NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI SINH VẬT HIẾU KHÍ LÀM GIẢM NỒNG ĐỘ BOD, COD TRONG NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU

 

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI SINH VẬT HIẾU KHÍ
LÀM GIẢM NỒNG ĐỘ BOD, COD
TRONG NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU
 
 
 
Ngành học
Sinh viên thực hiện
Niên khóa

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
: LÂM THỦ ĐÔ
: 2009-2013

 
 
 

Tháng 06/2013

 


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM Tp.HCM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI SINH VẬT HIẾU KHÍ
LÀM GIẢM NỒNG ĐỘ BOD, COD
TRONG NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU
 
 
 
Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

Th.s TRƯƠNG PHƯỚC THIÊN HOÀNG

LÂM THỦ ĐÔ

Th.s HUỲNH VĨNH KHANG

 

Tháng 06/2013

 


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn:
Cha, mẹ, những người thân đã luôn bên cạnh ủng hộ, động viên tôi giúp tôi

hoàn thành tốt khóa luận.
Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm TP.HCM, Ban chủ nhiệm Bộ môn
Công nghệ Sinh học, cùng tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt
quá trình học tại trường.
ThS.Trương Phước Thiên Hoàng, ThS.Huỳnh Vĩnh Khang đã tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian thực tập và hoàn thành khoá luận.
Ban giám đốc và các anh chị nhân viên Công ty cao su Bình Long, Công ty cổ
phần cao su Phước Hòa đã nhiệt tình hổ trợ trong quá trình lấy mẫu phục vụ đề tài.
Các bạn lớp DH09SH đặc biệt là phòng vi sinh, nhóm bạn Bờ Hồ đã luôn bên
tôi, giúp đỡ, động viên, chia sẻ cùng tôi trong thời gian thực tập cũng như trong suốt
những năm học vừa qua.
.
Sinh viên thực hiện
Lâm Thủ Đô

i 

 


TÓM TẮT
 

Nước thải cao su thuộc loại gây ô nhiễm nghiêm trọng do chứa hàm lượng chất
hữu cơ cao, đồng thời có mùi hôi khó chịu (do khí H2S và mercaptan) khi có sự phân
hủy yếm khí gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và môi trường sống của con người. Để
giảm thiểu ô nhiễm của loại nước thải này, thường dựa vào sự phân hủy các hợp chất
hữu cơ của các VSV có trong tự nhiên. Vì vậy đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu sử dụng
vi sinh vật hiếu khí làm giảm nồng độ BOD, COD trong chế biến mủ cao su” đã được
thực hiện.

Phân lập được 6 chủng vi sinh vật trong nước thải sau bể hiếu khí, 6 chủng vi
sinh vật trong bể kị khí, 9 chủng trong mô hình ĐNNKT.
Trong tất cả các chủng chọn ra được 4 chủng (A1, B2, C2, C3) có khả năng
phân giải protein trên môi trường có cơ chất cảm ứng casein. Chọn các chủng này đem
xử lí nước thải mủ cao su sau khi xử lí qua mô hình ĐNNKT trong vòng 10 ngày.
Mỗi nghiệm thức bổ sung 1% dung dịch VSV, khảo sát nồng độ BOD và COD
trong 10 ngày. Hiệu suất xử lí của các nghiệm thức tương đối cao.

ii 

 


SUMMARY
Wastewater from rubber processing contaminates serious contains high
concentrations of organic matter, and cause bad odors after anaerobic decomposition
that affects aquatic ecosystem organisms, receiving water, and human habitat. The
active organic matter decomposition of nature microorganisms could be applied to
limit contanmination for the kind of wastewater. So the project : “Research using
aerobic microorganisms capable of reducing BOD, COD in the process of ” was
carried.
We isolated 6 strains of bacteria in aerobic tank, 6 strains of bacteria in
anaerobic tank and 9 strains in wetland system. 4 species of them (A1, B2, C2, C3)
were the best of capable of protein degradation, the strains selected for use in
wastewater treatment has been pre-treated through Wetland System.
Each treatment added 1% bacteria solution and surveyed BOD, COD in 10
days. Efficiency was relatively high.
Keyswords: Wastewater from rubber, Microorganisms, BOD, COD

iii 

 


MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn .......................................................................................................................... i
Tóm tắt .............................................................................................................................. ii
Summary .......................................................................................................................... iii
Mục lục ............................................................................................................................ iv
Danh sách các từ viết tắt ................................................................................................. vii
Danh mục các bảng ....................................................................................................... viii
Danh mục các hình .......................................................................................................... ix
Chương 1 MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................................... 1
1.2 Yêu cầu ........................................................................................................................ 2
1.3 Nội dung đề tài ............................................................................................................ 2
Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................................ 3
2.1 Tổng quan về cao su thiên nhiên ............................................................................... 3
2.1.1 Lịch sử phát hiện cây cao su..................................................................................... 3
2.1.2 Tiến bộ khoa học và công nghiệp cao su trên thế giới ............................................. 4
2.1.3 Sơ lược về trồng cao su trên thế giới ........................................................................ 4
2.1.4 Trạng thái tự nhiên ................................................................................................... 5
2.1.5 Phân loại cây cao su ................................................................................................. 6
2.1.6 Tình hình khai thác và chế biến latex cao su Hevea brasiliensis ............................. 6
2.1.7 Thành phần và cấu tạo của mủ cao su. ..................................................................... 7
2.2 Quy trình chế biến mủ cao su. ................................................................................... 9
2.2.1 Công nghệ chế biến mủ ly tâm ................................................................................ 9
2.2.2 Công nghệ chế biến mủ tờ ...................................................................................... 10
2.2.3 Công nghệ chế biến Cao su cốm ............................................................................ 11

2.3 Thành phần và tính chất của nước thải cao su.......................................................... 12
2.3.1 Thành phần hóa học............................................................................................... 12
2.3.2 Tính chất đặc trưng của nước thải ......................................................................... 13
2.4 Các vấn đề môi trường ............................................................................................. 15
2.4.1 Các nguồn gây ô nhiễm từ nhà máy ....................................................................... 15
iv 

 


2.4.1.1 Ô nhiễm nước ...................................................................................................... 15
2.4.1.2 Ô nhiễm không khí .............................................................................................. 15
2.4.1.3 Chất thải rắn ........................................................................................................ 16
2.4.2 Đánh giá mức ô nhiễm của nhà máy chế biến cao su............................................. 16
2.4.3 Vấn đề tồn tại trong xử lí nước thải chế biến mủ cao su ........................................ 17
2.5 Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học ............................................................ 17
2.5.1 Hệ VSV trong nước thải ......................................................................................... 17
2.5.2 Cơ chế và các vi khuẩn tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ .................. 18
2.5.2.1 Quá trình phân hủy hiếu khí ................................................................................ 18
2.5.2.2 Quá trình phân hủy kị khí .................................................................................... 20
2.5.3 Các phương pháp xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học ............................. 22
2.5.3.1 Các phương pháp xử lí kị khí .............................................................................. 22
2.5.3.2 Các phương pháp xử lí hiếu khí .......................................................................... 23
2.5.3.3 Các phương pháp xử lí hiếu khí kết hợp kị khí ................................................... 25
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................... 26
3.1 Thời gian và địa điểm ................................................................................................ 26
3.2 Vật liệu ...................................................................................................................... 26
3.3 Phương pháp thí nghiệm............................................................................................ 26
3.3.1 Phương pháp lấy mẫu ............................................................................................. 26
3.3.2 Phương pháp phân lập ............................................................................................ 27

3.3.3 Khảo sát đặc điểm sinh hóa VSV phân lập ............................................................ 27
3.3.4Khảo sát khả năng phân giải protein của các chủng VSV....................................... 27
3.3.5 Tăng sinh và xác định mật độ tế bào VSV ............................................................. 27
3.3.6 Nghiệm thức xử lí nước thải .................................................................................. 28
3.3.7 Phươg pháp phân tích các chỉ tiêu ......................................................................... 29
3.3.8 Cách tính hiệu suất xử lí ........................................................................................ 29
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................ 30
4.1 Kết quả phân lập VSV trong hệ thống xử lí nước thải và mô hình ĐNNKT ............ 30
4.1.1 Kết quả phân lập VSV trong nước thải mủ cao su đã được xử lí qua bể kị khí ..... 30
4.1.2 Kết quả phân lập VSV trong nước thải mủ cao su đã được xử lí qua bể hiếu khí . 32
4.1.3 Kết quả phân lập VSV trong mô hình ĐNNKT trước khi xử lí nước thải ............. 35

v 

 


4.1.4 Kết quả phân lập VSV trong mô hình ĐNNKT sau khi xử lí nước thải ................ 36
4.2 Khảo sát khả năng phân giải protein của các chủng VSV........................................ 38
4.3 Xây dựng mô hình xử lí nước thải............................................................................ 39
4.4 Kết quả xử lí nước thải của các chủng đã phân lập .................................................. 41
4.4.1 Kết quả khảo sát chỉ tiêu màu và mùi .................................................................... 41
4.4.2 Kết quả khảo sát chỉ tiêu BOD của các nghiệm thức sau 10 ngày ......................... 42
4.4.3 Kết quả khảo sát chỉ tiêu COD của các nghiệm thức sau 10 ngày ......................... 43
4.4.4 Kết quả khảo sát chỉ tiêu pH của các nghiệm thức sau 10 ngày ............................ 44
4.4.5 So sánh hiệu suất xử lí của các chủng VSV ........................................................... 44
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................ 46
5.1 Kết luận...................................................................................................................... 46
5.2 Đề nghị ...................................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 47

PHỤ LỤC

vi 

 


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
BOD:

Biochemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh hoá).

COD:

Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hoá học).

DO:

Dissolved Oxygen ( Nồng độ oxy hoà tan).

DRC:

Hàm lượng cao su khô

ĐNNKT:

Đất ngập nước kiến tạo

KPHĐ:

Không phát hiện được

Latex:

Mủ cao su

LPS:

Lipopolysaccharide

NA:

Nutrient agar( Môi trường agar dinh dưỡng)

NT:

Nghiệm thức

PCA:

Plate count agar

PVA:

Polyvinyl acohol

RSS:

Mủ xông khói

VFA:

Acid béo bay hơi

VSV:

Vi sinh vật

vii 

 


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1 Sản lượng cao su Việt Nam từ năm 1995 đến 2011 ........................................... 6
Bảng 2.2 Thành phần hóa học của mủ cao su .................................................................... 8
Bảng 2.3 Thành phần hóa học của nước thải chế biến cao su ......................................... 12
Bảng 2.4 Đặc tính ô nhiễm của nước thải chế biến ngành cao su ................................ 13
Bảng 2.5 Đặc điểm nước thải của các nhà máy chế biến mủ cao su miền nam ............. 13
Bảng 2.6 Thành phần, tính chất công nghệ sơ chế mủ cao su ........................................ 14
Bảng 3.1 Nghiệm thức xử lí nước thải ........................................................................... 28
Bảng 4.1 Đặc điểm các khuẩn lạc, chủng VSV từ nước thải mủ cao su sau bể kị khí.. .. 30
Bảng 4.2 Đặc điểm sinh hóa các khuẩn lạc trong nước thải mủ cao su sau bể kị khí ..... 31
Bảng 4.3 Đặc điểm khuẩn lạc, chủng VSV từ nước thải mủ cao su sau bể hiếu khí ...... 33
Bảng 4.4 Đặc điểm sinh hóa chủng VSV trong nước thải mủ cao su sau bể hiếu khí ... 34
Bảng 4.5 Đặc điểm khuẩn lạc, chủng VSV ở bể ĐNNKT trước khi xử lí nước thải ..... 35
Bảng 4.6 Đặc điểm sinh hóa chủng VSV trong ĐNNKT trước khi xử lí nước thải ....... 35
Bảng 4.7 Đặc điểm khuẩn lạc, chủng VSV ĐNNKT sau 14 ngày xử lí nước thải ......... 37
Bảng 4.8 Đặc điểm sinh hóa chủng VSV trong ĐNNKT sau 14 ngày xử lí nước thải ... 37

Bảng 4.9 Kích thước vòng phân giải protein của các chủng VSV ................................ 39
Bảng 4.10 Kết quả nồng độ BOD, COD sau 14 ngày xử lí nước thải ở ĐNNKT ........... 39
Bảng 4.11 Giá trị BOD, COD của nước thải mủ cao su sau 10 ngày xử lí ở ĐNNKT .. 40
Bảng 4.12 Nghiệm thức xử lí nước thải .......................................................................... 41
Bảng 4.13 Kết quả giá trị nồng độ BOD của các nghiệm thức sau 10 ngày.................... 42
Bảng 4.14 Kết quả giá trị nồng độ COD của các nghiệm thức sau 10 ngày................... 43
Bảng 4.15 Kết quả giá trị pH của các nghiệm thức sau10 ngày ..................................... 44
Bảng 4.16 Hiệu suất xử lí BOD, COD của các nghiệm thức.......................................... 44

viii 

 


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1 Sơ đồ chế biến mủ ly tâm ................................................................................. 10
Hình 2.2 Sơ đồ chế biến mủ tờ ........................................................................................ 11
Hình 2.3 Sơ đồ chế biến mủ cốm..................................................................................... 11
Hình 4.1 Khuẩn lạc trên môi trường NA từ nước thải mủ cao su sau xử lí bể kị khí...... 31
Hình 4.2 Nhuộm gram chủng VSV nước thải mủ cao su sau bể kị khí dưới 100X ....... 31
Hình 4.3 Khuẩn lạc trên môi trường NA từ nước thải mủ cao su sau xử lí bể hiếu khí .. 33
Hình 4.4 Hình thái chủng VSV nước thải mủ cao su sau bể kị khí dưới 100X.............. 34
Hình 4.5 Khuẩn lạc có trong mô hình ĐNNKT sau 14 ngày xử lí nước thải ................. 36
Hình 4.6 Bố trí nghiệm thức xử lí nước thải................................................................... 40

ix 

 

Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1

Đặt vấn đề
Môi trường và những vấn đề liên quan đến môi trường là đề tài được bàn luận

một cách sâu sắc trong kế hoạch phát triển bền vững của bất kỳ quốc gia nào trên thế
giới. Trái đất, ngôi nhà chung của chúng ta đang bị đe dọa bởi sự suy thoái và cạn kiệt
dần nguồn tài nguyên, nguồn gốc của mọi sự biến đổi về môi trường trên thế giới ngày
nay là do các hoạt động kinh tế và xã hội. Các hoạt động này, một mặt đã cải thiện chất
lượng cuộc sống con người và môi trường, mặt khác đem lại hàng loạt các vấn đề như:
khan hiếm, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm và suy thoái chất lượng môi
trường khắp nơi trên thế giới.hết trong những lĩnh vực từ nhu cầu sinh hoạt hằng ngày
đến nhu cầu nhiên liệu công nghiệp và xuất khẩu.
Ngành công nghiệp chế biến mủ cao su là một trong những ngành công nghiệp
hàng đầu của nước ta và tiềm năng phát triển của ngành này vô cùng lớn. Theo xu
hướng phát triển chung của thế giới thì nhu cầu tiêu thụ cao su ngày càng tăng. Ngoài
tiềm năng công nghiệp, cây cao su còn có tác dụng phủ xanh đất trống, đồi trọc, bảo vệ
tài nguyên đất tránh rửa trôi, xói mòn, giảm ô nhiễm môi trường. Những năm gần đây,
cao su trở thành một trong những mặt hàng xuất khẩu chiến lược mang lại hàng trăm
triệu USD cho đất nước, giải quyết công ăn việc làm cho hàng ngàn công nhân làm
việc trong nhà máy và hàng trăm ngàn công nhân làm việc trong các nông trường cao
su. Tuy nhiên tăng trưởng kinh tế chỉ là điều kiện cần và sẽ không bền vững nếu không
kết hợp yếu tố môi trường và xã hội. Ở nước ta, ước tính hàng năm ngành chế biến mủ
cao su thải ra khoảng 5 triệu m3 nước thải. Lượng nước thải này có nồng độ các chất
hữu cơ dễ bị phân hủy rất cao như BOD, COD, ammonium, photpho… rất cao. Hàm
lượng COD đạt đến 2.500 – 35.000 mg/l, BOD từ 1.500 – 12.000 mg/l (Nguyễn Hữu
Trí, 2004) được xả ra nguồn tiếp nhận mà chưa được xử lí hoàn toàn, ảnh hưởng trầm
trọng đến thủy sinh vật trong nước, chất lượng nước, gây ô nhiễm nước nghiêm trọng.

Do đó, cần phải có những phương pháp xử lí nước thải cao su một cách hiệu
quả nhằm giảm thiểu nguy cơ ô nhiểm môi trường. Đặc biệt là các phương pháp sinh
học ít tốn kém và cho hiệu quả xử lí cao.

1 

 


1.2

Yêu cầu đề tài
Cùng với hệ thống ĐNNKT xây dựng thành công mô hình xử lí nước thải mủ

cao su.
Nước thải cao su sau khi được xử lí phải đạt chuẩn BOD và COD đầu ra loại B
theo quy định của bộ tài nguyên và môi trường.
1.3

Nội dung đề tài
Lấy mẫu nước thải chế biến cao su ở các giai đoạn khác nhau (sau bể kị khí, sau

bể hiếu khí, trong mô hình ĐNNKT trước và sau khi xử lí). Sau đó tiến hành quan sát
hình thái, nhuộm gram, thực hiện một số phản ứng sinh hóa các chủng VSV vừa phân
lập được từ các mẫu nước trên. Tiếp theo tiến hành thử khả năng phân giải protein của
các chủng VSV trên môi trường có chất cảm ứng casein, để từ đó chọn ra các chủng có
khả năng phân giải mạnh nhất. Cho các chủng này tham gia vào quá trình xử lí nước
thải (đã qua tiền xử lí bởi mô hình ĐNNKT) với mật độ là khoảng 108 và nồng độ là
1% dịch VSV trong mỗi 15 lít nước thải. Theo dõi các chỉ tiêu BOD, COD qua các
ngày xử lí để từ đó đánh giá khả năng xử lí của các chủng. So sánh giữa các nghiệm

thức bổ sung VSV và nghiệm thức đối chứng, chọn ra nghiệm thức xử lí nước thải mủ
cao su tốt nhất dựa trên hiệu suất xử lí nồng độ BOD và COD sau 10 ngày xử lí. Kiểm
tra BOD, COD đầu ra của nước thải mủ cao su được xử lí ở các nghiệm thức có đạt
chuẩn đầu ra theo tiêu chuẩn loại B của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định đối với
nước thải mủ cao su.

2 

 


Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
 

2.1.

Tổng quan về cao su thiên nhiên
Cao su thiên nhiên là một chất có tính đàn hồi và tính bền, thu được từ mủ

(latex) của nhiều loại cây cao su, đặc biệt nhất là loại cây Hevea brasiliensis.
Vào năm 1875 nhà hóa học Pháp Bouchardat chứng minh cao su thiên nhiên là
hỗn hợp polymer isoprene (C5H8)n; những polymer này có mạch cacbon rất dài với
những nhánh ngang tác dụng như cái móc. Các mạch đó xoắn lại với nhau, móc vào
bằng những nhánh ngang mà không đứt khi kéo dãn, mạch cacbon có xu hướng trở về
dạng cũ, do đó sinh ra tính đàn hồi.
Thành phần và tính chất của cao su thiên nhiên sẽ được khảo sát ở các phần sau.
2.1.1. Lịch sử phát hiện cây cao su
Người Âu châu đầu tiên biết đến cao su có lẽ là Christophe Colomb. Theo nhà
viết sử Antonio de Herrera thuật lại, trong hành trình thám hiểm sang châu Mỹ lần thứ
hai, ông Christophe Colomb có biết tới một trò chơi của dân địa phương Haiti là sử

dụng quả bóng từ chất nhựa có tính đàn hồi, kích thước bằng quả bóng hiện nay, tung
chuyền qua lỗ khoét trên tường to bằng vai, cùi tai hoặc bắp vế. Trò chơi này được
chứng minh qua khai quật khảo cổ nghiên cứu nền văn minh Maya ở cùng Trung Mỹ,
với những di tích bãi bóng cùng với vật dụng cao su thế kỷ XI.
Mãi đến năm 1615, con người mới biết tới cao su qua sách có tựa đề “De la
monarquia Indiana” của Juan de Torquemada viết về lời ích và công dụng phổ cập của
cao su, nói đến chất có tên là “uléi” do dân địa phương Mexico chế tạo từ mủ cây gọi
là “ule” mà họ dung làm vải quần áo không thấm nước.
Tuy nhiên, mãi hơn 1 thế kỷ sau, lợi ích và công dụng của cao su mới được biết
tới do hai nhà bác học Pháp là ông La Condamine và ông Fresneau. François Fresneau
có những mô tả tường tận về cây cao su và cho biết không ngừng tìm những nơi sinh
trưởng cây cao su, nghiên cứu cách chiết tách rút cao su, và chính ông là người đầu
tiên đề nghị sử dụng nguyên liệu này.
Tính đến ngày nay, cây chứa nhiều mủ cao su có rất nhiều loại, mọc rải rác
khắp quả đất, nhất là ở vùng nhiệt đới. Có cây thuộc giống to lớn như cây Hevea
brasiliensis hay giống Ficus, có có cây thuộc loại dây leo (như giống Landolphia), có
cây thuộc giống cỏ, ...
3 

 


2.1.2. Tiến bộ khoa học và công nghiệp cao su trên thế giới
Vấn đề hòa tan cao su với dung môi là ether và tinh dầu thông (essence de
térébenthine) được định vào năm 1761 (17 năm sau khi ông La Condamine trở về) nhờ
hai nhà bác học Pháp là Hérisant và Macquer.
Sau thời kỳ chế biến vật dụng từ dung dịch, đến thời kỳ Thomas Hancock (Anh)
khám phá ra“quá trình nghiền hay cán dẻo cao su”từ những lần quan sát công việc làm
năm 1819, ông đã giữ bí mật suốt nhiều năm. Hancock phát minh ra “quá trình cán
dẻo”, đây là một phát minh có tầm quan trọng do công lao của ông. Công cuộc nghiền

dẻo với máy Pickle ngày nay được gọi là “sự dẻo hóa cao su” được thực hiện với máy
nhồi cán.
Phải đến 20 năm sau, năm 1831 Charles Goodyear (Hoa Kỳ) phát minh “quá
trình lưu hóa cao su”. Chính nhờ phát minh này mà nền công nghiệp cao su trên thế
giới phát triển vượt bật.
“Quá trình lưu hóa cao su” là tiền đề khám phá ra chất xúc tiến lưu hóa, chất
chống lão hóa, chất độn tăng cường lực cao su, các phương pháp chế biến cao su.
2.1.3. Sơ lược về trồng cao su trên thế giới
Sau khi phát minh lưu hóa cao su, kỹ nghệ chế biến cao su phát triển mạnh mẽ,
do đó nhu cầu nguyên liệu cao su càng lúc càng tăng cao, nhưng Brazil lại không đủ
cung cấp cho các nước công nghiệp, sản lượng rất thấp lại chỉ khai thác toàn cây cao
su mọc hoang ở rừng, mà họ lại không cho xuất khẩu hạt giống. Anh quốc có các thuộc
địa muốn phát triển ngành cao su nên đã ra lệnh lấy cắp hạt giống cao su Brazil đem về
trồng tại Malayxia và Brunei (1881); và từ đó phát triển thành các đồn điền ở
Indonexia, Srilanka. Giống cây được chọn để lấy cắp hạt giống là cây cao su Hevea
brasiliensis euphorbiaceae và người nhận nhiệm vụ này là hai ông Wickham và Cross.
Cây cao su lần đầu tiên được du nhập vào Đông Dương là do ông J.B. Louis
Pierre đem trồng tại thảo cầm viên Sài Gòn năm 1877, những cây này hiện đã chết. Kế
đó năm 1877, dược sĩ Roul lấy những hạt giống ở Java (giống cây xuất xứ từ hạt giống
Wickham và Cross lấy cắp) đem về gieo trồng tại Ông Yệm (Bến Cát). Ta cũng kể một
số đồn điền do Bác sĩ Yersin lấy giống ở Colombo (Srilanka) đem gieo trồng ở khoảnh
đất của Viên Pasteur tại Suối Dầu (Nha trang) năm 1899 – 1903. Từ đó các đồn điền
được mở rộng như đồn điền Suzannad với hạt giống sản xuất tại Ông Yệm (1907), đồn

4 

 


điền Cexo tại Lộc Ninh (1912), đồng điền Michelin (1952), SIPH (1952) và rất nhiều

đồn điền khác sau này.
Tại Châu Phi, cây cao su Hevea brasiliensis được gieo trồng thành đồn điền lớn
ở các xứ Liberia, Congo Belga, Nigeria, Cameroon, Côte d’Ivoire, những xứ thích hợp
với những loại cây cao su này.
Cây cao su là một loại cây công nghiệp rất quan trọng về mặt kinh tế nên các
nước trên thế giới đua nhau tìm các gieo trồng; nó còn có tính chiến lược như vào cuối
thế chiến thứ hai, Nhật xâm lăng các nước Đông Nam Á (nơi chiếm 90% diện tích
trồng cao su lúc bấy giờ), để cho Đồng minh không có nguyên liệu và cho đến nay cao
su vần con là một loại nguyên liệu quan trọng dù cho các loại nhựa dẻo, cao su tổng
hợp đang phát triển mạnh ở khắp thế giới.
2.1.4. Trạng thái tự nhiên
Cao su thiên nhiên sinh ra một số loại thực vật có khả năng tạo ra latex. Chức
năng này là điều kiện cần để có cao su, nhưng không hẳn những những cây tiết ra mủ
đều có chứa cao su.
Chức năng latex trong các nhu mô thực vật biểu thị đăc tính qua sự hiện hữu
của tế bào chuyên biệt gọi là tế bào latex, tiết ra một dịch gọi là dịch latex. Tùy theo
loại cây cao su, latex cũng có nhiều loại cây khác nhau: bản chất cấu tạo gồm dung
dịch vô cơ và hữu cơ có chứa các tiểu cầu cao su ở dang nhũ tương.
Tùy theo trường hợp, latex cao su có chứa:
Ở dạng dung dịch: nước, các muối khoáng, acid, các muối hữu cơ,
glucid, hợp chất phenolic, alcaloid ở trạng thái tự do hay trạng thái dung dịch
muối.
Ở dạng dung dịch giả: các protein, phytosterol, chất màu, tannin,
enzyme.
Ở dạng nhũ tương: các amidon, lipid, tinh dầu, nhựa, sáp, polyterpenic.
Trong trường hợp của cây cao su Hevea brasiliensis, hàm lượng cao su trong
latex thay đổi từ 50% –  60% trong mạch tùy theo mùa và trạng thái sinh lí của cây.
Latex thu qua lối cạo mủ có nồng độ thấp hơn từ 30% –  40%. Những chất cấu tạo phi
latex phi cao su của cây Hevea brasiliensis ở dạng dung dịch hay nhũ tương chỉ chiếm
5% trong tổng trọng khối latex, nhưng chúng lại có ảnh hưởng tới cơ lí tính và hóa tính

của cao su. Ngược lại, latex của đa số cây cao su khác có chứa nhiều chất khác với tỉ lệ
5 

 


lớn, đặc biệt là lipid và nhựa mà đôi khi ta cần loại bỏ để có thể dung được (trường
hợp của parthenium agentatum hay guayule).
2.1.5. Phân loại cây cao su
Trong thiên nhiên có rất nhiều cây cao thuộc nhiều loại thực vật khác nhau chưa
kể có loại cây cho ra chất tương tự cao su như cây gutta-percha và balata. Chúng thích
hợp với khí hậu vùng nhiệt đới, đặc biệt la miền Bắc Nam Mỹ, Brazil, Trung Mỹ, châu
Phi từ Maroc đến madagasca, Srilanka, miền Nam Ấn, Việt nam, Lào, Campuchia,
Thái Lan, Malaysia và Indonesia.
Trong những loại cây cao su, đặc biệt loại được ưa chuộng nhất là cây Hevea
brasiliensis, cung cấp khoảng 95% – 97% cao su thiên nhiên trên thế giới.
Nói chung, cây cao su trên thế giới thuộc vào 5 họ thực vật sau: Euphorbiacéae,
Moracéae, Apocynacéae, Asclépiadacéae và Composées.
Trong đó cây cao su thuộc họ Euphorbiacéae bao gồm Hevea, Manihot,
Sapium và Euphorbia. Cây cao su thuộc họ Moracéae gồm Ficus và Castilloa. Cây
cao su thuộc họ Apocynacéae sinh trưởng chủ yếu ở châu phi chủ yếu là Funtumia,
Landolphia, Hancorna Dyera. Cây cao su thuộc họ Asclépiadacéae, họ này rất gần với
những họ trước nhưng lại không có lợi ích về sản xuất cao su. Cây cao su thuộc họ
Composées được sử dụng nhiều nhất là loại Kok-saghyz và guayule, những loại cây
khác chỉ có ý nghĩa lịch sử như: Scorzonera, Chondrilla, Solidago, Chrysothammus
mà người ta định khai thác vào thế chiến thứ hai.
Cây cao su được du nhập vào VN được trên 110 năm (kể từ 1897). Thời rực
rỡ của trồng và sản xuất cao su thiên nhiên ở Việt Nam là các năm 1920 – 1940.
Cao su luôn là ngành xuất khẩu mũi nhọn của nước ta. Đồng thời, việc gia nhập
WTO đã mang lại những ảnh hưởng tích cực và tạo ra điều kiện thuận lợi cho việc xuất

khẩu các sản phẩm cao su của Việt Nam.
2.1.6. Tình hình khai thác và chế biến latex cao su Hevea brasiliensis
Bảng 2.1 Sản lượng cao su Việt Nam từ năm 1995 đến 2011
Năm

1995

2000

2005

2007

2011

Sản lượng cao su

124,7

290,8

481,6

605,8

811,6

(nghìn tấn)
(Tập đoàn cao su Việt Nam, 2012)
6 

 


Đến hết năm 2011, diện tích cao su của Việt Nam đạt xấp xỉ 850.000 ha, gồm cao
su quốc doanh, cao su tiểu điền và các thành phần kinh tế khác . Diện tích cao su ở Việt
Nam tập trung chủ yếu ở vùng Tây Nguyên và Đông Nam Bộ do những nơi này có khí
hậu thuận lợi và nguồn đất đỏ bazan phong phú thuận lợi cho canh tác cây công nghiệp
dài ngày đặc biệt là cây cao su.
Năng suất cao su của Việt Nam hiện xếp thứ 2 thế giới, thứ 5 về sản lượng và thứ 4
về lượng cao su xuất khẩu.
Sản phẩm của Tập đoàn Công nghiệp cao su Việt Nam đa dạng về chủng loại và
mẫu mã, chất lượng ngày càng được nâng cao, được khách hàng tin cậy và tín nhiệm,
hiện xuất khẩu hơn 70 quốc gia và vùng lảnh thổ trên thế giới .
2.1.7. Thành phần và cấu tạo của mủ cao su
Mủ từ cây cao su là một huyền phù thể keo, chứa khoảng 35% cao su. Cao su
này là một Hydrocacbon có cấu tạo hóa học là 1,4 – sis – polyisopren, có mặt trong mủ
cao su dưới dạng các hạt nhỏ được bao phủ bởi một lớp các phospholipid và protein.
Kích thước các hạt nằm trong khoảng 0,02 µm đến 0,2 µm. Nước chiếm khoảng 60%
trong mủ cao su và khoảng 5% còn lại là những thành phần khác của mủ, gồm có
khoảng 0,7% là chất khoáng và khoảng 4,3% là chất thải hữu cơ.
Mủ cao su là hỗn hợp các cấu tử cao su nằm lơ lửng trong dung dịch gọi là nhũ
thanh hoặc serium. Hạt cao su hình cầu có đường kính d < 0,5 µm chuyển động hỗn
loạn (chuyển động Brown) trong dung dịch. Thông thường 1 g mủ có khoảng 7,4×1012
hạt cao su, bao quanh các hạt này là các protein giữ cho latex ở trạng thái ổn định.
Thành phần hóa học của latex:
Cấu trúc hóa học của cao su tự nhiên :
CH2C = CHCH2 – CH2C = CHCH2 = CH2C = CHCH2
CH3

CH3

CH3

Phân tử cơ bản của cao su là isoprene polymer (cis-1,4-polyisoprene[C5H8]n) có
khối lượng phân tử 105 – 107. Nó được tổng hợp từ cây bằng một quá trình phức tạp
của carbonhydrate.
Thành phần của mủ cao su khá đa dạng bao gồm: nước, cao su, protein,
quebrachilol, acid béo, và các chất vô cơ. Trong đó nước và cao su là 2 thành phần
chính chiếm hơn 95% khối lượng của mủ cao su. Tỉ lệ các thành phần trong mủ cao su
được thể hiện trong bảng 2.2.
7 

 


Bảng 2.2 Thành phần hóa học của mủ cao su
Thành phần

Phần trăm (%)

Nước

50 – 60%

Cao su

35 – 40%

Protein

2%.

Quebrachilol

1%.

Xà phòng, acid béo

1%

Chất vô cơ

0,5%
(Nguyễn Hữu Trí, 2004)

Hydrocacbon cao su: pha phân tán chủ yếu gồm có 90% hydrocacbon cao su
với công thức nguyên là (C5H8)n.
Đạm: chủ yếu là protein hay những chất dẫn xuất từ quá trình dehydrate hóa
enzyme. Một latex tươi có hàm lượng cao su khô là 40% thì đạm khoảng 2%, trong đó
protein chiếm từ 1% đến 5%. Tỉ lệ này theo đổi theo thành phần bách phân của cao su
trong latex. Từ năm 1927, Bishop cô lập được 3 phần phân biệt mà ông đặt tên là
protein A, B và C. Midgley đã chứng minh toàn bộ các protein này ứng với công thức
nguyên (C10H16N2O3) và quá trình dehydrate hóa ta có được 1 g rất loãng amino acid.
Ngày nay người ta thừa nhận latex có chứa các hợp chất đạm như sau: arginin,
acid, acid aspartic, acid glutamic, alanin, cystin, cholin, colamin, glycin, histidin,
hydroxyprolin,

isoleucin,

leucin,

methionin,

methylamine,

ornithin,

prolin,

phenylalanine, stachydrin, tryptophan, tryosin, trigonellin, turicin, valin.
Phần nhiều các hợp chất protein bình thường bao quanh các hạt tử cao su trong
latex tươi đã thu hoạch có thể loại trừ được qua nhiều quá trình xử lí khác nhau như:
Latex pha loãng ra có sự hiện hữu của savon (như oleate po-tassium), kế
đó đem ly tâm hoặc crème hóa (phương pháp crémage), công việc này làm đi làm
lại nhiều lần.
Latex đem nung có sự hiện diện của xút ăn da.
Latex cho xử lí bởi enzyme như trypsin.
Nhưng trong các phương pháp kể trên chưa có phương pháp nào có thể loại trừ
được hoàn toàn phân tử protein mà các hạt tử cao su giữ lại, luôn luôn còn sót lại ít nhất

8 

 


là 0,02% đến 0,03% protein, bởi lý do này mà người ta tin rằng có các nhóm chức hóa
học liên kết với cao su vì thế không thể loại bỏ hoàn toàn protein trong mủ cao su.
Lipid: trong latex, lipid và dẫn xuất của chúng chiếm vào khoảng 2%, ta có thể
trích ly được bằng rượu hay acetone. Lipid thường bị hiểu lầm là chất nhựa.

Glucid: trong lúc protein và lipid đều ảnh hưởng đến tính chất của latex, thì
glucid cấu tạo chủ yếu từ những chất tan được (tỉ lệ glucid chiếm từ 2 – 3% trong
latex) lại không quan hệ gì đến một tính chất nào của latex. Các glucid chính được tìm
thấy trong thầy phần củalatex là:
Quebrachitol (1-methyl inositol)
Dambonite: 1,2-dimethyl inositol
Dambose: inositol
Khoáng: E.R. Baufils là người đã nghiên cứu toàn bộ ảnh hưởng của kim loại
trong latex. Tỉ lệ của các nguyên tố được nghiên cứu trong tổng lượng khoáng: K
(58%), Mg (24%), P (17%), Ca (1%), Cu (1,7 mg/l latex), Fe thường không ổn định,
Mn không quá 0,1 mg cho mỗi gam chất khô, Rubidium (Rb) có khoảng 70 mg trong 1
lít latex.
2.2.

Quy trình chế biến mủ cao su
Ở Việt Nam hiện nay có 3 công nghệ chính đang áp dụng trong thực tế: công

nghệ chế biến mủ ly tâm, công nghệ chế biến mủ cốm và công nghệ chế biến mủ tờ.
Sau khi qua sơ chế, dưới tác động của sự cắt xé cơ học, các phân tử carbon hydro sẽ
cắt ngắn, các hạt cao su lớn vỡ ra độ dẻo tăng chúng trở thành hệ keo sẵn sàng ngậm
chất độn và phụ gia.
2.2.1. Công nghệ chế biến mủ ly tâm
Mủ nước có khoảng 30% hàm lượng cao su khô và 65% nước còn lại là các chất
phi cao su. Trong công nghệ ly tâm do sự khác nhau về tỷ trọng giữa cao su và nước,
các hạt cao su dưới dạng serum được tách ra nhờ lực ly tâm để sản xuất ra mủ ly tâm
tiêu chuẩn với 60% DRC. Mủ ly tâm sau đó được xử lí với các chất bảo quản phù hợp
và đưa vào bồn lưu trữ để ổn định tối thiểu từ 20 – 25 ngày trước khi xuất.
Công nghệ chế biến mủ ly tâm là công nghệ trải qua nhiều giai đoạn nhất và
nước thải của công nghệ chế biến mủ ly tâm có hàm lượng BOD, COD, N amonnia
cao nhất trong các công nghệ chế biến mủ cao su được áp dụng tại Việt Nam. Cụ thể

9 

 


nồng độ BOD của nước thải mủ cao su công nghệ chế biến mủ ly tâm là khoảng 4000
mg/l và COD là khoảng 6000 mg/l và N amonia là vào khoảng trên 400 mg/l.

Hình 2.1 Sơ đồ chế biến mủ ly tâm
2.2.2. Công nghệ chế biến mủ tờ
Mủ nước được lấy từ vườn cây sẽ được tiến hành lọc tự nhiên để loại để loại bớt
tạp chất, các mảnh vụn, rác…Mủ sau đó được đổ vào khay đánh đông và được pha
loãng để DRC còn khoảng 10% pH của mủ nước được giảm xuống còn 4,5 bằng cách
sử dụng acid fomic hay acid acetic và mủ nước thường được đông đặc qua đêm. Sau
khi hoàn toàn đông đặc, tấm mủ đông nổi lên trên serum và được đưa qua giàn mủ cán
tờ. Tờ mủ sau đó được phơi cho khô và được đưa vào lò xông để sản xuất mủ xông
khói (RSS). Sản phẩm này sẽ được phân loại từ RSS1 đến RSS6.

10 

 


Hình 2.2 Công nghệ chế biến mủ tờ
2.2.3. Công nghệ chế biến Cao su cốm

Hình 2.3 Sơ đồ chế biến mủ cốm

11 

 


Mủ nước từ vườn cây sau khi đánh đông bằng acid và mủ đông vườn cây được
đưa vào dây chuyền máy sơ chế để đạt kết quả sau cùng là các hạt cao su có kích thước
trung bình 3 mm trước khi đưa vào lò sấy. Cao su sau khi sấy được đóng thành bánh có
khối lượng từ 33,3 – 35 kg.
2.3.

Thành phần và tính chất của nước thải cao su

2.3.1. Thành phần hóa học
Không có sự khác biệt về số lượng các chất hóa học giữa các loại nước thải từ
các dây chuyền sản xuất các loại sản phẩm khác nhau. Các loại nước thải này khác
nhau chủ yếu là về hàm lượng các chất đó.
Ngoài ô nhiễm hữu cơ, nước thải còn chứa N, P, K cùng với với một số khoáng
vi lượng, trong đó đáng kể nhất là N ở dạng ammonia với hàm lượng trong khoảng
40 – 400 mg/l.
Bảng 2.3 Thành phần hóa học của nước thải chế biến cao su (mg/l)
Chủng loại sản phẩm
Chỉ tiêu

Khối từ

Khối từ

mủ tươi

mủ đông

N hữu cơ

20,2

NH3-N

Cao su tờ

Mủ ly tâm

8,1

40,4

139

75,5

40,6

110

426

NO3-N

Vết

Vết

Vết

Vết

NO2-N

KPHĐ

KPHĐ

KPHĐ

KPHĐ

PO4-P

26,6

12,3

38

48

Al

Vết

Vết

Vết

Vết

SO42-

2,3

10,3

24,2

35

Ca

42,5

4,1

4,7

7,1

Cu

11,7

Vết

Vết

3,2

Fe

Vết

2,3

2,6

3,6

K

2,3

48

45

61

Mg

11,7

8,8

15,1

25,9

Mn

Vết

Vết

Vết

Vết

Zn

KPHĐ

KPHĐ

KPHĐ

KPHĐ

(Nguyễn Hữu Trí, 2004)

12 

 

2.3.2. Tính chất đặc trưng của nước thải
Bảng 2.4 Đặc tính ô nhiễm của nước thải chế biến ngành cao su (mg/l)
Chủng loại sản phẩm
QCVN

Khối từ

Khối từ

Cao su

Mủ ly

mủ tươi

mủ đông

tờ

Tâm

COD

3540

2720

4350

6212

250

BOD5(20oC)

2020

1594

2514

4010

50

N ammonia

75

40

110

426

40

pHs

5,2

5,9

5,1

4,2

6-9

Chỉ tiêu

01:2008/BTNMT
Loại B

(Nguyễn Hữu Trí, 2004)

Đặc tính ô nhiểm của nước thải mủ cao su phụ thuộc vào sản phẩm của từng
công nghệ chế biến. Dựa vào bảng 2.4 thấy được nước thải của công nghệ chế biến mủ
đông có nồng độ BOD, COD và N ammonia thấp nhất và công nghệ chế biến mủ ly
tâm là nước thải có nồng độ BOD, COD và N ammonium cao nhất. Theo thống kê từ
các nhà máy chế biến mủ cao su ở khu vực miền nam thì đặc điểm nước thải mủ cao su
đầu ra tại các nhà máy sản xuất mủ cao su khá đa dạng được thể hiện trong bảng 2.5.
Bảng 2.5 Đặc điểm nước thải của các nhà máy chế biến mủ cao su miền nam
Thông số

Đơn vị

Nồng độ

pH

mgCaCO3/L

5,59 – 5,72

Độ acid

mgCaCO3/L

160 – 220

Độ kiềm

mgCaCO3/L

150 – 210

COD

mg/l

1811 – 4589

BOD

mg/l

1720 – 4360

SS

mg/l

180 – 1500

N-NH3

mg/l

200 – 296

Photpho tổng

mg/l

4–8

N-hữu cơ

mg/l

800 – 1500

Glucose

mg/l

200 – 600

VFA

mgCH3COOH/L

1200 - 1800
(Nguyễn Hữu Trí, 2004)

13 

 


Bảng 2.6 Thành phần, tính chất công nghệ sơ chế mủ cao su
Chỉ tiêu

NT mủ ly tâm

NT mủ nước

NT mủ tạp

NT cống chun

15 – 20

25 – 30

35 – 40

-

pH

9 – 11

5– 6

5–6

5–6

BOD (mg/l)

1.500 – 12.000

1.500 – 5.500

400 – 500

2.500 – 4.000

COD (mg/l)

3.500 – 35.000

2.500 – 6.000

520 – 650

3.500 – 5.000

SS (mg/l)

400 – 6.000

200 – 6.000

4.000 – 8.000

500 – 5.000

Lưu lượng
(m3/tấnDRC)

(Nguyễn Hữu Trí, 2004)

Nước thải ở các công đoạn khác (cán, băm, …) có hàm lượng chất hữu cơ thấp,
hàm lượng cao su chưa đông tụ hầu như không đáng kể.
Nước thải chế biến cao su có pH trong khoảng 4,2 – 5,2 do việc sử dụng acid để
làm đông tụ mủ cao su. Đối với mủ skim đôi khi nước thải có pH thấp hơn nhiều
(pH=1). Đối với cao su khối được chế biến từ nguyên liệu đông tụ tự nhiên thì nước
thải có pH cao hơn (pH=6) và tính acid của nó chủ yếu là do các acid béo bay hơi, kết
quả của sự phân hủy sinh học các lipid và phospholipid xảy ra trong khi tồn trữ nguyên
liệu.
Hơn 90% chất thải rắn trong nước thải cao su là chất rắn bay hơi, chứng tỏ bản
chất bay hơi của chúng. Phần lớn các chất này ở dạng hòa tan còn dạng lơ lửng chủ
yếu chỉ có những hạt cao su còn sót lại.
Hàm lượng N hữu cơ thường không cao lắm và có nguồn gốc từ protein trong
mủ cao su, trong khi hàm lượng N dạng ammonia là rất cao, do việc sử dụng ammonia

để chống đông tụ trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và tồn trữ mủ cao su.
Đặc trưng cơ bản của các nhà máy chế biến cao su là sự phát sinh mùi. Mùi hôi
thối sinh ra do men phân hủy protein throng môi trường acid. Chúng tạo thành nhiều
chất khí khác nhau : NH3, CH3COOH, H2S, CO2, CH4…
2.4.

Các vấn đề môi trường

2.4.1. Các nguồn gây ô nhiễm từ nhà máy
2.4.1.1.

Ô nhiễm nước

Nước thải công nghiệp: được thải ra từ các khâu sản xuất như đánh đông, cán,
vắt, ép và một số khâu khác.

14