Nghiên cứu công nghệ và thiết bị xử lý chất thải chế biến tinh bột sắn quy mô làng
nghề hoặc tập trung
Chủ nhật 24, Tháng Tám 2008
1. Mở đầu
Trong những năm qua, nhiều làng nghề truyền thống đã được khôi phục và phát triển
mạnh mẽ, đem lại thu nhập lớn cho nông dân. Các làng nghề chế biến tinh bột sắn vài
năm trở lại đây phát triển nhanh, góp phần không nhỏ vào việc thúc đẩy sự phát triển
kinh tế của cả nước. Tuy nhiên, do các làng nghề chế biến tinh bột sắn phát triển một
cách tuỳ tiện, công nghệ lạc hậu và sản xuất manh mún, chất thải của quá trình chế biến
không qua xử lý thải ra gây ô nhiễm và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống và
sức khoẻ cộng đồng. Để các làng nghề phát triển một cách bền vững, việc tìm kiếm giải
pháp công nghệ thích hợp nhằm giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường, từng bước cải thiện
các làng nghề là việc làm cần thiết. Việc nghiên cứu quy trình công nghệ và hệ thống
thiết bị xử lý chất thải từ quá trình chế biến tinh bột sắn quy mô làng nghề hoặc tập trung
là nhằm giải quyết một phần tính bức xúc của vấn đề này.
2. Tổng quan tình hình sản xuất tinh bột sắn, chất thải và xử lý chất thải.
2.1. Tình hình sản xuất tinh bột sắn
Việt nam hiện được xem là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới sau Thái
Lan và Inđônêxia (Bộ NN&PTNT, 2002). Năm 2001, nước ta đã xuất 160.000 tấn tinh
bột sắn, chiếm 60% tổng sản lượng, còn 40% được dùng cho nội tiêu như trong công
nghiệp chế biến bột ngọt, bánh kẹo, dược phẩm, thức ăn gia chăn nuôi,
Cả nước hiện có khoảng 41 nhà máy chế biến tinh bột sắn với thiết bị tương đối hiện đại,
trong đó có 24 nhà máy ở phía Nam và 17 nhà máy ở phía Bắc với tổng công suất 3130 tấn
sản phẩm/ngày). Tuy nhiên ở phía Bắc mới chỉ có 4 nhà máy đi vào hoạt động. Ngoài ra có
trên 2000 cơ sở với quy mô nhỏ nằm rải rác ở các vùng trồng sắn và các làng nghề với
tổng công suất từ 60.000 - 80.000 tấn củ tươi/năm. Các tỉnh Hà Tây, Thừa Thiên Huế và
Tây Ninh có các cơ sở chế biến quy mô nhỏ nhưng khá tập trung. Theo báo cáo của Sở
Nông nghiệp Hà Tây (Sở NN & PTNT Hà Tây, 2002), toàn tỉnh có 1900 máy chế biến hầu
hết là quy mô hộ với công suất 1 – 3 tấn củ/h, tạo ra khoảng 100.000 tấn bột ướt/năm, tập
trung ở các xã Dương Liễu, Minh Khai, Cát Quế của huyện Hoài Đức.
Như vậy, trừ một số nhà máy quy mô lớn mới xây dựng, hầu hết các cơ sở chế biến tinh bột

nghiên cứu xử lý nước thải cho các chế biến nông sản khác. Nhà máy chế biến cà phê San
Juannillo của Costa Rica xử lý nước thải theo công nghệ kỵ khí của Hà Lan, công suất 8
kg COD/m
3
nước thải, hiệu suất xử lý tách được 80% COD. Công ty NGK của Nhật Bản
giới thiệu hệ thống xử lý nước thải trong chế biến đậu tương, tuy nhiên lại đòi hỏi nước
thải phải được gia nhiệt tới 55
0
C trước khi qua tháp xử lý kỵ khí UASB. Các công ty
Fujikasui và Kubaru của Nhật giới thiệu những hệ xử lý UASB để xử lý nước thải chế
biến đường, đậu tương, rượu bia, mật ong,
Hầu hết các cơ sở chế biến tinh bột sắn nước ta chưa có khâu xử lý nước thải, kể cả các
nhà máy công suất lớn. Riêng công ty Vedan có chú ý tới xử lý nhưng hoàn toàn dùng hồ
sinh học nên rất tốn kém, mặt khác các hồ sinh học này không có biện pháp chống thấm
vào mạch nước ngầm. Tuy nhiên trong các ngành công nghiệp chế biến khác đã có nhiều
hệ thống thiết bị xử lý nước thải. Viện nghiên cứu Rượu bia - Nước giải khát đã nghiên cứu
và áp dụng công nghệ xử lý bằng sinh học: kỵ khí - hiếu khí để xử lý nước thải tại Công ty
liên hợp thực phẩm Hà Tây. Công ty cà phê Tân Lâm, Quảng Trị đã nghiên cứu và xử lý
nước thải chế biến cà phê theo công nghệ sinh học (Ian C. E. and Ken C. C. 2002): xử lý
kỵ khí UASB, hồ sinh học yếm khí/hiếu khí kết hợp (gồm đầm trồng cói, sậy và hồ bèo
tây để lọc nước). Trung tâm công nghệ môi trường ECO đã nghiên cứu và áp dụng công
nghệ xử lý với bể kỵ khí UASB cho nước thải bệnh viện, dệt nhuộm, chế biến mủ cao su.
3. Mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu
3.1. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng quy trình công nghệ xử lý chất thải từ quá trình chế biến tinh bột sắn quy mô
làng nghề hoặc tập trung nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường, từ đó thiết kế chế tạo các
thiết bị xử lý chất thải, xây dựng mô hình ứng dụng cho một cơ sở chế biến.
3.2. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu tình hình, quy mô chế biến tinh bột sắn và tình hình xử lý chất thải của các
cơ sở hiện nay. Lựa chọn cơ sở chế biến có quy mô phổ biến để xây dựng mô hình.

cao (250 – 300 đ/kg bã khô).
Quạt sấy của giai đoạn 1 và 2 có lưu lượng 7.000, 5.000 m
3
/h, áp lực 350, 300 mmH
2
O,
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 L
1
= 11 m, d = 350 mm, và của ống sấy 2 là L
2
= 10 m, D = 1000 mm.
4.2. Xử lý nước thải
4.2.1. Tính chất của nước thải từ quy trình chế biến tinh bột sắn
Mức độ ô nhiễm hữu cơ được đo bằng nhu cầu ôxy sinh hoá BOD và nhu cầu ôxy hoá
học COD. Nước thải từ quá trình chế biến tinh bột sắn gồm 3 nguồn chính. Khâu tách vỏ
gỗ và rửa củ, khâu lọc và lắng bột, và khâu vắt bã. Kết quả phân tích các mẫu nước thải
của các công đoạn chế biến khác nhau ở các hộ gia đình có quy mô sản xuất 5 tấn sắn
củ/ngày cho thấy thành phần trong tất cả các mẫu đều có hàm lượng cao, vượt quá tiêu
chuẩn môi trường cho phép của Việt Nam (TCVN 5945 C - 1995) nhiều lần.
Hàm lượng các chất của mẫu nước thải hỗn hợp giữa lắng lọc và vắt bã là: độ pH thấp
(5,24) do quá trình lắng bột kéo dài trong 8 - 14 h. Hàm lượng các chất hữu cơ gây ô
nhiễm là lớn (COD = 12300 mg/l, BOD
5
= 8484 mg/l), chủ yếu là tinh bột và các chất
hoà tan trong nước. Tổng chất rắn cao (TSS = 2456 mg/l), hàm lượng cặn lơ lửng tuy
thấp hơn nhưng vẫn còn ở mức cao (SS = 906 mg/l). Hàm lượng CN
-
, N tổng, P tổng đều
cao hơn so với tiêu chuẩn cho phép rất nhiều (CN

= 96
mg/l, TSS = 108 mg/l, SS = 90 mg/l và CN
-
= 0,11 mg/l, đều đạt tiêu chuẩn TCVN 5945
C – 1995.
4.2.3. Xử lý bằng phương pháp sinh học trên cơ sở vi sinh vật tuyển chọn
Sau khi phân lập các vi sinh vật, nhận thấy chế phẩm TD28, sản phẩm có sẵn của Viện là
một tổ hợp các chủng vi sinh, trong đó có các loài Bacillus licheniformis và Bacillus
subtilis để tổng hợp enzyme a-amalyza cho phân giải tinh bột thành glucoza và các
loài Trichoderma reseii và Clostridium thermocellum để tổng hợp enzym xenluloza đẻ
phân giải xenlulo. Vì vậy, chế phẩm này được sử dụng cho quá trình thí nghiệm xử lý.
Kết quả cho thấy xử lý trong tháp kỵ khí UASB tốt nhất chỉ trong giai đoạn 20-24 giờ đầu, và
sau đó tốc độ xử lý giảm dần. Nước thải sau 12 giờ xử lý kỵ khí có giá trị các thành phần
tương đương xử lý kỵ khí sau 24 giờ trong trường hợp sử dụng bùn hoạt tính với vi sinh vật
tự nhiên. Nếu lấy nước thải ở giai đoạn này đưa vào xử lý hiếu khí thì đòi hỏi thời gian xử lý
hiếu khí dài, dẫn đến chi phí vận hành cao mặc dù chi phí đầu tư ban đầu giảm do thiết bị
UASB nhỏ. Vì vậy chọn thời gian xử lý kỵ khí 24 giờ. Trong 18 giờ đầu của xử lý hiếu khí,
hàm lượng chất hữu cơ giảm nhanh so với khoảng thời gian xử lý tiếp sau do sự hấp phụ
chất hữu cơ lên bề mặt vi sinh vật trong bùn hoạt tính diễn ra mạnh, và như vậy thời
gian xử lý hiếu khí chọn là 18 giờ. Nước thải được tiếp tục xử lý trong ao sinh học thả
bèo, và sau 60 giờ nước có hàm lượng các thành phần đạt tiêu chuẩn TCVN 5945 C –
1995: COD = 105 mg/l, BOD
5
= 86 mg/l, TSS = 69 mg/l, SS = 64 mg/l và CN
-
= 0,09
mg/l.
Như vậy, việc sử dụng thêm chế phẩm vi sinh TD28 đã làm tăng khả năng xử lý, giảm
thời gian cho các khâu xử lý hiếu khí và sinh học sau đó, làm giảm 25% chi phí vận hành
của khâu xử lý hiếu khí (giảm khoảng 10% chi phí vận hành của cả hệ thống).

khô, được các nhà thu mua bã sắn khô làm thức ăn gia súc đánh giá cao.
4.4.2. Xử lý nước thải
Mô hình hệ thống thiết bị xử lý nước thải cho xưởng chế biến tinh bột sắn của công ty H
& N ở Cát Quế, Hoài Đức, Hà Tây được thiết kế gồm: bể gom 10 m
3
, bể lọc 8 m
3
, bể xử
lý hiếu khí 30,6 m
3
, và bể xử lý sinh học 75 m
3
; hệ hai tháp xử lý kỵ khí UASB, đường
kính 1,8 m, cao 3,0 m với tổng thể tích 22 m
3
; hệ thống các đường ống dẫn nước với các
van, vòi và trang bị một bơm nước có lưu lượng 3,5 m
3
/h; hệ thống các đường ống sục
khí với các van điều chỉnh được, và trang bị bơm khí FB-1500 có lưu lượng 132 m
3
/h,
1300 – 1500 mmH
2
O; hệ thống điện bảo vệ và điều khiển bơm.
Các thiết bị được lắp đặt và xây dựng tại xưởng chế biến tinh bột sắn của Công ty H&N
tại Cát Quế, Hoài Đức, Hà Tây. Trong quá trình vận hành, các mẫu nước sau từng bước
xử lý được lấy để phân tích. Kết quả phân tích cho thấyquá trình xử lý thực tế khá tốt.
Bảng 4.1. Kết quả phân tích hàm lượng các thành phần có trong nước thải chế biến tinh
bột sắn sau khi xử lý trên mô hình thiết bị.

tĩnh có thể ứng dụng cho các cơ sở chế biến tinh bột sắn cỡ nhỏ và vừa.
- Vắt bã sắn bằng nhiều máy VBS-3 và sấy bằng thiết bị sấy khí động có thể ứng dụng
cho các nhà máy chế biến tinh bột sắn công suất lớn.
5.2. Về xử lý nước thải
Nước thải chế biến tinh bột sắn có thể được xử lý bằng công nghệ sinh học có bổ sung vi
sinh từ chế phẩm TD28 theo trình tự: lọc cát ban đầu, xử lý kỵ khí 24 giờ, xử lý hiếu khí
18 giờ và hồ sinh học 60 giờ cho chất lượng nước (COD: 105 mg/l, BOD5: 86 mg/l, TSS:
69 mg/l, SS: 64 mg/l, CN-: 0,09 mg/l) đạt TCVN 5945C-1995. Đã thiết kế, chế tạo và
xây dựng mô hình hệ thống thiết bị xử lý nước thải công suất 30 m
3
/ngày tại cơ sở chế
biến tinh bột sắn của Công ty H & N. Hệ thống đã được vận hành và cho kết quả xử lý tốt
(COD: 127 mg/l, BOD
5
: 95 mg/l, TSS: 121 mg/l, SS: 105 mg/l, CN
-
: 0,13 mg/l).
Đề nghị:
- Mỗi hộ gia đình có công suất chế biến khoảng 5 – 6 tấn củ tươi sẽ trang bị một bể
gom – lọc và 2 tháp xử lý kỵ khí 20 m
3
.
- Hộ có công suất nhỏ hơn sẽ trang bị như vậy với chỉ 1 tháp xử lý kỵ khí. Nước thải
sau khi được xử lý kỵ khí từ các hộ gia đình sẽ được dẫn theo đường cống ra hồ xử
lý hiếu khí rồi hồ xử lý sinh học chung đặt ở rìa làng ngoài khu dân cư.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bộ NN & PTNT. Sản xuất, chế biến và tiêu thụ sắn. Hội nghị toàn quốc, Hà nội,
2002.
[2] Ha, D.T., Tru, L.G. and Henry, G. 1996. Prospects for cassava starch in Vietnam. In:

Khí biogas có trọng lượng riêng khoảng 0,9 – 0,94 Kg/ m3 trọng lượng riêng này thay
đổi do tỉ lệ CH4 so với các khí khác trong hỗn hợp lượng H2S chiếm 1 lượng ít, có mùi
hôi, tạo thành acid H2SO4 khi tác dụng với nước gây độc cho người và làm hư dụng cụ
đun nấu. Mùi hôi của chất này giúp xác định nơi hư hỏng của hệ thống công nghệ hầm
bêtông để sữa chữa.
Khí biogas có tính dễ cháy nếu được hòa lẫn nó với tỉ lệ từ 6 đến 25% trong không khí.
Nếu hỗn hợp khí mà CH4 chỉ chiếm 60% thì 1 m3 cần 8 m3 không khí. Trong thực tế,
khí biogas cháy tốt trong không khí khi được hòa lẫn ở tỉ lệ là 1/9 – 1/10 .
Đặc tính của khí CH4
Khí CH4 là 1 chất khí không màu, không mùi nhẹ hơn không khí CH4 ở 200C, 1atm, 1
m3 khí CH4 có trọng lượng 0,716 kg. Khí đốt hoàn toàn 1 m3 khí CH4 cho ra khoảng
5500 – 6000 kcal.
Cơ chế tạo thành khí sinh học trong hệ thống biogas
Các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật yếm khí sẽ bị phân hủy thành các chất hòa
tan và các chất khí. Quá trình hàng ngàn phản ứng trong đó phần lớn carbon, hydro, oxy
bị chuyển hóa chủ yếu thành methane và khí carbonic. Một phần nhỏ các nguyên tố
canxi, phosphor, nitơ cũng bị thất thoát khi qua sự phân hủy trong hầm biogas.
Sự phân hủy protein, tinh bột, lipid để tạo thành acid amin, glyceryl, acid béo, acid béo
bay hơi, rượu, methylamine… cùng các chất độc hại như: tomain (độc tố thịt thối), sản
phẩm bốc mùi như indol, scatol.
Các chất cao phân tử: cellulose, lignin sẽ bị vi khuẩn yếm khí có enzyme cellulosase
phân hủy theo sơ đồ phân hủy yếm khí khuẩn yếm khí cellulose.
(C6H10O5)n > 3nCO2 + 3nCH4 + 4,5 Calo
Lượng CO2 sinh ra 1 phần sẽ bị giữ lại bởi các ion K+, Ca2+, Na+, NH3+…
Do đó hỗn hợp khí sinh ra có từ 60 – 70% CH4.
Ở giai đoạn đầu các chất phân hủy nhanh như tinh bột, protein, đường, 1 phần cellulose
bị phân hủy trước tạo nhiều acid hữu cơ sẽ làm chậm quá trình phân hủy. Ngược lại các
chất xơ phân hủy từ từ nên gas sinh ra một cách liên tục.
Sự phân hủy xảy ra qua hai giai đoạn với hai con đường khác nhau.
Con đường thứ nhất

Nhóm vi khuẩn này đã được xác định. Đối với các polysaccharides chuyển thành
monosaccharides, trải qua quá trình biến đổi sẽ tạo thành các muối acetate, lactate,
ethanol, butyrate, propionate. Sau đó các muối này sẽ phân hủy tạo actate. Muối actate lại
thủy phân để tạo methane.
Một số phản ứng minh họa:
* H2 + HCO3- + H+ -> CH4 + 3H2O
* 2CH3CH2OH + 4H2O -> 2CH3COO + H+ + CH4 + H2O
* CH3-CHOH-COO- + H2O -> 2CH3COO- + CH4 + HCO3-
* 4CH3CH2OH + 3H2O -> 4CH3COO- + H+ + 3CH4 + HCO3-
* 2CH3CH2CH2COO- + 2H2O + HCO3- -> 4CH3COO- + H+ + CH4
* CH3COO- + H2O -> CH4 + HCO3-
* 4HCOOH + H2O -> CH4 + 3HCO3- + 3H+
* Methanol
4CH3OH -> 3CH4 + HCO3- + H2O + H+
* Methylamine thủy phân tạo methane
4CH3NH3+ + 3H2O -> 3CH4 + HCO3- + 4NH4+ + H+
2(CH3)NH2+ + 3H2O -> 3CH4 + HCO3- + 2NH4+ + H+
4(CH3)3NH+ + 9H2O -> 9CH4 + 3HCO3- + 6NH4+ + 3H+

Quá trình lên men của các chất hữu cơ do các vi sinh vật yếm khí
Điều kiện yếm khí
Đây là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật, vi
sinh vật tạo khí vi sinh vật trong hầm ủ rất nhạy cảm với oxygen, nếu hầm ủ có oxygen
thì hoạt động của vi sinh vật yếm khí yếu hay ngừng hẳn.
Nhiệt độ
Có hai vùng nhiệt độ thích hợp cho sự lên men của vi khuẩn sinh khí methane: một là
messophilic (nhiệt độ trung bình) biến động từ 20 – 450C, và hai là thermophilic (nhiệt
độ cao) trong vùng nhiệt trên 450C. Nhiệt độ tối ưu là 350C cho vùng thứ nhất và 550C
cho vùng thứ hai.
Sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sinh khí. Vi khuẩn sinh khí


Khả năng sinh gas từ hầm ủ biogas chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau:
- Thể tích của hầm ủ biogas
- Thể tích chất lỏng chứa bên trong hầm
- Thời gian lưu lại của dịch phân
- Từng loại phân khác nhau
- Tỉ lệ phân nước dịch phân q lỗng thì lượng phân khơng đủ để phân hủy, ngược lại
dịch phân q đặc sẽ gây cứng hầm ủ và cản trở q trình thốt khí.
Ngồi ra yếu tố nhiệt độ, pH, số lượng vi sinh vật cũng ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo
gas.
Tỉ lệ phân nước theo một số tác giả đã điều tra biến thiên từ 1/12 – 1/4 -1/7 thì tỉ lệ phân
nước là tốt nhất khi đó sự phân hủy trong hầm ủ rất tốt, dịch thải ra rất tốt có màu đen
sậm.
Cung cấp năng lượng
- Nấu nướng là cơng việc thường xun và khơng thiếu được đối với mọi gia đình sử
dụng biogas có ưu thế hơn các loại chất đốt truyền thống (củi, vỏ hạt điều, than, vỏ
trấu…)
- Tạo nguồn năng lượng mới chạy máy phát điện.
- Năng lượng: lửa đều, sinh nhiệt cao, nấu nướng nhanh chóng.
- Vệ sinh: khơng làm cay mắt, hại phổi, các dụng cụ nấu nướng cũng như bộ phận nhà
bếp đều sạch sẽ khơng tạo khói.
- Tiết kiệm: tận dụng thời gian dành cho việc khác.
Hạn chế ơ nhiễm – bảo vệ mơi trường
Nước thải sau q trình phân hủy trong cơng nghệ hầm ủ biogas sẽ giảm mùi hơi, khơng
thấy ruồi nhặng đeo bám tiêu diệt mầm bệnh, nhất là ký sinh trùng và các bệnh lây lan
khác.