Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHÁT TRIỂN NGÀNH CHẾ BIẾN
1.3. Nội dung phát triển ngành chế biến tinh bột khoai mì theo hướng bền vững về môi trường
1.3.1. Sử dụng công nghệ sản xuất hiện đại, thân thiện với môi trường Chế biến tinh bột khoai mì là lĩnh vực chế biến cần phải trải qua khá nhiều công đoạn khác nhau để đạt được tinh bột khoai mì đáp ứng được tiêu chuẩn về chất lượng. Trước đây, người dân thường chế biến tinh bột khoai mì bằng cách thủ công (bằng tay) với rất nhiều công đoạn, mất nhiều thời gian và hiệu quả chế biến không cao.
Với sự phát triển lớn mạnh của ngành trồng sắn trên cả nước và xuất phát từ lợi ích từ tinh bột khoai mì, các nhà máy, các cơ sở chế biến tinh bột khoai mì đã được hình thành và phát triển ở nước ta khá lâu, trong đó tập trung nhiều ở các vùng chuyên canh trồng khoai mì, nhất là Đông Nam Bộ nói chung và Tây Ninh nói riêng.
Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đã đưa đến sự thay đổi cơ bản về phương tiện sản xuất, máy móc được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực sản xuất, chế biến, đã tạo ra những chuyển biến lớn trong nền kinh tế. Thay vì sản xuất thủ công như trước đây, cần nhiều nhân công mà hiệu quả chế biến tinh bột khoai mì lại không cao, không đáp ứng được những tiêu chuẩn về chất lượng của các thị trường khó tính, thì hiện nay, máy móc hiện đại đã được sử dụng để chế biến, điều chế tinh bột khoai mì tại các cơ sở sản xuất, các doanh nghiệp hoạt động chế biến tinh bột khoai mì.
Việc ứng dụng công nghệ, kỹ thuật hiện đại vào chế biến tinh bột khoai mì đã tạo nên những thay đổi lớn đối với hiệu quả sản xuất, kinh doanh. Chất lượng tinh bột khoai mì được đảm bảo, hệ thống chế biến khép kín tương đối sạch sẽ, năng suất lao động cao và hạn chế được sự tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh.
Trong quá trình chế biến, mỗi nhà máy sẽ lựa chọn cho mình một mô hình chế biến và công nghệ phù hợp với điều kiện kinh tế của mình, nhìn chung, quy trình chế biến tinh bột khoai mì có thể được hệ thống thành quy trình chung như sau:
h
Nguồn: Tác giả tổng hợp Sơ đồ 1.1. Quy trình sản xuất tinh bột khoai mì
Khoai mì củ tươi
Tiếp nhận củ khoai mì
Sàn khô (Làm sạch đất cát)
Nước - Tạp chất, đất,
cát
Băm nhỏ
(Băm nhỏ) Nghiền nát
Ly tâm tách bã
(tách bã lần 1, 2, 3, tẩy màu) Bã Rửa và làm sạch
(Rửa sơ bộ; tách vỏ; rửa nước) - Vỏ, đất cát - Nước thải
Ly tâm tách mủ
Ly tâm tách bột
Sấy khô
Tinh bột thành phẩm
Nước
Nước Tuần hoàn nước
Tuần hoàn nước
Nước sạch
Nước sạch
Tuần hoàn nước
Tuần hoàn nước Ép khô Nước
Dung dịch SO2
Đóng bao
h
Thuyết minh quy trình công nghệ:
Quá trình sản xuất tinh bột khoai mì gồm 08 công đoạn chính được áp dụng công nghệ sản xuất tiên tiến, hiện đại và hoàn toàn khép kín. Công nhân được bố trí tại một vài khâu trong quy trình sản xuất và được trình bày cụ thể trong phần thuyết minh chi tiết bên dưới, còn lại đều là công đoạn tự động hóa sử dụng máy móc thiết bị khép kín. Mỗi công đoạn đó lại gồm một số công đoạn nhỏ hơn. Chi tiết công đoạn sản xuất được mô tả cụ thể dưới đây:
Công đoạn 1: Tiếp nhận củ khoai mì tươi
Nguyên liệu là củ khoai mì tươi được vận chuyển đến nhà máy để chế biến.
Củ khoai mì được chứa trong sân rộng và được chuyển vào phễu chứa bằng băng tải. Xe gàu xúc sẽ xúc củ khoai mì lên băng tải. Trong quá trình vận chuyển theo băng tải, công nhân loại bỏ bớt rác, tạp chất thô. Bên dưới phễu được đặt một sàng rung, sàng này hoạt động tạo rung từ trục cam, quay bằng mô tơ điện. Sàng rung có nhiệm vụ tiếp tục tách phần tạp chất đất đá còn bám vào củ khoai mì.
Thời gian xử lý khoai mì củ tươi từ khi thu hoạch đến khi đưa vào chế biến càng nhanh càng tốt để tránh tổn thất tinh bột, thực tế tại nhà máy là không quá 48 giờ.
Công đoạn 2: Sàn khô, rửa và làm sạch củ
Khoai mì từ phiểu tiếp nhận sẽ được chuyển qua bộ phận sàn khô (lược đất) nhằm làm sạch sơ bộ củ mì tươi, loại bỏ đất cát dính trên thân củ mì.
Công đoạn này được tiến hành từng bước nhằm loại bỏ các tạp chất có trên vỏ củ khoai mì, bao gồm các bước: rửa sơ bộ, tách đất đá, tách vỏ cứng và rửa lại bằng nước.
Máy bóc vỏ được dùng để tách vỏ cứng ra khỏi củ. Củ khoai mì được đưa từ bồn chứa đến máy bóc vỏ bằng một băng tải. Tại đây, cát, đất đá và chất thải khác tiếp tục được loại bỏ trong điều kiện ẩm. Máy bóc vỏ được thiết kế theo hình ống có gắn thanh thép trên thành ống như một lồng xoáy có khe hở rộng khoảng 1cm, mặt trong của máy có gờ xoáy giúp cho việc đưa củ đến một cách tự động, loại cả vỏ cứng và vỏ lụa (dày khoảng 2-3 mm), vỏ lụa cũng là nơi có chứa đến 50% tinh bột và hầu hết lượng axit xyanua hydric (HCN).
Nước rửa và nước dùng để bóc vỏ có thể là nước tái sử dụng, được lấy từ các máy phân ly tinh bột. Nước rửa tái sử dụng được chứa trong bể chứa trước khi dùng.
h
Sau công đoạn này, 1.000kg củ khoai mì tươi cho khoảng 980 kg khoai mì củ sạch. Củ khoai mì tươi sau khi rửa được băng tải chuyển đến công đoạn chặt và nghiền củ.
Công đoạn 3: Chặt (băm) và nghiền nát khoai mì
Mục đích của quá trình này nhằm làm vỡ khoai mì ra nhỏ hơn, sau đó nghiền khoai trở nên mịn hơn, nhằm làm tăng khả năng tinh bột hoà tan trong nước và chuyển sang giai đoạn tách bã. Dưới tác dụng của dao chặt có đường kính cắt là 500mm, củ mì được chặt nhỏ trước khi đưa vào máy nghiền.
Công đoạn 4: Ly tâm tách bã
Công đoạn ly tâm được thực hiện nhằm tách tinh bột ra khỏi nước và bã.
Trong quá trình này, tinh bột được tách khỏi sợi xenluloza, làm sạch sợi mịn trong bột sữa và tẩy trắng tinh bột để tránh lên men và làm biến màu. Việc tẩy màu được tiến hành ngay sau khi hình thành dịch sữa. Tại đây hỗn hợp được xử lý bằng dung dịch SO2 làm cho sản phẩm không bị biến màu. Dung dịch SO2 được tạo thành qua quá trình sau: đầu tiên SO2 được tạo thành nhờ đốt lưu huỳnh trong lò, sau đó dẫn khí SO2 sục vào nước, lò đốt và ống dẫn khí hoàn toàn kín.
Việc tách bã được tiến hành 3 lần bằng công nghệ và thiết bị ly tâm liên tục.
Dịch sữa được đưa vào bộ phận rổ hình nón và có những vòi phun nước vào bã trong suốt quá trình rửa bã và hoà tan tinh bột. Tinh bột sữa sau khi đi qua bộ phận ly tâm đầu tiên với kích thước khe hở hợp lý sẽ được tiếp tục bơm qua các bộ phận ly tâm tiếp theo. Bộ phận ly tâm gồm có 2 công đoạn và được thiết kế với sàng rây mịn. Trong các bộ phận ly tâm này thường có bộ phận lọc mịn và bộ phận lọc cuối để thu hồi triệt để tinh bột. Sữa tinh bột loại thô sau khi qua máy lọc lần cuối đạt mức độ cô đặc khoảng 5,1 - 6,0oBx tương đương 54 kg tinh bột khô/m3 dịch. Dịch tinh bột này còn chứa các tạp chất như protein, chất béo, đường và một số chất không hoà tan như những hạt xelluloza nhỏ trong quá trình mài củ. Bã được thu gom đến bộ phận ép bã. Bã sau khi ép được chuyển đến sân chứa bã. Nước sau khi ép bã được đưa vào tái sử dụng cho qui trình sản xuất để tiết kiệm nước.
Công đoạn 5: Ly tâm tách mủ
Trong dịch sữa tinh bột, hàm lượng các chất dinh dưỡng và đường khá cao nên các vi sinh vật dễ phát triển dẫn đến hiện tượng lên men gây mùi. Sự thay đổi
h
tính chất sinh hóa này làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm. Vì vậy, yêu cầu trong giai đoạn này phải diễn ra nhanh, bằng máy ly tâm siêu tốc và liên tục thiết kế theo công nghệ thích hợp để tách dịch và nâng cao nồng độ tinh bột.
Hỗn hợp tinh bột sau khi tách bã được đưa vào bộ phận sàng quay hình nón và những vòi phun nước rửa. Độ dài hình nón này đảm bảo thu lại hoàn toàn tinh bột. Sau công đoạn này, dịch sữa thô đạt 5% chất khô. Phần dịch được loại bỏ làm thức ăn chăn nuôi.
Công đoạn 6: Ly tâm tách bột
Sau khi ly tâm tách dịch, dịch sữa được tiếp tục tách nước. Bột mịn được tách ra từ sữa tinh bột bằng phương pháp ly tâm.
Phương pháp ly tâm khử nước này được thiết kế theo kiểu rổ, lắp bộ phận chậu có đục lỗ, một tấm vải lọc và một tấm lưới có lỗ rất nhỏ đặt ở bên trong. Tinh bột được chuyển vào ở dạng lỏng. Trong suốt quá trình phân ly, nước được loại bỏ bởi màng lọc và tinh bột được giữ lại ở thành chậu tạo thành bánh hình trụ. Chu kỳ hoạt động của máy bắt đầu diễn ra từ lúc nạp tinh bột sữa ở nồng độ 18 - 20oBx vào bộ phận hình rổ cho đến khi đạt mức cho phép thì ngừng nạp. Sau khi hoàn tất chu kỳ nạo bột thì quá trình nạp dịch tinh bột mới bắt đầu hoạt động trở lại.
Sau ly tâm tách nước, tinh bột tinh thu được đạt độ ẩm 38%, được chuyển sang công đoạn sau dưới dạng bánh tinh bột.
Công đoạn 7: Sấy khô
Bánh tinh bột sau khi được tách ra từ công đoạn trên được làm tơi và sấy khô để tiếp tục tách nước nhằm mục đích bảo quản lâu dài.
Việc làm tơi tinh bột ướt là rất cần thiết, nhằm tăng bề mặt tiếp xúc của hạt tinh bột với không khí nóng trong quá trình sấy. Để làm tơi, tinh bột ướt được dẫn đến bộ phận vít tải làm tơi và bộ phận rây bột tự động. Nhiệt độ ở bộ phận này được giữ ổn định là 55oC. Nếu nhiệt độ trong ống dẫn nhiệt giảm, thấp hơn 55oC, có nghĩa là hàm ẩm của tinh bột cao, tín hiệu được truyền đến bộ phận điều khiển nhiệt và bộ phận biến tần sẽ làm giảm vận tốc mô tơ và tốc độ trục vít, khối lượng tinh bột ướt đưa vào lò sấy giảm theo, cho đến khi nhiệt độ trong ống dẫn đạt đến trị số ổn định.
Tinh bột được sấy bằng phương pháp trao đổi nhiệt. Lượng không khí được sấy nóng đi qua bộ phận lọc để làm sạch, khử bụi, tạp chất bẩn trong không khí.
h
Không khí cấp vào lò sấy ở nhiệt độ 180 – 200oC. Trong quá trình sấy, tinh bột được chuyển đi bằng khí từ đáy lên đỉnh tháp sấy bằng hơi nóng khoảng 150oC và sau đó rơi xuống. Quá trình sấy được hoàn tất trong thời gian rất ngắn (chỉ vài giây) bảo đảm cho tinh bột không vón và cháy.
Công đoạn đóng bao sản phẩm
Tinh bột sau khi sấy khô được tách ra khỏi dòng khí nóng, được làm nguội ngay bởi dòng lốc khí nóng và hoạt động đồng thời của van quay. Sau đó tinh bột này được đưa qua rây hạt để bảo đảm tạo thành hạt tinh bột đồng nhất, không kết dính vón cục, đạt tiêu chuẩn đồng đều về độ mịn. Tinh bột sau khi qua rây được bao gói thành phẩm.
Trung bình từ 1.000 kg khoai mì củ tươi thu được 250 kg tinh bột, 20 kg tinh bột khoai mì thứ phẩm và 70 kg phế phụ liệu khác (bã, mủ...).
Quy trình công nghệ của nhà máy là quy trình đồng bộ, khép kín. Trong quy trình công nghệ, khâu xử lý làm tăng chất lượng sản phẩm trong đó SO2 đóng vai trò quan trọng trong quá trình này. Tuy nhiên, SO2 cũng gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, do đó cần phải được khống chế.
1.3.2. Công nghệ xử lý chất thải
Bên cạnh sự thay đổi ngày một mạnh mẽ của các ngành công nghiệp sản xuất khác thì theo thời gian, ngành công nghiệp chế biến thực phẩm ở Việt Nam đã từng bước đáp ứng được nhiều sản phẩm cần thiết phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng của người sử dụng trong và ngoài nước, các mặt hàng xuất và nhập khẩu cũng ngày càng tăng, đa dạng và có chất lượng tốt hơn nhiều. Trong đó, ngành công nghiệp chế biến tinh bột mì đang có những bước tiến mới trong thị trường kinh tế thế giới.
Bên cạnh những lợi ích mà ngành công nghiệp chế biến tinh bột khoai mì đem lại cho nền kinh tế Việt Nam thì lượng nước thải ra ngoài môi trường từ các cơ sở sản xuất vẫn còn là một điều đáng lo ngại và cần được quan tâm nhiều hơn. Cứ một tấn tinh bột khoai mì thành phẩm thì môi trường sẽ nhận khoảng từ 12-15 m3 nước thải với nồng độ các chất hữu cơ rất cao trong tổng số 10 – 30m3 nước thải [18], và loại nước thải này có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được xử lý đúng mức trước khi xả thải. Vì vậy, nước thải cần có hệ thống xử lý nước thải chế biến tinh bột khoai mì trước khi xả thải vào môi trường.
h
Chế biến tinh bột khoai mì là ngành có lượng chất thải và nước thải thải ra môi trường xung quanh khá lớn. Có các thành phần hữu cơ như tinh bột, protein, xenluloza, pectin, đường có trong nguyên liệu củ sắn tươi là nguyên nhân gây ô nhiễm cao cho các dòng nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột sắn. Nước thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông số đặc trưng: pH thấp, hàm lượng chất hữu cơ và vô cơ cao, thể hiện qua hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), TSS rất cao, các chất dinh dưỡng chứa N, P, các chỉ số về nhu cầu oxy sinh học (BOD5), nhu cầu oxy hoá học (COD), …với nồng độ rất cao và trong thành phần của vỏ sắn và lõi củ sắn có chứa Cyanua (CN-).
Trong nhà máy chế biến tinh bột khoai mì, thành phần nước thải sinh ra chủ yếu từ bóc vỏ, rửa củ, băm nhỏ và lắng lọc là các nguồn ô nhiễm chính. Trên cơ sở này việc lấy mẫu và phân tích thành phần nước thải được thực hiện ở hai công đoạn riêng biệt và kết hợp hai công đoạn này.
Tính chất xử lý nước thải tinh bột sắn mang tính chất acid và có khả năng phân hủy sinh học. Đặc biệt với loại nước thải này là trong khoai mì có chứa HCN là một acid có tính độc hại. Khi ngâm khoai mì vào trong nước HCN sẽ tan vào trong nước và theo nước thải ra ngoài.
Khí thải trong nhà máy sản xuất tinh bột sắn phải kể đến các khí SO2 từ quá trình tẩy rửa dùng nước SO2, dung dịch NaHSO3, CO2 từ quá trình đốt nhiên liệu, các loại khí NH4, indon, scaton, H2S, CH4 từ các quá trình lên men yếm khí và hiếu khí các hợp chất hữu cơ như tinh bột, đường, protein trong nước thải và bã thải. Ngoài ra, gầu tải, máy xát trống, máy bóc vỏ, máy sấy tinh bột, máy phát điện, quạt gió, xe vận tải… gây tiếng ồn.
Các chất thải rắn gồm vỏ sành (lớp vỏ ngoài cùng của củ sắn), các phần xơ, bã thải rắn chứa nhiều Cellulose (xenluloza), bã lọc từ máy lọc, máy ly tâm. Bã thải rắn của ngành sản xuất tinh bột sắn thường được các doanh nghiệp tận dụng làm sản phẩm phụ dưới dạng thức ăn gia súc. Nguồn thu từ sản phẩm phụ này là không đáng kể, cần có các biện pháp sử dụng và quản lý bã thải rắn hiệu quả hơn.
Do đó, để phát triển ngành chế biến tinh bột khoai mì theo hướng bền vững về môi trường, các doanh nghiệp, cơ sở chế biến cần nghiên cứu, áp dụng công nghệ xử lý chất thải hiện đại, đặc biệt là công nghệ xử lý nước thải trước khi xả thải
h
ra môi trường xung quanh nhằm đảm bảo hạn chế tối đa tác động tiêu cực của quán trình chế biến đến môi trường xung quanh và sinh hoạt của người dân ở những vùng lân cận.
1.3.3. Cải tạo, phục hồi môi trường xung quanh
Với đặc tính là ngành chế biến có lượng chất thải lớn, có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống của con người, do đó, muốn phát triển ngành chế biến tinh bột khoai mì theo hướng bền vững về môi trường đòi hỏi các doanh nghiệp, cơ sở chế biến cần phải có kế hoạch cải tạo và phục hồi môi trường, đặc biệt đối với những nhà máy nằm trong khu dân cư thì điều này là rất cần thiết. Có rất nhiều các giải pháp mà các doanh nghiệp có thể áp dụng để phục hồi, cải tạo môi trường như:
Giải pháp hỗ trợ tài chính, vật chất: theo đó, các doanh nghiệp sẽ tài trợ chi phí chung tay cùng với các cơ quan nhà nước, người dân và các doanh nghiệp khác giải quyết các vấn đề môi trường tại địa phương. Tài trợ cho các chương trình bồi dưỡng về nghiệp vụ quản lý môi trường; tập huấn, trang bị kiến thức về bảo vệ môi trường cho người lao động góp phần nâng cao ý thức pháp luật của người lao động và xã hội trong việc bảo vệ môi trường.
Hiện nay, nhiều doanh nghiệp chế biến tinh bột khoai mì đã tận dụng chất thải của quá trình chế biến như vỏ củ, phế phẩm, xơ và bã khoai để sản xuất phân bón hữu cơ phục vụ cho các vùng trồng trọt chuyên canh cây khoai mì và các cây công nghiệp khác. Điều này vừa góp phần giảm thải chất thải trong quá trình chế biến tinh bột khoai mì mà nó còn có ý nghĩa lớn đối với việc bảo vệ môi trường tự nhiên, hạn chế được lượng lớn phân bón hóa học, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và sinh hoạt con người, góp phần bảo vệ tài nguyên đất.
Bên cạnh đó, các doanh nghiệp cũng cần chú trọng đến việc xây dựng và cải tạo các hồ chứa nước thải, hệ thống thoát nước thải để giảm bớt những chất thải độc hại trước khi xả ra môi trường xung quanh. Việc trồng cây xanh quanh khu vực nhà máy để tạo không khí trong lành cũng cần được các doanh nghiệp quan tâm khi phát triển ngành chế biến tinh bột khoai mì theo hướng bền vững về môi trường.
h