NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG THỦY LỰC ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ CAFE BẰNG CÔNG NGHỆ UASB

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

LÊ THỊ PHƯƠNG THẢO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG THỦY
LỰC ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ
CAFE BẰNG CÔNG NGHỆ UASB

HÀ NỘI, 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

LÊ THỊ PHƯƠNG THẢO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG THỦY
LỰC ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ
CAFE BẰNG CÔNG NGHỆ UASB

Ngành

: Công nghệ kỹ thuật môi trường

Mã ngành

: 52510406

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Thu Huyền
TS. Nguyễn Văn Nam

HÀ NỘI, 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam kết rằng tất cả quá trình làm đồ án đều theo hướng dẫn của T.S
Nguyễn Thu Huyền và T.S Nguyễn Văn Nam – giảng viên Khoa Môi trường, trường
Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.
Mọi kết quả trong đồ án đều trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn Việt
Nam. Các kết quả thực hiện được chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào
khác.
Mọi sao chép trích dẫn đều có căn cứ tài liệu đầy đủ, không sao chép gian lận vi
phạm quy chế đào tạo, nếu vi phạm thì tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước hội
đồng và nhà trường.
Hà Nội, tháng 05 năm 2017
Sinh viên
Lê Thị Phương Thảo


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và hoàn thiện đồ án, tôi đã nhận được sự hướng dẫn và
giúp đỡ quý báu của thầy cô và các bạn.
Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, các thầy cô Khoa Môi trường đặc biệt là
các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ môi trường – trường Đại học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích và cần thiết trong suốt quá
trình học tập và nghiên cứu tại trường.
Tôi xin cảm ơn T.S Nguyễn Thu Huyền và T.S Nguyễn Văn Nam – giảng viên
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, thầy cô đã hết lòng giúp đỡ, dạy

bảo, định hướng cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Tôi xin cảm ơn các thầy, cô quản lý Phòng thí nghiệm - Trường Đại học Tài
nguyên và Môi trường Hà Nội đã hết sức tạo đều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
phân tích, nghiên cứu nội dung của đồ án.
Tôi cũng xin cảm ơn gia đình ông Quàng Văn Tính - người dân trồng cà phê tại
bản Phiềng Tam, xã Chiềng Đen, Thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La, đã giúp đỡ trong quá
trình lấy mẫu nước thải sơ chế cà phê tại địa bàn.
Cuối cùng, tôi xin dành sự biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã
luôn quan tâm, chia sẻ và động viên, khích lệ giúp tôi vượt qua những khó khăn trong
học tập cũng như trong cuộc sống, giúp tôi có được những kết quả như ngày hôm nay.
Dù đã cố gắng hết sức thực hiện và hoàn thành đồ án. Tuy nhiên, do kiến thức còn
hạn hẹp, nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được những ý
kiến đóng góp, phê bình của quý thầy, cô.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 năm 2017
Sinh viên
Lê Thị Phương Thảo


MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tên tiếng anh

Chú giải

BOD

Biochemical Oxygen Denamd

Nhu cầu oxy hoá sinh học

COD

Chemical Oxygen Denamd

Nhu cầu oxy hoá hoá học

HRT

Hydraulic Retention time

Thời gian lưu nước

Mixed liquor Suspended Soild

Nồng độ sinh khối lơ lửng

Organic loading Rate

Tải trọng hữu cơ

MLSS
OLR
QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

SS

Suspended Soild

Chất rắn lơ lửng

SVI

Sludge Vlume Index

Chỉ số bùn lắng

TCVN
UASB

Tiêu chuẩn Việt Nam
Upfow Anaerobic Slugde Blanket

Thiết bị xử lý kỵ khí với dòng chảy
ngược qua lớp bùn hoạt tính


DANH MỤC HÌNH


DANH MỤC BẢNG


MỞ ĐẦU

1. Lý do lựa chọn đề tài

Sơn La hiện là tỉnh có diện tích cà phê lớn nhất vùng Tây Bắc với khoảng 12.000
ha, tập trung chủ yếu ở thành phố Sơn La, huyện Mai Sơn và huyện Thuận Châu. Sản
lượng cà phê tươi bình quân đạt 15 - 20 tấn quả tươi/ha. Thời vụ bắt đầu từ tháng 9,
tháng 10 đến tháng 1 sang năm là cao điểm trong thu hoạch và chế biến cà phê. Cà phê
chủ yếu được sơ chế theo phương pháp ướt là ngâm ủ và rửa bằng nước để tách vỏ.
Lượng nước tiêu thụ bình quân khoảng 2 – 4 m 3/tấn quả tươi. Quá trình sản xuất này
đã tạo ra một lượng lớn nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao. Cứ bước vào vụ
thu hoạch, khu vực đầu nguồn nước thành phố Sơn La lại đứng trước nguy cơ ô nhiễm
do các cơ sở sơ chế cà phê tại khu vực này chưa quan tâm đúng mức đến việc xử lý
nước thải cà phê. Cách mà các cơ sở tại đây xử lý nước thải cà phê đó là đào ao lót bạt
ni lông hay xây kè đá xung quanh. Đặc biệt là những hố nước thải đen ngòm, bốc mùi
hôi thối nồng nặc và hoàn toàn lộ thiên. Tuy nhiên, vô hình chung, cách làm này càng
khiến cho các chất độc hại ngấm sâu vào lòng đất gây ra ô nhiễm nguồn nước ngầm.
Các cơ sở sản xuất này đều đóng tại khu vực đầu nguồn nước đã gây ảnh hưởng
nghiêm trọng đến nguồn cung cấp nước và chất lượng nước của Xí nghiệp cấp nước số
1 Sơn La. Mặc dù đã nhiều lần bị xử phạt hành chính về hành vi gây ô nhiễm môi
trường, thế nhưng các cơ sở chế biến cà phê vẫn chưa khắc phục được tình trạng này.
Việc đầu tư hệ thống xử lý nước thải hiện đại giá trị hàng chục tỷ đồng là việc làm
không hề đơn giản.
Do vậy, việc đào ao lót bạt ni lông tích chứa nước thải vẫn là những giải pháp tạm
thời để hạn chế trước mắt việc xả thải trực tiếp ra môi trường. Vấn đề đặt ra là phải có
biện pháp xử lý hợp lý nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường khu vực, đồng thời phải
phù hợp với điều kiện kinh tế địa phương, giúp doanh nghiệp và người dân yên tâm
sản xuất.
Hệ thống xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí (UASB) là một
trong những thiết bị cao tải đã được sử dụng trong xử lý nước thải công nghiệp trong
nhiều thập kỷ. Hệ thống UASB có ưu điểm là vận hành đơn giản, chịu được tải trọng
hữu cơ cao và có thể điều chỉnh tải trọng hữu cơ theo từng thời kỳ sản xuất của nhà

máy. Ngoài ra hệ thống này tiêu thụ năng lượng ít, diện tích xây dựng công trình nhỏ
và không phát tán mùi hôi. Khí phát sinh trong quá trình xửlý nước thải có thể thu hồi
và được sử dụng làm nhiên liệu. Tuy nhiên, nhược điểm là thời gian khởi động hệ
thống này thường kéo dài do sự phát triển của bùn kỵ khí rất chậm và bùn phân tán dễ
bị rửa trôi khi xử lý ở tải trọng hữu cơ cao.
9


Hệ thống UASB hoạt động đạt hiệu quả tốt nhất thì hệ thống phải phụ thuộc vào
nhiều yếu tố kiểm soát: tải trọng thủy lực, tải trọng hữu cơ, nhiệt độ, pH. Trong đó tải
trọng thủy lực là một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả xử lý của bể.
Vì vậy đề tài đồ án hướng tới “Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng thủy lực đến quá
trình xử lý nước thải sơ chế cafe bằng công nghệ UASB”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sơ chế cà phê của hệ thống UASB khi có sự thay

đổi của tải trọng thủy lực.
- So sánh, nhận xét và đưa ra mức tải trọng thủy lực phù hợp nhất cho hệ thống.
3. Nội dung nghiên cứu.
- Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế cà phê.
- Đánh giá sự thay đổi hiệu quả xử lý nước thải sơ chế cà phê của hệ thống UASB khi
có sự thay đổi của tải trọng thủy lực.

10


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Sơ lược về ngành công nghiệp chế biến cà phê ở Việt Nam.

1.1.

Cây cà phê là một trong những cây công nghiệp quan trọng ở vùng nhiệt đới nói
chung và ở Việt Nam nói riêng. Cà phê có tính thích nghi rộng, chịu được hạn. So với
một số cây công nghiệp khác cà phê là cây dễ trồng, tuổi thọ cao, ít mắc bệnh nguy
hiểm, cho năng suất cao, thu nhập khá. Vì thế, diện tích cây trồng cà phê ở nước ta
trong những năm gần đây tăng lên đáng kể. Niên vụ 2000/2001 là 410.000 ha, niên vụ
2009/2010 là 500.000 ha, niên vụ 2014/2015 là 617.700 ha.

Hình 1.1: Cây cà phê ở Việt Nam
Cà phê không chỉ đơn thuần là một sản phẩm nông nghiệp thuần túy, nó thực sự trở
thành ngành kinh tế đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế thế giới. Trên
thế giới đã công nhận và sử dụng rộng rãi thuật ngữ “ Coffe Industrial” – ngành công
nghiệp cà phê. Với tổng giá trị toàn cầu là khoảng 100 tỷ USD (chỉ sau dầu hỏa).
Ngành cà phê không chỉ là một sản phẩm chế biến mà đó còn là các yếu tố tài chính,
thương mại, đầu tư, văn hóa, du lịch sinh thái, du lịch cà phê, ... Cà phê chính là mặt
hàng được đầu tư nhiều nhất thế giới.
Việt Nam là nước thứ hai trên thế giới về sản lượng cà phê xuất khẩu nhờ vị trí địa
lý thuận lợi, tài nguyên thiên nhiên (nước, rừng, không gian), khí hậu nhiệt đới gió
mùa, thổ nhưỡng, sinh thái môi trường và con người với vốn văn hóa bản địa. Cà phê
được xuất khẩu sang 70 quốc gia trên thế giới, trong đó 14 thị trường đứng đầu đã
chiếm đến 80% tổng kim ngạch xuất khẩu cà phê của cả nước. Trong mùa vụ
2013/2014, Đức đã vượt lên trên Mỹ để trở thành nước nhập khẩu cà phê lớn nhất của
Việt Nam. Với lượng nhập khẩu tăng mạnh, Bỉ trở thành thị trường cà phê lớn thứ ba
của Việt Nam. Xuất khẩu cà phê chế biến, cà phê rang, cà phê xay và cà phê hòa tan
ngày càng tăng trong vài năm trở lại đây, dự báo xuất khẩu các mặt hàng này mùa vụ
11


2013/2014 khoảng 55.000 tấn, tăng 21% so với mùa vụ trước, với các thị trường chính
là Trung Quốc, Nga, Hồng Kông, Hàn Quốc, Nhật Bản và Mỹ.

Những năm qua, cà phê không chỉ được mở rộng diện tích ở Tây Nguyên, Đông
Nam Bộ mà còn phát triển khá mạnh tại các tỉnh miền núi phía Bắc như Sơn La, Lai
Châu, Yên Bái, Hà Giang, Tuyên Quang,… Trong đó, khu vực phía Bắc là vùng phân
bố chủ yếu của cây cà phê chè, khu vực phía Nam là vùng phân bố của cây cà phê vối.
Ước tính tổng diện tích cà phê trên cả nước niên vụ 2016 – 2017 đạt 668.200 ha. Cà
phê là một mặt hàng nông nghiệp xuất khẩu quan trọng của Việt Nam có kim ngạch từ
600 triệu USD/năm, chỉ đứng sau gạo.
Bảng 1.1: Diện tích trồng cà phê của Việt Nam theo khu vực
Tỉnh

Niên vụ
Niên vụ
Niên vụ
2014/2015 (ha) 2015/2016 (ha)
2016/2017 (ha)
Đắk Lắk
209.760
209.000
210.000
Lâm Đồng
151.565
154.000
155.000
Đắk Nông
131.895
126.000
128.000
Gia Lai
83.168
80.000

82.000
Đồng Nai
20.800
21.000
21.000
Bình Phước
15.646
16.000
16.000
Kon Tum
12.390
14.000
14.000
Sơn La
10.650
12.000
12.000
Bà Rịa - Vũng Tàu
15.000
15.000
15.000
Quảng Trị
5.050
5.050
5.000
Điện Biên
3.385
4.500
4.500
Các khu vực khác

5.700
5.700
5.700
Tổng
665.009
662.250
668.200
Có thể nói, cà phê tạo nguồn lợi hết sức to lớn về kinh tế: tạo ra các sản phẩm
ngày càng đa dạng để phục vụ trong nước, xuất khẩu đóng góp đáng kể cho ngân sách
nhà nước cũng như tạo ra công ăn việc làm cho hàng ngàn người lao động.
1.2. Tổng quan về ngành công nghiệp chế biến cà phê ở Sơn La.
1.2.1. Tình hình phát triển cà phê ở Sơn La.
Được xem là một trong những loại cây công nghiệp chủ lực của vùng Tây Nguyên
nhưng những năm gần đây cây cà phê đã được phát triển mạnh tại khu vực các tỉnh
miền núi phía Bắc mà trong đó Sơn La hiện là tỉnh có diện tích cà phê lớn nhất vùng
Tây Bắc. Đến niên vụ 2016/2017, diện tích trồng cà phê tại Sơn La đạt 12.000 ha, tập
trung chủ yếu ở Thành phố Sơn La, huyện Mai Sơn và huyện Thuận Châu. Hàng năm,
mùa vụ thu hoạch cà phê bắt đầu từ tháng 9 đến tháng 1 sang năm. Sản lượng trung
bình ước tính đạt 15 – 20 tấn quả/ha.
1.2.2. Tình hình sơ chế cà phê tại Sơn La.

12


Cà phê là một trong những loại cây trồng chủ lực, có giá trị kinh tế cao, phù hợp
với điều kiện đất đai, khí hậu của tỉnh và trình độ canh tác của nông dân tại Sơn La [5].
Cà phê được chế biến chủ yếu theo phương pháp ướt với quy mô cụm hộ gia đình
và quy mô công nghiệp.
 Đối với chế biến theo quy mô cụm hộ gia đình
-

Công suất chế biến khoảng 10 – 15 tấn quả tươi/ngày; thời vụ sản xuất từ tháng 9 đến
hết tháng 1 năm sau. Tổng sản lượng chế biến khoảng 800 tấn quả/vụ - 1200 tấn
quả/vụ;

-

Tỷ lệ cụm hộ gia đình tham gia chế biến chiếm khoảng 30% - 40% tổng sản lượng
(khoảng 36.000 – 48.000tấn/vụ); số lượng cụm hộ tham gia chế biến khoảng 40 - 60
cụm hộ [5].
 Đối với chế biến theo quy mô công nghiệp

-

Công suất chế biến khoảng 20 tấn quả tươi - 55 tấn quả tươi/ngày; thời vụ tập trung: từ
tháng 10 đến hết tháng 12 hàng năm. Tổng sản lượng chế biến khoảng 2000 tấn quả

-

tươi đến 5000 tấn quả tươi/vụ;
Tỷ lệ cơ sở công nghiệp chế biến chiếm khoảng 20% - 30% tổng sản lượng (khoảng
24.000 – 36.000tấn/vụ); số lượng cơ sở tham gia chế biến: 04 cơ sở [5].
1.3. Công nghệ sơ chế cà phê
Trong kỹ thuật chế biến cà phê nhân có 2 công nghệ chính đang được áp dụng phổ
biến là: công nghệ chế biến khô và công nghệ chế biến ướt.
 Công nghệ chế biến cà phê bằng phương pháp khô

Là một công nghệ đơn giản, chỉ có một công đoạn chính là làm khô quả cà phê tươi
đến một mức độ nhất định, rồi dùng máy xay loại bỏ các lớp vỏ thịt bọc ngoài để lấy
nhân. Công nghệ này phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết, thời gian chế biến kéo dài, sản

phẩm tạo ra có chất lượng không cao.
 Công nghệ chế biến cà phê bằng phương pháp ướt

Là một công nghệ chế biến phức tạp, công nghệ chế biến ướt bao gồm các giai đoạn
phân loại, xay xát, rửa quả tươi để loại bỏ vỏ, thịt và chất nhờn bên ngoài nhân để có cà
phê thóc, sau đó làm khô để có cà phê nhân sống. Phương pháp này cho sản phẩm chất
lượng tốt, giảm được đáng kể diện tích sân phơi (so với phương pháp khô thì mặt bằng
chế biến giảm 70 – 80%), không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Tuy nhiên, công nghệ
này đòi hỏi thiết bị máy móc, phức tạp và phát sinh lượng nước thải lớn. Quy trình sơ
chế cà phê bằng phương pháp ướt được thể hiện như sau:

13


Nguyên liệu đầu vào
(Quả cà phê tươi)

Sàng lọc phân loại

Đất, cành, lá

Rửa thô

Nước thải

Xát xát vỏ

Nước thải

Ngâm enzim

Đánh nhớt

Nước thải

Rửa

Nước thải

Sấy hoặc phơi khô

Hạt cà phê
thành phẩm

Hình 1.2: Quy trình sơ chế cà phê bằng phương pháp ướt
Cà phê quả sau khi được thu hái tập trung tại cơ sở sản xuất, được sàng tuyển phân
loại sau đó được sát nghiền vỏ cùng với nước, hỗn hợp này được tách vỏ và chuyển
vào bể ngâm khoảng 8 giờ - 12 giờ để loại bỏ phần thịt quả, sau đó hỗn hợp này được
cho thêm nước và đánh nhớt tách bỏ phần nước thải, phần hạt sẽ được chuyển ra sân
phơi, phơi trong khoảng 1- 2 ngày. Hạt cà phê sau khi phơi được đưa vào các lò sấy
tĩnh hoặc lò sấy quay để làm khô đến độ ẩm khoảng 20-30%, sau đó lạo bỏ phần trấu
thành cà phê nhân để bán trực tiếp hoặc chế biến sâu.
1.4. Ô nhiễm do nước thải sơ chế cà phê tại Sơn La.

Hiện nay, phương pháp chế biến cà phê ướt được sử dụng phổ biến.

14


Trung bình lượng nước tiêu thụ khoảng 2 – 4 m 3/ tấn quả tươi. Nước thải trong quá

trình sơ chế phát sinh chủ yếu trong các công đoạn sau [5]:
-

Rửa thô: Đây là giai đoạn nước thải sinh ra có thành phần chủ yếu là chất rắn lơ lửng,

-

các chất ô nhiễm không cao.
Xay xát vỏ: Giai đoạn này nước thải phát sinh ít nhưng có thành phần rất đậm đặc, có

-

độ đục và hàm lượng cặn cao.
Đánh nhớt : Đây là giai đoạn phát sinh nước thải đáng kể nhất của quy trình chế biến,

-

nước thải có thành phần hữu cơ cao và độ nhớt lớn.
Rửa sạch : nước thải có lưu lượng ít, thành phần hữu cơ tương đối cao.
Nước thải vệ sinh : phát sinh từ công đoạn vệ sinh các thiết bị, máy móc chế biến.
Ngoài ra, nước thải còn phát sinh trong quá trình chế biến của công nhân.
Nước thải trong quá trình chế biến quả cà phê tươi đã không được xử lý, gây ảnh
hưởng nghiêm trọng tới nguồn nước và môi trường khu vực xung quanh. Nhà máy
nước Thành phố Sơn La - nơi cung cấp nước sinh hoạt cho khoảng gần 12.000 hộ dân
đã ít nhất 7 lần tạm ngừng cung cấp nước chỉ trong 2 tháng cuối năm 2016. Nguyên
nhân ban đầu được xác định là do nguồn nước từ đầu nguồn chảy về cung cấp cho nhà
máy bị ô nhiễm nghiêm trọng. Riêng năm 2015, nhà máy nước thành phố phải ngừng
cấp nước khoảng 20 lần, trong đó, nguyên nhân chủ yếu vẫn là do ô nhiễm từ hoạt
động xả thải nước thải cà phê khu vực đầu nguồn. Tại khu vực đầu nguồn nước từ
huyện Thuận Châu chảy về thành phố Sơn La, những bể chứa nước thải trong quá

trình chế biến cà phê của các cơ sở được lưu giữ lâu ngày, đen đặc, bốc mùi nằm ngay
cạnh nguồn nước. Cà phê tươi được sơ chế chủ yếu bằng phương pháp ướt, tách vỏ,
ngâm ủ, với mỗi tấn quả sử dụng từ 2 - 4 m 3 nước. Điều đáng nói, hầu hết các cơ sở
chế biến cà phê lại phân tán, đều không có hệ thống xử lý nước thải mà chỉ làm các bể
chứa tạm thời để tự thẩm thấu hoặc bơm lên ao trữ để làm phân bón hoặc tưới cây.
Nhiều năm qua, dù các cơ quan chức năng tỉnh Sơn La đã nhiều lần vào cuộc, tiến
hành kiểm tra, thanh tra, xử lý vi phạm tại khu vực đầu nguồn cấp nước, nhưng vẫn
không giải quyết được dứt điểm. Không ít cơ sở đã từng bị đình chỉ hoạt động hoặc bị
xử phạt hành chính nhiều lần do hoạt động kinh doanh không phép, không có cam kết
bảo vệ môi trường, xả trộm chất thải chưa qua xử lý ra môi trường,... nhưng thời gian
sau lại hoạt động bình thường, thậm chí nhiều cơ sở còn mở rộng quy mô sản xuất.
1.5. Thành phần, tính chất nước thải sơ chế cà phê.

Thành phần chính của nước thải từ các nhà máy chế biến cà phê chủ yếu là các chất
có trong lớp nhờn và một phần nhỏ chất hữu cơ có trong vỏ quả trong quá trình tách vỏ
có thể đi vào nước thải như: nhớt, đường, các chất hữu cơ và hương liệu tự nhiên [5].

15


-

Nhớt: Phần nhớt là phần chất nhầy bọc quanh hạt cà phê. Thành phần chủ yếu của nó
là xenllulozo, đường và pectin. Phần nhớt rất khó bị phân huỷ. Trong nước thải cà phê
nó thường kết tủa thành một lớp đen trên bề mặt. Lớp chất rắn này có thể làm tắc

-

đường ống thải và giảm lượng ôxi trong nước.
Đường: Đường phát sinh chủ yếu từ lớp nhớt trên. Trong quá trình lên men, đường bị

phân huỷ thành rượu và khí cacbonic. Sau đó, rượu được biến thành axit axetic, và vì
thế mà làm cho độ pH của nước thải chế biến cà phê bị giảm. Độ pH của nước thải cà
phê thường ở khoảng 3 - 4. Nếu nước thải cà phê không được xử lý mà được thải trực
tiếp ra sông hồ, độ pH của các nơi này sẽ bị giảm. Rất nhiều sinh vật dưới nước không

-

thể chịu được pH quá thấp.
Các thành phần các chất hữu cơ: Trong vỏ quả chủ yếu chứa các thành phần: Protein,
chất béo, Xellulozo, tro, hợp chất không có N, Cafein. Tuy nhiên, với công nghệ sử

-

dụng hiện nay là tách vỏ quả nên lượng vỏ quả hầu hết đều được
thu gom, lượng vỏ quả bị nghiền nát đi vào nước thải ít có nên các thành phần có

-

trong vỏ quả đi vào nước thải được hạn chế.
Hương liệu tự nhiên: Đây là các chất có sẵn trong quả cà phê để tạo màu đỏ cho quả cà
phê, chúng làm nước thải cà phê có màu xanh đậm hoặc đen, làm cho nước thải cà phê
có độ màu cao. Các chất màu làm thay đổi màu nguồn nước.
Bảng 1.2: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sơ chế cà phê [5]
STT Thông sô Đơn vị
1
2
3
4
5

SS
BOD
COD
Tổng P
Tổng N

mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l

Giá trị
6560 – 6780
8280 – 9126
11700 – 12120
47.9 – 59.9
50 - 150

16

QCVN 40:2011/BTNMT –
Cột B
100
50
150
6
40

Nhận xét: Nồng độ ô nhiễm trong nước thải: TSS (mg/l): 6560-6780 vượt tiêu
chuẩn cho phép 65.6 – 67.8 lần; BOD (mg/l): 8280 – 9126, vượt tiêu chuẩn cho phép
165.6 – 182.52 lần; COD (mg/l) 11700-12120, vượt tiêu chuẩn cho phép 78 – 80.8 lần;
Tổng Phot pho (mg/l): 47.9 - 59.9, vượt tiêu chuẩn cho phép 8 – 10 lần; Tổng N
(mg/l): 50 – 150, vượt tiêu chuẩn cho phép 1.25 – 3.75 lần.
1.6. Phương pháp xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí (UASB).
1.6.1. Nguyên lý hoạt động.

Hình 1.3: Mô hình bể UASB
Nước thải được đưa vào từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý xảy ra
khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt. Khí sinh ra trong điều kiện kỵ
khí (chủ yếu là CH4 và CO2) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình
thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt. Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt
bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía trên mặt bể. Tại đây quá trình tách pha khí –
lỏng – rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha. Khí theo ống dẫn qua qua bồn hấp thụ
chứa dung dịch NaOH. Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống dưới. Nước
thải theo máng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo [1].
1.6.2. Ưu nhược điểm của hệ thống UASB [1].
 Ưu điểm :
-

Ít tiêu tốn năng lượng vận hành: do quá trình phân hủy là quá trình giả lập tự nhiên với
cường độ cao, sự phân hủy xảy ra chủ yếu do các vi sinh vật kỵ khí tạo ra cho nên khi
vận hành bể tốn ít chi phí. Chi phí chủ yếu là quá trình bơm nước vào bể và quá trình
tuần hoàn bùn, hút bùn.
17


-

Công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp: khi bể đã đi vào hoạt động thì quá trình

-

vận hành dễ dàng, không đòi hỏi sử dụng công nghệ cao.
Quá trình hoạt động của bể tạo ra được lượng bùn hoạt tính cao nhưng lượng bùn sinh

-

ra không nhiều dẫn đến giảm được chi phí xử lý bùn phát sinh.
- Lượng bùn phát sinh dễ dàng tách khỏi nước.
- Đạt hiệu quả cao trong việc xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao.
- Tạo nguồn năng lượng có ích từ khí mê tan (CH4).
 Nhược điểm:
Quá trình khởi động bể tốn thời gian (giai đoạn nuôi cấy bùn hạt), khó kiểm soát quá
trình.
-

Tăng sinh khối chậm.
Quá trình kỵ khí diễn ra chậm hơn hiếu khí.
Nhảy cảm với nhiệt độ, pH, chất độc.
Dễ mất ổn định.
Không xử lý được hoàn toàn chất ô nhiễm.
Tải trọng thủy lực.

1.7.

Tải trọng thủy lực là lượng nước chảy vào bể tính trên một đơn vị diện tích trong
một đơn vị thời gian, đơn vị đo lường là m3/m2.h.
Tải trọng thủy lực phụ thuộc:

-

Thời gian lưu nước trong bể.
Tốc độ nước dâng trong bể.

Tải trọng thủy lực của bể được xác định theo công thức [1]:
Trong đó:
•
•
•
•

TTTL: tải trọng thủy lực của bể, đơn vị m3/m2.h.
Q: thể tích nước có thể lưu lại trong bể, đơn vị (m3).
S: diện tích của bể, đơn vị (m2).
HRT: thời gian lưu nước trong bể, đơn vị (h).

Thời gian lưu của nước thải (HRT) được tính bằng công thức [1]:
,

giờ

18


Trong đó:
• Q: thể tích của thiết bị, lít
• V: tốc độ dòng, lít/ngày
 Tải trọng thủy lực ảnh hưởng đến bể UASB.

Khi tải trọng thủy lực trong bể quá thấp dẫn đến thời gian lưu nước trong bể quá
cao, tốc độ nước dâng trong bể nhỏ thì bùn kỵ khí trong bể sẽ không tồn tại ở trạng
thái lơ lửng sẽ bị lắng xuống đáy bể làm cho nước thải sẽ không tiếp xúc được với vi
sinh vật kỵ khí trong bể và không phân hủy được chất hữu cơ trong nước thải. Thời
gian lưu mước lớn dẫn đến diện tích xây dựng bể lớn, tốn chi phí xây dựng.
Khi tải trọng thủy lực trong bể quá cao dẫn đến thời gian lưu nước trong bể thấp,
tốc độ nước dâng trong bể lớn, bùn kỵ khí trong bể sẽ bị cuốn theo nước thải đi ra
ngoài. Khi thời gian lưu nước quá thấp dẫn đến vi sinh vật kỵ khí không đủ thời gian
để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải.
Vì vậy cần phải duy trì một mức tải trọng thủy lực để hiệu quả xử lý đạt kết quả tối
ưu nhất.
1.8. Các yếu tô ảnh hưởng đến tải trọng thủy lực của bể UASB.
Tải trọng thủy lực phụ thuộc vào các yêu tố:
- Thời gian lưu nước trong bể.
- Vận vốc nước dâng trong bể.
- Thể tích của hệ thống xử lý.
1.8.1. Thời gian lưu nước trong hệ thống (HRT).
Thời gian lưu nước (HRT) tùy theo loại nước thải và điều kiện môi trường, phải đủ
lâu để cho phép các hoạt động trao đổi chất kỵ khí xảy ra. Thời gian lưu nước trong bể
phải đủ lâu để tạo điều kiện cho vi sinh vật xử lý các chất hữu cơ có trong nước thải.
1.8.2. Vận tốc nước dâng trong bể.
Vận tốc nước chảy trong bể ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xử lý của bể, vận tốc
phải đảm cho bùn hoạt tính kỵ khí trong bể vừa ở trạng thái lơ lửng vừa đảm bảo bùn
không bị cuốn theo nước thải đi ra khỏi bể. Vận tốc là một trong những yếu tố quan
trọng ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình xử lý.
1.8.3. Thể tích của hệ thống xử lý.
Thể tích của bể là thể tích mà bể có thể chứa được nước trong một khoảng thời
gian nhất định. Thể tích bể ảnh hưởng lớn đến vận tốc nước chảy trong bể, thời gian
lưu nước của bể, lưu lượng nước có thể xử lý của bể từ đó sẽ ảnh hưởng gián tiếp đến
quá trình xử lý nước thải của bể.

Thể tích bể được đo lường bằng đơn vị m3.

19


CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đôi tượng

2.1.

a. Nước thải

Nước thải lấy tại bể chứa nước thải của một cơ sở sơ chế cà phê tại bản Phiềng
Tam, xã Chiềng Đen, thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La. Nước thải sơ chế cà phê sau khi
lấy về được bảo quản trong can dung tích 20 lít, dự trữ ở nhiệt độ phòng.

Hình 2.1: Nước thải ở cơ sở sơ chế cà phê

Hình 2.2: Nước thải bảo quản ở nhiệt độ phòng
b. Bùn giống

Bùn giống được lấy từ Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt - thôn Phú Thứ, phường
Tây Mỗ, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội.
Các chỉ tiêu của bùn: hàm lượng bùn hoạt tính ban đầu: 3718 mg/l; SVI của bùn
hoạt tính: 89.3 ml/g.
c. Tải trọng thủy lực

Nghiên cứu sự thay về hiệu quả xử lý bằng công nghệ UASB khi có sự thay đổi tải
trọng thủy lực ở 3 mức: 0.0354 m3/m2.h; 0.0425 m3/m2.h; 0.0531 m3/m2.h.
d. Thiết bị

20


Hệ thống UASB với các thông số:
- Thể tích bể: 20 lít
- Kích thước làm việc của bể UASB: D x L = 200 x 800 mm
- Nhiệt độ của bể UASB được duy trì theo nhiệt độ môi trường và từ 25 –35 0C.
- Thời gian hoạt động của bể từ ngày 1/3/2017 đến ngày 8/5/2017.

Hình 2.3: Mô hình hệ thống UASB.
2.1.
Các phương pháp nghiên cứu.
2.1.1. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm.
a. Xác định tải trọng hữu cơ.

Tải trọng hữu cơ được xác định theo công thức [1]:
,

kg COD/ngđ

21


Trong đó:
•

COD: là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước bao gồm cả
hữu cơ và vô cơ, mg O2/lít.
• HRT: thời gian lưu nước, giờ
b. Xác định pH.

-

Sử dụng pH meter cầm tay đo trực tiếp tại hệ thống.
Sử dụng giấy quỳ tím.

c. Xác định tổng chất rắn lơ lửng (SS) theo TCVN 6625:2000.
d. Xác định hàm lượng tổng Nitơ bằng phương pháp Kendan theo TCVN 5987 – 1995.
e. Xác định nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) bằng phương pháp chuẩn độ Dicromat theo

TCVN 6491 – 1999.
f. Xác định nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD) bằng phương pháp pha loãng và cấy có bổ
sung Allythiourea theo TCVN 6001 – 1:2008.
2.1.2. Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu.
- Tổng hợp các kết quả phân tích COD, BOD, SS và Tổng N theo các mức tải trọng thủy

lực khác nhau.
2.1.3. Phương pháp so sánh và đánh giá kết quả.
- So sánh hiệu quả xử lý của COD, SS, BOD và Tổng N khi có sự thay đổi của tải trọng
-

thủy lực.
Đánh giá sự thay đổi hiệu quả xử lý.

2.2.
Nội dung nghiên cứu.
2.2.1. Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế cà phê.

Nước thải sơ chế cà phê được lấy mẫu tại một cơ sở sơ chế cà phê nằm trên địa bàn
bản Phiềng Tam, xã Chiềng Đen, thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La. Mẫu nước thải này
được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, BOD, SS, Tổng N, tổng P.

2.2.2. Tải trọng thủy lực ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý bằng công nghệ UASB.
 Tải trọng thủy lực.

Hệ thống hoạt động với sự thay đổi tải trọng thủy lực ở 3 giai đoạn 0.0354 m 3/m2.h;
0.0425 m3/m2.h và 0.0531 m3/m2.h.
 Ảnh hưởng của thời gian lưu.

Hệ thống hoạt động với sự thay đổi HRT trong từ 18 giờ, 15 giờ, 12 giờ. Nước thải
từ cơ sở chế biến được đưa về phòng thí nghiệm và được pha loãng đến nồng độ thích
hợp bằng nước máy.
 Ảnh hưởng tốc độ nước dâng trong bể.

Phụ thuộc vào thời gian lưu nước trong bể, mà ở mỗi khoảng thời gian lưu nước
khác nhau nó sẽ ảnh hưởng đến tốc độ nước dâng.
 Ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ.
22


Thí nghiệm tiến hành với việc tăng tải trọng hữu cơ OLR trong khoảng 0.467 – 1.4
kg COD/m3.ngđ.
Bảng 2.1 Bảng chế độ vận hành bể UASB theo sự thay đổi của tải trọng thủy lực.
HRT
(h)

18

15

12

Tải trọng
thủy lực
(m3/m2.h)
0.0354

0.0425

0.0531

Q
(l/ngày)

27

32

40

V
(m/h)

0.035

0.043

0.053

COD đầu vào
(mg/l)
COD1 = 350 500

COD2 = 550 700
COD1 = 350 500
COD2 = 550 700
COD1 = 350 500
COD2 = 550 700

tải trọng hữu
cơ (kg
COD/ngđ

Ký hiệu
thí
nghiệm

0.467 - 0.667

TN1 – 18

0.733 - 0.933

TN2 – 18

0.56 -0.8

TN1 – 15

0.88 – 1.12

TN2 – 15

0.7 - 1.0

TN1 – 12

1.1 – 1.4

TN2 - 12

Mô hình sẽ vận hành với 3 thời gian lưu nước: 18, 15 và 12 giờ. Tương ứng với 3
mức tải trọng thủy lực: 0.0354, 0.0425, 0.0531 m 3/m2.h. Ở mỗi thời gian lưu nước
khác nhau, mô hình sẽ thực hiện 2 đợt thí nghiệm với sự thay đổi 2 lần nồng độ COD
đầu vào. Thí nghiệm 1 (TN1) tương ứng với COD = 350 – 500 mg/l. Thí nghiệm 2
(TN2) tương ứng với COD = 550 – 700 mg/l.
2.2.3. Đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống UASB khi có sự thay đổi của tải trọng thủy lực.

Đánh giá sự ảnh hưởng của tải trọng thủy lực đến quá trình xử lý nước thải sơ chế
cà phê dựa trên bốn chỉ tiêu: SS, BOD 5, COD và Tổng N thông qua việc phân tích giá
trị đầu vào và đầu ra của các chỉ tiêu.
Từ đó đưa ra kết luận về mức tải trọng thủy lực nào thì hiệu quả xử lý của hệ thống
UASB đạt hiệu quả tốt nhất.
-

2.3. Phạm vi nghiên cứu.
Không gian: Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng thủy lực đến hiệu quả xử lý của hệ

thống UASB (quy mô phòng thí nghiệm) thông qua các chỉ tiêu COD, BOD5, SS và
-

Tổng N.
Thời gian: từ ngày 1/3/2017 – 8/5/2017.

23


CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế cà phê.

3.1.

Ở Sơn La, cà phê thường được thu hoạch bắt đầu từ tháng 9 cho đến tháng 1 năm
sau nên các nhà máy sơ chế cà phê cũng sẽ hoạt động vào khoảng thời gian này. Sản
phẩm của các cơ sở chế biến là các hạt cà phê đã được tách vỏ và quy trình sản xuất
chủ yếu sẽ là đánh nhớt, ngâm enzim và chà xát vỏ.
Nước thải sơ chế cà phê được lấy tại bể dữ trữ nước thải của một cơ sở sản xuất ở
bản Phiềng Tam, xã Chiềng Đen, thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La vào cuối mùa vụ thu
hoạch cà phê (tháng 3, năm 2017).
Bảng 3.1: Nồng độ ô nhiễm của nước thải sơ chế cà phê tại một cơ sở sản xuất ở xa
Chiềng Đen, TP. Sơn La, tỉnh Sơn La.
STT
1
2
3
4

Thông sô
pH
SS
BOD5
COD

Đơn vị

Giá trị

mg/l
mg/l
mg/l

4,3
3210
9240
16800

QCVN 40:2011/BTNMT
Cột A
Cột B
6–9
5,5 – 9
50
100
30
50
75
150

6
Tổng N
mg/l
333.33
20

40
7
Tổng P
mg/l
53.5
4
6
(Các thông số được phân tích tại phòng thí nghiệm Khoa môi trường – Trường ĐH tài
nguyên và môi trường Hà Nội)
Nhận xét: Hàm lượng các chất ô nhiễm hữu cơ, vô cơ đều cao hơn rất nhiều lần so
với tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT(cột B). Nồng độ ô nhiễm trong nước thải:
TSS (mg/l): 3210 vượt tiêu chuẩn cho phép 32.1 lần; BOD 5 (mg/l): 9240 vượt tiêu
chuẩn cho phép 50.6 lần; COD (mg/l):16800 vượt tiêu chuẩn cho phép 96 lần; Tổng
Phot pho (mg/l): 53.5 vượt tiêu chuẩn cho phép 8.92 lần; Tổng nitơ (mg/l): 333.33
vượt tiêu chuẩn cho phép 8.33 lần.
Do đó nếu để nước thải sơ chế cà phê thải ra môi trường mà không qua xử lý sẽ
gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái xung quanh, đặc biệt sẽ ảnh hưởng đến
đời sống hằng ngày của người dân. Kết luận, nước thải sơ chế cà phê cần phải được xử
lý đạt tiêu chuẩn cho phép trước khi thải ra môi trường.

24


Sự ảnh hưởng của tải trọng thủy lực đến hiệu quả xử lý của UASB.

3.2.

Để đánh giá sự ảnh hưởng của tải trọng thủy lực đến hiệu quả xử lý của UASB tiến
hành chạy môi hình với sự thay đổi 3 lần tải trọng thủy lực.
Bảng 3.2: Các thông số hoạt động bể khi có sự thay đổi tải trọng thủy lực

STT

Thông sô

1
Tải trọng hữu cơ
2
COD
3
Thời gian lưu nước
5
Nhiệt độ
6
pH
3.2.1.
Tải trọng thủy lực 0.0354 m3/m2.h
 Kết quả phân tích COD:

Đơn vị

Giá trị

kg COD/ngđ
mg/lít
giờ
0
C
-

0.33 – 1.4

250 -700
18, 15, 12
25 – 30
6 -7

Bảng 3.3: Kết quả phân tích COD với tải trọng thủy lực 0.0354 m3/m2.h
Đợt thí
nghiệm

TN1_18

TN2_18

Thời

vận tôc

tải trọng

gian

nước

hữu cơ

lưu

dâng

(kg

nước

(m/h)

COD/ngđ

27/3

18

0.035

28/3

18

0.035

29/3

18

0.035

16/4

18

0.035

17/4

18

0.035

18/4

18

0.035

19/4

18

0.035

20/4

18

0.035

Ngày

0.467 0.667

0.733 0.933

25

COD
Mẫu

nồng độ
(mg/l)

Đầu vào
Đầu ra
Đầu vào
Đầu ra
Đầu vào
Đầu ra
Đầu vào
Đầu ra
Đầu vào
Đầu ra
Đầu vào
Đầu ra
Đầu vào
Đầu ra
Đầu vào
Đầu ra

456
264
480
240

456
192
648
384
624
336
648
336
672
312
648
264

Hiệu
quả
xử lý
42.11
50.00
57.89
40.74
46.15
48.15
53.57
59.26