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

Hiện nay nước ta có rất nhiều nhà máy sản xuất tinh bột sắn vớiquy 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

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC CÁC BẢNG iii

DANH MỤC CÁC HÌNH iv

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

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 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

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 không khí đến sinh trưởng và phát triển của VSV 39

Bảng 4.8 Các công 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 và tỉ lệ nảy mầm của cây cải 50

DANH MỤC CÁC HèNH

Trang

Hình 2.1 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Thái Lan kèm theo

dòng 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

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 bộtsắn đã và đang mang lại cho các nước này nguồn lợi kinh tế lớn Tinh bột sắn córất nhiều giá trị, ngoài việc làm thực phẩm, thức ăn chăn nuôi còn là nguyên liệukhông thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp lớn như để làm hồ, in, định hìnhtrong công 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 nờm, mỡchớnh…

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 vớiquy 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 đềugặp phải những vấn đề môi trường nghiêm trọng phát sinh từ nguồn bã thải vànước thải, do chưa tập trung đầu tư quản lý và kiểm soát lượng phế thải thải ratrong quá trình sản xuất Các vấn đề về ô nhiễm môi trường xung quanh khuvực nhà máy CBTBS đã và đang xuất hiện với xu hướng ngày càng tăng vềquy mô và mức độ nghiêm trọng, đặc biệt là mối quan hệ giữa các doanhnghiệp và công đồng dân cư xung quanh đang dần xấu đi do hoạt động sảnxuất đang gây ảnh hưởng xấu đến môi trường đất, nước và không khí, ảnhhưởng đến sức khoẻ cộng đồng và môi trường sinh thái

Hiện nay đang có rất nhiều biện pháp để xử lý nước thải và chất thải rắncủa hoạt động sản xuất tinh bột sắn, trong đó biện pháp sử dụng vi sinh vậtđang được áp dụng với những ưu điểm thân thiện với môi trường, hiệu quả cao

và tiết kiệm chi phí và sản phẩm sau xử lý có thể được sử dụng vào nhiều mụcđích khác nhau Xuất phát từ những vấn đề trờn tụi 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 làmphân 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 CBTBSdạng 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

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 trồngcách đây khoảng 5000 năm Cây sắn được trồng ở rất nhiều nơi trên thế giới vàđem lại nguồn thu lớn cho các quốc gia này Đến năm 2005 trên thế giới cókhoảng hơn 102 nước trồng sắn, tổng diện tích 18.510.000 ha với sản lượng202.650.000 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 đượcđưa 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 vựng Đụng, Bắc TháiLan Tổng diện tích trồng sắn từ chỗ đạt mức kỷ lục khoảng 1,6 triệu ha vàonăm 1988 và 1989 nay đã giảm xuống còn 1,05 triệu ha Tổng sản lượng sắnnăm 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 nhưsắn lát, sắn viên, tinh bột và là nước duy nhất sản xuất tinh bột sắn biến tính ởqui mô công 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, bảoquản sắn khụ đó phát triển thành một ngành công nghiệp quy mô lớn theo hướngxuất khẩu chiếm 90% và tiêu thụ nội địa chỉ khoảng 10% [44,47;9]

Hoạt động sản xuất và chế biến tinh bột sắn đang diễn ra nhanh và mạnh ở rấtnhiều quốc gia trên thế giới, có nhiều loại công nghệ chế biến tinh bột sắn đã rađời đem lại hiệu quả cao trong sản xuất tinh bột sắn Thái Lan là nước đứng đầuthế giới về xuất khẩu các sản phẩm từ sắn và có nhiều tập đoàn và công ty sảnxuất thiết bị chế biến sắn Nhìn chung, quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắncủa 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 H 2 SO 3 để chống biến màu tinh bột) sau đó sang

công đoạn trích lý, tách xơ Sữa tinh bột được chuyển vào thiết bị ly tâm rồi đemsấy khô bằng thiết bị sấy phun Tinh bột từ công đoạn sấy khô được làm nguội

và đóng bao để chuyển sang kho chứa thành phẩm (hình 2.1).

Ưu điểm của công nghệ Thái Lan là giai đoạn trích ly, chiết suất được thựchiện lặp lại nên tỷ lệ thu hồi tinh bột cao, lượng tinh bột thải ra theo bã và nướcthải giảm đáng kể Mặt khác, nước thải từ ly tâm tách nước được tuần hoàn lạiquá trình trích ly tách xơ, đồng thời nước sau phân ly bột được tái sử dụng hoàntoàn để rửa củ nên giảm một lượng đáng kể định mức sử dụng nước Như vậytoàn bộ quy trình có một dòng thải chính là dòng sau rửa củ [5,9,55]

Trung Quốc không phải là nước trồng sắn nhưng là nước có nhu cầu tinh bộtsắn lớn nhất thế giới

Ưu điểm chính công nghệ nước này là nguyên liệu có thể là củ sắn tươi và cảsắn lỏt khụ, khâu tẩy trắng dùng SO2 với hàm lượng nhỏ Dây chuyền công nghệsản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc có giá thành thấp nên tương đối phổ biến

ở Việt Nam [5,9]

Hình 2.1 Công 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, sauIndonesia và Thái Lan Năm 2006, diện tích đất trồng sắn đạt 475.000 ha, sảnlượng 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 lượngcũng như năng suất tinh bột sắn được sản xuất cũng tăng lên theo thời gian.Hình 1 mô tả tốc độ tăng trưởng của diện tích trồng sắn cũng như sản lượng

Rửa củ, bóc vỏSắn củ tươi

Băm nhỏNghiềnTrích ly, tách xơPhân ly (tinh lọc)

Ly tâm tách nướcSấy khôLàm nguộiĐóng bao

Thành phẩm

Nước

Vỏ, tạp chấtNước thải

Bã sắn

H2SO3

Nước thải

Khí thảiKhí nóng

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 saulúa 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 nông dân nghèo do sắn dễtrồng, ớt kộn đất, vốn đầu tư thấp phù hợp kinh tế nông hộ và điều kiện sinh tháimôi 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 công (16,8%), chỉ có12,2% tiêu thụ tươi [29,37,54]

Sản xuất và chế biến sắn ở Việt Nam trong những năm gần đây có bước tiếnđáng kể, cụ thể:

Diện tích trồng sắn cả nước năm 2009 đạt 560,4 nghìn ha, tăng mạnh so vớimức 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 khuvực 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 0,2-0,4 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]

TT Địa phương

Số nhà máy

Sản lượng (tấn/ngày) TT Địa phương

Số nhà máy

Sản lượng (tấn/ngày)

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 công 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.

Ngoài ra, cũn có những cơ sở chế biến nhỏ lẻ và làng nghề nằm rải rác ở các địaphương Cùng với sản lượng sắn củ lớn nhất, khu vực Đông Nam Bộ cũng cónăng 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 thỡ Yên Bỏi 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 cũngmang lại những quan ngại không nhỏ, nhất là nguy cơ tái diễn tình trạng pháttriển ồ ạt diện tích trồng sắn trong cả nước, vừa gây xói mòn đất vừa ảnhhưởng bất lợi đến giá cả thị trường Hơn nữa, với số nhà máy và cơ sở chếbiến sắn tăng nhanh đã và sẽ tạo ra một lượng chất thải khổng lồ, gây tácđộng không nhỏ đến môi trường ở nhiều vùng nông thôn, nhất là các tỉnh códiện tích trồng sắn lớn như Tây Ninh, Bình Phước, Đồng Nai và một số tỉnh ởkhu vực phía Bắc [58,56]

Việt Nam hiện tồn tại 3 loại quy mô sản xuất tinh bột sắn điển hình sau: [1]

Qui mô nhỏ (hộ và liên hộ): Đây là quy mô có công suất 0,5 - 10 tấn tinh

bột sản phẩm/ ngày Số cơ sở chế biến sắn quy mô nhỏ chiếm 70 - 74% Côngnghệ thủ công, thiết bị tự tạo hoặc do các cơ sở cơ khí địa phương chế tạo Hiệusuất thu hồi và chất lượng tinh bột sắn không cao

Qui mô vừa: Đây là các doanh nghiệp có công 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 không thua kém các cơ sở nhập thiết bị của nước ngoài

Qui mô 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 khoảng10% 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 thuhồi sản phẩm cao hơn, đạt chất lượng sản phẩm cao hơn, và sử dụng ít nướchơn so với công nghệ trong nước Tới nay cả nước đó có trờn 60 nhà máy chếbiến 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 cácnhà máy chế biến sắn qui mô công nghiệp đã và đang xây dựng có khả năngchế biến được 40% sản lượng sắn cả nước

Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, khoảng 40 - 45% sản lượng sắn dànhcho chế biến quy mô lớn, hay còn gọi là quy mô công nghiệp, 40 - 45% sảnlượng sắn dành cho chế biến tinh bột ở qui mô nhỏ và vừa, dùng để sản xuất cácsản phẩm sắn khô, chế biến thức ăn chăn nuôi và 10 - 15% dùng cho ăn tươi vàcác nhu cầu khác

Qui trình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam gồm 3 loại hình công nghệchính Đối với qui mô công nghiệp chủ yếu sử dụng công nghệ, thiết bị củaTrung 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 Tõy Nguyên Qui mô làng nghề tập trung chủyếu ở một số tỉnh thuộc đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Longvới 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 bànnạo/mài trên tấm thiếc hoặc sắt mềm có đục lỗ tạo gờ sắc một bên Bột saukhi mài được đưa vào một tấm vải lọc buộc bốn góc và rửa bằng vòi nước

Xơ sau khi rửa được vắt khô Sữa bột thu được chứa trong xụ/thựng chứa

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 đượcsấy 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 đượctiến hành bằng máy mài Lực để quay trống được truyền qua trục động cơđiện và dây curoa Trống có phủ tấm kim loại đục lỗ được quay trong mộthộp mỏy có gắn phễu nạp củ phía trên và bột sau khi mài được chảy xuốngdưới Quá trình mài được bổ sung một lượng nhỏ nước Lượng tinh bột đượcgiải phóng và hoà tan nhờ cách làm này có thể đạt hiệu suất 70 - 90% Bộtnhão thu được qua sàng lọc thô, lọc mịn và lọc tinh Có thể bổ sung nướctrong khi tỏch cỏc tạp chất và bã Dịch thu được sẽ qua giai đoạn lắng để táchnước Lắng được tiến hành trong bể lắng hoặc bàn lắng (lắng trọng lực) Quátrình lắng có thể được bổ sung hóa chất giúp lắng nhanh hoặc tẩy trắng Tinhbột được tách ra bằng tay Sấy khô tinh bột bằng phương pháp tự nhiên hoặccưỡng 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 toàn bộ quá trình chế biến, từ khitiếp nhận củ đến khi sấy hoàn thiện sản phẩm phải được tiến hành trong thờigian ngắn nhất có thể được để giảm thiểu quá trình oxy hoá, biến đổi hàmlượng tinh bột sau thu hoạch và trong chế biến TBS được chế biến từ nguyênliệu là củ tươi hoặc khô (sắn củ, sắn lát), với các quy mô và trình độ côngnghệ khác nhau [19,9,35]

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, cólẫn cả tạp cát sạn Vỏ lụa của sắn chứa chủ yếu là pectin, tinh bột và xơ Cácchất thải rắn phát sinh chủ yếu từ công đoạn rửa củ, bóc vỏ và tỏch bó

2.1 Nguồn phát sinh và tải lượng

Chất thải rắn từ quá trình sản xuất tinh bột sắn phát sinh chủ yếu từ côngđoạn rửa củ, bóc vỏ và tỏch bó gồm các loại sau [19,46,55]

Làm sạch và tách vỏ

Băm và mài củ

Tẩy màu và ly tâm tách bã

S, năng lượng và

Năng lượng,

bao gói

Nhiệt và bao gói

- Vỏ, tạp chất (công đoạn rửa củ, bóc vỏ): Chiếm 5% khối lượng củ sắn tươi

- Bã, xơ vụn, vỏ lụa, hạt tinh bột (công đoạn tỏch bó): Loại chất thải rắn nàythường chiếm khoảng 15-20% lượng củ sắn tươi

- Xỉ than đốt lò: Lượng than sử dụng trong chế biến tinh bột sắn từ củ sắntươi vào khoảng 0,6-0,8 tấn/tấn sản phẩm và lượng xỉ than tạo thành vào khoảng0,2-0,3 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:

Hình 2.4 Cân bằng vật chất trong sản xuất tinh bột sắn [64]

Cân bằng vật chất cho thấy 1 tấn củ sắn tươi phát sinh gần 0,45 tấn chất thảirắn 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

Sắn củ tươi 1T (100%)

Vỏ, cát, sạn 0,05T (5%)

Bột nghiền 0,95T (95%)

Bã sắn0,4T (40%)

-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 thỏng/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 tỏch bó là nguồn chất thải rắn gây ô nhiễm chính trongsản xuất tinh bột sắn Đặc biệt, bã xơ có hàm lượng nước rất cao lên tới 88,9-90%, 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 bó cũn chứa chất hữu cơ dễphân huỷ gây mùi khó chịu Nếu không xử lý kịp thời sẽ gây ô nhiễm môitrường và ảnh hưởng tới sức khoẻ người lao động [19,9]

do bã thải là đáng kể Bã thải chất đống trên đường đi, thậm chí nhiều khi cònđược 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

gây mùi khó chịu, làm ô nhiễm môi trường không khí, ảnh hưởng xấu tới sứckhoẻ người dân Về mùa mưa, cùng với đất cát và phương tiện giao thông, bãthải góp phần làm cho đường xá trở nên lầy lội, gây khó khăn trong việc đi lại

và lưu thông hàng hóa [9,50]

Xơ và bã sắn được thu nhận sau khi đã lọc hết tinh bột Loại chất thảirắn này thường chiếm 15 - 20 % lượng sắn tươi, gây ô nhiễm môi trường nếukhông được xử lý kịp thời Bã thải rắn của ngành sản xuất tinh bột sắn thườngđược các doanh nghiệp sản xuất tận dụng làm sản phẩm phụ dưới dạng thức ăngia súc Nguồn thu từ sản phẩm phụ này là không đáng kể, cần có các biệnpháp 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 không được xử lý thì quá trình phân hủy tự nhiên sẽsinh ra các chất như khí H2S, CH4, NH3…gõy mùi hôi thối và điều này dẫn đếnmột số nhà máy chế biến tinh bột sắn bị đình chỉ sản xuất như Nhà máy chế biếntinh bột sắn Hà Tĩnh (Công ty CP hữu hạn Vedan Việt Nam) và nhà máy tinhbột 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 lượnglớn đã và đang gây ra ô nhiễm môi trường Nước thải từ hoạt động sản xuất cóthể được xử lý bằng nhiều phương pháp như bể Aroten, UASB… tuy nhiên chấtthải rắn của hoạt động sản xuất này ở nước ta hiện nay chưa có nhiều phươngpháp xử lý thông thường vẫn là sấy khô, chôn lấp…

Ở các nhà máy lớn vỏ củ và các tạp chất từ công đoạn rửa - bóc vỏ thườngđược thiết kế khu chôn lấp riêng trong khuôn viên nhà máy Bã sắn từ công đoạntrích ly chiết suất của hầu hết các nhà máy đều ký hợp đồng bán cho các cơ sởsản xuất thức ăn gia súc [9,50]

3.1 Biện pháp sấy khô bã sắn

Cho tới nay, trên thế giới và trong nước chưa có tài liệu nào nói về côngnghệ xử lý chất thải từ quá trình chế biến sắn để có thể áp dụng trực tiếp giảiquyết ô nhiễm tại các làng nghề ở Việt Nam Ở Thái Lan, nơi có sản lượng sắnđược chế biến nhiều nhất thế giới cũng chỉ bó hẹp trong việc sử dụng bã sắn ởdạng phơi khô làm thức ăn gia súc

Hiện nay, đa phần các cơ sở sản xuất đều đem bã sắn đi sấy khô Tuy nhiênviệc sấy rất tốn kém do bã không được vắt đến độ ẩm phù hợp Một số cơ sở chếbiến nhỏ vắt bã sơ bộ rồi phơi 5 – 7 ngày nắng vào mùa khô, hoặc 10 - 15 ngàyvào mùa mưa để bỏn bó khụ cho cơ sở chế biến thức ăn chăn nuôi Đối với các hộsản xuất nhỏ thì có thể sử dụng cách làm thủ công này còn đối với các doanhnghiệp có quy mô sản xuất lớn thì phương pháp này không mấy hiệu quả, do đó

để tăng hiệu quả của biện pháp này các nhà khoa học đã nghiên cứu ra máy máyvắt 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 éptrục vớt có lưới lọc, máy ép trục cán, máy ép dạng piston-xilanh lọc, dàn thúinghiệm vắt ép băng tải lọc Kết quả cho thấy hầu hết các máy ly tâm và ép đềukhông có hiệu quả với bã sắn Với dàn thí nghiệm ép băng tải lọc, bã được épthành giải băng liên tục, độ ẩm sau vắt hầu như không phụ thuộc vào độ ẩm banđầu và đạt 57 2% đảm bảo yêu cầu cho phơi sấy tiếp theo nên nguyên lý ép 2% đảm bảo yêu cầu cho phơi sấy tiếp theo nên nguyên lý épbăng 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 kínhcũng như chiều dài tang trống ép bọc cao su là 500 mm, công suất lắp đặt 1,1kW

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 bó trờn nhiều thiết bị: phơi nắng,sấy tĩnh, sấy thùng quay và sấy khí động nhằm lựa chọn công nghệ và thiết bịsấy 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 chothời gian sấy rút ngắn hơn 3 lần so với phơi nắng và giá thành sấy khoảng 120 đ/

kg bó khụ 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 bó khụ)

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 tinhbột sắn cần được xử lý theo phương pháp làm khô để tận dụng làm thức ăn giasúc Làm khô bã sắn cần qua 2 giai đoạn: bằng máy vắt ép băng tải lọc để giảmnhanh lượng nước trong bó, giỳp giai đoạn sấy diễn ra nhanh hơn

Hình 2.5 Sơ đồ quy trình xử lý bã sắn [52]

+ Ưu điểm: Có thể xử lý được một lượng lớn bã thải tinh bột sắn, dễ vậnhành.

+ Nhược điểm: Phương pháp này có nhược điểm là tiêu tốn năng lượngtrong quá trình vận hành, tốn kinh phí cho thiết kế và vận hành Muốn sử dụngvào mục đích khác thì phải xử lý tiếp

3.2 Biện pháp sinh học

Công nghệ sinh học hiện nay được áp dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộcsống, và đem lại hiệu quả cao Biện pháp sinh học được xem là thân thiện vớimôi trường, và giải quyết được triệt để vấn đề chất thải rắn của hoạt động sảnxuất tinh bột sắn

Trên thực tế thì tại các hộ sản xuất quy mô nhỏ thì chất thải rắn chủ yếuvẫn thải bỏ trực tiếp ra môi trường, một phần thì được chôn lấp, tuy nhiênphương pháp này cần một diện tích đất bỏ trống, hơn nữa phương pháp nàykhụng tỏi 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 thànhcông quá trình ủ chua bã sắn với các chất phụ gia khác nhau để làm thức ăn chođộng 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 công thức và ủ yếm khí trong

15 túi riêng biệt cho mỗi công thức Mẫu thức ăn ở 3 túi ny lon trong mỗi côngthức ủ được lấy ngẫu nhiên ở các thời điểm 0, 7, 14, 21 và 42 ngày sau khi ủ đểphân tích thành phần hóa học Giá trị pH và hàm lượng HCN ở các công thứcgiảm nhanh chóng sau khi ủ Giá trị pH thấp dưới 3,8 sau 21 ngày ủ và hàmlượng HCN sau 14 và 21 ngày ủ lần lượt giảm xuống dưới mức 100 và 80 mg/kg

DM [24]

Tại Thái Lan người ta tận dụng bã sắn để sản xuất Axit xitric: Tại Thái Lan

chỉ có 3 nhà máy sản xuất axit xitric Một nhà máy sử dụng bã sắn nghiền sắnlấy từ các nhà máy tinh bột làm nguyên liệu thô (khoảng 5-6 tấn/ngày) nhờ khảnăng lên men bề mặt ở trạng thái rắn của chúng Hai nhà máy còn lại mới đượcthành lập sử dụng các sắn lát làm nguyên liệu nhờ quá trình lên men bề mặt và

bề sâu Để sản xuất 6 tấn axit xitric mỗi ngày cần khoảng 40 tấn lát sắn.[25]

Võ Thị Hạnh và cộng sự đã nghiên cứu thành công việc sản xuất ethanol từ

bã sắn Bã sắn có thể được sử dụng để sản xuất ethanol vỡ nó chứa cellulose,Hemi-cellulose và tinh bột cao Một phương pháp tiền xử lý chất thải sắn bằngcách sử dụng acid và thủy phân enzyme để chuyển đổi các carbohydydrat thànhđường thông qua quá trình lên men đã được công bố Từ một kg chất thải ướttinh bột sắn thủy phân bằng acid hydrochloric 0,25-0,4% (HCl) ở 121oC trong

30 phút hoặc 0,05% Termamyl tại pH 5.5, 90oC trong 1 giờ, tiếp theo dùngCelluclast 0,05%đvà 0,01% AMG tại pH 4,5 và 55oC trong 16 giờ, một lít thủyphân có chứa 9% (w / v) giảm dung dịch đường thu được

Sự kết hợp của thủy phân bã thải sắn và rỉ đường mía có thể được sử dụng

cho quá trình lên men ethanol bằng cách sử dụng các S cerevisiae Sc6 Nồng độ

ethanol thu được trong nước dùng lên men là 7,3%, với một hiệu suất chuyểnhóa đường vào ethanol là 50,3% Theo kết quả, một lít ethanol 94,5% và 3,5 kgchế phẩm sinh học được sản xuất từ 16 kg bã sắn và 1,8 kg mật đường mía.Nghiên cứu này mang lại giá trị cho các nhà máy, làm giảm ô nhiễm môi trường,

và sản xuất các chế phẩm sinh học cho động vật và làm thức ăn nuôi trồng thủysản [49]

Chương trình nghiên cứu sắn, rễ cây trồng quốc gia Viện nghiên cứu(NRCRI) Umudike, PMB 7006 Umuahia, Abia,2007 đã đưa ra một số phươngpháp xử lý bã thải sắn như: Oboh (2006) đã nghiên cứu làm giàu chất dinh

dưỡng vỏ sắn bằng cách sử dụng một hỗn hợp củaSaccharomyces

cerevisaevàLactobacillus spp Quá trình lên men không chỉ làm giảm độc tính,

mà enzyme còn chuyển hóa xelluloza chuyển đổi thành dạng chất dễ tiêu hóahơn để sử dụng làm thức ăn chăn nuôi lợn, cá [34]

Chất thải rắn của hoạt động chế biến tinh bột sắn có chứa một hàm lượngcyanua, đây là một chất độc hại cho con người, hiện nay đó có một số cơ sở lựachọn biện pháp ủ chất thải rắn để làm phân comspot, với phương pháp này sẽlàm giảm được mức độ độc tố của cyanide và từ đó giảm độ pH và tạo ra axitlactic Phương pháp này được cho là một phương pháp hiệu quả trong xử lý chấtthải rắn dựa trên hoạt động của các vi sinh vật để chuyển hóa các chất trong phếthải thành những chất không độc, đồng thời bổ xung các chế phẩm để tăng khảnăng phân giải các chất và bổ xung thờm cỏc nguyên tố cho phù hợp để làmphân bón [34]

Ngũai ra hiện nay biện pháp lờn men vỏ sắn để giảm lượng độc tố và

chuyển hoá các hợp chất ligno-cellulaza kháng enzym sang dạng vật chất dễ tiêuhoá hơn cũng đang được áp dụng [34]

Nhìn chung các phương pháp sinh học trên được thực hiện dựa trên cơ chếhoạt động phân giải tinh bột, xenluloza, lân photphat… của một số chủng vi sinhvật, từ đó chuyển hóa các chất ở dạng độc hại và khó tiêu về dạng những chấtkhụng gõy độc hại và dễ tiêu để phục vụ cho việc sản xuất thức ăn chăn nuôihoặc làm phân bón vi sinh

+ Ưu điểm: Hiệu quả cao, rẻ tiền, dễ thực hiện, thân thiện với môi trường.+ Hạn chế: chưa có nhiều nghiên cứu sản xuất chế phẩm sử dụng bã sắnlàm phân bón hữu cơ sinh học

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

Theo tác giả Võ Văn Phước Quệ và Cao Ngọc Điệp đã phân lập và nhận

diện được một số chủng vi khuẩn có khả năng phân giải xenlulo từ dạ cỏ bò đó

là 4 dòng vi khuẩn Q4, Q5, Q8, Q9 đều có khả năng sản sinh enzyme xelluloza

và phân giải hiệu quả giấy photocopy và rơm rạ Phân tích di truyền phân tử dựatrên trình tự 16S rRNA cho thấy dòng vi khuẩn Q5, Q8, Q9 đồng hình với dòng

Bacillus megaterium, dòng vi khuẩn Q4 đồng hình với dòng Cellulomonas flavigena [21].

Trong giai đoạn 1986 – 2004 các nhà khoa học Việt Nam đã tiến hànhnhiều cụng trỡnh nghiên cứu về sử dụng các tác nhân sinh học trong tái sửdụng phế phụ phẩm nông nghiệp, phế thải chế biến nông sản: rơm, cây ngô, bãmía, thõn lỏ lạc, sản phẩm phụ của cây dứa (bã, vỏ, ngọn…) làm thức ăn chănnuôi [16] Các tác giả Đặng Thị Thu [8], Lê Văn Hoàng [11] đã nghiên cứuqui trình ủ chua bã sắn làm thức ăn gia súc với qui mô nhỏ ở phòng thí nghiệm.Năm 2005, Kỹ sư Lê Thị Bích Phượng (Viện Sinh học nhiệt đới) và cộng sự đãnghiên cứu thành công 2 loại chế phẩm sinh học ProBio-S và Bio-E ứng dụngtrong chế biến bã thải CBTBS làm thức ăn chăn nuôi Chế phẩm sinh họcProBio-S và Bio-E có chứa các chủng vi sinh vật có khả năng sinhglucoamylase, cellulase và α amylase và các chủng vi sinh vật có khả năng duy

trì cân bằng hệ vi sinh vật đường ruụt (Bacillus sp., Lactobacillus sp., Saccharomyces sp) giúp cho quá trình chuyển hóa thức ăn chăn nuôi tốt hơn,

vật nuôi được tăng cường sức đề kháng, kết quả nghiên cứu cho thấy khi sửdụng thức ăn chăn nuôi chế biến từ phế thải sau chế biến tinh bột sắn, lợn tăngtrọng nhanh hơn (1,1-1,3kg/thỏng) so với công thức đối chứng (chỉ ăn thức ănbình thường) Tuy nhiên các công trình nghiên cứu và ứng dụng trên mới chỉdừng ở phòng thí nghiệm, cho đến nay chưa có nghiên cứu sử dụng chế phẩm

vi sinh vật xử lý phế thải sau CBTBS làm thức ăn chăn nuôi qui mô côngnghiệp được báo cáo chính thức [16]

Chế biến làm phân bón hữu cơ sinh học:

Việc ứng dụng công nghệ sinh học, đặc biệt là công nghệ vi sinh vật trong

xử lý chất thải hữu cơ làm phân bón hữu cơ sinh học tại Việt Nam đã được cácnhà khoa học quan tâm nghiên cứu trong nhiều năm trở lại đây, trong đó ứngdụng các chế phẩm vi sinh vật trong xử lý rác thải và phế thải nông nghiệp, côngnghiệp chế biến nông sản ở Việt Nam đã được nghiên cứu và triển khai áp dụngtương đối rộng rãi Nhiều đề tài khoa học công nghệ trọng điểm cấp Nhà(KHCN.07.17, KHCN.02.04, KC.08.07, KC.04.06) đã được nghiên cứu và ứngdụng thành công trong xử lý phế thải hữu cơ, phế thải nhà máy chế biến míađường, phế thải sinh hoạt, phế thải chế biến dứa [12,13] Tuy nhiên các đề tàitrên vẫn chưa nghiên cứu xử lý phế thải CBTBS làm phân bón hữu cơ sinh học

Năm 2001, Trung tâm Công nghệ Môi trường (Đại học Bách Khoa HàNội) đã phát triển được giải pháp xử lý ô nhiễm cho các cơ sở chế biến sắn quy

mô 1 tấn nguyên liệu/ngày; Tuy nhiên, mô hình này không mở rộng áp dụng chocác cơ sở sản xuất công suất lớn được Bên cạnh đú, trờn thị trường hiện nayđang xuất hiện một vài chế phẩm vi sinh vật sử dụng trong xử lý phế thải hữu cơnói chung, tuy nhiên ở Việt Nam chưa có một chế phẩm cụ thể hay công trìnhnghiên cứu trực tiếp nào về xử lý phế thải nhà máy chế biến tinh bột sắn đủ nănglực giải quyết bài toán thực tiễn được công bố chính thức [24]

Trong khuôn khổ của đề tài độc lập cấp Nhà nước giai đoạn 1998 – 2000

về “ Nghiên cứu thử nghiệm và tiếp thu công nghệ vi sinh vật hữu hiệu (EM)trong nông nghiệp và vệ sinh môi trường” do ĐH Nông nghiệp 1 Hà Nội chủ trì,các cán bộ khoa học của 12 đơn vị thực hiện và phối hợp đã xác định hỗn hợpcác vi sinh vật hữu hiệu có tác dụng tích cực trong việc giảm thiểu ô nhiễmkhông khí của các bãi rác, rác thải sinh hoạt và ô nhiễm nước do các chất thảihữu cơ gây nên [14]

Cho tới nay mặc dù chế phẩm vi sinh vật sử dụng trong xử lý phế thải hữu

cơ nói chung đang được bỏn trờn thị trường, song ở Việt Nam chưa có một côngtrình nghiên cứu trực tiếp nào về xử lý phế thải nhà máy chế biến tinh bột sắn

làm phân bón được công bố chính thức Trong khuôn khổ đề tài ”Nghiờn cứu công nghệ sản xuất phân bón vi sinh vật chức năng phục vụ chăm sóc cây trồng cho một số vùng sinh Thái” mã số KC04.04 do Viện Khoa học Kỹ thuật Nông

nghiệp Việt Nam chủ trì (2001-2004) thuộc chương trình KHCN cấp nhà nước,

Bộ môn Vi sinh vật-Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam đã nghiêncứu và sản xuất thành công chế phẩm vi sinh vật Compost maker trong xử lýphế thải hữu cơ thành cơ chất trồng cây và đã xây dựng quy trình công nghệ

”Sản xuất và ứng dụng chế phẩm vi sinh vật chuyển hoá nguyên liệu giài hợpchất cacbon làm nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ sinh học” đã được BộNông nghiệp & PTNT công nhận là tiến bộ kỹ thuật và cho phép áp dụng trongsản xuất Sản phẩm sau xử lý được sử dụng làm cơ chất trồng cây bảo đảm độ

an toàn sinh học [22,23]

Xử lý phế thải chế biến tinh bột sắn làm thức ăn chăn nuôi

- Trong tự nhiên, phế thải nhà máy chế biến tinh bột sắn nếu không được

xử lý có tốc độ phân hủy chậm, đặc biệt có chứa một lượng độc tố là axithydrocyanic (HCN) đáng kể Năm 1993, Ofuya và Obilor đã nghiên cứu khảnăng lên men tự nhiên loại bỏ các độc tố trong phế thải để tái sử dụng phế thảisau chế biến tinh bột sắn dạng rắn làm thức ăn gia súc, gia cầm Thông thường

vỏ sắn tập trung cyanogenic glucosides nhiều hơn ở nhu mô, quá trình lên men

nhờ vi sinh vật đã làm giảm lượng Cyanide, khi lên men nhờ tổ hợp S cerevise, Lactobacillus delbruckii và Lactobacillus coryneformis đã cho thấy ngoài tác

dụng làm tăng hàm lượng protein 8.2%, quá trình lên men còn làm giảmCyanide giảm xuống còn 6.2mg/kg Phế thải sau chế biến tinh bột sắn được coi

là an toàn nếu lượng Cyanide dưới ngưỡng độc là 30mg/kg [41,42] Như vậy,

lượng giảm có thể coi là kết quả của khả năng tiết ra enzyme phytase của vi sinhvật trong nước thải Enzyme này có khả năng thủy phân phytate, do đó giảmlượng phytate của vỏ sắn lên men Trong quan điểm tăng lượng protein của hỗnhợp lên men gồm vỏ sắn với nước thải từ lên men tinh bột sắn ( nhiễm khuẩn và

tự nhiên) và giảm đáng kể (p <0.05) trong các chất dinh dưỡng kháng (dưCyanide và phytate), là hỗn hợp thức ăn gia súc có thể chấp nhận được và đượcđánh giá là tiêu hóa cao

Xử lý phế thải chế biến tinh bột sắn làm phân ủ (composting)

Phế thải dạng rắn sau quá trình chế biến tinh bột sắn được ủ theo phươngpháp ủ compost trong điều kiện có kiểm soát về độ ẩm, nhiệt độ, oxi sẽ tạo rasản phẩm phân hữu cơ phục vụ nông nghiệp Kết quả nghiên cứu cho thấy bónphân hữu cơ cho đất làm tăng độ mùn và khả năng giữ chất dinh dưỡng của đấttrồng trọt Tại các nhà máy chế biến tinh bột sắn, bã sắn được chất thành đốngkhoảng 500m3 , sau đó nước và nitrogen (thường là dạng ure) được thêm vào lúcban đầu ủ Rồi sau đó đống ủ được tưới nước và lật hoặc đảo trộn hàng tuần đểlấy ụxi cho thời gian dài 3 tháng tiếp tục ủ Sản phẩm cuối cùng sau đó đượcsàng lọc để lựa chọn những thành phần có kích thước thống nhất

Độ ẩm cho hầu hết các quá trình composting là 50-70%(w/w), và lượngụxi nờn duy trì ở mức lớn hơn 0,1% và tốt nhất ở 5-12% Tại tất cả các giai đoạncomposting, mật độ vi khuẩn thường có nấm là nhiều hơn Nấm mesophilic vàthermophilic bị chết bởi nhiệt độ tăng cao trong quá trình của Trong một sốtrường hợp mật độ vi khuẩn thermophilic và actinomycete sẽ chiếm nhiều hơnmật độ vi khuẩn Mesophilic trong suốt quá trình sau của composting Vi khuẩn

là thành phần quan trong trong giai đoạn đầu và vi khuẩn metabolism sẽ chịutrách nhiệm làm tăng nhiệt độ xuất hiện trong composting trong khi nấm có vaitrò quan trọng ở giai đoạn sau

Các chủng vi sinh vật thermophilic quan trọng trong quá trình composting

gồm Bacillus stearothermophilus, Thermomonospora spp, Thermoactinomyces spp và Clostridium thermocellum while Geotrichum candidum, Aspergillus fumigatus, Mucor pusillus, Chaetomium thermophile, Thermoascus aurantiacus

và Torula spp Composting có thuận lợi là ngăn chặn nhiều mầm bệnh, tiêu diệt

hạt cỏ dại và vi trùng gây bệnh trong giai đoạn ủ, tăng pH trên đất axit, tăng lượngvật liệu hữu cơ trong đất và cũng có thể giảm lượng phytotoxic, Sản phẩm sauquá trình ủ có thể sử dụng như một nguồn phân bón hữu cơ [45]

PHẦN III NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Phế thải dạng rắn sau chế biến tinh bột sắn tại nhà máy Elmaco (thôn Mẽ

xã Sơn Lai, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình)

- Các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh học phân hủy xenluloza, tinh bột,photphat khó tan cố định nitơ

1.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu khả năng xử lý tinh bột sắn của các chủng vi sinh vật ở quy môphòng thí nghiệm

2 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá đặc điểm phế thải chế biến tinh bột sắn dạng rắn và tiềm năng

sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ sinh học

- Tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng chuyển hóa xenlulo, tinhbột và photphat khó tan

- Đánh giá khả năng sử dụng vi sinh vật trong xử lý phế thải rắn sau chếbiến tinh bột sắn

- Đánh giá phế thải chế biến tinh bột sắn dạng rắn đầu ra và khả năng sửdụng làm cơ chất trồng cây

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật

- Xác định mật độ vi sinh vật (theo TCVN 7185 – 2002: Phân hữu cơ vi sinh

vật) Mật độ vi sinh vật được xác định dựa trên phương pháp nuôi cấy trên môi

trường thạch đĩa, tính số lượng vi sinh vật trên mililit hoặc trên gam mẫu thông qua

số khuẩn lạc phát triển trong các đĩa môi trường

Cân 10g mẫu hoà với 90ml nước cất vô trùng, đem lắc mẫu ở máy lắc cótốc độ 250 vũng/Phút trong 1 tiếng Sau đó, hút 1ml dịch sau lên men, chuyểnsang ống nghiệm thứ nhất có chứa 9 ml nước cất vô trùng, trộn bằng máy voltex.Lặp lại lần thứ ba, thứ tư… tới nồng độ thích hợp để tỏch cỏc khuẩn lạc Hỳt200àl dung dịch đã pha loãng cho vào đĩa petri có môi trường đặc hiệu với mỗiloại vi sinh vật Trang thật đều trên bề mặt thạch Đặt vào tủ 300C trong 3 ngàysau đó lấy ra đếm số khuẩn lạc vi sinh vật

Cách tính số lượng vi sinh vật trong mẫu phân tích

Số lượng vi sinh vật trung bình có trong 1ml hay 1g mẫu (N) được tínhtheo công thức: N = ∑C / f (n1 - 0,1n2)

∑C - tổng số đếm được trên tất cả các đĩa

n1- số đĩa đếm ở nồng độ pha loãng thứ 1 (độ pha loãng thấp nhất)

n2 - số đĩa đếm ở nồng độ pha loãng thứ hai (độ pha loãng tiếp theo)

f - hệ số pha loãng của đĩa đếm thứ 1

- Xác định khả năng thủy phân tinh bột (Theo phương pháp của Cowan và Steel 1990) [15].

Trên môi trường cơ sở (tùy từng loại vi sinh vật), bổ sung với tỷ lệ 1% tinhbột tan, rồi khử trùng môi trường ở 1atm trong 30 phút Phân phối 15ml môitrường cơ sở đã bổ sung tinh bột tan được đun nóng chảy và làm nguội ở 450Cvào các hộp Petri vô trùng Khi môi trường đó đụng và nguội, ta tiến hành cấychấm điểm chủng vi sinh vật phân lập được (các chủng vi sinh vật đã được hoạthóa) vào giữa hộp Petri Sau đó dùng giấy vô trùng gói kín các hộp Petri và đemnuôi cấy ở 30-320C đối với nṍm mụ́c và nấm men, nhiệt độ 370C đối với vi

khuẩn (nhiệt độ phù hợp tùy thuộc vào từng chủng vi sinh vật), theo dõi sự pháttriển của vi sinh vật Sau 2- 5 ngày nhỏ thuốc thử Lugol lên vết cấy để quan sátkhả năng phân giải tinh bột Nếu thuốc thử Lugol không bắt màu quanh vết cấytức là vi sinh vật có khả năng phân giải tinh bột.

- Xác định khả năng phân giải xelluloza (theo phương pháp của

Ogundero-1982 có cải tiến) [15].

Trên môi trường cơ sở (môi trường thích hợp với mỗi loại vi sinh vật), bổsung carboxymethylcellulose (CMC) với tỷ lệ 1%, rồi khử trùng môi trường ở1atm trong 30 phút Phân phối 15ml môi trường cơ sở đã bổ sung CMC đượcđun nóng chảy và làm nguội ở 450C vào các hộp Petri vô trùng Khi môi trường

đó đụng và nguội, ta tiến hành cấy chấm điểm chủng vi sinh vật phân lập được(các chủng vi sinh vật đã được hoạt hóa) vào giữa hộp Petri Sau đó dùng giấy

vô trùng gói kín các hộp Petri và đem nuôi cấy ở 30-320C đối với nṍm mụ́c vànấm men, nhiệt độ 370C đối với vi khuẩn (nhiệt độ thích hợp tùy thuộc vàotừng chủng vi sinh vật), từ ngày thứ 3 trở đi (sự hình thành vòng sáng xungquanh khuẩn lạc tức sinh enzyme cellulase, thời gian quan sát tùy thuộc từngloại vi sinh vật) quan sát vòng phân giải cellulose được tạo ra quanh vết cấy.Sau 3- 5 ngày nhỏ ngập thuốc thử dung dịch 1% congo đỏ lên vết cấy và làmsạch với 0,1M NaCl, sau đó quan sát khả năng phân giải cellulose Nếu thuốcthử congo đỏ không bắt màu quanh vết cấy tức là vi sinh vật có khả năng phângiải cellulose

- Khả năng phân giải photphat khó tan (TCVN số 6167-1996 : Phân bón vi

sinh vật phân giải hợp chất Photpho khó tan) Khả năng phân giải photphat khótan được xác định bằng phương pháp đo vòng phân giải Ca3(P04)2 trên môitrường đặc; đó là vòng tròn trong suốt bao quanh khuẩn lạc (đối với trường hợpcấy điểm) hoặc lỗ thạch (đối với trường hợp khoan lỗ thạch), nơi mà vi sinh vậtphân giải Ca3(P04)2

- Định danh các chủng vi sinh vật theo phương pháp sinh học phân tử

Các chủng vi sinh vật được phân loại đến loài theo phương pháp phân loạihọc phân tử dựa trên cơ sở giải trình tự đoạn gien 16s ARN riboxom của cácchủng vi vi sinh vật, so sánh với các trình tự có sẵn trong ngân hàng gien quốc tếEMBL bằng phương pháp FASTA 33 để định loại đến loài các chủng vi sinhvật Cặp mồi được thiết kế dựa trên trình tự đoạn gien mã hóa 16s ARN riboxom

của chủng E.coli (J01695), tương ứng với các vị trí nucleotit 15-33 (cho mồi

xuôi) và 1548-1532 (cho mồi ngược) Trình tự nucleotit của các chủng nghiêncứu được giải trình tự trên máy tự động ABI-377 của Hãng Perkin-Elmer (Mỹ),sau đó được xử lý bằng chương trình SeqEd1.03 và chương trìnhAssemblyLIGN 1.9 trong hệ chương trình MacVector 6.5.3 (Oxford MolecularInc.) Mẫu vi sinh vật được phân tích tại Trung tâm Công nghệ Sinh học-Đạihọc Quốc gia Hà Nội Truy cập Ngân hàng Gien bằng chương trìnhEntrez/nucleotide/ tìm kiếm các trình tự gien 16s ARN riboxom của vi khuẩn

So sánh đối chiếu và xử lý số liệu của tất cả các chuỗi bằng chương trìnhGENDOC2.5

Các phương pháp xác định thành phần vật lý và hóa học của bã thải trước

và sau khi xử lý

- Xác định độ ẩm ( theo Tiêu chuẩn ngành về phân tích phân bón 10TCN –

302 – 97) Cân chính xác 2- 3g mẫu phân tích trên cân phân tích cho vào chén sấymẫu đã được sấy khô tuyệt đối và cõn trờn cân phân tích chính xác 0,0002g Đặtchén vào tủ sấy ở nhiệt độ 650C - 700C mở nắp chén trong 2 -3h cho đến khi mẫukhông đổi Đậy nắp chộn đó sấy khô và đưa vào bình hút ẩm để làm nguội tới nhiệt

độ phũng ( khụng để quá 1h) Cõn chộn đựng mẫu trên cân phân tích chính xác đến0,0002g Độ ẩm được tính

E = m1 m m2

m1: Khối lượng chén và mẫu trước khi sấy (g)

m2: khối lượng chén và mẫu sau khi sấy (g)

m: Khối lượng mẫu phân tích (g)

- Xác định pH bằng máy pH metter điện cực thủy tinh [32a]

- Xác định cỏcbon hữu cơ tổng số (OC %) theo Phương pháp Walkley-Black:Tác động chất hữu cơ với hỗn hợp Kali Bicromat (K2Cr2O7) N/3 trong AxitSunfuric (H2SO4) 25N và chuẩn độ Bicromat dư bằng muối Mohr (FerrousSulphate) với chỉ thị màu BDS (Barium Diphenylamine Sulphonate).[32a]

- Xác định đạm tổng số (N%) Phương pháp Kenđan (Kjeldahl): Phá hủymẫu bằng Axit Sunfuric, chuyển N hữu cơ về dạng Sunphat Amon -(NH4)2SO4, cho kiềm tác động chuyển về dạng NH3 và được thu vào dungdịch Axit Boric, chuẩn độ với axit tiêu chuẩn (HCl 0,01N) [32a]

- Xác định lân tổng số (P2O5 %): Sử dụng Axit Pecloric cùng H2SO4 phânhủy và hòa tan các hợp chất phốtpho trong đất; xác định hàm lượng lân bằngphương pháp trắc quang (Spectophotometer).[32a]

- Lân dễ tiêu theo Phương pháp Oniani: Chiết rút P trong đất bằng dungdịch H2SO4 0,1N theo tỷ lệ đất/dung dịch là 1/25; so màu trờn mỏy chiết quang

có chọn lọc ở bước sóng 882 nm.[32a]

- Xác định hàm lượng HCN theo 10TCN 604:2004

- Xác định hàm lượng chất xơ [32a]: Cân 2g mẫu đã được sấy ở 1050C từ

2 – 3h vào cốc 150ml Thêm 50ml dung dịch H2SO4 8% và thêm 5ml nước cấtđun sôi trong 10 phút Phần còn lại được rửa gạn với nước nóng nhiều lần (5lần) Thêm nước cất 1000ml, thêm 9ml dung dịch NaOH 30% và đun sôi 10phút Rửa gạn nước nóng nhiều lần, chuyển cặn sang giấy lọc đã biết trọnglượng trước, rửa nhiều lần trên giấy lọc bằng nước nóng Sấy cặn và giấy lọc

ở 1050C trong vòng 5 – 6h Tính kết quả

X%=   100

C

B A

A: Khối lượng cặn + giấy lọc (g)

B: Khối lượng giấy lọc (g)

C: Khối lượng mẫu đem phân tích (g)

Phương pháp ủ bã thải tinh bột sắn

Nguyên liệu bã sắn được ủ theo phương pháp ủ phân compost Nguyên liệu

sử dụng được thể hiện trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Nguyên liệu sử dụng trong xử lý bã thải tinh bột sắn

(cho 1 tấn bã sắn)

Hàm lượng (cho 50kg bã sắn)

Công thức đối chứng: Không bổ sung vi sinh vật

Công thức thí nghiệm: Có bổ sung vi sinh vật

Thời gian ủ là 30 ngày Các chỉ tiêu theo dõi bao gồm pH, nhiệt độ, độ ẩm(theo 10TCN 302 – 97)

Phương pháp trồng cây

Đề tài tiến hành trồng cải ngọt Tosankan (Brassica integrifolia)

Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 4 công thức thí nghiệm

Phương pháp xử lý số liệu:

Số liệu nghiên cứu được xử lý bằng phần mềm Exell, và IRRISTAT