Luận văn thạc sĩ đánh giá khả năng xử lý phế thải chế biến tinh bột sắn dạng rắn làm phân bón của một số chủng vi sinh vật
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.29 MB, 74 trang )
....
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
-----
-----
TẠ THỊ YẾN
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ PHẾ THẢI CHẾ BIẾN
TINH BỘT SẮN DẠNG RẮN LÀM PHÂN BÓN CỦA
MỘT SỐ CHỦNG VI SINH VẬT
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG
Chun ngành: Mơi trường
Mã số: 60 80 52
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. PHẠM VĂN TOẢN
Hµ Néi - 2012
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là
trung thực.
Tôi xin cam đoan mọi thơng tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ
nguồn gốc.
Tác giả luận văn
V
Tạ Thị Yến
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
i
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập tại trường Đại Học Nơng Nghiệp Hà Nội,
ngồi sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của Ban
chủ nhiệm Khoa Tài Ngun và Mơi trường, các thầy cơ giáo, gia đình cùng bạn
bè để hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp. Nhân dịp này, cho phép tơi bày tỏ lịng
biết ơn sâu sắc đến tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó.
Lời đầu tiên tôi xin trân trọng cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Tài Nguyên và
Môi Trường – trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội, các thầy cô giáo giảng dạy
và hướng dẫn thực tập đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tơi trong thời gian
qua. Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Phạm Văn Toản, người đã
trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này và tôi xin cảm ơn
TS. Trịnh Quang Huy người đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt q trình
học tập và thực tập để hồn thành luận văn này.
Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ bộ môn sinh học môi trường, viện Môi
Trường Nông Nghiệp đã giúp đỡ và chỉ bảo tận tình cho tơi trong thời gian qua.
Cuối cùng tôi muốn dành lời cảm ơn chân thành tới bố mẹ, gia đình tơi, tập
thể lớp MTAK19, những người đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian
học tập và rèn luyện tại trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội.
Hà Nội, ngày 7 tháng 2 năm 2012
Học Viên
Tạ Thị Yến
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
i
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i
MỤC LỤC.............................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................... v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. vi
PHẦN I. MỞ ĐẦU................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết................................................................................................. 1
2. Mục tiêu......................................................................................................... 2
2.1. Đối tượng ............................................................................................... 2
2.2. Yêu cầu................................................................................................... 2
PHẦN II. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ............................................................ 3
1. Hiện trạng sản xuất và chế biến tinh bột sắn................................................. 3
1.1. Sản xuất và chế biến tinh bột sắn trên thế giới ...................................... 3
1.2. Sản xuất và chế biến tinh bột sắn ở Việt Nam ....................................... 5
2. Chất thải rắn trong sản xuất tinh bột sắn..................................................... 11
2.1. Nguồn phát sinh và tải lượng ............................................................... 11
2.2. Đặc trưng chất thải rắn......................................................................... 13
3. Các phương pháp xử lý chất thải rắn sau chế biến tinh bột sắn.................. 14
3.1. Biện pháp sấy khô bã sắn ..................................................................... 15
3.2. Biện pháp sinh học ............................................................................... 17
4. Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật phân giải xenlulo, tinh bột trong xử lý phế
phụ phẩm nông nghiệp, phế phụ phẩm chế biến thực phẩm....................... 19
PHẦN III. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 25
1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................... 25
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
ii
1.1. Đối tượng nghiên cứu........................................................................... 25
1.2. Phạm vi nghiên cứu.............................................................................. 25
2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 25
3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................. 25
PHẦN IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................... 32
1. Thành phần và tính chất của chất thải rắn từ hoạt động chế biến tinh bột sắn
..................................................................................................................... 32
2. Tuyển chọn bộ giống vi sinh vật sử dụng trong xử lý phế thải rắn sau chế
biến tinh bột sắn .......................................................................................... 34
2.1. Tuyển chọn vi sinh vật có khả năng chuyển hóa xenluloza, tinh bột và
photphat khó tan .......................................................................................... 34
2.2. Điều kiện sinh trưởng của vi sinh vật .................................................. 38
2.3. Khả năng tổ hợp của các chủng vi sinh vật trong xử lý chất thải rắn.. 40
3. Đánh giá khả năng sử dụng bộ chủng vi sinh vật vào xử lý phế thải sau chế
biến tinh bột sắn .......................................................................................... 43
3.1. Theo dõi diến biến của đống ủ ............................................................. 44
3.2. Thành phần của chất thải rắn sau xử lý................................................ 47
3.3. Khả năng sử dụng chất thải sau xử lý làm cơ chất trồng cây .............. 49
PHẦN V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................ 52
1. Kết luận ....................................................................................................... 52
2. Kiến nghị ..................................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 54
PHỤ LỤC ............................................................................................................ 61
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
iii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1.
Sản lượng tinh bột sắn các địa phương ở Việt Nam năm 2010
[30;36]............................................................................................... 7
Bảng 2.2.
Thành phần của bã sắn tươi [19]..................................................... 13
Bảng 3.1.
Nguyên liệu sử dụng trong xử lý bã thải tinh bột sắn..................... 30
Bảng 4.1.
Thành phần vật lý và hóa học bã thải ............................................. 33
Bảng 4.2.
Thành phần vi sinh vật của bã thải ................................................. 34
Bảng 4.3.
Hoạt tính sinh học của các chủng vi sinh vật.................................. 35
Bảng 4.4.
Các chủng vi sinh vật có khả năng xử lý chất thải CBTBS làm
phân bón HCSH .............................................................................. 36
Bảng 4.5.
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sinh trưởng và phát triển của VSV ... 38
Bảng 4.6.
Ảnh hưởng của pH tới sinh trưởng và phát triển của VSV ............ 39
Bảng 4.7.
Ảnh hưởng của khơng khí đến sinh trưởng và phát triển
của VSV .......................................................................................... 39
Bảng 4.8.
Các cơng thức thí nghiệm với tổng hợp các yếu tố môi trường ..... 40
Bảng 4.9.
Ảnh hưởng tổng hợp các điều kiện môi trường tới sinh trưởng
và phát triển của vi sinh vật ............................................................ 41
Bảng 4.10. Khả năng tổ hợp của các chủng vi sinh vật .................................... 42
Bảng 4.11. Mật độ và hoạt tính sinh học của các chủng vi sinh vật nuôi
cấy trên cơ chất bã thải tinh bột sắn................................................ 43
Bảng 4.12. Mật độ vi sinh vật trong quá trình ủ theo các tỉ lệ phối trộn các
chủng vi sinh vật ............................................................................. 44
Bảng 4.13. Sự thay đổi màu sắc và mùi của bã thải trong quá trình ủ.............. 47
Bảng 4.14. Thành phần vật lý, hóa học của phế thải sau ủ qua các tỉ lệ........... 48
Bảng 4.15. Kết quả kiểm tra độ hoai của sản phẩm sau ủ................................. 50
Bảng 4.16. Khối lượng tươi của cây cải............................................................ 50
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
iv
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1. Cơng nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Thái Lan kèm theo
dịng thải.............................................................................................. 5
Hình 2.2. Biểu đồ tăng trưởng diện tích, sản lượng và năng suất tinh bột
sắn ở Việt nam [1]............................................................................... 6
Hình 2.3. Quy trình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam ..................................... 11
Hình 2.4. Cân bằng vật chất trong sản xuất tinh bột sắn [64] .......................... 12
Hình 2.5. Sơ đồ quy trình xử lý bã sắn [52] ..................................................... 16
Hình 4.1. Diễn biến nhiệt độ qua các ngày ủ.................................................... 45
Hình 4.2. Diễn biến pH và độ ẩm qua các ngày ủ ............................................ 46
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CBTBS:
Chế biến tinh bột sắn
CTTN:
Công thức thí nghiệm
CTĐC:
Cơng thức đối chứng
HCSH:
Hữu cơ sinh học
KHCN:
Khoa học công nghệ
NL:
Nhắc lại
PTNT:
Phát triển nông thôn
TBS:
Tinh bột sắn
TCVN:
Tiêu chuẩn Việt Nam
VSV:
Vi sinh vật
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
vi
PHẦN I. MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Sắn là loại cây lương thực quan trọng ở các nước nhiệt đới như Brazil,
Nigeria, Thái Lan, Indonexia, Việt Nam…Hoạt động sản xuất, chế biến tinh
bột sắn đã và đang mang lại cho các nước này nguồn lợi kinh tế lớn. Tinh bột
sắn có rất nhiều giá trị, ngoài việc làm thực phẩm, thức ăn chăn ni cịn là
ngun liệu khơng thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp lớn như để làm hồ,
in, định hình trong cơng nghiệp dệt, làm bóng và tạo lớp phủ bề mặt cho công
nghiệp giấy, tinh bột sắn cũng là nguyên liệu chính dùng trong sản xuất cồn,
bột nêm, mì chính…
Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột sắn lớn thứ 3 thế giới, sau Indonesia
và Thái Lan. Hiện nay nước ta có rất nhiều nhà máy sản xuất tinh bột sắn với
quy mô và công suất khác nhau góp phần vào sự phát triển kinh tế của đất nước.
Mặc dù, lợi nhuận thu được rất cao nhưng hầu hết các nhà máy và cơ sở này đều
gặp phải những vấn đề môi trường nghiêm trọng phát sinh từ nguồn bã thải và
nước thải, do chưa tập trung đầu tư quản lý và kiểm soát lượng phế thải thải ra
trong q trình sản xuất. Các vấn đề về ơ nhiễm môi trường xung quanh khu
vực nhà máy CBTBS đã và đang xuất hiện với xu hướng ngày càng tăng về
quy mô và mức độ nghiêm trọng, đặc biệt là mối quan hệ giữa các doanh
nghiệp và công đồng dân cư xung quanh đang dần xấu đi do hoạt động sản
xuất đang gây ảnh hưởng xấu đến môi trường đất, nước và khơng khí, ảnh
hưởng đến sức khoẻ cộng đồng và mơi trường sinh thái.
Hiện nay đang có rất nhiều biện pháp để xử lý nước thải và chất thải rắn
của hoạt động sản xuất tinh bột sắn, trong đó biện pháp sử dụng vi sinh vật
đang được áp dụng với những ưu điểm thân thiện với môi trường, hiệu quả cao
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
1
và tiết kiệm chi phí và sản phẩm sau xử lý có thể được sử dụng vào nhiều mục
đích khác nhau. Xuất phát từ những vấn đề trên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Đánh giá khả năng xử lý phế thải chế biến tinh bột sắn dạng rắn làm
phân bón của một số chủng vi sinh vật.”
2. Mục tiêu
Đánh giá được khả năng xử lý phế thải chế biến tinh bột sắn dạng rắn làm
phân bón hữu cơ của một số chủng loại vi sinh vật.
2.1. Đối tượng
- Phế thải dạng rắn sau chế biến tinh bột sắn
- Các chủng vi sinh vật có khả năng sử dụng trong xử lý phế thải CBTBS
dạng rắn làm nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ.
2.2. Yêu cầu
- Xác định các điều kiện sinh trưởng phát triển và khả năng phối hợp các
vi sinh vật lựa chọn trong điều kiện phòng thí nghiệm.
- Đánh giá phế thải sau xử lý
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
2
PHẦN II. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1. Hiện trạng sản xuất và chế biến tinh bột sắn
1.1. Sản xuất và chế biến tinh bột sắn trên thế giới
Cây sắn có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ La Tinh và được trồng
cách đây khoảng 5000 năm. Cây sắn được trồng ở rất nhiều nơi trên thế giới và
đem lại nguồn thu lớn cho các quốc gia này. Đến năm 2005 trên thế giới có
khoảng hơn 102 nước trồng sắn, tổng diện tích 18.510.000 ha với sản lượng
202.650.000 tấn củ sắn tương ứng với năng suất 10,95 tấn/ha.[7,44,54]
Sắn ở châu Á đang có chiều hướng tăng cả về sản lượng và năng suất. Theo
thống kê năm 2005: Ấn Độ là nước có năng suất sắn cao nhất thế giới (khoảng
31 tấn/ha), Thái Lan là nước có sản lượng sắn lớn nhất châu Á (hơn 20 triệu
tấn). Việt Nam là nước có sản lượng đứng thứ 3 trong khu vực và thứ 10 trên thế
giới (khoảng 6,7 triệu tấn), nhưng năng suất của chúng ta vẫn còn thấp so với
các nước trong khu vực. [48]
Ở Thái Lan sắn là cây trồng quan trọng thứ ba sau lúa và ngô, cây sắn được
đưa từ Malaysia vào trồng ở miền Nam Thái Lan vào khoảng từ năm 1786 đến
1840 và trong thời gian ngắn đã được trồng phổ biến ở vùng Đông, Bắc Thái
Lan. Tổng diện tích trồng sắn từ chỗ đạt mức kỷ lục khoảng 1,6 triệu ha vào
năm 1988 và 1989 nay đã giảm xuống còn 1,05 triệu ha. Tổng sản lượng sắn
năm 2006 của Thái Lan đạt hơn 20 triệu tấn. [44,47]
Ở Thái Lan, toàn bộ sắn thu được đều được chế biến thành các sản phẩm như
sắn lát, sắn viên, tinh bột và là nước duy nhất sản xuất tinh bột sắn biến tính ở
qui mơ cơng nghiệp. Mặc dù sản lượng sắn củ tươi chỉ chiếm khoảng 10% tổng
sản lượng thế giới (18.283/175.617 triệu tấn) nhưng Thái Lan lại là nước đứng
đầu thế giới về sản xuất và xuất khẩu tinh bột sắn. Sản xuất tinh bột sắn, bảo
quản sắn khô đã phát triển thành một ngành công nghiệp quy mô lớn theo hướng
xuất khẩu chiếm 90% và tiêu thụ nội địa chỉ khoảng 10% [44,47;9]
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
3
Hoạt động sản xuất và chế biến tinh bột sắn đang diễn ra nhanh và mạnh ở rất
nhiều quốc gia trên thế giới, có nhiều loại cơng nghệ chế biến tinh bột sắn đã ra
đời đem lại hiệu quả cao trong sản xuất tinh bột sắn. Thái Lan là nước đứng đầu
thế giới về xuất khẩu các sản phẩm từ sắn và có nhiều tập đồn và cơng ty sản
xuất thiết bị chế biến sắn. Nhìn chung, quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột sắn
của các công ty Thái Lan về cơ bản đều giống nhau. Sắn củ nguyên liệu được
bóc vỏ, làm sạch, băm và nghiền nhỏ để phá vỡ cấu trúc tinh bột (ở công đoạn
nghiền và trích ly có bổ sung H2SO3 để chống biến màu tinh bột) sau đó sang
cơng đoạn trích lý, tách xơ. Sữa tinh bột được chuyển vào thiết bị ly tâm rồi đem
sấy khô bằng thiết bị sấy phun. Tinh bột từ cơng đoạn sấy khơ được làm nguội
và đóng bao để chuyển sang kho chứa thành phẩm (hình 2.1).
Ưu điểm của cơng nghệ Thái Lan là giai đoạn trích ly, chiết suất được thực
hiện lặp lại nên tỷ lệ thu hồi tinh bột cao, lượng tinh bột thải ra theo bã và nước
thải giảm đáng kể. Mặt khác, nước thải từ ly tâm tách nước được tuần hồn lại
q trình trích ly tách xơ, đồng thời nước sau phân ly bột được tái sử dụng hoàn
toàn để rửa củ nên giảm một lượng đáng kể định mức sử dụng nước. Như vậy
tồn bộ quy trình có một dịng thải chính là dịng sau rửa củ. [5,9,55]
Trung Quốc khơng phải là nước trồng sắn nhưng là nước có nhu cầu tinh bột
sắn lớn nhất thế giới.
Ưu điểm chính cơng nghệ nước này là nguyên liệu có thể là củ sắn tươi và cả
sắn lát khô, khâu tẩy trắng dùng SO2 với hàm lượng nhỏ. Dây chuyền công nghệ
sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc có giá thành thấp nên tương đối phổ biến
ở Việt Nam. [5,9]
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
4
Sắn củ tươi
Vỏ, tạp chất
Nước thải
Nước
H2SO3
Băm nhỏ
Nghiền
Bã sắn
Trích ly, tách xơ
Nước thải
Bột thơ
Nước tuần hồn, tái sử
Rửa củ, bóc vỏ
Phân ly (tinh lọc)
Ly tâm tách nước
Khí nóng
Sấy khơ
Khí thải
Làm nguội
Đóng bao
Thành phẩm
Hình 2.1. Cơng nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Thái Lan kèm theo dòng thải
1.2. Sản xuất và chế biến tinh bột sắn ở Việt Nam
Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới, sau
Indonesia và Thái Lan. Năm 2006, diện tích đất trồng sắn đạt 475.000 ha, sản
lượng tinh bột sắn đạt 7.714.000 tấn. Thị trường xuất khẩu chính của Việt Nam
là Trung Quốc, Đài Loan. Cùng với diện tích sắn được mở rộng, sản lượng
cũng như năng suất tinh bột sắn được sản xuất cũng tăng lên theo thời gian.
Hình 1 mơ tả tốc độ tăng trưởng của diện tích trồng sắn cũng như sản lượng
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
5
tinh bột sắn của Việt nam. Theo hình 1, tốc độ tăng trưởng của sản lượng tinh
bột sắn cao hơn gấp nhiều lần so với sự gia tăng của diện tích trồng sắn.
Hình 2.2. Biểu đồ tăng trưởng diện tích, sản lượng và năng suất tinh bột sắn
ở Việt Nam [1]
Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực và làm thức ăn gia súc quan trọng chỉ sau
lúa và ngô. Năm 2008, diện tích trồng sắn đạt 556 nghìn ha chỉ đứng sau cây lúa
và ngô. Sản lượng đạt gần 9,39 triệu tấn chỉ đứng sau cây lúa, năng suất đạt 16,9
tấn/ha cao nhất trong các cây lương thực. [54]
Cây sắn là nguồn thu nhập quan trọng của các hộ nơng dân nghèo do sắn dễ
trồng, ít kén đất, vốn đầu tư thấp phù hợp kinh tế nông hộ và điều kiện sinh thái
môi trường ở Việt Nam. Sắn ở Việt Nam chủ yếu dùng để sản xuất thương phẩm
(48,6%), kế đến làm thức ăn gia súc (22,4%), chế biến thủ cơng (16,8%), chỉ có
12,2% tiêu thụ tươi. [29,37,54]
Sản xuất và chế biến sắn ở Việt Nam trong những năm gần đây có bước tiến
đáng kể, cụ thể:
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
6
Diện tích trồng sắn cả nước năm 2009 đạt 560,4 nghìn ha, tăng mạnh so với
mức 425,5 ha năm 2005 và tăng 2,7 nghìn ha so với năm 2008. Vượt 13 nghìn
ha so với quy hoạch phát triển sắn tới năm 2010 phân bố tập trung vào các khu
vực ven biển miền Trung, miền Đông Nam bộ và miền núi phía Bắc. [54;56]
Sản lượng sắn năm 2009 đạt 9,445 triệu tấn, cao hơn năm 2008 khoảng 0,20,4 triệu tấn nhưng tăng 1,4 lần so với năm 2005. Năm 2009, khu vực có sản
lượng lớn nhất và đạt năng suất lớn nhất là miền Đông Nam Bộ (khoảng 23,5
tấn/ha), kế đến là vùng ven biển miền Trung và cao nguyên (khoảng 16-16,5
tấn/ha). Năng suất trung bình cả nước cũng tăng từ 15,35 tấn/ha năm 2005 lên
16,9 tấn/ha năm 2008, cao hơn năng suất trung bình của thế giới (12,2 tấn/ha)
nhưng vẫn thấp so với Ấn Độ (31,4 tấn/ha) và Thái Lan (21,1 tấn/ha). [54;56]
Bảng 1.1. Sản lượng tinh bột sắn các địa phương ở Việt Nam năm 2010 [30;36]
Số
TT
Địa phương
nhà
máy
Sản lượng
(tấn/ngày)
Số
TT
Địa phương
nhà
máy
Sản lượng
(tấn/ngày)
1
n Bái
3
350
13
Bình Định
2
310
2
Thái Ngun
1
80
14
Phú n
2
210
3
Hồ Bình
1
100
15
Kon Tum
3
330
4
Ninh Bình
1
90
16
Đắk Lắk
6
570
5
Thanh Hố
1
80
17
Đắk Nơng
2
150
6
Nghệ An
3
160
18
Gia Lai
2
200
7
Hà Tĩnh
1
80
19
Ninh Thuận
1
80
8
Quảng Bình
2
120
20
Bình Thuận
3
850
9
T.T. Huế
2
150
21
Tây Ninh
10
910
10
Quản Nam
2
270
22
Bình Phước
5
1.000
11
Quảng Ngãi
2
225
23
Bình Dương
2
140
12
Quảng Trị
1
70
24
Đồng Nai
3
420
Trường Đại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
7
Về chế biến, hiện nước ta có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn quy mô
công nghiệp phân bố trên 24 tỉnh thành cả nước (bảng 1) với tổng cơng suất gần
7 nghìn tấn sản phẩm/ngày (tương ứng với gần 28-35 nghìn tấn củ sắn
tươi/ngày), số nhà máy tăng gấp đôi và công suất tăng gấp 3 so với 5 năm trước.
Ngồi ra, cịn có những cơ sở chế biến nhỏ lẻ và làng nghề nằm rải rác ở các địa
phương. Cùng với sản lượng sắn củ lớn nhất, khu vực Đơng Nam Bộ cũng có
năng suất và số lượng nhà máy sản xuất TBS lớn nhất cả nước. Trong đó, Tây
Ninh có nhiều nhà máy sản xuất TBS nhất (10 nhà máy) và Bình Phước là tỉnh
có năng suất lớn nhất (1.000 tấn/ngày). Ở khu vực phía Bắc thì n Bái là tỉnh
có sản lượng sản xuất tinh bột sắn lớn nhất (350 tấn/ngày). [30;36]
Tuy nhiên, sự tăng trưởng mạnh mẽ trong sản xuất và xuất khẩu sắn cũng
mang lại những quan ngại không nhỏ, nhất là nguy cơ tái diễn tình trạng phát
triển ồ ạt diện tích trồng sắn trong cả nước, vừa gây xói mịn đất vừa ảnh
hưởng bất lợi đến giá cả thị trường. Hơn nữa, với số nhà máy và cơ sở chế
biến sắn tăng nhanh đã và sẽ tạo ra một lượng chất thải khổng lồ, gây tác
động không nhỏ đến môi trường ở nhiều vùng nông thôn, nhất là các tỉnh có
diện tích trồng sắn lớn như Tây Ninh, Bình Phước, Đồng Nai và một số tỉnh ở
khu vực phía Bắc. [58,56].
Việt Nam hiện tồn tại 3 loại quy mô sản xuất tinh bột sắn điển hình sau: [1]
Qui mơ nhỏ (hộ và liên hộ): Đây là quy mơ có cơng suất 0,5 - 10 tấn tinh
bột sản phẩm/ ngày. Số cơ sở chế biến sắn quy mô nhỏ chiếm 70 - 74%. Công
nghệ thủ công, thiết bị tự tạo hoặc do các cơ sở cơ khí địa phương chế tạo. Hiệu
suất thu hồi và chất lượng tinh bột sắn không cao.
Qui mơ vừa: Đây là các doanh nghiệp có cơng suất dưới 50 tấn tinh bột sản
phẩm/ ngày. Số cơ sở chế biến sắn quy mô vừa chiếm 16- 20%. Đa phần các cơ
sở đều sử dụng thiết bị chế tạo trong nước nhưng có khả năng tạo ra sản phẩm
có chất lượng khơng thua kém các cơ sở nhập thiết bị của nước ngồi.
Trường Đại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
8
Qui mơ lớn: Nhóm này gồm các doanh nghiệp có công suất trên 50 tấn
tinh bột sản phẩm/ ngày. Số cơ sở chế biến sắn quy mô lớn chiếm khoảng
10% tổng số các cơ sở chế biến cả nước với công nghệ, thiết bị nhập từ Châu
Âu, Trung Quốc, Thái Lan. Đó là cơng nghệ tiên tiến hơn, có hiệu suất thu
hồi sản phẩm cao hơn, đạt chất lượng sản phẩm cao hơn, và sử dụng ít nước
hơn so với cơng nghệ trong nước. Tới nay cả nước đã có trên 60 nhà máy chế
biến tinh bột sắn cả nước ở qui mô lớn, công suất 50 - 200 tấn tinh bột sắn/
ngày và trên 4.000 cơ sở chế biến thủ công. Hiện tại, tổng công suất của các
nhà máy chế biến sắn qui mô công nghiệp đã và đang xây dựng có khả năng
chế biến được 40% sản lượng sắn cả nước.
Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, khoảng 40 - 45% sản lượng sắn dành
cho chế biến quy mơ lớn, hay cịn gọi là quy 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.
Qui trình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam gồm 3 loại hình cơng nghệ
chính. Đối với qui mô công nghiệp chủ yếu sử dụng công nghệ, thiết bị của
Trung Quốc và Thái Lan vì có giá thành và qui trình vận hành phù hợp với
điều kiện Việt Nam. Các nhà máy phân bố rải rác ở vùng núi Tây Bắc, Bắc
Trung Bộ, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Qui mô làng nghề tập trung chủ
yếu ở một số tỉnh thuộc đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long
với công nghệ và thiết bị nhỏ lẻ, không đồng bộ.
+ Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp thủ công: Củ sắn mua về
được rửa bằng tay và gọt vỏ bằng dao rồi nạo thủ công trên một bàn
nạo/mài trên tấm thiếc hoặc sắt mềm có đục lỗ tạo gờ sắc một bên. Bột sau
khi mài được đưa vào một tấm vải lọc buộc bốn góc và rửa bằng vịi nước.
Xơ sau khi rửa được vắt khô. Sữa bột thu được chứa trong xô/thùng chứa
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
9
để chờ tinh bột lắng xuống. Thay nước nhiều lần để loại bỏ nhựa, tạp chất
và HCN. Bột ướt vớt lên khay hoặc vắt qua vải lọc để tách nước rồi được
sấy khô tự nhiên. [19,9,35]
+ Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp bán cơ giới: Trong quy trình
này, việc gọt vỏ thường vẫn được tiến hành thủ công. Quá trình nạo/mài được
tiến hành bằng máy mài. Lực để quay trống được truyền qua trục động cơ
điện và dây curoa. Trống có phủ tấm kim loại đục lỗ được quay trong một
hộp máy có gắn phễu nạp củ phía trên và bột sau khi mài được chảy xuống
dưới. Quá trình mài được bổ sung một lượng nhỏ nước. Lượng tinh bột được
giải phóng và hồ tan nhờ cách làm này có thể đạt hiệu suất 70 - 90%. Bột
nhão thu được qua sàng lọc thô, lọc mịn và lọc tinh. Có thể bổ sung nước
trong khi tách các tạp chất và bã. Dịch thu được sẽ qua giai đoạn lắng để tách
nước. Lắng được tiến hành trong bể lắng hoặc bàn lắng (lắng trọng lực). Q
trình lắng có thể được bổ sung hóa chất giúp lắng nhanh hoặc tẩy trắng. Tinh
bột được tách ra bằng tay. Sấy khô tinh bột bằng phương pháp tự nhiên hoặc
cưỡng bức. [19,9,35]
+ Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp hiện đại: Yếu tố quan trọng
nhất trong sản xuất TBS chất lượng cao là tồn bộ q trình chế biến, từ khi
tiếp nhận củ đến khi sấy hoàn thiện sản phẩm phải được tiến hành trong thời
gian ngắn nhất có thể được để giảm thiểu q trình oxy hố, biến đổi hàm
lượng tinh bột sau thu hoạch và trong chế biến. TBS được chế biến từ nguyên
liệu là củ tươi hoặc khô (sắn củ, sắn lát), với các quy mơ và trình độ công
nghệ khác nhau. [19,9,35]
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
10
Củ sắn tươi
Nước, năng
lượng
S, năng
lượng và
nước
Nước, năng
lượng
Làm sạch và
tách vỏ
- Vỏ, đất cát
- Nước thải
Băm và mài củ
- Đầu củ
- Xơ sắn
Tẩy màu và ly
tâm tách bã
- Nước thải
- Bã thải sau
CBTBS*
Thu hồi tinh bột
khô
Nước thải
Thu hồi tinh bột
tinh
Năng lượng,
bao gói
Đóng gói và
hồn thiện
Nhiệt và
bao gói
Hình 2.3. Quy trình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam
2. Chất thải rắn trong sản xuất tinh bột sắn
Chất thải rắn trong sản xuất tinh bột gồm vỏ và bã của sắn củ, dong củ, có
lẫn cả tạp cát sạn. Vỏ lụa của sắn chứa chủ yếu là pectin, tinh bột và xơ. Các
chất thải rắn phát sinh chủ yếu từ công đoạn rửa củ, bóc vỏ và tách bã.
2.1. Nguồn phát sinh và tải lượng
Chất thải rắn từ quá trình sản xuất tinh bột sắn phát sinh chủ yếu từ công
đoạn rửa củ, bóc vỏ và tách bã gồm các loại sau [19,46,55].
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
11
- Vỏ, tạp chất (cơng đoạn rửa củ, bóc vỏ): Chiếm 5% khối lượng củ sắn tươi
- Bã, xơ vụn, vỏ lụa, hạt tinh bột (công đoạn tách bã): Loại chất thải rắn này
thường chiếm khoảng 15-20% lượng củ sắn tươi.
- Xỉ than đốt lò: Lượng than sử dụng trong chế biến tinh bột sắn từ củ sắn
tươi vào khoảng 0,6-0,8 tấn/tấn sản phẩm và lượng xỉ than tạo thành vào khoảng
0,2-0,3 tấn/tấn than cám.
- Rác thải sinh hoạt: Bao bì, chất thải rắn từ nguyên liệu như gốc, cuống sắn,
nguyên liệu hư hỏng…
Cân bằng vật chất (phần chất rắn) trong sản xuất tinh bột sắn được mô tả
như sau:
Theo nước
thải 0,05T
Sắn củ tươi
1T (100%)
Vỏ, cát, sạn
0,05T (5%)
Bột nghiền
0,95T (95%)
Bã sắn
0,4T (40%)
Tinh bột ẩm 73-80%
0,5T (50%)
Hình 2.4. Cân bằng vật chất trong sản xuất tinh bột sắn [19]
Cân bằng vật chất cho thấy 1 tấn củ sắn tươi phát sinh gần 0,45 tấn chất thải
rắn. Với sản lượng của 61 cở sở sản xuất tinh bột sắn đạt gần 7.000 tấn tinh
bột/ngày thì lượng chất thải rắn phát sinh rất lớn và ước tính như sau:
- Định mức tiêu thụ nguyên liệu khoảng 4-4,5 tấn/tấn sản phẩm nên lượng củ
sắn tươi dùng trong ngày hơn 28.000 tấn củ sắn tươi/ngày.
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
12
- Lượng chất thải rắn phát sinh khoảng: 0,45x28.000 tấn/ngày=12.600
tấn/ngày.
- Mỗi năm các nhà máy sản xuất từ 5-6 tháng/năm (150-180 ngày/năm):
Lượng chất thải rắn phát sinh hàng năm khoảng 1,89-2,27 triệu tấn.
2.2. Đặc trưng chất thải rắn
Bã thải từ công đoạn tách bã là nguồn chất thải rắn gây ô nhiễm chính trong
sản xuất tinh bột sắn. Đặc biệt, bã xơ có hàm lượng nước rất cao lên tới 88,990%, hàm lượng tinh bột và chất khô thấp nên gây khó khăn cho việc bảo quản
và làm giảm hiệu quả tái sử dụng bã, mặt khác bã còn chứa chất hữu cơ dễ
phân huỷ gây mùi khó chịu. Nếu không xử lý kịp thời sẽ gây ô nhiễm môi
trường và ảnh hưởng tới sức khoẻ người lao động. [19,9]
Bảng 2.2. Thành phần của bã sắn tươi [19]
TT
Thành phần
Đơn vị
Bã sẵn
1
pH
6,67
2
Nước
%
88,9
3
Tinh bột
%
6,2
4
Nts
%
0,013
5
Pts
%
0,026
Chất thải rắn từ quá trình sản xuất tinh bột sắn gồm vỏ củ, cát, sạn, bã…Đối
với các cơ sở sản xuất ở làng nghề, việc xử lý bã thải gặp rất nhiều khó khăn.
Mặc dù đã có biện pháp tích cực trong giải quyết vấn đề chất thải rắn song do
sản xuất nhỏ, cùng với ý thức người dân chưa cao dẫn đến ô nhiễm môi trường
do bã thải là đáng kể. Bã thải chất đống trên đường đi, thậm chí nhiều khi cịn
được xả thẳng cùng với nước thải. Nếu không được thu gom và xử lý kịp thời,
nhất là vào mùa hè khi nhiệt độ cao, các chất hữu cơ trong bã thải bị phân huỷ
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
13
gây mùi khó chịu, làm ơ nhiễm mơi trường khơng khí, ảnh hưởng xấu tới sức
khoẻ người dân. Về mùa mưa, cùng với đất cát và phương tiện giao thông, bã
thải góp phần làm cho đường xá trở nên lầy lội, gây khó khăn trong việc đi lại
và lưu thơng hàng hóa [9,50].
Xơ và bã sắn được thu nhận sau khi đã lọc hết tinh bột. Loại chất thải
rắn này thường chiếm 15 - 20 % lượng sắn tươi, gây ô nhiễm môi trường nếu
không được xử lý kịp thời. Bã thải rắn của ngành sản xuất tinh bột sắn thường
được các doanh nghiệp sản xuất tận dụng làm sản phẩm phụ dưới dạng thức ăn
gia súc. Nguồn thu từ sản phẩm phụ này là khơng đáng kể, cần có các biện
pháp sử dụng và quản lý bã thải rắn hiệu quả hơn.
Chất thải rắn của tinh bột sắn thường chứa chủ yếu là xenluloza, tinh bột,
HCN, những chất này nếu khơng được xử lý thì q trình phân hủy tự nhiên sẽ
sinh ra các chất như khí H2S, CH4, NH3…gây mùi hôi thối và điều này dẫn đến
một số nhà máy chế biến tinh bột sắn bị đình chỉ sản xuất như Nhà máy chế biến
tinh bột sắn Hà Tĩnh (Công ty CP hữu hạn Vedan Việt Nam) và nhà máy tinh
bột sắn Thanh Chương (Nghệ An).
3. Các phương pháp xử lý chất thải rắn sau chế biến tinh bột sắn
Hoạt động chế biến tinh bột sắn thải ra nước thải và chất thải rắn với lượng
lớn đã và đang gây ra ô nhiễm môi trường. Nước thải từ hoạt động sản xuất có
thể được xử lý bằng nhiều phương pháp như bể Aroten, UASB… tuy nhiên chất
thải rắn của hoạt động sản xuất này ở nước ta hiện nay chưa có nhiều phương
pháp xử lý thơng thường vẫn là sấy khô, chôn lấp…
Ở các nhà máy lớn vỏ củ và các tạp chất từ công đoạn rửa - bóc vỏ thường
được thiết kế khu chơn lấp riêng trong khn viên nhà máy. Bã sắn từ cơng đoạn
trích ly chiết suất của hầu hết các nhà máy đều ký hợp đồng bán cho các cơ sở
sản xuất thức ăn gia súc [9,50].
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
14
3.1. Biện pháp sấy khô bã sắn
Cho tới nay, trên thế giới và trong nước chưa có tài liệu nào nói về cơng
nghệ xử lý chất thải từ q trình chế biến sắn để có thể áp dụng trực tiếp giải
quyết ô nhiễm tại các làng nghề ở Việt Nam. Ở Thái Lan, nơi có sản lượng sắn
được chế biến nhiều nhất thế giới cũng chỉ bó hẹp trong việc sử dụng bã sắn ở
dạng phơi khô làm thức ăn gia súc.
Hiện nay, đa phần các cơ sở sản xuất đều đem bã sắn đi sấy khô. Tuy nhiên
việc sấy rất tốn kém do bã không được vắt đến độ ẩm phù hợp. Một số cơ sở chế
biến nhỏ vắt bã sơ bộ rồi phơi 5 – 7 ngày nắng vào mùa khô, hoặc 10 - 15 ngày
vào mùa mưa để bán bã khô cho cơ sở chế biến thức ăn chăn ni. Đối với các hộ
sản xuất nhỏ thì có thể sử dụng cách làm thủ cơng này cịn đối với các doanh
nghiệp có quy mơ sản xuất lớn thì phương pháp này khơng mấy hiệu quả, do đó
để tăng hiệu quả của biện pháp này các nhà khoa học đã nghiên cứu ra máy máy
vắt bã sắn VBS-3 và hệ thống sấy tĩnh SHG-4 [52].
Lựa chọn nguyên lý, thiết kế, chế tạo máy vắt bã sắn.
Phân tích thành phần của bã sắn và nguyên lý làm việc của một số máy vắt,
đã tiến hành thử nghiệm vắt bã sắn trên một số thiết bị như: máy ly tâm, máy ép
trục vít có lưới lọc, máy ép trục cán, máy ép dạng piston-xilanh lọc, dàn thúi
nghiệm vắt ép băng tải lọc. Kết quả cho thấy hầu hết các máy ly tâm và ép đều
khơng có hiệu quả với bã sắn. Với dàn thí nghiệm ép băng tải lọc, bã được ép
thành giải băng liên tục, độ ẩm sau vắt hầu như không phụ thuộc vào độ ẩm ban
đầu và đạt 57 ± 2% đảm bảo yêu cầu cho phơi sấy tiếp theo nên nguyên lý ép
băng tải lọc được chọn để thiết kế máy vắt bã sắn.
Máy vắt bã sắn VBS-3 được thiết kế có năng suất 3 tấn/giờ, đường kính
cũng như chiều dài tang trống ép bọc cao su là 500 mm, công suất lắp đặt 1,1
kW.
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
15
Lựa chọn nguyên lý, thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị sấy bã sắn
Phối hợp với các cơ sở chế biến làm khô bã trên nhiều thiết bị: phơi nắng,
sấy tĩnh, sấy thùng quay và sấy khí động nhằm lựa chọn công nghệ và thiết bị
sấy phù hợp.
Phơi nắng bã sau vắt với mật độ khoảng 25 – 40 kg/m2, thời gian để giảm
ẩm từ 55 - 58% xuống 14 - 15% là 3 ngày. Sấy trên máy sấy tĩnh SHG-4 cho
thời gian sấy rút ngắn hơn 3 lần so với phơi nắng và giá thành sấy khoảng 120
đ/kg bã khô. Sấy trên máy sấy thùng quay cho năng suất cao, thời gian sấy
nhanh (1 giờ), độ ẩm không đồng đều, giá thành cao (250 – 300 đ/kg bã khơ).
Quạt sấy của giai đoạn 1 và 2 có lưu lượng 7.000, 5.000 m3/h, áp lực 350,
300 mmH2O, và công suất 7,5 và 5,0 kW tương ứng. Cả hai giai đoạn, chiều dài
và đường kính của ống sấy 1 là L1 = 11 m, d = 350 mm, và của ống sấy 2 là L2 =
10 m, D = 1000 mm. [3]
Các kết quả thực nghiệm cho thấy bã sắn thải ra từ quá trình chế biến tinh
bột sắn cần được xử lý theo phương pháp làm khô để tận dụng làm thức ăn gia
súc. Làm khô bã sắn cần qua 2 giai đoạn: bằng máy vắt ép băng tải lọc để giảm
nhanh lượng nước trong bã, giúp giai đoạn sấy diễn ra nhanh hơn.
Hình 2.5. Sơ đồ quy trình xử lý bã sắn [52]
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
16
+ Ưu điểm: Có thể xử lý được một lượng lớn bã thải tinh bột sắn, dễ vận
hành.
+ Nhược điểm: Phương pháp này có nhược điểm là tiêu tốn năng lượng
trong q trình vận hành, tốn kinh phí cho thiết kế và vận hành. Muốn sử dụng
vào mục đích khác thì phải xử lý tiếp.
3.2. Biện pháp sinh học
Cơng nghệ sinh học hiện nay được áp dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc
sống, và đem lại hiệu quả cao. Biện pháp sinh học được xem là thân thiện với
môi trường, và giải quyết được triệt để vấn đề chất thải rắn của hoạt động sản
xuất tinh bột sắn.
Trên thực tế thì tại các hộ sản xuất quy mơ nhỏ thì chất thải rắn chủ yếu
vẫn thải bỏ trực tiếp ra mơi trường, một phần thì được chơn lấp, tuy nhiên
phương pháp này cần một diện tích đất bỏ trống, hơn nữa phương pháp này
không tái sử dụng được các chất thải rắn.[52]
Hiện nay cũng có rất nhiều các biện pháp sinh học được áp dụng trong xử
lý chất thải rắn tinh bột sắn. Nguyễn Hữu Văn và cộng sự đã nghiên cứu thành
cơng q trình ủ chua bã sắn với các chất phụ gia khác nhau để làm thức ăn cho
động vật nhai lại. Các phụ gia đựợc sử dụng là: cám gạo 3% + muối ăn 0.5%
(tính theo khối lượng tươi) (BSC); rỉ mật 3% + muối ăn 0,5% (BSMa); và muối
ăn 0.5% (BSMu). Bã sắn được trộn đều theo các cơng thức và ủ yếm khí trong
15 túi riêng biệt cho mỗi công thức. Mẫu thức ăn ở 3 túi ny lon trong mỗi công
thức ủ được lấy ngẫu nhiên ở các thời điểm 0, 7, 14, 21 và 42 ngày sau khi ủ để
phân tích thành phần hóa học. Giá trị pH và hàm lượng HCN ở các cơng thức
giảm nhanh chóng sau khi ủ. Giá trị pH thấp dưới 3,8 sau 21 ngày ủ và hàm
lượng HCN sau 14 và 21 ngày ủ lần lượt giảm xuống dưới mức 100 và 80 mg/kg
DM [24].
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp…………………..
17
