Nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn

- Về thực tiễn: Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong hệ thống xử lý nước thải của nhà máy chế biến tinh bột sắn Elmaco Ninh Bình, góp phần xử lý triệt để ô nhiễmmôi trường của cơ sở sản x

1 PGS.TS.PhạmVănToản

2 PGS.TS.NguyễnVănViết

HÀNỘI,2016

TrangLờicamđoan

3.2.3 VisinhvậtchuyểnhóaPhosphathữucơvàđồnghóaPhospho 703.2.4 Địnhdanhvàxácđịnhđộantoàncủacácvisinhvậtnghiêncứu 733.3 Nghiêncứusảnxuấtchếphẩmxửlýnướcthảichếbiếntinhbộtsắn 83

3.3.2 Nhânsinhkhốicácvisinhvậttuyểnchọnbằngphươngpháplênmenchìm85

3.3.4 Chếphẩmvisinhvậtxửlýnướcthảichếbiếntinhbộtsắn 1013.4 Xâydựngquitrìnhsửdụnggchếphẩmvisinhvậtxửlýnướcthảichếbiến

tế)MPN MostProbableNumber(sốkhảhữu)

3.22 Miềnkhảosátyếutốđiềukiệnlênmenthusinhkhốicủacácchủngvi 94

sinhvậttuyểnchọn

3.23 PhântíchphươngsaiAnovacủamôhìnhđốivớiS.fradiaeSHX.12 943.24 PhântíchphươngsaiAnovacủamôhìnhđốivớiB.velezensisSHV.22 943.25 Phânt í c h p h ư ơ n g s a i A n o v a c ủ a m ô h ì n h đ ố i v ớ i

3.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn tại nhà máy của

3.7 Vị trí phân loại của chủng SHV.OA7 với các loài có quan hệ họ hàng

gần dựa vào trình tự 16S rADN

MỞĐẦU

Cây sắn (Manihot esculentaCrantz) một trong số loại cây lương thực quan trọng đặc

biệt ở các nước đang phát triển vì dễ trồng, không kén đất và cho thu hoạch với năng suấtcao Hiện nay, do nhu cầu về tinh bột sắn tăng cao để phục vụ nguyên liệu cho các ngànhcông nghiệp như chế biến thực phẩm, công nghiệp giấy, côngnghiệpdệt,nhiênliệusinhhọc…nêncácnướctrồngsắntrongđócóViệtNam tập trung vào sản xuất tinh bột sắn để đáp ứng nhucầu trong nước và xuất khẩu

có ích trong tự nhiên là điều cần quan tâm và nghiên cứu để giải quyếtvấn đề ô nhiễm môi trường nước

Theo Huỳnh Ngọc Phương Mai (2006) trung bình để sản xuất được một tấntinhbộtsắntrongngàyphảisửdụng12-20m3nước,dođólưulượngnướcthảiphát

sinhtrongchếbiếntinhbộtsắn làrấtlớn,mứcđộônhiễmcao Trongnướcthảichế biếntinhbộtsắnthườngcóthànhphầnchấtrắnlơlửngcaodobộtvàxơcủsắnsót

lại, nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) và nhu cầu oxy hóa học (COD) có nồng độ cao hàng chụcngàn mg/l gây khó khăn cho quá trình xử lý sinh học Đặc biệt các chất nhựa và hàm lượngnhất định hợp chất xyanua có trong nước thải chế biến tinh bột sắn còn làm cho nước thải

có màu đen, gây mùi khó chịu và ức chế nhiều loại vi sinh vật có ích Vì vậy, nghiên cứucác chủng vi sinh vật thích nghi với môi trường nướcthải nhằmlựachọnđượccácchủngvi

Xuất phát từ lý do trên, đề tài: “Nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý

nước thải chế biến tinh bột sắn” có ý nghĩa cấp thiết góp phần xử lý triệt để nước

thải sau chế biến tinh bột sắn

Mụctiêucủađềtàiluậnán

- Tuyển chọn được vi sinh vật và tạo được chế phẩm vi sinh vật có khả năng xử lý

nước thải chế biến tinh bột sắn

- Đề xuất quy trình sử dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải chế biến tinh

- Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy chế biến tinh bột sắn thuộc công ty TNHH

MTV Elmaco Ninh Bình

Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễn

- Về khoa học: Luận án đã tuyển chọn được các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh

họccao,thíchnghivớimôitrườngnướcthảichếbiếntinhbộtsắn,vàđượcápdụng trongsảnxuấtchế phẩmvisinh vật xử lý nướcthảichế biếntinhbộtsắn Gópphần cung cấp thêm

tư liệu phục vụ giảng dạy và nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật trong xử lý nước thảibằng con đường sinh học

- Về thực tiễn: Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong hệ thống xử lý nước thải của

nhà máy chế biến tinh bột sắn Elmaco Ninh Bình, góp phần xử lý triệt để ô nhiễmmôi trường của cơ sở sản xuất tinh bột sắn

Đónggópmớicủađềtàiluậnán

- Luậnánđãphânlập,lựachọnđược3chủngvisinhvậttừnguồnnướcthảivàbùn thải của cơ

sở sản xuất tinh bột sắn gồmStreptomyces fradiaeSHX.12,Bacillus

velezensisSHV.22,Nitrosomonas europeaSHV.OA7 có khả năng chuyển hóa các

hợpchất ônhiễmvà thíchnghi với môitrườngnướcthải chế biếntinhbột sắn Các chủng

vi sinh vật được nghiên cứu là các chủng đa hoạt sinh học

ChủngStreptomycesfradiaeSHX.12vừacókhảnăngchuyểnhóatinhbộtvừacókhảnăng chuyển hóa xenlulo ChủngBacillus velezensisSHV.22 vừa có khả năng khoángh ó a

P h o s p h a t h ữ u c ơ v ừ a c ó k h ả n ă n g đ ồ n g h ó a v à d ự t r ữ P O4

3-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 ưu hóa điều kiện nhân sinh khối,xây dựng quy trình công nghệ và tạo chế phẩm MIC-CAS 02 từ ba chủng visinhv ậ t t r ê n đ ể ứ n g d ụ n g t r o n g x ử l ý n ư ớ c t h ả i c h ế b i ế n t i n h

b ộ t s ắ n

- Đề tài luận án đã thử nghiệm thành công chế phẩm MIC-CAS 02 góp phần xử lý

triệt để nước thải của nhà máychế biến tinh bột sắn Elmaco Ninh Bình, chất lượngnước thải sau xử lý đạt giá trị loại A theo QCVN 40: 2011/BTNMT

CHƯƠNG1:TỔNGQUANTÀILIỆU 1.1 Tinhbộtsắnvànướcthảichếbiếntinhbộtsắn

Sản lượng sắn toàn thế giới trong nhiều năm trở lại đâyduytrì tương đối ổn định ởmức sản lượng 230 triệu tấn sắn/năm Châu Á, đóng góp hơn một nửa sản lượng sắn toàncầu với sản lượng sắn hàng năm tăng 5 % cao hơn so với châu Phi (3,5 %), trong đó năngsuất tăng hàng năm đạt 3,1 % và diện tích trồng hàng năm tăng 1,8 % (CIAT, 2014) Nước

có năng suất sắn cao nhất thế giới năm 2014 là Ấn Độ đạt 35,66 tấn/ha (hình 1.1) Theo FAO(2015) từ năm 2001 sản lượng sắn toàn cầu đã tăng lên hàng năm ở mức 3,4 % và đạt 270,3triệu tấn trong năm 2014 (hình1.2)

Hình1.2.Sảnlượngsắntrênthếgiớitừ2001-2014

Sắn là một thành phần quan trọng trong bữa ăn của hơn một tỷ người thuộccácnướcnghèotrênthếgiới.TổchứcNônglươngLiênhợpquốc(FAO)xếpsắnlà cây lương thựcquan trọng ở các nước đang phát triển sau lúa gạo, ngô và lúa mì Tại châu Phi, sắn chiếmtỷtrọng cao trong cơ cấu lương thực với mức tiêu thụ bình quân khoảng 96 kg/người/năm

Tinh bột sắn là sản phẩm chế biến từ củ sắn được sử dụng trực tiếp làm lương thực,đồng thời là nguồn nguyên liệu quan trọng trong sản xuất công nghiệp và đặc biệt là côngnghiệp nhiên liệu sinh học, do vậycâysắn không chỉ quan trọng đốivớicác hộ giađìnhnôngdân, mà cònđối vớicác nền kinhtếcủa nhiềuquốc gia đang phát triển Ngành công nghiệpchế biến tinh bột sắn ở Đông Nam Á hiện tại đang tạo ra hàng tỷ đô la mỗi năm nhờ xuấtkhẩu, trong đó Thái Lan hiện đang là nước đứng đầu thế giới về xuất khẩu tinh bột sắn với

số lượng đạt 3,9 triệu tấn tinh bột sắn trong năm 2014 (Boonmee Wattanaruangrong, 2015)

Tại Thái Lan, tinh bột sắn được chế biến theo cả công nghệ truyền thống vàhiệnđại,trong đócôngnghệtruyềnthốngđượcsửdụng trong cácnhà máysảnxuất quymô nhỏ, cóthể tách tinh bột từ củ sắn tươi bằng cách nghiền và ngâm sắn dướinước,sảnphẩmtạorathườngkémchấtlượng.Côngnghệchếbiếnhiệnđạiđượcáp dụng trong các nhà máy

có quy mô lớn và trung bình với nhiều các công đoạn chiếtsuấtkếthợpvớixửlýbộtbằngSO2chotỉlệthuhồitinhbộtcao,lượngtinhbộtthất

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

Indonesia là nước sản xuất tinh bột sắn lớn thứ ba trên thế giới Công nghiệp chếbiến tinh bột sắn ở Indonesia được bắt đầu từ những năm 1980 Tinh bột sắn ở quốc gia nàyđược sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp dệt may, công nghiệp giấy và một số ngànhkhác (Rety Setyawaty và cs, 2011)

Ở Ấn Độ, sản xuất tinh bột sắn tập trung chủ yếu ở bang Kerala và Tamil Nadu, cungcấp hơn 80% nhu cầu cả nước Mặc dù Ấn Độ là một trong 10 quốc gia sản xuất sắn lớnnhất thế giới, mỗi năm sản xuất khoảng 9 triệu tấn sắn, song với dân số đông, nhu cầu tiêudùng lớn, nên nước này hàng năm vẫn phải nhập khẩu tinh bột sắn và các sản phẩm khác từsắn (Srinivas Tavva và cs, 2015)

Trung Quốc, nước sản xuất ethanol lớn thứ ba trên thế giới, sau Mỹ và Brazil Vìkhông phải là quốc gia trồng nhiều sắn, để đáp ứng nhu cầu sử dụng tinhbộtsắnngàycàngcao, trongnăm2014TrungQuốcphảinhậpkhẩu 9,4 triệu tấnsắn lát và 1,9 triệutấn tinh bột sắn (Jin Shu-ren, 2015) Công nghệ chế biến tinh bột sắn của Trung Quốc đượcđánh giá đạt trình độ phát triển cao với đặc điểm tẩy trắng không dùng SO2, hoặc chỉ sử dụngvới số lượng không đáng kể

Năm 2014, Việt Nam đứng thứ bảyvề sản lượng sắn trên thế giới (đạt 10,21triệutấn),năngsuấtđạt18,5tấn/ha(hình1.1),nhưnglànướcxuấtkhẩutinhbộtsắn đứng thứ hai trên thếgiới sau Thái Lan Sản xuất sắn là nguồn thu nhập quantrọng của các hộ dân nghèo do sắn dễtrồng, ít kén đất, ít vốn đầu tư, phù hợpsinh thái và điều kiện kinh tế nông hộ

Đến nay, cả nước đã hình thành các vùng nguyên liệu sắn tập trung, trồng ở khắp cácvùng từ miền núi phía Bắc tới miền Trung, Tây Nguyên và miền Đông Nam bộ với tổngdiện tích đạt trên 500 ngàn ha (bảng 1.1) Thời gian gần đây, một số doanh nghiệp đã đầu tưsang cả Lào để mở rộng vùng nguyên liệu phục vụ cho công nghiệp chế biến tinh bột

Năm2014,địaphươngcósảnlượngsắncaonhấtnướclàTâyNinhđạt1.603,4 nghìntấn, thứ hailàGiaLai đạt 1.114,2 nghìn tấn,thứ ba làĐăk Lắk vớisản lượng sắn đạt 642,2 nghìn tấn vàKon Tum đứng thứ tư về sản lượng sắn đạt 566,2 nghìn tấn (bảng 1.1) Tây Ninh cũng có sốlượng cơ sở chế biến sắn và tinh bột sắn cao nhất nước, kim ngạch xuất khẩu chiếm khoảng40% tổng kim ngạch xuất khẩu cả nước.Bêncạnhđó,TâyNinhluônđiđầuvềcôngnghệ,vềthiếtbịsảnxuấttinhbộtsắn.

Năng suất sắn của Việt Nam hiện nay đứng trong nhóm 10 quốc gia năng suất cao trênthế giới Số liệu trong bảng 1.1 cho thấynăm2014 vùng thâm canh tốt như ở Tây Ninh đãcho năng suất 31,8 tấn/ha, nhưng năng suất bình quân cả nước mới chỉ đạt 18,5 tấn/ha, thấphơn so với một số nước trong khu vực (Ấn Độ đạt trên 35 tấn/ha, Thái Lan trên 22 tấn/ha)

Bảng1.1.SảnxuấtsắnởmộtsốđịaphươngcủaViệtNamnăm2014

(1000ha)

Năngsuất(tấn/ha)

Sảnlượng(1000tấn)

Theothống kêcủaBộ NôngnghiệpvàPTNT, trongquýInăm2015, sảnlượng xuất khẩu sắn

và các sản phẩmtừ sắn đạt giá trị 420 triệu USD, tăng 24 % về lượng và tăng 22,7 % về giátrị so với cùng kỳ năm 2014 (www.omard.gov.vn) Chỉ tính riêng về tinh bột sắn, lượngxuất khẩu cả năm 2015 đã đạt 1,3 triệu tấn (Bảng 1.2)

Theo Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam (2010), hiện tại trong cả nước tồn tại baquy 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 yếucôngnghệthủcông,thiết bịtựtạohoặcdocáccơ sởcơ khí địaphươngchế tạo Hiệu suất thu hồi và chất lượngtinh bột sắn không cao Qui mô vừa (công suấtdưới50tấntinhbộtsảnphẩm/ngày),đaphầnsửdụngthiếtbịchếtạotrongnước

nhưng có khả năng hoạt động ổn định và chất lượng sản phẩm không thua kém các cơ sởnhập thiết bị của nước 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, hiệusuất thu hồi sản phẩm và chất lượng sản phẩm cao hơn, lượng nước sử dụng ít nước.

Trướcnăm1990,quimôsảnxuấttinhbộtsắnởViệtNamphầnlớn làcáchộ gia đình nhỏ, ngoàimột số đơn vị của nhà nước có quy mô lớn hơn (Đặng ThanhH à v à c s , 1 9 9 6 ; Đ à o

sở sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam áp dụng các kỹ thuật, công nghệ chủ yếu sau:

- Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp thủ công:Tất cả các khâu trong

quá trình chế biến sắn từ rửa, gọt vỏ, nạo, mài, lọc và rửa bột đều được tiến hànhthủ công Phương pháp thủ công áp dụng ở qui mô hộ gia đình, cho năng suất thấp

và chất lượng kém Kỹ thuật sản xuất đơn giản và gián đoạn

- Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp bán cơ giới:Ngoại trừ khâu rửa,

gọt vỏ và tách tinh bộttiến hành thủ công.Quá trình nạo/mài được tiến hànhbằng

máy mài Bột nhão thu được qua sàng hệ thống gồm lọc thô, lọc mịn và lọc tinh.Quátrìnhlắngđượctiếnhànhtrongbểlắnghoặcbànlắng(lắngtrọnglực).Phương

phápbáncơgiớiápdụngởquimôsảnxuấtnhỏ,chấtlượngsảnphẩm,hiệusuấtthu hồi tinh bột thấp, laođộng vất vả và khó đảm bảo vệ sinh công nghiệp

- Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp hiện đại:Quá trình sản xuất được

tự động hóa hoàn toàn, từ khi tiếp nhận củ đến khi sấy, hoàn thiện sản phẩm phảiđược tiến hành trong thời gian ngắn nhất có thể được, để giảm thiểu quá trình oxyhoá, biến đổi hàm lượng tinh bột sau thu hoạch và trong chế biến Trong quá trìnhsản xuất tinh bột sắn sử dụng phương pháp trích ly Đây là phương pháp sử dụngthiết bị ly tâm để thực hiện quá trình tách, phương pháp này cho chất lượng sảnphẩm cao, năng suất lớn, đảm bảo vệ sinh công nghiệp

Trước đâyở Việt Nam, chế biến tinh bột sắn thủ công và bán thủ công được áp dụng ở

hộ gia đình, cơ sở làng nghề với qui mô nhỏ chỉ vài tạ sắn/ngày Trong vòng 15 năm qua, cáchoạt động chế biến tinh bột tại các làng nghề đã được 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 phương pháp hiện đạị chủ yếu bằng công nghệ nhập từnước ngoài Các nhà máy hiện nay chủ yếuđượcđầutưtừ10-15nămtrước,côngnghệvàthiếtbịchủyếucủaTrungQuốc, Thái lan

1.1.2 Nướcthảichếbiếntinhbộtsắn

Trong sản xuất tinh bột sắn phải sử dụng một lượng nước lớn từ rửa nguyên liệu đếnquá trình kết lắng và làm sạch tinh bột Lượng nước phục vụ cho sản xuất chủ yếu đượckhai thác từ nguồn nước ngầm mức tiêu thụ khoảng 3,5-12,0 m3/tấn củ tươi ởqui mô nông

hộ và 3-5 m3/tấn củ tươi tại các nhà máyqui mô lớn (HuỳnhNgọcPhươngMai,2006).Trongtổnglượngnướcthảichếbiếntinhbộtsắnkhoảng

10%phátsinhtừnướcrửacủvà90%từcôngđoạnlytâm,lọc,khử…chiếmkhoảng 90%lượngnướctiêuthụ.Thànhphần cácloạinướcthảicụthểnhưsau:

80 Nước 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… Nước

sử dụngtrongcôngđoạnrửacủtrướckhilộtvỏđểloạibỏcácchất bẩnbámtrênbề mặt củ, không làmảnh hưởng màu của tinh bột.

- Nước thải trong quá trình nghiền củ, lọc thô có nhiều tinh bột, protein vàkhoángchất tách ra trong quá trình nghiền thô

- Nước thải trong quá trình tách dịch có nồng độ chất hữu cơ (BOD), chất rắn lơlửng (SS) cao Ngoài ra trong nước thải nàycòn chứa các dịch bào có tanin, men vànhiều chất vi lượng có mặt trong củ sắn

Lưu lượng nước thải lớn có pH thấp, nồng độ chất hữu cơ, vô cơ cao, đặc biệt là cáchợp chất chứa N, P cùng với các chất chứa xyanua (CN-) có nguồn gốc từ vỏ sắn và lõi củsắn là nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trường, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe cộngđồng (Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam, 2010) Thành phần chính của nước thải chế biếntinh bột sắn trong từng công đoạn của quá trìnhsảnxuấtđượctổnghợptrongbảng1.3vềmặtc ả m quannướcthảisảnxuấttinhbột sắn có màu trắng,mùi chua và độ đục cao

Bảng1.3.Thànhphầntínhchấtnướcthảitừsảnxuấttinhbộtsắn

Côngđoạn

Cặnlơlửng(mg/l)

BOD5

(mg/l)

COD(mg/l)

Độkiềm(mg/l)

xử lý (bảng 1.4) cho thấymức ô nhiễmrất cao, cần được xử lý nhằm đáp ứng tiêu chuẩn củamôi trường về nước thải theo qui chuẩn ViệtNam

so với tiêu chuẩn cho phép (bảng 1.5).

Cácthànhphầnhữucơnhưtinhbột,protein,xenluloza,pectin,đườngcótrong

nguyênliệucủsắntươilànguyênnhângâyônhiễmcaochocácdòngnướcthảicủa nhà máy sản xuấttinh bột sắn

1.1.3 Ônhiễmmôitrườngdonướcthảichếbiếntinhbộtsắn

Mặc dù tinh bột sắn có kim ngạch xuất khẩu lớn, đóng vai trò quan trọng trong việcphát triển nền kinh tế, xã hội cho đất nước, nhưng tác động tiêu cựccủa ngành sản xuất tinhbột sắn đến môi trường cũng rất lớn Chất lượng nước thải của ngành chế biến tinh bột sắnnếu không được xử lý sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng môi trường Theo FAO(2001) và Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam(2010) các chất ô nhiễm trong nước thải chếbiến tinh bột sắn bao gồm:

 ĐộpH quá thấp sẽ làm mấtkhả năngtự làmsạch của nguồn tiếp nhậndocác loài

vi sinh vật có trong tự nhiên trong nước bị kìm hãm phát triển Ngoài ra, khi nướcthải có tính axít sẽ có tính ăn mòn, làm mất cân bằng trao đổi chất tế bào, ức chế sựphát triển bình thường của quá trình sống

 BOD liên quan tới xác định mức độ ô nhiễm của thành phần có khả năngphân hủy sinh học trong nước thải, COD cho phép xác định mức độ ô nhiễm chấthữu cơ, vô cơ có trong nước thải công nghiệp Hàm lượng chất hữu cơ (BOD,COD) cao sẽ làm giảm nồng độ oxi hòa tan trong nước, làm ảnh hưởng đến đờisống thủy sinh, đặc biệt là hệ vi sinh vật của nguồn tiếp nhận Nồng độ oxy hòa tandưới50%còncókhảnănggâyảnhhưởngđến sự pháttriểncủa tôm,cá Khixảyra hiệntượng phân hủy yếm khí với hàmlượng BOD quá cao sẽ gâythối nguồn nước và giếtchết hệ thủy sinh, gây ô nhiễm không khí xung quanh và phát tán trên phạm vi rộngtheo chiều gió

 Chất rắn lơ lửng (SS) cũng là tác nhân gâyảnh hưởngtiêu cực tới tài nguyênthủysinh đồng thời gây mất cảmq u a n , b ồ i l ắ n g l ò n g h ồ , s ô n g ,

r a khinướcthảichếbiếnsắnthấmvàolòngđấthoặcchảyvàosông,suối.Okaforvà cs (1998)

đã khẳng định các hạt chất rắn lơ lửng rất quan trọng, chúng là nơi để các chất ô nhiễm

và tác nhân gâybệnh bámtrên bề mặt Các hạt rắn lở lửng nhỏ hơn thì mức độ gây ônhiễm lớn hơn

 Hàmlượngchất dinhdưỡng,nồngđộ cácchất Nitơ,Phosphocao quá sẽgâynênhiệntượngphúdưỡnghóanguồnnước,sựpháttriểnkhókiểmsoátcủarongvà tảo Khiếnmôi trường sống của nguồn tiếp nhận bị thay đổi và xấu đi

 Xyanua(HCN)tồntạitrongnướcthảisảnxuấttinhbộtsắn,phảnứngvớisắt tạo thànhsắt xyanua có màu xám Nếu không được tách nhanh, HCN sẽ ảnh hưởng tới màu củatinh bột và màu của nước thải Ở trong nước xyanua tồn tại ở dạng muối CN-và HCN.Khi vào cơ thể, xyanua kết hợp với enzym xitochrom làm mennàyứcchếkhảnăngcấpoxychohồngcầu,gâyngộđộcchongườivàđộngvậtthuỷ sinh Nhiềuquốc gia đã đưa ra một giới hạn cho phép nồng độ xyanua khoảng 0,2 mg/l đượcphép xả thải vào lưu vực nước tự nhiên (Y.B Patil và cs, 2000).

Ehiagbonare và cs (2009) đã nghiên cứu tác động của nước thải tinh bột sắn đối vớimôi trường và cho thấy chúng có tác động tiêu cực đến cây trồng, không khí, động vật nuôi,đất và nước Ô nhiễmlà vì xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn được thực hiện không đúng

và nước thải được tích lũyqua thời gian

Ở Việt Nam, các cơ sở chế biến tinh bột sắn qui mô nhỏ chủ yếu tập trung thành làngnghề với trang thiết bị lạc hậu, hầu như không có hệ thống xử lý nước thảiriêngvàđúngkỹthuật.Cáccơsởsảnxuấtvớiquimôlớntuyđasốcótrang bị hệ thống xử lý nước thảinhưng mới chỉ có rất ít hệ thống hoàn chỉnh có khả năng xử lý triệt để nướcthải trước khi thải ra môi trường Nhiều cơ sở chỉ xử lý mang tính chất đốiphó với cơ quan quản lý nhà nước về môi trường

Bằng chứng là nhà máy chế biến tinh bột sắn Yên Bình, tỉnh Yên Bái cóc ô n g s u ấ t

1 6 0 t ấ n s ả n p h ẩ m / n g à y , h à n g n g à y nhà máythải ra khoảng 380 tấn bã sắn vàkhoảng 3600 m3nước thải Chất lượng nước thải của nhà máy đều vượt tiêu chuẩn ViệtNam cho phép nhiều lần đối với hầu hết các chỉ tiêu ô nhiễm Sở Tài nguyên Môi trườngYên Bái và các cơ quan chức năng đã nhiều lần kiểm tra, pháthiệnviệcxửlýnướcthảicủanhàmáynàyvẫnchưađạtyêucầu.Chínhvìvậyngoài mùi hôi thối khó chịucho cả vùng, nước thải của nhà máy từ suối nhỏ Tầm Vông, Làng Ngần đổ ra suối Hang Luồn làmcon suối bị ô nhiễm nặng Suối Hang Luồn là nơi đắp đập thủy lợi Hang Luồn, cung cấp nước tướitiêu cho 26 ha các thôn Ba Luồn, Đồng Hen của Vũ Linh và 60 ha ruộng của xã Vĩnh Kiên Vì vậytrong vụ đông xuân 2005 có 1834 m2ruộng của thôn Tầm Vông, 11.288 m2củathôn LàngNgầnkhôngthểcấyđược.Sốdiệntíchlúacònlạibịảnhhưởngđếnsựsinhtrưởng,

phát triển (Cổng thông tin điện tử Bộ TNMT ngày 15/4/2005) Nhà máy chế biến tinh bộtsắn Yên Bình, tỉnh Yên Bái là một trong nhiều đơn vị doanh nghiệp phải hoàn thiện việcnângcấp, cải tạo hệ thống xử lý nước thải, giảm công suất sản xuất, đồng thờicó các giải phápkhác để giảm thiểu ô nhiễm môi trường tuân theo Quyết định số 1788/QĐ-TTg ngày01 tháng

10 năm 2013 của Thủ tướng Chính phủ về xử lý triệt để các cơ sở gây ô nhiễm môi trườngnghiêm trọng đến năm 2020 (Quyết định TTCP, 2013)

TạiThừaThiênHuế,nướcthảigâyônhiễmmôitrườngcủanhàmáytinhbột

sắnPhongĐiềnđãkhiếnnhiềungườidânxãPhongAn,huyệnPhongĐiềnthiệthại về sản xuất nôngnghiệp (Cổng thông tin điện tử báo tin tức ngày 8/11/2013) Vụ đông xuân năm2013, nướcthải của nhà máyđã khiến người dân thôn Thượng An, xã Phong An thiệt hại 11,8 ha lúa vớimức độ từ 30-70 %, có nơi là 100 %

Mới gần đâytrong năm2015 theo thông tin ngày26/8 trên Báo tin tức, Cảnh sát phòng,chống tội phạm về môi trường, công an tỉnh Tây Ninh đã lập biên bản, bắt quả tang nhà máysản xuất tinh bột sắn có công suất khoảng 300 tấn củ sắn tươi/ngày, thuộc Công ty Hữu Đức,

Châu,tỉnhTâyNinhxảnướcthảitrựctiếprasuốiNướcĐục,chảyrasôngVàmCỏ Đông Nước cómàu đen sẫm, mùi hôi thối nồng nặc làm cho nguồn nước bị ô nhiễm nghiêm trọng

Sản xuất tinh bột sắn là một ngành sản xuất có nhu cầu nước lớn, nước thải có độ ônhiễm cao đến rất cao Theo Nguyễn Thị Sơn và cs (2006), chỉ với sản lượng khoảng 500ngàn tấn tinh bột, hàng năm các cơ sở sản xuất tinh bột trên phạm vi cả nước thải vào môitrường khoảng 3 triệu m3nước thải với tải lượng COD khoảng 30.000 tấn, trong đóBOD5khoảng 18.000 tấn Nước thải có độ ô nhiễm cao trong sản xuất tinh bột không được

xử lý đã góp phần gây ô nhiễm môitrường

1.2 Xửlýnướcthảichếbiếntinhbộtsắn.

Các nghiên cứu về xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn trên thế giới không nhiều,

đa số là các nghiên cứu xử lý nước thải cho các ngành khác

Tại Brazil, công nghệ xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn chủ yếu sử dụng hệ thốngcác hồ sinh học bao gồm hồ kị khí, hồ tùy nghi và hồ hiếu khí Tuy nhiên, hiệu quả xử lýnước thải tại các nhà máy áp dụng công nghệ này không cao Lucilene Beatriz Pissinatto và

cs (2004) đã tiến hành thử nghiệmbổ sung các chủng visinhvậtcó hoạttínhcaovàocáchệthốnghồxửlýtùynghivàhiếukhí,mụcđích nâng cao số lượng vi sinh vật xử lý nhằm nâng caohiệu quả xử lý nước thải Thí nghiệm được tiến hành tại hệ thống xử lý nước thải của nhà

sắntrongkhucôngnghiệpAmidosYamakawa.Mỗi ngày,nhàmáynàychếbiến

400.000 tấn củ, thải ra hơn 2000 m3nước thải Tổ hợp các chủng vi sinh vật đượchoạthóa,nhângiốngtrongmôitrườngcóchứarỉmật.Dịchnuôicấyvisinhvậtsau đóđượcbổsungvào bểxửlývớitỉ lệ 1:52500(40 lít/ngày).Kếtquả xửlýcho thấy hàmlượng BOD và CODgiảmhơn 85% so với lúc chưa bổ sung vi sinh vật, chỉ số BOD trong nước sau xử lý thấp hơn

40 mg/l, đạt yêu cầu xả thải

Công nghệ xử lý nước thải chế biến sắn áp dụng theo công nghệ của Ấn Độ, các chấthữu cơ trong nước thải sẽ được phân hủy yếm khí ở các bể phản ứng sinh học (UASB,EGSB, CSTR…) để thu hồi khí sinh học sau đó được phân hủy tiếp ở các hệ thống hồ sinhthái (hiếu khí, tùy nghi hay bay hơi…) Nước sau xử lý có thể tái sử dụng hay dùng để tướicây Với phương 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 lưu thủylực tại các hồ này là 175 ngày, nhưng bù lại chi phí xử lý nước thải sẽ rất thấp (CDM-PDD,2012)

Nhóm tác giả Nitinard Chaleomrum và cs (2014) thuộc trường đại học Mahasarakhamcủa Thái Lan cũng đã nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn nhằm sản xuất

polyhydroxyalkanoate (PHA) với sự hiển diện của vi khuẩnBacillus tequilensisMSU

112trong hệ thống xử lý SBR (Sequencing Batch Reactor) cho thấy nồng độ COD trong nướcthải tinh bột sắn là 4.000 mg/l thì hàm lượng PHA sản sinh cao nhất Năng suất PHA, và hiệu

nướct h ả i t ư ơ n g ứ n g 3 3 4 6 m g / l í t , 2 0 , 6 % v à 2 7 , 7 % , t r o n g k h i n ồ n g đ ộ C O D là

5.000mg/lítthìhiệuquảloạibỏCODcaonhấtđạt94,8%.K ế t quảtiếtlộhệthống

SBR xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn với sự hiện diện củaB.tequilensisMSU 112 là

cách tiếp cận đầy hứa hẹn cho việc sản xuất PHA giúp ích trong việc tái tạo nhựa sinh họcứng dụng trong cuộc sống

Ở Việt Nam, xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn bằng ao, hồ sinh học và cánhđồng trồng cây thủy sinh là phương pháp đơn giản nhất đã và đang được ứng dụng Đã cómột số công trình nghiên cứu trong nước nghiên cứu giải quyết vấn đề ô nhiễm trong quátrình chế biến tinh bột sắn và xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn Kết quả nghiên cứu của

Lê Thị Kim Cúc (2006) về mô hình tái sử dụng nước thải vùng chế biến tinh bột tại TânHóa, Quốc Oai, Hà Nội để phục vụ sản xuấtn ô n g n g h i ệ p , k ế t q u ả r ấ t p h ù h ợ p

v ớ i đ i ề u k i ệ n s ả n x u ấ t c h ế b i ế n , đ i ề u k i ệ n k i n h t ế v à t r ì n h đ ộ q u ả n

l ý c ủ a đ ị a p h ư ơ n g T r o n g t h í n g h i ệ m t h e o d õ i c á c c h ỉ t i ê u s i n h

t r ư ở n g c ủ a c â y lúa như: Chiều cao cây, số nhánh và số bông trên 1 khóm, cho thấynăng suất ở các ô ruộng tưới bằng nước thải đã qua xử lý đều có xu hướng cao hơn so vớiđối chứng (tưới bằng nước thường), năng suất cao nhất ở các ô tưới 100% nước thải đã xử

Hồ kỵ khí (độ sâu trên 2 m), các chất hữu cơ được phân hủy chủ yếu nhờ vi khuẩnkỵkhí và sinh metan Loại hồ nàycó thể dùng để xử lý nước thải có nồng độ các chất hữu cơcao Hồ hiếu khí (độ sâu 1-1,5 m), oxy từ không khí khuếch tán tựnhiênvàonướcquabềmặthoặckếthợpvớilàmthoáng,sụckhínhântạo,ánhsáng

mặt trời cũng xuyên qua lớp nước giúp cho tảo phát triển và thải oxy vào nước tạo điềukiện cho các vi sinh vật hiếu khí hoạt động Hồ tùy nghi (độ sâu 1,5-2m) thường xảy ra cảquá trình phân hủy hiếu khí và kỵ khí Loại hồ này được sử dụng nhiều hơn hai loại hồ kỵkhí và hiếu khí.

Sửdụngphươngphápcánhđồngtưới,nướcthảiđượctướilênđấtcanhtác Một phần đượccây sử dụng, phần còn lại sẽ chảy vào hệ thống tiêu nước hoặcngấmvàomạchnướcngầm.Phươngphápnàyxửlý thườngkhôngđượctriệtđểvà vẫncòn nguycơônhiễmtiềmẩn Phươngphápbãi lọctrồng câythôngqua các quá trình lý, hóa và sinh học tựnhiên của hệ đất-nước-sinh vật, các chất thải lơ lửng trong nướcđượcthấmvà giữ lại trong

chuyểnthànhchấtdinhdưỡngcungcấpchocâytrồng.Xửlýnướcbằngbãilọc nàycóthểđạtđượcbamụcđíchlàxửlýnướcônhiễm,táisửdụngcácchấtdinhdưỡng cótrongnướcsaukhi

xử lýdùngđểtướichocâytrồngtrongsảnxuấtnôngnghiệp, bổ sung nước sạch cho các túi nướcngầm

1.2.2 Phươngphápxửlýsinhhọctrongđiềukiệnnhântạo.

1.2.2.1 Phươngphápxửlýhiếukhí

Phương pháp xử lý hiếu khí là các quá trình công nghệ trong đó xác lập ra điều kiệnhiếu khí để hệ vi sinh vật hiếu khí oxy hoá các hợp chất hữu cơ ô nhiễm, bằng cách cấp khívào 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 trường có oxy, các vi sinh vật sử dụng oxy làm chất nhận H+và electron, cóthể oxy hoá hoàn toàn các cơ chất dinh dưỡng đến sản phẩmcuối cùng là CO2và H2O(Pipeline, 1996) Do vậy, ưu thế nổi bật của quá trình phân huỷ hiếu khí là chất lượng xử lýtriệt để (năng lực xử lý loại bỏ hợp chất hữu cơ có thể đạt tới 95%) Tuynhiên, việc cung cấp

đủ oxycho các vi sinh vật hiếu khí trong các công trình hiếu khí nhân tạo là vấn đề công nghệthen chốt và có ảnh hưởng rất lớn đến giá thành xử lý Một số công trình xử lý hiếu khí nhântạo điển hình là:

BểAeroten

Aeroten là hệ thống xử lý nhân tạo xác lập ra điều kiện hiếu khí cho hệ vi sinh vậthiếu khí sinh trưởng và phát triển, để chúng oxy hóa các hợp chất hữu cơ, vô cơ trong nướcthải Ở hệ thống này, vi sinh vật phát triển và hình thành các bôngbùnởtrạngtháilơlửngtrongbểsinhhọc(thườngđượcgọilàbùnhoạttính).Hệvi sinhvật trong hệthống nàylà tậphợpcủa nhiều loài visinhvật khác nhau, trongđó một số giống vi khuẩn

thường gặp làPseudomonas, Bacillus, Achromobacter, Flavobacterium, Mycobacterium,

Nitrosomonas, Nitrobacter, Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix…ngoài ra còn

có nấm, động vật nguyên sinh (Lê Xuân Phương, 2008) Phụ thuộc vào mục tiêu công nghệ

cụ thể, hệ thống xử lý aeroten được thiết kế và xây dựng dưới nhiều dạng khác nhau như:hiếu khí tích cực, hiếu khí giảm dần hay hiếu khí nhiều ngăn, hiếu khí nhiều bậc

Hiệu quả hoạt động của các hệ thống xử lý hiếu khí phụ thuộc vào hàng loạt thông sốcông nghệ khác nhaunhư: nồng độ oxyhòa tan trong môi trường (thường yêu cầu duytrì liêntục hàmlượng oxyhòa tan trong nước ở ngưỡng không dưới 4 mg/l), năng lực phân hủy của

hệ vi sinh vật hiếu khí (qua hàm lượng bùn hoạt tính và tuổi của bùn), thành phần và tỉ lệcân đối giữa các cấu tử dinh dưỡng cho vi sinh vật (qua chỉ số BOD, BOD/COD, tỷ lệC:N:P phù hợp ), nhiệt độ và pH môi trường, thời gian lưu thủylực của nước thải trong hệthống

Hạn chế lớn nhất cũng như 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 lượng tiêu tốn lớn trong khuấy và sụckhí vào môi trường, để cung cấp đủ và liên tục oxy hòa tan cho hệvi sinh vậthiếukhíhoạtđộng.Nhưnggiải phápxửlýhiếukhí lại cóưuđiểmrất lớn là có thể xử lý triệt để các chấthữu cơ trong nước tới sản phẩm cuối cùng là

kết) hình thành lớp màng sinh học trên bề mặt vật liệu lọc Trong môi trường hiếu khí, dođặc điểm cấu trúc lớp màng phía ngoài sẽ được cung cấp oxy hòa tan tốt hơn, chuyển vàolớp giữa hiệu quả cung cấp oxy hòa tan giảm dần và lớp trongc ù n g l à đ i ề u k i ệ n

k ỵ khí Nhờ vậy, hệ thống lọc sinh học có đặc tính khai thác đượcđồngthờinănglựcphânhuỷchấtônhiễmcủa cảcácvisinhvậthiếukhí(phânbốở lớp màng phíangoài), 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 được thiết lập đầu tiên tại trại thực nghiệm Lawrence, bangMatsachuset, Mỹ năm 1891 Đến năm 1940 ở nước này đã có 60% hệ thống xử lý nướcthải áp dụng công nghệ lọc sinh học Năm 1946, phương pháp lọc sinh học đã được triểnkhai phổ biến tại nhiều quốc gia, đặc biệt là sau khi ra đời các vậtliệulọcpolymer.Côngnghệlọcsinhhọctiếptụcđượcpháttriển,ủngdụngrộngrãi và ngàycàng được

ưa chuộng trên thế giới (Markus Schmid và cs, 2003)

ColinX.và cs (2007), sửdụnglọcsinhhọcvớigiáthểbằngtređểxửlý yếm khí nước thảicủa cơ sở chế biến tinh bột sắn qui mô nhỏ ở Colombia cho thấy đã loại bỏ 87% COD, 67%tổng chất rắn lơ lửng (TSS)

Đánh giá hiệu quả sử lý nước thải tinh bột sắn bằng công nghệ lọc sinh học trên cácloại vật liệu lọc xơ dừa, than đá, nhựa PVC và nhựa Bio-Ball BB-15, tácg i ả N g u y ễ n

1.2.2.2 Phươngphápxửlýkỵkhí

Xử lý kỵ khí là quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiệnk h ô n g c ó

o x y n h ờ v i s i n h v ậ t k ỵ k h í ( c h ủ y ế u l à v i k h u ẩ n ) T r o n g đ i ề u k i ệ n

k h ô n g c ó oxy,hệvisinhvậtdịdưỡngkỵkhísẽchuyểnH+vàelectronchomộtchấthữu

cơ trung gian, làm cho quá trình này luôn đi kèm với việc tích tụ các chất hữu cơ trung gian,chứ không thể chuyển hóa hoàn toàn đến sản phẩm cuối là CO2và H2O như với trường hợp

hệ vi sinh vật hiếu khí Sản phẩm chuyển hóa sinh học kỵ khí cuối cùng là một hỗn hợp khí(được gọi là khí sinh học hay biogas) bao gồm CH4(chiếm tỉ lệ lớn nhất), C2H6, CO2…ngoài ra còn có H2S Khí CH4chiếm tới 65% nên quá trình này còn gọi là lên men metan vàquần thể vi sinh vật được gọi tên chung là các vi sinh vật sinh metan Phần và chất lượngkhí sinh học tạo thành phụ thuộc vào nồng độ hợp chất hữu cơ trong nước thải, vào nhiệt độmôi trường, pH, thời gian xử lý (Gruisasola và cs, 2008)

Đâylàmộtquátrìnhphứctạpvàcơchếcủa nóchưađượcbiếtmộtcáchđầy đủ và rõ ràng Cóthể coi quá trình xử lý kỵ khí gồm 3 pha: pha ban đầu là phânh ủ y , p h a t h ứ h a i l à p h a

c h u y ể n h ó a a x i t , p h a t h ứ b a l à p h a k i ề m

Trong pha axit, các vi sinh vật tạo thành axit gồm cả vi sinh vật kỵ khí và vi sinh vậttùy tiện Chúng chuyển hóa các sản phẩm phân hủy trung gian thành cácaxithữucơbậcthấp,cùngcácchấthữucơkhácnhưaxithữucơ,axitbéo,rượu,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 vậtkỵkhí cực đoan, chuyển hóa các sản phẩm của pha axit thành CH4và CO2 Các phản ứng ởpha này chuyển pH của môi trường sang kiềm

TheoKulwarangSuwanasrivàcs(2015)xửlýnướcthảikỵkhíđãđượcphát triển để sảnxuấtkhísinhhọc trong các nhà máychế biếntinhbột sắnởTháiLan từ năm 1984 Lúc đầu, hầuhết các nhà máy đều không quan tâm đến đầu tư sản xuất khí sinh học do chi phí đầu tư cao.Tuy nhiên, điều này đã thay đổi hoàn toàn khiviệcgiớithiệucácbiệnphápmớivàchiếnlượcnhưhỗtrợtàichính,ưuđãivềthuế, và pháp luật về môitrường của chính phủ được thực thi

Mộtsốhệthốngxửlýkhaithácnănglựchệvisinhvậtkỵkhíđiểnhìnhlà:

BểxửlýkỵkhíUASB(upflowanaerobicsludgeblanket)

Nướcthải được đưavàohệthống theo dòng hướngngược lên và đi qualớpbùnkỵkhí.Hệvisinhvậtkỵkhítronglớpbùnsẽphânhuỷhợpchấthữucơtheo3

giai đoạn, sản phẩm cuối cùng là một hỗn hợp khí, trong đó 2/3 là khí metan (Lê XuânPhương, 2008) Giải pháp công nghệ này rất phổ biến và thích hợp với nước thải có hàmlượng hợp chất hữu cơ cao (COD lên tới vài nghìn mg/l) Tuy nhiên, bản chất của quá trìnhphân huỷ kỵ khí là quá trình oxy hoá không triệt để nên hàm lượng hợp chất hữu cơ trongnước sau xử lý vẫn cao, do vậy sau xử lý UASB phải tiếptụcxửlýhiếukhíthìnướcthảiđầuramớiđạttiêuchuẩnchophépthảirangoài môi trường (Trần Văn Nhân và cs, 2009).

Quakếtquảnghiêncứuxửlýnướcthảichếbiếntinhbộtsắnthubiogasbằng hệ thống UASB,Nguyễn Thị Sơn và cs (2006) cho thấy khi pH dòng chảy được điều chỉnh lên 5,5-6,0 hiệu quả

xử lý và hiệu quả khí hóa tăng rõ rệt (từ 0,32 lít/gl ê n 0 , 4 4 l í t / g C O D c h u y ể n h ó a )

T h ờ i g i a n l ư u c ủ a n ư ớ c t h ả i t r o n g h ệ t h ố n g c ũ n g ả n h h ư ở n g k h ô n g

n h ỏ t ớ i t ả i t r ọ n g C O D v à h i ệ u q u ả k h í h ó a T h ờ i g i a n l ư u 3 n g à y

c h o hệ sốkhíhóacao nhất(0,55lít/gCOD), tuynhiênlượng biogas thuđượcvà tải trọng CODcủa hệ thống tăng khi lưu lượng dòng vào tăng, tải trọng COD ở thời gian lưu 2 ngày là 5,49g/l/ngày và ở 1,75 ngày là 6,05 g/l/ngày Ứng dụng thành công hệ thống xử lý kỵ khí (UASB)công suất 10 m3/ngày đêm tại nhà máytinh bột sắn KMC Bình Phước, tác giả Huỳnh NgọcPhương Mai (2006) đã cho biết sau 73 ngày vận hành hệ thống UASB với tải trọng hữu cơtrong khoảng 6,2-7,4 kg COD/m3ngàyđêm,hiệuquảxửlýCODdaođộngtrongkhoảng72-82%.Lượngkhí sinh ra dao động trong khoảng 260-350 lít khí biogas (> 60% metan) cho 1kgCOD bị khử Tác giả cũng cho rằng hệ thống xử lý kỵ khí thực sự có hiệu quả đối với nhữngloại nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ cao Tuy nhiên, sau hệ thống xử lý kị khí bao giờcũng cần bước xử lý triệt để tiếp theo để giảm thiểu nồng độ chấthữucơvàchấtdinhdưỡngđếnmứcthấpnhất,đạttiêuchuẩnxảthảinướcthảicông nghiệp hiện hành tạiViệt Nam

Hầmkhísinhhọc(biogas)

Đây là hệ thống xử lý nước thải có độ ô nhiễm cao và được áp dụng rất phổ biến,đặc biệt là đối với nước thải giàu chất hữu cơ Bản chất công nghệ của hệthốngnàylàkhaithácnănglựcphânhuỷhợpchấthữucơcủahệvisinhvậtkỵkhí

có trong lớpbùn đáy Ưu thế điển hình của hầm khí sinh học là chi phí vận hành rất thấp vìkhông phải cấp khí, nhưng nước thải sau xử lý vẫn còn bị ô nhiễm và cần phải được xử lýtiếp tục bằng giải pháp xử lý hiếu khí, cho đến khi đạt ngưỡng yêucầuvềchấtlượng,rồimớiđượcthảiramôitrường(LươngĐức Phẩm,2009).

Ở Thái Lan, từ năm 2003-2005 được sự giúp đỡ của Bộ Năng lượng TháiLan,cácnhà máychế biếntinhbộtsắnđãxâydựnghệthốngbiogas xửlýnướcthải sắn gồm 4 loạicông nghệ khác nhau: UASB, UASB A+, màng cố định và ao hồ có màng bao phủ Nước thảiCBTBS từ 9 nhà máycó hệ thống xử lý có thể tạo ra 36,4triệum3khísinhhọc/năm,tươngđươngvới21,8triệulítdầuđốt/nămđemlạinhiều lợi nhuận kinh tếcho nhà máy và giảm thiểu được ô nhiễm môi trường (TTSA,2015)

Trong nghiên cứu của Phạm Đình Long và cs (2014), đã thu hồi khíbiogast ừ nướcthảichếbiếntinhbộtsắnbằngphươngpháplênmenkỵkhí,nhằmmụcđích giúp các nhà máychế biến tinh bột sắn xác định lượngbiogas có thể thu hồi từquátrìnhxửlýkỵ khínướcthảitinhbộtsắn,quađógiúpnhàmáytiếtkiệmmộtphầnnănglượng,giảmônhiễmmôitrườngđồngthờigiảmphátthảikhínhàkính.Năm 2007-2008, Bùi Trung và cs thuộc Viện Công nghệ Hóa học, đã tiến hành khảosát khảo sát hiện trạng và đánh giá mức độ xử lý ô nhiễm tại một số cơs ở s ả n x u ấ t t i n h

b ộ t s ắ n ở T â y N i n h v à đ ã x â y d ự n g đ ư ợ c q u y trình xử lý nước thải theocông nghệ xử lý yếm khí với công suất 600 m3/ngày Công trình tận thu được nguồn khíbiogas, tiết kiệm chi phí xây dựng, phù hợp với các điều kiện xây dựng của các nhà máy chếbiến tinh bột sắn tại Việt Nam

1.2.2.3 Phươngphápxửlýthiếukhí(vihiếukhí)

Trong nước thải thường chứa lượng Nitơ dưới dạng NH4+, NO2-, NO3- nếukhôngđượcxửlýsẽgâyrahiệntượngphúdưỡng.Đểloạitrừđượccácthànhphần ô nhiễm này, cùngvới hoạt tính khử nitrat đồng hóa của các vi sinh vật dị dưỡng, người ta thường cần phải khaithác đồng thời năng lực trao đổi chất của các vi khuẩn phản nitrat hoá trong môi trường Để

hìnhsinhtrưởngvàpháttriển,đểchúngkhửdịhóamạnh mẽvàhiệuquảlượng

NO2-, NO3-thành sản phẩm cuối cùng là N2, hệ thống xử lý phải xác lập được điều kiện môitrường chỉ có rất ít oxyhòa tan (điều kiện vi hiếu khí) Các giải pháp công nghệ xử lý vi hiếukhí các chất Nitơ vô cơ điển hình là công nghệ Anammox (Anaerobic ammonium oxidation),công nghệ Sharon (Single reactor system for Hing-rate Ammonium Removal Over Nitrite),công nghệ Sharon-Anammox, công nghệ Canon (Completely autotrophic nitrogien removalover nitrite), công nghệ Oland (Oxygien-limited autotrophic nitrification–denitrification)

Ứngdụngphươngphápxửlývihiếukhítácgiả LêCôngNhấtPhươngvàcs(2012)đãnghiêncứuxửlýammoniumtrong nướcthảigiết mổbằng quátrìnhnitrit mộtphần/Anammox trong một bể phản ứng, sử dụng giá thể poly acrylic và sợi bôngtăm.Kếtquảcho thấymôhìnhhoạtđộnghiệuquảvớihiệusuấtxửlýđạt92% ở tải trọng 0,04 kg N-NH4/m3ngày

và 87,8% ở tải trọng 0,14 kg N-NH4/m3ngày

1.2.2.4 Hệthốngxửlýsinhhọcnướcthảiphốihợp

Trong thực tiễn ứng dụng, để xử lý triệt để và hiệu quả các chất ô nhiễmtrongnướcthải,ngườitathườngkhaithácứngdụngphốihợpnhiềugiải phápcông nghệ với nhau,bao gồm: cơ học (lọc tách rác, lắng cát, lắng phân ly bùn hoạt tính…), xử lý sinh học nhờ visinh vật, xử lý hóa học-hóa lý (trợ lắng, keo tụ, khử trùng)… Mục tiêu khai thác năng lực xử lýcủa vi sinh vật thường được triển khai trong các hệ thống có phân chia tách biệt, hoặc phânvùng đặc tính chức năng, để xác lập môi trường hoạt động hiệu quả đồng thời cho cả ba nhóm

vi sinh vật: hệ vi sinh vật hiếu khí, hệ vi sinh vật kỵ khí và hệ vi sinh vật vi hiếu khí phát triển,

để chúng phân hủy chuyển hóa các thành phần ô nhiễm tương ứng mong muốn

Hệ thống xử lý sinh học nước thải phối hợp được xemlà dạng công nghệ xử lý nướcthải vi sinh được triển khai xây dựng rộng rãi trên thế giới Với đặc trưng công nghệ là xâydựng các bể xử lý chức năng tách biệt nhau và việc đảm bảo, duy trì nồng độ oxy hòa tan cho

vi sinh vật hiếu khí phát triển trong bể xử lý hiếu khí được thực hiện nhờ áp dụng các giảipháp cấp khí cưỡng bức (bằng khuấytrộn sục khí trên bề mặt, hay phổ biến hơn là sử dụng

khívàođáybểquacácthiếtbịphântánkhítươngứng).Hệthốngxửlýnướcthải

phối hợp như mô tả trên có ưu điểm lớn là đơn giản trong lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và

có hiệu quả xử lý cao Song các hệ thống này lại có yêu cầu lớn về diện tíchđểxâydựngnhiềubểxửlýchức năngriêngtáchbiệtnhauvàchiphíchungcho quátrìnhxửlý vẫnluônlàáplựcđốivớinhàđầutưvàluôn đặtranhucầucảithiện chất lượng cũng như hiệu quả công nghệ

Nước thải từ các nhà máy tinh bột sắn được xả trực tiếp vào sông trước khi được xử

lý là một nguồn ô nhiễm, đã gây ra các vấn đề về môi trường cho người dân Indonesia Đểgiải quyết vấn đề này các nhà nghiên cứu đã phát triển tích hợp quá trình sản xuất và tinhchế khí sinh học từ nước thải tinh bột sắn kết hợp với vitảo.Kếtquảchothấylượngkhísinhhọctănglênsaukhinướcthảiđượcbổsungvi tảo và nấm men.Lượng khí sinh học từ vi tảo và nước thải tinh bột sắn là 726,43 ml/g tổng rắn, lượng khí sinhhọc không có vi tảo là 189 ml/g tổng rắn (Budiyono và cs, 2012)

Nghiên cứu của Kathia R Kunzlervà cs (2013) đã phối hợp hệ thống xử lý kỵkhívớilọcsinhhọc cótỉlệchiềudàivà đườngkính khác nhau trongxử lýnước thải ngành côngnghiệp tinh bột sắn ở Bzaril cho thấyhai hệ thống được sử dụng cótỉlệđườngkínhvàchiềudàilà1:6và1:3,tảitrọnghữucơđượcápdụngchocáchệ 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 TrươngVănLungvàcộngsự(2003)trườngĐạihọcKhoahọcHuếthìsửdụngphươngphápkeotụbằngAl2(SO4)3đểxửlýsơbộnướcthảiCBTBSđãloại

được38%chấtrắnkhônghoàtan,28-36%chấtlơlửng.Tiếptheodùngphươngpháp vi sinh vật kỵ khí sau 25ngày có thể giảm 94,8% chất rắn lơ lửng, 86,9% chất rắntổngsố,91%BOD5và87,6%CODsovớinướcthảichưaxửlý.Ngoàira,tiếptụcsử

dụngbèotây(bèoNhậtBản)đểxửlýlàmSSgiảm1,16%,BOD5giảm3,82%,COD

giảm3,52%sovớilúcđầu.Nhưvậy,dùngbèođểxửlýbậc3chohiệuquảrấttốt

Tómlại,córấtnhiềuphươngphápxửlýnướcthảikhácnhaucóthể ápdụngđểxửlýnướcthảingànhcôngnghiệpchếbiếntinhbộtsắn.Tùyvàoquimô,năng

đườngClostridium,Cytophagasp.,cácvikhuẩngâythốiProteusvulgaris,B.cereus,các vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnhThiobacillus, Beggiatoa,vi khuẩn phản nitrat hóaThiobacillusdenitrificans,Micrococcusdenitrificans…(ChuThịThơmvàcs,2006).

Cả ba giai đoạn này có mối liên quan rất chặt chẽ với nhau làm nồng độ các chất gây

ô nhiễm trong nước giảm dần

Tinhbộtvàquátrìnhchuyểnhoátinhbộtnhờvisinhvật

Tinh bột-(C6H10O5)n-một loại polysacarit chủ yếu trong hạt, trong củ, trong quả Tinhbột khi gặp thuốc thử iốt sẽ có màu từ nâu đỏ đến xanh Tinh bột được cấu tạo bởi hai thànhphần có cấu trúc khác nhau: amylose và amylopectin

Hình1.3.Cấutrúcphântửtinhbột

Amylose là loại có cấu tạo xoắn, mỗi vòng xoắn gồm 6 gốc glucose Trọng lượngphân tử của amylose vào khoảng 10.000-100.000 dalton (Lê Xuân Phương,2008).

Amylopectin có cấu tạo phân nhánh Bên cạnh dây nối α-1,4-glucozittrong phân tửamylopectin còn có dây nối α-1,6-glucozit (ở đầu các nhánh) Mỗi nhánh nhỏ gồm khoảng20-25 gốc glucozit Trọng lượng phân tử của amylopectin vào khoảng 50.000-1.000.000dalton (Lê Ngọc Tú, 2006)

VSVphângiảitinh bột cókhảnăng tiết ra môitrườnghệenzym amilazabaogồm4enzym:α-amilaza(còngọilàendoamilaza),β-amilaza,a m i l o 1,6glucosidaza và glucoamilaza.Dưới tác động của 4 loại enzym này, phân tử tinh bột được phân giải thành đường glucoza

Ứng dụng vi sinh vật sinh enzym thuỷ phân tinh bột được nhiều nhà khoa họcnghiên cứu Năm 2010, ở Trung Quốc tác giả Zhou G và cs đã nghiên cứu sử dụng vi sinhvật để xử lý nước thải chứa tinh bột, đầu tiên là sử dụng hệ vi sinh vật kỵ khí, sau đó sửdụng hệ vi sinh vật hữu hiệu (EM) hiếu khí và tuỳ nghi để xử lý tiếp, kết quả loại trừ đượctới 99 % COD trong nước thải (Zhou G và cs, 2010)

NH4+và NO3-làm nguồn dinh dưỡng Nitơ, để tổng hợp tế bào, hay năng lực tự dưỡng amin

có ở nhiều loài vi sinh vật), phần cònlạitrong điềukiện hiếukhícuối cùngthườngdẫntớitíchtụmuốinitrat(doquá trình oxy hóa-khử sinh học để thu nhận năng lượng của các vi khuẩn nitrit

và vi khuẩn nitrat hoá, với hai giống điển hình là vi khuẩnNitrosomonas,vi khuẩnNitrobacter).Tiếptheo,nhờquátrìnhphânhuỷsinhhọcthiếukhíhoặckỵkhí(do

quá trình oxy hóa-khử sinh học để thu nhận năng lượng của các loài vi khuẩn phản nitrathóa) các muối nitrat này có thể chuyển hóa đến sản phẩm cuối cùng là N2.

Quátrìnhamonhóaprotein

Quá trình amon hóa protein là quá trình phân huỷ và chuyển hóa protein (cũng nhưcác sản phẩm thủy phân trung gian của protein) thành NH4 , dưới tác dụng của các loài visinh vật:

Các hợp chất hữu cơ có N →

NH3hoặcNH4 NH3+

H2O→ N H 4 + Quá trình chuyển hoá sinh học protein thành acid amindo nhiều vi sinh vật hiếu khí và

OH-kỵ khí có năng lực sinh tổng hợp hệ enzym proteaza ngoại bào gây ra (Lê Xuân Phương,2008), theo sơ đồ cơ chế:

Protein→polypeptid→peptid→acidaminQuá trình chuyển hoá tiếp theo, các acid amin này một phần sẽ được vi sinh vật hấpthu làm nguồn vật liệu cấu trúc Nitơ để sinh trưởng và phát triển, còn một phần sẽ bịchuyển hóa theo cơ chế khử amin hóa (trong trường hợp vi sinh vật sử dụng nguồn acidamin này làm vật liệu chỉ để thu nhận mạch khung cacbon vàom ụ c t i ê u c h u y ể n h ó a

t i ế p t ụ c đ ể t h u n ă n g l ư ợ n g s i n h h ọ c , h o ặ c đ ể t h u n h ậ n v ậ t l i ệ u

c ấ u trúcnêncácthànhphầnkháckhôngchứaNitơtrongtếbàonhưglucid,lipid…) Kết quả là quátrình khử amin hóa (dezamin) các acid amin đã dẫn đến xuất hiện và tích tụ dần NH3tự do, haydưới dạng NH4 trong môi trường

Quátrìnhnirathóa

Quá trình nitrat hóa là quá trình oxy hóa tiếp tục Nitơ amon, đầu tiên tạo thành nitrit

và sau đó tạo thành nitrat Quá trình nitrat hóa bao gồm 2 giai đoạn chính là oxy hóa muốiamon thành NO2-(nitrit hóa), giai đoạn oxy hóa nitrit thành NO3-(nitrat hóa) và quá trìnhnàyđược thực hiện chủ yếu bởi hai nhómvi khuẩn tự dưỡng có năng lực chuyển hóa và sửdụng được nguồn năng lượng thoát ra từ quá trình oxy hóa vô cơ amon và nitrit

Giaiđoạn1:giaiđoạnnitrithóa

Bước đầu tiên của quá trình nitrat hoá, vi khuẩn sẽ oxy hoá amoni thành nitrit theophương trình:

NH3+1,5O2 NO2-+H++H2O

Trong đó,Nitrosomonaslà chi phổ biến nhất được phát hiện tham gia giai đoạn này,

ra,NitrosolobusvàNitrosovibriocũngcó thể oxyhóaanoni(Leininger S.vàcs,2006) Chúng đều

là vi khuẩn gram âm, sinh ra các enzym hydroxylamine oxidoreductase (HAO) và ammoniamonooxygienase (AMO) để oxy hóa amoni thu năng lượng (Patrick Chainvà cs, 2003).Những vi khuẩn này còn có khả năng hoạt động tốt trong môi trường có hàm lượng nitritcao, mà đối với vi sinh vật khác thì bị ức chế (Ran Y., Kartik C., 2010)

Điều đáng chú ý nữa là trong quá trình nitrit hóa, cơ chất NH3chứ không phảilà

NH4 ,bởivậyquátrình oxyhóa amon xảyra mạnh nhấtởpHtrungtính7,5- 8,5 hoặc kiềm khiamoniac ở dạng không ion hóa (NH3) nhiều hơn (Andren D.E., Awwa, 1995)

như:Nitrococcus, Nitrospira…(Watson S.W., 1991) Nhìn chung, vi khuẩn nitrat hóa có thể

phát triển được trong điều kiện hiếu khí, và cả trong môi trường

hạnchếoxy.CácchủngvikhuẩnNitrobactercóthể pháttriểntrong môitrườngtạp

dưỡnghoặcdịdưỡng,nhưngcácchủngNitrospira,Nitrococcus,Nitrospinathường lạikhôngpháttriển

đượctrên môitrườngdịdưỡngcacbon

Theo Philips S và cs (2002), vi khuẩn oxy hóa amoni (AOB) sinh ra năng lượng lớnhơn vi khuẩn oxyhóa nitrit (NOB) trong quá trình oxyhóa nên có tốc độtăngtrưởngtốthơn.Cácvikhuẩnnàyhoạtđộngđượctrongmôitrườngcóhàm

lượng oxy hòa tan thấp vàNitrosomonascó pH tối ưu là 8,1,Nitrobacterlà 7,9

(Grunditz C., 2001)

Quátrìnhphảnnitrathóa

LàquátrìnhchuyểnhóaNO3-thànhN2đểbùtrảlạiNitơchokhôngkhíđược gọi là quá trìnhphản nitrat hóa (Scott C K., 1993) Trong tự nhiên có 2 dạng khửnitrat:

Quá trình đồng hóa (amon hóa nitrat):là quá trình khử nitrat thành NH4+

Quátrìnhnàyxảyraở mộtsốvikhuẩnnhưBacillus,E.coli,Aerobactervàởnhiều loài vi sinh vật

khác Quá trình xảy ra trong điều kiện hiếu khí và có chức năngc u n g c ấ p a m o n c h o t ế

b à o d ù n g t ổ n g h ợ p a c i d a m i n

Quá trình dị hóa (phản nitrat hóa):là quá trình khử NO3-hoặc NO2-thành Nitơ phân

tử, chỉ diễn ra trong điều kiện vi hiếu khí và điều kiện kỵ khí dưới sự tác động của cácenzym nitrat reductase, nitrit reductase, nitrioxit reductase và nitrousoxit reductase (Kh.Elbanna và cs, 2012), theo sơ đồ chuyển hóa sau:

Nitratreductase Nitritreductase Nitrioxitreductase Nitrousoxitreductase

Quá trình phản nitrat hóa được thực hiện với sự tham gia của các vi

khuẩnPseudomonas, Azospirillum, Alcaligienes, Rhodopseudomonas, Propionibacterium,

Achromobacter, Micrococcus, Paracoccus… Bên cạnh một số vi khuẩn lưu huỳnh

nhưThiobacillus, Sulfomonasthì vi khuẩnRhizobiumcũng có khả năng khử Nitơ trong

trường hợp môi trường thiếu oxy, vi khuẩn này có thể oxy hóa nitrat thành năng lượng cho

cơ thể (Moir J.W.B., 2011) Các vi khuẩn phản nitrat hóa có vai trò quan trọng trong xử lýnước thải, vì chúng loại bỏ nguồn Nitơ liên kết độc hại đốivớimôitrườngsinhthái.Trongmôitrườngnướcthải,nitritvànitratthườngtồntại dưới dạng muốicủa các kim loại kiềm và kiềm thổ Trong quá trình phân giải các muốikali,natri,canxi…sẽkèmtheohìnhthànhcác muốicacbonat và kiềm.Vìthế, quá trình phản nitrat hóa thường kèmtheo sự kiềm hóa môi trường

P3O105-+ 2 H2O= 2 H P O42-+ H2PO4

Các Phospho hữu cơ cũng được oxy hóa và thủy phân thành dạng orthophosphat.Các ion Phosphat trong nước thường bị thủy phân theo 3 bậc sau đây (do H3PO4có 3 nấcphân ly)

Phospho và dự trữ dưới dạng hạt polyphosphat trong tế bào, do đó sinh trưởng của vi sinhvật được tăng lên (Bdrjanovic và cs, 1997).

Phospho không chỉ cung cấp cho hoạt động sống của vi sinh vật mà còn được tích lũy

để vi sinh vật sử dụng khi cần thiết Trong qua trình xử lý nước thải, nếu sau vùng kỵ khí làvùng hiếu khí thì vi sinh vật sẽ hấp thu và tích lũy Phospho trên mức bình thường nhằm sửdụng khi cần thiết (Kong Y và cs, 2005)

Xyanuavàsựchuyểnhóaxyanuanhờvisinhvật

Xyanua (CN-) là anion của xyanhydric axit có công thức là C=N,một chấth ó a h ọ c

r ấ t đ ộ c h ạ i đ ố i v ớ i s i n h v ậ t s ố n g ( T ổ c h ứ c Y t ế T h ế g i ớ i , 2 0 0 4 ) Trong tự nhiêu, hợp chất xyanua có thể được tìm thấy trong hơn 3.000 loài thực vật,động vật, vi khuẩn và nấm Thực vật sản sinh xyanua như một cơ chế phòng vệ chống lạiđộng vật ăn cỏ (Randviir và cs, 2015)

Trong sắn, xyanua tồn tại dưới dạng xyanogenic glycoside gồm hai chấtlàlinamarinvàlotaustralin Chất này bị thủy phân tự nhiên bởi menlinamarasetạothànhxyanhytric axit (HCN)là chất gây độc cho cơ thể Các giống sắn ngọt chứa 80-110mgHCN/kg lá tươi và 20-30mg HCN/kg củ tươi Giống sắn đắng chứa 160-240mg HCN/kg látươi và 60-150mg HCN/kg củ tươi Trong củ sắn, độc tố xyanua thường chỉ tập trung ở hai đầu,

vỏ và lõi củ sắn Tuỳ theo giống, vỏ củ, lõi củ, thịt củ, điều kiện đất đai, chế độ canh tác, thời gianthu hoạch mà hàm lượng HCN có khác nhau

Xyanua rất độc, nhưng may mắn là nó lại dễ bị phân hủy bởi nhiều tác nhânl ý h ó a ,

x y a n u a r ấ t d ễ b ị o x y h ó a b ở i n h ữ n g c h ấ t t h ô n g t h ư ờ n g n h ư c l o ,

n ư ớ c o x y g i à , phócmôn,thuốctím…vàngaycảvớioxytrongkhôngkhí.Độctốxyanuacũngrất dễ tan trong nước Xyanua trong thực phẩm dễ dàng bị phá hủy bởi nhiệt độ, dễ bốc hơibay đi hoặc được rửa sạch bằng nước

Nhiềuvisinh vậtđãđượcnghiêncứucóthểchuyểnhóahợpchấtxyanuađơn giản và phức tạp

để tạo thành hợp chất ít độc hại hơn Xyanua cũng có thể được vi sinh vật sử dụng làm chấtdinh dưỡng (nguồn carbon và nguồn nitơ) cho sự tăng trưởngcủa chúng,vìvậycungcấpnguồncarbonbên ngoàikhông còncầnthiếtcho