đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường do sản xuất tinh bột sắn và đề xuất phương án công nghệ khả thi xử lý nước thải nhà máy sản xuất tinh bột sắn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ---o0o--- NGUYỄN HOÀNG QUÝ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CÔ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI -o0o -

NGUYỄN HOÀNG QUÝ

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ KHẢ THI

XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI -o0o -

NGUYỄN HOÀNG QUÝ

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ KHẢ THI

XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN

Chuyên ngành : Khoa học môi trường

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này ngoài sự nỗ lực của bản thân cho phép tôi gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS.Nguyễn Thị Sơn, người đã tận tình giúp

đỡ, cung cấp những kiến thức thực tế quý báu; đồng thời cô đã tạo cho tôi niềm say

mê nghiên cứu khoa học mà luận văn tốt nghiệp này đối với tôi mới chỉ là sự khởi đầu Xin cảm ơn anh Ngô Việt Hùng – Giám đốc công ty TNHH Minh Quang cùng tập thể cán bộ kỹ thuật, công nhân viên nhà máy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình tôi khảo sát tại quý cơ quan Xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo khoa môi trường – trường đại học Thủy Lợi, tuy mới thành lập, nhưng những bước tiến của khoa trong những năm qua thật đáng trân trọng; tôi tự hào là học viên của những khóa đào tạo cao học đầu tiên của khoa; mong rằng khoa sẽ sớm trưởng thành và trở thành một trong những khoa lớn mạnh của trường Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã kịp thời khích lệ, động viên tôi trong quá trình hoàn thành luận văn

Hà nội, tháng 03 năm 2011

Học viên

Nguyễn Hoàng Quý

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 12

CHƯƠNG I: HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ TINH BỘT SẮN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1

1.1 Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và trong khu vực 1

1.1.1 Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới 1

1.1.2 Tình hình thương mại tinh bột sắn trên thế giới 5

1.1.3 Xu hướng tiêu dùng tinh bột sắn trên thế giới 6

1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ tinh bột sắn ở Việt Nam 6

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN VÀ CÁC CHẤT THẢI 11

2.1 Đặc trưng nguyên liệu 11

2.1.1 Các giống sắn truyền thống 11

2.1.2 Các giống sắn mới 12

2.2 Cấu tạo và thành phần hóa học của củ sắn 15

2.2.1 Cấu tạo củ sắn 15

2.2.2 Thành phần hóa học của củ sắn 16

2.3 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn 17

2.3.1 Quá trình sản xuất tinh bột sắn cơ bản 17

2.3.2 Một số loại hình công nghệ sản xuất tinh bột sắn 18

2.4 Các chất thải từ quá trình sản xuất tinh bột sắn 32

2.4.1 Chất thải rắn 32

2.4.2 Khí ô nhiễm 32

2.4.3 Nước thải 33

2.5 Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường do sản xuất tinh bột sắn 35

2.5.1 Hiện trạng môi trường các làng nghề sản xuât tinh bột sắn 35

2.5.2 Hiện trạng môi trường các nhà máy xuất tinh bột sắn 39

CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN 42

3.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý yếm khí thu biogas 45

3.1.1 Cơ chế và tác nhân quá trình phân hủy yếm khí 45

3.1.2 Một số dạng xử lý yếm khí điển hình 49

3.2 Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý hiếu khí nước thải sau xử lý thu biogas 55

3.2.1 Cơ chế và tác nhân quá trình phân hủy hiếu khí 55

3.2.2 Một số dạng xử lý hiếu khí điển hình 57

3.3 Hiện trạng xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và ở Việt Nam 61

3.3.1 Hiện trạng xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn trên thế giới 61

3.3.2 Hiện trạng xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam 65

3.4 Đề xuất công nghệ khả thi xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn 70

3.4.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý nước thải tinh bột sắn 70

3.4.2 Lợi ích của việc thu hồi khí Biogas (khí sinh học) 71

3.4.3 Đề xuất công nghệ khả thi xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn 72

CHƯƠNG IV: HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN CÔNG TY TNHH MINH QUANG - YÊN BÁI 78

4.1 Tổng quan về nhà máy sản xuất tinh bột sắn Minh Quang – Yên Bái 78

4.1.1 Sơ lược về nhà máy 78

4.1.2 Công nghệ sản xuất của nhà máy 79

4.1.3 Đặc trưng nước thải nhà máy 82

4.1.4 Công nghệ xử lý nước thải đang được áp dụng 83

4.2 Thiết kế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất tinh bột sắn Minh Quang – Yên Bái 86

4.2.1 Bể lắng sơ bộ 88

4.2.2 Bể tách cặn 90

4.2.3 Bể Điều hòa 93

4.2.4 Hồ CIGAR 94

4.2.5 Hồ hiếu khí 98

4.2.6 Hồ sinh học ổn định 102

4.2.7 Tính toán máy nén khí sinh học 104

4.2.8 Tính toán hóa chất điều chỉnh pH 105

4.2.9 Tính toán xử lý bùn cặn 106

4.2.10 Bố trí các công trình xử lý nước thải 113

4.3 Xác định chỉ tiêu kinh tế xây dựng hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất tinh bột sắn Minh Quang – Yên Bái 114

KẾT LUẬN 117

KIẾN NGHỊ 118

PHỤ LỤC 123

Danh mục các bảng biểu

Trang

Bảng 1.1 Sản lượng và mậu dịch sắn thế giới 2

Bảng 1.2 Sản lượng sắn củ tươi trên thế giới 3

Bảng 1.3 Xuất khẩu sắn trên thế giới 5

Bảng 1.4 Xuất khẩu sản phẩm sắn của Thái Lan 5

Bảng 1.5 Diện tích, năng suất và sản lượng cây lương thực chủ yếu tại Việt Nam 7

Bảng 1.6 Diện tích trồng sắn tại các khu vực của Việt Nam 1995-2009 7

Bảng 1.7 Sản lượng sắn trong các khu vực của Việt Nam 1995-2009 8

Bảng 1.8: Công suất của một số nhà máy sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam 10

Bảng 2.1 Hàm lượng Linaminin (C10H17NO6) trong sắn củ tươi 12

Bảng 2.2 Diện tích trồng và năng suất của các giống sắn hiện đang sử dụng tại Việt Nam 13

Bảng 2.3 Thành phần hoá học của củ sắn tươi và sắn khô 16

Bảng 2.4 Định mức tiêu thụ nguyên, nhiên, vật liệu sản xuất tinh bột sắn 31

Bảng 2.5 Đặc trưng nước thải từ công nghệ sản xuất tinh bột sắn 34

Bảng 2.6 Đặc trưng nước thải cống chung làng nghề sản xuất tinh bột 36

Bảng 2.7 Chất lượng nước mặt một số làng nghề sản xuất tinh bột 37

Bảng 2.8 Chất lượng nước ngầm làng nghề sản xuất tinh bột 37

Bảng 2.9 Chất lượng môi trường không khí ở một số làng nghề sản xuất tinh bột 38

Bảng 3.1: Đặc trưng nước thải của một số nhà máy sản xuất tinh bột sắn 65

Bảng 4.1 Đặc trưng nước thải nhà máy SXTBS Minh Quang – Yên Bái 83

Bảng 4.2 Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất tinh bột sắn

Minh Quang – Yên Bái 86

Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật bể lắng sơ bộ 90

Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật bể tách cặn 92

Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật bể điều hòa 94

Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật hồ CIGAR 97

Bảng 4.7 Thông số kỹ thuật hồ hiếu khí 102

Bảng 4.8 Thông số kỹ thuật hồ sinh học 103

Danh mục hình

Trang

Hình 2.1 Mặt cắt ngang củ sắn 15

Hình 2.2.Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô hộ gia đình 19

Hình 2.3 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô nhỏ bằng các thiết bị bán cơ giới 21

Hình 2.4 Quy trình tinh chế tinh bột sắn kèm dòng thải 23

Hình 2.5: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Thái Lan kèm dòng thải 25

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc kèm dòng thải 29

Hình 3.1 Số lượng xử lý yếm khí giai đoạn từ 1972-2006 44

Hình 3.2 Quá trình phân giải kỵ khi các hợp chất hữu cơ 46

Hình 3.3 Thiết bị yếm khí dạng tiếp xúc 50

Hình 3.4 Thiết bị yếm khí dạng tháp đệm 51

Hình 3.5 Thiết bị yếm khí dạng giả lỏng 52

Hình 3.6 Sơ đồ thiết bị UASB 53

Hình 3.7 Tỷ lệ sử dụng công nghệ UASB xử lý nước thải công nghiệp trên thế giới giai đoạn 1981-2007 54

Hình 3.8 Sơ đồ xử lý nước thải theo bể Aeroten thông thường 58

Hình 3.9 Sơ đồ hệ thống lọc sinh học 59

Hình 3.10 Các quá trình trong bể lọc sinh học 60

Hình 3.11 Đánh giá kinh tế đối với dự án xây dựng các hệ thống xử lý nước thải 65

Hình 3.12 Công nghệ xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn với một dòng thải 74

Hình 3.13 Công nghệ đề xuất xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn có 2 dòng thải 76Hình 4.1 Cơ cấu tổ chức nhà máy SXTBS Minh Quang – Yên Bái 79Hình 4.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất nhà máy SXTBS Minh Quang– Yên Bái

kèm dòng thải 80Hình 4.3 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy SXTBS Minh Quang– Yên Bái 84

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

1 BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu ôxy sinh hóa

2 COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu ôxy hóa học

6 TDS Total Dissolved Solids Tổng chất rắn hòa tan

7 TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắng lơ lửng

8 AnWT Anaerobic Wastewater Treatment Xử lý nước thải yếm khí

9 AeWT Aerobic Wastewater Treatment Xử lý nước thải hiếu khí

10 FAO Food and Agriculture

Organization of the United Nations

Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc

11 UASB Upflow Anaerobic Sludge Bed Hệ thống xử lý yếm khí với

dòng hướng lên qua một lớp bùn

12 HRT Hydraulic Retention Time Thời gian lưu nước thải

13 SRT Sludge Retention Time Thời gian lưu bùn

14 OLR Organic Loading Rate Tải trọng hữu cơ

15 CDM Clean Development Mechanism Cơ chế phát triển sạch

MỞ ĐẦU

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

đã có bước tiến bộ đáng kể Nếu như năm 2005 diện tích trồng sắn của cả nước khoảng 425.500 ha, thì đến năm 2007 diện tích trồng đã là 495.500 ha Năm 2009 diện tích trồng sắn tiếp tục tăng và đạt 560.400 ha, sản lượng ước đạt 9,45 triệu tấn tăng 40,8 % so với năm 2005, và tăng 15,4 % so với năm 2007 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 16,24 tấn/ha năm 2007 và đạt 16,90 tấn/ha trong năm 2009 [18]

Nhiều cơ sở sản xuất tinh bột sắn cũng đã được xây dựng Trên phạm vi cả nước có khoảng 44 nhà máy sản xuất tinh bột sắn có quy mô công nghiệp với công suất 50÷200 tấn/ngày và hơn 4.000 cơ sở sản xuất thủ công.[8]

Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của ngành sản xuất tinh bột sắn, các vấn nạn về môi trường cũng ngày càng gia tăng; nước thải từ sản xuất tinh bột sắn chứa hàm lượng BOD5 và TSS rất cao; khối lượng chất thải rắn lớn, độ ẩm cao dễ bị chuyển hóa do các vi sinh vật có trong nước thải Sản xuất tinh bột sắn là một trong những ngành có định mức sử dụng nước lớn (trung bình từ 14 ÷ 20 m3 cho 1 tấn sản phẩm) Do đó nước thải từ nhà máy sản xuất tinh bột sắn khi thải ra nguồn nước sẽ làm cho môi trường nước ô nhiễm nghiêm trọng Chính vì vậy, nếu không được xử

lý, nước thải sản xuất tinh bột sắn sẽ là một hiểm họa tiềm tàng cho môi trường xung quanh và ảnh hưởng không nhỏ tới sức khỏe cộng đồng dân cư trên địa bàn sản xuất

Trên thế giới cũng như ở trong nước, từ lâu đã có nhiều nghiên cứu để xử lý nước thải giàu hữu cơ nói chung và nước thải ngành sản xuất tinh bột sắn nói riêng Tuy nhiên, để ứng dụng trong thực tế một cách hiệu quả còn rất nhiều vấn đề liên quan cần quan tâm như các yêu cầu về kỹ thuật, khả năng đầu tư, quản lý vận hành Ở Việt Nam hiện nay, một số công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy sản

xuất tinh bột sắn cũng đã được ứng dụng, tuy nhiên thực tế khảo sát cho thấy hầu hết các cơ sở xử lý không đạt tiêu chuẩn thải và hầu như không có hệ thống xử lý mùi triệt để Chính vì vậy, việc lựa chọn công nghệ xử lý nước thải khả thi, phù hợp với điều kiện ở Việt Nam là rất cần thiết

Đề tài: “Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường do sản xuất tinh bột sắn

và đề xuất phương án công nghệ khả thi xử lý nước thải nhà máy sản xuất tinh bột sắn” được thực hiện nhằm góp phần bảo vệ môi trường và phát triển sản xuất

tinh bột sắn một cách bền vững

Luận văn bao gồm những nội dung sau:

Chương I: Hiện trạng sản xuất và tiêu thụ tinh bột sắn trên thế giới và ở Việt Nam

Chương II: Công nghệ sản xuất tinh bột sắn và các chất thải

Chương III: Cơ sở lý thuyết lựa chọn công nghệ xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn

Chương IV: Hoàn thiện công nghệ và thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy sản xuất tinh bột sắn công ty TNHH Minh Quang – Yên Bái

CHƯƠNG I:

HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ TINH BỘT SẮN

TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và trong khu vực

Cây sắn – hay còn gọi là khoai mì – (Manihot esculenta Crantz), tiếng anh là Cassava hay còn gọi là Manioc Sắn là loại cây thân thảo, sống thành bụi tập trung chủ yếu ở Braxin, nơi được coi là nguồn gốc của sắn Vào thế kỉ 16 sắn được di thực đến Châu Á, đầu tiên ở Ấn Độ sau đó đến thế kỉ 19 thì phát triển sang các nước Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam Từ đó đến nay cây sắn đã trở thành cây màu

có giá trị và thông dụng ở hầu hết các nước châu Á, châu Phi và châu Mĩ La tinh

1.1.1 Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới

Những năm gần đây quan niệm đối với cây sắn đã có những thay đổi Cây sắn đã từng bước thể hiện là cây mang lại nhiều lợi ích và đang có tương lai đầy hứa hẹn Sắn không chỉ là một loại cây lượng thực, cây thực phẩm mà còn dần trở thành một loại cây công nghiệp quan trọng

Ngày nay, ở nhiều nước nghề trồng và chế biến sắn đã được hiện đại hóa Sản phẩm của sắn đã trở thành mặt hàng được trao đổi khá rộng rãi trên thị trường quốc tế Ở một số nước Nam Mỹ, Châu Phi, Nam Á nhiều nhà khoa học đã và đang quan tâm đến việc nghiên cứu cây sắn trên cả các phương diện trồng trọt, thâm canh cũng như trên công nghiệp chế biến; đặc biệt ở một số nước Châu Phi, nơi mà nạn đói là mối đe dọa hầu như thường xuyên

Cây Sắn được chú trọng phát triển vì sắn là loại cây có thể sinh trưởng tốt trên các loại đất nghèo kiệt, cho năng suất tương đối ổn định và yêu cầu lao động khá thấp Hơn thế nữa, sắn là loài cây chống đói có hiệu quả, các sản phẩm từ củ sắn cũng được sử dụng rộng rãi

Một trong những sản phẩm quan trọng nhất từ củ sắn là tinh bột sắn Tinh bột sắn được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp dệt, công

nghiệp giấy, sản xuất chất kết dính, dược phẩm, công nghiệp thực phẩm Gần đây, cùng với ngô và một số nông sản khác, sắn còn được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất Ethanol Mấy năm qua, giá dầu tăng cao đã kích thích việc sản xuất Ethanol làm nhiên liệu sinh học Bổ sung Ethanol vào xăng nhiên liệu, vừa giảm được lượng xăng, vừa giảm lượng khí thải độc hại SO2, CO cải thiện chất lượng môi trường không khí khi nhu cầu nhiên liệu ngày một gia tăng

Năm 2008 toàn thế giới có 105 nước trồng sắn với tổng diện tích 18,69 triệu

ha, năng suất 12,46 tấn/ ha, sản lượng 233,4 triệu tấn Sắn được trồng nhiều nhất tại châu Phi 11,98 triệu ha (64% diện tích sắn toàn cầu), kế đến là châu Á 3,96 triệu ha (21%) và châu Mỹ La tinh 2,72 triệu ha (15%) (Bảng 1.1) [23]

- Sắn lát (xuất sang Trung Quốc) 136,0 171,1 134,1

(*)

số liệu của 11 tháng đầu năm 2009

Theo tổ chức Nông lương Thế Giới, tổng sản lượng sắn thế giới năm 2009 (tính đến tháng 11/2009) đạt 242,1 triệu tấn, tăng 3,7% so với kỷ lục 233,4 triệu tấn của năm 2008 Nước có sản lượng sắn cao nhất thế giới là Nigeria (45,0 triệu tấn),

kế đến là Thái Lan (30,09 triệu tấn), Indonesia (20,5 triệu tấn) và Việt Nam đứng thứ bảy trên thế giới về sản lượng sắn với 8,6 triệu tấn (Bảng 1.2)

Bảng 1.2 Sản lượng sắn củ tươi trên thế giới [23]

(*) Số liệu của 11 tháng đầu năm 2009

Ở các nước dễ bị tổn thương về an ninh lượng thực, đặc biệt là các nước Châu Phi đã chú trọng hơn những cây trồng bản xứ làm nguồn thay thế các loại ngũ cốc đắt đỏ và dễ bị biến động giá như hiện nay, nhất là sau tình trạng các loại lương thực chủ yếu tăng cao năm 2007 ÷ 2008 Trong số những cây trồng này, sắn đứng vị

trí hàng đầu Như là một “ cây của thời khủng hoảng”, sắn đòi hỏi chi phí đầu tư thấp, chủ động về thời gian thu hoạch nhất là khi đòi hỏi phải ứng phó với tình trạng thiếu lượng thực Những ưu thế này là lý do khiến sản lượng sắn ở châu Phi tăng khoảng 3%, đạt 121,5 triệu tấn trong năm 2009 Ở Nigêria, nước sản xuất sắn lớn nhất thế giới, sản lượng đạt 45 triệu tấn, tăng 5% so với năm 2008, trong khi ở Ghana, sản lượng ước tính đạt 10 triệu tấn, lần đầu tiên kể từ năm 2003 [23]

Sản lượng sắn ở châu Á năm 2009 tăng với tốc độ kỷ lục, đạt 83,7 triệu tấn

so với 77,6 triệu tấn của năm 2008, phần lớn nhờ sản lượng tăng ở Thái Lan, lần đầu tiên vượt ngưỡng 30 triệu tấn Nguyên nhân là do nhu cầu tăng đối với sắn để làm nguyên liệu sản xuất ethanol ở các nước láng giềng

Trong những năm qua, Trung Quốc bắt đầu đầu tư qui mô lớn ở trong và ngoài lãnh thổ của mình nhằm gia tăng sản lượng sắn để sản xuất ethanol Mối lo ngại về an ninh lương thực buộc Chính phủ Trung Quốc ban hành lệnh tạm ngừng hoạt động đối với các nhà máy sản xuất ethanol mới được xây dựng dùng ngũ cốc Điều này khiến trên 50% sản lượng ethanol và cồn nhiên liệu của Trung Quốc hiện nay được sản xuất từ cây có củ, chủ yếu là sắn và khoai lang Sản lượng sắn của Trung Quốc ước tính năm 2009 đạt kỷ lục 8,7 triệu tấn

Ở những nước sản xuất sắn quy mô nhỏ trong khu vực như Campuchia và Lào cũng thu hút đầu tư trực tiếp của nước ngoài (rung Quốc và Hàn Quốc) để phát triển sản xuất sắn làm nguyên liệu sản xuất ethanol và tinh bột sắn

Sản lượng sắn ở Mỹ Latinh và Caribê giảm nhẹ trong năm 2009 do diện tích giảm ở Braxin, nước sản xuất sắn lớn nhất khu vực

Sản lượng sắn thế giới năm 2010 không tăng Một mặt, giá những cây trồng cạnh tranh hấp hẫn hơn, đặc biệt là mía, có thể làm chậm sự phát triển sản xuất sắn

Ví dụ ở Thái Lan, một khảo sát gần đây cho thấy, diện tích sắn sẽ giảm 7% trong năm 2010 mặt khác, sự hỗ trợ của khu vực nhà nước và tư nhân nhằm tăng sản xuất sắn để đáp ứng nhu cầu lương thực và nhu cầu của khu vực công nghiệp và sản xuất ethanol có thể thúc đẩy tiếp tục tăng.[23]

1.1.2 Tình hình thương mại tinh bột sắn trên thế giới

Mậu dịch sắn thế giới phục hồi trong năm 2009, sản phẩm sắn thế giới năm ước tăng 32%, đạt kỷ lục 12,5 triệu tấn (qui khối lượng sắn lát và sắn viên) sau khi giảm gần 15% trong năm 2008 Có hiện tượng này là nhờ khả năng cạnh tranh của tinh bột sắn được cải thiện so với các sản phẩm từ ngũ cốc, kết hợp với nhu cầu sắn gia tăng trên thị trường quốc tế để làm nguyên liệu sản xuất ethanol (Bảng 1.3)

Bảng 1.3 Xuất khẩu sắn trên thế giới [23]

(đơn vị: ngàn tấn, tính theo trọng lượng sản phẩm)

Bảng 1.4 Xuất khẩu sản phẩm sắn của Thái Lan [23]

Trung quốc vẫn giữa vững vị trí là khách hàng lớn nhất, chiếm 70% mậu dịch sắn của thế giới

Triển vọng mậu dịch sắn thế giới năm 2010 còn chưa rõ ràng, phụ thuộc nhiều nhu cầu của Trung Quốc Một yếu tố khác, góp phần thúc đẩy mậu dịch sắn là

do nhu cầu sản xuất Ethanol ở Châu Á khi giá đường và rỉ đường trên thế giới tăng

1.1.3 Xu hướng tiêu dùng tinh bột sắn trên thế giới

Sử dụng sắn làm lương thực đã bắt đầu phổ biến ở một số nước bất ổn về an ninh lượng thực Điều này thể hiện rõ ở Cận Xahara châu Phi, nơi mức tiêu dùng sắn (hầu hết ở dạng củ tươi và sản phẩm chế biến ) đang gia tăng Nhiều biện pháp nhằm tăng sử dụng bột sắn trong nước thay thế ngũ cốc nhập khẩu đã được thực hiện như: bột sắn được sử dụng trực tiếp hoặc phối trộn để chế biến thành các sản phẩm ưa dùng Braxin qui định phối trộn 10% bột sắn với bột mì, và ước tính 50% sản lượng sắn của nước này được sử dụng cho mục đích này.[23]

Nhu cầu sắn để sản xuất ethanol đã trở thành động lực đáng kể nhất thúc đẩy phát triển tiêu dùng sắn Một công nghệ hoàn chỉnh có thể cho 280 lít (222kg) ethanol ( 96%) từ 1 tấn sắn củ có hàm lượng tinh bột 30% Năm 2009, ước tính Trung Quốc sản xuất khoảng 5 triệu tấn ethanol từ sắn, đòi hỏi khoảng 7 triệu tấn sắn khô [23]

Sử dụng sắn làm thức ăn chăn nuôi, ở dạng sắn lát và sắn viên hầu như tập trung ở Braxin và Côlômbia ở Mỹ Latinh, ở Nigêria châu Phi và ở Trung Quốc và Hàn Quốc ở châu Á

1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ tinh bột sắn ở Việt Nam

Sắn là một trong bốn cây lương thực quan trọng nhất tại Việt Nam Năm

2009 sản lượng sắn Việt Nam đạt 9,45 triệu tấn so với sản lượng 8,19 triệu tấn của năm 2007 và 6,71 triệu tấn năm 2005 Đó là kết quả của việc mở rộng diện tích từ 425.500 ha (năm 2005) lên 495.500 ha năm 2007 và đạt 560.400 ha năm 2009, đồng thời tăng năng suất từ 15,35 tấn/ha (năm 2005) lên 16,24 tấn/ha năm 2007 và đạt 16,90 tấn/ha năm 2009 Việt Nam đã đạt được nhiều tiến bộ trong lai tạo

và nhân giống sắn Điều đó có được là do đã tuyển chọn và nhân rộng giống sắn lai

có năng suất và hàm lượng tinh bột cao Năng suất và sản lượng sắn của nhiều tỉnh

đã tăng lên gấp đôi do trồng các giống sắn mới và áp dụng kỹ thuật canh tác thích hợp, bền vững (Bảng 1.5)

Bảng 1.5 Diện tích, năng suất và sản lượng cây lương thực chủ yếu tại

Việt Nam [18]

Gạo Diện tích (1.000 ha) 6.766 7.666 7.326 7.324 7.305 7.414

Năng suất (tấn/ha) 3,68 4,24 4,88 4,89 4,86 5,22 Sản lượng (1.000 tấn) 24.963 32.529 35.790 35.826 35.560 38.720

Ngô Diện tích (1.000 ha) 556 730 995 1.031 1.150 1.125

Năng suất (tấn/ha) 2,11 2,74 3,51 3,70 3,75 4,02 Sản lượng (1.000 tấn) 1.177 2.006 3.500 3.819 4.310 4.530

Năng suất (tấn/ha) 7,97 8,35 15,35 16,24 15,89 16,90 Sản lượng (1.000 tấn) 2.211 1.986 6.716 7.783 8.193 9.395

Năng suất (tấn/ha) 5,53 6,33 7,56 8,00 8,05 8,16 Sản lượng (1.000 tấn) 1.685 1.611 1.550 1.454 1.450 1.320

Năm 2009 diện tích trồng sắn ở Việt Nam đạt 560.400 ha, trong đó có khoảng 78% tổng diện tích được phân bố ở các tỉnh Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và duyên hải Miền Trung Số liệu trong Bảng 1.6 cho thấy sản xuất sắn ở Việt Nam trong những năm gần đây đã được chuyển dần đến miền Trung, Tây nguyên và khu vực Đông Nam Bộ Đặc biệt ở Gia Lai, Kon Tum, Đắk Nông và Đắk Lắk ở Tây Nguyên; Tây Ninh, Đồng Nai, Bình Phước, Bình Thuận ở miền Đông Nam Bộ và Các tỉnh Quảng Nam, Quản Ngãi, Bình Định, Phú Yên ở duyên hải Miền Trung

Bảng 1.6 Diện tích trồng sắn tại các khu vực của Việt Nam 1995-2009 [18]

Bảng 1.7 Sản lƣợng sắn trong các khu vực của Việt Nam 1995-2009 [18]

Đơn vị: 1.000 tấn

Đồng bằng sông hồng 79,0 87,9 92,4 93,7 102,9 102,1 105,5 Trung du và miền núi

Với khoảng 2 ÷ 4 triệu tấn sắn xuất khẩu kể từ năm 2006 -2009 (Bảng 1.3), Việt nam đang dần trở thành là nước xuất khẩu sắn lớn thứ hai trên Thế Giới chỉ sau hái Lan

Trung Quốc vẫn là thị trường xuất khẩu chính mặt hàng sắn của Việt Nam, chiếm hơn 90% kim ngạch Tiếp theo là Hàn Quốc chiếm 5,5%, Đài Loan 2% [16] Mặc dù nhu cầu sắn cho chăn nuôi giảm nhẹ, nhưng nhu cầu cho sản xuất nhiên liệu sinh học tại Trung Quốc tăng đã giúp cho tổng tiêu thụ sắn trong năm

2009 của nước ta nhìn chung vẫn được duy trì

Thực tế cho thấy EU là thị trường tiềm năng mà Việt Nam vẫn chưa khai thác triệt để Hiện Thái Lan là nước cung cấp tinh bột sắn hàng đầu cho thị trường

EU, chiến 45% thị phần nhập khẩu của EU Ngoài Thái Lan, các nước đang phát triển khác chỉ chiếm 2%, trong đó có Việt nam chiếm 1,7% Đáng chú ý là Việt Nam xuất khẩu chủ yếu các sản phẩm sắn thô (sắn lát và sắn củ tươi) còn các sản phẩm đã chế biến từ sắn như tinh bột sắn, tapioca, dextrin còn nhiều hạn chế [16]

Trên phạm vi cả nước có khoảng 44 nhà máy sản xuất tinh bột sắn có quy

mô công nghiệp với công suất 50÷200 tấn/ngày và hơn 4.000 cơ sở sản xuất thủ công.[8]

Theo thống kê, khoảng 40÷50% sản lượng sắn dành cho sản xuất tinh bột sắn quy mô lớn, hay còn gọi là quy mô công ngiệp; 40÷45% sản lượng sắn dành cho chế biến các sản phẩm như nha, dextrin, bột ngọt và thức ăn chăn nuôi, 10÷15%

dùng cho ăn tươi và các nhu cầu khác.[13]

Ngành công nghiệp chế biến sắn có tính thời vụ, thường bắt đầu từ tháng 9

và kết thúc vào tháng 4 năm sau Các cơ sở sản xuất tinh bột sắn quy mô công nghiệp ở nước ta chủ yếu tập trung ở các tỉnh phía Nam, Tây Nguyên và một số tỉnh miền núi phía Bắc như Lào Cai, Yên Bái, Vĩnh Phúc, Hoà Bình

Các nhà máy sản xuất tinh bột sắn trên cả nước đều được trang bị dây chuyền công nghệ hiện đại với sản phẩm tinh bột đạt tiêu chuẩn xuất khẩu ra thị trường thế giới Đáng chú ý một số nhà máy có sản lượng khá lớn như: Vedan - Đồng Nai (200 tấn SP/ngày), nhà máy sản xuất tinh bột sắn Yên Bình - Yên Bái:

160 tấn SP/ngày, Tân Châu và ThaiWan - Tây Ninh có sản lượng 100 tấn SP/ngày (Bảng 1.8) [8]

Bảng 1.8: Công suất của một số nhà máy sản xuất tinh bột sắn ở

Việt Nam [8]

(tấn SP/ngày)

CHƯƠNG II:

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN VÀ

CÁC CHẤT THẢI 2.1 Đặc trưng nguyên liệu

Sắn là cây lương thực phổ biến, ưu ấm, dễ trồng và có thể sinh trưởng được ngay cả ở những nơi đất cằn cỗi Khí hậu nhiệt đới gió mùa, tính chất thổ nhưỡng của Việt Nam rất thích hợp cho cây sắn phát triển Sắn thường được thu hoạch sau

10 ÷ 12 tháng, tùy thuộc vào giống, đất đai và các biện pháp kỹ thuật canh tác được

áp dụng Trong hệ thống sản xuất sắn công nghiệp, thời vụ thu hoạch sắn thường tập trung vào tháng 9 đến tháng 4 năm sau

2.1.1 Các giống sắn truyền thống

Các giống sắn được trồng trên thế giới khá đa dạng, nhưng về cơ bản gồm 2 giống chính: sắn ngọt (Manihot dulcis) và sắn đắng (Manihot Utilissima) Hiện nay, nhiều Viện và Trung tâm nghiên cứu đã lai tạo được một số giống sắn có năng suất cao và đang được nhân rộng trên khắp cả nước Tuy nhiên, một số giống sắn truyền thống vẫn đang giữ vị trí quan trọng Tất cả các giống sắn trồng hiện nay trên thế giới đều có chứa độc tố Linamarin (C10H17NO6) với hàm lượng khác nhau

a Sắn ngọt (Manihot dulcis):

Sắn ngọt gồm các loại sắn có hàm lượng HCN thấp từ 0,042 ÷0,014 mg/100g (vỏ củ) và 0,015÷0,003 mg/100g (thịt củ) Sắn ngọt có năng suất khoảng 10 tấn/ha, hàm lượng tinh bột thấp hơn (20÷25%) và dễ chế biến Sắn ngọt có thể ăn tươi được

và được trông chủ yếu ở vùng núi và là cây lương thực chính hằng ngày cho người

+ Sắn trắng: có thân cao, khi non thì có màu xanh nhạt, củ ngắn và mập, vỏ

gỗ xám nhạt, vỏ cùi và thịt củ màu trắng

b Sắn đắng (Manihot Utilissima):

Sắn đắng, còn gọi là sắn dù hay sắn say, có đặc điểm: hàm lượng HCN- cao

từ 0,056÷0,012 mg/100g (vỏ củ) gấp 1,2 lần hàm lượng độc tố có trong sắn ngọt và 0,037÷0,013 mg/100g (thịt củ) gấp 2,8 lần hàm lượng độc có trong sắn ngọt Sắn đắng cho năng suất cao (25÷40 tấn/ha), chứa nhiều tinh bột (27÷30%) Sắn đắng có thân màu xanh nhạt, đốt ngắn, cuống lá đỏ thẫm, vỏ gỗ màu nâu sẫm, củ mập, vỏ cùi và thịt củ sắn đều có màu trắng Sắn đắng không nên dùng tươi, chủ yếu được dùng để sản xuất tinh bột hay sắn lát để loại độc tố

Bảng 2.1 Hàm lượng Linaminin (C 10 H 17 NO 6 ) trong sắn củ tươi [9]

Từ sau năm 1988, công tác nghiên cứu, tuyển chọn giống sắn ở Việt Nam có

quan hệ chặt chẽ với CIAT (Trung tâm Quốc tế Nông nghiệp Nhiệt đới - Thái Lan)

Từ năm 1988÷2005, chương trình sắn Việt Nam đã phối hợp với CIAT chọn lọc và

đưa hai giống sắn mới KM60 và KM94 vào sản xuất Đây là hai giống sắn có năng suất củ tươi cao, thích hợp để sản xuất tinh bột sắn Cũng từ năm 1993 trở đến nay, nhiều nhày máy sản xuất tinh bột sắn được xây dựng, cây sắn đã chuyển sang hướng sản xuất hàng hóa, do đó các giống sắn mới đã và đang được phát triển mạnh ở cả hai miền Nam-Bắc.[14]

Năm 2009, diện tích canh tác sắn giống mới toàn quốc hiện đạt trên 500.000

ha, chủ yếu là các giống KM94, KM140, KM98-5, KM98-1, SM937-26, KM98-7 tương ứng với 90% tổng diện tích sắn cả nước Các nghiên cứu chọn tạo và khảo

nghiệm giống sắn nhập nội từ CIAT thích hợp cho mục tiêu sản xuất cồn sinh học

đang được thực hiện trong chương trình sắn Việt Nam Kết quả đã chọn được 98 giống sắn triển vọng Trong đó có ba giống KM140, KM98-5 và KM98-7 đã được nhân rộng trong giai đoạn 2007 - 2009 Những giống sắn mới KM297, KM228, KM318, KM325, KM397, KM414, KM419, KM21-12, SC5, HB60 hiện đang được khảo nghiệm tại Đồng Nai, Tây Ninh, Ninh Thuận, Yên Bái (Bảng 2.2) [18]

Bảng 2.2 Diện tích trồng và năng suất của các giống sắn hiện đang sử

dụng tại Việt Nam [18]

Giống sắn

Diện tích thu hoạch năm 2009

Năng suất thu hoạch

Hàm lượng tinh bột

Sản lượng tinh bột

a Giống sắn KM94: Có tên dòng là MKUC28-77-3, được nhập nội từ Thái

Lan (tên Kasesart 50), được chương chình sắn Việt Nam đánh giá tuyển chọn và phát triển ra sản xuất [4] Giống có những đặc điểm sau:

- Thân xanh, hơi cong, ngọn tím, không hoặc chỉ phân một cấp cành

- Tiềm năng năng suất cao : 25 ÷ 50 tấn/ha

- Tỷ lệ chất khô : 38 ÷ 40%

- Hàm lượng tinh bột : 27 ÷ 30%

- Thời gian sinh trưởng : > 8 tháng

- Ưa thâm canh và đất tốt [4]

b Giống sắn KM140: Đây là giống sắn nằm trong công trình nghiên cứu lai

tạo, tuyển chọn và phát triển giống sắn đầu tiên ở Việt Nam, đáp ứng tốt nhiều mục tiêu như thời gian sinh trưởng từ 7÷10 tháng (sớm hơn 1÷2 tháng so với giống sắn chủ lực KM94) giúp kéo dài vụ thu hoạch và chế biến; năng suất bột tương đương

hoặc cao hơn KM94 Một số đặc điểm của giống sắn này như sau

- Thân thẳng, nhặt mắt, thích hợp với điều kiện sinh thái Việt Nam

- Dạng củ đồng đều, thịt củ trắng, thích hợp với chế biến và thị trường

- Thời gian thu hoạch hợp lý từ 7-10 tháng sau khi trồng

- Năng suất củ tươi 33,4 tấn/ha, hàm lượng tinh bột 26,97%, năng suất tinh bột 9,45 tấn/ha, hàm lượng HCN 105,9 mg/kg vật chất khô (so với KM94 đạt năng suất củ tươi 28,1 tấn/ha, hàm lượng tinh bột 27,38%, năng suất bột 7,62 tấn/ha, hàm lượng HCN 219,0 mg/kg vật chất khô) [3]

2.2 Cấu tạo và thành phần hóa học của củ sắn

2.2.1 Cấu tạo củ sắn

Củ sắn có hình dạng không đồng nhất, có củ thẳng, củ cong, có củ lại biến dạng cục bộ, hình thon hoặc hơi dài, cũng có loại củ sắn ngắn Tùy theo giống và điều kiện canh tác mà củ sắn có thể dài từ 0,1÷1,2 m và đường kính từ 2÷12 cm, đường kính thường không đều theo chiều dài củ, phần gần cuống to nhưng càng gần chuôi càng nhỏ Thực tế sản xuất người ta chia củ sắn thành 3 phần như sau (Hình 2.1) [1]

- Vỏ củ: gồm vỏ gỗ ở bên ngoài và vỏ cùi (vỏ lụa) ở bên trong:

+ Vỏ gỗ: Vỏ gỗ là một lớp mỏng, có nhiệm vụ bảo vệ củ, thành phần chủ yếu là Xenluloza và hemixenluloza, không có tinh bột Vỏ gỗ chiếm 0,5÷2 % trọng lượng toàn củ sắn và được loại bỏ khi chế biến

+ Vỏ cùi (vỏ lụa): vỏ cùi dày khoảng 1÷3 mm, chiếm từ 8÷15% khối lượng củ Thành phần chủ yếu là xenluloza, chứa 5÷6% tinh bột, đường (2÷3%), pectin, hợp chất chứa nitơ và dịch bào Trong dịch bào có tanin, sắc

tố, các tiền xianhydric ở dạng Glucozit (dạng Linamarin hay Phazeoluatin -

Hình 2.1 Mặt cắt ngang củ sắn

C10H17NO6), các enzym…Vỏ cùi giữ chức năng bảo vệ cho củ đồng thời là

cơ sở hình thành vỏ gỗ bên ngoài, phần lớn nhựa, các độc tố có trong lớp vỏ này Trong sản xuất tinh bột vỏ cùi được loại bỏ

- Thịt củ sắn: Chiếm từ 80÷90% khối lượng củ, thành phần chủ yếu là các tế

bào nhu mô, thành mỏng Vỏ tế bào là Xenluloza, bên trong là các hạt tinh bột, nguyên sinh chất, Glucid hòa tan và các vi lượng Hàm lượng tinh bột trong mô thịt

củ giảm dần từ ngoài và trong tâm củ Ngoài ra, trong thịt củ còn có các tế bào thành cứng, không chứa tinh bột cấu tạo từ các Xenluloza rất cứng, được gọi là xơ

Xơ tập trung ở đầu hoặc cuối củ sắn

- Lõi củ: Chiếm 0,1÷1,0% khối lượng củ Lõi sắn nằm ở trung tâm dọc củ, ở

phần cuống lõi to nhất và nhỏ dần đến đuôi củ Lõi cấu tạo từ Xenlulo và Hemixenloza

Bảng 2.3 Thành phần hoá học của củ sắn tươi và sắn khô [1]

Đơn vị: tính cho 100g sắn

Tỷ lệ tinh bột khá cao nên rất phù hợp cho việc sản xuất tinh bột

Độc tố trong củ sắn là axit xianhydric (HCN), khi củ sắn còn ở cây mẹ trong

củ không có HCN tự do mà ở dạng glucozit gọi là phazeoluatin (C10H17NO6), khi củ sắn bị tách rời khỏi cây dưới tác dụng của enzym Linamarase hoặc trong môi trường axit thì phazeoluanin bị phân hủy thành glucoza, axeton và axit xyanhydric Hàm lượng độc tố trong sắn khoảng 0,001 ÷ 0,04% (bảng 2.1) chủ yếu tập trung ở

vỏ cùi, khi sử dụng vỏ cùi được loại bỏ đồng thời loại bỏ được phần lớn độc tố Trong sản xuất tinh bột sắn HCN phản ứng với sắt tạo thành sắt xyanat có màu xám

do đó nếu không tách nhanh sẽ ảnh hưởng đến màu tinh bột [9]

2.3 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn

2.3.1 Quá trình sản xuất tinh bột sắn cơ bản

Sắn củ tươi là sản phẩm có thể bảo quản được Tuy nhiên, tùy theo phương pháp và thơi gian bảo quản mà hàm lượng tinh bột của sắn bị giảm, đặc biệt là sau thu hoạch một số enzym hoạt động mạnh như: Linamarase (phân huỷ phazeolunatin thành gluco, axeton và axit xiandric Các enzym polyphenoloxydaza xúc tác quá trình oxy hoá polyphenol tạo octokinol và từ đó tạo ra các sản phẩm có màu sẫm (vết đen), thường gọi là sắn chảy nhựa Vì vậy tốt nhất củ sắn nên được chế biến ngay trong vòng 24h kể từ khi thu hoạch

Quá trình sản xuất tinh bột sắn có thể được chia thành các công đoạn cơ bản như sau:

+ Bước 1: Rửa và bóc vỏ để loại bỏ tạp chất và lớp biểu bì bảo vệ

+ Bước 2: Nạo hoặc nghiền nhỏ để phá vỡ cấu trúc tế bào trong thịt củ nhằm giải phóng tinh bột

+Bước 3: Sàng hoặc ly tâm để tách xơ khỏi phần bột nhão, thu sữa tinh bột

2.3.2 Một số loại hình công nghệ sản xuất tinh bột sắn

Ở một số nước đang phát triển như Indonesia, Thái Lan, Ấn Độ, Việt Nam…Việc sản xuất tinh bột sắn được thực hiện với những quy mô khác nhau:

+ Sản xuất quy mô nhỏ ở hộ và liên hộ gia đình

+ Sản xuất quy mô vừa bằng các thiết bị bán cơ giới

+ Sản xuất công nghiệp

2.3.2.1 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô hộ gia đình

Đây là quy mô hộ và liên hộ gia đình có công suất 0,5 - 10 tấn tinh bột/ ngày Số lượng chiếm 70 - 74% tổng số cơ sở sản xuất tinh bột sắn 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 [13]

a Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô hộ gia đình

Hình 2.2.Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô hộ gia đình [12]

b Mô tả quy trình

Củ sắn được bóc vỏ bằng tay sau đó được ngâm, rửa sạch Tiếp theo chúng được nạo thủ công thành bột nhão trên một bàn nạo, bàn nạo này chỉ là một tấm thiếc hoặc sắt mềm được đục lỗ sao cho có các gờ sắc ở một bên Sau đó bột nhão được cho vào một tấm vải buộc bốn góc và được rửa bằng cách xối nước trực tiếp Cuối cùng, xơ được vắt khô còn sữa tinh bột qua lọc được thu hồi và để lắng Sữa bột được hòa thêm nước để tách các chất hòa tan sau đó để lắng tự nhiên thu tinh

Nước thải

bột Tinh bột trông củ sắn tươi dễ lắng, sau khoảng 8÷10 giờ hạt tinh bột có thể lắng hoàn toàn Khi các hạt tinh bột đã lắng người ta gạn bỏ phần nước bên trên Ở phần tinh bột đã lắng, lớp trên cùng có mầu trắng xám chứa xơ mịn, một số chất không hòa tan được gọi là bột đen Bột đen được tách riêng, tinh bột thu được có màu trắng sáng, đồng nhất là bột có chất lượng cao Tinh bột ẩm được bẻ vụn và phơi khô Ở một số nơi, sữa bột được vắt để loại bỏ nước qua một tấm vải dày hoặc được treo qua đêm để loại bỏ nước nhờ vào trọng lực, sau đó bột ẩm được phơi khô

tự nhiên Quy trình đơn giản này được sử dụng nhiều ở vùng nông thôn tại các nước trong khu vực nhiệt đới

2.3.2.2 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô vừa bằng các thiết bị bán cơ

giới

Công nghệ này được áp dụng ở các doanh nghiệp có công suất dưới 50 tấn tinh bột sản phẩm/ ngày Số lượng chiếm 16- 20% tổng số cơ sở sản xuất tinh bột sắn Đa phần các cơ sở đều sử dụng thiết bị chế tạo trong nước nhưng có khả năng hoạt động ổn định và chất lượng sản phẩm không thua kém các cơ sở nhập thiết bị của nước ngoài [13]

a Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô nhỏ bằng các thiết

bị bán cơ giới

Hình 2.3 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô nhỏ bằng các

thiết bị bán cơ giới [2, 12]

b Mô tả quy trình

- Rửa - bóc vỏ: Là công đoạn làm sạch nguyên liệu, đồng thời loại bỏ lớp vỏ

Quá trình rửa nguyên liệu được thực hiện nhờ thiết bị rửa hình trống quay hoặc máy rửa cánh guồng Máy rửa hình trống quay, gồm một lồng quay hình trụ mở, được bọc bằng mắt lưới thô, quay với tốc độ 10 ÷ 15 vòng/phút Thiết bị làm việc gián đoạn theo mẻ, nguyên liệu được cho vào lồng Khi lồng quay nước được tưới vào trong suốt quá trình nhờ bộ phận phân phối nước Khi lồng quay các củ sắn chuyển động trong lồng va chạm vào nhau

và va chạm vào thành lồng, do đó đất cát và vỏ được tách ra

Lọc tách bã

Lắng bột tách nước

Xay nghiền Bóc vỏ, rửa sạch

Vỏ và tạp chất

Sản phẩm Nước

Sau khi bóc vỏ, củ sắn thường được ngâm trong máng nước để loại bỏ các chất hoà tan trong nguyên liệu như: độc tố, sắc tố, tanin,…

- Nghiền: Sau khi ngâm, sắn được đưa vào thiết bị nghiền thành bột nhão

nhằm phá vỡ tế bào củ và giải phóng tinh bột Bột nhão sau nghiền gồm tinh bột, xơ và các chất hoà tan như đường, chất khoáng, protein, enzym, các vitamin và dịch củ

- Lọc tách bã: là công đoạn quan trọng, phải sử dụng nhiều nước có thể lọc

thủ công hoặc dùng máy lọc

+ Lọc thủ công dùng lưới lọc: Bột nhão được trộn đều trong nước, được chà

và lọc trên khung lọc, dịch bột lọc chảy qua lưới lọc vào bể chứa Bã sắn ở trên được lọc lần 2 để tận thu tinh bột

+ Lọc tách bã bằng máy lọc: là một thùng quay trong đó có đặt lưới lọc, làm việc gián đoạn theo mẻ Nước và bột nhão được cấp vào thùng, khi thùng quay bột nhão được đảo đều trong nước nhờ cánh khuấy, sữa bột chảy xuống dưới qua khung lưới lọc trước khi vào bể lắng, còn phần xơ bã được xả ra ngoài qua cửa xả bã

- Lắng tách bột đen: Đây là công đoạn đầu tiên trong tinh chế tinh bột Tinh

bột có đặc điểm dễ lắng và dễ tách, sau 8 ÷ 15h có thể lắng hoàn toàn Khi bột đã lắng, từ từ tháo nước tránh gây sáo trộn tạp chất (bột đen) trên bề mặt lớp bột Lớp bột đen sẽ được loại bỏ để đảm bảo chất lượng của bột thành phẩm

- Làm khô tinh bột: Bột đen được tách riêng, còn bột trắng được lấy ra đặt

lên gạch hoặc xỉ than làm giảm độ ẩm rồi được phơi khô tự nhiên, sản phẩm

thu được là tinh bột sắn thô

- Tinh chế tinh bột: Để thu được tinh bột có chất lượng cao, tinh bột sắn thô

được tinh chế một lần nữa theo quy trình sau: (hình 2.4)

Hình 2.4 Quy trình tinh chế tinh bột sắn kèm dòng thải

Bột thô có độ ẩm từ 55 ÷ 60% được cho vào bể, bơm nước vào với tỉ lệ bột

và nước là 1/6 Dùng máy khuấy cho đồng nhất, để bột lắng lại sau 8 ÷ 15h tháo nước trong và hớt lớp bột đen trên bề mặt lớp bột Có thể rửa 3 đến 4 lần để loại bỏ hết tạp chất, sau khi rửa xong dùng tro hoặc xỉ khô thấm nước và đem bột ra phơi hoặc bảo quản ướt

2.3.2.3 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô công nghiệp

Công nghệ này được áp dụng ở các doanh nghiệp có công suất trên 50 tấn tinh bột sản phẩm/ ngày Số cơ sở sản xuất tinh bột 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 công nghệ tiên tiến hơn, có hiệu suất thu hồi và chất lượng sản phẩm cao, sử dụng ít nước hơn so với công nghệ trong nước Phần lớn các nhà máy sản xuất tinh bột ở phía Nam áp dụng phương pháp công nghệ của Thái Lan.[13]

Theo đề tài “Đánh giá thực trạng ô nhiễm môi trường tại các cơ sở chế biến tinih bột sắn quy mô công nghiệp trên phạm vi cả nước” năm 2008, điều tra 44 cơ

sở chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp ở Việt Nam thì có 16/44 cơ sở có 100% công nghệ của Thái Lan, 2/44 cơ sở có 100% công nghệ của Trung Quốc, 14/44 cơ sở có công nghệ Việt Nam cải tiến từ hai công nghệ trên, còn lại là các cơ

sở sử dụng dây chuyền công nghệ kết hợp của nhiều nước như Thái Lan, Trung Quốc, Đức, Ý, Hà Lan…

a Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Thái Lan

- Sơ đồ quy trình công nghệ

Hình 2.5: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Thái Lan

kèm dòng thải [19]

Rửa, tách tạp chất

và bóc vỏ Băm nhỏ

- Thuyết minh quy trình công nghệ:

Quy trình sản xuất tinh bột sắn theo công nghệ của Thái Lan gồm các công đoạn sau:

- Nạp nguyên liệu, bóc vỏ và rửa sạch:

Sắn củ tươi được băng chuyền đưa vào thiết bị bóc vỏ và rửa Thiết bị bóc vỏ

có dạng trống quay, đường kính khoảng 40 ÷ 50 cm với các lưỡi dao kiểu răng cưa được bố trí xung quanh chu vi của trống Các lưỡi dao có từ 8 ÷ 10 răng cưa và được cài đặt cách nhau từ 6 ÷ 10 mm Tốc độ quay của trống khoảng 1.000 vòng/phút Trong thiết kế, nước với áp suất cao được xịt từ các đầu phun vào củ Việc bóc vỏ được thực hiện cùng lúc trong máy rửa Hoạt động kết hợp của các dòng nước áp suất cao, sự cọ xát của các củ sắn với nhau và vào vách trống giúp loại bỏ hầu hết lớp vỏ và rửa sạch trước khi đi vào công đoạn sau Đáng chú ý là nước rửa sắn chính là nước tách mủ được tuần hoàn tái sử dụng 100%

- Nghiền mài củ sắn:

Sắn củ tươi đã được bóc vỏ và rửa sạch được băng chuyền đưa vào máy nghiền búa, dưới tác dụng của búa quay với tốc độ lớn khoảng 3.000 vòng/phút, sắn được đập nhỏ, kết hợp với nước bơm vào tạo thành hỗn hợp bã - bột - nước Hỗn hợp này được đưa đến bể chứa, để nâng cao hiệu quả thu hồi tinh bột, sắn càng được nghiền nhỏ càng tốt, vì vậy ở công đoạn nghiền được thực hiện hai lần liên tiếp

Đối với sắn lát khô (không cần đến công đoạn bóc vỏ, rửa), được đưa qua sàng tách tạp chất và sau đó đi vào máy nghiền hai lần Hỗn hợp bã - bột - nước đưa vào bể ngâm trong khoảng 48h, rồi tiếp tục chế biến như sắn củ tươi

- Tách và tinh chế:

Đây là công đoạn quan trọng nhất quyết định tỷ lệ thu hồi và chất lượng sản phẩm Công đoạn này được tiến hành qua các giai đoạn sau:

+ Sàng tách bã

Hỗn hợp bã - bột - nước từ bể chứa, được bơm hút với áp lực cao (3 ÷

4 at) vào sàng cong áp lực tĩnh và máy ly tâm trục đứng, mặt sàng có dạng hình cong và có các khe hở kích thước nhỏ (0,05 ÷ 0,10 mm) Khi trượt trên mặt sàng, dưới tác dụng của lực ly tâm, sữa bột được tách ra khỏi bã Quá trình này được tiến hành liên tục qua nhiều máy nên sữa bột thu được khá thuần khiết Hơn nữa, đây là sàng cong áp lực tĩnh, không có bộ phận chuyển động nên hoạt động rất ổn định, hiệu suất tách tinh bột cao, bền, dễ thao tác trong sử dụng và bảo dưỡng

+ Trích ly, chiết suất loại bỏ tạp chất

Sữa bột lỏng thu được sau sàng cong áp lực tĩnh, chứa nhiều các chất hoà tan, xơ mịn và tạp chất vô cơ Do vậy hỗn hợp này được bơm hút đưa vào thiết bị Cyclon để tách các tạp này, sau đó đưa vào máy ly tâm dạng đĩa, nhằm loại bỏ các bã nhỏ để thu được tinh bột đồng nhất Để có tinh bột có chất lượng cao, công đoạn này cũng được thực hiện hai lần liên tiếp Bã loại

ra được hoà trộn với nước và đưa trở lại máy nghiền để làm nhỏ và quay trở lại thiết bị tách, chiết suất nhằm tận thu tinh bột Sau khi qua tất cả các công đoạn trên ta thu được 84 ÷ 86% lượng tinh bột có trong sắn nguyên liệu

Để có độ trắng theo yêu cầu thì hỗn hợp sữa bột phải qua thiết bị khử cát, bụi kết hợp tẩy bằng dung dịch H2SO3