Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột sắn của một số làng nghề thuộc huyện hoài đức, hà nội

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
1 Chương 1 – TỔNG QUAN
1.1 Khái quát về làng nghề và hiện trạng môi trường làng nghề
1.1.1 Khái niệm làng nghề
1.1.2 Phân loại làng nghề
1.1.3 Hiện trạng môi trường làng nghề
1.2 Vai trò của làng nghề đối với kinh tế nông thôn
1.3 Làng nghề chế biến tinh bột sắn
1.4 Công nghệ xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ cao 12
1.4.1 Cơ chế của quá trình phân hủy hiếu khí 12
1.4.2 Cơ chế của quá trình phân hủy kỵ khí 13
1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học 19
1.5 Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ lên men mêtan nước thải tinh bột sắn trên thế
giới và Việt Nam: 23
1.5.1 Các nghiên cứu và ứng dụng công nghệ lên men mêtan nước thải tinh bột sắn trên
thế giới: 23
1.5.2 Các nghiên cứu và ứng dụng công nghệ lên men mêtan nước thải tinh bột sắn ở
Việt Nam: 28
2 Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30
2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 30
2.1.1 Vị trí địa lý: 30
2.1.2 Địa hình, khí hậu: 31
2.1.3 Điều kiện kinh tế-xã hội: 32
2.1.4 Hiện trạng sản xuất 34
2.2 Phương pháp nghiên cứu 35
2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu 35
2.2.2 Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế 35
2.2.3 Phương pháp thực nghiệm 36
2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu 36
3 Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Kết quả khảo sát hiện trạng nước thải và quản lý nước thải tại làng nghề Minh Khai,
Dương Liễu, Cát Quế- Hoài Đức- Hà Nội 37
3.1.1 Kết quả khảo sát hiện trạng nước thải 37
3.1.2 Tình hình quản lý nước thải tại khu vực làng nghề 39
3.2

Kết quả theo dõi mô hình ứng dụng công nghệ mêtan để xử lý nước thải tinh
bột sắn

41
3.2.1 Mô hình công nghệ xử lý nước thải tinh bột sắn tại Cát Quế 41
3.2.2 Nghiên cứu lựa chọn chế độ khởi động thiết bị lên men 42
3.2.3 Nghiên cứu chế độ vận hành thiết bị lên men 45
3.2.4 Kết quả xử lý sau quá trình thực nghiệm 50
3.3 Đề xuất các giải pháp phù hợp để áp dụng công nghệ lên men mêtan xử lý nước thải
hộ sản xuất của làng nghề 52
4 Kết luận và kiến nghị 55
Kết luận 55
Kiến nghị 56
5 Tài liệu tham khảo 57
6 Phụ lục 63
Danh mục bảng
Bảng 1.1. Chất lượng nước thải từ sản xuất tinh bột sắn 10
Bảng 1.2. Nồng độ các chất dinh dưỡng cần thiết 20
Bảng 1.3 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lên men mêtan với một số loại nước thải chế
biến thực phẩm 26
Bảng 1.4 So sánh hiệu quả xử lý nước thải của các hệ thống thiết bị kị khí được vận hành
ở Thái Lan 28
Bảng 3.1 Kết quả phân tích nước thải sản xuất tinh bột sắn của 3 làng nghề Minh Khai,
Dương Liễu, Cát Quế, Hà Nội 37

Bảng 3.2 Thông số trong quá trình làm thực nghiệm 45
Bảng 3.3. Thể tích khí biogas sinh ra hàng ngày và hiệu suất sinh khí mêtan qua các giai
đoạn thí nghiệm 49
Bảng 3.4. Kết quả xử lý sau quá trình thực nghiệm 51
Danh mục đồ thị
Đồ thị 3.1. Ảnh hưởng giữa pH và lượng biogas sinh ra với mầm bùn kị khí nhà máy bia
43
Đồ thị 3.2. Mối liên hệ giữa pH và hàm lượng biogas với mầm là phân bò sữa 44
Đồ thị 3.3. Mối liên hệ độ kiềm và VFA 44
Đồ thị 3.4. Mối liên hệ giữa pH và VFA 46
Đồ thị 3.5. Mối liên hệ giữa độ kiềm tổng và VFA 47
Đồ thị 3.6. Hiệu suất xử lý COD sau hệ kị khí 48
Đồ thị 3.7. Thể tích biogas sinh ra với nồng độ % CH
4
50
Đồ thị 3.8. Thể tích khí sinh ra hàng ngày 50
Danh mục hình vẽ
Hình 1.1. Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột sắn
Hình 1.2 Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi sinh vật trong hồ hiếu khí 13
Hình 1.3 Quy trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ 14
Hình 1.4. Bể UASB 18
Hình 1.5. Bể CIGAR 19
Hình 1.6 Các ngành công nghiệp sử dụng công nghệ kị khí xử lý nước thải và các thiết bị
được sử dụng 24
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí 3 xã Minh Khai, Dương Liễu, Cát Quế, huyện Hoài Đức, Hà Nội 30
Hình 3.1. Toàn cảnh hệ thống xử lý nước thải làng nghề qui mô vừa và nhỏ đặt tại Cát
Quế 41
Danh mục từ viết tắt
AF
Lọc sinh học kị khí

BOD Nhu cầu oxy sinh hóa
CBNSTP Chế biến nông sản thực phẩm
COD Nhu cầu oxy hóa học
CSTR
Hệ khuấy trộn liên tục
EGSB
Bể phân hủy kị khí dạng bùn hạt tăng
cường
QCVN Quy chuẩn Việt Nam
SS Chất rắn lơ lửng trong nước
TCCP Tiêu chuẩn cho phép
UBND Ủy ban nhân dân
VSV Vi sinh vật
VFA Axit béo dễ bay hơi
MỞ ĐẦU
Làng nghề ở nước ta đã ra đời từ rất lâu và cho đến nay làng nghề ngày
càng phát triển góp phần đáng kể vào phát triển kinh tế xã hội của đất nước. Sự
phát triển của làng nghề đã góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế nông nghiệp nông
thôn, giải quyết công ăn việc làm lúc nông nhàn, tăng thu nhập, nâng cao đời sống
vật chất cho người dân địa phương. Theo “Báo cáo thực hiện chính sách, pháp luật
về môi trường tại các khu kinh tế, làng nghề” của Sở Công thương, tại Hà Nội các
làng nghề đã giải quyết việc làm cho gần 630.000 lao động bao gồm cả lao động
địa phương và lao động du nhập. Tính đến nay, Hà Nội có 1.350 làng nghề và làng
có nghề, trong đó 281 làng nghề đã được UBND thành phố công nhận theo tiêu
chí mới. Năm 2012, giá trị sản xuất của làng nghề đạt khoảng 10.582 tỷ đồng,
chiếm 8,3% tổng giá trị sản xuất công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp của thành
phố.
Ba xã Minh Khai, Dương Liễu, Cát Quế thuộc huyện Hoài Đức, Hà Nội là
ba làng nghề nằm trong trọng điểm chế biến nông sản thực phẩm của Hà Nội. Trong
những năm vừa qua, quy mô và sản lượng sản xuất của các làng nghề không ngừng

tăng, tạo ra khối lượng sản phẩm và lượng doanh thu lớn tạo công ăn việc làm cho
hàng nghìn lao động địa phương, không những tạo công ăn việc làm cho lao động
địa phương mà còn cho lao động từ các tỉnh như Phú Thọ, Vĩnh Phúc…; đời sống
nhân dân không ngừng được cải thiện, bộ mặt nông thôn ngày một đổi mới. Ở xã
Minh Khai, số hộ giàu, hộ khá có thu nhập hàng trăm triệu đồng 1 năm chiếm đến
50%, hộ nghèo (theo tiêu chí mới) còn 46 hộ chiếm 4,71% tổng số hộ, không có hộ
đói.
Tuy nhiên, do đặc trưng loại hình sản xuất chính là chế biến tinh bột sắn,
miến, bún, với hàng trăm nghìn tấn chất thải rắn và đặc biệt là hàng triệu mét khối
nước thải lớn, ba làng nghề đang là “thủ phạm” chính cho vấn đề ô nhiễm môi
trường của huyện Hoài Đức, gây nên các bức xúc không chỉ đối các dân cư trong
vùng mà cả trong toàn huyện Hoài Đức.
Ngành sản xuất tinh bột sắn là một trong những ngành công nghiệp tiêu thụ
nhiều nước và năng lượng. Vì vậy, hàng năm lượng nước xả thải ra môi trường
của ngành này khá lớn, nước thải chứa nhiều các chất hữu cơ như tinh bột, protein,
xenluloza, pectin, đường, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không có
biện pháp xử lý hiệu quả. Tuy nhiên trong thành phần nước thải tổng hợp có chứa
hàm lượng lớn các chất dinh dưỡng N, P và các chất hữu cơ có thể được tận dụng
và thu hồi thông qua quá trình xử lý bằng chuyển hóa sinh học nguồn thải hữu cơ
và tận dụng sinh khối thải chuyển thành khí nhiên liệu biogas cung cấp năng lượng
cho nhu cầu tiêu thụ năng lượng của các hộ gia đình, nước thải sau xử lý các mức
có thể tận thu như nguồn dưỡng chất để bón ruộng, hoặc xử lý các mức tiếp theo
đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN40-2011 khi xả trực tiếp vào nguồn nước tiếp nhận.
Khí sinh học thu được góp phần giảm thiểu ô nhiễm nước, hạn chế khai thác nhiên
liệu không tái tạo, và giảm phát thải các khí, chủ động trong việc ứng phó với
biến đổi khí hậu trong xu thế chung của thế giới hiện nay.
Ở Việt nam bước đầu đã có một số nghiên cứu khả quan về xử lý nước thải
ngành tinh bột sắn theo xu thế trên nhưng nhìn chung mới là bước đầu và chưa đạt
hiệu quả cao.
Vì vậy, học viên đã chọn đề tài : “Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm và công

nghệ lên men mêtan nước thải chế biến tinh bột sắn của một số làng nghề thuộc
huyện Hoài Đức, Hà Nội” với nội dung gồm:
- Đánh giá mức độ ô nhiễm nước thải làng nghề Minh Khai, Dương Liễu,
Cát Quế.
- Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến quá trình sinh khí trong bể
mêtan, bước đầu tính toán kiểm tra các thông số thiết kế, vận hành.
- Bước đầu đề xuất mô hình ứng dụng công nghệ mêtan vào xử lí nước thải
làng nghề.
•
•
Chương 1 – TỔNG QUAN
•
Khái quát về làng nghề và hiện trạng môi trường làng nghề
•
Khái niệm làng nghề
Từ xa xưa, người nông dân Việt Nam đã biết sử dụng thời gian nông nhàn
để sản xuất những sản phẩm thủ công, phi nông nghiệp phục vụ cho nhu cầu đời
sống như: các công cụ lao động nông nghiệp, giấy, lụa, vải, thực phẩm qua chế
biến… Các nghề này được lưu truyền và mở rộng qua nhiều thế hệ, dẫn đến nhiều
hộ dân có thể cùng sản xuất một loại sản phẩm. Bên cạnh những người chuyên
làm nghề, đa phần lao động vừa sản xuất nông nghiệp, vừa làm nghề, hoặc làm
thuê (nghề phụ). Nhưng do nhu cầu trao đổi hàng hóa, các nghề mang tính chất
chuyên môn sâu hơn, được cải tiến kỹ thuật hơn và thường được giới hạn trong
quy mô nhỏ (làng), dần dần tách hẳn nông nghiệp để chuyển hẳn sang nghề thủ
công. Như vậy, làng nghề đã xuất hiện.
Có thể hiểu làng nghề “là làng nông thôn Việt Nam có ngành nghề tiểu thủ
công nghiệp, phi nông nghiệp chiếm ưu thế về số lao động và thu nhập so với
nghề nông”[6].
•
Phân loại làng nghề

Làng nghề với những hoạt động và phát triển đã có những tác động tích
cực và tiêu cực đến nền kinh tế, đời sống xã hội và môi trường với những nét đặc
thù rất đa dạng. Vấn đề phát triển và môi trường của các làng nghề hiện nay đang
có nhiều bất cập và đang được chú ý nghiên cứu. Muốn có được những kết quả
nghiên cứu xác thực, đúng đắn và có thể quản lý tốt các làng nghề thì cần có sự
nhìn nhận theo nhiều khía cạnh, nhiều góc độ khác nhau đối với làng nghề. Bởi
vậy, hệ thống phân loại các làng nghề dựa trên các số liệu thông tin điều tra, khảo
sát là cơ sở khoa học cho nghiên cứu, quản lý hoạt động sản xuất cũng như việc
quản lý, bảo vệ môi trường làng nghề. Cách phân loại làng nghề phổ biến nhất
là phân theo loại hình sản xuất, loại hình sản phẩm. Theo cách này có thể
phân thành 6 nhóm ngành sản xuất gồm:
+ Ươm tơ, dệt vải và may đồ da.
+ Chế biến lương thực thực phẩm, dược liệu.
+ Tái chế phế liệu (giấy, nhựa, kim loại…).
+ Thủ công mỹ nghệ, thêu ren.
+ Vật liệu xây dựng, khai thác và chế tác đá.
+ Nghề khác (mộc gia dụng, cơ khí nhỏ, đóng thuyền, quạt giấy, đan vó, lưới ).
Ngoài ra còn có thể phân loại theo quy mô sản xuất (lớn, nhỏ, trung bình);
phân loại theo nguồn thải và mức độ ô nhiễm; theo lịch sử phát triển; theo mức độ
sử dụng nguyên liệu, theo thị trường tiêu thụ sản phẩm hoặc theo tiềm năng tồn tại
và phát triển…
•
Hiện trạng môi trường làng nghề
Vấn đề môi trường mà các làng nghề đang phải đối mặt không chỉ giới hạn
ở trong phạm vi các làng nghề mà còn ảnh hưởng đến người dân ở vùng lân cận.
Theo Báo cáo môi trường quốc gia năm 2008 với chủ đề "Môi trường làng nghề
Việt Nam", hiện nay “hầu hết các làng nghề ở Việt Nam đều bị ô nhiễm môi
trường (trừ các làng nghề không sản xuất hoặc dùng các nguyên liệu không gây ô
nhiễm như thêu, may ). Chất lượng môi trường tại hầu hết các làng nghề đều
không đạt tiêu chuẩn khiến người lao động phải tiếp xúc với các nguy cơ gây hại

cho sức khỏe, trong đó 95% là từ bụi; 85,9% từ nhiệt và 59,6% từ hóa chất. Kết
quả khảo sát 52 làng nghề cho thấy, 46% làng nghề có môi trường bị ô nhiễm
nặng ở cả 3 dạng; 27% ô nhiễm vừa và 27% ô nhiễm nhẹ”[5].
Tình trạng ô nhiễm môi trường ở các làng nghề xảy ra ở mấy loại phổ biến sau
đây:
- Ô nhiễm nước: ở Việt Nam, các làng nghề chưa có hệ thống xử lý nước
thải công nghiệp, nước thải được đổ trực tiếp ra hệ thống kênh rạch chung hoặc ra
sông. Nguyên nhân gây ô nhiễm nước chủ yếu là quá trình xử lý công nghiệp như:
chế biến lương thực thực phẩm, mây tre, dệt, in, nung nấu kim loại, tẩy giấy và
nhuộm… Thường thì nước thải ra bị nhiễm màu nặng và gây ra hiện tượng đổi
màu đối với dòng sông nhận nước thải, có mùi rất khó chịu. Hơn nữa là sự vượt
quá TCCP đối với các hàm lượng BOD, COD, SS, và coliform, các kim loại
nặng… ở cả nước mặt và nước ngầm, làm chết các sinh vật thủy sinh và chứa các
mầm bệnh nguy hại cho con người.
- Ô nhiễm không khí gây bụi, ồn và nóng do sử dụng than và củi chủ yếu
trong sản xuất vật liệu xây dựng và sản xuất gốm sứ.
- Ô nhiễm chất thải rắn do tái chế nguyên liệu (giấy, nhựa, kim loại…) hoặc
do bã thải của các loại thực phẩm (sắn, dong), các loại rác thải thông thường:
nhựa, túi nilon, giấy, hộp, vỏ lon, kim loại và các loại rác thải khác thường được
đổ ra bất kỳ dòng nước hoặc khu đất trống nào. Làm cho nước ngầm và đất bị ô
nhiễm các chất hóa học độc hại, ảnh hưởng tới sức khỏe của con người.
Trong Báo Nhân dân ngày 23/6/2005, GS.TS. Đặng Kim Chi đã cảnh báo
"100% mẫu nước thải ở các làng nghề được khảo sát có thông số vượt tiêu chuẩn
cho phép. Môi trường không khí bị ô nhiễm có tính cục bộ tại nơi trực tiếp sản
xuất, nhất là ô nhiễm bụi vượt tiêu chuẩn cho phép (TCCP) và ô nhiễm do sử dụng
nhiên liệu than củi. Tỉ lệ người dân làng nghề mắc bệnh cao hơn các làng thuần
nông, thường gặp ở các bệnh về đường hô hấp, đau mắt, bệnh đường ruột, bệnh
ngoài da. Nhiều dòng sông chảy qua các làng nghề hiện nay đang bị ô nhiễm nặng;
nhiều ruộng lúa, cây trồng bị giảm năng suất do ô nhiễm không khí từ làng nghề".
Hà Nội là một trong những thành phố có nhiều làng nghề nhất cả nước. Sau khi

mở rộng (2008), Hà Nội có tổng cộng 1.275 làng nghề, trong đó có 226 làng nghề
được UBND thành phố công nhận theo các tiêu chí làng nghề, với nhiều loại hình sản
xuất khác nhau, từ chế biến lương thực, thực phẩm; chăn nuôi, giết mổ; dệt nhuộm,
ươm tơ, thuộc da đến sản xuất vật liệu xây dựng, khai thác đá; tái chế phế liệu; thủ
công mỹ nghệ Trong số này, làng nghề thủ công mỹ nghệ chiếm 53% với 135 làng
nghề, tiếp đó là làng nghề dệt nhuộm đồ da chiếm 23% với 59 làng nghề, làng nghề
chế biến lương thực, thực phẩm chiếm 16,9% với 43 làng nghề Hiện nay, phần lớn
lượng nước thải từ các làng nghề này được xả thẳng ra sông Nhuệ, sông Đáy mà chưa
qua xử lí khiến các con sông này đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Chưa kể đến một
lượng rác thải, bã thải lớn từ các làng nghề không thể thu gom và xử lý kịp, nhiều làng
nghề rác thải đổ bừa bãi ven đường đi và các khu đất trống [2].
Tình trạng ô nhiễm môi trường như trên đã ảnh hưởng ngày càng nghiêm
trọng đến sức khỏe của cộng đồng, nhất là những người tham gia sản xuất, sinh
sống tại các làng nghề và các vùng lân cận.
Báo cáo môi trường Quốc gia năm 2008 cho thấy, tại nhiều làng nghề, tỉ lệ
người mắc bệnh (đặc biệt là nhóm người trong độ tuổi lao động) đang có xu hướng
gia tăng. Tuổi thọ trung bình của người dân tại các làng nghề ngày càng giảm,
thấp hơn 10 năm so với làng không làm nghề. Ở các làng tái chế kim loại, tỉ lệ
người mắc bệnh ung thư, thần kinh rất phổ biến, nguyên nhân gây bệnh chủ yếu là
do sự phát thải khí độc, nhiệt cao và bụi kim loại từ các cơ sở sản xuất.
Tại các làng sản xuất kim loại, tỉ lệ người mắc các bệnh liên quan đến thần
kinh, hô hấp, ngoài da, điếc và ung thư chiếm tới 60% dân số. Tại các làng nghề
chế biến nông sản thực phẩm, bệnh phụ khoa chiếm chủ yếu (13 – 38%), bệnh về
đường tiêu hóa (8 – 30%), bệnh viêm da (4,5 - 23%), bệnh đường hô hấp (6 -
18%), bệnh đau mắt (9 – 15%). Tỉ lệ mắc bệnh nghề nghiệp ở làng nghề Dương
Liễu 70%, làng bún Phú Đô là 50% [19].
Một trong những nguyên nhân của tình trạng ô nhiễm kể trên là do các cơ
sở sản xuất kinh doanh ở các làng nghề còn manh mún, nhỏ lẻ, phân tán, phát triển
tự phát, không đủ vốn và không có công nghệ xử lý chất thải. Bên cạnh đó, ý thức
của chính người dân làm nghề cũng chưa tự giác trong việc thu gom, xử lý chất

thải. Nếu không có các giải pháp ngăn chặn kịp thời thì tổn thất đối với toàn xã hội
sš ngày càng lớn, vượt xa giá trị kinh tế mà các làng nghề đem lại như hiện nay.
•
Vai trò của làng nghề đối với kinh tế nông thôn
Với hơn 2000 làng nghề trong cả nước, gồm 11 nhóm ngành nghề, sử dụng
hơn 10 triệu lao động, đóng góp hơn 40 ngàn tỷ đồng cho thu nhập quốc gia… các
làng nghề truyền thống đã và đang đóng một vai trò quan trọng đối với sự phát
triển kinh tế xã hội Việt Nam, đặc biệt là khu vực kinh tế nông thôn:
- Sản xuất tiểu thủ công nghiệp tận dụng nguồn nguyên liệu phong phú với
giá thành rẻ. Các nghề truyền thống chủ yếu sử dụng các nguyên liệu sẵn có trong
nước, vốn là các tài nguyên thiên nhiên điển hình của miền nhiệt đới: tre nứa, gỗ,
tơ tằm, các sản phẩm của nông nghiệp nhiệt đới (lúa gạo, hoa quả, ngô, khoai,
sắn…), các loại vật liệu xây dựng…
- Mặt khác, sản phẩm từ các làng nghề không chỉ đáp ứng các thị trường
trong nước với các mức độ nhu cầu khác nhau mà còn xuất khẩu sang các thị
trường nước bạn với nhiều mặt hàng phong phú, có giá trị cao. Trong đó, điển
hình nhất là các mặt hàng thủ công mỹ nghệ (hiện nay, mặt hàng này xuất khẩu đạt
giá trị gần 1 tỷ USD/năm). Giá trị hàng hóa từ các làng nghề hàng năm đóng góp
cho nền kinh tế quốc dân từ 40 – 50 ngàn tỷ đồng. Góp phần chuyển dịch cơ cấu
kinh tế, đẩy nhanh quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa nông thôn.
- Đặc biệt, phát triển các nghề truyền thống đang góp phần giải quyết công
ăn việc làm cho hơn 11 triệu lao động chuyên và hàng ngàn lao động nông nhàn ở
nông thôn, góp phần nâng cao thu nhập cho người dân.
- Hơn nữa, nhiều làng nghề hiện nay có xu hướng phát triển theo hướng
phục vụ các dịch vụ du lịch. Đây là hướng đi mới nhưng phù hợp với thời đại
hiện nay và mang lại hiệu quả kinh tế cao, đồng thời có thể giảm thiểu tình
trạng ô nhiễm môi trường, nâng đời sống vật chất và tinh thần cho người dân,
phục vụ mục tiêu phát triển bền vững.
•
Làng nghề chế biến tinh bột sắn

Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới, sau
Indonesia và Thái Lan. Cả nước có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn ở qui mô
lớn, công suất 50 - 200 tấn tinh bột sắn/ ngày và trên 4.000 cơ sở chế biến thủ
công. Tổng công suất của các nhà máy chế biến sắn quy mô công nghiệp đã và
đang xây dựng có khả năng chế biến được 40% sản lượng sắn cả nước.
Quá trình chế biến tinh bột sắn cần sử dụng một lượng lớn nước chủ yếu
cho quá trình rửa và lọc. Lượng nước thải ra trung bình 15 m
3
khi sản xuất 1 tấn
sắn tươi. Sau khi lọc bột sắn được sấy khô bằng không khí nóng để giảm lượng
nước từ 35 - 40% xuống 11 - 13%. Quá trình này đòi hỏi nhiều năng lượng. Thông
thường nhu cầu năng lượng điện và năng lượng nhiệt cho 1 kg sản phẩm là 0,320 –
0,939 MJ và 1,141 - 2,749 MJ tương đương 25% và 75% tổng năng lượng [7].
Hình 1.1. Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột sắn
+ Rửa - bóc vỏ: là công đoạn làm sạch nguyên liệu, đồng thời loại bỏ lớp
vỏ
Quá trình rửa nguyên liệu được thực hiện nhờ thiết bị rửa hình trống quay
hoặc máy rửa có guồng. Máy rửa hình trống quay, gồm một buồng hình trụ mở,
được bọc bằng mắt lưới thô, quay với tốc độ 10 ÷ 15 vòng/phút. Thiết bị làm việc
gián đoạn theo mẻ, nguyên liệu được cho vào lồng. Khi lồng quay nước được tưới
vào trong suốt quá trình nhờ bộ phận phân phối nước. Khi lồng quay các củ sắn
chuyển động trong lồng va chạm vào nhau và va chạm vào thành lồng, do đó đất
cát và vỏ được tách ra [1,5,16].
Sau khi bóc vỏ, củ sắn thường được ngâm trong máng nước để loại bỏ các
chất hoà tan trong nguyên liệu như: độc tố, sắc tố, tanin,…
+ Nghiền: Sau khi ngâm, sắn được đưa vào thiết bị nghiền thành bột nhão,
phá vỡ tế bào củ và giải phóng tinh bột. Bột nhão sau nghiền gồm tinh bột, xơ và
các chất hoà tan như đường, chất khoáng, protein, enzym và các vitamin [1,5,16].
+ Lọc thô: là công đoạn quan trọng, phải sử dụng nhiều nước có thể lọc
thủ công hoặc dùng máy lọc.

- Lọc thủ công dùng lưới lọc, bột nhão được trộn đều trong nước, được chà
và lọc trên khung lọc, dịch bột lọc chảy qua lưới lọc vào bể còn bã sắn ở trên được
lọc lần 2 để tận thu tinh bột.
- Máy lọc: là một thùng quay trong đó có đặt lưới lọc, làm việc gián đoạn
theo mẻ. Nước và bột nhão được cấp vào thùng, khi thùng quay bột nhão được đảo
đều trong nước nhờ cánh khuấy, sữa bột chảy xuống dưới qua khung lưới lọc
trước khi vào bể lắng. Lưới lọc ngoài thùng quay giữ lại các hạt bột có kích thước
lớn, phần bột này sš được đưa trở lại thiết bị lọc còn phần xơ bã được xả ra ngoài
qua cửa xả bã [1,5,16].
+ Lắng : Tinh bột có đặc điểm dễ lắng và dễ tách, sau 8 ÷ 15h có thể
lắng hoàn toàn. Khi bột đã lắng, từ từ tháo nước tránh gây xáo trộn tạp chất
(bột đen) trên bề mặt lớp bột. Lớp bột đen sš được loại bỏ để đảm bảo chất
lượng của bột thành phẩm.
Để thu được tinh bột có chất lượng cao, tinh bột sắn thô được tinh chế một
lần nữa theo quy trình sau: Bột thô có độ ẩm từ 55 ÷ 60% cho vào bể, bơm nước
vào với tỉ lệ bột và nước là 1/6. Dùng máy khuấy cho đồng nhất, để bột lắng lại
sau 8 ÷ 15h tháo nước trong và hớt lớp bột đen nổi lên trên. Có thể rửa 3 đến 4 lần
để loại bỏ hết tạp chất, sau khi rửa xong dùng tro thấm nước và đem bột ra phơi
hoặc sấy khô [1,5,16].
Nước thải ngành chế biến tinh bột sắn
Lượng nước thải sinh ra từ trong quá trình chế biến tinh bột sắn là rất lớn,
trung bình 10 -13 m
3
/tấn sản phẩm.
Căn cứ vào quy trình chế biến bột sắn, có thể chia nước thải thành 2 dòng:
- Dòng thải 1: là nước thải ra sau khi phun vào guồng rửa sắn củ để loại bỏ
các chất bẩn và vỏ ngoài củ sắn. Loại nước thải này có lưu lượng thấp (khoảng 2 –
2,5m
3
nước thải /tấn sắn củ), chủ yếu chứa các chất có thể sa lắng nhanh (vỏ sắn,

đất, cát…). Do vậy với nước thải loại này có thể cho qua song chắn, để lắng rồi
quay vòng nước ở giai đoạn rửa. Phần bị giữ ở song chắn (vỏ sắn) sau khi phơi
khô được làm nhiên liệu chất đốt tại các gia đình sản xuất.
- Dòng thải 2: là nước thải ra trong quá trình lọc sắn, loại nước thải này có
lưu lượng lớn (4,5 - 5m
3
nước thải/tấn sắn củ), có hàm lượng chất hữu cơ cao, hàm
lượng rắn lơ lửng cao, pH thấp, hàm lượng xianua cao, mùi chua, màu trắng đục.
Nước thải chế biến tinh bột sắn bao gồm các thành phần hữu cơ như tinh
bột, protein, xenluloza, pectin, đường có trong nguyên liệu củ sắn tươi là nguyên
nhân gây ô nhiễm cao cho các dòng nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột sắn
[1,16,44].
Nước thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông số đặc
trưng: pH thấp, hàm lượng chất hữu cơ và vô cơ cao, thể hiện qua hàm lượng chất
rắn lơ lửng (SS), các chất dinh dưỡng chứa N, P, các chỉ số về nhu cầu oxy sinh
học (BOD
5
), nhu cầu oxy hoá học (COD), …với nồng độ rất cao [1, 5,12,15].
Nồng độ ô nhiễm của nước thải tinh bột sắn thể hiện cụ thể ở Bảng 1.1
Bảng 1.1. Chất lượng nước thải từ sản xuất tinh bột sắn
TT Thông số Đơn vị Giá trị
QCVN 40:2011,
mức B
1 pH - 3,5 -5,0 5,5-9
2 COD mg/l 7000 – 40000 150
3 BOD
5
mg/l 6000 – 23000 50
4 TSS mg/l 4000 – 8000 100
5 ∑ N mg/l 42 - 262 40

6 ∑ P mg/l 11 - 46 6
7 CN
-
mg/l 10 - 40 0,1
Số liệu ở cho thấy khoảng cách dao động về các chỉ tiêu nước thải cao hơn
nhiều lần so với QCVN 40 :2011/ BTNMT cột B. Cụ thể, COD cao hơn 200 lần;
BOD cao hơn gần 500 lần; tổng nitơ và tổng photpho cao hơn 7 lần…so với
QCVN 40:2011/BTNMT.
Khi tính riêng cho 52 nhà máy qui mô lớn, ước tính lượng nước thải sinh ra
hàng ngày khi vào mùa vụ khoảng 140000 m
3
/ngày với tải lượng SS khoảng 1000
tấn/ngày; BOD khoảng 3.000 tấn/ngày; COD khoảng 5000 tấn/ngày; CN
-
khoảng 5
tấn/ngày [5].
Nếu lấy nước thải sinh hoạt làm cơ sở để so sánh mức độ ô nhiễm của nước
thải chế biến tinh bột sắn thì tải lượng ô nhiễm hữu cơ của ngành chế biến tinh bột
sắn sinh ra cũng gấp ít nhất 4 lần tải lượng hữu cơ của tổng lượng nước thải sinh
hoạt trên toàn quốc. Với lượng nước thải sinh hoạt sinh ra hàng ngày trên cả nước
là khoảng 2.010.000 m
3
/ngày, chiếm 64% trong tổng lượng các loại nước thải
[1,6,15].
Các chất ô nhiễm trong nước thải tinh bột sắn gây ra nhiều tác động tiêu
cực:
● BOD liên quan tới việc xác định mức độ ô nhiễm của nước cấp, nước
thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt. Khi xảy ra hiện tượng phân hủy yếm khí
với hàm lượng BOD quá cao sš gây thối nguồn nước và làm chết hệ thủy sinh, gây
ô nhiễm không khí xung quanh và phát tán trên phạm vi rộng theo chiều gió.

● COD cho biết mức độ ô nhiễm các chất hữu cơ và vô cơ chứa trong nước
thải công nghiệp.
● Chất rắn lơ lửng (SS) cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực tới tài
nguyên thủy sinh đồng thời gây mất cảm quan, bồi lắng lòng hồ, sông, suối…
● Axit HCN là độc tố có trong vỏ sắn. Khi chưa được đào lên, trong củ sắn
không có HCN tự do mà ở dạng glucozit gọi là phazeolutanin có công thức hóa
học là C
10
H
17
NO
6
. Sau khi sắn được đào lên, dưới tác dụng của enzym xianoaza
hoặc trong môi trường axit thì phazeolutamin phân hủy tạo thành glucoza, axeton
và axit xianuahydric. Axit này gây độc toàn thân cho người. Xianua ở dạng lỏng
trong dung dịch là chất linh hoạt. Khi vào cơ thể, nó kết hợp với enzym
xitochorom làm men này ức chế khẳ năng cấp oxy cho hồng cầu. Do đó, các cơ
quan của cơ thể bị thiếu oxy. Nồng độ HCN thấp có thể gây chóng mặt, miệng
đắng, buồn nôn. Nồng độ HCN cao gây cảm giác bồng bềnh, khó thở, hoa mắt, da
hồng, co giật, mê man, bất tỉnh, đồng tử giãn, đau nhói vùng tim, tim ngừng đập
và tử vong.
Do đó,nếu nước thải không được xử lý triệt để, không đạt tiêu chuẩn môi
trường thì sš gây ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn nước, đất và không khí.
•
Công nghệ xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ cao
Đối với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao như nước thải chế biến
tinh bột sắn, việc áp dụng phương pháp xử lý sinh học là rất phù hợp. Bản chất của
phương pháp này là phân hủy các chất hữu cơ nhờ vào hoạt động của các vi sinh
vật. Nghĩa là các vi sinh vật sš sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng để
làm chất dinh dưỡng xây dựng tế bào và tạo năng lượng, qua đó làm giảm hàm

lượng các chất ô nhiễm trong nước thải.
•
Cơ chế của quá trình phân hủy hiếu khí
+ Cơ chế: Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện
cung cấp oxy liên tục [13,22]. Quá trình phân hủy hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn
biểu thị bằng các phản ứng:
Oxy hóa các chất hữu cơ:
C
x
H
y
O
z
+ O
2
→ CO
2
+ H
2
O + ∆H
Tổng hợp tế bào mới:
C
x
H
1y
O
z
+ CO
2
+ NH

3
→ CO
2
+ H
2
O + C
5
H
7
NO
2
- ∆H
Phân hủy nội bào:
C
5
H
7
NO
2
+ 5 O
2
→ 5CO
2
+ 2H
2
O + NH
3
(+/-) ∆H
Trong 3 phản ứng ∆H là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào.
+ Công trình xử lý hiếu khí thông dụng: Hồ hiếu khí

Hồ hiếu khí oxy hoá các chất hợp chất nhờ VSV hiếu khí và tảo (Hình 1.2).
Có 2 loại: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo.
- Hồ làm thoáng tự nhiên: cấp oxy chủ yếu do khuyếch tán không khí qua
mặt nước và quang hợp của các thực vật. Diện tích hồ lớn, chiều sâu của hồ từ 30
– 50 cm. Tải trọng BOD từ 250 – 300 kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước từ 3 – 12
ngày.
- Hồ làm thoáng nhân tạo: cấp oxy bằng khí nén và máy khuấy. Tuy nhiên,
hồ hoạt động như hồ tùy nghi. Chiều sâu từ 2 – 4,5 m, tải trọng BOD
400kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước từ 1 – 3 ngày.
Hình 1.2 Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi sinh vật trong hồ hiếu khí
•
Cơ chế của quá trình phân hủy kỵ khí
+ Cơ chế: Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ là một quá trình
phức tạp gồm nhiêu giai đoạn có thể tóm tắt trong Hình 1.3 [23].
Hình 1.3 Quy trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ
Cơ chế phân hủy kỵ khí có thể biểu diễn theo phương trình tổng quát sau đây [22]:
Tuy nhiên, trong thực tế quá trình phân hủy kỵ khí thường xảy ra theo 4
giai đoạn
•
Giai đoạn 1: Giai đoạn thuỷ phân[22,43]
Dưới tác dụng của các enzym hydrolaza do vi sinh vật tiết ra, các hợp chất
hữu cơ phức tạp có phân tử lượng lớn như protein, gluxit, lipit…được phân giải
thành các chất hữu cơ đơn giản có phân tử lượng nhỏ như đường, peptit, glyxerin,
axít amin, axít béo…
•
Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men axít hữu cơ [22,43]
Các sản phẩm thuỷ phân sš được các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hoá, các
sản phẩm thuỷ phân sš được phân giải yếm khí tiếo tục tạo thành axít hữu cơ phân
tử lượng nhỏ như axít propionic, axít butyric, axít axetic,… các rượu, andehyt,
axeton và cả một số axít amin. Trong giai đoạn này BOD

5
và COD giảm không
đáng kể nhưng pH của môi trường có thể giảm mạnh.
•
Sự lên men axit lactic:
•
Sự lên men êtanol:
•
Giai đoạn 3: Lên men tạo axit axetic
Các sản phẩm lên men phân tử lượng lớn như axit béo, axit lactic sš được
từng bước chuyển hoá thành axit axetic:
•
Giai đoạn 4: Giai đoạn mêtan hoá [22]
Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình xử lý yếm khí,
nhất là khi xử lý yếm khí thu biogas. Hiệu quả xử lý sš cao khi các sản phẩm trung
gian được khí hoá hoàn toàn. Dưới tác dụng của các vi khuẩn lên men mêtan, các
axit hữu cơ bị decacboxyl hoá tạo khí mêtan. Trong xử lý yếm khí, khí mêtan
được tạo thành theo hai cơ chế chủ yếu là khử CO
2
và decacboxyl hoá.
- Decacboxyl hoá:
Khoảng 70% CH
4
được tạo thành do decacboxyl hoá axit hữu cơ và các
chất trung tính.
- Khử CO
2
Khoảng 30% CH
4
được tạo thành do khử CO

2
.
+ Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí thông dụng:
Thiết bị phân hủy kị khí khuấy trộn liên tục
Thiết bị phân hủy kị khí khuấy trộn liên tục là hệ thống xử lý kỵ khí cơ bản
với thời gian lưu thủy lực (HRT) và thời gian lưu bùn (SRT) trong khoảng 15-40
ngày để cung cấp đủ thời gian lưu cho cả quá trình vận hành và sự ổn định của hệ
thống.
Thiết bị khuấy trộn hoàn toàn không hồi lưu bùn phù hợp hơn đối với chất thải có
nồng độ chất rắn cao [54]. Một nhược điểm của hệ thống này là một tải lượng thể
tích cao chỉ thu được với dòng chất thải khá đặc với chỉ số nhu cầu oxy hóa học có
thể phân hủy sinh học (COD) khoảng 8000 đến 50000 mg/L. Trong khi đó, nhiều
dòng chất thải lại loãng hơn nhiều [49]. Như vậy, tải lượng COD trên mỗi đơn vị
thể tích có thể rất thấp với thời gian lưu của hệ thống loại bỏ mất lợi thế chi phí
của công nghệ xử lý kỵ khí. Tải lượng hữu cơ đặc trưng (OLR) cho thiết bị phân
hủy kỵ khí khuấy trộn hoàn toàn là từ 1-5 kg COD/m
3
.ngày [54]
Bể UASB (Upward – flow Anaerobic Sludge Blanket)
Một trong những phát triển nổi bật của công nghệ xử lý kỵ khí là bể UASB
được phát minh bởi Lettinga và các đồng nghiệp vào năm 1980 [35]. Ứng dụng
đầu tiên là xử lý nước thải sinh hoạt, sau đó được mở rộng cho xử lý nước thải
công nghiệp [48].
Bể UASB có thể xây dựng bằng bêtông cốt thép, thường xây dựng hình chữ
nhật. Để dễ tách khí ra khỏi nước thải người ta lắp thêm tấm chắn khí có độ
nghiêng ≥ 35
0
so với phương ngang. Tải lượng COD thiết kế thường trong khoảng
4 – 15 kg/m
3

.ngày. Nước thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dưỡng được dẫn vào
đáy bể và nước thải đi lên với vận tốc 0,6 – 0,9 m/h qua lớp bùn kỵ khí. Tại đây
xảy ra quá trình phân hủy sinh học kỵ khí [35].
Khí sinh học được tạo thành sš kéo theo các hạt bùn nổi lên, va vào thành
thiết bị tách 3 pha khí-lỏng-rắn(bùn) dạng hình nón lật ngược khiến cho các bọt
khí được giải phóng thoát lên; các hạt bùn lại rơi trở lại lớp đệm bùn.
Hình 1.4. Bể UASB
Bể CIGAR (Covered In-Ground Anaerobic Reactor) [35]
Bể CIGAR thực chất là một hồ kỵ khí có thu hồi khí sinh học. Hồ được
bao phủ toàn bộ bề mặt và lót đáy bằng bạt HPDE
Lớp bạt HPDE bao phủ bề mặt tạo ra điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt đồng
thời ngăn không cho khí sinh học phát tán ra môi trường. Lớp lót đáy HPDE có
thể được lắp đặt nếu cần, tùy vào mực nước ngầm của khu xử lý. Tuy nhiên, nên
lót đáy để có thể chống rò rỉ nước thải, gây ô nhiễm đất và nước ngầm.
Trước khi vào bể CIGAR , nước thải được chảy vào bể lắng nhằm giảm
bớt lượng chất rắn lơ lửng, cặn đảm bảo quá trình phân hủy kỵ khí trong bể
CIGAR đạt hiệu quả cao nhất. Thời gian lưu nước thải trong bể khoảng 30 ngày.
Toàn bộ lượng khí sinh học (mêtan chiếm 55 – 70% ) hình thành được thu
hồi nhờ hệ thống ống dẫn khí lắp đặt bên trong bể CIGAR
Hình 1.5. Bể CIGAR
•
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học
•
Điều kiện nước thải phải đưa vào xử lý sinh học [22]
Phương pháp xử lý sinh học nước thải có thể dựa trên cơ sở hoạt động của
vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước. Do vậy, điều kiện kiên
quyết vô cùng quan trọng của nước thải là môi trường sống của quần thể sinh vật
và thỏa mãn các điều kiện sau:
+ Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ vi sinh trong nước thải.
+ Chú ý đến hàm lượng kim loại nặng. Xếp theo thứ tự mức độ độc hại của chúng:

Sb>Ag>Cu>Hg>Co>Ni>Pb>Cr
3+
>V>Cd>Zn>Fe.
Nói chung, các ion kim loại này thường ở nồng độ vi lượng (vài phần triệu
đến vài phần nghìn) thì có tác dụng dương tính đến sinh trưởng vi sinh vật + Chất
hữu cơ có trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồn cacbon và năng lượng
cho vi sinh vật. Các hợp chất hidratcacbon, protein, lipit hòa tan thường là cơ chất
dinh dưỡng cho vi sinh vật.
+ Nước thải đưa vào xử lý sinh học có 2 thông số quan trọng là BOD và COD. Tỉ
số của 2 thông số này phải là: COD/BOD ≤ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0,5, mới có thể
đưa vào xử lý hiếu khí. Nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong đó gồm có
xenlulozo, hemixenlulozo, protein, tinh bột chưa tan thì phải qua xử lý sinh học kỵ
khí trước rồi mới xử lý hiếu khí.
•
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí [22]
- Oxy (O
2
): Trong các công trình xử lý hiếu khí, O
2
là một thành phần cực kỳ quan
trọng của môi trường. Công trình phải bảo đảm cung cấp đầy đủ lượng O
2
một
cách liên tục và hàm lượng O
2
hoà tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt II ≥ 2mg/l.
- Nồng độ các chất hữu cơ: phải thấp hơn ngưỡng cho phép. Có nhiều chất hữu cơ
nếu nồng độ quá cao, vượt quá mức cho phép sš ảnh hưởng xấu đến hoạt động
sống của vi sinh vật tham gia xử lý, cần kiểm tra các chỉ số BOD và COD của
nước thải. Cụ thể: hỗn hợp nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt chảy vào

công trình xử lý là bể lọc sinh học phải có BOD ≤ 500mg/l, nếu dùng bể hiếu khí
thì BOD ≤1000mg/l. Nếu nước thải có chỉ số BOD vượt quá giới hạn nói trên, cần
thiết phải dùng nước thải đã qua xử lý hay nước sông đã pha loãng.
- Nồng độ các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật : Tùy theo hàm lượng cơ chất hữu
cơ trong nước thải mà có yêu cầu về nồng độ các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết
là khác nhau. Thông thường cần duy trì các nguyên tố dinh dưỡng theo tỉ lệ thích