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

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG

= = = =¶¶¶ = = = =

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÊN 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

Người thực hiện
Lớp
Khóa
Chuyên ngành
Giáo viên hướng dẫn
Địa điểm thực tập

:
:
:
:
:
:

NGUYỄN TRẦN THẢO TRANG
MTE
57
MÔI TRƯỜNG
ThS TRẦN THANH HẢI

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 là
trung 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 được
ghi rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 16 tháng 5 năm 2016
Sinh viên

Nguyễn Trần Thảo Trang

i


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

ii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN.........................................................................................................................................................ii
MỤC LỤC.............................................................................................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG................................................................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH...............................................................................................................................................vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT..........................................................................................................................ix
MỞ ĐẦU....................................................................................................................................................... 1
Tính cấp thiết của đề tài......................................................................................................................................1
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
1.1.3. 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
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
1.2.2. Tổng quan về vật liệu hấp phụ...........................................................................................................16
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
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
...........................................................................................................................................................................21
Hình 1.10. Vỏ trấu được hoạt hóa.....................................................................................................................21
Hình 1.11. Vỏ trấu hoạt hóa được nghiền nhỏ.................................................................................................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
3.1. Sơ lược về Công ty cổ phần VIAN: .............................................................................................................29
Công ty cổ phần VIAN được chuyển đổi từ Xí nghiệp sản xuất và dịch vụ vật tư Đông Anh theo quyết định số
90/2000/QĐ/BNN-TCCB ngày 15/8/2000 của Bộ Trưởng Bộ Nông nghiệp và PTNT.Công ty hoạt động theo
Giấy chứng nhận đăng ký kinh doanh số 0101784417 do Sở kế hoạch và Đầu tư Hà Nội cấp ngày

iii


10/02/2010 (thay đổi lần 6). Tổng số vốn điều lệ của Công ty đến ngày 31/12/2011 là 12.000.000.000 đồng
( mười hai tỷ việt nam đồng) tương đương 100% vốn điều lệ, trong đó phần vốn của nhà nước do Tổng công
ty Rau quả, nông sản nắm giữ là 1.748.800.000 đồng tương đương với 14.57 % vốn điều lệ. ......................29

Ngành nghề kinh doanh:...................................................................................................................................29
- Kinh doanh thiết bị vật tư ngành công nghiệp thực phẩm............................................................................29
- Công nghiệp nước uống có cồn, không cồn...................................................................................................29
- Sản xuất phụ tùng thiết bị vật tư công nghệ thực phẩm. .............................................................................29
- Sản xuất và buôn bán vật tư nguyên liệu, thiết bị và sản phẩm ngành nông, lâm sản và thực phẩm chế
biến, các loại nước uống có cồn và không cồn. ................................................................................................29
- Lắp đặt và sửa chữa các trang thiết bị cơ điện lạnh và lò hơi........................................................................29
- Dịch vụ ăn uống, giải khát (không bao gồm kinh doanh quán bar).......................................................29
- Vận tải hàng hoá.............................................................................................................................................29
- Đại lý mua, đại lý bán, ký gửi hàng hoá. .......................................................................................................29
- Sản xuất nước đá...........................................................................................................................................29
- Sản xuất nước khoáng, nước tinh khiết đóng chai. .....................................................................................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
Bảng 3.1. Giá trị các thông số vật lý của mẫu nước nhà máy bia của công ty cổ phần VIAN......................32
3.2.2. Giá trị các thông số hóa học (BOD5, COD, Nito tổng số, Photpho tổng số)............................................33
Bảng 3.2. Giá trị các thông số hóa học của nước thải nhà máy bia của công ty cổ phần VIAN...................33
Mẫu tháng....................................................................................................................................................33
Hình 3.1. Biểu đồ thể hiện giá trị Nito tổng số và Photpho tổng số phân tích từ mẫu nước thải....................34
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
Hình 3.2. Hình ảnh mẫu nước thải trước và sau khi xử lý................................................................................37
Bảng 3.3. Bảng kết quả giá trị TSS của mẫu nước thải trước ......................................................................37
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
Hình 3.3. Biểu đồ thể hiện hàm lượng BOD5 trước và sau xử lý so với QCVN40:2011/BTNMT.......................38

Bảng 3.5. Bảng kết quả giá trị COD của mẫu nước thải trước và sau khi hấp phụ......................................39
Hình 3.4. Biểu đồ thể hiện hàm lượng COD trước và sau xử lý so với QCVN40:2011/BTNMT.........................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
Hình 3.6. Biểu đồ giá trị Photpho tổng số trước và sau khi hấp phụ so sánh với QCVN40:2011/BTNMT. .41
3.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ........................................................................................42
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý........................................................................................43

iv


Hình 3.7. Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý....................................................................43
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu qủa xử lý...............................................................................44
Hình 3.8. Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ làm giảm các giá trị COD, BOD5
của nước thải.....................................................................................................................................................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
Trong quá trình nghiên cứu, các giá trị nhiệt độ thay đổi đạt mức: 24.2oC, 24.8 oC, 25.7 oC, 27.0 oC. Mỗi giá
trị nhiệt độ lại cho một kết quả về hiệu quả hấp phụ khác nhau. Có thể dễ dàng nhận thấy dạng đồ thị về
hiệu quả hấp phụ đối với cả 4 thông số đều cho thấy một xu hướng như nhau. Khi nhiệt độ tăng, hiệu quả
hấp phụ giảm và ngược lại. Kết quả thực nghiệm là phù hợp khi ở nhiệt độ 24.3 oC – mức nhiệt độ thấp
nhất lại cho hiệu quả hấp phụ cao nhất. Ngược lại, tại mức nhiệt 27.0 oC lại cho giá trị hiệu quả hấp phụ
thấp nhất ở cả 4 thông số.................................................................................................................................46
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
1. Kết luận..........................................................................................................................................................48
1.1. Kết luận về bộ số liệu các thông số phân tích được của nước thải nhà máy bia thuộc công ty cổ phần
VIAN...................................................................................................................................................................48
1.2. Kết luận về việc sử dụng vỏ trấu hoạt hóa để xử lý nước thải nhà máy bia của công ty VIAN.................48
Trong thời gian nghiên cứu, khi tiến hành hấp phụ xử lý các chất hữu cơ có trong nước thải nhà máy bia

bằng vỏ trấu hoạt hóa, mức khối lượng vỏ trấu hoạt hóa được sử dụng cho hiệu quả tốt nhất nằm trong
khoảng 1.3- 1.7g/ 100ml nước thải. .................................................................................................................48
Sau khi mẫu nước thải được xử lý bằng vỏ trấu hoạt hóa rồi so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT cột B đã cho
kết quả như sau:................................................................................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................................................50
[13] Félicien Mazille, Dorothee Spuhler, Adsorption (Activated Carbon), Sustainable sanitation ang water
management, 2011...................................................................................................................................... 51
[16] Tổng hợp lại tình hình sản xuất kinh doanh rượu, bia............................................................................51
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.........Error: Reference
source not found
Bảng 1.4. Thành phần hóa học của tro đốt từ trấu.. . .Error: Reference source not
found

v


Bảng 3.1. Giá trị các thông số vật lý của mẫu nước nhà máy bia của công ty cổ
phần VIAN......................................Error: Reference source not found
Bảng 3.2. Giá trị các thông số hóa học của nước thải nhà máy bia của công ty
cổ phần VIAN.................................Error: Reference source not found
Bảng 3.3. ....Bảng kết quả giá trị TSS của mẫu nước thải trước và sau khi
hấp phụ.....................................Error: Reference source not found
Bảng 3.4. Bảng kết quả giá trị BOD5 của mẫu nước thải trước và sau khi hấp
phụ..................................................Error: Reference source not found
Bảng 3.5. Bảng kết quả giá trị COD của mẫu nước thải trước và sau khi

hấp phụ.......................................Error: Reference source not found
Bảng 3.6. Bảng kết quả giá trị Nito tổng số của mẫu nước thải trước và sau khi
hấp phụ............................................Error: Reference source not found
Bảng 3.7. Bảng kết quả giá trị Photpho tổng số của mẫu nước thải trước và sau
khi hấp phụ.....................................Error: Reference source not found
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý.....Error: Reference source not
found
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu qủa xử lý giảm các giá trị COD,
BOD5 của nước thải........................Error: Reference source not found

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1.

Sản lượng bia được tiêu thụ ở Việt Nam......Error: Reference source
not found

Hình 1.3.

Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.....Error: Reference source not
found

Hình 1.4.

Sự phụ thuộc của vào Cf..............Error: Reference source not found

Hình 1.5.

Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich...Error: Reference source not
found

Hình 1.6.

Sự phụ thuộc lgA vào lgC............Error: Reference source not found

Hình 1.7.

Than hoạt tính..............................Error: Reference source not found

Hình 1.8.

Tro bay.........................................Error: Reference source not found

Hình 1.9.

Vỏ trấu được sử dụng để hoạt hóa..........Error: Reference source not
found

Hình 1.10. Vỏ trấu được hoạt hóa..................Error: Reference source not found
Hình 1.11. Vỏ trấu hoạt hóa được nghiền nhỏ.........Error: Reference source not
found
Hình 1.12. Quá trình lắc mẫu nước thải có vỏ trấu hoạt hóa.....Error: Reference
source not found
Hình 1.13. Quá trình lọc mẫu loại bỏ phần vỏ trấu hoạt hóa đã hấp phụ....Error:
Reference source not found
Hình 3.1.

Biểu đồ thể hiện giá trị Nito tổng số và Photpho tổng số phân tích

từ mẫu nước thải...........................Error: Reference source not found

Hình 3.2.

Hình ảnh mẫu nước thải trước và sau khi xử lý......Error: Reference
source not found

Hình 3.3.

Biểu đồ thể hiện hàm lượng BOD 5 trước và sau xử lý so với
QCVN40:2011/BTNMT..............Error: Reference source not found

Hình 3.4.

Biểu đồ thể hiện hàm lượng COD trước và sau xử lý so với
QCVN40:2011/BTNMT..............Error: Reference source not found

Hình 3.5.

Biểu đồ Hàm lượng Nito tổng số trước và sau khi hấp phụ so sánh
với QCVN40:2011/BTNMT........Error: Reference source not found
vii


Hình 3.6.

Biểu đồ giá trị Photpho tổng số trước và sau khi hấp phụ so sánh
với QCVN40:2011/BTNMT........Error: Reference source not found

Hình 3.7.

Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý...........Error:
Reference source not found

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....Error:
Reference source not found

viii


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

ix


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá. Sự có mặt của nước là điều
kiện đầu tiên để xác định điều kiện tồn tại của sự sống. Hiện nay, với sự phát
triển nhanh chóng của kinh tế - xã hội cùng với sự gia tăng dân số đã và đang có
tác động làm môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng ngày càng ô
nhiễm. Hơn nữa, nhu cầu tiêu thụ các mặt hàng ngày càng đa dạng, riêng về mặt
hàng đồ uống giải khát cũng rất phong phú như nước ngọt có ga, các loại trà, cà
phê, … Trong đó có bia cũng là một loại nước giải khát được nhiều người ưa
chuộng và tiêu thụ với số lượng ngày càng tăng.
Bia được biết đến là loại nước giải khát lên men bổ dưỡng, có nồng độ
rượu 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( chủ
yếu vitamin nhóm B) và các loại enzim khác nhau. Đặc biệt CO 2 hòa tan trong
bia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát cho người uống, giúp tiêu hóa nhanh

thức ăn và ăn uống ngon miệng, giảm mệt mỏi, tăng phần tỉnh táo nếu người
uống sử dụng liều lượng thích hợp. Nhờ những đặc điểm nêu trên bia được sản
xuất và sử dụng rộng rãi hầu hết các nước trên thế giới với sản lượng ngày càng
tăng. Theo thống kê năm 2011, sản lượng bia thế giới đạt 192.710 triệu lít, tăng
3.7% so năm 2010. Riêng châu Á sản lượng bia chiếm 34.5% toàn cầu, đạt mức
tăng trưởng 8.6% năm. Trung bình mỗi người Việt Nam tiêu thụ khoảng 30 lít
bia/ 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 triển
khai 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 đạt
mức tăng trưởng trên 8%, chiếm 4% GDP cả nước, nộp ngân sách trên 35000 tỷ
đồng”. Lượng bia tiêu thụ của Việt Nam được dự đoán sẽ còn tiếp tục tăng cao
trong tương lai, ông Dương Đình Giám- Viện trưởng Viện Chiến lược chính
1


sách 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 Hà
Nội, 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 doanh
nước ngoài. Các nhà máy này cùng với những cơ sở sản xuất quy mô nhỏ ở hầu
hết các tỉnh thành trong cả nước nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng bia ngày càng
tăng của mọi người. Trong quá trình hoạt động ngành sản xuất bia cũng tạo ra
một lượng lớn các chất thải gây ô nhiễm môi trường cả 3 dạng: khí thải, chất
thải rắn và nước thải. Trong đó nguồn gây ô nhiễm chính và cần được tập trung
giải quyết nhất là nước thải.
Nước thải sản xuất bia chủ yếu phát sinh từ quá trình rửa, vệ sinh máy
móc, thiết bị và vệ sinh nhà xưởng, tập trung ở khu vực lên men, lọc bia và chiết

sản phẩm. Trong nước thải có thành phần phức tạp, nồng độ chất hữu cơ cao và
thường ở dạng lơ lửng lẫn dạng hòa tan, lượng chất rắn lơ lửng cao, độ pH dao
động lớn… Nguồn thải này nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm tạo khí gây
mùi khó chịu, làm ô nhiễm không khí, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và đời sống
cộng đồng. Hiện nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu về nước thải nhà máy
bia, có cả các dự án xử lý, cải tạo nước thải nhưng công nghệ khá tốn kém và
mất nhiều thời gian, công sức. Tuy nhiên chưa có đề tài nào nghiên cứu về khả
năng 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 trúc
mạng lưới tinh thể rỗng xốp nên có khả năng làm sạch môi trường nước. Qua
việc học tập, tích lũy kiến thức và các nghiên cứu thử nghiệm,tôi thấy vỏ trấu
sau khi hoạt hóa cũng có tính chất tương tự như than hoạt tính. Vỏ trấu là sản
phầm từ hoạt động nông nghiệp rất phổ biến, do nước ta ngành sản xuất nông
nghiệp chính là hoạt động trồng lúc nước. Từ những đặc tính có thể thấy từ vỏ
trấu, dưới sự hướng dẫn của Ths. Trần Thanh Hải tôi quyết định thực hiện đề tài:
2


“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 trên
với QCVN 40:2011 /BTNMT để làm cơ sở cho việc xác định hiệu quả của vật
liệu 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 đạt
QCVN 40:2011 /BTNMT.

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

3


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 9
đến 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 2011
đạt 2.780 triệu lít, vươn lên vị trí thứ 13. Trong khu vực châu Á, thị trường bia
Việt 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, bình
quân 55 đến 57 lít/người/năm, các nhà đầu tư sản xuất bia vẫn đang tăng tốc để
đáp 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 thời
gian tới.
(Nguồn: />4


Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của nhà máy
bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội, ngành bia Việt Nam đã có lịch sử trên 100
năm. Trong 5 năm trở lại đây, ngành công nghiệp bia với tốc độ tăng trưởng
bình 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 lượng
bia đạt 1.290 triệu lít, tăng 20.7% so với năm 2002, đạt 79% so với công suất
thiết kế, tiêu thụ bình quân đầu người đạt 16 lít/năm, nộp ngân sách nhà nước
khoảng 3650 tỷ đồng.
Do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuất
bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các
nhà máy bia đã có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc Trung ương
địa phương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng nước ngoài. Hiện nay
Việt Nam có khoảng hơn 400 cơ sở sản xuất bia có trụ sở ở các tỉnh thành lớn
trên cả nước. Trong số này có hơn 20 nhà máy bia có năng suất lớn( trên 50 triệu
lit/ năm). Còn lại là các nhà máy bia có nằng suất nhỏ 20 triệu lit/ năm và 10
triệu lit/ năm . Xét theo địa phương, năng lực sản xuất bia chủ yếu tập trung vào
các thành phố lớn như: thành phố Hồ Chí Minh chiếm 23.2% tổng năng lực sản
xuất bia toàn quốc, thành phố bia Hà Nội chiếm 13.44%, thành phố Hải Phòng
chiếm 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%, Tiền
Giang: 3.79%... (Theo Euromonitor).

5


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

Các sản phẩm chính

2010(Triệu lít/

Địa điểm

năm)
SABECO

VBL

Hồ Chí Minh, Cần

Bia 333, bia Sài

700

Gòn
Heineken, Tiger,
Ankor, Bivina, BGI

400

HABECO

Bia hơi, bia Hà Nội

>300

SAN MIGUEL
SEAB
HBL
VINAMIL AND

San miguel
Halide, Cảlberg

Huda, Festuval

50
100
100

Thơ, Sóc Trăng,
Yên Bái
Hồ Chí Minh, Hà
Tây
Hà Nội, Thanh Hóa,
Hải Dương
Nha Trang
Hà Nội
Huế

Zorok
100
Bình Dương
SABMIL
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 lớn
chứa 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 cơ
trong lượng nước thải lớn.
Quá trình sản xuất bia phát thải ra môi trường dưới cả 3 dạng rắn, lỏng và khí.
6


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

Tiêu hao/thải/phát thải
- Tiêu tốn năng lượng (nhiệt)
- Tiêu tốn nhiều nước
- Xút và axit cho hệ CIP
- Thải lượng hữu cơ cao
Nấu
- Phát thải bụi
- Gây mùi ra các khu vực xung
quanh
- Tiêu tốn năng lượng (lạnh)
- Tiêu tốn nhiều nước
- Xút và axit cho hệ CIP
- Phát thải CO2
Lên men
- 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)

- Tiêu tốn nhiều nước
- Tiêu tốn bột trợ lọc
Lọc bia - Tiêu tốn lạnh, CO2
- Thải lượng hữu cơ cao (nấm men,
bột trợ lọc)
- Tiêu hao năng lượng (hơi nước)
- Nước thải có pH cao và chất lơ
lửng nhiều
Đóng gói
- Tiêu hao nhiều nước nóng và nước
thanh
lạnh
trùng
- Tiếng ồn

Các hoạt - Tiêu thụ nhiều năng lượng
động phụ - Phát thải CO2, NOx và PAH
trợ : nồi (polyaromatic hydrocacbon)
hơi đốt - Nguy cơ rò rỉ dầu
than hoặc - Nguy cơ rò rỉ và phát thải NH3
dầu máy - Nguy cơ rò rỉ và phát thải CFC
lạnh
 Khí thải:
- Phát sinh do sử dụng nồi hơi, hơi
- Mùi hóa chất sử dụng
7

Các vấn đề môi trường
- Tiêu tốn tài nguyên và ô nhiễm
không khí

- Góp phần vào việc làm ấm lên
toàn cầu do phát thải CO2
- Gây khó chịu cho cư dân xung
quanh
- Phì dưỡng sông, hồ, biển và
nguy cơ cho cư dân xung quanh
- Ảnh hưởng đến đa dạng sinh
học

- Phì dưỡng sông, hồ, biển và
nguy cơ cho cư dân xung quanh
- Ảnh hưởng đến đa dạng sinh
học
- 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 động
- Ô nhiễm nước và đất
- Làm hại sức khỏa con người
- CFC là chất phá hủy tầng ozon


- Mùi sinh ra trong quá trình nấu và của các chất thải hữu cơ như bã hèm,
men… chưa được xử lý kịp thời.
- Các chất ô nhiễm phát thải chủ yếu trong quá trình sản xuất bia là CO,



-

SO2, NOx, H2S, CO2, NH3.
Nước thải:
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. Thành
phần 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 lượng
nước rất lớn như để ngâm đại mạch trong sản xuất malt, hồ hóa, đường hóa, rửa
men, rửa thiết bị, cung cấp cho lò hơi… Chất lượng nước ảnh hưởng rất lớn đến
chất lượng bia. Lượng nước sử dụng trong sản xuất bia thường trong khoảng
3.7-10.9 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 75150 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

8


- Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml Trong quá trình sản xuất bia, cần
phải 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 để
không chiết các chất không mong muốn từ bã. pH của dịch đường trước khi nấu
phải 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 lớn
chứa nhiều chất hữu cơ (tinh bột, xenluloza, các loại đường, axít, các hợp chất
phốt pho, nitơ...), pH cao, nhiệt độ cao. Thành phần nước thải nhà máy bia vượt
rất 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 khoảng
1.5 hl/hl, có nghĩa là lượng nước thải trong sản xuất bia bằng lượng nước sử
dụng trừ đi 1.5 hl/hl bia.
Lưu lượng và đặc tính dòng nước thải trong công nghệ sản xuất bia còn
biến 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 BOD 5, pH dao động
trong khoảng 5.8 - 8. Cá biệt, tại một số địa phương, hàm lượng chất ô nhiễm ở

mức cao: BOD5 1700- 2700mg/l; COD 3500-4000mg/l, SS 250-350mg/l, PO 4320-40mg/l, N-NH3 12-15mg/l. Ngoài ra, trong bã bia còn chứa một lượng lớn
chất hữu cơ, khi lẫn vào nước thải sẽ gây ra ô nhiễm ở mức độ cao.
9


Nước thải nhà máy bia bao gồm:
Nấu – đường hóa: Nước thải nhà máy bia của các công đoạn này giàu các
chất hydroccacbon, xenlulozơ, hemixenlulozơ, pentozơ trong vỏ trấu, các mảnh
hạt và bột, các cục vón … cùng với xác hoa, một ít tannin, các chất đắng, chất
màu.


Công đoạn lên men chính và lên men phụ: Nước thải nhà máy bia của

công đoạn này rất giàu xác men – chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin
cùng với bia cặn.


Giai đoạn thành phẩm: Lọc, bão hòa CO2, chiết bock, đóng chai, hấp

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

Nước thải từ quy trình sản xuất bao gồm:

- 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 loại
thiết 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.

10


Tóm tắt đặc trưng nước thải của công nghiệp sản xuất bia.
( Nguồn: />11


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 lũy
trên bề mặt gọi là chất bị hấp phụ. Quá trình ngược lại khi chất đi ra khỏi bề mặt
gọi là sự giải hấp.
Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ
người 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 trong
quá trình hấp phụ thường lớn hơn 22kcal/mol. Hấp phụ hóa học đòi hỏi sự hoạt
hóa phân tử nên tốc độ hấp phụ chậm hơn và phụ thuộc rất nhiều vào bản chất
hóa 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 hấp
phụ vật lý thường xảy ra nhanh hơn do quá trình hấp phụ không đòi hỏi sự hoạt
hóa phân tử, hấp phụ vật lý rất ít phụ thuộc vào bản chất hóa học bề mặt chất
hập phụ.
+ Động học của quá trình hấp phụ:
Hấp phụ là một quá trình thuận nghịch và có thể được mô tả như một

phản ứng hóa học:
k1
A

+

O



A’

k2
Trong đó :
A : Chất bị hấp phụ
O : Biểu thị chỗ trống trên bề mặt chất rắn
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:

12


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:
m = ( Ci – Cf ) .V
Trong đó : m - Lượng chất bị hấp phụ
Ci - Nồng độ đầu của chất bị hấp phụ
Cf - Nồng độ cuối của chất bị hấp phụ
V - Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ
Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ được dùng rộng rãi nhất là phương
trình Langmuir và Freundlich.
+ Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir :
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập dựa trên các
điều 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 hoạt
động 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:
G = Gmax
Trong đó :
G

: Tải trọng hấp phụ (mg/g)

Gmax : Tải trọng cực đại tính theo lý thuyết (mg/g)
13


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 trên
thì đường biểu diễn phương trình Langmuir là một đường cong.
Để xác định hằng số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có
thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách chuyển phương trình trên thành
phương trình đường thẳng:
Cf /G = 1/Gmax . Cf + 1/(Gmax.b)
q
α
qm

N
O

O
Cf

Hình 1.3. Đường hấp phụ đẳng
nhiệt Langmuir

C
Hình 1.4. Sự phụ thuộc của vào Cf

Tan α = ; ON =

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich
Đây là một phương trình thực nghiệm có thể sử dụng để mô tả nhiều hệ hấp
phụ hóa học hay vật lý. Phương trình này được biểu diễn bởi một hàm mũ.
G = k . C 1/n
Trong đó :
k – Hằng số thực nghiệm phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các
yếu tố khác.
14


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 vùng
ban đầu và vùng giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt tức là ở vùng nồng độ thấp
của 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 lgC f
, dựa vào đồ thị ta xác định được các giá trị k, n.
q

lgA
tg β
M

O

O
Cf

Hình 1.5. Đường hấp phụ đẳng

lgC
Hình 1.6. Sự phụ thuộc lgA vào lgC

nhiệt Freundlich
tg β = ; OM = lgk
- 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 chất
rắn, 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.
Ngoài ra còn có một số yếu tố khác như sự thay đổi diện tích bề mặt của
chất hấp phụ và sự thay đổi pH của dung dịch.
15