PHẦN II. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
3. Các phương pháp xử lý chất thải rắn sau chế biến tinh bột sắn
Hoạt động chế biến tinh bột sắn thải ra nước thải và chất thải rắn với lượng lớn đã và đang gây ra ô nhiễm môi trường. Nước thải từ hoạt động sản xuất có thể được xử lý bằng nhiều phương pháp như bể Aroten, UASB… tuy nhiên chất thải rắn của hoạt động sản xuất này ở nước ta hiện nay chưa có nhiều phương pháp xử lý 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 thường được thiết kế khu chôn lấp riêng trong khuôn viên nhà máy. Bã sắn từ công đoạn trích ly chiết suất của hầu hết các nhà máy đều ký hợp đồng bán cho các cơ sở sản xuất thức ăn gia súc [9,50].
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 15 3.1. Biện pháp sấy khô bã sắn
Cho tới nay, trên thế giới và trong nước chưa có tài liệu nào nói về công nghệ xử lý chất thải từ quá trình chế biến sắn để có thể áp dụng trực tiếp giải quyết ô nhiễm tại các làng nghề ở Việt Nam. Ở Thái Lan, nơi có sản lượng sắn được chế biến nhiều nhất thế giới cũng chỉ bó hẹp trong việc sử dụng bã sắn ở dạng phơi khô làm thức ăn gia súc.
Hiện nay, đa phần các cơ sở sản xuất đều đem bã sắn đi sấy khô. Tuy nhiên việc sấy rất tốn kém do bã không được vắt đến độ ẩm phù hợp. Một số cơ sở chế biến nhỏ vắt bã sơ bộ rồi phơi 5 – 7 ngày nắng vào mùa khô, hoặc 10 - 15 ngày vào mùa mưa để bán bã khô cho cơ sở chế biến thức ăn chăn nuôi. Đối với các hộ sản xuất nhỏ thì có thể sử dụng cách làm thủ công này còn đối với các doanh nghiệp 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 máy vắt bã sắn VBS-3 và hệ thống sấy tĩnh SHG-4 [52].
Lựa chọn nguyên lý, thiết kế, chế tạo máy vắt bã sắn.
Phân tích thành phần của bã sắn và nguyên lý làm việc của một số máy vắt, đã tiến hành thử nghiệm vắt bã sắn trên một số thiết bị như: máy ly tâm, máy ép trục vít có lưới lọc, máy ép trục cán, máy ép dạng piston-xilanh lọc, dàn thúi nghiệm vắt ép băng tải lọc. Kết quả cho thấy hầu hết các máy ly tâm và ép đều không có hiệu quả với bã sắn. Với dàn thí nghiệm ép băng tải lọc, bã được ép thành giải băng liên tục, độ ẩm sau vắt hầu như không phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu và đạt 57 ± 2% đảm bảo yêu cầu cho phơi sấy tiếp theo nên nguyên lý ép băng tải lọc được chọn để thiết kế máy vắt bã sắn.
Máy vắt bã sắn VBS-3 được thiết kế có năng suất 3 tấn/giờ, đường kính cũng như chiều dài tang trống ép bọc cao su là 500 mm, công suất lắp đặt 1,1 kW.
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 16 Lựa chọn nguyên lý, thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị sấy bã sắn
Phối hợp với các cơ sở chế biến làm khô bã trên nhiều thiết bị: phơi nắng, sấy tĩnh, sấy thùng quay và sấy khí động nhằm lựa chọn công nghệ và thiết bị sấy phù hợp.
Phơi nắng bã sau vắt với mật độ khoảng 25 – 40 kg/m2, thời gian để giảm ẩm từ 55 - 58% xuống 14 - 15% là 3 ngày. Sấy trên máy sấy tĩnh SHG-4 cho thời gian sấy rút ngắn hơn 3 lần so với phơi nắng và giá thành sấy khoảng 120 đ/kg bã khô. Sấy trên máy sấy thùng quay cho năng suất cao, thời gian sấy nhanh (1 giờ), độ ẩm không đồng đều, giá thành cao (250 – 300 đ/kg bã khô).
Quạt sấy của giai đoạn 1 và 2 có lưu lượng 7.000, 5.000 m3/h, áp lực 350, 300 mmH2O, và công suất 7,5 và 5,0 kW tương ứng. Cả hai giai đoạn, chiều dài và đường kính của ống sấy 1 là L1 = 11 m, d = 350 mm, và của ống sấy 2 là L2 = 10 m, D = 1000 mm. [3]
Các kết quả thực nghiệm cho thấy bã sắn thải ra từ quá trình chế biến tinh bột sắn cần được xử lý theo phương pháp làm khô để tận dụng làm thức ăn gia súc. Làm khô bã sắn cần qua 2 giai đoạn: bằng máy vắt ép băng tải lọc để giảm nhanh lượng nước trong bã, giúp giai đoạn sấy diễn ra nhanh hơn.
Hình 2.5. Sơ đồ quy trình xử lý bã sắn [52]
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 17 + Ưu điểm: Có thể xử lý được một lượng lớn bã thải tinh bột sắn, dễ vận hành.
+ Nhược điểm: Phương pháp này có nhược điểm là tiêu tốn năng lượng trong quá trình vận hành, tốn kinh phí cho thiết kế và vận hành. Muốn sử dụng vào mục đích khác thì phải xử lý tiếp.
3.2. Biện pháp sinh học
Công nghệ sinh học hiện nay được áp dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống, và đem lại hiệu quả cao. Biện pháp sinh học được xem là thân thiện với môi trường, và giải quyết được triệt để vấn đề chất thải rắn của hoạt động sản xuất tinh bột sắn.
Trên thực tế thì tại các hộ sản xuất quy mô nhỏ thì chất thải rắn chủ yếu vẫn thải bỏ trực tiếp ra môi trường, một phần thì được chôn lấp, tuy nhiên phương pháp này cần một diện tích đất bỏ trống, hơn nữa phương pháp này không tái sử dụng được các chất thải rắn.[52]
Hiện nay cũng có rất nhiều các biện pháp sinh học được áp dụng trong xử lý chất thải rắn tinh bột sắn. Nguyễn Hữu Văn và cộng sự đã nghiên cứu thành công quá trình ủ chua bã sắn với các chất phụ gia khác nhau để làm thức ăn cho động vật nhai lại. Các phụ gia đựợc sử dụng là: cám gạo 3% + muối ăn 0.5%
(tính theo khối lượng tươi) (BSC); rỉ mật 3% + muối ăn 0,5% (BSMa); và muối ăn 0.5% (BSMu). Bã sắn được trộn đều theo các 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 công thức ủ được lấy ngẫu nhiên ở các thời điểm 0, 7, 14, 21 và 42 ngày sau khi ủ để phân tích thành phần hóa học. Giá trị pH và hàm lượng HCN ở các công thức giảm nhanh chóng sau khi ủ. Giá trị pH thấp dưới 3,8 sau 21 ngày ủ và hàm lượng HCN sau 14 và 21 ngày ủ lần lượt giảm xuống dưới mức 100 và 80 mg/kg DM [24].
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 18 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 sắn lấy từ các nhà máy tinh bột làm nguyên liệu thô (khoảng 5-6 tấn/ngày) nhờ khả năng lên men bề mặt ở trạng thái rắn của chúng. Hai nhà máy còn lại mới được thành 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 vì nó chứa cellulose, Hemi-cellulose và tinh bột cao. Một phương pháp tiền xử lý chất thải sắn bằng cách sử dụng acid và thủy phân enzyme để chuyển đổi các carbohydydrat thành đường thông qua quá trình lên men đã được công bố. Từ một kg chất thải ướt tinh bột sắn thủy phân bằng acid hydrochloric 0,25-0,4% (HCl) ở 121o C trong 30 phút hoặc 0,05% Termamyl tại pH 5.5, 90 o C trong 1 giờ, tiếp theo dùng Celluclast 0,05% ® và 0,01% AMG tại pH 4,5 và 55 o C trong 16 giờ, một lít thủy phân 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 chuyển hóa đường vào ethanol là 50,3%. Theo kết quả, một lít ethanol 94,5% và 3,5 kg chế 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 thủy sản [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 phương pháp 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 của Saccharomyces
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 19 cerevisae và Lactobacillus spp. Quá trình lên men không chỉ làm giảm độc tính, mà enzyme còn chuyển hóa xelluloza chuyển đổi thành dạng chất dễ tiêu hóa hơn 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 lượng cyanua, đây là một chất độc hại cho con người, hiện nay đã có một số cơ sở lựa chọn biện pháp ủ chất thải rắn để làm phân comspot, với phương pháp này sẽ làm giảm được mức độ độc tố của cyanide và từ đó giảm độ pH và tạo ra axit lactic. Phương pháp này được cho là một phương pháp hiệu quả trong xử lý chất thải rắn dựa trên hoạt động của các vi sinh vật để chuyển hóa các chất trong phế thải thành những chất không độc, đồng thời bổ xung các chế phẩm để tăng khả năng phân giải các chất và bổ xung thêm các nguyên tố cho phù hợp để làm phân bón [34].
Ngòai ra hiện nay biện pháp lên men vỏ sắn để giảm lượng độc tố và chuyển hoá các hợp chất ligno-cellulaza kháng enzym sang dạng vật chất dễ tiêu hoá hơn cũng đang được áp dụng [34].
Nhìn chung các phương pháp sinh học trên được thực hiện dựa trên cơ chế hoạt động phân giải tinh bột, xenluloza, lân photphat… của một số chủng vi sinh vật, từ đó chuyển hóa các chất ở dạng độc hại và khó tiêu về dạng những chất không gây độc hại và dễ tiêu để phục vụ cho việc sản xuất thức ăn chăn nuôi hoặc 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 sắn làm phân bón hữu cơ sinh học.