1

MỞ ĐẦU
Cây sắn (Manihot esculenta Crantz) một trong số loại cây lƣơng thực quan
trọng đặc biệt ở các nƣớc đang phát triển vì dễ trồng, không kén đất và cho thu
hoạch với năng suất cao. Hiện nay, do nhu cầu về tinh bột sắn tăng cao để phục vụ
nguyên liệu cho các ngành công nghiệp nhƣ chế biến thực phẩm, công nghiệp giấy,
công nghiệp dệt, nhiên liệu sinh học…nên các nƣớc trồng sắn trong đó có Việt Nam
tập trung vào sản xuất tinh bột sắn để đáp ứng nhu cầu trong nƣớc và xuất khẩu.
Các cơ sở, nhà máy chế biến tinh bột sắn (CBTBS) tuy đáp ứng nhu cầu
tiêu dùng của xã hội nhƣng do chỉ tập trung đầu tƣ để nâng cao năng suất và chất
lƣợng của sản phẩm, vấn đề quản lý và kiểm soát lƣợng nƣớc thải ra trong quá
trình sản xuất chƣa đƣợc đầu tƣ đồng bộ, hệ thống xử lý nƣớc thải không xử lý
triệt để dẫn đến các chỉ tiêu lý hóa sinh học đều vƣợt ngƣỡng cho phép, gây ô
nhiễm nghiêm trọng môi trƣờng. Thực tế đã có cơ sở nhà máy bị đình chỉ sản xuất
và phải nâng cấp xây dựng cải tạo hệ thống xử lý nƣớc thải để khắc phục hậu quả
theo quyết định 1788/QĐ TTg ngày 1/10/2013 của Thủ tƣớng Chính phủ về xử lý
triệt để các cơ sở gây ô nhiễm môi trƣờng.
Hiện tại, có rất nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải, tuy nhiên biện pháp hữu
hiệu nhất để xử lý nƣớc thải là biện pháp sinh học vì hiệu quả triệt để, không gây tái
ô nhiễm và chi phí đầu tƣ thấp (Chu Thị Thơm và cs, 2006). Biện pháp sinh học xử
lý nƣớc thải bằng vi sinh vật là phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm và đƣợc ứng rộng
phổ biến ở nhiều nƣớc trên thế giới. Phƣơng pháp vi sinh vật không chỉ giải quyết
đƣợc tình trạng ô nhiễm môi trƣờng nƣớc mà còn không gây hại đến môi trƣờng
xung quanh, giúp ổn định cân bằng sinh thái và giá thành xử lý khá phù hợp với
các nƣớc đang phát triển. Do đó vấn đề sử dụng vi sinh vật có ích trong tự nhiên là
điều cần quan tâm và nghiên cứu để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nƣớc.
Theo Huỳnh Ngọc Phƣơng Mai (2006) trung bình để sản xuất đƣợc một tấn
tinh bột sắn trong ngày phải sử dụng 12-20m3 nƣớc, do đó lƣu lƣợng nƣớc thải phát
sinh trong chế biến tinh bột sắn là rất lớn, mức độ ô nhiễm cao. Trong nƣớc thải chế
biến tinh bột sắn thƣờng có thành phần chất rắn lơ lửng cao do bột và xơ củ sắn sót

- Vi sinh vật có khả năng chuyển hóa các hợp chất ô nhiễm trong nƣớc thải chế biến
tinh bột sắn.


3

- Hệ thống xử lý nƣớc thải của nhà máy chế biến tinh bột sắn thuộc công ty TNHH
MTV Elmaco Ninh Bình.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Về khoa học: Luận án đã tuyển chọn đƣợc các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh
học cao, thích nghi với môi trƣờng nƣớc thải chế biến tinh bột sắn, và đƣợc áp dụng
trong sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn. Góp phần
cung cấp thêm tƣ liệu phục vụ giảng dạy và nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật trong
xử lý nƣớc thải bằng con đƣờng sinh học.
- Về thực tiễn: Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong hệ thống xử lý nƣớc thải của
nhà máy chế biến tinh bột sắn Elmaco Ninh Bình, góp phần xử lý triệt để ô nhiễm
môi trƣờng của cơ sở sản xuất tinh bột sắn.
Đóng góp mới của đề tài luận án
- Luận án đã phân lập, lựa chọn đƣợc 3 chủng vi sinh vật từ nguồn nƣớc thải và bùn
thải của cơ sở sản xuất tinh bột sắn gồm Streptomyces fradiae SHX.12, Bacillus
velezensis SHV.22, Nitrosomonas europea SHV.OA7 có khả năng chuyển hóa các
hợp chất ô nhiễm và thích nghi với môi trƣờng nƣớc thải chế biến tinh bột sắn. Các
chủng vi sinh vật đƣợc nghiên cứu là các chủng đa hoạt sinh học. Chủng
Streptomyces fradiae SHX.12 vừa có khả năng chuyển hóa tinh bột vừa có khả năng
chuyển hóa xenlulo. Chủng Bacillus velezensis SHV.22 vừa có khả năng khoáng
hóa Phosphat hữu cơ vừa có khả năng đồng hóa và dự trữ PO43- trong tế bào.
- Luận án nghiên cứu có tính hệ thống về chế phẩm vi sinh vật bao gồm các khâu
phân lập, tuyển chọn vi sinh vật, nghiên cứu tối ƣu hóa điều kiện nhân sinh khối,
xây dựng quy trình công nghệ và tạo chế phẩm MIC-CAS 02 từ ba chủng vi sinh
vật trên để ứng dụng trong xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn.

5

Nguồn:FAO,2015
Hình 1.2. Sản lƣợng sắn trên thế giới từ 2001-2014
Sắn là một thành phần quan trọng trong bữa ăn của hơn một tỷ ngƣời thuộc
các nƣớc nghèo trên thế giới. Tổ chức Nông lƣơng Liên hợp quốc (FAO) xếp sắn là
cây lƣơng thực quan trọng ở các nƣớc đang phát triển sau lúa gạo, ngô và lúa mì.
Tại châu Phi, sắn chiếm tỷ trọng cao trong cơ cấu lƣơng thực với mức tiêu thụ bình
quân khoảng 96 kg/ngƣời/năm.
Tinh bột sắn là sản phẩm chế biến từ củ sắn đƣợc sử dụng trực tiếp làm
lƣơng thực, đồng thời là nguồn nguyên liệu quan trọng trong sản xuất công nghiệp
và đặc biệt là công nghiệp nhiên liệu sinh học, do vậy cây sắn không chỉ quan trọng
đối với các hộ gia đình nông dân, mà còn đối với các nền kinh tế của nhiều quốc gia
đang phát triển. Ngành công nghiệp chế biến tinh bột sắn ở Đông Nam Á hiện tại
đang tạo ra hàng tỷ đô la mỗi năm nhờ xuất khẩu, trong đó Thái Lan hiện đang là
nƣớc đứng đầu thế giới về xuất khẩu tinh bột sắn với số lƣợng đạt 3,9 triệu tấn tinh
bột sắn trong năm 2014 (Boonmee Wattanaruangrong, 2015)
Tại Thái Lan, tinh bột sắn đƣợc chế biến theo cả công nghệ truyền thống và
hiện đại, trong đó công nghệ truyền thống đƣợc sử dụng trong các nhà máy sản xuất
quy mô nhỏ, có thể tách tinh bột từ củ sắn tƣơi bằng cách nghiền và ngâm sắn dƣới
nƣớc, sản phẩm tạo ra thƣờng kém chất lƣợng. Công nghệ chế biến hiện đại đƣợc áp
dụng trong các nhà máy có quy mô lớn và trung bình với nhiều các công đoạn chiết
suất kết hợp với xử lý bột bằng SO2 cho tỉ lệ thu hồi tinh bột cao, lƣợng tinh bột thất


6

thoát theo bã đƣợc hạn chế tới mức thấp nhất. Hiện tại ở Thái Lan các nhà máy chế
biến tinh bột sắn với công nghệ hiện đại đang dần dần thay thế những nhà máy quy
mô nhỏ (TTSA, 2015).

nghìn tấn, thứ hai là Gia Lai đạt 1.114,2 nghìn tấn, thứ ba là Đăk Lắk với sản lƣợng
sắn đạt 642,2 nghìn tấn và Kon Tum đứng thứ tƣ về sản lƣợng sắn đạt 566,2 nghìn
tấn (bảng 1.1). Tây Ninh cũng có số lƣợng cơ sở chế biến sắn và tinh bột sắn cao
nhất nƣớc, kim ngạch xuất khẩu chiếm khoảng 40% tổng kim ngạch xuất khẩu cả
nƣớc. Bên cạnh đó, Tây Ninh luôn đi đầu về công nghệ, về thiết bị sản xuất tinh bột
sắn.
Năng suất sắn của Việt Nam hiện nay đứng trong nhóm 10 quốc gia năng suất
cao trên thế giới. Số liệu trong bảng 1.1 cho thấy năm 2014 vùng thâm canh tốt nhƣ
ở Tây Ninh đã cho năng suất 31,8 tấn/ha, nhƣng năng suất bình quân cả nƣớc mới
chỉ đạt 18,5 tấn/ha, thấp hơn so với một số nƣớc trong khu vực (Ấn Độ đạt trên 35
tấn/ha, Thái Lan trên 22 tấn/ha).
Bảng 1.1. Sản xuất sắn ở một số địa phƣơng của Việt Nam năm 2014
TT

Tên địa phƣơng

Diện tích

Năng suất

Sản lƣợng

(1000 ha)

(tấn/ha)

(1000 tấn)

1
2


566,2

5

Bình Thuận

32,7

15,9

519,3

6

Sơn La

30,5

12,2

371,3

7

Phú Yên

19,5

18,3



8

Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và PTNT, trong quý I năm 2015, sản lƣợng
xuất khẩu sắn và các sản phẩm từ sắn đạt giá trị 420 triệu USD, tăng 24 % về lƣợng
và tăng 22,7 % về giá trị so với cùng kỳ năm 2014 (www.omard.gov.vn). Chỉ tính
riêng về tinh bột sắn, lƣợng xuất khẩu cả năm 2015 đã đạt 1,3 triệu tấn (Bảng 1.2).
Bảng 1.2. Lƣợng tinh bột sắn xuất khẩu của Việt Nam theo thị trƣờng năm 2015
(Đơn vị tính: tấn)
Thị trƣờng

Tháng 3

Tháng 4

Tháng 5 Tháng 6

Tháng 7

Trung quốc

243.930

161.820

118.581 108.106

121.781 1.148.256


2,48

Bangladesh

4.848

4.120

3.881

1.285

2.585

24.703

1,88

Malysia

2.354

4.518

1.967

3.063

1.925


5.852

0,44

Indonesia

1.095

510

1.036

824

187

5.272

0,40

Nhật Bản

73

19

504

3.179



Tỉ lệ (%)
87,26

(Nguồn: AgroMonitor, 2015 )
Năm 2015, thị trƣờng xuất khẩu chính của Việt Nam là Trung Quốc, chiếm
87,26 % kim ngạch. Tiếp theo là Singapore chiếm 2,8 %; Đài Loan 1,32 % và một
phần rất nhỏ bắt đầu đến đƣợc Nhật Bản (AgroMonitor, 2015).
Theo Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam (2010), hiện tại trong cả nƣớc tồn
tại ba quy mô sản xuất tinh bột sắn điển hình gồm qui mô nhỏ (hộ và liên hộ), qui
mô vừa và qui mô lớn. Quy mô nhỏ (công suất 0,5-10 tấn tinh bột sản phẩm/ngày),
chủ yếu công nghệ thủ công, thiết bị tự tạo hoặc do các cơ sở cơ khí địa phƣơng chế
tạo. Hiệu suất thu hồi và chất lƣợng tinh bột sắn không cao. Qui mô vừa (công suất
dƣới 50 tấn tinh bột sản phẩm/ngày), đa phần sử dụng thiết bị chế tạo trong nƣớc


9

nhƣng có khả năng hoạt động ổn định và chất lƣợng sản phẩm không thua kém các
cơ sở nhập thiết bị của nƣớc ngoài. Qui mô lớn (công suất trên 50 tấn tinh bột sản
phẩm/ngày), với công nghệ, thiết bị nhập từ Châu Âu, Trung Quốc, Thái Lan. Công
nghệ tiên tiến, hiệu suất thu hồi sản phẩm và chất lƣợng sản phẩm cao hơn, lƣợng
nƣớc sử dụng ít nƣớc.
Trƣớc năm 1990, qui mô sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam phần lớn là các hộ
gia đình nhỏ, ngoài một số đơn vị của nhà nƣớc có quy mô lớn hơn (Đặng Thanh
Hà và cs, 1996; Đào Huy Chiên, 1997), chủ yếu sản xuất tinh bột khô và ƣớt phục
vụ cho làm bánh mì, bánh ngọt, rƣợu và sản xuất bánh kẹo... Sau năm 1990, cùng
với sự khởi động của thị trƣờng trong nƣớc, một số nhà máy chế biến tinh bột sắn
quy mô lớn hiện đại đã đƣợc xây dựng tại phía Nam và phần lớn đƣợc liên doanh
với công ty đa quốc gia của Nhật Bản, Hàn Quốc và Đài Loan nhƣ Vedan,

thiết bị ly tâm để thực hiện quá trình tách, phƣơng pháp này cho chất lƣợng sản
phẩm cao, năng suất lớn, đảm bảo vệ sinh công nghiệp.
Trƣớc đây ở Việt Nam, chế biến tinh bột sắn thủ công và bán thủ công đƣợc
áp dụng ở hộ gia đình, cơ sở làng nghề với qui mô nhỏ chỉ vài tạ sắn/ngày. Trong
vòng 15 năm qua, các hoạt động chế biến tinh bột tại các làng nghề đã đƣợc cơ giới
hóa từ dây chuyền rửa củ, nghiền, tách bã, lọc… Năng suất tăng lên và quy mô lớn
hơn do áp dụng cơ khí hóa (CIAT, 2011). Chế biến tinh bột sắn theo phƣơng pháp
hiện đạị chủ yếu bằng công nghệ nhập từ nƣớc ngoài. Các nhà máy hiện nay chủ
yếu đƣợc đầu tƣ từ 10-15 năm trƣớc, công nghệ và thiết bị chủ yếu của Trung Quốc,
Thái lan.
1.1.2. Nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
Trong sản xuất tinh bột sắn phải sử dụng một lƣợng nƣớc lớn từ rửa nguyên
liệu đến quá trình kết lắng và làm sạch tinh bột. Lƣợng nƣớc phục vụ cho sản xuất
chủ yếu đƣợc khai thác từ nguồn nƣớc ngầm mức tiêu thụ khoảng 3,5-12,0 m3/tấn
củ tƣơi ở qui mô nông hộ và 3-5 m3/tấn củ tƣơi tại các nhà máy qui mô lớn (Huỳnh
Ngọc Phƣơng Mai, 2006). Trong tổng lƣợng nƣớc thải chế biến tinh bột sắn khoảng
10% phát sinh từ nƣớc rửa củ và 90% từ công đoạn ly tâm, lọc, khử…chiếm khoảng
80-90% lƣợng nƣớc tiêu thụ. Thành phần các loại nƣớc thải cụ thể nhƣ sau:
- Nƣớc thải trong quá trình rửa củ, cắt vỏ có chứa bùn, đất, cát, mảnh vỏ, HCN tạo
ra do phân hủy phazeolutanin trong vỏ thịt nhờ xúc tác của men xyanoaza… Nƣớc


11

sử dụng trong công đoạn rửa củ trƣớc khi lột vỏ để loại bỏ các chất bẩn bám trên bề
mặt củ, không làm ảnh hƣởng màu của tinh bột.
- Nƣớc thải trong quá trình nghiền củ, lọc thô có nhiều tinh bột, protein và khoáng
chất tách ra trong quá trình nghiền thô.
- Nƣớc thải trong quá trình tách dịch có nồng độ chất hữu cơ (BOD), chất rắn lơ
lửng (SS) cao. Ngoài ra trong nƣớc thải này còn chứa các dịch bào có tanin, men và

Rửa củ

6,5

995

1350

1687

122

Lọc thô

4,5

660

3850

4812

122

Lọc tinh

4,05

660


Qui mô nhỏ và

Chỉ tiêu

Đơn vị

pH

-

vừa
4,0-5,6

BOD

mg/l

COD
SS
CN-

QCVN 40:2011/BTNMT
Cột A
Cột B

Qui mô lớn
3,8-5,7

6-9



100

(Nguồn: Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam, 2010)
Ngoài thành phần chất hữu cơ BOD, COD trong nƣớc thải chế biến tinh bột
sắn còn chứa các hợp chất chứa Nitơ, Phospho. Theo báo cáo của Viện Nghiên cứu
Thiết kế Chế tạo máy Nông nghiệp (2005), hàm lƣợng các hợp chất chứa Nitơ và
Phospho cao hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn cho phép (bảng 1.5).
Bảng 1.5. Thành phần nƣớc thải nhà máy chế biến tinh bột sắn
Chỉ tiêu

Đơn vị

Giá trị

pH
BOD
COD
SS
CNSO42-

mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l

4,2-5,1
2.120-14.750
2.500-17.000

mg/l
0,5-0,8
Pts
mg/l
250-450
4
6
(Nguồn: Báo cáo Dự án cấp nhà nước (KC.05.11-2005),
Viện Nghiên cứu Thiết kế Chế tạo máy Nông nghiệp)
Các thành phần hữu cơ nhƣ tinh bột, protein, xenluloza, pectin, đƣờng có trong
nguyên liệu củ sắn tƣơi là nguyên nhân gây ô nhiễm cao cho các dòng nƣớc thải của
nhà máy sản xuất tinh bột sắn.


13

1.1.3. Ô nhiễm môi trƣờng do nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
Mặc dù tinh bột sắn có kim ngạch xuất khẩu lớn, đóng vai trò quan trọng
trong việc phát triển nền kinh tế, xã hội cho đất nƣớc, nhƣng tác động tiêu cực của
ngành sản xuất tinh bột sắn đến môi trƣờng cũng rất lớn. Chất lƣợng nƣớc thải của
ngành chế biến tinh bột sắn nếu không đƣợc xử lý sẽ gây ảnh hƣởng xấu đến chất
lƣợng môi trƣờng. Theo FAO (2001) và Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam (2010)
các chất ô nhiễm trong nƣớc thải chế biến tinh bột sắn bao gồm:
 Độ pH quá thấp sẽ làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận do các
loài vi sinh vật có trong tự nhiên trong nƣớc bị kìm hãm phát triển. Ngoài ra, khi
nƣớc thải có tính axít sẽ có tính ăn mòn, làm mất cân bằng trao đổi chất tế bào, ức
chế sự phát triển bình thƣờng của quá trình sống.
 BOD liên quan tới xác định mức độ ô nhiễm của thành phần có khả năng
phân hủy sinh học trong nƣớc thải, COD cho phép xác định mức độ ô nhiễm chất
hữu cơ, vô cơ có trong nƣớc thải công nghiệp. Hàm lƣợng chất hữu cơ (BOD,

Ở Việt Nam, các cơ sở chế biến tinh bột sắn qui mô nhỏ chủ yếu tập trung
thành làng nghề với trang thiết bị lạc hậu, hầu nhƣ không có hệ thống xử lý nƣớc
thải riêng và đúng kỹ thuật. Các cơ sở sản xuất với qui mô lớn tuy đa số có trang
bị hệ thống xử lý nƣớc thải nhƣng mới chỉ có rất ít hệ thống hoàn chỉnh có khả
năng xử lý triệt để nƣớc thải trƣớc khi thải ra môi trƣờng. Nhiều cơ sở chỉ xử lý
mang tính chất đối phó với cơ quan quản lý nhà nƣớc về môi trƣờng.
Bằng chứng là nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình, tỉnh Yên Bái có
công suất 160 tấn sản phẩm/ngày, hàng ngày nhà máy thải ra khoảng 380 tấn bã sắn
và khoảng 3600 m3 nƣớc thải. Chất lƣợng nƣớc thải của nhà máy đều vƣợt tiêu
chuẩn Việt Nam cho phép nhiều lần đối với hầu hết các chỉ tiêu ô nhiễm. Sở Tài
nguyên Môi trƣờng Yên Bái và các cơ quan chức năng đã nhiều lần kiểm tra, phát
hiện việc xử lý nƣớc thải của nhà máy này vẫn chƣa đạt yêu cầu. Chính vì vậy ngoài
mùi hôi thối khó chịu cho cả vùng, nƣớc thải của nhà máy từ suối nhỏ Tầm Vông,
Làng Ngần đổ ra suối Hang Luồn làm con suối bị ô nhiễm nặng. Suối Hang Luồn là
nơi đắp đập thủy lợi Hang Luồn, cung cấp nƣớc tƣới tiêu cho 26 ha các thôn Ba
Luồn, Đồng Hen của Vũ Linh và 60 ha ruộng của xã Vĩnh Kiên. Vì vậy trong vụ
đông xuân 2005 có 1834 m2 ruộng của thôn Tầm Vông, 11.288 m2 của thôn Làng
Ngần không thể cấy đƣợc. Số diện tích lúa còn lại bị ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng,


15

phát triển (Cổng thông tin điện tử Bộ TNMT ngày 15/4/2005). Nhà máy chế biến
tinh bột sắn Yên Bình, tỉnh Yên Bái là một trong nhiều đơn vị doanh nghiệp phải
hoàn thiện việc nâng cấp, cải tạo hệ thống xử lý nƣớc thải, giảm công suất sản xuất,
đồng thời có các giải pháp khác để giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng tuân theo Quyết
định số 1788/QĐ-TTg ngày 01 tháng 10 năm 2013 của Thủ tƣớng Chính phủ về xử
lý triệt để các cơ sở gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng đến năm 2020 (Quyết
định TTCP, 2013).
Tại Thừa Thiên Huế, nƣớc thải gây ô nhiễm môi trƣờng của nhà máy tinh bột

nâng cao số lƣợng vi sinh vật xử lý nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nƣớc thải. Thí
nghiệm đƣợc tiến hành tại hệ thống xử lý nƣớc thải của nhà máy chế biến tinh bột
sắn trong khu công nghiệp Amidos Yamakawa. Mỗi ngày, nhà máy này chế biến
400.000 tấn củ, thải ra hơn 2000 m3 nƣớc thải. Tổ hợp các chủng vi sinh vật đƣợc
hoạt hóa, nhân giống trong môi trƣờng có chứa rỉ mật. Dịch nuôi cấy vi sinh vật sau
đó đƣợc bổ sung vào bể xử lý với tỉ lệ 1:52500 (40 lít/ngày). Kết quả xử lý cho thấy
hàm lƣợng BOD và COD giảm hơn 85% so với lúc chƣa bổ sung vi sinh vật, chỉ số
BOD trong nƣớc sau xử lý thấp hơn 40 mg/l, đạt yêu cầu xả thải.
Công nghệ xử lý nƣớc thải chế biến sắn áp dụng theo công nghệ của Ấn Độ,
các chất hữu cơ trong nƣớc thải sẽ đƣợc phân hủy yếm khí ở các bể phản ứng sinh
học (UASB, EGSB, CSTR…) để thu hồi khí sinh học sau đó đƣợc phân hủy tiếp ở
các hệ thống hồ sinh thái (hiếu khí, tùy nghi hay bay hơi…). Nƣớc sau xử lý có thể
tái sử dụng hay dùng để tƣới cây. Với phƣơng pháp này cần một diện tích mặt hồ
lớn và khu xử lý gần nơi canh tác. Ví dụ nhà máy cồn sắn Rạjburi có tổng diện tích
mặt hồ lên tới 94.256 m2, thời gian lƣu thủy lực tại các hồ này là 175 ngày, nhƣng
bù lại chi phí xử lý nƣớc thải sẽ rất thấp (CDM-PDD, 2012).
Nhóm tác giả Nitinard Chaleomrum và cs (2014) thuộc trƣờng đại học
Mahasarakham của Thái Lan cũng đã nghiên cứu xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột
sắn nhằm sản xuất polyhydroxyalkanoate (PHA) với sự hiển diện của vi khuẩn
Bacillus tequilensis MSU 112 trong hệ thống xử lý SBR (Sequencing Batch
Reactor) cho thấy nồng độ COD trong nƣớc thải tinh bột sắn là 4.000 mg/l thì hàm
lƣợng PHA sản sinh cao nhất. Năng suất PHA, và hiệu quả loại bỏ N, P ra khỏi
nƣớc thải tƣơng ứng 3.346 mg/lít, 20,6% và 27,7%, trong khi nồng độ COD là
5.000 mg/lít thì hiệu quả loại bỏ COD cao nhất đạt 94,8%. Kết quả tiết lộ hệ thống


17

SBR xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn với sự hiện diện của B.tequilensis MSU
112 là cách tiếp cận đầy hứa hẹn cho việc sản xuất PHA giúp ích trong việc tái tạo


mặt trời cũng xuyên qua lớp nƣớc giúp cho tảo phát triển và thải oxy vào nƣớc tạo
điều kiện cho các vi sinh vật hiếu khí hoạt động. Hồ tùy nghi (độ sâu 1,5-2m)
thƣờng xảy ra cả quá trình phân hủy hiếu khí và kỵ khí. Loại hồ này đƣợc sử dụng
nhiều hơn hai loại hồ kỵ khí và hiếu khí.
Sử dụng phƣơng pháp cánh đồng tƣới, nƣớc thải đƣợc tƣới lên đất canh tác.
Một phần đƣợc cây sử dụng, phần còn lại sẽ chảy vào hệ thống tiêu nƣớc hoặc
ngấm vào mạch nƣớc ngầm. Phƣơng pháp này xử lý thƣờng không đƣợc triệt để và
vẫn còn nguy cơ ô nhiễm tiềm ẩn. Phƣơng pháp bãi lọc trồng cây thông qua các quá
trình lý, hóa và sinh học tự nhiên của hệ đất-nƣớc-sinh vật, các chất thải lơ lửng
trong nƣớc đƣợc thấm và giữ lại trong đất, sau đó đƣợc các vi sinh vật phân hủy và
chuyển thành chất dinh dƣỡng cung cấp cho cây trồng. Xử lý nƣớc bằng bãi lọc này
có thể đạt đƣợc ba mục đích là xử lý nƣớc ô nhiễm, tái sử dụng các chất dinh dƣỡng
có trong nƣớc sau khi xử lý dùng để tƣới cho cây trồng trong sản xuất nông nghiệp,
bổ sung nƣớc sạch cho các túi nƣớc ngầm.
1.2.2. Phƣơng pháp xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo.
1.2.2.1. Phƣơng pháp xử lý hiếu khí
Phƣơng pháp xử lý hiếu khí là các quá trình công nghệ trong đó xác lập ra
điều kiện hiếu khí để hệ vi sinh vật hiếu khí oxy hoá các hợp chất hữu cơ ô nhiễm,
bằng cách cấp khí vào bể xử lý (Pipeline, 1996). Một số giống vi sinh vật ứng dụng
nhiều trong các công trình xử lý hiếu khí là: Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus,
Streptomyces, Aspergillus…Trong điều kiện môi trƣờng có oxy, các vi sinh vật sử
dụng oxy làm chất nhận H+ và electron, có thể oxy hoá hoàn toàn các cơ chất dinh
dƣỡng đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O (Pipeline, 1996). Do vậy, ƣu thế nổi
bật của quá trình phân huỷ hiếu khí là chất lƣợng xử lý triệt để (năng lực xử lý loại
bỏ hợp chất hữu cơ có thể đạt tới 95%). Tuy nhiên, việc cung cấp đủ oxy cho các vi
sinh vật hiếu khí trong các công trình hiếu khí nhân tạo là vấn đề công nghệ then
chốt và có ảnh hƣởng rất lớn đến giá thành xử lý. Một số công trình xử lý hiếu khí
nhân tạo điển hình là:
Bể Aeroten

trƣờng, thời gian lƣu thủy lực của nƣớc thải trong hệ thống...
Hạn chế lớn nhất cũng nhƣ yêu cầu đáp ứng công nghệ phức tạp của các hệ
thống xử lý hiếu khí tập trung vào giải pháp công nghệ và năng lƣợng tiêu tốn lớn
trong khuấy và sục khí vào môi trƣờng, để cung cấp đủ và liên tục oxy hòa tan cho
hệ vi sinh vật hiếu khí hoạt động. Nhƣng giải pháp xử lý hiếu khí lại có ƣu điểm rất
lớn là có thể xử lý triệt để các chất hữu cơ trong nƣớc tới sản phẩm cuối cùng là
CO2 và H2O. Giải pháp aeroten trong xử lý nƣớc thải đƣợc lựa chọn áp dụng hết sức
phổ biến ở nhiều nƣớc trên thế giới, dƣới dạng giải pháp xử lý độc lập hay phối hợp
với giải pháp xử lý vi hiếu khí và kỵ khí khác trong các hệ thống xử lý phối hợp.
Lọc sinh học (Biofilter)
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống lọc sinh học là khai thác năng lực trao
đổi chất của các loài vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn, sinh trƣởng bám dính (gắn


20

kết) hình thành lớp màng sinh học trên bề mặt vật liệu lọc. Trong môi trƣờng hiếu
khí, do đặc điểm cấu trúc lớp màng phía ngoài sẽ đƣợc cung cấp oxy hòa tan tốt
hơn, chuyển vào lớp giữa hiệu quả cung cấp oxy hòa tan giảm dần và lớp trong
cùng là điều kiện kỵ khí. Nhờ vậy, hệ thống lọc sinh học có đặc tính khai thác đƣợc
đồng thời năng lực phân huỷ chất ô nhiễm của cả các vi sinh vật hiếu khí (phân bố ở
lớp màng phía ngoài), vi sinh vật hô hấp tuỳ nghi (phân bố ở lớp màng giữa) và hệ
vi sinh vật yếm khí (phân bố ở lớp màng phía trong cùng).
Hệ thống lọc sinh học đƣợc thiết lập đầu tiên tại trại thực nghiệm Lawrence,
bang Matsachuset, Mỹ năm 1891. Đến năm 1940 ở nƣớc này đã có 60% hệ thống
xử lý nƣớc thải áp dụng công nghệ lọc sinh học. Năm 1946, phƣơng pháp lọc sinh
học đã đƣợc triển khai phổ biến tại nhiều quốc gia, đặc biệt là sau khi ra đời các vật
liệu lọc polymer. Công nghệ lọc sinh học tiếp tục đƣợc phát triển, ủng dụng rộng rãi
và ngày càng đƣợc ƣa chuộng trên thế giới (Markus Schmid và cs, 2003)
Colin X. và cs (2007), sử dụng lọc sinh học với giá thể bằng tre để xử lý yếm

hủy, pha thứ hai là pha chuyển hóa axit, pha thứ ba là pha kiềm.
Trong pha axit, các vi sinh vật tạo thành axit gồm cả vi sinh vật kỵ khí và vi
sinh vật tùy tiện. Chúng chuyển hóa các sản phẩm phân hủy trung gian thành các
axit hữu cơ bậc thấp, cùng các chất hữu cơ khác nhƣ axit hữu cơ, axit béo, rƣợu, các
axit amin, glyxerin, axeton, H2S, CO2, H2.
Trong pha kiềm, các vi sinh vật sinh metan mới hoạt động. Chúng là các vi
sinh vật kỵ khí cực đoan, chuyển hóa các sản phẩm của pha axit thành CH4 và CO2.
Các phản ứng ở pha này chuyển pH của môi trƣờng sang kiềm.
Theo Kulwarang Suwanasri và cs (2015) xử lý nƣớc thải kỵ khí đã đƣợc phát
triển để sản xuất khí sinh học trong các nhà máy chế biến tinh bột sắn ở Thái Lan từ
năm 1984. Lúc đầu, hầu hết các nhà máy đều không quan tâm đến đầu tƣ sản xuất
khí sinh học do chi phí đầu tƣ cao. Tuy nhiên, điều này đã thay đổi hoàn toàn khi
việc giới thiệu các biện pháp mới và chiến lƣợc nhƣ hỗ trợ tài chính, ƣu đãi về thuế,
và pháp luật về môi trƣờng của chính phủ đƣợc thực thi.
Một số hệ thống xử lý khai thác năng lực hệ vi sinh vật kỵ khí điển hình là:
Bể xử lý kỵ khí UASB (upflow anaerobic sludge blanket)
Nƣớc thải đƣợc đƣa vào hệ thống theo dòng hƣớng ngƣợc lên và đi qua lớp
bùn kỵ khí. Hệ vi sinh vật kỵ khí trong lớp bùn sẽ phân huỷ hợp chất hữu cơ theo 3


22

giai đoạn, sản phẩm cuối cùng là một hỗn hợp khí, trong đó 2/3 là khí metan (Lê
Xuân Phƣơng, 2008). Giải pháp công nghệ này rất phổ biến và thích hợp với nƣớc
thải có hàm lƣợng hợp chất hữu cơ cao (COD lên tới vài nghìn mg/l). Tuy nhiên,
bản chất của quá trình phân huỷ kỵ khí là quá trình oxy hoá không triệt để nên hàm
lƣợng hợp chất hữu cơ trong nƣớc sau xử lý vẫn cao, do vậy sau xử lý UASB phải
tiếp tục xử lý hiếu khí thì nƣớc thải đầu ra mới đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra ngoài
môi trƣờng (Trần Văn Nhân và cs, 2009).
Qua kết quả nghiên cứu xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn thu biogas bằng

Lan, các nhà máy chế biến tinh bột sắn đã xây dựng hệ thống biogas xử lý nƣớc thải
sắn gồm 4 loại công nghệ khác nhau: UASB, UASB A+, màng cố định và ao hồ có
màng bao phủ. Nƣớc thải CBTBS từ 9 nhà máy có hệ thống xử lý có thể tạo ra 36,4
triệu m3 khí sinh học/năm, tƣơng đƣơng với 21,8 triệu lít dầu đốt/năm đem lại nhiều
lợi nhuận kinh tế cho nhà máy và giảm thiểu đƣợc ô nhiễm môi trƣờng (TTSA,
2015).
Trong nghiên cứu của Phạm Đình Long và cs (2014), đã thu hồi khí biogas
từ nƣớc thải chế biến tinh bột sắn bằng phƣơng pháp lên men kỵ khí, nhằm mục
đích giúp các nhà máy chế biến tinh bột sắn xác định lƣợng biogas có thể thu hồi từ
quá trình xử lý kỵ khí nƣớc thải tinh bột sắn, qua đó giúp nhà máy tiết kiệm một
phần năng lƣợng, giảm ô nhiễm môi trƣờng đồng thời giảm phát thải khí nhà kính.
Năm 2007-2008, Bùi Trung và cs thuộc Viện Công nghệ Hóa học, đã tiến
hành khảo sát khảo sát hiện trạng và đánh giá mức độ xử lý ô nhiễm tại một số cơ
sở sản xuất tinh bột sắn ở Tây Ninh và đã xây dựng đƣợc quy trình xử lý nƣớc thải
theo công nghệ xử lý yếm khí với công suất 600 m3/ngày. Công trình tận thu đƣợc
nguồn khí biogas, tiết kiệm chi phí xây dựng, phù hợp với các điều kiện xây dựng
của các nhà máy chế biến tinh bột sắn tại Việt Nam.
1.2.2.3. Phƣơng pháp xử lý thiếu khí (vi hiếu khí)
Trong nƣớc thải thƣờng chứa lƣợng Nitơ dƣới dạng NH4+, NO2-, NO3-.. nếu
không đƣợc xử lý sẽ gây ra hiện tƣợng phú dƣỡng. Để loại trừ đƣợc các thành phần
ô nhiễm này, cùng với hoạt tính khử nitrat đồng hóa của các vi sinh vật dị dƣỡng,
ngƣời ta thƣờng cần phải khai thác đồng thời năng lực trao đổi chất của các vi
khuẩn phản nitrat hoá trong môi trƣờng. Để những vi sinh vật phản nitrat hóa điển
hình sinh trƣởng và phát triển, để chúng khử dị hóa mạnh mẽ và hiệu quả lƣợng


24

NO2-, NO3- thành sản phẩm cuối cùng là N2, hệ thống xử lý phải xác lập đƣợc điều
kiện môi trƣờng chỉ có rất ít oxy hòa tan (điều kiện vi hiếu khí). Các giải pháp công


phối hợp nhƣ mô tả trên có ƣu điểm lớn là đơn giản trong lắp đặt, vận hành, bảo
dƣỡng và có hiệu quả xử lý cao. Song các hệ thống này lại có yêu cầu lớn về diện
tích để xây dựng nhiều bể xử lý chức năng riêng tách biệt nhau và chi phí chung cho
quá trình xử lý vẫn luôn là áp lực đối với nhà đầu tƣ và luôn đặt ra nhu cầu cải thiện
chất lƣợng cũng nhƣ hiệu quả công nghệ.
Nƣớc thải từ các nhà máy tinh bột sắn đƣợc xả trực tiếp vào sông trƣớc khi
đƣợc xử lý là một nguồn ô nhiễm, đã gây ra các vấn đề về môi trƣờng cho ngƣời
dân Indonesia. Để giải quyết vấn đề này các nhà nghiên cứu đã phát triển tích hợp
quá trình sản xuất và tinh chế khí sinh học từ nƣớc thải tinh bột sắn kết hợp với vi
tảo. Kết quả cho thấy lƣợng khí sinh học tăng lên sau khi nƣớc thải đƣợc bổ sung vi
tảo và nấm men. Lƣợng khí sinh học từ vi tảo và nƣớc thải tinh bột sắn là 726,43
ml/g tổng rắn, lƣợng khí sinh học không có vi tảo là 189 ml/g tổng rắn (Budiyono
và cs, 2012).
Nghiên cứu của Kathia R. Kunzler và cs (2013) đã phối hợp hệ thống xử lý
kỵ khí với lọc sinh học có tỉ lệ chiều dài và đƣờng kính khác nhau trong xử lý nƣớc
thải ngành công nghiệp tinh bột sắn ở Bzaril cho thấy hai hệ thống đƣợc sử dụng có
tỉ lệ đƣờng kính và chiều dài là 1:6 và 1:3, tải trọng hữu cơ đƣợc áp dụng cho các hệ
thống là 0,519, 1,156, 1,471, 3,049, 4,347, 4,708 và 5.601g/l/d không có sự khác
biệt về hiệu quả loại bỏ COD, TSS.
Theo Trƣơng Văn Lung và cộng sự (2003) trƣờng Đại học Khoa học Huế thì
sử dụng phƣơng pháp keo tụ bằng Al2(SO4)3 để xử lý sơ bộ nƣớc thải CBTBS đã loại
đƣợc 38% chất rắn không hoà tan, 28-36% chất lơ lửng. Tiếp theo dùng phƣơng pháp
vi sinh vật kỵ khí sau 25 ngày có thể giảm 94,8% chất rắn lơ lửng, 86,9% chất rắn
tổng số, 91% BOD5 và 87,6% COD so với nƣớc thải chƣa xử lý. Ngoài ra, tiếp tục sử
dụng bèo tây (bèo Nhật Bản) để xử lý làm SS giảm 1,16%, BOD5 giảm 3,82%, COD
giảm 3,52% so với lúc đầu. Nhƣ vậy, dùng bèo để xử lý bậc 3 cho hiệu quả rất tốt.
Tóm lại, có rất nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải khác nhau có thể áp dụng
để xử lý nƣớc thải ngành công nghiệp chế biến tinh bột sắn. Tùy vào qui mô, năng