Đánh giá nguồn thải giàu photpho và đề xuất công nghệ xử lý thu hồi tại làng nghề dương liễu hoài đức hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN

-----------------------

Trần Bá Thạch

ĐÁNH GIÁ NGUỒN THẢI GIÀU PHOTPHO
VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, THU HỒI
TẠI LÀNG NGHỀ DƢƠNG LIỄU – HOÀI ĐỨC – HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN

-----------------------

Trần Bá Thạch

ĐÁNH GIÁ NGUỒN THẢI GIÀU PHOTPHO
VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, THU HỒI
TẠI LÀNG NGHỀ DƢƠNG LIỄU – HOÀI ĐỨC – HÀ NỘI
Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS: NGUYỄN THỊ HÀ

Hà Nội - 2012

2


MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................................... 1
DANH MỤC BẢNG............................................................................................................. 2
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................................. 3
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 4
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN ................................................................................................ 6
1.1. Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam ........................................ 6
1.1.1. Quy mô sản xuất tinh bột sắn ........................................................................... 10
1.1.2. Các công đoạn chủ yếu trong quá trình chế biến........................................... 12
1.2. Quy trình chế biến tinh bột trên thế giới ............................................................. 13
1.3. Hiện trạng môi trƣờng tại làng nghề chế biến tinh bột sắn ................................ 14
1.3.1. Nước thải ........................................................................................................... 14
1.3.2. Chất thải rắn ..................................................................................................... 18
1.4. Tổng quan về công nghệ xử lý nƣớc thải tinh bột sắn trong và ngồi nƣớc và
cơng nghệ thu hồi P trong nƣớc thải. ........................................................................... 19
1.4.1. Các nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn trên thế giới .............. 19
1.4.2. Các nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn trong nước ................ 20
1.4.4. Cơng nghệ xử lý nước thải có thu hồi P trong nước thải ............................... 24
CHƢƠNG II: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 29
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................. 29

2.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................ 29
2.2.1. Điều kiện tự nhiên làng nghề xã Dương Liễu ................................................ 29
2.2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội làng nghề xã Dương Liễu ..................................... 31
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................................... 31
2.3.1. Phương pháp tổng quan thu thập tài liệu........................................................ 31
2.3.2. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa, phỏng vấn bán chính thức ............ 32
2.3.3. Phương pháp lấy mẫu....................................................................................... 32
2.3.4. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ........................................................... 32
2.3.5. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu .......................................................... 32
2.3.6. Phương pháp phân tích dòng vật chất ............................................................. 33
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................... 34
3.1. Kết quả điều tra hiện trạng chế biến tinh bột sắn tại làng nghề Dƣơng LiễuHoài Đức-Hà Nội ............................................................................................................ 34
3.2. Kết quả điều tra hiện trạng môi trƣờng và vấn đề sức khỏe tại Dƣơng Liễu ... 35
3.3. Kết quả xác định dòng photpho liên quan đến hoạt động sản xuất, sinh hoạt tại
làng nghề Dƣơng Liễu ................................................................................................... 37
3.4. Kết quả thực nghiệm xử lý nƣớc thải sản xuất theo hƣớng thu hồi photpho ... 42
3.4.1. Kết quả khảo sát đặc trưng nước thải làng nghề chế biến tinh bộ sắn .......... 42
3.4.2. Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ ........ 43
3.4.3. Kết quả khảo sát hiệu quả tận thu P ................................................................ 48
3.4.4. Kết quả tính tốn chi phí tận thu P từ bùn thải .............................................. 52
3.5. Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc thải giàu P có thu hồi........................................... 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 60
PHỤ LỤC............................................................................................................................ 61


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CN

Công nghiệp

CNXL

Công nghệ xử lý

CTR

Chất thải rắn

NT

Nước thải

PAC

Poly nhôm clorua [Al2(OH)nCl6-n]m

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TN&MT

Tài nguyên và Môi trường

SH

Sinh hoạt

UBND

Ủy ban nhân dân

MFA

Material flow analysis – Phân tích dịng vật chất

UASB

Upflow Anaerobic Sludge Blanket

1


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hoá học trong sắn củ .......................................................................... 9
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của lá sắn tươi ...................................................................... 9
Bảng 1.3. Nhu cầu nguyên liệu và tải lượng xỉ của một số làng nghề ................................ 18

Bảng 1.4. Khối lượng bã thải từ sản xuất tinh bột tại làng nghề Dương Liễu ..................... 18
Bảng 1.5. Tiêu chuẩn thải chung đối với nước thải sinh hoạt của Đan Mạch ..................... 25
Bảng 1.6. Một số quy trình tận thu P từ nước thải và bùn thải ............................................ 27
Bảng 3.1. Đặc trưng nước thải làng nghề sản xuất tinh bột sắn Dương Liễu ...................... 42
Bảng 3.2. Phản ứng kết tủa phơtphat trong q trình tận thu photpho ................................ 50
Bảng 3.3. Khối lượng sản phẩm kết tủa trong tận thu P ...................................................... 52
Bảng 3.4. Bảng tính tốn sơ bộ chi phí hóa chất tận thu P từ bùn thải ................................ 53
Bảng 3.5. So sánh chi phí hóa chất của một số giải pháp tận thu P từ mẫu tro và bùn (tính
cho 1 kg sản phẩm ở dạng hợp chất muối phốt phát của Ca và Fe) .................................... 54

2


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Bản đồ phân bố vùng trồng sắn trên cả nước......................................................... 7
Hình 1.2. Sơ đồ tính kinh tế sản phẩm từ sắn củ ................................................................... 8
Hình 1.3. Biểu đồ tăng trưởng diện tích, năng suất và sản lượng ........................................ 10
tinh bột sắn ở Việt Nam ....................................................................................................... 10
Hình1.4. Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột sắn tại Thái Lan.............................. 13
Hình 1.5. Quy trình chế biến tinh bột sắn quy mơ cơng nghiệp tại trung Quốc .................. 14
Hình 1.6. Tải lượng thải của q trình chế biến tinh bột sắn quy mơ cơng nghiệp ............. 17
Hình 1.7. Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long ......................... 21
Hình 1.8. Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải tinh bột mỳ ở Tân Châu ............................ 22
Hình 1.9. Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải tinh bột mỳ ở nhà máy Hồng Minh......... 23
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí xã Dương Liễu – Hồi Đức – Hà Nội ............................................... 30
Hình 3.1. Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại Dương Liễu các năm 1960-1970 ................. 34

Hình 3.2. Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại Dương Liễu hiện tại ...................................... 35
Hình 3.3. Tỷ lệ mắc bệnh thường gặp tại xã Dương Liễu ................................................... 36
Hình 3.4. Sơ đồ dịng di chuyển của photpho từ hộ gia đình và quá trình sản xuất tinh bột
sắn tại Dương Liễu ............................................................................................................... 39
Hình 3.5. Sơ đồ định tính và định lượng dịng photpho đối với hộ gia đình ....................... 40
Hình 3.6. Sơ đồ định tính và định lượng dịng photpho của q trình sản xuất tinh bột sắn
làng nghề Dương Liễu ......................................................................................................... 40
Hình 3.7. Sơ đồ định tính và định lượng dịng photpho của hộ gia đình và quá trình sản
xuất tinh bột sắn làng nghề Dương Liễu .............................................................................. 41
Hình 3.8. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của PAC đến hàm lượng SS của nước rửa và nước bột
đen ........................................................................................................................................ 44
Hình 3.9. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của PAC đến khả năng xử lý P của nước rửa và nước
bột đen.................................................................................................................................. 45
Hình 3.10. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của pH đến hàm lượng SS của nước rửa và nước bột
đen ........................................................................................................................................ 45
Hình 3.11. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý COD của nước rửa và
nước bột đen ........................................................................................................................ 46
Hình 3.12. Sơ đồ khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý P của nước rửa và nước
bột đen.................................................................................................................................. 47
Hình 3.13. Hiệu quả xử lý nước bột đen và nước rửa bằng phương pháp keo tụ ............... 47
Hình 3.14. Sơ đồ cân bằng P trong các dịng ( tính cho 1 ngày) ......................................... 49
Hình 3.15. Sơ đồ giải pháp đề xuất tận thu P từ bùn thải .................................................... 50
Hình 3.16. Hiệu suất tận thu P tại pH=1-2........................................................................... 51
Hình 3.17. Hiệu suất tận thu P tại pH tối ưu tương ứng với mỗi tác nhân .......................... 51
Hình 3.18. Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải và đề xuất giải pháp tận thu P từ bùn thải ........ 55

3


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch
MỞ ĐẦU

Photpho là nguyên tố cơ bản của sự sống, có mặt ở tất cả các hoạt động liên
quan đến sự sống và trong rất nhiều ngành nghề sản xuất công nghiệp, nông nghiệp.
Hợp chất hoá học chứa photpho được gọi là thành phần dinh dưỡng trong phạm trù
nước thải và là đối tượng gây ô nhiễm khá nghiêm trọng cho môi trường. Khi thải 1
kg photpho dưới dạng hợp chất hố học vào mơi trường nước sẽ tạo ra khoảng 138
kg COD dưới dạng tảo chết [6].
Trong nguồn nước tiếp nhận các dòng thải giàu chất dinh dưỡng (P) thường
xảy ra hiện tượng phú dưỡng. Nhận thấy mức độ nguy hại của thành phần dinh
dưỡng trong nước thải, vào thập kỷ 90, một loạt các nước công nghiệp đề ra chiến
lược và qui định kiểm sốt các thành phần trên. Khơng chỉ các nhà nghiên cứu khoa
học đã đưa ra cảnh báo về nguy cơ ô nhiễm do các chất dinh dưỡng cùng với tác hại
của nó mà ngay các cơ quan lập pháp, hành pháp cũng tích cực tham gia vào các
cơng việc trên để nhằm duy trì một mơi trường sống ổn định, bền vững.
Trên cơ sở định hướng “tái sử dụng và thu hồi chất dinh dưỡng” từ chất thải,
các nhà khoa học đã và đang tập trung vào nghiên cứu vấn đề xác định dịng thải và
tìm giải pháp thu hồi các phần có giá trị. Tại Amsterdam, tháng 10/2002, hội nghị
chuyên đề “Từ tách loại đến thu hồi chất dinh dưỡng” đã được tổ chức để thảo luận
về một số kết quả ban đầu theo hướng nghiên cứu này.
Thu hồi, tái sử dụng các chất dinh dưỡng vừa đáp ứng được mục tiêu bảo vệ
nguồn nước, tiết kiệm năng lượng, hoá chất vừa thu nhận và tiết kiệm được nguồn
tài nguyên, phù hợp với phương pháp luận “Công nghệ Xanh” (Green Engineering).
Thu hồi các chất dinh dưỡng có thể thực hiện trên nhiều đối tượng từ chất thải rắn
(phân, phế liệu nông nghiệp, sinh khối, tảo, bèo...) hoặc từ chất thải lỏng mà chủ
yếu là nước thải.
Xuất phát từ thực tiễn trên, trong Luận văn này đã thực hiện đề tài “Đánh
giá nguồn thải giàu photpho và đề xuất công nghệ xử lý, thu hồi tại làng nghề

Dương Liễu - Hồi Đức - Hà Nội” với mục đích đánh giá tác động môi trường của
nguồn nước thải giàu dinh dưỡng từ các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, sinh

4


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

hoạt, y tế... trên địa bàn làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu sử dụng
phương pháp phân tích dịng vật chất dựa vào mức độ tiêu thụ tài nguyên. Trên cơ
sở đó, tập trung đánh giá chi tiết dòng thải giàu dinh dưỡng (chứa P) của làng nghề
Dương Liễu và đề xuất công nghệ xử lý có thu hồi P.
Các nội dung chính của Luận văn:
1. Nghiên cứu dòng di chuyển của photpho bao gồm định tính và định lượng
dịng photpho trong nước thải làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu.
2. Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất làng nghề Dương Liễu .
3. Đề xuất giải pháp thu hồi photpho từ bùn thải.

5


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam
Sắn (hay cịn gọi là khoai mì) là cây lương thực ưa ẩm, bắt nguồn từ lưu vực

sông Amazon (Nam Mỹ). Sắn là loại cây lương thực quan trọng được trồng rộng rãi
ở nhiều vùng nhiệt đới trên thế giới. Là loại cây lương thực đứng thứ 16 trên thế
giới và là một trong 15 cây trồng chiếm diện tích lớn nhất trong sản xuất nông
nghiệp. Hiện nay sắn được trồng trên 100 nước ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, và
là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người trên toàn thế giới. Cây sắn được du
nhập vào Việt Nam vào khoảng thế kỉ 18. Việt nam đứng thứ 10 về sản lượng sắn
(7,71 triệu tấn/năm). Ở nước ta, cây sắn đóng vai trị quan trọng trong đời sống kinh
tế xã hội và là loại cây lương thực đứng sau gạo. Sắn được trồng ở nhiều nơi trên cả
nước, ở hầu hết các tỉnh của tám vùng sinh thái, nó phù hợp với nhiều loại đất khác
nhau nhưng phổ biến là các vùng trung du miền núi. Diện tích sắn trồng nhiều nhất
là ở Đông Nam Bộ và Tây Nguyên. Năm 2006, sản lượng sắn của cả nước là
7.714.000 tấn với tổng diện tích trồng là 474.800 ha [1]

6


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

Hình 1.1. Bản đồ phân bố vùng trồng sắn trên cả nước
Cây sắn là một loại cây có khả năng chống chịu tốt, trồng đơn giản và phù
hợp với nhiều loại khí hậu khác nhau, cho năng suất cao hơn các cây khác và ổn
định trên nhiều loại đất. Sắn có nhiều cơng dụng trong chế biến công nghiệp, thức
ăn gia súc và lương thực thực phẩm.

7


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

Hình 1.2. Sơ đồ tính kinh tế sản phẩm từ sắn củ
Sắn củ dùng để ăn, làm thức ăn gia súc bằng cách chế biến sắn lát khô, bột
sắn nghiền, tinh bột sắn, tinh bột sắn biến tính, các sản phẩm từ tinh bột sắn như bột
ngọt, cồn, maltodextrin, lysine, acid citric, xiro glucose và đường glucose tinh thể,
mạch nha giàu maltose, hồ vải, hồ giấy, phủ giấy, bìa các tơng, bánh kẹo, mì ăn liền,
bún, miến, mì ống, mì sợi, bột khoai, bánh tráng, hạt trân châu, phụ gia thực phẩm,
phụ gia dược phẩm, sản xuất màng phủ sinh học, chất giữ ẩm. Thân sắn dùng để
làm giống, làm nấm, làm củi đun, nguyên liệu cho công nghiệp xenlulô. Lá sắn ngọt
là loại rau xanh giàu đạm rất bổ dưỡng để nuôi cá, nuôi tằm. Lá sắn đắng ủ chua
hoặc phơi khô để làm bột lá sắn dùng chăn ni lợn, gà, trâu, bị, dê …v.v. Dưa
muối làm từ ngọn và lá non của sắn rất phổ biến tại một số vùng miền trung du Bắc
Bộ Việt Nam (như Phú Thọ, Hà Tây), thường được sử dụng để xào, nấu canh cá,
tép…

8


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

Bảng 1.1. Thành phần hoá học trong sắn củ
STT

Thành phần

Hàm lƣợng %

1

Nước

64 - 74

2

Tinh bột

20 - 34

3

Protein

0,8 – 4,2

4

Lipit

0,3 – 0,4

5

Pectin, Đường

1 – 3,1

6

Xenlulo

1-3

7

Độc tố

0,001 – 0,04

8

Tro

0,54

9

Các Polyphenol

0,1 – 0,3
[6]

Trong sắn củ hàm lượng các acid amin không đươc cân đối, thừa arginin
nhưng lại thiếu các acid amin chứa lưu huỳnh. Thành phần dinh dưỡng khác biệt tuỳ
giống, vụ trồng, số tháng thu hoạch sau khi trồng và kỹ thuật phân tích.
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của lá sắn tƣơi

Gluxit
Thành phần hóa học (%) Protein
Lipit
Ca
P
Muối khống (mg)
Fe
B1
B2
Vitamin (mg)
PP
C
Calo/100 g

12,6
7
200
27
1,9
0,25
0,66
2,4
295
80
[6]

Chất đạm của lá sắn có khá đầy đủ các acid amin cần thiết, giàu lysin nhưng
thiếu methionin. Trong lá và củ sắn ngoài các chất dinh dưỡng cũng chứa một lượng
độc tố HCN. Các giống sắn ngọt có 80-110 mg HCN/kg lá tươi và 20-30 mg/kg củ
tươi. Các giống sắn đắng chứa 160-240 mg HCN/kg lá tươi và 60-150 mg/kg củ

tươi. Liều gây độc cho một người lớn là 20 mg HCN, liều gây chết người là 50 mg

9


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

HCN cho mỗi 50 kg thể trọng. Tuỳ theo giống, vỏ củ, lõi củ, thịt củ, điều kiện đất
đai, chế độ canh tác, thời gian thu hoạch mà hàm lượng HCN có khác nhau. Khi
chưa đào độc tố này nằm dưới dạng glucozite gọi là phaseolutamin (C10H17NO6),
dưới tác dụng của enzim hay môi trường axit nó phân hủy thành glucoze aceton và
HCN. Lớp vỏ cùi của sắn chiếm 5 – 20% trọng lượng củ, gồm các tế bào thành dày,
thành tế bào chủ yếu là cellulose, bên trong là các hạt tinh bột, các chất chứa
nitrogen và dịch bào, trong dịch bào có chứa tanin, sắc tố, độc tố HCN, enzim,…
phần vỏ này có nhiều tinh bột, nếu tách bỏ đi thì sẽ tổn thất một lượng lớn tinh bột,
nhưng nếu giữ lại thì dịch bào làm ảnh hưởng tới màu sắc của tinh bột.
1.1.1. Quy mô sản xuất tinh bột sắn
Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 thế giới, sau Indonesia
và Thái Lan. Năm 2006, sản lượng tinh bột sắn của Việt Nam đạt 7.714.000 tấn. Thị
trường xuất khẩu chính của Việt nam là Trung Quốc và Đài Loan. Cùng với diện
tích sắn được mở rộng thì năng suất sắn cũng như sản lượng tinh bột sắn cũng tăng
theo.

Hình 1.3. Biểu đồ tăng trưởng diện tích, năng suất và sản lượng
tinh bột sắn ở Việt Nam

10

Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

Ngành công nghiệp chế biến tinh bột sắn tại Việt Nam có thể phân thành 3
qui mô, phụ thuộc về năng suất và kỹ thuật cũng như các trang thiết bị: qui mô nhỏ
(qui mô hộ gia đình); qui mơ vừa và qui mơ lớn.
Qui mô nhỏ: đây là qui mô tập trung ở vùng nông nghiệp của 13 tỉnh thành
của Việt Nam, số lượng nhân công khoảng 3-7 người, làm việc theo ca, một ca 3240 tiếng. Một ca tiêu thụ 2-10 tấn sắn tươi để sản xuất ra 500-2600 kg tinh bột, phụ
thuộc vào chất lượng sắn và quy trình sản xuất. Với qui mô này thường sử dụng
công nghệ thủ công, thiết bị tự tạo hoặc do các cơ sở cơ khí địa phương chế tạo, do
vậy hiệu suất thu hồi bột không cao. Mỗi hộ đều sản xuất vài loại bột mì có chất
lượng cao thấp khác nhau tùy vào giá thành của sản phẩm. Số cơ sở chế biến tinh
bột sắn qui mô nhỏ chiếm khoảng 70-75%.
Qui mô vừa: qui mô này được bắt đầu từ năm 1995, cứ 3 tỉnh sản xuất tinh
bột chính thì có 4-6 nhà máy sản xuất với qui mô vừa, với số lượng nhân công là
10-50 người, năng suất trong khoảng 15-100 tấn sắn tươi/ngày để chế biến được 520 tấn tinh bột khô và ẩm. Với những nhà máy này có thể nâng năng suất lên cao và
có thể cải tiến quy trình cơng nghệ, máy móc hiện đại hơn được áp dụng trong các
công đoạn sản xuất. Số cơ sở chế biến tinh bột sắn qui mô vừa chiếm 16-20%.
Qui mô lớn: Nhóm này gồm các doanh nghiệp có cơng suất trên 50 tấn tinh
bột/ngày. Số cơ sở chế biến sắn qui mô lớn chiếm khoảng 10% tổng số các cơ sở
chế biến tinh bột sắn trong cả nước. Công nghệ, thiết bị của các cơ sở chế biến
thuộc qui mô lớn được nhập khẩu từ Châu Âu, Thái Lan, Trung Quốc. Đó là các
cơng nghệ tiên tiến, có hiệu suất thu hồi tinh bột lớn, đạt chất lượng sản phẩm cao
hơn, sử dụng ít nước hơn các cơng nghệ trong nước.
Hiện nay công nghệ chế biến sắn được đầu tư và phát triển mạnh mẽ nhất là
ở châu Á, châu Mỹ La Tinh. Do nhu cầu của thế giới về tinh bột sắn ngày càng tăng
nhanh, nhất là tại các thị trường Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc,… Do vậy để
tăng giá trị xuất khẩu của cây sắn ở nước ta, một lượng lớn các nhà máy chế biến

tinh bột sắn đã được xây dựng và mở rộng, ngành chế biến tinh bột sắn của nước ta
đã phát triển mạnh mẽ. Tính đến năm 2006, nước ta có tới 52 nhà máy chế biến tinh
bột sắn qui mô lớn chủ yếu tập trung ở miền Nam với công suất 3.500 tấn bột/ngày

11


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

tương đương với 14.000 tấn củ/ngày, tập trung ở Đông Nam Bộ tại xã Phước Thái
huyện Long Thành tỉnh Đồng Nai và tại xã Phước Long – Bình Phước với cơng
suất 100-200 tấn bột/ngày, tại Tây Ninh nhà máy Singapor và Thái Lan-Topica có
cơng suất 100 tấn/ngày; còn tại miền Bắc chế biến tinh bột sắn chủ yếu tại các làng
nghề có truyền thống lâu đời, chủ yếu phát triển từ các tỉnh đồng bằng và trung du
như: Hồ Bình, Hà Tây, Phú Thọ,.. với qui mơ hộ gia đinh điển hình là xã Dương
Liễu.
Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, khoảng 40 - 45% sản lượng sắn dành cho
chế biến qui mô lớn, hay cịn gọi là qui mơ cơng nghiệp, 40 - 45% sản lượng sắn
dành cho chế biến tinh bột ở qui mô nhỏ và vừa, dùng để sản xuất các sản phẩm sắn
khô, chế biến thức ăn chăn nuôi và 10 - 15% dùng cho ăn tươi và các nhu cầu khác.
1.1.2. Các cơng đoạn chủ yếu trong q trình chế biến


Thu mua nguyên liệu: Sắn từ các tỉnh miền núi phía Bắc như Sơn La, Lai

Châu, Phú Thọ,.. được chuyển đến bằng các xe tải. Vào vụ sản xuất chính có hàng
trăm xe chở hàng mỗi ngày từ các nơi tới và được họp thành chợ. Sau đó sắn được
thu mua và chuyển về tại mỗi hộ sản xuất.



Rửa và cạo vỏ: Trước đây, công đoạn tách vỏ được thực hiện thủ công chủ

yếu là người già và trẻ em làm. Hiện nay, công đoạn rửa cạo vỏ, cắt khúc, bỏ rễ, lớp
vỏ gỗ và đất được thực hiện bằng máy quay cách guồng. Tại các thùng rửa, củ đất
cát và phần vỏ gỗ được chà xát bằng lô cuốn có gắn các sợi kim loại trên bề mặt kết
hợp với nước rửa được bơm liên tục với mục đích rửa sạch lớp bột bám trên bã.
Sau cơng đoạn này củ được tách ra khỏi lớp vỏ gỗ, các tạp chất theo nước thải ra
ngoài và đổ thẳng ra kênh, mương.


Xay nghiền và lo ̣c, tách bã: Sau khi để ráo, chúng được đem đi xay nghiền và

lọc, tách bã. Công đoa ̣n này đươ ̣c thực hiê ̣n b ằng máy liên hoàn. Bã được tách ra và
bán cho người dân thu mua làm thức ăn gia súc, phần dịch sữa được bơm sang bể
lắng.


Lắng: Đối với sắn mùa hè để lắng từ 4-5 giờ, mùa đông để lắng từ 10-12 giờ.

12


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

 Lắng lần 1: Nhằm tách bột đen (là bột có lẫn tạp chất), nước thải từ
q trình này có chứa nhiều bột nên hàm lượng chất hữu cơ cao, vì

vậy nó rất dễ lên men nên gây chua nhanh.
 Lắng lần 2: để thu bột loại 2.
Các thiết bị được sử dụng trong làng nghề chủ yếu được mua từ hàng thải
loại của các công ty lớn, nhập từ Trung Quốc hoặc tự chế, chắp vá, cải tiến từ các
thiết bị cũ,.. Do vậy năng suất vừa không cao mà không đảm bảo vệ sinh.
1.2. Quy trình chế biến tinh bột trên thế giới
Tinh bột mì cung cấp 37% calories trong thực phẩm của châu Phi, 11% ở Mỹ
Latinh và 60% ở các nước châu Á. Tinh bột sắn được các nước trên thế giới sản
xuất để tiêu thụ và xuất khẩu.
Quy trình cơng nghệ chế biến tinh bột sắn tại Thái Lan và Trung Quốc ở qui
mơ cơng nghiệp (hình 1.4 và hình 1.5) gồm nhiều công đoạn được thực hiện bằng
các công nghệ và thiết bị hiện đại do đó tăng năng suất thu hồi tinh bột, định mức
tiêu hao nguyên nhiên liệu thấp đồng thời giảm thời gian sản xuất tránh hiện tượng
thay đổi thành phần chất lượng trong sắn củ.

Hình1.4. Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột sắn tại Thái Lan

13


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

Hình 1.5. Quy trình chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp tại trung Quốc
1.3. Hiện trạng môi trƣờng tại làng nghề chế biến tinh bột sắn
1.3.1. Nước thải
Sự phát triển của ngành chế biến tinh bột sắn đã và đang nảy sinh ra những
vấn đề bất cập về mơi trường, nó tác động không nhỏ đến môi trường sinh thái và
sự phát triển bền vững của làng nghề.

Nước thải sinh ra từ bãi tập kết nguyên liệu, nước thải do mưa chảy tràn tạo
ra, rất đục do chất rắn lơ lửng cao; nước thải sinh ra từ q trình rửa, bóc vỏ thì
chứa nhiều tạp chất cơ học, hàm lượng hữu cơ thấp; nước thải sinh ra từ quá trình
lọc, lắng chứa nhiều tinh bột, xơ mịn, cặn không tan, xyanua, COD, BOD và SS cao.
Khối lượng nước thải rất lớn vào khoảng 10-30m3/tấn tinh bột.

14


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

Q trình oxy hóa cacbohydrate dưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí diễn
ra theo sơ đồ sau:
RCOOH + năng lượng

Carbohydrate

Nước thải sản xuất tinh bột sắn chứa cyanua là hợp chất có độc tính cao.
Do đặc điểm sinh hóa và cấu trúc tế bào, mơ cây sắn có khả năng tiết ra axit
cyanhydric trong q trình thủy phân một số glucosid có trong tất cả các bộ phận
của cây (thân, lá, củ). Sự thủy phân glucocid thành glucoza và bộ phận aglucol (sau
đó tạo thành axit cyanhydric) dưới ảnh hưởng của enzyme (glucosidase hay
linamariase) như sau:

Trong đó: R là CH3 (linamarosid)
R là C2H5 (lotostalosid)
Trong thành phần nước thải tinh bột, trong điều kiện tự nhiên, CN- có khả
năng tự chuyển hóa theo cơ chế:

CN- + 1/2 O2 + Enzim
CNO- +
HCN

H2 O

CNONH3

+ 2H2O

+

CO2

NH4COOH

Hàm lượng gây ngộ độc là 1,4 mg cho 1kg thể trọng. CN- kết hợp với men
kytocrom làm men này ức chế khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu, ngăn cản
quá trình chuyển hóa các ion vào da, túi mật, thận ảnh hưởng đến quá trình phân

15


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

hóa tế bào trong hệ thần kinh, làm các cơ quan của cơ thể bị thiếu oxy, có thể làm
ngừng thở và gây tử vong. Gluco có thể hịa tan trong nước, vì thế sản phẩm tinh
bột sắn hầu như không chứa axit cyanhydric, khi đó các thành phần chứa cyanua

nằm trong nước thải.
Nước thải sản xuất tinh bột sắn có pH thấp do: nước thải của q trình chế
biến ngũ cốc nói chung cũng như q trình sản xuất tinh bột sắn nói riêng đều chứa
thành phần chính là cacbohydrate. Trong mơi trường nước, dưới tác dụng của vi
sinh vật, các cacbohydrate này bị oxy hóa đồng thời bị thủy phân thành các axit hữu
cơ, từ đó làm pH của nước giảm, pH quá thấp sẽ làm mất khả năng tự làm sạch của
nguồn tiếp nhận do các loại vi sinh vật trong nước tự nhiên bị kìm hãm sự phát triển,
ngồi ra khi nước thải có tính axit sẽ gây ra tính ăn mòn làm mất cân bằng trao đổi
chất tế bào, ức chế sự phát triển của q trình sống.
Nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, khi xả vào nguồn nước sẽ làm suy
giảm nồng độ oxi hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng oxi để phân hủy các
chất hữu cơ. Nồng độ oxi hòa tan dưới 50% bão hịa có khả năng gây ảnh hưởng tới
sự phát triển của các động vật thủy sinh như tôm, cá,.. nó khơng chỉ gây suy thối
nguồn tài ngun thủy sản mà còn làm mất khả năng tự làm sạch dẫn đến suy giảm
chất lượng nước cấp sinh hoạt và công nghiệp.
Trong nước thải của ngành sản xuất chế biến tinh bột sắn có hàm lượng chất
rắn lơ lửng cao vào khoảng 120 – 3000 mg/l làm cho nước đục hoặc có màu, làm
mất mĩ quan của nguồn nước, cản trở ánh sáng chiếu xuống các tầng nước sâu, ảnh
hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong,.. giảm quá trình trao đổi oxi và truyền
ánh sáng, dẫn đến tình trạng kỵ khí. Đồng thời một phần cặn lắng xuống gây bồi
lắng, cản trở lưu thơng dịng nước đồng thời đẩy nhanh q trình phân hủy kỵ khí
gây ra mùi hôi thối cho các khu vực xung quanh.
Trong nước thải của ngành sản xuất chế biến tinh bột sắn có hàm lượng nitơ,
photpho cao gây ra hiện tượng bùng nổ phát triển các loài tảo, khi quá nhiều sẽ gây
nên hiện tượng phú dưỡng, khi đến một mức độ giới hạn nào đó tảo chết đi và phân
hủy gây nên hiện tượng thiếu oxi. Nếu nồng độ oxi giảm xuống đến 0 sẽ gây nên
hiện tượng thủy vực chết. Ngoài ra, các loại tảo sẽ tạo ra trên mặt nước một lớp

16

Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

màng khiến những tầng nước bên dưới khơng có ánh sáng, q trình quang hợp của
thủy thực vật bị ngừng trệ. Tất cả các hiện tượng trên gây tác động không nhỏ đến
chất lượng nước, hệ thủy sinh, du lịch, cấp nước và đặc biệt là đời sống của người
dân.
Chỉ tính riêng 52 nhà máy sản xuất chế biến tinh bột sắn có qui mơ lớn,
lượng nước thải sinh ra vào mùa vụ vào khoảng 140.000m3/ngày với SS khoảng
1000 tấn/ngày, BOD vào khoảng 3000 tấn/ngày, COD khoảng 5000 tấn/ngày,
xyanua là 5 tấn/ngày [1].
6000
5000

Tấn/ngày

4000
3000
2000
1000
0
SS

BOD

COD

CN-

Chỉ tiêu

Hình 1.6. Tải lượng thải của quá trình chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp
Như vậy trong mùa vụ sản xuất, các làng nghề sản xuất tinh bột sắn sinh ra
một lượng nước thải có tải lượng ơ nhiễm hữu cơ ít nhất cũng gấp 4 lần tải lượng
nước thải sinh hoạt trên cả nước. Do đó đây cũng là ngun nhân của tình trạng ơ
nhiễm mơi trường tại các địa phương có ngành chế biến bột sắn đặc biệt là những
địa phương có làng nghề chế biến bột sắn theo qui mơ hộ gia đình.
Hiện nay trừ những nhà máy chế biến bột sắn sản xuất theo qui mô lớn và có
sự hợp tác của nước ngồi có hệ thống xử lý nước thải thì phần lớn các nhà máy
nhỏ lẻ và các làng nghề chế biến bột sắn theo lối thủ cơng truyền thống có kĩ thuật
thơ sơ, khơng có trình độ nên nước thải và rác thải được xả trực tiếp ra kênh,
sơng… vì vậy đây chính là nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm nặng cho các
kênh ,sông này.

17


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

Bên cạnh đó do nước thải ô nhiễm đã làm ảnh hưởng tới chất lượng nguồn
nước ngầm, hiện nay 100% dân số tại làng nghề sử dụng nguồn nước ngầm phục vụ
sinh hoạt, điều này gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng nước sinh hoạt của nhân dân.
1.3.2. Chất thải rắn
Đặc điểm của chất thải rắn của làng nghề chế biến tinh bột sắn là giàu chất
hữu cơ nên dễ bị phân hủy sinh học, gây mùi khó chịu. Do sản xuất phân tán và có
quy mơ hộ gia đình nên hầu hết lượng chất thải rắn này không được thu gom để xử

lý hay tận dụng mà phần lớn được xả thải trực tiếp vào mơi trường. Tại làng nghề
cũng có nhu cầu sử dụng một lượng lớn than nên lượng xỉ thải ra cũng khá lớn.
Bảng 1.3. Nhu cầu nguyên liệu và tải lƣợng xỉ của một số làng nghề
TT

Làng nghề

Sản phẩm

Nhu cầu than

Đơn vị: tấn/năm
Khối lƣợng xỉ

1

Tinh bột Dương Liễu

66.000

34.000

6.181

2

Bún Phú Đô

10.200

5.250

1.050

3

Bún Ninh Hồng

4.380

5.500

1.100

4

Bún bánh vũ hội

3.100

7.200

1.440

5

Bún Phương Hòa

1.580

4.200

840

6

Đường An Cư

760

1.500

300
Nguồn: [2]

Bảng 1.4. Khối lƣợng bã thải từ sản xuất tinh bột tại làng nghề Dƣơng Liễu
Chỉ tiêu
Sắn
Dong giềng
1.Định mức thải (tấn chất
thải rắn/tấn nguyên liệu)
2.Khối lượng bã (tấn/năm)

0,45

0,6

84.240

21.528

Nguồn: [2]

Tại làng nghề, khối lượng bã thải rắn là rất lớn, bã thải có độ ẩm rất cao
chiếm tới 50% nguyên liệu, chứa chủ yếu là xơ, khoảng 10%, và 4-5% tinh bột.
Với sản lượng 60.000 tấn tinh bột sắn/năm, làng nghề Dương Liễu hàng năm
phát sinh tới 105.768 tấn bã thải.

18


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

1.4. Tổng quan về công nghệ xử lý nƣớc thải tinh bột sắn trong và ngồi nƣớc
và cơng nghệ thu hồi P trong nƣớc thải.
1.4.1. Các nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn trên thế giới
Vấn đề ô nhiễm của nước thải ngành chế biến nơng sản thực phẩm nói chung
và ngành chế biến tinh bột sắn nói riêng khơng chỉ là mối quan tâm riêng của Việt
Nam nói chung mà cũng là mối quan tâm của nhiều nhà khoa học và quản lý môi
trường trên thế giới, đặc biệt là các nước Châu Á. Gần đây, ngày càng có nhiều
nghiên cứu đề cập tới vấn đề xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn như “Xử lý kỵ
khí nước thải chế biến tinh bột sắn bằng thiết bị UASB’’ của Prasanna Lal Amatya
tại Thái Lan năm 1996. Các công trình nghiên cứu này chủ yếu tập trung nghiên
cứu khả năng xử lý loại nước thải chế biến tinh bột sắn bằng các q trình yếm khí
tải lượng cao như phương pháp UASB, phương pháp UASB lọc sinh học kết hợp;
ảnh hưởng của nồng độ xyanua và các điều kiện công nghệ như tải lượng tối đa cho
phép; cũng như khả năng thu hồi khí biogas từ các q trình xử lý.
Trong nghiên cứu “Xử lý nước thải chế biến sắn bằng phương pháp sinh
học” của Moises A. Oliveira và nnk (2001) đã kết hợp hai q trình hiếu khí và yếm

khí. Sau hai q trình này cịn kết hợp q trình keo tụ, tủa bơng bằng cách sử dụng
muối nhôm và các polyme tự nhiên rồi để lắng để làm giảm SS.
Một nghiên cứu khác là “Sự phát triển của nấm cúc Aspergillus oryzae trong
quá trình xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn có nồng độ chất rắn lơ lửng cao” của
Truong Quy Tung và nnk (2004). Nghiên cứu này chỉ ra rằng nấm cúc Aspergillus
oryzae hấp thụ SS trong nước thải chế biến tinh bột sắn chuyển hóa thành chất dinh
dưỡng để phát triển. Nghiên cứu khẳng định phát triển nấm cúc với sự có mặt của
các chất rắn với nồng độ tập trung chất rắn lơ lửng cao. Đồng thời nghiên cứu này
cũng khẳng định khả năng phát triển sinh khối nấm cúc để xử lý nước thải cùng với
sản xuất nấm nông nghiệp.
Trên thế giới còn rất nhiều nghiên cứu về tinh bột sắn như “Sự tạo thành
sunfua trong quá trình xử lý nước thải tinh bột sắn yếm khí” của Chongrak
Polprasert and Sommai Chatsanguthai (1988) cho thấy hàm lượng hydrosunfua
trong thành phần biogas của hệ thống xử lý nước thải áp dụng. Nghiên cứu “Nghiên

19


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

cứu đặc tính nước thải chế biến tinh bột sắn của S.R.P. Avancini và nnk (2007) cho
thấy đặc điểm nước thải trong sản xuất chế biến bột sắn để từ đó có biện pháp xử lý
nước thải loại này.
1.4.2. Các nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn trong nước
Ở Việt Nam, cũng có nhiều nghiên cứu xử lý nước thải tinh bột sắn như
nghiên cứu “Hệ thống xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn khép kín ở Việt Nam”
của P.G. Hien và nnk (1999), nghiên cứu này sử dụng hệ thống UASB làm giảm
đáng kể COD trong nước thải chế biến tinh bột sắn, sau đó nước đầu ra sẽ được đưa

vào hệ thống ao hồ sinh học lưu trong thời gian 10 – 20 ngày để COD giảm xuống
10 mg/l, nước thải ra có thể sử dụng cho nông nghiệp hoặc tái sử dụng trong các
nhà máy. Nghiên cứu này cũng cho thấy khép kín chu trình nước trong ngành sản
xuất tinh bột sắn được xem là một lựa chọn thuyết phục đối với vấn đề giảm thiểu ô
nhiễm và tái sử dụng nước thải qua xử lý. Trong nghiên cứu về q trình UASB và
hiếu khí kết hợp của Huỳnh Ngọc Phương Mai “Kết hợp xử lý nước thải chế biến
tinh bột sắn bằng công nghệ sinh học”. Đó là một trong số những nghiên cứu tại
Việt Nam đã được công bố trên thế giới. Trong nghiên cứu của Nguyễn Thị Kim
Thái “Xử lý nước thải tinh bột sắn băng phương pháp sinh học kỵ khí trong điều
kiện khí hậu Việt Nam” [7] hay là một số đề tài nghiên cứu của Viện Công Nghệ
Môi Trường thuộc trường đại học Bách khoa cũng có những nghiên cứu về vấn đề
nước thải của ngành chế biến tinh bột sắn tại các làng nghề. Tuy nhiên việc áp dụng
các kết quả nghiên cứu này vẫn cần có nghiên cứu đầy đủ hơn.
Một số quy trình xử lý nước thải tinh bột sắn ở Việt Nam: [7]
 Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ Phước Long – Bình Phước
Quy trình hệ thống xử lý nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ
Phước Long được chỉ ra ở hình 1.7:

20


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch
Bể yếm khí số 1

Nước thải

Bể yếm khí số 2

Bể phân hủy tự
nhiên 6

Bể yếm khí số 3
Bể đánh bóng 7

Buồng lọc cát
Bể yếm khí số 4

Bể tách Protein
Bể yếm khí số 5

Nước thải
sau xử lý

Hình 1.7. Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long
Ưu điểm:
Vận hành đơn giản, chi phí vận hành thấp.
Nhược điểm:
-

Chiếm diện tích lớn

-

Cần phải chống thấm cho các hồ, tốn kinh phí lớn.

-

Nước thải đầu ra khơng ổn định, có thể khơng đạt tiêu chuẩn, dễ phát sinh

ra mùi hôi thối.

 Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ Tân Châu – Tây Ninh
Quy trình hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ
Tân Châu – Tây Ninh được chỉ ra ở hình sau.

21


Luận văn tốt nghiệp

Trần Bá Thạch

Hình 1.8. Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải tinh bột mỳ ở Tân Châu
Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải bao gồm: lắng loại cát, tạp chất sau đó
trung hịa nâng pH lên giá trị trung tính. Kế tiếp nước thải được xử lý qua hệ thống
hồ sinh học gồm 4 hồ kị khí và 2 bể tùy tiện.
Nước thải được thu gom từ các phân xưởng sẽ qua bể lắng chảy vào bể trung
hòa. Ở bể trung hòa, dung dịch xút sẽ được đưa vào bể nhằm trung hòa các axit có
trong nước thải. Sau đó, nước thải được đưa vào hệ hồ 2, 3, 4, 5, 6 và 7 để xử lý
bằng phương pháp sinh học.
Để hiệu quả xử lý được nâng cao, hệ hồ phải được vét nạo thường xuyên
cũng như tăng độ sâu của hai hồ đầu tiên nhằm tạo điều kiện tốt cho hoạt động yếm
khí của vi khuẩn.
Nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra nguồn. Nhưng theo
kết quả đánh giá thì chất lượng nước thải ra nguồn cao hơn tiêu chuẩn cho phép
(BOD là 240 mg/l, COD là 336 mg/l), tuy nhiên nước thải sau xử lý có thể dùng
tưới tiêu tốt.

22