Luận án nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn

B NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
--------------

VŨ THÚY NGA

NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM VI SINH VẬT XỬ LÝ
NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 62.42.02.01
LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Phạm Văn Toản
2. PGS.TS. Nguyễn Văn Viết

HÀ NỘI, 2016


MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục chữ viết tắt
Danh mục bảng
Danh mục hình
MỞ ĐẦU

1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.Tinh bột sắn và nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
1.1.1.Tinh bột sắn và qui trình chế biến
1.1.2. Nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
1.1.3. Ô nhiễm môi trƣờng do nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
1.2. Xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn.
1.2.1. Phƣơng pháp xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên.
1.2.2. Phƣơng pháp xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo.

4
4
4
10
13
15
17
18

CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU, N I DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu
2.1.1. Các mẫu thu thập và chủng vi sinh vật
2.1.2. Hóa chất tinh khiết
2.1.3. Dung dịch và môi trƣờng nuôi cấy vi sinh vật
2.1.4. Thiết bị, dung cụ
2.2. Nội dung nghiên cứu
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phƣơng pháp lấy mẫu, xử lý mẫu
2.3.2. Phƣơng pháp xác định đặc điểm (tính chất) nƣớc thải CBTBS
2.3.3. Phƣơng pháp phân lập tuyển chọn vi sinh vật
2.3.4. Định danh vi sinh vật tuyển chọn

2.3.5. Nhân sinh khối vi sinh vật bằng kỹ thuật lên men chìm
2.3.6. Nhân sinh khối vi sinh vật trên giá thể rắn
2.3.7. Tạo chế phẩm và đánh giá chất lƣợng chế phẩm

40
40
40
40
40
40
41
41
41
41
47
52
53
55
56


2.3.8. Phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn bằng chế phẩm vi sinh
vật (Xử lý gián đoạn)
56
2.3.9. Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn của chế phẩm vi
sinh vật
57
2.3.10. Kiểm tra sự sống sót của vi sinh vật bằng kỹ thuật DGGE
58
2.3.11. Phƣơng pháp xử lý số liệu

61
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
62
3.1. Hiện trạng nƣớc thải nhà máy chế biến tinh bột sắn tỉnh Ninh Bình.
62
3.2. Phân lập tuyển chọn vi sinh vật xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
66
3.2.1. Vi sinh vật chuyển hóa hợp chất Cacbon (tinh bột, xenlulo)
67
3.2.2. Vi sinh vật chuyển hóa hợp chất chứa Phospho
69
3.2.3. Vi sinh vật chuyển hóa Phosphat hữu cơ và đồng hóa Phospho
70
3.2.4. Định danh và xác định độ an toàn của các vi sinh vật nghiên cứu
73
3.3. Nghiên cứu sản xuất chế phẩm xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
83
3.3.1. Khả năng tổ hợp các vi sinh vật nghiên cứu
83
3.3.2. Nhân sinh khối các vi sinh vật tuyển chọn bằng phƣơng pháp lên men chìm 85
3.3.3. Nhân sinh khối vi sinh vật trên giá thể rắn
99
3.3.4. Chế phẩm vi sinh vật xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
101
3.4. Xây dựng qui trình sử dụng gchế phẩm vi sinh vật xử lý nƣớc thải chế biến
tinh bột sắn
104
3.4.1. Ảnh hƣởng của pH nƣớc thải đến hiệu suất xử lý
106
3.4.2. Ảnh hƣởng của oxy hòa tan đến hiệu suất xử lý

107
3.4.3. Ảnh hƣởng của thời gian lƣu nƣớc thải đến hiệu suất xử lý
108
3.4.4. Ảnh hƣởng của lƣợng chế phẩm bổ sung
109
3.5. Nghiên cứu hiệu quả xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn của chế phẩm
112
3.5.1. Hiệu quả xử lý qui mô phòng thí nghiệm
112
3.5.2. Hiệu quả xử lý tại nhà máy chế biến tinh bột sắn tỉnh Ninh Bình
113
3.5.3. Xác định khả năng tồn tại của các vi sinh vật nghiên cứu trong bùn thải
bằng kỹ thuật DGGE
114
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

117

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN
ÁN
119
TÀI LIỆU THAM KHẢO

120


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
ADN

Axit Deoxyribonucleic

Anammox

Anaerobic ammonium oxidizers

AOB

Ammonia-Oxidizing-Bacteria (vi khuẩn oxi hóa ammonium)

ARN

Axit Ribonucleic

BOD

Biochemical Oxygien Demand (Nhu cầu oxy sinh hóa)

BTNMT

Bộ Tài nguyên Môi trƣờng

CBTBS

Chế biến tinh bột sắn

CFU

Colony Forming Unit (đơn vị hình thành khuẩn lạc)

COD

Chemical Oxygien Demand (Nhu cầu oxy hóa học)

CIRAT

Centre International Research Agriculture and Development
(Trung tâm hợp tác nghiên cứu phát triển nông nghiệp)

cs

Cộng sự

DGGE

Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (điện di biến tính)

DNS

3,5 axit dinitrosalicylic

CMC

Cacboxymethyl xenluloza

DO

Dissolved oxygien (oxy hòa tan)

ĐC

Đối chứng

FAO

Food and Agriculture Organization (tổ chức Lƣơng thực và Nông
nghiệp Liên Hợp Quốc)

ISP

International Streptomyces Project (Chƣơng trình xạ khuẩn Quốc
tế)

MPN

Most Probable Number (số khả hữu)

Nts

Nitơ tổng số

NA

Nutrient agar

NB

Nutrient broth

OD

Optical Density (mật độ quang)

Pts

Phospho tổng số


PCR

Polymerase Chain Reaction (phản ứng chuỗi trùng hợp)

PTNT

Phát triển nông thôn

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

rADN

Ribosomal axit Deoxyribonucleic

rARN

Ribosomal axit Ribonucleic

SBR

Sequencing Batch Reactor (Bể hiếu khí gián đoạn)

SS

Suspended Solid (Chất rắn lơ lủng)

TBS

Tinh bột sắn

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TNHH MTV Trách nhiệm hữu hạn Một thành viên
TNMT

Tài nguyên môi trƣờng

TSA

Tripticase Soya Agar

TSS

Total suspended solids (tổng chất rắn lơ lửng)

TTSA

Thailand tapioca starch Organization (Hiệp hội tinh bột sắn Thái
L Lan)

v/p

vòng/phút

v/v

Volum/volum (Thể tích/thể tích)

VSV

Vi sinh vật

w/v

Weight/volum (Khối lƣợng/thể tích)


DANH MỤC BẢNG
TT bảng

Tên bảng

1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
3.1

Sản xuất sắn ở một số địa phƣơng của Việt Nam năm 2014
Lƣợng tinh bột sắn xuất khẩu của Việt Nam theo thị trƣờng năm 2015
Thành phần tính chất nƣớc thải từ sản xuất tinh bột sắn
Chất lƣợng nƣớc thải từ sản xuất tinh bột sắn (chƣa xử lý)
Thành phần nƣớc thải nhà máy chế biến tinh bột sắn
Hiện trạng nƣớc nƣớc thải chế biến tinh bột sắn trƣớc và sau xử lý kỵ
khí tại nhà máy của công ty TNHH MTV Elmaco Ninh Bình, năm
2012
Chất lƣợng nƣớc thải chế biến tinh bột sắn sau xử lý hiếu khí và tách
lọc chất rắn lơ lửng tại nhà máy công ty TNHH MTV Elmaco Ninh
Bình, năm 2012
Một số nhóm vi sinh vật có ích trong nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
tại nhà máy của công ty TNHH MTV Elmaco Ninh Bình, năm 2012
Khả năng chuyển hóa hợp chất cacbon của các vi sinh vật phân lập
Hoạt độ enzym của các vi sinh vật phân lập
Khả năng xử lý BOD5 và COD trong nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
của vi sinh vật phân lập
Khả năng chuyển hóa amoni của vi sinh vật phân lập
Khả năng xử lý Nts trong nƣớc thải CBTBS của vi sinh vật phân lập
Khả năng chuyển hóa Phosphat hữu cơ của vi sinh vật phân lập
Khả năng đồng hóa Phospho của vi sinh vật phân lập
Khả năng xử lý Pts trong nƣớc thải CBTBS của vi sinh vật phân lập
Hoạt tính sinh học của các vi sinh vật tuyển chọn
Đặc điểm sinh học và sinh hóa của xạ khuẩn SHX.12
Khả năng sử dụng nguồn hydratcacbon của vi khuẩn SHV.22
Khả năng sử dụng nguồn hydratcacbon của chủng vi khuẩn SHV.OA7
Mức độ an toàn của các vi sinh vật nghiên cứu
Khả năng tồn tại của vi sinh vật trong điều kiện đơn lẻ và tổ hợp
Hoạt tính sinh học của vi sinh vật nghiên cứu trong điều kiện đơn lẻ
và hỗn hợp sau 90 ngày bảo quản

Sinh khối vi sinh vật nghiên cứu trong các môi trƣờng lên men
Sinh khối vi sinh vật nghiên cứu ở các tỉ lệ tiếp giống khác nhau
Sinh khối vi sinh vật nghiên cứu ở các tốc độ cấp khí khác nhau

3.2

3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21

Trang
7
8
11

12
12
63

65

66
67
68
69
70
70
71
71
72
72
74
75
77
83
84
85
89
90
91


3.22
3.23
3.24

3.25
3.26
3.27
3.28
3.29
3.30
3.31
3.32
3.33
3.34
3.35
3.36
3.37

Miền khảo sát yếu tố điều kiện lên men thu sinh khối của các chủng vi
sinh vật tuyển chọn
Phân tích phƣơng sai Anova của mô hình đối với S.fradiae SHX.12
Phân tích phƣơng sai Anova của mô hình đối với B.velezensis SHV.22
Phân tích phƣơng sai Anova của mô hình đối với N.europea
SHV.OA7
Kết quả tối ƣu các yếu tố lên men đối với chủng vi sinh vật nghiên
cứu
Điều kiện lên men thu sinh khối vi sinh vật
Sinh khối vi sinh vật sau 5 ngày lên men xốp với chất mang khác
nhau
Sinh khối vi sinh vật sau 5 ngày lên men xốp ở các tỷ lệ tiếp giống
Sinh khối các vi sinh vật nghiên cứu trên giá thể rắn
Chất lƣợng chế phẩm MIC-CAS 02
Hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong nƣớc thải của chế phẩm MIC-CAS
02 ở qui mô 80 lít

Hiệu quả xử lý Nts, Pts của chế phẩm MIC-CAS 02 ở qui mô 80 lít
Ảnh hƣởng của oxy hòa tan (DO) đến hiệu suất xử lý
Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc sau xử lý qui mô 200 lít với chế
phẩm MIC-CAS 02
Hiệu quả xử lý nƣớc thải nhà máy tinh bột sắn Elmaco Ninh Bình
bằng chế phẩm MIC-CAS 02
Mật độ vi sinh vật hiếu khí tổng số trƣớc và sau sử dụng chế phẩm
MIC-CAS 02

94
94
94
95
98
98
100
100
101
103
104
105
107
112
113
116


TT hình
1.1
1.2

1.3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
3.23

DANH MỤC HÌNH
Tên hình
Các nƣớc sản xuất sắn trên thế giới năm 2014
Sản lƣợng sắn trên thế giới từ 2001-2014
Cấu trúc phân tử tinh bột

Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn tại nhà máy của
công ty TNHH MTV Elmaco Ninh Bình
Khuẩn lạc và bào tử chuỗi của chủng xạ khuẩn SHX.12
Hình dạng khuẩn lạc và tế bào của vi khuẩn SHV.22
Đặc điểm sinh hóa và tế bào của vi khuẩn SHV.OA7
Vị trí phân loại của chủng SHX.12 với các loài có quan hệ họ hàng
gần dựa vào trình tự 16S rADN
Vị trí phân loại của chủng SHV.22 với các loài có quan hệ họ hàng
gần dựa vào trình tự 16S rADN
Vị trí phân loại của chủng SHV.OA7 với các loài có quan hệ họ hàng
gần dựa vào trình tự 16S rADN
Mật độ vi sinh vật nhân sinh khối ở các nhiệt độ khác nhau
Mật độ vi sinh vật ở điều kiện pH môi trƣờng khác nhau
Mật độ vi sinh vật nghiên cứu sau thời gian nhân sinh khối khác nhau
Mật độ vi sinh vật với các tỉ lệ tiếp giống khác nhau
Mật độ vi sinh vật nhân sinh khối ở tốc độ cấp khí khác nhau
Ảnh hƣởng của các yếu tố lên men đến mật độ tế bào vi sinh vật
Bề mặt đáp ứng của mật độ tế bào chủng xạ khuẩn S.fradiae SHX.12
Bề mặt đáp ứng của mật độ tế bào chủng B.velezensis SHV.22
Bề mặt đáp ứng của mật độ tế bào chủng N.europea SHV.OA7
Mức độ đáp ứng sự mong đợi đối với các chủng vi sinh vật nghiên
cứu
Sơ đồ tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
Ảnh hƣởng của thời gian lƣu nƣớc đến hiệu suất xử lý
Ảnh hƣởng của lƣợng chế phẩm bổ sung đến hiệu quả xử lý COD
Sơ đồ qui trình sử dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý nƣớc thải biogas
của cơ sở CBTBS
Sản phẩm PCR-DGGE gien 16S rADN của vi sinh vật trong các mẫu
bùn và chủng đơn
Điện di biến tính (DGGE) gien 16S rADN của vi sinh vật trong các

mẫu bùn và chủng đơn

Trang
4
5
26
62
73
75
76
79
70
81
86
87
88
90
91
96
97
97
97
98
102
108
109
110
114
115

1

MỞ ĐẦU
Cây sắn (Manihot esculenta Crantz) một trong số loại cây lƣơng thực quan
trọng đặc biệt ở các nƣớc đang phát triển vì dễ trồng, không kén đất và cho thu
hoạch với năng suất cao. Hiện nay, do nhu cầu về tinh bột sắn tăng cao để phục vụ
nguyên liệu cho các ngành công nghiệp nhƣ chế biến thực phẩm, công nghiệp giấy,
công nghiệp dệt, nhiên liệu sinh học…nên các nƣớc trồng sắn trong đó có Việt Nam
tập trung vào sản xuất tinh bột sắn để đáp ứng nhu cầu trong nƣớc và xuất khẩu.
Các cơ sở, nhà máy chế biến tinh bột sắn (CBTBS) tuy đáp ứng nhu cầu
tiêu dùng của xã hội nhƣng do chỉ tập trung đầu tƣ để nâng cao năng suất và chất
lƣợng của sản phẩm, vấn đề quản lý và kiểm soát lƣợng nƣớc thải ra trong quá
trình sản xuất chƣa đƣợc đầu tƣ đồng bộ, hệ thống xử lý nƣớc thải không xử lý
triệt để dẫn đến các chỉ tiêu lý hóa sinh học đều vƣợt ngƣỡng cho phép, gây ô
nhiễm nghiêm trọng môi trƣờng. Thực tế đã có cơ sở nhà máy bị đình chỉ sản xuất
và phải nâng cấp xây dựng cải tạo hệ thống xử lý nƣớc thải để khắc phục hậu quả
theo quyết định 1788/QĐ TTg ngày 1/10/2013 của Thủ tƣớng Chính phủ về xử lý
triệt để các cơ sở gây ô nhiễm môi trƣờng.
Hiện tại, có rất nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải, tuy nhiên biện pháp hữu
hiệu nhất để xử lý nƣớc thải là biện pháp sinh học vì hiệu quả triệt để, không gây tái
ô nhiễm và chi phí đầu tƣ thấp (Chu Thị Thơm và cs, 2006). Biện pháp sinh học xử
lý nƣớc thải bằng vi sinh vật là phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm và đƣợc ứng rộng
phổ biến ở nhiều nƣớc trên thế giới. Phƣơng pháp vi sinh vật không chỉ giải quyết
đƣợc tình trạng ô nhiễm môi trƣờng nƣớc mà còn không gây hại đến môi trƣờng
xung quanh, giúp ổn định cân bằng sinh thái và giá thành xử lý khá phù hợp với
các nƣớc đang phát triển. Do đó vấn đề sử dụng vi sinh vật có ích trong tự nhiên là
điều cần quan tâm và nghiên cứu để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nƣớc.
Theo Huỳnh Ngọc Phƣơng Mai (2006) trung bình để sản xuất đƣợc một tấn
tinh bột sắn trong ngày phải sử dụng 12-20m3 nƣớc, do đó lƣu lƣợng nƣớc thải phát

sinh trong chế biến tinh bột sắn là rất lớn, mức độ ô nhiễm cao. Trong nƣớc thải chế
biến tinh bột sắn thƣờng có thành phần chất rắn lơ lửng cao do bột và xơ củ sắn sót


2

lại, nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) và nhu cầu oxy hóa học (COD) có nồng độ cao
hàng chục ngàn mg/l gây khó khăn cho quá trình xử lý sinh học. Đặc biệt các chất
nhựa và hàm lƣợng nhất định hợp chất xyanua có trong nƣớc thải chế biến tinh bột
sắn còn làm cho nƣớc thải có màu đen, gây mùi khó chịu và ức chế nhiều loại vi
sinh vật có ích. Vì vậy, nghiên cứu các chủng vi sinh vật thích nghi với môi trƣờng
nƣớc thải nhằm lựa chọn đƣợc các chủng vi sinh vật phù hợp có khả năng phân hủy
mạnh các chất hữu cơ và chịu đƣợc các chất ức chế có trong nƣớc thải chế biến tinh
bột sắn là cần thiết.
Nhiều công trình khoa học nghiên cứu sử dụng vi sinh vật làm tác nhân
sinh học trong xử lý nƣớc thải giàu chất hữu cơ đã xác định đƣợc khả năng làm
giảm hàm lƣợng BOD, COD và chất hữu cơ trong nƣớc thải, tuy nhiên vẫn chƣa
có giải pháp hiệu quả trong việc tạo chế phẩm vi sinh vật cho xử lý nƣớc thải sau
CBTBS hoặc sử dụng kết hợp chế phẩm vi sinh vật với các giải pháp khác để nâng
cao hiệu quả xử lý nƣớc thải CBTBS, do vậy chất lƣợng nƣớc thải ra môi trƣờng
chƣa đảm bảo yêu cầu theo quy chuẩn 40/2011 của Bộ TNMT.
Xuất phát từ lý do trên, đề tài: “Nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý
nước thải chế biến tinh bột sắn” có ý nghĩa cấp thiết góp phần xử lý triệt để nƣớc
thải sau chế biến tinh bột sắn.
Mục tiêu của đề tài luận án
- Tuyển chọn đƣợc vi sinh vật và tạo đƣợc chế phẩm vi sinh vật có khả năng xử lý
nƣớc thải chế biến tinh bột sắn.
- Đề xuất quy trình sử dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột
sắn.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Nƣớc thải sau chế biến tinh bột sắn của cơ sở, nhà máy chế biến tinh bột sắn ở
Ninh Bình, Hà Nội và Đăk Lăk.
- Vi sinh vật có khả năng chuyển hóa các hợp chất ô nhiễm trong nƣớc thải chế biến
tinh bột sắn.


3

- Hệ thống xử lý nƣớc thải của nhà máy chế biến tinh bột sắn thuộc công ty TNHH
MTV Elmaco Ninh Bình.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Về khoa học: Luận án đã tuyển chọn đƣợc các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh
học cao, thích nghi với môi trƣờng nƣớc thải chế biến tinh bột sắn, và đƣợc áp dụng
trong sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn. Góp phần
cung cấp thêm tƣ liệu phục vụ giảng dạy và nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật trong
xử lý nƣớc thải bằng con đƣờng sinh học.
- Về thực tiễn: Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong hệ thống xử lý nƣớc thải của
nhà máy chế biến tinh bột sắn Elmaco Ninh Bình, góp phần xử lý triệt để ô nhiễm
môi trƣờng của cơ sở sản xuất tinh bột sắn.
Đóng góp mới của đề tài luận án
- Luận án đã phân lập, lựa chọn đƣợc 3 chủng vi sinh vật từ nguồn nƣớc thải và bùn
thải của cơ sở sản xuất tinh bột sắn gồm Streptomyces fradiae SHX.12, Bacillus
velezensis SHV.22, Nitrosomonas europea SHV.OA7 có khả năng chuyển hóa các
hợp chất ô nhiễm và thích nghi với môi trƣờng nƣớc thải chế biến tinh bột sắn. Các
chủng vi sinh vật đƣợc nghiên cứu là các chủng đa hoạt sinh học. Chủng
Streptomyces fradiae SHX.12 vừa có khả năng chuyển hóa tinh bột vừa có khả năng
chuyển hóa xenlulo. Chủng Bacillus velezensis SHV.22 vừa có khả năng khoáng
hóa Phosphat hữu cơ vừa có khả năng đồng hóa và dự trữ PO43- trong tế bào.
- Luận án nghiên cứu có tính hệ thống về chế phẩm vi sinh vật bao gồm các khâu
phân lập, tuyển chọn vi sinh vật, nghiên cứu tối ƣu hóa điều kiện nhân sinh khối,

xây dựng quy trình công nghệ và tạo chế phẩm MIC-CAS 02 từ ba chủng vi sinh
vật trên để ứng dụng trong xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn.
- Đề tài luận án đã thử nghiệm thành công chế phẩm MIC-CAS 02 góp phần xử lý
triệt để nƣớc thải của nhà máy chế biến tinh bột sắn Elmaco Ninh Bình, chất lƣợng
nƣớc thải sau xử lý đạt giá trị loại A theo QCVN 40: 2011/BTNMT.


4

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.Tinh bột sắn và nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
1.1.1.Tinh bột sắn và qui trình chế biến
Sắn (Manihot esculenta Crantz) một loại cây lƣơng thực quan trọng ở một số
quốc gia, hiện đƣợc trồng tại hơn 100 nƣớc trên thế giới, trong đó tập trung nhiều ở
các quốc gia có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới châu Phi, châu Á và Nam Mỹ
(hình 1.1).

Hình 1.1. Các nƣớc sản xuất sắn trên thế giới năm 2014
Nguồn: FAO, 2015
Năm 2014, Nigeria là nƣớc sản xuất sắn lớn nhất thế giới (54,83 triệu tấn),
thứ hai là Thái Lan (30,02 triệu tấn), thứ ba là Indonesia (23,45 triệu tấn) và Brazil
đứng thứ tƣ (23,24 triệu tấn).
Sản lƣợng sắn toàn thế giới trong nhiều năm trở lại đây duy trì tƣơng đối ổn
định ở mức sản lƣợng 230 triệu tấn sắn/năm. Châu Á, đóng góp hơn một nửa sản
lƣợng sắn toàn cầu với sản lƣợng sắn hàng năm tăng 5 % cao hơn so với châu Phi
(3,5 %), trong đó năng suất tăng hàng năm đạt 3,1 % và diện tích trồng hàng năm
tăng 1,8 % (CIAT, 2014). Nƣớc có năng suất sắn cao nhất thế giới năm 2014 là Ấn
Độ đạt 35,66 tấn/ha (hình 1.1). Theo FAO (2015) từ năm 2001 sản lƣợng sắn toàn
cầu đã tăng lên hàng năm ở mức 3,4 % và đạt 270,3 triệu tấn trong năm 2014 (hình
1.2).

5

Nguồn:FAO,2015
Hình 1.2. Sản lƣợng sắn trên thế giới từ 2001-2014
Sắn là một thành phần quan trọng trong bữa ăn của hơn một tỷ ngƣời thuộc
các nƣớc nghèo trên thế giới. Tổ chức Nông lƣơng Liên hợp quốc (FAO) xếp sắn là
cây lƣơng thực quan trọng ở các nƣớc đang phát triển sau lúa gạo, ngô và lúa mì.
Tại châu Phi, sắn chiếm tỷ trọng cao trong cơ cấu lƣơng thực với mức tiêu thụ bình
quân khoảng 96 kg/ngƣời/năm.
Tinh bột sắn là sản phẩm chế biến từ củ sắn đƣợc sử dụng trực tiếp làm
lƣơng thực, đồng thời là nguồn nguyên liệu quan trọng trong sản xuất công nghiệp
và đặc biệt là công nghiệp nhiên liệu sinh học, do vậy cây sắn không chỉ quan trọng
đối với các hộ gia đình nông dân, mà còn đối với các nền kinh tế của nhiều quốc gia
đang phát triển. Ngành công nghiệp chế biến tinh bột sắn ở Đông Nam Á hiện tại
đang tạo ra hàng tỷ đô la mỗi năm nhờ xuất khẩu, trong đó Thái Lan hiện đang là
nƣớc đứng đầu thế giới về xuất khẩu tinh bột sắn với số lƣợng đạt 3,9 triệu tấn tinh
bột sắn trong năm 2014 (Boonmee Wattanaruangrong, 2015)
Tại Thái Lan, tinh bột sắn đƣợc chế biến theo cả công nghệ truyền thống và
hiện đại, trong đó công nghệ truyền thống đƣợc sử dụng trong các nhà máy sản xuất
quy mô nhỏ, có thể tách tinh bột từ củ sắn tƣơi bằng cách nghiền và ngâm sắn dƣới
nƣớc, sản phẩm tạo ra thƣờng kém chất lƣợng. Công nghệ chế biến hiện đại đƣợc áp
dụng trong các nhà máy có quy mô lớn và trung bình với nhiều các công đoạn chiết
suất kết hợp với xử lý bột bằng SO2 cho tỉ lệ thu hồi tinh bột cao, lƣợng tinh bột thất


6

thoát theo bã đƣợc hạn chế tới mức thấp nhất. Hiện tại ở Thái Lan các nhà máy chế

biến tinh bột sắn với công nghệ hiện đại đang dần dần thay thế những nhà máy quy
mô nhỏ (TTSA, 2015).
Indonesia là nƣớc sản xuất tinh bột sắn lớn thứ ba trên thế giới. Công nghiệp
chế biến tinh bột sắn ở Indonesia đƣợc bắt đầu từ những năm 1980. Tinh bột sắn ở
quốc gia này đƣợc sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp dệt may, công nghiệp
giấy và một số ngành khác (Rety Setyawaty và cs, 2011).
Ở Ấn Độ, sản xuất tinh bột sắn tập trung chủ yếu ở bang Kerala và Tamil
Nadu, cung cấp hơn 80% nhu cầu cả nƣớc. Mặc dù Ấn Độ là một trong 10 quốc gia
sản xuất sắn lớn nhất thế giới, mỗi năm sản xuất khoảng 9 triệu tấn sắn, song với
dân số đông, nhu cầu tiêu dùng lớn, nên nƣớc này hàng năm vẫn phải nhập khẩu
tinh bột sắn và các sản phẩm khác từ sắn (Srinivas Tavva và cs, 2015).
Trung Quốc, nƣớc sản xuất ethanol lớn thứ ba trên thế giới, sau Mỹ và
Brazil. Vì không phải là quốc gia trồng nhiều sắn, để đáp ứng nhu cầu sử dụng tinh
bột sắn ngày càng cao, trong năm 2014 Trung Quốc phải nhập khẩu 9,4 triệu tấn sắn
lát và 1,9 triệu tấn tinh bột sắn (Jin Shu-ren, 2015). Công nghệ chế biến tinh bột sắn
của Trung Quốc đƣợc đánh giá đạt trình độ phát triển cao với đặc điểm tẩy trắng
không dùng SO2, hoặc chỉ sử dụng với số lƣợng không đáng kể.
Năm 2014, Việt Nam đứng thứ bảy về sản lƣợng sắn trên thế giới (đạt 10,21
triệu tấn), năng suất đạt 18,5 tấn/ha (hình 1.1), nhƣng là nƣớc xuất khẩu tinh bột sắn
đứng thứ hai trên thế giới sau Thái Lan. Sản xuất sắn là nguồn thu nhập quan trọng
của các hộ dân nghèo do sắn dễ trồng, ít kén đất, ít vốn đầu tƣ, phù hợp sinh thái và
điều kiện kinh tế nông hộ.
Đến nay, cả nƣớc đã hình thành các vùng nguyên liệu sắn tập trung, trồng ở
khắp các vùng từ miền núi phía Bắc tới miền Trung, Tây Nguyên và miền Đông
Nam bộ với tổng diện tích đạt trên 500 ngàn ha (bảng 1.1). Thời gian gần đây, một
số doanh nghiệp đã đầu tƣ sang cả Lào để mở rộng vùng nguyên liệu phục vụ cho
công nghiệp chế biến tinh bột.


7

Năm 2014, địa phƣơng có sản lƣợng sắn cao nhất nƣớc là Tây Ninh đạt 1.603,4
nghìn tấn, thứ hai là Gia Lai đạt 1.114,2 nghìn tấn, thứ ba là Đăk Lắk với sản lƣợng
sắn đạt 642,2 nghìn tấn và Kon Tum đứng thứ tƣ về sản lƣợng sắn đạt 566,2 nghìn
tấn (bảng 1.1). Tây Ninh cũng có số lƣợng cơ sở chế biến sắn và tinh bột sắn cao
nhất nƣớc, kim ngạch xuất khẩu chiếm khoảng 40% tổng kim ngạch xuất khẩu cả
nƣớc. Bên cạnh đó, Tây Ninh luôn đi đầu về công nghệ, về thiết bị sản xuất tinh bột
sắn.
Năng suất sắn của Việt Nam hiện nay đứng trong nhóm 10 quốc gia năng suất
cao trên thế giới. Số liệu trong bảng 1.1 cho thấy năm 2014 vùng thâm canh tốt nhƣ
ở Tây Ninh đã cho năng suất 31,8 tấn/ha, nhƣng năng suất bình quân cả nƣớc mới
chỉ đạt 18,5 tấn/ha, thấp hơn so với một số nƣớc trong khu vực (Ấn Độ đạt trên 35
tấn/ha, Thái Lan trên 22 tấn/ha).
Bảng 1.1. Sản xuất sắn ở một số địa phƣơng của Việt Nam năm 2014
TT

Tên địa phƣơng

Diện tích

Năng suất

Sản lƣợng

(1000 ha)

(tấn/ha)

(1000 tấn)

1
2

Tây Ninh
Gia Lai

50,5
61,6

31,8
18,1

1.603,4
1.114,2

3

Ðăk Lăk

31,4

20,5

642,2

4

Kon Tum

37,6

15,1

566,2

5

Bình Thuận

32,7

15,9

519,3

6

Sơn La

30,5

12,2

371,3

7

Phú Yên

19,5

18,3

356,2

8

Ðăk Nông

19,1

16,2

308,7

9

Quảng Ngãi
Cả nƣớc

19,0
18,6
352,7
553,1
18,5
10.225,3
Nguồn: Tổng cục thống kê, 2015

Thống kê của hải quan cửa khẩu Chi Ma, mỗi ngày khoảng 300-500 tấn tinh
bột sắn đƣợc xuất khẩu sang Trung Quốc, năm 2013 xuất khẩu sắn và các sản phẩm

từ sắn đạt 3,1 triệu tấn với kim ngạch 1,1 tỷ đô la Mỹ (Trung tâm Thông tin Phát
triển Nông nghiệp Nông thôn, 2014).


8

Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và PTNT, trong quý I năm 2015, sản lƣợng
xuất khẩu sắn và các sản phẩm từ sắn đạt giá trị 420 triệu USD, tăng 24 % về lƣợng
và tăng 22,7 % về giá trị so với cùng kỳ năm 2014 (www.omard.gov.vn). Chỉ tính
riêng về tinh bột sắn, lƣợng xuất khẩu cả năm 2015 đã đạt 1,3 triệu tấn (Bảng 1.2).
Bảng 1.2. Lƣợng tinh bột sắn xuất khẩu của Việt Nam theo thị trƣờng năm 2015
(Đơn vị tính: tấn)
Thị trƣờng

Tháng 3

Tháng 4

Tháng 5 Tháng 6

Tháng 7

Trung quốc

243.930

161.820

118.581 108.106

121.781 1.148.256

Singapore

8.643

4.655

2.695

504

720

36.880

2,80

Philippines

6.856

5.014

4.786

4.047

4.537

32.587

2,48

Bangladesh

4.848

4.120

3.881

1.285

2.585

24.703

1,88

Malysia

2.354

4.518

1.967

3.063

1.925

19.608

1,49

Đài Loan

3.620

1.384

3.040

1.847

17.305

1,32

Ấn Độ

1.482

1.846

371

663

114

5.852

0,44

Indonesia

1.095

510

1.036

824

187

5.272

0,40

Nhật Bản

73

19

504

3.179

0,24

2.924

4.433

22.238

1,69

136.786 1.315.969

100

Khác
Tổng cộng

2.678

4.252

275.670

188.119

1.689

138.045 123.281

Cả năm

Tỉ lệ (%)
87,26

(Nguồn: AgroMonitor, 2015 )
Năm 2015, thị trƣờng xuất khẩu chính của Việt Nam là Trung Quốc, chiếm
87,26 % kim ngạch. Tiếp theo là Singapore chiếm 2,8 %; Đài Loan 1,32 % và một
phần rất nhỏ bắt đầu đến đƣợc Nhật Bản (AgroMonitor, 2015).
Theo Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam (2010), hiện tại trong cả nƣớc tồn
tại ba quy mô sản xuất tinh bột sắn điển hình gồm qui mô nhỏ (hộ và liên hộ), qui
mô vừa và qui mô lớn. Quy mô nhỏ (công suất 0,5-10 tấn tinh bột sản phẩm/ngày),
chủ yếu công nghệ thủ công, thiết bị tự tạo hoặc do các cơ sở cơ khí địa phƣơng chế
tạo. Hiệu suất thu hồi và chất lƣợng tinh bột sắn không cao. Qui mô vừa (công suất
dƣới 50 tấn tinh bột sản phẩm/ngày), đa phần sử dụng thiết bị chế tạo trong nƣớc


9

nhƣng có khả năng hoạt động ổn định và chất lƣợng sản phẩm không thua kém các
cơ sở nhập thiết bị của nƣớc ngoài. Qui mô lớn (công suất trên 50 tấn tinh bột sản
phẩm/ngày), với công nghệ, thiết bị nhập từ Châu Âu, Trung Quốc, Thái Lan. Công
nghệ tiên tiến, hiệu suất thu hồi sản phẩm và chất lƣợng sản phẩm cao hơn, lƣợng
nƣớc sử dụng ít nƣớc.
Trƣớc năm 1990, qui mô sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam phần lớn là các hộ
gia đình nhỏ, ngoài một số đơn vị của nhà nƣớc có quy mô lớn hơn (Đặng Thanh
Hà và cs, 1996; Đào Huy Chiên, 1997), chủ yếu sản xuất tinh bột khô và ƣớt phục
vụ cho làm bánh mì, bánh ngọt, rƣợu và sản xuất bánh kẹo... Sau năm 1990, cùng
với sự khởi động của thị trƣờng trong nƣớc, một số nhà máy chế biến tinh bột sắn

quy mô lớn hiện đại đã đƣợc xây dựng tại phía Nam và phần lớn đƣợc liên doanh
với công ty đa quốc gia của Nhật Bản, Hàn Quốc và Đài Loan nhƣ Vedan,
Ajinomoto…(Henry và cs, 1995).
Theo Nguyễn Văn Lạng (2015) chủ tịch hiệp hội sắn Việt Nam, hiện nay cả
nƣớc có khoảng 100 nhà máy chế biến tinh bột sắn có quy mô công nghiệp. So với
5 năm trƣớc đã tăng gấp đôi về số lƣợng nhà máy và gấp 3 về công suất. Mỗi năm,
các nhà máy này sản xuất đƣợc 1,8 đến 2 triệu tấn tinh bột sắn. Bên cạnh các nhà
máy sản xuất tinh bột sắn, ở Việt Nam đang có 7 nhà máy sản xuất ethanol từ
nguyên liệu sắn đƣợc xây dựng với tổng công suất thiết kế 502.000 tấn ethanol/năm.
Từ vai trò là cây lƣơng thực, cây sắn đã và đang chuyển đổi nhanh chóng thành cây
công nghiệp, cây nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học. Theo Trung tâm Sản
xuất sạch Việt Nam (2010), các cơ sở sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam áp dụng các
kỹ thuật, công nghệ chủ yếu sau:
- Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp thủ công: Tất cả các khâu trong
quá trình chế biến sắn từ rửa, gọt vỏ, nạo, mài, lọc và rửa bột đều đƣợc tiến hành
thủ công. Phƣơng pháp thủ công áp dụng ở qui mô hộ gia đình, cho năng suất thấp
và chất lƣợng kém. Kỹ thuật sản xuất đơn giản và gián đoạn.
- Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp bán cơ giới: Ngoại trừ khâu rửa,
gọt vỏ và tách tinh bột tiến hành thủ công. Quá trình nạo/mài đƣợc tiến hành bằng


10

máy mài. Bột nhão thu đƣợc qua sàng hệ thống gồm lọc thô, lọc mịn và lọc tinh.
Quá trình lắng đƣợc tiến hành trong bể lắng hoặc bàn lắng (lắng trọng lực). Phƣơng
pháp bán cơ giới áp dụng ở qui mô sản xuất nhỏ, chất lƣợng sản phẩm, hiệu suất thu
hồi tinh bột thấp, lao động vất vả và khó đảm bảo vệ sinh công nghiệp.
- Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp hiện đại: Quá trình sản xuất đƣợc
tự động hóa hoàn toàn, từ khi tiếp nhận củ đến khi sấy, hoàn thiện sản phẩm phải
đƣợc tiến hành trong thời gian ngắn nhất có thể đƣợc, để giảm thiểu quá trình oxy

hoá, biến đổi hàm lƣợng tinh bột sau thu hoạch và trong chế biến. Trong quá trình
sản xuất tinh bột sắn sử dụng phƣơng pháp trích ly. Đây là phƣơng pháp sử dụng
thiết bị ly tâm để thực hiện quá trình tách, phƣơng pháp này cho chất lƣợng sản
phẩm cao, năng suất lớn, đảm bảo vệ sinh công nghiệp.
Trƣớc đây ở Việt Nam, chế biến tinh bột sắn thủ công và bán thủ công đƣợc
áp dụng ở hộ gia đình, cơ sở làng nghề với qui mô nhỏ chỉ vài tạ sắn/ngày. Trong
vòng 15 năm qua, các hoạt động chế biến tinh bột tại các làng nghề đã đƣợc cơ giới
hóa từ dây chuyền rửa củ, nghiền, tách bã, lọc… Năng suất tăng lên và quy mô lớn
hơn do áp dụng cơ khí hóa (CIAT, 2011). Chế biến tinh bột sắn theo phƣơng pháp
hiện đạị chủ yếu bằng công nghệ nhập từ nƣớc ngoài. Các nhà máy hiện nay chủ
yếu đƣợc đầu tƣ từ 10-15 năm trƣớc, công nghệ và thiết bị chủ yếu của Trung Quốc,
Thái lan.
1.1.2. Nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
Trong sản xuất tinh bột sắn phải sử dụng một lƣợng nƣớc lớn từ rửa nguyên
liệu đến quá trình kết lắng và làm sạch tinh bột. Lƣợng nƣớc phục vụ cho sản xuất
chủ yếu đƣợc khai thác từ nguồn nƣớc ngầm mức tiêu thụ khoảng 3,5-12,0 m3/tấn
củ tƣơi ở qui mô nông hộ và 3-5 m3/tấn củ tƣơi tại các nhà máy qui mô lớn (Huỳnh
Ngọc Phƣơng Mai, 2006). Trong tổng lƣợng nƣớc thải chế biến tinh bột sắn khoảng
10% phát sinh từ nƣớc rửa củ và 90% từ công đoạn ly tâm, lọc, khử…chiếm khoảng
80-90% lƣợng nƣớc tiêu thụ. Thành phần các loại nƣớc thải cụ thể nhƣ sau:
- Nƣớc thải trong quá trình rửa củ, cắt vỏ có chứa bùn, đất, cát, mảnh vỏ, HCN tạo
ra do phân hủy phazeolutanin trong vỏ thịt nhờ xúc tác của men xyanoaza… Nƣớc


11

sử dụng trong công đoạn rửa củ trƣớc khi lột vỏ để loại bỏ các chất bẩn bám trên bề
mặt củ, không làm ảnh hƣởng màu của tinh bột.
- Nƣớc thải trong quá trình nghiền củ, lọc thô có nhiều tinh bột, protein và khoáng
chất tách ra trong quá trình nghiền thô.

- Nƣớc thải trong quá trình tách dịch có nồng độ chất hữu cơ (BOD), chất rắn lơ
lửng (SS) cao. Ngoài ra trong nƣớc thải này còn chứa các dịch bào có tanin, men và
nhiều chất vi lƣợng có mặt trong củ sắn.
Lƣu lƣợng nƣớc thải lớn có pH thấp, nồng độ chất hữu cơ, vô cơ cao, đặc
biệt là các hợp chất chứa N, P... cùng với các chất chứa xyanua (CN-) có nguồn gốc
từ vỏ sắn và lõi củ sắn là nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trƣờng, ảnh hƣởng
xấu đến sức khỏe cộng đồng (Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam, 2010). Thành
phần chính của nƣớc thải chế biến tinh bột sắn trong từng công đoạn của quá trình
sản xuất đƣợc tổng hợp trong bảng 1.3 về mặt cảm quan nƣớc thải sản xuất tinh bột
sắn có màu trắng, mùi chua và độ đục cao.
Bảng 1.3. Thành phần tính chất nƣớc thải từ sản xuất tinh bột sắn
Công đoạn
sản xuất

pH

Cặn lơ lửng

BOD5

COD

Độ kiềm

(mg/l)

(mg/l)

(mg/l)

(mg/l)

Rửa củ

6,5

995

1350

1687

122

Lọc thô

4,5

660

3850

4812

122

Lọc tinh

4,05

660

3850

4800

122

Hỗn hợp

6,1

1655

5200

6499

140

(Dương Đức Tiến, Trần Hiếu Nhuệ, Nguyễn Kim Thái, 1991)
Thành phần nƣớc thải phụ thuộc vào quy mô sản xuất, trình độ công nghệ và
hệ thống thiết bị xử lý nƣớc thải, qui trình vận hành và quan trắc môi trƣờng. Số
liệu quan trắc của Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam (2010), đối với nƣớc thải từ
sản xuất tinh bột sắn chƣa xử lý (bảng 1.4) cho thấy mức ô nhiễm rất cao, cần đƣợc
xử lý nhằm đáp ứng tiêu chuẩn của môi trƣờng về nƣớc thải theo qui chuẩn Việt
Nam.


12

Bảng 1.4. Chất lƣợng nƣớc thải từ sản xuất tinh bột sắn (chƣa xử lý)
Qui mô nhỏ và

Chỉ tiêu

Đơn vị

pH

-

vừa
4,0-5,6

BOD

mg/l

COD
SS
CN-

QCVN 40:2011/BTNMT
Cột A
Cột B

Qui mô lớn
3,8-5,7

6-9

5,5-9

7.400-11.000

6.200-

30

50

mg/l

13.000-17.800

100

150

mg/l
mg/l

1.200-2.600
3,4-5,8

7.00023.000
330-4.100
41.000
19-36

50

100

(Nguồn: Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam, 2010)
Ngoài thành phần chất hữu cơ BOD, COD trong nƣớc thải chế biến tinh bột
sắn còn chứa các hợp chất chứa Nitơ, Phospho. Theo báo cáo của Viện Nghiên cứu
Thiết kế Chế tạo máy Nông nghiệp (2005), hàm lƣợng các hợp chất chứa Nitơ và
Phospho cao hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn cho phép (bảng 1.5).
Bảng 1.5. Thành phần nƣớc thải nhà máy chế biến tinh bột sắn
Chỉ tiêu

Đơn vị

Giá trị

pH
BOD
COD
SS
CNSO42-

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

4,2-5,1

2.120-14.750
2.500-17.000
120-3.000
2-75
52-65

N-NH4

mg/l

136-300

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

-

10

N-NO2
mg/l

0,0-0,2
N-NO3
mg/l
0,5-0,8
Pts
mg/l
250-450
4
6
(Nguồn: Báo cáo Dự án cấp nhà nước (KC.05.11-2005),
Viện Nghiên cứu Thiết kế Chế tạo máy Nông nghiệp)
Các thành phần hữu cơ nhƣ tinh bột, protein, xenluloza, pectin, đƣờng có trong
nguyên liệu củ sắn tƣơi là nguyên nhân gây ô nhiễm cao cho các dòng nƣớc thải của
nhà máy sản xuất tinh bột sắn.


13

1.1.3. Ô nhiễm môi trƣờng do nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
Mặc dù tinh bột sắn có kim ngạch xuất khẩu lớn, đóng vai trò quan trọng
trong việc phát triển nền kinh tế, xã hội cho đất nƣớc, nhƣng tác động tiêu cực của
ngành sản xuất tinh bột sắn đến môi trƣờng cũng rất lớn. Chất lƣợng nƣớc thải của
ngành chế biến tinh bột sắn nếu không đƣợc xử lý sẽ gây ảnh hƣởng xấu đến chất
lƣợng môi trƣờng. Theo FAO (2001) và Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam (2010)
các chất ô nhiễm trong nƣớc thải chế biến tinh bột sắn bao gồm:
 Độ pH quá thấp sẽ làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận do các
loài vi sinh vật có trong tự nhiên trong nƣớc bị kìm hãm phát triển. Ngoài ra, khi
nƣớc thải có tính axít sẽ có tính ăn mòn, làm mất cân bằng trao đổi chất tế bào, ức
chế sự phát triển bình thƣờng của quá trình sống.
 BOD liên quan tới xác định mức độ ô nhiễm của thành phần có khả năng

phân hủy sinh học trong nƣớc thải, COD cho phép xác định mức độ ô nhiễm chất
hữu cơ, vô cơ có trong nƣớc thải công nghiệp. Hàm lƣợng chất hữu cơ (BOD,
COD) cao sẽ làm giảm nồng độ oxi hòa tan trong nƣớc, làm ảnh hƣởng đến đời
sống thủy sinh, đặc biệt là hệ vi sinh vật của nguồn tiếp nhận. Nồng độ oxy hòa tan
dƣới 50% còn có khả năng gây ảnh hƣởng đến sự phát triển của tôm, cá. Khi xảy ra
hiện tƣợng phân hủy yếm khí với hàm lƣợng BOD quá cao sẽ gây thối nguồn nƣớc
và giết chết hệ thủy sinh, gây ô nhiễm không khí xung quanh và phát tán trên phạm
vi rộng theo chiều gió.
 Chất rắn lơ lửng (SS) cũng là tác nhân gây ảnh hƣởng tiêu cực tới tài nguyên
thủy sinh đồng thời gây mất cảm quan, bồi lắng lòng hồ, sông, suối... Ô nhiễm xảy
ra khi nƣớc thải chế biến sắn thấm vào lòng đất hoặc chảy vào sông, suối. Okafor và
cs (1998) đã khẳng định các hạt chất rắn lơ lửng rất quan trọng, chúng là nơi để các
chất ô nhiễm và tác nhân gây bệnh bám trên bề mặt. Các hạt rắn lở lửng nhỏ hơn thì
mức độ gây ô nhiễm lớn hơn.
 Hàm lƣợng chất dinh dƣỡng, nồng độ các chất Nitơ, Phospho cao quá sẽ gây
nên hiện tƣợng phú dƣỡng hóa nguồn nƣớc, sự phát triển khó kiểm soát của rong và
tảo. Khiến môi trƣờng sống của nguồn tiếp nhận bị thay đổi và xấu đi.


14

 Xyanua (HCN) tồn tại trong nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn, phản ứng với sắt
tạo thành sắt xyanua có màu xám. Nếu không đƣợc tách nhanh, HCN sẽ ảnh hƣởng
tới màu của tinh bột và màu của nƣớc thải. Ở trong nƣớc xyanua tồn tại ở dạng
muối CN- và HCN. Khi vào cơ thể, xyanua kết hợp với enzym xitochrom làm men
này ức chế khả năng cấp oxy cho hồng cầu, gây ngộ độc cho ngƣời và động vật thuỷ
sinh. Nhiều quốc gia đã đƣa ra một giới hạn cho phép nồng độ xyanua khoảng 0,2
mg/l đƣợc phép xả thải vào lƣu vực nƣớc tự nhiên (Y.B. Patil và cs, 2000).
Ehiagbonare và cs (2009) đã nghiên cứu tác động của nƣớc thải tinh bột sắn
đối với môi trƣờng và cho thấy chúng có tác động tiêu cực đến cây trồng, không

khí, động vật nuôi, đất và nƣớc. Ô nhiễm là vì xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
đƣợc thực hiện không đúng và nƣớc thải đƣợc tích lũy qua thời gian.
Ở Việt Nam, các cơ sở chế biến tinh bột sắn qui mô nhỏ chủ yếu tập trung
thành làng nghề với trang thiết bị lạc hậu, hầu nhƣ không có hệ thống xử lý nƣớc
thải riêng và đúng kỹ thuật. Các cơ sở sản xuất với qui mô lớn tuy đa số có trang
bị hệ thống xử lý nƣớc thải nhƣng mới chỉ có rất ít hệ thống hoàn chỉnh có khả
năng xử lý triệt để nƣớc thải trƣớc khi thải ra môi trƣờng. Nhiều cơ sở chỉ xử lý
mang tính chất đối phó với cơ quan quản lý nhà nƣớc về môi trƣờng.
Bằng chứng là nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình, tỉnh Yên Bái có
công suất 160 tấn sản phẩm/ngày, hàng ngày nhà máy thải ra khoảng 380 tấn bã sắn
và khoảng 3600 m3 nƣớc thải. Chất lƣợng nƣớc thải của nhà máy đều vƣợt tiêu
chuẩn Việt Nam cho phép nhiều lần đối với hầu hết các chỉ tiêu ô nhiễm. Sở Tài
nguyên Môi trƣờng Yên Bái và các cơ quan chức năng đã nhiều lần kiểm tra, phát
hiện việc xử lý nƣớc thải của nhà máy này vẫn chƣa đạt yêu cầu. Chính vì vậy ngoài
mùi hôi thối khó chịu cho cả vùng, nƣớc thải của nhà máy từ suối nhỏ Tầm Vông,
Làng Ngần đổ ra suối Hang Luồn làm con suối bị ô nhiễm nặng. Suối Hang Luồn là
nơi đắp đập thủy lợi Hang Luồn, cung cấp nƣớc tƣới tiêu cho 26 ha các thôn Ba
Luồn, Đồng Hen của Vũ Linh và 60 ha ruộng của xã Vĩnh Kiên. Vì vậy trong vụ
đông xuân 2005 có 1834 m2 ruộng của thôn Tầm Vông, 11.288 m2 của thôn Làng
Ngần không thể cấy đƣợc. Số diện tích lúa còn lại bị ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng,


15

phát triển (Cổng thông tin điện tử Bộ TNMT ngày 15/4/2005). Nhà máy chế biến
tinh bột sắn Yên Bình, tỉnh Yên Bái là một trong nhiều đơn vị doanh nghiệp phải
hoàn thiện việc nâng cấp, cải tạo hệ thống xử lý nƣớc thải, giảm công suất sản xuất,
đồng thời có các giải pháp khác để giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng tuân theo Quyết
định số 1788/QĐ-TTg ngày 01 tháng 10 năm 2013 của Thủ tƣớng Chính phủ về xử
lý triệt để các cơ sở gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng đến năm 2020 (Quyết

định TTCP, 2013).
Tại Thừa Thiên Huế, nƣớc thải gây ô nhiễm môi trƣờng của nhà máy tinh bột
sắn Phong Điền đã khiến nhiều ngƣời dân xã Phong An, huyện Phong Điền thiệt hại
về sản xuất nông nghiệp (Cổng thông tin điện tử báo tin tức ngày 8/11/2013). Vụ
đông xuân năm 2013, nƣớc thải của nhà máy đã khiến ngƣời dân thôn Thƣợng An,
xã Phong An thiệt hại 11,8 ha lúa với mức độ từ 30-70 %, có nơi là 100 %.
Mới gần đây trong năm 2015 theo thông tin ngày 26/8 trên Báo tin tức, Cảnh
sát phòng, chống tội phạm về môi trƣờng, công an tỉnh Tây Ninh đã lập biên bản,
bắt quả tang nhà máy sản xuất tinh bột sắn có công suất khoảng 300 tấn củ sắn
tƣơi/ngày, thuộc Công ty Hữu Đức, địa chỉ ấp Tân Kiên, xã Tân Hà, huyện Tân
Châu, tỉnh Tây Ninh xả nƣớc thải trực tiếp ra suối Nƣớc Đục, chảy ra sông Vàm Cỏ
Đông. Nƣớc có màu đen sẫm, mùi hôi thối nồng nặc làm cho nguồn nƣớc bị ô
nhiễm nghiêm trọng.
Sản xuất tinh bột sắn là một ngành sản xuất có nhu cầu nƣớc lớn, nƣớc thải
có độ ô nhiễm cao đến rất cao. Theo Nguyễn Thị Sơn và cs (2006), chỉ với sản
lƣợng khoảng 500 ngàn tấn tinh bột, hàng năm các cơ sở sản xuất tinh bột trên
phạm vi cả nƣớc thải vào môi trƣờng khoảng 3 triệu m3 nƣớc thải với tải lƣợng
COD khoảng 30.000 tấn, trong đó BOD 5 khoảng 18.000 tấn. Nƣớc thải có độ ô
nhiễm cao trong sản xuất tinh bột không đƣợc xử lý đã góp phần gây ô nhiễm môi
trƣờng.
1.2. Xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn.
Các nghiên cứu về xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn trên thế giới không
nhiều, đa số là các nghiên cứu xử lý nƣớc thải cho các ngành khác.


16

Tại Brazil, công nghệ xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn chủ yếu sử dụng
hệ thống các hồ sinh học bao gồm hồ kị khí, hồ tùy nghi và hồ hiếu khí. Tuy nhiên,
hiệu quả xử lý nƣớc thải tại các nhà máy áp dụng công nghệ này không cao.

Lucilene Beatriz Pissinatto và cs (2004) đã tiến hành thử nghiệm bổ sung các chủng
vi sinh vật có hoạt tính cao vào các hệ thống hồ xử lý tùy nghi và hiếu khí, mục đích
nâng cao số lƣợng vi sinh vật xử lý nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nƣớc thải. Thí
nghiệm đƣợc tiến hành tại hệ thống xử lý nƣớc thải của nhà máy chế biến tinh bột
sắn trong khu công nghiệp Amidos Yamakawa. Mỗi ngày, nhà máy này chế biến
400.000 tấn củ, thải ra hơn 2000 m3 nƣớc thải. Tổ hợp các chủng vi sinh vật đƣợc
hoạt hóa, nhân giống trong môi trƣờng có chứa rỉ mật. Dịch nuôi cấy vi sinh vật sau
đó đƣợc bổ sung vào bể xử lý với tỉ lệ 1:52500 (40 lít/ngày). Kết quả xử lý cho thấy
hàm lƣợng BOD và COD giảm hơn 85% so với lúc chƣa bổ sung vi sinh vật, chỉ số
BOD trong nƣớc sau xử lý thấp hơn 40 mg/l, đạt yêu cầu xả thải.
Công nghệ xử lý nƣớc thải chế biến sắn áp dụng theo công nghệ của Ấn Độ,
các chất hữu cơ trong nƣớc thải sẽ đƣợc phân hủy yếm khí ở các bể phản ứng sinh
học (UASB, EGSB, CSTR…) để thu hồi khí sinh học sau đó đƣợc phân hủy tiếp ở
các hệ thống hồ sinh thái (hiếu khí, tùy nghi hay bay hơi…). Nƣớc sau xử lý có thể
tái sử dụng hay dùng để tƣới cây. Với phƣơng pháp này cần một diện tích mặt hồ
lớn và khu xử lý gần nơi canh tác. Ví dụ nhà máy cồn sắn Rạjburi có tổng diện tích
mặt hồ lên tới 94.256 m2, thời gian lƣu thủy lực tại các hồ này là 175 ngày, nhƣng
bù lại chi phí xử lý nƣớc thải sẽ rất thấp (CDM-PDD, 2012).
Nhóm tác giả Nitinard Chaleomrum và cs (2014) thuộc trƣờng đại học
Mahasarakham của Thái Lan cũng đã nghiên cứu xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột
sắn nhằm sản xuất polyhydroxyalkanoate (PHA) với sự hiển diện của vi khuẩn
Bacillus tequilensis MSU 112 trong hệ thống xử lý SBR (Sequencing Batch
Reactor) cho thấy nồng độ COD trong nƣớc thải tinh bột sắn là 4.000 mg/l thì hàm
lƣợng PHA sản sinh cao nhất. Năng suất PHA, và hiệu quả loại bỏ N, P ra khỏi
nƣớc thải tƣơng ứng 3.346 mg/lít, 20,6% và 27,7%, trong khi nồng độ COD là
5.000 mg/lít thì hiệu quả loại bỏ COD cao nhất đạt 94,8%. Kết quả tiết lộ hệ thống


17

SBR xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn với sự hiện diện của B.tequilensis MSU
112 là cách tiếp cận đầy hứa hẹn cho việc sản xuất PHA giúp ích trong việc tái tạo
nhựa sinh học ứng dụng trong cuộc sống.
Ở Việt Nam, xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn bằng ao, hồ sinh học và
cánh đồng trồng cây thủy sinh là phƣơng pháp đơn giản nhất đã và đang đƣợc ứng
dụng. Đã có một số công trình nghiên cứu trong nƣớc nghiên cứu giải quyết vấn đề
ô nhiễm trong quá trình chế biến tinh bột sắn và xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột
sắn. Kết quả nghiên cứu của Lê Thị Kim Cúc (2006) về mô hình tái sử dụng nƣớc
thải vùng chế biến tinh bột tại Tân Hóa, Quốc Oai, Hà Nội để phục vụ sản xuất
nông nghiệp, kết quả rất phù hợp với điều kiện sản xuất chế biến, điều kiện kinh tế
và trình độ quản lý của địa phƣơng. Trong thí nghiệm theo dõi các chỉ tiêu sinh
trƣởng của cây lúa nhƣ: Chiều cao cây, số nhánh và số bông trên 1 khóm, cho thấy
năng suất ở các ô ruộng tƣới bằng nƣớc thải đã qua xử lý đều có xu hƣớng cao hơn
so với đối chứng (tƣới bằng nƣớc thƣờng), năng suất cao nhất ở các ô tƣới 100%
nƣớc thải đã xử lý, đạt 9,2 tấn/ha.
Với đặc trung nƣớc thải chế biến tinh bột sắn chứa hàm lƣợng hữu cơ cao
đến rất cao, nên hƣớng xử lý là áp dụng các phƣơng pháp xử lý sinh học.
1.2.1. Phƣơng pháp xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên.
Phƣơng pháp sinh học xử lý nƣớc thải trong điều kiện tự nhiên có từ rất sớm,
và đã đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới ở các nƣớc nhƣ Đức, Pháp, Bỉ, Hà Lan…
với kết quả đã đƣợc ghi nhận. Hiện nay phƣơng pháp này vẫn đƣợc áp dụng và rất
phù hợp cho các nƣớc đang phát triển, vì không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tƣ ít,
chi phí vận hành thấp, có thể triển khai trên phạm vi rộng lớn, phân tán. Theo Miloš
Rozkošný và cs (2014) phƣơng pháp này sử dụng các ao hồ sinh học (kỵ khí, tùy nghi,
hiếu khí), quy trình chảy tràn, thẩm thấu qua đất (các cánh đồng tƣới, bãi lọc trồng cây).
Hồ kỵ khí (độ sâu trên 2 m), các chất hữu cơ đƣợc phân hủy chủ yếu nhờ vi
khuẩn kỵ khí và sinh metan. Loại hồ này có thể dùng để xử lý nƣớc thải có nồng độ
các chất hữu cơ cao. Hồ hiếu khí (độ sâu 1-1,5 m), oxy từ không khí khuếch tán tự
nhiên vào nƣớc qua bề mặt hoặc kết hợp với làm thoáng, sục khí nhân tạo, ánh sáng