Nghiên ứu, khảo sát, thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn tại công ty cổ phần sắn sơn sơn

Ảnh hưởng của tải lượng dòng vào tới hiệu quả xử lý Trang 9 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT COD Nhu cầu oxy hoá hóa học BOD5 Nhu cầu oxy hoá sinh học 5 ngày SS Hàm lượng chất rắn lơ

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT, THIẾT KẾ HỆ THỐNG

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN SẮN SƠN SƠN

NGÔ MINH CÔNG

HÀ NỘI2009

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT , THIẾT KẾ HỆ THỐNG

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN SẮN SƠN SƠN

NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

MÃ SỐ: 60.85.06 NGÔ MINH CÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN NGỌC LÂN

HÀ NỘI 2009

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu khảo sát, , thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn tại Công ty Cổ phần sắn Sơn Sơn” do PGS TS

giả nào hay của tổ chức nào trong và ngoài nước Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung đã trình bày trong đề tài!

Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2009

Học viên

Ngô Minh Công

Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo và các Cán bộ phụ trách kỹ thuật Công ty Cổ phần sắn Sơn Sơn đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi tham quan, khảo sát, thu thập số liệu thực tế của Công ty

Xin cảm ơn các đồng nghiệp tại Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã động viên và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân và bạn

bè đã chăm sóc, giúp đỡ và động viên tôi trong toàn bộ quá trình học tập

Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2009

Học viên

Ngô Minh Công

Môc lôc

Trang

MỞ ĐẦU ……… 1

Chương – TI ỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ TINH BỘT Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI ………

3 I.1 Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới ……… 3

I.2 Tình hình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam ……… 5

Chương II - CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN VÀ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG ………

10 II.1 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ……… 10

II.1.1 Đặc trưng nguyên liệu ……… 10

II.1.2 Cấu tạo và thành phần hóa học của củ sắn ……… 11

II.1.3 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và ở Việt Nam …… 16

II.2 Hiện trạng môi trường của quá trình sản xuất tinh bột sắn ……… 25

II.2.1 Khí thải ……… 25

II.2.2 Nước thải ……… 26

II.2.3 Chất thải rắn ……… 28

II.3 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại Công ty Cổ phần sắn Sơn Sơn 29 II.3.1 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại Công ty Cổ phần sắn Sơn Sơn 29 II.3.2 Thuyết minh công nghệ sản xuất ……… 31

II.3.3 Hiện trạng nước thải tại Công ty Cổ phần Sắn Sơn Sơn ………… 36

Chương III - PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN ………

39 III.1 Các phương pháp bổ trợ cho xử lý sinh học ……… 39

III.2 Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên …… ………… 39

III.2.1 Cánh đồng lọc, cánh đồng tưới ……… 39

III.2.2 Xử lý bằng hồ sinh học ……… 42

III.3 Xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo ……… 47

III.3.1 Các quá trình hiếu khí ……… ……… 47

III.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp yếm khí ………… 55

III.4 Một số công nghệ, hệ thống xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn đã áp dụng tại Việt Nam ………

64

Chương IV – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN……… 65

IV.1 Mục đích, nội dung nghiên cứu ……… 65

IV 1 .1 Mục đích ……… 65

IV.1.2 Nội dung nghiên cứu ……… 65

IV.2 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu……… 65

IV.2.1 Đối tượng nghiên cứu……… 65

IV.2.2 Phương pháp phân tích ……… 66

IV.2.3 Các thông số đánh giá hiệu quả xử lý ……… 67

IV.3 Mô hình thiết bị Pilot ……… 68

IV.3.1 Mô hình thiết bị UASB ……… 68

IV.3.2 Mô hình thiết bị Aeroten ……… 69

IV.4 Kết quả nghiên cứu và thảo luận ……… 70

Chương V – THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT – CÔNG TY CỔ PHẦN SẮN SƠN SƠN………

79 V.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn … 79 V.2 Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải tại Công ty CP sắn Sơn Sơn … 80 V.3 Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại Công ty CP sắn Sơn Sơn ………

83 V.3.1 Bể lắng ngang ……… 84

V.3.2 Bể điều hòa ……… 86

V.3.3 Bể đông keo tụ ……… 87

V.3.4 Bể lắng tách nước và bông keo tụ ……… 89

V.3.5 Bể UASB ……… 90

V.3.6 Bể Aeroten ……… 93

V.3.7 Bể lắng bậc II ……… 104

Chương VI – TÍNH TOÁN CHI PHÍ XÂY DỰNG VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ………

106 VI.1 Chi phí xây dựng hệ thống ……… 106

VI.2 Chi phí vận hành hệ thống ……… 108

KẾT LUẬN ……… 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 111 PHỤ LỤC 11 3

Bảng 2.4 Nhu cầu nguyên vật liệu cho sản xuất 6.000 tấn TB/năm

Bảng 2.5 Đặc trưng nước thải công đoạn rửa củ

Bảng 2.6 Đặc trưng nước thải công đoạn trích ly chiết xuất

Bảng 3.1 Một số nồng độ giới hạn cho phép của các chất độc đối với quá trình lên men

Bảng 4.1 Thành phần nước thải công đoạn trích ly

Bảng 4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng C325 đến hiệu quả xử lý

Bảng 4.3 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả keo tụ

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả xử lý của bể UASB Bảng 4.5 Ảnh hưởng của tải lượng dòng vào tới hiệu quả xử lý

Bảng 4.6 Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu quả xử lý tại bể Aeroten Bảng 5.1 Lượng khí biogas ước tính thu hồi từ hệ thống xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn

Bảng 5.2 Hiệu suất tách tại bể lắng ngang

Bảng 5.3 Hiệu suất tách tại bể lắng tách nước và bông keo tụ

Bảng 5.4 Bể xử lý yếm khí UASB

Bảng 6.1 Tổng chi phí xây dựng và lắp đặt hệ thống

Bảng 6.2 Bảng định mức chi phí cho 1m3nước thải

Hình 2.4: Cân bằng vật chất trong sản xuất tinh bột sắn từ củ tươi

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại Công ty Cổ phầ sắn Sơn n Sơn

Hình 3.1 Sơ đồ chuyển hóa trong hồ tùy tiện

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống Aeroten truyền thống

Hình 3.3 Bể lọc sinh học

Hình 4.1 Mô hình thiết bị UASB

Hình 4.2 Mô hình thiết bị Aeroten

Hình 4.3 Ảnh hưởng của hàm lượng C325 đến hiệu quả xử lý

Hình 4.4 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý

Hình 4.5 Ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả xử lý yếm khí

Hình 4.6 Ảnh hưởng của tải lượng dòng vào tới hiệu quả xử lý

Hình 4.7 Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu quả xử lý tại bể Aeroten

Hình 5.1 Công nghệ thích hợp xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn

Hình 5.2: Đĩa phân phối khí

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

BOD5 Nhu cầu oxy hoá sinh học (5 ngày)

ĐHBKHN Trường Đại học Bách khoa Hà Nội KH&CN Khoa học và Công nghệ

MỞ ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước, công nghiệp chế biến nông sản thực phẩm là một trong những ngành được chú trọng phát triển

Sự phát triển sản xuất không đồng bộ với quy hoạch bảo vệ môi trường

đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, có thể dẫn đến hiểm họa môi trường

Hiện nay công nghệ sản xuất tinh bột sắn ngày càng phát triển, sản lượng tinh bột sắn không ngưng tăng lên Sản phẩm tinh bột sắn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế và đời sống Sắn là nguồn lương thực trực tiếp cho người, thức ăn cho gia súc, ngoài ra còn là nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác như: công nghiệp dược, may mặc, thực phẩm, … Tuy nhiên trong quá trình sản xuất tinh bột sắn cũng tạo ra lượng lớn chất thải, nhất là nước thải Đáng quan tâm nhất là nước thải từ công đoạn ly tâm (trích ly), nước thải này thường có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao: COD thường biến động từ 7.000 ÷ 41.000 mg/l, BOD5 biến động từ 6.200 ÷ 23.000 mg/l hàmlượng chất rắn lơ lửng cao từ 330 ÷ 4.100 mg/l, độ pH tương đối thấp từ 3,8 ÷5,7 [1] Lượng nước thải này nếu thải ra môi trường sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Xuất phát từ mục tiêu giảm thiểu ô nhiễm, giảm tác động đến môi trường và sức khỏe cộng đồng, cũng như đáp ứng được những yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt của Luật Môi trường đối với chất lượng nước thải, thì điều cần thiết và cấp bách là phải có giải pháp thích hợp nhằm xử lý kịp thời nước thải, tránh ô nhiễm môi trường, đảm bảo phát triển bền vững

Do đó tôi được giao thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khảo sát, , thiết kế

Nội dung luận văn gồm:

Chương IV: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương V: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn –

Công ty Cổ phần sắn Sơn Sơn, Thanh Sơn, Phú Thọ

Chương VI: Tính toán chi phí xây dựng và chi phí vận hành hệ thống.Kết luận

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Chương I

I.1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN TRÊN THẾ GIỚI

Sắn là một loại cây lương thực quan trọng ở nhiều nước trên thế giới đặc biệt là ở các nước nhiệt đới Châu Á, Châu Phi, và Châu Mỹ La tinh Cùng với sự phát triển của công nghiệp chế biến cây sắn ngày càng trở nên có giá trị kinh tế cao

Hiện nay, có trên 100 nước trồng sắn với diện tích khoảng 16 triệu ha tập trung ở Châu Phi 57%, Châu Á 25% và Châu Mỹ latinh 18% với tổng sản lượng 155 170 triệu tấn/năm÷ Những nước trồng nhiều nhất là Brazil, Nigerria, Indonesia và Thái Lan Ở châu Phi sắn luôn chiếm tỷ trọng cao trong cơ cấu lương thực, trung bình sắn được sử dụng tới 96 kg/người /năm Trên thế giới mức tiêu thụ là 18kg/người /năm Khoảng 85% sản lượng sắn tiêu thụ ở các nước trồng (trong đó 58% được sử dụng làm lương thực, 28% thức ăn gia súc, 3% dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp, ), 15% sản lượng còn lại xuất khẩu sang các nước hâu Âu, một số nước Châu Á và CNhật Bản dưới dạng tinh bột sắn, tapioca và sắn lát khô [2]

Khi phân chia sản lượng sắn theo các lục địa, tổ chức Lương thực thế giới (FAO) ước tính sản lượng sắn ở Châu Phi năm 2000 là 92,7 tăng không đáng

kể so với năm 1999 Mặc dù ở châu lục này sắn được trồng ở 39 quốc gia song có tới 70% sản lượng sắn được trồng ở Nigeria, Công gô và Tanzania Sắn hiện nay đã trở thành nguồn lương thực chủ yếu cho các nước trong khu vực, được dự trữ làm nguồn lương thực trong những tình trạng khẩn cấp, đặc biệt khi có chiến tranh và hạn hán

Khu vực Châu Mỹ La Tinh và vùng Caribê: Theo ước tính thì sản lượng sắn của vùng chiếm 20% sản lượng sắn toàn cầu Năm 2000 toàn khu vực có sản lượng sắn 32,1 triệu tấn, tăng 10% so với năm 1999 có được chủ yếu do

sự mở rộng thêm diện tích trồng sắn và áp dụng kỹ thuật tiến tiến trong quá trình tưới tiêu Trong đó phải kể đến sự đóng góp không nhỏ của Brazil nước chiếm 70% tổng sản lượng sắn toàn khu vực đã tăng thêm 12% tổng diện tích trồng sắn trong năm 2000 Giá sắn tăng cao đã khuyến khích người sản xuất

mở rộng qui mô và diện tích trồng sắn

Ở Châu Á sản lượng sắn năm 1999 là 50,9 triệu tấn còn năm 2000 là 50,5 triệu tấn, giảm ít so với năm 1999 (giảm 0,4 triệu tấn), chủ yếu là giảm sản lượng sắn ở Indonesia và Thái Lan (Thái Lan có sản lượng sắn cao nhất trong khu vực mỗi năm thu hoạch 17,7 19,1 triệu tấn) ÷ [3] Nguyên nhân của sự suy giảm này là do sự chuyển đổi cơ cấu cây trồng của một số nông dân Thái Lan từ trồng sắn sang trồng mía Tuy nhiên nhờ sự can thiệp rộng của chính phủ sản lượng bột sắn và sắn viên chỉ giảm xuống khoảng 1,3%, trong khi sản lượng sắn củ cần thay đổi là khoảng 0,8% Hậu quả của sự suy giảm sản lượng sắn chỉ là 0,5% ở Indonesia sự suy giảm là 4% do được mùa về gạo nên mức tiêu thụ sắn trong nước cho các nhu cầu sinh hoạt cũng như công nghiệp đều giảm Ngược lại, ở Việt Nam, sản lượng sắn tăng 13%, ấn độ tăng 2%, và thay đổi không đáng kể ở các nước khác

Năm 2006 và 2007, sản lượng sắn thế giới đạt 226,34 triệu tấn củ tươi

so với 2005/06 là 211,26 triệu tấn và 1961 là 71,26 triệu tấn Nước có sản lượng sắn nhiều nhất là Nigeria (45,72 triệu tấn), kế đến là Thái Lan (22,58 triệu tấn) và Indonesia (19,92 triệu tấn) Nước có năng suất sắn cao nhất là Ấn

Độ (31,43 tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21,09 tấn/ha), so với năng suất sắn bình quân của thế giới là 12,16 tấn/ha (FAO, 2008) [4]

Khả năng thu lợi cao từ việc xuất khẩu bột và tinh bột sắn khiến các nước xuất khẩu chủ yếu sẽ thay các giống sắn truyền thống bằng các giống sắn mới cho năng suất cao, hàm lượng tinh bột lớn thích hợp với chế biến công nghiệp Có như vậy mới đáp ứng được nhu cầu ở trong cũng như ngoài nước đang gia tăng

I.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN TẠI VIỆT NAM

Hiện nay 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, được canh tác phổ biến ở hầu hết các tỉnh Diện tích sắn trồng nhiều nhất ở Đông Nam Bộ và Tây Nguyên 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 nâng lên, năng suất thu hoạch sắn cũng như sản lượng tinh bột sắn được sản xuất cũng tăng lên theo thời gian Hình 1

mô tả tốc độ tăng trưởng về diện tích trồng sắn, năng suất và sản lượng tinh bột sắn của Việt nam Theo hình 1, tốc độ phát triển của sản lượng tinh bột sắn cao hơn gấp nhiều lần so với sự gia tăng của diện tích trồng sắn [1]

0 50 100 150 200 250 300 350 400 500 550 600 650 700 750 800

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

DiÖn tÝch (1.000 ha) S¶n lîng (10.000 tÊn) N¨ng suÊt (100 tÊn/ ha)

Hình 1.1 Biểu đồ tăng trưởng diện tích, năng suất

và sản lượng tinh bột sắn ở nước ta

Ngoài tinh bột sắn, các sản phẩm được chế biến từ sắn gồm cồn, rượu, bột ngọt, axit glutamic, axit amin, các loại si rô maltoza, glucoza, fructoza, tinh bột biến tính, maltodextrin, các loại đường chức năng, thức ăn gia súc, phân bón hữu cơ…

Từ đầu năm đến nay, sắn là một trong ít các mặt hàng có khối lượng xuất khẩu cũng như kim ngạch xuất khẩu tăng mạnh Theo số lượng thống kê sơ

bộ trong 7 tháng đầu năm 2009, cả nước đã xuất khẩu được 2,66 triệu tấn sắn

và tinh bột sắn, đạt kim ngạch 408 triệu USD, tăng 4,4 lần về sản lượng và tăng 2,8 lần về kim ngạch so với cùng kỳ 2008 [5]

Trong những năm gần đây, năng lực sản xuất và biến sắn của Việt Nam

đã có bước tiến bộ đáng kể Năm 2008 diện tích trồng sắn của nước ta đã tăng mạnh từ 270.000 ha (năm 2005) lên 510.000 ha, sản lượng ước đạt hơn 8 triệu tấn, tăng 2,3% so với năm ngoái nhưng tăng gần gấp đôi so với 3 năm trước Đáng chú ý là diện tích tăng vượt 135 nghìn ha so với quy hoạch phát triển sắn tới năm 2010 Năng suất những năm vừa qua cũng tăng, mặc dù không nhiều, từ 15,35 tấn/ha năm 2005 (trung bình của thế giới là 12,16 tấn/ha) lên 15,7 tấn/ha năm 2008 nhưng vẫn thấp so với Ấn Độ (31,43 tấn/ha), Thái Lan (21,09 tấn/ha) Sản lượng cả năm 2009 ước đạt 8,1 đến 8,6 triệu tấn, cao hơn năm ngoái khoảng 0,2 đến 0,4 triệu tấn Với tỷ trọng sắn cho xuất khẩu khoảng 48,6%, dùng làm thức ăn gia súc 22,4%, chế biến thủ công 16,8%, chỉ

có 12,2% dùng tiêu thụ tươi thì khối lượng cho xuất khẩu năm nay của Việt Nam vào khoảng 4 triệu tấn 6 tháng đầu năm 2009, Việt Nam đã xuất được 2,4 triệu tấn sắn (trọng đó đã bao gồm một lượng lớn tồn kho của năm 2008 chuyển sang) Với nguồn cung vụ mới được bổ sung vào cuối năm, dự báo cả năm nay Việt Nam sẽ xuất khẩu khoảng 4,6 5 triệu tấn sắn, tương đương - khối lượng xuất khẩu 5 tháng cuối năm khoảng 1,8 2,3 triệu tấn- [5]

Nhiều nhà máy chế biến sắn ở trong nước cũng được xây dựng Trên

phạm vi cả nước, có khoảng 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn có quy mô công nghiệp với tổng công suất chế biến mỗi năm hơn nửa triệu tấn tinh bột sắn, tương ứng với nhu cầu sử dụng gần 2,5 triệu tấn củ sắn tươi, bằng 30% sản lượng cả nước, tăng gấp đôi số nhà máy và gấp 3 về công suất so với 5 năm trước đây [5]

Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, khoảng 40 45% sản lượng sắn dành - cho chế biến quy mô lớn, hay còn gọi là quy mô công 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

Bảng 1.1: Một số nhà máy sản xuất tinh bột sắn qui mô lớn ở Việt Nam [3]

(tấn/ngày)

17 Liên doanh Hàn Quốc-Tây Ninh Tây Ninh 100

Sản phẩm của các doanh nghiệp này là tinh bột sắn cao cấp, có giá trị xuất khẩu cao Các công ty này thường được trang bị bằng công nghệ tiên tiến, nhập từ các nước chế biến sắn hàng đầu như Thái Lan, Trung Quốc, Đài Loan Sắn được chế biến hoàn toàn bằng máy do đó việc chế biến tinh bột sắn từ sắn củ

tươi trở nên rất hiệu quả Cùng với sự đầu tư này đã làm tăng đáng kể sản lượng

tinh bột sắn

Đặc thù sản xuất

Hiện nay ở Việt nam có rất nhiều loại hình chế biến sắn, tuỳ thuộc vào qui mô công nghệ, vốn, lao động nhưng về cơ bản có thể chia thành 3 loại hình chế biến sắn như sau [6]:

- Doanh nghiệp tư nhân qui mô nhỏ (qui mô hộ gia đình nông dân): Loại

hình này chủ yếu phát triển mạnh ở một số vùng đồng bằ g và trung du như nHoà bình, Hà Nam, Nam Định, Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Hà Tây Sản phẩm chủ yếu là tinh bột sắn và các sản phẩm từ tinh bột sắn như bún khô, bánh đa Về thiết bị và công nghệ chế biến ở đây có mức độ cơ giới hoá thấp, chủ yếu lao động thủ công trong những làng nghề truyền thống ở các vùng nông thôn Một vấn đề chung đối với các doanh nghiệp loại này là nguồn ô nhiễm phân tán

- Doanh nghiệp tư nhân qui mô vừa: Mô hình "Hợp tác xã"

Hiện nay có rất ít doanh nghiệp qui mô vừa, ở mỗi tỉnh sản xuất nhiều sắn thường có khoảng 4 6 doanh nghiệp loại này Doanh nghiệp qui mô vừa có ÷ khoảng 10 15 công nhân Chế biến khoảng 10 100 tấn sắn tươi (chứa ÷ ÷ khoảng 25 27% tinh bột sắn mỗi ngày, thu được 4 20 tấn tinh bột ÷ ÷ [6] Các doanh nghiệp này sản xuất chủ yếu 2 loại sản phẩm: Tinh bột ướt và tinh bột khô, mức độ cơ giới hoá ở các công đoạn: bóc vỏ, nạo sắn, thái, lọc và sấy khô Do đó quá trình chế biến đòi hỏi nhiều vốn, ít lao động và sử dụng nhiều nước hơn Các doanh nghiệp này không sử dụng SO2 để tẩy trắng tinh bột như trong các nhà máy lớn

- Nhà máy qui mô lớn: Để đáp ứng nhu cầu tinh bột sắn ngày càng tăng

của các ngành công nghiệp như giấy, dệt, bột ngọt…trong những năm qua đã

có nhiều nhà máy chế biến tinh bột sắn qui mô lớn được xây dựng Các công

ty này thường là liên doanh giữa một công ty của Việt Nam với một công ty nước ngoài và xuất hiện từ những năm 90 Các công ty qui mô lớn có số lượng công nhân khoảng tà 50 150 người, chế biến từ 400 tấn sắn tươi mỗi ÷ ngày trở lên, tạo ra khoảng trên 100 tấn tinh bột khô mỗi ngày [6]

Chương II

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN

VÀ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG

II.1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN

II.1.1 Đặc trưng nguyên liệu

Sắn là loại cây lương thực nhiều tinh bột được trồng phổ biến ở khắp nơi trên thế giới, do có nhiều ưu thế hơn một số loại cây khác: Sắn rất dễ trồng, có thể thích ứng với nhiều nguồn đất, đặc biệt là đất đồi, khí hậu ôn đới và nhiệt đới, ít tông công chăm sóc mà lại cho năng suất và giá trị kinh tế cao Năng suất tính theo calo của sắn có thể đạt từ 7,3 ÷ 29 x106 kcalo/ha, cao hơn hẳn

so với các cây khác như ngô (7,6 x106 kcalo/ha); lúa (5 x106 kcalo/ha); lúa mì (4,1 x106 kcalo/ha) [7]

Hiện nay trên thế giới có gần 100 loại sắn khác nhau Sắn có tên khoa học

là Manihot, thuộc họ đại kích, ưa ấm và ẩm Sắn có nguồn gốc ban đầu ở vùng hoang vu thuộc Trung và Nam Châu Mỹ, về sau phát triển dần sang Châu Phi và Châu á ( chủ yếu là Châu Á) ở nước ta, sắn được trồng từ cuối thế kỷ 19, các vùng trồng sắn được trải dài khắp đất nước từ Nam ra Bắc, nhiều nhất vẫn là Trung du và miền núi như Tây Nguyên, Lâm Đồng, Phú Thọ, Tuyên Quang, Hoà Bình, Hà Tây Sắn được trồng 2 vụ trong năm: Vụ Xuân bắt đầu từ tháng 2 đến tháng 3 và thu hoạch vào cuối năm, vụ Thu trồng vào tháng 8 và thu hoạch vào tháng 5 hoặc tháng 6 năm sau Do cây sắn có thời gian sinh trưởng dài vì vậy phải thu hoạch đúng thời vụ thì củ sắn mới tươi và hàm lượng tinh bột mới cao hơn Nếu để quá lâu (sắn lưu) củ sẽ nhiều

xơ, hàm lượng tinh bột giảm, sắn bị sượng

* Phân loại sắn: Có rất nhiều cách để phân loại sắn phụ thuộc vào đặc

điểm, thời gian sinh trưởng, hàm lượng độc tố nhưng nói chung về ý nghĩa kinh tế và tính chất công nghệ trong sản xuất tinh bột thì sắn được chia làm hai loại chính là sắn đắng và sắn ngọt Cách chia này phụ thuộc vào vào hàm lượng bột và độc tố có trong củ sắn [8]

- Sắn đắng (Manihot utilissma) hay còn gọi là sắn Dù, sắn say Sắn đắng

cây thấp ( cây cao không quá 1m), nên ít bị đổ do gió bão, đốt ngắn thân cây khi non có màu xanh nhạt, củ có vỏ gỗ màu nâu sẫm, thịt củ có màu trắng, có hàm lượng tinh bột cao Tuy nhiên hàm lượng độc tố trong sắn cũng khá cao nên khi ăn tươi (luộc, nấu) dễ gây ngộ độc

- Sắn ngọt (Manihot dulcis), gồm các loại còn lại như sắn vàng, sắn đỏ,

sắn trắng có hàm lượng độc tố thấp về hàm lượng tinh bột biến động mạnh giũa các giống sắn Mỗi loại sắn có đặc điểm riêng để phân biệt: Sắn vàng hay còn gọi là sắn Nghệ, khi non có màu xanh thẫm, cuống lá có màu đỏ sọc nhạt,

vó gỗ của củ có màu nâu, vỏ cùi trắng, thịt củ lại có màu vàng nhạt Sắn đỏ có hàm lượng tinh bột thấp nhất chiếm khoảng 20% [8], sắn đỏ có thân cây thấp, khi nhỏ thân màu xanh sẫm, cuống và gân lá có màu đỏ thẫm, củ dài, to, vỏ

gỗ màu nâu đậm, vỏ cùi dày, màu hơi đỏ, thịt củ trắng Sắn trắng thân cao, khi non mầu xanh nhạt, cuống lá màu đỏ, củ ngắn và mập, vỏ gỗ mầu xám nhạt, thịt củ và vỏ cùi trắng Nói chung so với sắn đắng thì sắn ngọt có hàm lượng tinh bột thấp hơn nhưng ít độc tố nên có thể ăn tươi không bị ngộ độc, dễ chế biến

II.1.2 Cấu tạo và thành phần hoá học của củ sắn

a/ Cấu tạo của củ sắn [8]

Sắn là loại rễ củ có lõi nối từ thân dọc theo củ đến đuôi củ, củ sắn thường vót hai đầu, kích thước củ dao động trong khoảng khá rộng; chiều dài 0,1 ÷ 1 m, đường kính 2 8 cm tuỳ thuộc vào giống, điều k÷ iện canh tác, chất đất Đường kính củ không điều theo chiều dài củ, đầu cuống củ to và nhiều xơ

còn chuôi củ nhỏ vuốt và mềm, ít xơ hơn do phát triển sau

Cấu tạo của củ gồm 4 phần chính:

Vỏ gỗ: Hay còn gọi là vỏ lụa là lớp bao bọc ngoài cùng của củ sắn, dày

khoảng 0,2 ÷ 0,6 mm, thường chiếm từ 0,5 ÷ 3 % khối lượng toàn củ sắn [8] Lớp vỏ gỗ dày gồm những tế bào sít, thành dày được cấu tạo chủ yếu từ xenlulô và hêmixenluloza không chứa tinh bột có tác dụng bảo vệ củ sắn khỏi

bị tác động của các yếu tố bên ngoài làm hư hỏng, đồng thời có tác động phòng mất nước cho củ Trong sản xuất tinh bột lớp vỏ gỗ được loại bỏ

Vỏ cùi: hay vỏ thịt nằm trong lớp vỏ gỗ, lớp vỏ cùi dầy hơn vỏ gỗ

(khoảng 1 ÷3mm), chiếm 5÷20% trọng lượng củ [8] Cấu tạo gồm các lớp tế bào mô cứng phủ ngoài, thành phần chủ yếu của lớp này là Xenluloza, pectin, tinh bột và chứa nhiều dịch độc khác từ bên ngoài bên trong lớp tế bào mô cứng là lớp tế bào mô mềm chứa các hạt tinh bột, hợp chất chứa Nitơ và dịch bào (mủ) có sắc tố, độc tố, các enzim Vì vỏ cùi có nhiều tinh bột (5 ÷ 8%) nên khi chế biến nếu tách đi thì tổn thất tinh bột, nếu không tách thì chế biến khó khăn vì nhiều chất trong mủ ảnh hưởng đến màu sắc của tinh bột

Thịt củ: Phần quan trọng nhất của củ sắn, chiếm khoảng 77 ÷ 4% khối

lượng toàn củ sắn [8] Thịt sắn khi mới đào dỡ có màu trắng mịn Nếu bị sây sát hay bảo quản lâu sẽ chuyển sang màu vàng và đôi khi có các đốm đen Lớp ngoài cùng của củ sắn là lớp sinh gỗ chỉ mỏng Với củ phát triển bình thường, thu hoạch đúng vụ thì tầng sinh gỗ chỉ rõ sau khi luộc, còn với củ đào muộn thì thấy rõ hơn Tiếp trong phần sinh gỗ là thịt sắn, gồm các tế bào nhu

mô thành mỏng là chính, chứa các hạt tinh bột, nguyên sinh chất, gluxit hoà tan, một lượng nhỏ protein, lipit, các khoáng chất, vitamin và một số ezim Đây là phần dự trữ chủ yếu các chất dinh dưỡng của củ Trong tế bào thịt sắn cũng chứa dịch bào nhưng hàm lượng ít hơn so với trong vỏ cùi (khoảng 0,3-5%) Ngoài các tế bào nhu mô, trong thịt sắn còn có các tế bào thành cứng mà

thành phần chủ yếu là xenluloza nên cứng như gỗ gọi là xơ không chứa tinh bột Các tế bào này tạo thành những lớp xơ, thường có nhiều ở đầu cuống Đặc biệt ở sắn lâu năm sẽ hình thành các vòng xơ, mỗi năm một vòng, từ số vòng xơ người ta biết được lưu niên của sắn Sắn càng lâu niên cho hiệu suất tinh bột càng thấp Xơ sắn sẽ làm giảm hiệu suất của máy xay sát và máy thái (nếu có) Hàm lượng tinh bột phân bố trong lớp thịt sắn không đều, lớp thịt càng gần vỏ hàm lượng tinh bột càng cao, càng gần lõi hàm lượng tinh bột càng giảm

Lõi sắn: Thường nằm ở trung tâm của củ và chạy suốt từ đầu cuống tới

chuôi củ Càng sát cuống thì lõi càng lớn và nhỏ dần về phía chuôi củ Lõi sắn chiếm khoảng 0,3-1% khối lượng toàn củ sắn [8] Lõi sắn có thành phần chủ yếu là xenluloza, và một lượng rất nhỏ tinh bột Lõi có chức năng lưu thông nước, chất dinh dưỡng giữa cây và củ

b/ Thành phần hoá học của củ sắn

Thành phần hoá học của củ sắn phụ thuộc rất nhiều vào giống, loại đất trồng, điều kiện đất đai, khí hậu, điều kiện chăm bón, sinh trưởng, thời gian thu hoạch

Tinh bột: Trong thành phần hoá học của sắn tinh bột chiếm tỷ lệ cao

(20÷34%) Hàm lượng tinh bột của sắn cao hay thấp phụ thuộc vào nhiều yếu

tố, trong đó, độ già có ý nghĩa rất quan trọng mà độ già lại phụ thuộc vào thời gian thu hoạch ở các tỉnh phía Bắc nước ta, với giống sắn có thời gian sinh trưởng một năm thì trồng vào tháng 2 và thu hoạch từ tháng 9 đến tháng 4 năm sau Thu hoạch sắn vào tháng 12 và tháng 1 thì hàm lượng tinh bột cao nhất Tháng 9, tháng 10 củ ít tinh bột, hàm lượng nước cao, lượng chất hoà tan lớn, sắn non không chỉ cho hiệu suất thu hồi tinh bột thấp mà còn khó bảo quản tươi Ngược lại thu hoạch vào tháng 3, tháng 4 hàm lượng tinh bột lại giảm vì một phần tinh bột bị phân huỷ thành đường để nuôi mầm non trong khi cây chưa có khả năng quang hợp

Đường: Trong sắn chiếm 1÷3,1%, chủ yếu là Gulucoza và một ít

mantoza, sacaroza Sắn càng già thì hàm lượng đường càng giảm trong khi chế biến đường hoà tan trong nước, ra theo nước thải

Protein: Protein của củ sắn tới nay chưa được nghiên cứu kỹ, tuy nhiên vì hàm lượng thấp nên cũng ít ảnh hưởng tới quy trình công nghệ Do đặc điểm nghèo protein nên ở Việt Nam và nhiều nước trên thế giới hiện nay chủ yếu

sử dụng sắn để sản xuất tinh bột

Ngoài các thành phần trên, trong sắn còn có độc tố, tanin, sắc tố và cả hệ enzim phức tạp Những chất này gây khó khăn cho chế biến nhất là khi quy trình công nghệ không được tối ưu hoá, chất lượng sản phẩm sẽ kém

Độc tố: Trong sắn củ tươi chứa một lượng hợp chất có tên glucozit

linamarin (C10H17O6) nhất là khi củ chưa được thu hoạch, bản thân hợp chất này không độc nhưng khi trong môi trường axit (như trong dạ dày sau khi ăn hay trong dịch sản xuất tinh bột) bị phân huỷ và giải phóng ra axit cianhydric (HCN) là chất rất độc chỉ cần một lượng nhỏ cũng đủ gây chết người (lượng HCN có thể gây chết người là 1mg/kg cơ thể) Hợp chất glucozit có ở hầu hết

các bộ phận của cây, ở sắn đắng chứa nhiều độc tố hơn sắn ngọt (ở sắn ngọt

có khoảng 20 30g/1kg sắn, ở sắn đắng khoảng 60 ÷ ÷ 150 g/1kg sắn) [6] Độc

tố tập trung chủ yếu ở vỏ cùi và dễ hoà tan trong nước vì vậy khi ăn tươi (dù

là sắn đắng hay sắn ngọt) cũng nên bóc vỏ cùi, và ngâm trong nước khoảng 2÷3 giờ để loại độc tố

Trong sản xuất tinh bột, HCN phản ứng với sắt thường có trong nước tạo thành xianat có màu xám đen, do đó không tách dịch nước ra nhanh thì sẽ ảnh hưởng đến màu sắc tinh bột, làm giảm chất lượng thành phẩm

Ezim: Các enzim trong sắn cho tới nay chưa được nghiên cứu kỹ, tuy nhiên trong hệ enzim của sắn các enzim polyphenolxydaza ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của sắn trong bảo quản cũng như trong sản xuất và chế biến Khi sắn chưa thu hoạch thì hoạt độ của các enzim trong sắn yếu và ổn định nhưng sau khi tách củ khỏi cây các enzim đều hoạt động mạnh polyphenolxydaza xúc tác quá trình oxy hoá polyphenol tạo thành octokinol sau đó trùng hợp với các chất không có bản chất phenol như axit amin để tạo thành các hợp chất có màu Trong nhóm polyphenolxydaza có những enzim oxy hoá các mono phenol mà điển hình là tirezinaza xúc tác sự ôxy hoá tiozin tạo ra các kinol tương ứng Sau một chuỗi chuyển hoá, các kinol này sinh ra sắc tố màu xám đen (hiện tượng “chảy nhựa”), những vết đen này xuất hiện trong củ sắn bắt đầu từ lớp vỏ cùi

Sắn bị chảy nhựa sẽ ảnh hưởng không tốt đến chất lượng sắn cũng như quy trình công nghệ trong sản xuất tinh bột sắn và trong xử lý nước thải Khi luộc sắn ăn thì bị sượng, còn khi mài sát khó phá vỡ tế bào để giải phóng tinh bột do đó hiệu suất thu hồi tinh bột giảm mạnh, tinh bột không trắng

Ngoài tirozinaza, các enzim ôxy hoá khử khác cũng hoạt động mạnh làm tổn thất chất khô của củ như:

Tanin: Hàm lượng tanin có trong sắn thấp, nhưng sản phẩm oxy hoá tanin lại là flobazen có màu đen khó tẩy Mặt khác trong chế biến tanin còn tác dụng với sắt tạo thành tanat cũng có màu xám đen Cả hai chất này đều ảnh hưởng đến màu tinh bột, do đó khi chế biến ta phải tách dịch bảo ra khỏi tinh bột cành nhanh càng tốt

Sắc tố: Cho tới nay sắc tố trong sắn chưa được nghiên cứu đầy đủ, tuy

nhiên trong sản xuất, chế biến cũng như trong bảo quản đều xảy ra quá trình hình thành các sắc tố mới cho tác dụng của polyphenol tạo thành octoquinol

và sau đó tạo thành flobazen có màu đen

Vitamin: Ngoài các thành phần kể trên trong sắn còn chứa một lượng rất nhỏ vitamin, chủ yếu là vitamin thuộc nhóm B, trong đó B1 khoảng 0,03mg/100g, B2 khoảng 0,03mg/100g và vitamin PP khoảng 0,6mg/100g [8]

I 1I .3 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và ở Việt Nam

Trong sắn, ngoài tinh bột còn có thành phần chất khô khác như: chất xơ, chất hoà tan, chất tạo mầu Vì vậy nhiệm vụ của quá trình sản xuất tinh bột sắn là lấy tinh bột tới mức tối đa bằng cách phá vỡ tế bào, giải phóng tinh bột

và tác tinh bột khỏi các chất hoà tan cũng như các chất không hoà tan khác

Để sản xuất tinh bột từ củ sắn củ, có thể sử dụng các phương pháp sau:

Phương pháp lắng tĩnh

Phương pháp lắng động

Phương pháp tách ly tâm

Phương pháp lắng tĩnh: Là phương pháp thủ công, cho năng suất thấp,

yêu cầu diện tích sản xuất lớn, chất lượng sản phẩm thấp, trình độ kỹ thuật đơn giản, gián đoạn chỉ phù hợp với quy mô nhỏ

Phương pháp lắng động: Là phương pháp ưu việt hơn phương pháp lắng

tĩnh, đòi hỏi độ dài máng lắng rất lớn khó có thể đạt năng suất cao, gộp luôn

các công đoạn tách xơ, đạm, muối vô cơ ra khỏi tinh bột trên máng lắng nên chất lượng sản phẩm không cao, hiệu suất thu hồi tinh bột thấp, lao động vất

vả khó đảm bảo vệ sinh công nghiệp

Phương pháp tách ly tâm: Là phương pháp dùng thiết bị ly tâm để thực

hiện các quá trình tách, phương pháp này cho chất lượng sản phẩm cao, năng suất lớn, quá trình được tự động hoá, diện tích sản xuất không đòi hỏi lớn, đảm bảo vệ sinh công nghiệp Phương pháp này là hiện đại nhất thế giới hiện nay

* Sau đây là một số quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn

II.1.3.1 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Thái Lan:

Thái Lan là nước đứng đầu thế giới về xuất khẩu sản phẩm sắn ở Thái Lan có nhiều tập đoàn và công ty sản xuất thiết bị chế biến sắn, nhưng lớn nhất và có uy tín nhất là BANGNA STEEL WORKS LTD.PART và S.W.GROUP CO.LTD Nhìn chung quy trình công nghệ của các công ty Thái Lan cơ bản giống nhau và có dạng nêu ở Hình 2.1

Ưu điểm chính của quy trình công nghệ Thái Lan là công đoạn trích ly, chiết suất được thực hiện qua nhiều giai đoạn: Nghiền → trích ly, chiết suất

→ nghiền trích ly, chiết suất kết hợp với xử lý bột bằng SO→ 2 Do vậy quy trình công nghệ của Thái Lan cho tỷ lệ thu hồi tinh bột cao, lượng tinh bột thải ra theo bã có thể hạn chế tới mức thấp nhất

`

Khí

Vỏ sắn, tạp chất

II.1.3.2 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc:

Hình 2 .2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn kèm dòng thải

của Trung Quốc [2]

Trung Quốc không phải là nước trồng nhiều sắn ở Châu Á, song vì nhu cầu đối với tinh bột sắn ngày một cao, đặc biệt là mấy năm gần đây, nên Trung Quốc phải nhập sản phẩm sắn, nhất là sắn lát khô, chính vì vậy công nghiệp sản xuất thiết bị chế biến sắn cũng phát triển Hình 2.2 là quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc Nhìn chung quy trình công nghệ của Trung Quốc cơ bản tuân thủ theo các bước chính của một quy trình sản xuất tinh bột sắn, còn chi tiết từng công đoạn có khác với quy trình công nghệ của Thái Lan hay các nước khác

Điểm đặc biệt chính của quy trình công nghệ Trung Quốc so với các công nghệ khác là trong khâu tẩy trắng không dùng SO2 (hoặc với số lượng không đáng kể), mà chủ yếu là lắng lọc tự nhiên kết hợp với các máy khử cát

II.1.3.3 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Việt Nam:

a/ Công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô công nghiệp:

Trong những năm gần đây có nhiều nhà máy sản xuất tinh bột sắn được xây dựng với công nghệ và thiết bị tương đối hiện đại cho năng suất thu hồi tinh bột cao và định mức tiêu hao nguyên nhiên vật liệu thấp Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở các nhà máy chế biến tinh bột sắn ở Việt Nam với quy mô lớn thường là nhập ngoại Một số nhà máy áp dụng công nghệ sản xuất tinh bột của Thái Lan: Nhà máy tinh bột sắn ĐakLak, Việt Nam Tapioca (Tây Ninh)… , công nghệ của Trung Quốc như: Nhà máy tinh bột sắn Thừa Thiên Huế…

b/ Công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại các làng nghề:

Sản xuất tinh bột sắn bằng phương pháp thủ công các công đoạn hết sức đơn giản, chỉ gồm những quá trình cơ bản để phá vỡ cấu trúc tế bào và thu hồi tinh bột Quá trình sản xuất gián đoạn, thiết bị cũ kỹ, thô sơ không đồng bộ nên mức độ cơ giới hoá thấp Vì vậy hiệu quả thu hồi tinh bột không cao và tổn thất khi vận chuyển bằng thủ công giữa các công đoạn lớn

Sơ đồ qui trình công nghệ:

* Sau đây là đặc điểm một số công đoạn trong quá trình sản xuất TB sắn:

- Công đoạn rửa củ, bóc vỏ

Sắn củ tươi tối đa trong vòng 3 ngày sau khi thu hoạch phải đưa vào chế biến Sắn được băng chuyền xích đưa đều đặn vào máy bóc vỏ có dạng trống quay hình trụ, nằm ngang Trong thiết bị có kết cấu gồm các thanh sắt song

Sản phẩm

TB sắn

song với nhau, trên có đục lỗ Khi động cơ làm việc, lồng quay, nước được phân phối đều Tại đây dưới sự va đập các củ sắn với nhau và va đập vào thành lồng, vỏ lụa ngoài của củ sắn sẽ tróc ra đồng thời loại bỏ được đất cát bám trên củ

- Công đoạn Nghiền

Nghiền nhằm phá vỡ cấu trúc tế bào của củ sắn để giải phóng các hạt tinh bột Hiệu quả của quá trình thu hồi tinh bột phụ thuộc vào quá trình phá vỡ các mô và các tế bào Để tách được nhiều tinh bột từ củ quá trình nghiền sắn càng mịn càng tốt, tuy nhiên quá trình nghiền quá mịn sẽ tốn năng lượng và chất xơ trở nên quá mịn khó tách hoàn toàn chúng ra khỏi tinh bột

Sắn củ tươi sau khi bóc vỏ và rửa sạch được băng chuyền đưa vào máy nghiền búa Tại đây dưới tác dụng của búa quay với tốc độ lớn (3.000vòng/phút) sắn được đập nhỏ, kết hợp với nước bơm tạo thành hỗn hợp

bã - nước - bột Hỗn hợn này được đưa đến bể chứa

Sau khi mài nghiền, nhựa sắn gồm các alkaloit, các cyanide được giải phóng Hydrogen cyanide có khả năng bay hơi mạnh ở nhiệt độ 27oC, phần còn lại nằm trong khối bột nhão Khi cấu trúc tế bào bị phá vỡ, chúng lập tức phản ứng ngay với oxy ngoài không khí tạo ra các hợp chất có màu và có khả năng bám chặt vào tinh bột làm giảm chất lượng sản phẩm Do vậy người ta thêm dung dịch, NaHSO3, H2SO3 hoặc sục khí SO2 vào để khử các chất màu nhờ vào thế khử mạnh của các hợp chất sunfua Ngoài ra, SO2 còn hạn chế sự phát triển của vi sinh vật

- Công đoạn tách chiết suất

Đây là công đoạn quan trọng nhất quyết định tỷ lệ thu hồi và chất lượng của tinh bột Công đoạn này thường được tiến hành qua nhiều giai đoạn:

Giai đoạn 1: Sàng tách tinh bột, nước ra khỏi bã

Hỗn hợp bã - nước - bột từ bể chứa được hút và bơm với một áp lực cao (3 ÷ 4 at) vào sàng rung (hoặc sàng cong áp lực tĩnh) và máy ly tâm Dưới tác dụng của lực ly tâm, tinh bột và nước được tách ra khỏi bã Quá trình chiết suất được thực hiện lặp đi lặp lại nhiều lần để tách triệt để tinh bột trong hỗn hợp bã - nước - bột.

Giai đoạn 2: Tách ly, chiết suất loại bỏ bụi bẩn và bã nhỏ

Bột lỏng thu được có hàm lượng nước rất cao và lẫn nhiều tạp chất như đất, cát, bụi bẩn Do vậy hỗn hợp này được bơm hút và đưa vào thiết bị Xyclon để tách cát, bụi bẩn Sau đó được đưa vào máy ly tâm dạng đĩa nhằm loại bỏ các loại bã nhỏ và quan trọng nhất là thu hồi được loại bột đồng nhất

Để có chất lượng tinh bột cao công đoạn này cũng được thực hiện hai lần liên tiếp Bã loại ra lại được hoà với nước và đưa lại máy nghiền để làm nhỏ và đưa quay trở lại các thiết bị tách chiết suất để tận thu tinh bột Như vậy qua tất

cả công đoạn này có thể thu được 84 ÷ 86% lượng tinh bột có trong sắn nguyên liệu [2]

Bã (xeluloza) thu được từ công đoạn tách chiết suất có hàm lượng nước rất cao (70 75%) và còn chứa 12 14% tinh bột Do vậy ở phần lớn các nhà ÷ ÷ máy sản xuất tinh bột sắn đều dùng bã sắn để sản xuất cồn (Ethylic) hoặc làm thức ăn cho gia súc ở Việt nam, để xử lý bã sắn, biện pháp tốt nhất bảo đảm

vệ sinh môi trường mà nhà máy vẫn hoạt động liên tục là đưa bã sắn vào thiết

bị ép vít me nhằm loại bỏ bọt nước (xuống còn khoảng 40%), sau đó được sấy xuống độ ẩm 14 ÷ 15% Bã này dùng để làm thức ăn gia súc, hoặc phân bón hữu cơ vi sinh

Mục đích của công đoạn này là tách bớt nước trong dung dịch sữa bột ra

để giúp cho công đoạn sấy khô được nhanh hơn Sữa bột lỏng thu được qua hai lần ly tâm bằng máy ly tâm dạng đĩa được đưa vào máy ly tâm tách nước

để đưa dung dịch sữa bột xuống độ ẩm 36 38% Thường thiết bị này được ÷ điều khiển tự động lượng sữa bột đưa vào để đảm bảo cho máy làm việc với hiệu suất cao nhất

Bột ướt nhão được sau công đoạn tách nước được chuyển sang sấy nhanh theo nguyên lý sấy phun ở đây dưới tác dụng của dòng khí nóng với vận tốc

15 ÷ 20m/s tinh bột được xé tơi và làm khô rất nhanh (2 3 giây) Nhiệt độ ÷ tác nhân sấy 45 ÷ 500C do vậy mà tinh bột không bị hồ hoá Vì thiết diện của khoang sấy thay đổi nên vận tốc của các hạt trong khoang sấy cũng thay đổi Điều này bảo đảm cho những hạt tinh bột to lưu lại trong khoang sấy lâu hơn,

vì vậy độ ẩm của sản phẩm tinh bột sấy xong rất đồng đều Sau khi được làm khô tại khoang sấy, hỗn hợp tinh bột và khí nóng được đưa qua Xyclon ở đây tinh bột được tách ra khỏi tác nhân sấy - khí nóng

- Sàng, phân loại, đóng gói:

Để nâng cao tính đồng nhất của sản phẩm, tinh bột thu được sau công đoạn sấy được đưa vào sàng phân loại ở đây những hạt nhỏ, đạt tiêu chuẩn được đưa tới thùng chứa để đóng gói, những hạt to được đưa qua máy nghiền

để nghiền nhỏ, sau đó lại đưa quay trở lại sàng để phân loại tiếp

Qui trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn được trình bày ở trên đây được

áp dụng chủ yếu trong các nhà máy chế biến tinh bột sắn ở qui mô công nghiệp Đối với qui mô làng nghề thủ công về cơ bản bao gồm các công đoạn

kể trên chỉ khác ở mức độ tự động hoá, cơ khí hoá

II.2 HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN

Chất thải từ ngành công nghiệp chế biến thực phẩm nói chung và công nghiệp sản xuất tinh bột sắn nói riêng luôn là vấn đề bức xúc đối với mỗi quốc gia, không chỉ gây ảnh hưởng tới môi trường đất, nước và không khí, gây mất mỹ quan khu vực xung quanh mà còn ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ của cộng đồng Công nghiệp sản xuất tinh bột sắn làm phát sinh cả ba dạng chất thải: khí thải, nước thải và chất thải rắn

- Để tẩy trắng bột ở qui mô sản xuất lớn có thể lò đốt lưu huỳnh tạo sunfua dioxit, quá trình này làm phát sinh SO2 Ngoài ra SO2 còn phát sinh từ khu vực nghiền bột trong trường hợp định lượng quá nhiều SO2 vào dung dịch sữa bột

- Trong sản xuất tinh bột sắn, hợp chất cyanogenic glucozit thuỷ phân giải phóng HCN, đây là axit dễ bay hơi, chúng phát tán vào không khí gây ảnh hưởng tới sức khoẻ của con người và gia súc

- Khí ô nhiễm còn có thể phát sinh từ quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong bã thải rắn hoặc trong nước thải từ hệ thống xử lý như: H2S,

NH3, Indol, Xetol…có khả năng gây các bệnh về đường hô hấp, ung thư gây nguy hiểm cho con người

- Không khí còn bị ô nhiễm bởi bụi của quá trình vận chuyển sắn nguyên liệu từ các vùng nguyên liệu tới khu vực tập kết sắn của Công ty hoặc bụi bột phát sinh trong quá trình sàng, sấy khô và đóng bao

Ngoài ra còn phải kể đến ô nhiễm tiếng ồn từ các máy rửa, máy nghiền, máy ly tâm…

I.2.2 Nước thải

Quá trình sản xuất tinh bột từ sắn tươi và chế biến các sản phẩm từ tinh bột là một quá trình công nghệ có nhu cầu sử dụng nước khá lớn, định mức khoảng 5 ÷ 6 m3/tấn củ tươi tương đương 25 ÷ 40 m3/tấn sản phẩm tuỳ thuộc vào các công nghệ khác nhau Lượng nước thải từ quá trình này chiếm khoảng 80 ÷ 90% tổng lượng nước sử dụng

Nước thải công đoạn rửa củ và trích ly chiết suất là 2 nguồn gây ô nhiễm chính trong công nghệ chế biến tinh bột sắn

 Nước thải từ công đoạn rửa củ và bóc vỏ chiếm khoảng 30% tổng lượng nước sử dụng chứa chủ yếu là cát, sạn, hàm lượng chất hữu cơ không cao, pH ít biến động thường khoảng 6,5 ÷ 6,8

 Trong khi đó nước thải từ công đoạn trích ly chiết suất có hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ rất cao (COD: 7.000 ÷ 41.000mg/l; BOD: 6.200 ÷ 23.000mg/l), hàm lượng cặn lơ lửng, cặn khó chuyển hoá lớn (gồm xơ mịn, pectin và các cặn không tan khác), pH thấp 3,8 ÷ 5,7 [1] Lượng nước này chiếm khoảng 60%

 Ngoài hai nguồn ô nhiễm chính còn có khoảng 10% nước thải từ quá trình rửa nhà, sàn, thiết bị, nước từ phòng thí nghiệm, từ quá trình sinh hoạt Nước thải loại này có COD khoảng 2.000 ÷ 2.500mg/l; BOD5 = 400 ÷500mg/l

Chính vì vậy đối với sản xuất tinh bột sắn thì nước thải là vấn đề quan trọng nhất, gây sự quan tâm lớn nhất của các ngành chức năng

Bảng 2.2 Đặc trưng nước thải của từ sản xuất tinh bột sắn [1]

A - Thải vào nguồn tiếp nhận dùng cho mục đích sinh hoạt

B - Nguồn tiếp nhận khác, ngoài loại A

C - Nguồn tiếp nhận được quy định

Từ Bảng 2.2 nhận xét các chỉ tiêu nước thải như sau: Hầu hết hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải ở các công đoạn chính đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5945-2005-B) rất nhiều lần

Với đặc trưng của nước thải sản xuất tinh bột sắn như trên cho thấy nếu nước thải không được xử lý trước khi thải vào môi trường, sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và tác động xấu tới sức khoẻ cộng đồng Cụ thể:

 Nước thải chế biến tinh bột từ sắn có hàm lượng chất hữu cơ cao làm giảm oxy hoà tan trong nước, thúc đẩy quá trình phân huỷ yếm khí các vi sinh vật trong nước phát sinh mùi xú uế ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng môi trường và gây mất mỹ quan

 Bên cạnh đó, quá trình chuyển hoá tinh bột thành axit hữu cơ làm cho pH trong nước thải giảm, pH thấp trong nước thải có tác động xấu tới các động

vật thuỷ sinh, đặc biệt các loài vốn ưa môi trường kiềm, làm chết tảo, cá di chuyển nơi sống, làm chua đất

 Hàm lượng TS, SS trong nước thải cao là nguyên nhân gây lắng đọng và thu hẹp diện tích các mương dẫn và các dòng tiếp nhận nước thải

Như vậy có thể khẳng định trong chế biến tinh bột sắn vấn đề nước thải là vấn đề rất đáng quan tâm

I.3.3 Chất thải rắn

Trong quá trình sản xuất tinh bột sắn từ củ tươi, chất thải rắn chủ yếu phát sinh từ các công đoạn rửa củ, bóc vỏ và công đoạn lọc Chất thải rắn từ khâu rửa củ bao gồm đất, cát, lớp vỏ lụa và một phần thịt củ bị vỡ do va chạm mạnh hoặc do sắn nguyên liệu bị dập, thối Lượng chất thải này chiếm khoảng 5% sắn nguyên liệu Trong công đoạn lọc tách bã, phần bã còn lại là nguồn phát sinh chất thải rắn vô cùng lớn, chiếm khoảng 40% sắn nguyên liệu [10]

Có thể mô tả cân bằng vật chất trong quá trình sản xuất tinh bột sắn như sau:

Kết hợp cân bằng vật chất trên và số liệu thống kê với khoảng 60% sản lượng sắn cả nước năm 2002 (4157,7 nghìn tấn) [11] được làm nguyên liệu thì lượng chất thải rắn phát sinh trong quá trình sản xuất tinh bột sắn lên đến

Sắn củ

1 tấn (100%) 0,05 tấn (5%) Vỏ, tạp chất

Bột nghiền 0,95 tấn (95%)

Tinh bột 0,5 tấn (50%)

Nước thải từ củ

0,05 tấn (5%)

Bã sắn 0,4 tấn (40%)

Hình 2.4: Cân bằng vật chất trong sản xuất tinh bột sắn từ củ tươi [10]

1205,73 nghìn tấn Trong đó, lượng tạp chất là 207,88 nghìn tấn; lượng bã thải lên đến 997,85 nghìn tấn, với thành phần và tính chất của bã thải:

I.3 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN SẮN SƠN SƠN

I.3.1 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại Công ty Cổ phần sắn Sơn Sơn

Công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại Công ty Cổ phần sắn Sơn Sơn được chỉ ra trong hình 2.5 [1 ].4

Sắn nguyên liệu sau thu hoạch

Bóc vỏ và làm sạch

Nghiền sơ bộ, xát mài tinh

Vỏ sắn, tạp chất,

đá sạn, đầu xương

Nước thải

Lò đốt

Ly tâm

Bã thải Lắng thủy lực

C02 D01

Nâng, xúc, băng tải

A01, A02

A03,A05

TC02, TC04

Bã mịn thải Nước thải

20-21 Be

Tuần hoàn nước rửa

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại Cty CP sắn Sơn Sơn

II.3.2 Thuyết minh công nghệ sản xuất [14]

1/ Tiếp nhận và làm sạch củ sắn

Củ sắn tươi được thiết bị xúc – nâng đổ vào phễu chứa A01 theo chu kỳ, đảm bảo khối lượng củ có trong phễu chứa luôn luôn đủ để cung cấp cho sànrung A01-1 lắp dưới đáy hình chóp của phễu Nhờ sàn rung củ sắn cung cấp xuống băng tải củ bẩn A02 một cách liên tục Băng tải củ bẩn A02 liên tục chuyển củ sắn cung cấp cho máy tách đất bám dính vào bóc vỏ gỗ A03 Sau khi dịch chuyển qua thiết bị này, củ sắn đã được tách đất bám dính, tạp chất dạng rác xỉ và một phần vỏ gỗ Củ sắn được chuyển vào thiết bị bọc vỏ gỗ kiểu phun ẩm A04 trước khi cấp cho máy rửa củ bằng nước A05 C sau khi ủ rửa sạch đất, đá, sỏi được thu gom Chất bẩn (đất và vỏ gỗ củ sắn) lọt qua sàng tập trung trên sàn và được chuyển tới khu xử lý bằng xe đẩy tay

Thiết bị ử r a củ ằ b ng nư c A05 gớ ồm nhiều khoang l p nắ ối tiếp nhau và luôn luôn chứa một lư ng nư c lợ ớ ớn hơn kh i lưố ợng củ (khoảng 3,0 3,2 t- ấn nước/1 t n củ).ẩ Nhờ ết cấ k u “bơi chèo” c a bộủ phận rửa , c s n v a d ch ủ ắ ừ ịchuyển theo chiều dài của thùng rửa (bao gồm 4 ngăn, nước trong mỗi ngăn riêng biệt) và đư c làm sạợ ch đ t (hòa tan vào nư c) và loại vỏ ỗấ ớ g còn lại (nổi trên mặt nư c) đ ng thớ ồ ời các cánh của cơ cấu r a làm cho ph n vử ầ ỏ ị th t của củ

sắn bị khía, ầm tróc tạ b o đi u kiệề n cho 1 lư ng HCN trong vỏ ụợ l a đư c giải ợphóng vào nước ch a trong máy r a C s n ra kh i máy r a (khoang cu i ứ ử ủ ắ ỏ ử ốcùng có phun nướ ạc s ch) đã đượ ử ạc r a s ch và đa s c đã b b m d p vỏ ịố ủ ị ầ ậ th t 2/ Làm nhỏ củ sắn

C sủ ắn sau khi ra khỏi khoang cuối cùng cuẩ máy r a A05 đư c cấp liên ử ợtục vào phễu nhận của băng t i A06 và đưả ợc chuy n lên máy thái A07.Trong ể

thời gian di chuyển trên băng t i, công nhân (4 ngưả ời) phải lựa chọn đ ại ể locác củ có đầu xương xơ to và các t p chất cơ học khác như: sắạ t thép, đá s i ỏ

Tại máy thái, củ được thái thành lát mỏng từ 1,5 3mm và sau đó tự rơi vào -