MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC BẢNG iii DANH MỤC CÁC HèNH 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 i 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 37 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 ii 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 Đề tài tiến hành kiểm tra hoạt tính sinh học của một số chủng vi sinh vật cho kết quả như sau 35 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 iii 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 iv 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 bột sắn đã và đang mang lại cho các nước này nguồn lợi kinh tế lớn. Tinh bột sắn có rất nhiều giá trị, ngoài việc làm thực phẩm, thức ăn chăn nuôi còn là nguyên liệu không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp lớn như để làm hồ, in, định hình trong 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, mỡ chớnh… 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 với quy 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 đều gặp phải những vấn đề môi trường nghiêm trọng phát sinh từ nguồn bã thải và nước thải, do chưa tập trung đầu tư quản lý và kiểm soát lượng phế thải thải ra trong quá trình sản xuất. Các vấn đề về ô nhiễm môi trường xung quanh khu vực nhà máy CBTBS đã và đang xuất hiện với xu hướng ngày càng tăng về quy mô và mức độ nghiêm trọng, đặc biệt là mối quan hệ giữa các doanh nghiệp và công đồng dân cư xung quanh đang dần xấu đi do hoạt động sản xuất đang gây ảnh hưởng xấu đến môi trường đất, nước và không khí, ảnh hưởng 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 rắn của hoạt động sản xuất tinh bột sắn, trong đó biện pháp sử dụng vi sinh vật đang được áp dụng với những ưu điểm thân thiện với môi trường, hiệu quả cao 1 và tiết kiệm chi phí và sản phẩm sau xử lý có thể được sử dụng vào nhiều mục đích 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 làm phân 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 CBTBS dạng 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 2 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 trồng cách đây khoảng 5000 năm. Cây sắn được trồng ở rất nhiều nơi trên thế giới và đem lại nguồn thu lớn cho các quốc gia này. Đến năm 2005 trên thế giới có khoảng hơn 102 nước trồng sắn, tổng diện tích 18.510.000 ha với sản lượng 202.650.000 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 được đưa 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 Thái Lan. Tổng diện tích trồng sắn từ chỗ đạt mức kỷ lục khoảng 1,6 triệu ha vào năm 1988 và 1989 nay đã giảm xuống còn 1,05 triệu ha. Tổng sản lượng sắn năm 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 như sắn lát, sắn viên, tinh bột và là nước duy nhất sản xuất tinh bột sắn biến tính ở qui 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, bảo quản sắn khụ đó phát triển thành một ngành công nghiệp quy mô lớn theo hướng xuất khẩu chiếm 90% và tiêu thụ nội địa chỉ khoảng 10% [44,47;9] 3 Hoạt động sản xuất và chế biến tinh bột sắn đang diễn ra nhanh và mạnh ở rất nhiều quốc gia trên thế giới, có nhiều loại công nghệ chế biến tinh bột sắn đã ra đời đem lại hiệu quả cao trong sản xuất tinh bột sắn. Thái Lan là nước đứng đầu thế giới về xuất khẩu các sản phẩm từ sắn và có nhiều tập đoàn và công ty sản xuất thiết bị chế biến sắn. Nhìn chung, quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của 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 đem sấy 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 thực hiện lặp lại nên tỷ lệ thu hồi tinh bột cao, lượng tinh bột thải ra theo bã và nước thải giảm đáng kể. Mặt khác, nước thải từ ly tâm tách nước được tuần hoàn lại quá trình trích ly tách xơ, đồng thời nước sau phân ly bột được tái sử dụng hoàn toàn để rửa củ nên giảm một lượng đáng kể định mức sử dụng nước. Như vậy toàn 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 bột sắn lớn nhất thế giới. Ưu điểm chính công nghệ nước này là nguyên liệu có thể là củ sắn tươi và cả sắn lỏt khụ, khâu tẩy trắng dùng SO 2 với hàm lượng nhỏ. Dây chuyền công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc có giá thành thấp nên tương đối phổ biến ở Việt Nam. [5,9] 4 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, sau Indonesia và Thái Lan. Năm 2006, diện tích đất trồng sắn đạt 475.000 ha, sản lượng tinh bột sắn đạt 7.714.000 tấn. Thị trường xuất khẩu chính của Việt Nam là Trung Quốc, Đài Loan. Cùng với diện tích sắn được mở rộng, sản lượng cũng 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 vỏ Sắn củ tươi Băm nhỏ Nghiền Trích ly, tách xơ Phân ly (tinh lọc) Ly tâm tách nước Sấy khô Làm nguội Đóng bao Thành phẩm Nước Vỏ, tạp chất Nước thải Bã sắn H 2 SO 3 Nước thải Khí thảiKhí nóng Bột thô Nước tuần hoàn, tái sử dụng 5 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 sau lúa 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 dễ trồng, ớt kộn đất, vốn đầu tư thấp phù hợp kinh tế nông hộ và điều kiện sinh thái môi 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 có 12,2% tiêu thụ tươi. [29,37,54] Sản xuất và chế biến sắn ở Việt Nam trong những năm gần đây có bước tiến đáng kể, cụ thể: 6 [...]... tinh bột và photphat khó tan - Đánh giá khả năng sử dụng vi sinh vật trong xử lý phế thải rắn sau chế biến tinh bột sắn - Đánh giá phế thải chế biến tinh bột sắn dạng rắn đầu ra và khả năng sử dụng 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... 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 mô phòng 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, tinh bột. .. dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý phế thải sau CBTBS làm thức ăn chăn nuôi qui mô công nghiệp được báo cáo chính thức [16] 20 Chế biến làm phân bón hữu cơ sinh học: Vi c 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 Vi t Nam đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu trong nhiều năm trở lại đây, trong đó ứng dụng các chế. .. 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 sẽ sinh ra các chất như khí H2S, CH4, NH3…gõy mùi hôi thối và điều này dẫn đến một số nhà máy chế biến tinh bột sắn bị đình chỉ sản xuất như Nhà máy chế biến tinh bột sắn Hà Tĩnh (Công ty CP hữu hạn Vedan Vi t Nam)... 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 axit hydrocyanic (HCN) đáng kể Năm 1993, Ofuya và Obilor đã nghiên cứu khả năng lên men tự nhiên loại bỏ các độc tố trong phế. .. hữu hạn Vedan Vi t Nam) và nhà máy tinh bột 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 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... đang được bỏn trờn thị trường, song ở Vi t Nam chưa có một công trình 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 Vi n Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Vi t Nam chủ trì (2001-2004) thuộc... phẩm vi sinh vật trong xử lý rác thải và phế thải nông nghiệp, công nghiệp chế biến nông sản ở Vi t Nam đã được nghiên cứu và triển khai áp dụng tương 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 ứng dụng thành công trong xử lý phế thải hữu cơ, phế thải nhà máy chế biến mía đường, phế thải sinh hoạt, phế thải chế biến. .. men gồm vỏ sắn với nước thải từ lên men tinh bột sắn ( nhiễm khuẩn và tự nhiên) và giảm đáng kể (p . 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 làm phân bón hữu cơ của một số chủng loại vi sinh vật. 2.1 trưởng của vi sinh vật 37 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. 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 CBTBS dạng rắn làm nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ. 2.2.