, trong đó 21
triệu bao được tiêu thụ tại Mỹ, 1140 000 tấn được tiêu thụ tại Brazil và 540 000 tấn
tại Đức. Bình quân trong giai đoạn 2000 – 2010, nhu cầu tiêu thụ cà phê thế giới
tăng khoảng 2%/năm.
Tuy nhiên trong những năm gần đây bên cạnh xu hướng tăng trưởng chậm và
ổn định của các thị trường truyền thống thì các thị trường mới nổi như Trung Quốc,
Việt Nam, Indonesia và Philippines lại có được tốc tộ tăng trưởng nhanh đáng kể.
Tại Việt Nam ngành cà phê hòa tan hứa hẹn nhiều triển vọng khi người tiêu
dùng ngày càng đánh giá cao sự tiện lợi của dòng sản phẩm này. Thị trường cà phê
Việt Nam hiện được phân chia thành 2 phân khúc rõ ràng: cà phê rang xay (cà phê
phin) chiếm khoảng 2/3 sản lượng cà phê được tiêu thụ tại Việt Nam và cà phê hòa
tan chiếm 1/3. Tăng với tốc độ 10,5%/năm trong giai đoạn 2008 – 2013 do thu nhập

bình quân đàu người tăng và sản phẩm ngày càng được giới trẻ ưa chuộng nhờ đặc
tính tiện lợi, phù hợp với nhịp sống đô thị hóa.
Theo số liệu của Tổ chức cà phê Quốc tế (ICO) tiêu thụ cà phê của Việt Nam
tăng trưởng 31% trong năm 2010, đạt 1,583 triệu bao trong đó cà phê hòa tan chiếm
38,5% tổng lượng tiêu thụ, cà phê rang xay chiếm khoảng 61,5%. [10]
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
8
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
Hình 1. 3: Tổng sản lượng cà phê hòa tan của Việt Nam (tấn)[10]
(Nguồn: Bộ NN và PTNT )
Tính cho đến thời điểm hiện nay, thị trường cà phê hòa tan của Vệt Nam
gồm 3 gương mặt tiêu biểu đó là: Vinacafe (Công ty cổ phần Cà phê Biên Hòa –
Vinacafe); Nescafe (Nestle’ – Thụy Sĩ) và G7 ( Công ty Trung Nguyên).
Hình 1.4: Thị phần café hòa tan tại Việt Nam năm 2011
(Nguồn: AC Nielsen_ Công ty nghiên cứu thị trường toàn cầu)
1.3. Quy trình sản xuất cà phê hòa tan
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
9
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương

Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
Hình 1.5: Sơ đồ quy trình sản xuất cà phê hòa tan
10
Nguyên liệu
(cà phê nhân)
Rang
Nghiền
Cô đặc
Sấy phun
Trích Ly

Bã
Cà phê hòa
tan thành
phẩm
Phối trộn
Bao gói
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
Thuyết minh quy trình
 Nguyên liệu: Cà phê sau khi được loại vỏ hết các lớp vỏ bên ngoài còn lại
nhân cà phê được đem đến nhà máy để tiến hành thực hiện các khâu sản xuất tiếp
theo tạo thành cà phê rang xay hay cà phê hòa tan.
 Rang: Trong quá trình rang cà phê dưới tác động của nhiệt độ dẫn đến các
biến đổi về vật lý, hóa học ở cà phê nhân, các phản ứng hóa học sẽ diễn ra tạo nên
hương vị và màu sắc đặc trưng của cà phê thành phẩm. Nhiệt độ của hạt cà phê
trong quá trình rang dao động từ 160 – 250
o
C.
 Nghiền: Quá trình nghiền cà phê rang có mục đích là giảm kích thước của
hạt cà phê, phá vỡ cấu trúc vốn có của hạt cà phê rang để tạo điều kiện thuận lợi cho
quá trình trích ly. Ngoài ra, mục đích của quá trình nghiền còn nhằm tạo điều kiện
cho một số khí (đặc biệt là khí CO
2
) được sinh ra trong quá trình rang và bị giữ lại
bên trong hạt sẽ thoát ra ngoài, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bao gói.
Để thuận lợi cho quá trình trích ly tiếp theo, hạt cà phê sau khi nghiền không
được còn quá thô hoặc quá mịn.
 Trích ly: Đây là giai đoạn quan trọng nhất. quyết định đến chất lượng, hương vị và
cả sản lượng của cà phê hòa tan.
Mục đích của quá trình: khai thác các chất hòa tan trong bột cà phê.
Thực hiện: Cho dung môi tiếp xúc trực tiếp với cà phê trong thiết bị, các chất

hòa tan sẽ tan vào nước và được tách ra để đưa tiếp vào giai đoạn sau.
 Sấy phun: Quá trình sấy cô đặc nhằm tách nước để thu hồi sản phẩm dạng bột. Tác
nhân sấy là không khí sạch nóng Sản phẩm cà phê hòa tan thường có độ ẩm từ 2 -5
%.
Quá trình sấy phun gồm 3 giai đoạn cơ bản:
- Giai đoạn phun sương: chuyển nguyên liệu cần sấy thành dạng sương mù nhờ cấu
trúc phun sương trong thiết bị sấy phun.
- Giai đoạn trộn mẫu (dạng sương) với không khí nóng để tách ẩm ra khỏi nguyên
liệu. thời gian tách ẩm diễn ra từ vài giây đến hai chục giây.
- Giai đoạn thu hồi sản phẩm sau sấy từ dòng không khí thoát: Người ta có thể thu
hồi sản phẩm bằng hệ thống cyclone.
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
11
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
 Phối trộn: Mục đích quá trình phối trộn nhằm bổ sung các nguyên liệu phụ như
đường, sữa bột, các loại bột kem … vào bột cà phê nhằm cải thiện giá trị cảm quan
của sản phẩm.
 Bao gói: Các điều kiện môi trường có ảnh hưởng đến chất lượng cũng như thời gian
bảo quản sản phẩm. Nếu bao gói trong điều kiện bình thường thì oxy không khí, hơi
nước, vi sinh vật có thể đi vào sản phẩm làm thất thoát các cấu tử hương ra môi
trường, giảm chất lượng mùi, vị của cà phê. Vì vậy quá trình đóng gói thường có
nạp khí Nitơ, CO
2
, … để bột cà phê khỏi bị oxy hóa, các chất dầu không bị ôi, vi
sinh vật khó xâm nhập.
Cà phê hòa tan có thể bảo quản 18 tháng nếu trong bao bì: độ ẩm thấp hơ 4 -5%,
oxy thấp hơn 4%.
Việt Nam hiện có 5 doanh nghiệp sản xuất cà phê hòa tan công suất khoảng
35000 – 40 000 tấn, tương đương 100 000 tấn cà phê nhân (chiếm khoảng 5% sản
lượng cà phê nhân hàng năm). Theo một số nghiên cứu quá trình trích ly cà phê

nhân để sản xuất cà phê hòa tan chỉ tách được khoảng 1% thành phần trong cà phê
nhân, 99% còn lại đều nằm lại trong bã cà phê và bị thải bỏ ra ngoài cùng bã cà
phê. Như vậy, hàng năm ngành công nghiệp sản xuất cà phê hòa tan thải ra môi
trường khoảng 99 000 tấn bã cà phê. Xuất phát từ tình hình trên nên bã cà phê
ngày càng được các nhà khoa học sử dụng làm vật liệu cho quá trình nghiên cứu,
tận thu chất thải.
1.4. Giới thiệu về bã cà phê
1.4.1. Nguồn thải và tác động
Việt Nam là nước nông nghiệp có sản lượng cà phê xuất khẩu đứng thứ 2 trên
thế giới (sau Brazil). Theo số liệu của Bộ nông nghiệp Hoa Kì (USDA) lượng cà
phê hòa tan xuất khẩu của Việt Nam niên vụ 2011-2012 là 21.600 tấn. Nhu cầu tiêu
thụ cà phê hòa tan trong nước cũng ngày càng tăng, theo tổng cục thống kê năm
2011, tổng nhu cầu tiêu thụ cà phê trong nước là 60 000 tấn/năm, trong đó cà phê
hòa tan chiếm khoảng 19 000 tấn, cà phê rang xay có thương hiệu chiếm 35 000 tấn,
còn lại là cà phê rang xay không có thương hiệu [4].
Từ các số liệu trên có thể nhận thấy lượng bã cà phê thải ra hàng năm của nước
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
12
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
ta là rất lớn. Hầu hết lượng bã này bị bỏ đi gây lãng phí một nguồn nguyên liệu tiềm
năng và ô nhiễm môi trường xung quanh.
Theo một số nghiên cứu trong thành phần của bã cà phê có hàm lượng đường
khá cao khoảng 14,4%. Trong quá trình lên men phần đường này sẽ bị phân hủy
thành rượu và khí cacbonic, sau đó rượu được biến thành acid axetic làm giảm pH
của nước. Ngoài ra hàm lượng protein trong bã cà phê cũng chiếm khoảng 10,1%,
hàm lượng pectin chiếm 52,62 - 55,14 %, cellulose 15,29 - 17,04 % [7]. Đây là
thành phần khó bị phân hủy vì vậy trong nước thải cà phê những thành phần này
thường được kết tủa thành một lớp đen hoặc xanh trên bề mặt làm mất cảnh quan
môi trường.`
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 Costa Rica
vào những năm 80, hai phần ba tổng lượng BOD của các con sông là do nước thải
cà phê thải ra, biến thành những con sông chết.
1.4.2. Một số ứng dụng của bã cà phê
Cà phê là một trong những loại đồ uống được tiêu thụ rộng rãi nhất trên thế giới.
Đời sống xã hội tăng cao dẫn đến nhu cầu tiêu thụ cà phê cũng ngày càng cao. Bã
cà phê là phần chất thải rắn thu được từ quá trình xử lý cà phê thô ở nhiệt độ cao để
chuẩn bị cho quá trình tạo cà phê bột. Hàng năm ngành công nghiệp sản xuất cà phê
thải ra khoảng 6 tỷ tấn bã cà phê (Tokimoto, Kawasaki, Nakamura, Akutagawa &
Tanada, 2005). Với một số lượng lớn được thải ra hàng năm như thế nên bã cà phê
đã trở thành nguồn vật liệu thích hợp nghiên cứu. Trên thế giới đã có 1 vài nghiên
cứu về tác dụng của bã cà phê như sử dụng làm nhiên liệu nồi hơi do nó có khả
năng sinh nhiệt cao khoảng 5000kcal/kg (Silva, Nebra & Sanchez, 1998), hay sử
dụng làm nguồn nguyên liệu chống oxy hóa (Yen, Wang, Chang & Duh, 2005).
Kondamudi, Mohapatra and Misra (2008) đã giải thích rằng bã cà phê có thể sử
dụng cho sản xuất dầu sinh học và làm chất đốt. Bã cà phê cũng được xem là chất
hấp phụ rẻ và sẵn có để loại bỏ các ion dương trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
13
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
(Franca, Oliveira & Ferreira, 2009).
Ở Việt Nam, bã cà phê đang là một trong những nguồn nguyên liệu tiềm
năng cho những hướng nghiên cứu mới của các khoa học như: Nghiên cứu khả
năng tách chiết dầu từ bã cà phê [4], nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng
Cr
6+
và màu của nước thải dệt nhuộm bằng bã cà phê [12]. Ngoài ra bã cà phê còn
có tác dụng làm phân bón cho cây, khử mùi hôi giầy, tủ quần áo, làm đẹp da…
Trong đề tài này bã cà phê được tận dụng làm nguyên liệu cho quá trình nhiệt

phân tạo than ứng dụng trong xử lý môi trường.
1.5. Tổng quan về công nghệ nhiệt phân
1.5.1. Cơ sở lý thuyết quá trình nhiệt phân
Quá trình nhiệt phân để thu hồi sản phẩm than được tiến hành ở nhiệt độ thấp và
kéo dài hàng giờ. Vật liệu không được tiếp xúc với không khí để tránh quá trình
cháy xảy ra. Thông thường thì than và chất vô cơ sẽ lưu lại trong pha rắn còn các
hợp chất hữu cơ bay hơi và nước sẽ được ngưng tụ trong pha hơi.
- Pha khí thải thu được từ quá trình nhiệt phân thường được ngưng tụ thành
pha lỏng để làm nhiên liệu sinh học và pha khí không ngưng tận dụng cho buồng
đốt tại nhiệt độ 500 – 600
0
C.
- Pha cacbon đưa ra ngoài ở nhiệt độ trung bình, cuối quá trình làm mát gián
tiếp, trạng thái khô
Phản ứng nhiệt phân chất thải rắn được mô tả tổng quát như sau:
Chất thải → các chất bay hơi (khí gas) + cặn rắn
Trong đó: Khí gas gồm: C
x
H
x,
H
2
, CO
x
, NO
x
, SO
x
và hơi nước
Cặn rắn: cacbon cố định + tro

Khi nhiệt lượng Q từ thiết bị truyền đến các lớp vật liệu làm cho nội năng
của pha khí và các hạt vật liệu rắn tăng lên. Trong quá trình tăng nội năng các phân
tử nước trong cấu trúc của vật liệu bắt đầu đi từ trong ra ngoài bề mặt làm xảy ra
quá trình thoát hơi ẩm tự do và hơi ẩm liên kết ra khỏi bề mặt hạt vật liệu rắn. Đồng
thời với các quá trình thoát hơi ẩm các nguyên tử C, H, O,… tại các nút mạng tinh
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
14
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Trịnh Thị Thu Hương
thể trong cấu tạo của vật liệu sẽ trở nên linh động hơn, làm cho các liên kết cacbon
và cacbon, cacbon và hydro, cacbon và oxy hoặc các gốc tự do khác nếu có trở nên
yếu đi. Khi hạt chất rắn nhận một năng lượng đủ lớn, các liên kết trong phần tử hạt
rắn sẽ bị đứt gãy dẫn đến kết quả tạo thành các chất hữu cơ mà chủ yếu là các
hydrocacbon và aldehyt. Lượng và thành phần chất hữu cơ tạo thành phụ thuộc vào
nhiệt độ và thành phần cấu tạo bên trong của hạt vật liệu rắn. Các chất hữu cơ tạo
thành sẽ thoát ra khỏi hạt vật liệu rắn đi vào trong pha khí. Nghiên cứu của Goh và
cộng sự (1998) đã chỉ ra các chất hữu cơ bay hơi được giải phóng ở nhiệt độ khoảng
260
0
C hoặc theo nghiên cứu của Ryn và cộng sự (2001) là 300
0
C.
Khi các liên kết ban đầu của vật liệu bị đứt gãy, kích thước hạt vật liệu rắn sẽ
giảm dần đồng thời các liên kết mới cũng được tạo thành, tạo ra sản phẩm mới ở thể
rắn là than. Tốc độ tạo thành than cũng phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần cấu
tạo của vật liệu rắn.
Lúc này, ôxy tự do từ trong pha khí bao quanh bên ngoài hạt rắn khuếch tán
đến bề mặt của hạt vật liệu rắn, sẽ tiếp xúc với các nguyên tử cacbon của phần tử
than và tạo ra phản ứng cháy (phản ứng ôxy hoá khử), sinh ra năng lượng.Tốc độ
cháy của than được kiểm soát bởi sự khuếch tán của lớp phim khí hỗn hợp và tốc độ
phản ứng.

Tương ứng với các quá trình xảy ra trong pha rắn, pha khí bao quanh một hạt
vật liệu rắn cũng xảy ra các quá trình tương ứng. Khi hạt vật liệu rắn giải phóng hơi
ẩm, phần tử hơi nước khuếch tán từ trong hạt vật liệu ra bên ngoài pha khí bao
quanh làm cho mật độ của phần tử hơi nước tăng lên tại một thời điểm tức thời.
Phần tử hơi ẩm ngay lập tức bị lôi cuốn bởi pha khí đi từ dưới lên làm giảm
mật độ hơi ẩm trong vùng thể tích hữu hạn bao quanh hạt rắn. Khi các chất hữu cơ
trong pha rắn được tạo thành và khuếch tán ra khỏi lớp bề mặt của hạt vật liệu rắn,
các phần tử chất hữu cơ sẽ tiếp xúc với ôxy và bắt cháy, sinh năng lượng.
Sản phẩm cháy và các chất hữu cơ bay hơi chưa cháy, ôxy và các phần tử khí
khác sẽ chuyển động sang những thể tích hữu hạn khác ở bên cạnh và bên trên.
Năng lượng sinh ra từ các phản ứng cháy sẽ trao đổi nhiệt trực tiếp với pha khí và
truyền nhiệt ngược đến pha rắn bằng bức xạ.
 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân
- Loại vật liệu nhiệt phân
Lớp 12B QLTNMT Viện KH và CN Môi trường
15