Tuyển chọn một số chủng vi sinh vật ứng dụng trong xử lý phế thải sau chế biến tinh bột sắn dạng rắn làm phân bón hữu cơ sinh học

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT ------LUẬN VĂN THẠC SỸ Đề tài: “Tuyển chọn một số chủng v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT

- -LUẬN VĂN THẠC SỸ

Đề tài: “Tuyển chọn một số chủng vi sinh vật ứng dụng trong xử lý phế thải sau chế biến tinh bột sắn dạng rắn làm

phân bón hữu cơ sinh học”

Người hướng dẫn : TS Lương Hữu Thành Học viên : Nguyễn Ngọc Quỳnh

Lớp : K16 Cao học Sinh thái

Hà Nội - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của tôi với sự giúp đỡ của tập thể cán bộ nghiên cứu thuộc Bộ môn Sinh học Môi trường, Viện Môi trường Nông nghiệp Các kết quả nêu trong Luận văn chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác Các số liệu, ví dụ và trích dẫn trong Luận văn đảm bảo tính chính xác, tin cậy và trung thực Tôi đã hoàn thành tất cả các môn học và đã thanh toán tất cả các nghĩa vụ tài chính theo quy định của Phòng Đào tạo sau Đại học, Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật

Vậy tôi viết Lời cam đoan này đề nghị Phòng Đào tạo sau Đại học, Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật xem xét để tôi có thể bảo vệ Luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

NGƯỜI CAM ĐOAN

Nguyễn Ngọc Quỳnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Tiềm năng ngành chế biến tinh bột sắn ở Việt Nam 3

1.2 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam [3] 5

1.3 Phế thải dạng rắn sau chế biến tinh bột sắn [3] 9

1.4 Vai trò của vi sinh vật trong chuyển hóa hợp chất hữu cơ 12

1.5 Khả năng sử dụng vi sinh vật để xử lý phế thải rắn sau chế biến tinh bột sắn làm phân bón hữu cơ sinh học 14

II ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.1 Thiết bị, hóa chất, dụng cụ thí nghiệm 16

2.2 Đối tượng nghiên cứu 16

2.3 Phương pháp nghiên cứu 16

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật 16

2.3.2 Các phương pháp lý, hóa học [5]: 18

2.3.3 Phương pháp ủ composting [21, 22, 23] 19

chế biến tinh bột sắn 19

2.3.5 Phương pháp đánh giá độ củ ế biến tinh bột sắn 21

2.3.6 Các phương pháp khác: 22

3.1 Kết quả phân tích tính chất lý hóa học của chất thải rắn sau chế biến tinh bột sắn.23 3.2 Tuyển chọn các chủng vi sinh phân giải cellulose, tinh bột 24

3.3 Tuyển chọn chủng vi sinh vật cố định nitơ tự do 27

3.4 Tuyển chọn chủng vi sinh vật có khả năng phân giải hợp chất photphat khó tan 29

3.5 Kết quả nghiên cứu đặc điểm hình thái, sinh lý các chủng vi sinh vật 33

3.6 Khả năng tổ hợp các vi sinh vật: 34

3.7 Phân loại các chủng vi sinh vật 35

3.8 Một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật sử dụng trong sản xuất chế phẩm xử lý bã thải sau CBTBS làm phân bón hữu cơ sinh học 36

.41

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3.10 Khả năng sử dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý phế

43

3.11 Khả năng sử dụng phân HCSH từ phế thải sau chế biến tinh bột sắn trên cây cải49 IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

4.1 Kết luận 50

4.2 Kiến nghị 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

DANH MỤC VIẾT TẮT

CBTBS Chế biến tinh bột sắn

CMC Cacboxyl metyl cellulose

FAO Food and Agriculture Organization

HCVSV Hữu cơ vi sinh vật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Tính chất lý hóa học của chất thải rắn nhà máy Elmaco 23

Bảng 2: Mật độ tế bào vi sinh vật trong chất thải rắn 23

25

Bảng 4 Khả năng chuyển hóa tinh bột và cellulose của chủng SHX.02 và SHX.06 26

Bảng 5 Khả năng phát triển của xạ khuẩn ở các nhiệt độ khác nhau 26

Bảng 6 Khả năng cố định nitơ của các chủng Azotobacter 28

Bảng 7 Khả năng sinh tổng hợp IAA, polysaccarit của các chủng Azotobacter 29

Bảng 8 Định tính và định lượng khả năng phân giải photphat khó tan của VSV 30

Bảng 9 Ảnh hưởng của các nguồn phot phát khác nhau tới khả năng tồn tại của các chủng vi sinh vật 31

Bảng 10 Hoạt tính phân giải lân của các chủng vi khuẩn trong điều kiện ly tâm dịch nuôi cấy 32

Bảng 11 Khả năng tồn tại và hoạt tính sinh học của các chủng vi sinh vật 34

Bảng 12 Hoạt tính sinh học của các chủng vi sinh vật 35

Bảng 13 Kết quả xác định tên và mức độ an toàn của chủng các vi sinh vật 35

Bảng 14 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sinh trưởng và phát triển của VSV 36

Bảng 15 Ảnh hưởng của pH tới sinh trưởng và phát triển của VSV 36

Bảng 16 Ảnh hưởng của không khí đến sinh trưởng và phát triển của VSV 37

Bảng 17 Khả năng sinh trưởng của vi sinh vật trên môi trường sản xuất 38

Bảng 18 Ảnh hưởng của tỷ lệ giống đến qua trình lên men sinh khối VSV 39

40

40

41

42

43

Bảng 24 Thành phần của phế thải CBTBS 45

Bảng 25 Biến động quần thể VSV trong quá trình xử lý phế thải 46

Bảng 26 Kết quả kiểm tra nhiệt độ trong túi sản phẩm 47

47

Bảng 28 Chất lượng của phân bón HCSH chế biến từ phế thải sau CBTBS 48

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Bảng 29 Hiệu quả của phân HCSH trên cây cải 49

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 Diễn biến diện tích và sản lƣợng sắn Việt Nam (2005-2013) 4

Hình 2 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn 6

Hình 3 Phế thải sau chế biến tinh bột sắn 24

Hình 4 Khuẩn lạc, dịch nuôi cấy và vòng phân giải tinh bột, cellulose của chủng SHX.02 27

Hình 5 Khuẩn lạc và dịch sinh khối chủng SHV.73 29

Hình 6 Khuẩn lạc và hoạt tính phân giải photphat khó tan của chủng SHB.18 33

Hình 7 Biến thiên nhiệt độ trong quá trình xử lý phế thải 44

Hình 8 Phế thải chế biến tinh bột sắn sau 19 ngày ủ 47

Hình 9 48

Hình 10 Thí nghiệm hiệu quả phân HCSH từ phế thải TBS trên cây cải ngọt 50

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột sắn lớn thứ 3 trên thế giới, sau Indonesia

và Thái Lan Năm 2013, diện tích đất trồng sắn đạt 544.300 ha với sản lượng củ sắn tươi đạt hơn 9,7 triệu tấn [5] Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, hiện nay cả nước có khoảng 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn với quy mô lớn (50 - 200 tấn tinh bột sắn/ngày) và trên 4.000 cơ sở chế biến thủ công Lợi nhuận thu được rất cao nhưng hầu hết các nhà máy này đều gặp những vấn đề môi trường phát sinh từ bã thải và nước thải sau chế biến Rất nhiều nhà máy chế biến tinh bột sắn đã phải ngừng hoạt động vì không có biện pháp xử lý chất thải hiệu quả đáp ứng theo TCVN về môi trường

Theo tính toán, với một nhà máy công suất 60 tấn tinh bột sắn/ngày sẽ thải ra khoảng 50-80 tấn chất thải rắn bao gồm chủ yếu xơ và bã sắn (chiếm 60-70%) Khi bã thải không được thu gom và xử lý trong ngày thì quá trình phân hủy các chất hữu cơ sau 48 giờ sẽ tạo ra các khí H2S, NH3, CH4… gây mùi khó chịu và ô nhiễm môi trường Trên thực tế, bã thải sau chế biến tinh bột sắn có thể được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi cho gia súc hay phân bón hữu cơ

Chất thải rắn sau chế biến tinh bột sắn có hàm lượng hữu cơ cao là nguồn nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ sinh học Tuy nhiên nếu chất thải rắn này bón trực tiếp cho cây trồng thì không có hiệu quả cao, thậm chí có thể gây chết cây Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật để xử lý nguồn chất thải này thành phân bón hữu cơ đang được các nhà khoa học quan tâm Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu thành công việc sử dụng vi sinh vật xử lý bã thải nhà máy chế biến đường, dứa, cà phê… Việc nghiên cứu nghiên cứu sử dụng vi sinh vật xử lý phế thải sau CBTBS làm

phân bón hữu cơ sinh học tại Việt Nam vẫn còn hạn chế, do vậy đề tài “Tuyển chọn

một số chủng vi sinh vật ứng dụng trong xử lý phế thải sau chế biến tinh bột sắn dạng rắn làm phân bón hữu cơ sinh học” được thực hiện với mục tiêu tạo ra sản

phẩm thân thiện với môi trường; góp phần giải quyết vấn đề môi trường và hoàn thiện quy trình sản xuất sạch hơn ngành sản xuất tinh bột sắn cũng như góp phần nâng cao chất lượng đất

Cơ sở khoa học:

Chất thải hữu cơ sau CBTBS dạng rắn không được sử dụng để chế biến làm thức ăn chăn nuôi bao gồm phần lớn là những hợp chất hữu cơ giàu cacbon Sản phẩm

2

sau quá trình phân hủy của chúng ngoài tác dụng cung cấp dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng còn có khả năng làm cho đất tơi xốp, cải thiện các đặc tính của đất, nhất là khả năng giữ nước Trên thực tế, phế thải sau CBTBS dạng rắn không thể bón trực tiếp cho cây trồng mà chúng cần phải qua một quá trình chuyển hoá các hợp chất hữu cơ trước khi đưa vào sử dụng Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, vi sinh vật sinh tổng hợp ra các enzyme có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp (đại phân tử) thành đơn giản như đường, axit amin, axit humic, chất khoáng mà cây trồng có thể hấp thụ được

Để xử lý phế thải hữu cơ làm phân bón, đề tài sẽ lựa chọn giải pháp ủ compost với sự trợ giúp của chế phẩm vi sinh vật, đây là phương pháp phổ biến và có hiệu quả trong xử lý chất hữu cơ được nhiều nước trên thế giới và Việt Nam áp dụng

Cơ sở thực tiễn:

Tại Việt Nam, đã có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật làm tác nhân sinh học trong xử lý phế thải hữu cơ phát thải trong quá trình sản xuất nông nghiệp và chế biến nông sản làm phân bón hữu cơ sinh học, trong đó có nhiều đề tài

khoa học công nghệ trọng điểm cấp Nhà nước (KHCN.07.17, KHCN.02.04- “Nghiên cứu và áp dụng công nghệ sinh học trong sản xuất phân bón vi sinh - hữu cơ từ nguồn phế thải hữu cơ rắn”, KHCN.02.04B - “Công nghệ xử lý một số phế thải nông sản chủ yếu (lá mía, vỏ thải cà phê, rác thải nông nghiệp) thành phân bón hữu cơ sinh học”, KC.08.07, KC.04.06, KC 04.04 - ”Nghiên cứu công nghệ sản xuất phân bón vi sinh vật chức năng phục vụ chăm sóc cây trồng cho một số vùng sinh thái”) đã được

nghiên cứu và ứng dụng thành công tại nhiều cơ sở sản xuất chế biến mía đường, cà phê tuy nhiên vẫn chưa có công trình nào nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý phế thải sau chế biến tinh bột sắn làm phân bón hữu cơ sinh học

3

I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tiềm năng ngành chế biến tinh bột sắn ở Việt Nam

Sắn (Manihot esculenta Crantz) là cây lương thực, thực phẩm, thức ăn gia súc,

chế biến tinh bột và hiện là cây nguyên liệu chính để chế biến nhiên liệu sinh học có lợi thế cạnh tranh cao của nhiều nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam

Năm 2011, toàn thế giới có 100 nước trồng sắn với tổng diện tích đạt 19,64 triệu ha, năng suất củ tươi bình quân 12,83 tấn/ ha, sản lượng 252,20 triệu tấn (FAO, 2013) [24] Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực quan trọng có sản lượng đứng thứ ba sau lúa và ngô Năm 2011, diện tích sắn cả nước đạt 560 ngàn ha, năng suất bình quân 17,63 tấn/ha, sản lượng 9,87 triệu tấn (Tổng cục Thống kê, 2013) [7] Hội nghị Sắn Toàn cầu tổ chức tại Bỉ năm 2008 đã đưa ra thông điệp: “Cây sắn là quà tặng của thế giới, cơ hội cho nông dân nghèo và thách thức đối với các nhà khoa học” (Claude M.Fauquest 2008) [19] Hướng sử dụng nguyên liệu sắn để chế biến tinh bột, cồn sinh học, tinh bột biến tính, thức ăn gia súc và màng phủ sinh học đang ngày càng được quan tâm Theo thông cáo báo chí của FAO tháng 5 năm 2013 “Sắn tiềm năng to lớn là cây trồng thế kỷ 21”, Việt Nam được ca ngợi là điển hình trong thực tiễn đã đưa năng suất sắn lên 400% từ 8,5 tấn/ ha năm 2000 lên 36,0 tấn/ha năm 2011 tại nhiều hộ nông dân (FAO, 2013) [25]

Sắn lát và tinh bột sắn Việt Nam hiện là một trong mười mặt hàng xuất khẩu chính Việt Nam hiện có 13 nhà máy nhiên liệu sinh học công suất 1.067,7 triệu lít cồn sinh học mỗi năm; 66 nhà máy chế biến tinh bột sắn qui mô công nghiệp; hơn 2000 cơ

sở chế biến thủ công (Hoang Kim, Le Huy Ham et al 2013) [27] Sắn là sự lựa chọn của nhiều hộ nghèo và người dân ở các vùng đất xấu, bạc màu, khô hạn, cũng là sự lựa chọn của nhiều doanh nghiệp chế biến và kinh doanh do sắn đạt lợi nhuận cao, dễ trồng, ít chăm sóc, chi phí thấp, dễ thu hoạch, dễ chế biến Sản xuất, chế biến, tiêu thụ, nghiên cứu, phát triển sắn hiện là cơ hội, triển vọng của nông dân và doanh nghiệp Việt Nam cũng như của nhiều nước trên thế giới

4

Hình 1 Diễn biến diện tích và sản lượng sắn Việt Nam (2005-2013)

Sắn Việt Nam xuất khẩu với kim ngạch lớn, theo số liệu của Tổng cục Hải quan, năm 2010 Việt Nam xuất khẩu được 1.677 nghìn tấn sắn và các sản phẩm sắn, thu về 556 triệu đô la Mỹ [6] Trong cơ cấu các sản phẩm sắn xuất khẩu của Việt Nam năm 2010, sắn lát chiếm khoảng 56,8%, tinh bột sắn 42,9% Diễn biến xuất khẩu sắn đang theo hướng tăng tỷ trọng sản phẩm tinh, giảm tỷ trọng sản phẩm thô là tín hiệu tốt trong bối cảnh nhiều ngành sản xuất trong nước có liên quan đến sắn như thức ăn chăn nuôi, ethanol đang cần nguyên liệu và giá tinh bột sắn đang có xu hướng tăng mạnh trên thị trường thế giới Trung Quốc là thị trường lớn nhất cho các sản phẩm sắn Việt Nam xuất khẩu năm 2010 chiếm 94,8 % tổng kim ngạch xuất khẩu sắn lát (tương đương 196,5 triệu đô la Mỹ) và 90% tổng kim ngạch xuất khẩu tinh bột sắn (tương đương 315,4 triệu đô la Mỹ) (Hệ thống cây lương thực Việt Nam, 2011) [26] Năm

2011 xuất khẩu sắn và sản phẩm sắn của Việt Nam đạt 2,68 triệu tấn và thu về 960,2 triệu USD Tính đến hết năm 2012, xuất khẩu nhóm hàng này của cả nước đạt 4,23 triệu tấn, tăng 57,7% và trị giá là 1,35 tỷ USD, tăng 40,8 % Trung Quốc tiếp tục là thị trường chính nhập khẩu sắn và sản phẩm sắn Việt Nam với lượng đạt 3,76 triệu tấn, tăng 54,4 % so với năm trước và chiếm 88,9 % tổng lượng xuất khẩu nhóm hàng này (Thống kê Hải quan, 2013) [6]

5

1.2 Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam [3]

Hiện nay Việt Nam tồn tại song song 3 quy trình chế biến tinh bột sắn:

- Quy trình chế biến thủ công

Củ sắn mua về được rửa bằng tay và gọt vỏ bằng dao rồi nạo thủ công trên một bàn nạo/mài bằng thiếc hoặc sắt mềm có đục lỗ tạo gờ sắc một bên Bột sau khi mài được đưa vào một tấm vải lọc được buộc bốn góc và rửa mạnh bằng nước và tay Xơ sau khi rửa được vắt khô Sữa bột thu được lại được chứa trong xô/thùng đựng chờ tinh bột lắng xuống Thay nước nhiều lần để loại bỏ nhựa và tạp chất Bột ướt vớt lên khay hoặc vắt qua vải lọc để tách nước rồi được sấy khô tự nhiên

Quy trình này thường áp dụng với quy mô nhỏ (hộ gia đình sản xuất) Công suất từ 0,5 -10 tấn tinh bột/ngày Ở nước ta, hình thức này chiếm khoảng 70-74%

- Quy trình chế biến bán cơ giới

Trong quy trình này, việc gọt vỏ thường vẫn được tiến hành thủ công Quá trình nạo/mài được tiến hành trên máy mài Lực để quay trống trong máy mài được truyền qua trục động cơ điện và dây cu-roa Trống có phủ tấm kim loại đục lỗ được quay trong một hộp máy có gắn phễu nạp củ phía trên và bột sau khi mài sẽ chảy xuống dưới Quá trình mài được bổ sung một lượng nhỏ nước Lượng tinh bột được giải phóng và hoà tan nhờ cách làm này có thể đạt 70-90% Bột nhão thu được qua sàng lọc thô, lọc mịn và lọc tinh Có thể bổ sung nước trong khi tách các tạp chất và bã Dịch thu được sẽ qua giai đoạn lắng để tách nước Lắng được tiến hành trong bể lắng hoặc bàn lắng (lắng trọng lực) Quá trình lắng có thể được bổ sung hóa chất giúp lắng nhanh hoặc tẩy trắng Tinh bột được tách ra bằng tay Sấy được tiến hành sấy tự nhiên hoặc cưỡng bức

Hình thức này chủ yếu áp dụng với công suất dưới 50 tấn tinh bột/ngày

- Quy trình chế biến hiện đại

Yếu tố quan trọng nhất trong sản xuất tinh bột sắn chất lượng cao là toàn bộ quá trình chế biến - từ khi tiếp nhận củ đến khi sấy hoàn thiện - sản phẩm phải được tiến hành trong thời gian ngắn nhất có thể được để giảm thiểu quá rình ôxy hoá làm biến đổi hàm lượng tinh bột sau khi thu hoạch và trong chế biến

6

Quy trình chế biến tinh bột sắn được thể hiện trong hình 2 dưới đây [3]

Hình 2 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn Như vậy, quy trình sản xuất tinh bột sắn bao gồm 7 công đoạn sau:

Công đoạn 1 Tiếp nhận củ sắn tươi

Củ sắn tươi có hàm lượng tinh bột khác nhau, được kiểm tra nhanh bằng thiết bị phòng thí nghiệm để xác định hàm lượng bột trong sắn nguyên liệu Củ sắn được chứa trong sân rộng và chuyển vào phễu chứa bằng băng tải Trong quá trình vận chuyển

- Băm – Mài- Nghiền, xát

6 Thu hồi tinh bột tinh

gói hỏng Nước thải

7

theo băng tải, công nhân loại bỏ rác, tạp chất thô, ngoài ra có bộ phận tách tạp chất kim loại theo nguyên tắc từ tính Thời gian xử lý sắn củ tươi từ khi thu hoạch đến khi đưa vào chế biến càng nhanh càng tốt để tránh tổn thất tinh bột Thực tế tại Việt Nam, quá trình này không quá 48h còn tại một số nước trong khu vực là không quá 24h

Cổ phễu tiếp liệu thường được chế tạo theo hình trụ, đáy hình chữ nhật với mặt nghiêng đảm bảo cho nguyên liệu có thể trượt xuống Cấu trúc phễu có đặt một sàng rung, sàng này hoạt động tạo rung từ trục cam, quay bằng mô tơ điện Sàng rung có nhiệm vụ tách một phần tạp chất đất đá còn bám vào củ sắn

Công đoạn 2 Rửa và làm sạch củ

Công đoạn này được tiến hành nhằm loại bỏ các tạp chất có trên vỏ củ sắn, bao gồm các bước rửa sơ bộ, tách đất đá, tách vỏ cứng và rửa lại bằng nước

Máy bóc vỏ được dùng để tách vỏ cứng ra khỏi củ Củ sắn được đưa từ bồn chứa đến máy bóc vỏ bằng một băng tải Tại đây, cát, đất, đá và các chất thải tiếp tục được loại bỏ trong điều kiện ẩm

Củ sắn sau khi bóc vỏ được chuyển đến máy rửa Quá trình rửa được tiến hành bằng cách phun nước lên nguyên liệu sắn củ với những bánh chèo đạt trong một máng nước Tại đây quá trình rửa và làm sạch có nhiệm vụ loại bỏ lớp vỏ ngoài cũng như mọi tạp chất khác Công đoạn rửa sử dụng vòi phun áp lực cao để tăng hiệu quả rửa Nếu quá trình rửa không đạt hiệu quả cần thiết, các hạt bùn dính trên củ sắn sẽ là nguyên nhân làm giảm độ trắng của dịch sữa và sản phẩm

Củ sắn tươi sau khi rửa được băng tải chuyển đến công đoạn sau Sau công đoạn rửa 1.000 kg sắn tươi cho khoảng 980 kg sắn sạch

Công đoạn 3 Băm và mài củ

Quá trình này nhằm làm vỡ củ thành các mảnh nhỏ để tăng khả năng hòa tan tinh bột trong nước và tách bã

Củ sắn sau khi ra khỏi máy rửa, qua băng tải được băm thành những mảnh nhỏ khoảng 10-20 mm tại máy băm Sau khi băm, nguyên liệu được chuyển vào máy mài bằng vít tải và bộ phận phân phối

Mài để tăng lượng tinh bột sắn Trong quá trình mài, nước được đưa vào phễu nhằm làm giảm nhiệt lượng sinh ra và đẩy bã ra ngoài Trong quá trình này, HCN trong củ sắn ở trạng thái tự do, hòa tan dần trong nước đến khi không còn trong sản phẩm Sự tiếp xúc của axit này với sắt dễ hình thành chất ferocyanide làm cho dịch bột

8

sắn có màu hơi xanh lơ Do vậy công doạn này, tất cả các bộ phận thiết bị có tiếp xúc với dịch tinh bột sắn cần được làm bằng thép không gỉ

Dịch sữa tạo thành được bơm và chuyển sang công đoạn tiếp theo

Công đoạn 4 Ly tâm tách bã

Ly tâm được thực hiện nhằm cô đặc dịch sữa và loại bã xơ Tẩy màu được tiến hành ngay sau khi hình thành dịch sữa Trong quá trình này, tinh bột được tách khỏi sợi cellulose, làm sạch sợi mịn trong bột sữa và tẩy trắng tinh bột để tránh lên men và làm biến màu Mục đích ly tâm tách bã là tách tinh bột ra khỏi nước và bã Để tẩy trắng tinh bột, có thể dùng NaHSO3 38% hoặc dung dịch SO2 để tẩy màu

Thông thường việc tách bã được tiến hành 3 lần bằng công nghệ và thiết bị ly tâm liên tục

Sữa tinh bột loại thô sau khi đi qua máy lọc trong công đoạn này đạt khoảng 54kg tinh bột khô/m3 dịch Dịch tinh bột này còn chứa các tạp chất như protein, chất béo, đường và một số chất không hòa tan như những hạt cellulose nhỏ trong quá trình mài củ Các tạp chất sẽ bị loại bỏ trong quá trình tinh lọc bột

Công đoạn 5 Thu hồi tinh bột thô

Việc tách bột thô có thể được tiến hành bằng phương pháp lắng nhiều lần, lọc với mục đích tách bã và tách dịch Phương pháp lắng thường được tiến hành với quy

mô sản xuất nhỏ Với quy mô trung bình và lớn, quá trình tách tinh bột từ sợi cellulose được tiến hành bằng phương pháp lọc ly tâm hoặc liên tục

Sau công đoạn này, dịch sữa thô đạt 5% chất khô

Công đoạn 6 Thu hồi tinh bột tinh

Sau khi ly tâm tách bã, dịch sữa được tiếp tục tách nước Bột mịn có thể được tách ra từ sữa tinh bột bằng phương pháp lọc chân không, ly tâm và cô đặc

Trong sữa bột, hàm lượng các chất dinh dưỡng và đường khá cao, nên các vi sinh vật dễ phát triển dẫn đến hiện tượng lên men, gây mùi

Sau ly tâm tách nước tinh bột thu được đạt độ ẩm 38% và được chuyển sang công đoạn tiếp theo dưới dạng bánh tinh bột

Công đoạn 7 Hoàn thiện sản phẩm

Bánh tinh bột được làm tơi và sấy khô để bảo quản lâu dài

Để làm tơi, tinh bột được dẫn đến bộ phận vít tải làm tơi và bộ phận rây bột tự động

9

Tinh bột được sáy bằng máy sấy nhanh Sau khi sấy tinh bột được làm nguội nhanh rồi chuyển qua bộ phận rây hạt để thu được các hạt đồng nhất, không vón cục, đồng đều về độ mịn

Tinh bột sau khi qua rây được bao gói sản phẩm

Chế biến tinh bột sắn mang lại lợi nhuận rất cao Nhưng hầu hết các nhà máy ở Việt Nam đều gặp phải những vấn đề về môi trường phát sinh từ bã thải và nước thải sau chế biến Rất nhiều nhà máy chế biến tinh bột sắn phải dừng hoạt động do không

có biện pháp xử lý chất thải hiệu quả phù hợp đáp ứng theo TCVN về môi trường

Đầu năm 2008, Bộ NN và PTNT đã có công văn đề nghị UBND các tỉnh kiên quyết dừng sản xuất nếu không có biện pháp khắc phục triệt để đối với những cơ sở chế biến không bảo đảm vệ sinh công nghiệp, gây ô nhiễm môi trường

Tính đến cuối năm 2009, tỉnh Tây Ninh đã đóng cửa trên 10 nhà máy và cơ sở chế biến tinh bột sắn do không xây dựng hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn, xả nước thải ra môi trường xung quanh, gây ô nhiễm nguồn nước và khu dân cư [28]

Bên cạnh những vấn đề ô nhiễm môi trường do nước thải nhà máy, lượng chất thải dạng rắn sau CBTBS rất lớn, chiếm khoảng 20-35% sắn củ tươi, cũng là vấn đề đáng quan tâm Theo lý thuyết, phế thải rắn sau công đoạn ly tâm tách tinh bột có thể

sử dụng làm nguồn thức ăn chăn nuôi, tuy nhiên nếu sử dụng trực tiếp thì chất lượng của nguyên liệu này khi sử dụng làm thức ăn chăn nuôi không cao Hơn nữa, vào những thời điểm sản xuất tập trung của nhà máy (từ tháng 9 năm trước đến tháng 4 năm sau) thì lượng chất thải sau quá trình tách, lọc tinh bột thải ra lớn hơn rất nhiều so với nhu cầu sử dụng làm thức ăn chăn nuôi trong khu vực Lượng phế thải rắn dư thừa này cùng với lượng phế thải rắn của quá trình xử lý sơ bộ được chuyển đến các khu chứa phế thải của các nhà máy Nếu không được xử lý kịp thời thì các chất hữu cơ trong phế thải phân hủy tạo ra các khí gây mùi hôi thối gây ô nhiễm môi trường

1.3 Phế thải dạng rắn sau chế biến tinh bột sắn [3]

Bã thải rắn của quá trình sản xuất tinh bột sắn gồm các hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy, gây mùi hôi thối khó chịu, đồng thời là môi trường tốt để các loại vi sinh vật

có hại phát triển và có khả năng phát tán đi xa theo chiều gió, gây ô nhiễm môi trường không khí xung quanh khu vực

Chất thải rắn sinh ra trong quá trình sản xuất chủ yếu bao gồm:

10

- Vỏ gỗ và vỏ củ, chiếm khoảng 2 - 3% lượng sắn củ tươi, được loại bỏ ngay từ khâu bóc vỏ Phế liệu này có thể được sử dụng làm thức ăn gia súc ở dạng khô hoặc ướt

- Mủ: lượng mủ khô chiếm khoảng 3,5 - 5% sắn củ tươi Mủ được tách ra từ dịch sữa, có hàm lượng chất hữu cơ cao (15.00 - 2.000 mg/100g) và xơ (12.800 -14.500 mg/100g) nên gây mùi rất khó chịu do quá trình phân hủy sinh học, cần được làm khô ngay Tuy nhiên, thực tế tại nhiều doanh nghiệp sản xuất thường để mủ dưới dạng ướt Lượng tinh bột chứa trong mủ là 51.800 - 63.000 mg/100g, gấp đôi lượng tinh bột có trong vỏ gỗ và vỏ củ Mủ được sử dụng làm thức ăn gia súc

Bùn lắng sinh ra từ hệ thống xử lý nước thải

- Bao bì phế thải

Xơ và bã sắn được thu nhận sau khi đã lọc hết tinh bột Loại chất thải rắn này thường chiếm 15 - 20% lượng sắn tươi, gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý kịp thời Bã thải rắn của ngành sản xuất tinh bột sắn thường được các doanh nghiệp sản xuất tận dụng làm sản phẩm phụ dưới dạng thức ăn gia súc Nguồn thu từ sản phẩm phụ này là không đáng kể, cần có các biện pháp sử dụng và quản lý bã thải rắn hiệu quả hơn

Tác động của bã thải rắn: Chất thải rắn có khối lượng rất lớn Với công suất 60 tấn tinh bột/ngày, tải lượng phần vỏ gỗ chiếm khoảng 4.800 kg ngày, phần vỏ củ 8.000 kg/ngày, bã sắn nhiều nhất 16.800 kg/ngày Nếu không thu gom và xử lý ngay trong ngày thì quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong chất thải rắn sau 48 giờ sẽ tạo ra các khí H2S, CH4, NH3… Các loại khí này làm cho con người khó thở và ảnh hưởng gián tiếp tới sức khỏe lâu dài

Các phương pháp xử lý chất thải rắn

Bã thải sau chế biến tinh bột sắn chủ yếu từ quá trình lọc tách bã, chiếm khoảng 20-30% lượng sắn củ nguyên liệu Thành phần của bã thải chứa hàm lượng hydrocacbon khá cao khoảng hơn 50%, gồm tinh bột và cellulose Ngoài ra, hàm lượng protein, lipit và các chất khoáng thấp nên có giá trị dinh dưỡng thấp Đặc biệt trong bã thải còn có một lượng nhỏ axit HCN, có khả năng gây độc cho vật nuôi nếu

sử dụng làm thức ăn gia súc không qua xử lý Trên thực tế, tất cả những cơ sở sản xuất theo quy mô thủ công hay công nghiệp đều gặp phải những vấn đề môi trường sinh ra

11

từ nguồn bã thải này Do khối lượng lớn nên các nhà máy không thể xử lý kịp thời nên

bã thải thường được chất đống và tạo mùi chua, hôi thối

Một số biện pháp được áp dụng để xử lý nguồn bã thải rắn sau chế biến tinh bột sắn:

Làm thức ăn chăn nuôi

Đây là biện pháp phổ biến nhất tại các nhà máy, cũng như các cơ sở sản xuất nhỏ ở Việt Nam và các nước trên thế giới Do hàm lượng tinh bột còn lại trong bã thải cao nên nó được sử dụng làm thức ăn chăn cho gia súc Bã thải có thể là nguồn thức ăn trực tiếp, khi chưa bị chua hoặc được ủ với men làm mất mùi và tăng hàm lượng chất dinh dưỡng [1]

Phương pháp này dễ áp dụng, thuận tiện, không tốn kém và đem lại một nguồn thu nhập nhỏ cho cơ sở chế biến tinh bột sắn Tuy nhiên bã thải nếu không được thu gom và xử lý trong ngày sẽ có mùi chua, gia súc không muốn ăn; hàm lượng protein trong bã thấp Chính vì vậy cần phải ủ để làm tăng hàm lượng protein Ngoài ra, trong

bã còn chứa một hàm lượng nhỏ HCN có thể gây độc cho gia súc khi ăn

Lên men để sản xuất cồn sinh học

Phương pháp này chưa được áp dụng ở Việt Nam Biện pháp này cho hiệu quả kinh tế vì sản phẩm tạo ra là một trong những nguồn nguyên liệu thay thế mới, đang được thế giới quan tâm Mặt khác, bã thải còn có khả năng cạnh tranh cao hơn so với các nguồn nguyên liệu được sử dụng để sản xuất cồn sinh học Tuy nhiên biện pháp này yêu cầu trình độ khoa học công nghệ cao

Làm phân bón hữu cơ

Đây là phương pháp thường gặp nhưng hiệu quả còn thấp do chưa tiếp cận đúng phương pháp Tại các cơ sở sản xuất, các loại chất thải hữu cơ sau CBTBS bao gồm vỏ và phần bã sắn có hàm lượng tinh bột thấp hoặc bã sắn đã để lâu sẽ được tận dụng làm phân bón Nhưng nhiều trường hợp cho thấy, khi bón trực tiếp nguồn phân này không mang lại năng suất cây trồng Thậm chí, nó còn gây mùi hôi thối do các hợp chất khó phân hủy trong bã sắn khi bị phân hủy yếm khí tạo ra các khí độc và làm cho nguồn nước bị ô nhiễm Vì vậy, để sử dụng nguồn bã thải thành phân bón phải qua một quá trình ủ để chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trước khi bón cho cây trồng [1]

Phương pháp này có thể tận dụng được nguồn bã thải lớn, nguồn bã thải có hàm lượng dinh dưỡng kém, bã chua đã để lâu Sản phẩm phân bón tạo ta là phân hữu cơ

12

sinh học có giá thành thấp và thân thiện với môi trường Nó không chỉ giải quyết được vấn đề ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn bổ sung chất dinh dưỡng cho đất, tăng khả năng giữ nước và độ tơi xốp của đất Trong quá trình VSV phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các hợp chất đơn giản như đường, axit amin, chất khoáng… cung cấp cho cây trồng

Phương pháp này không phải là mới ở nước ta nhưng lại chưa được nghiên cứu sâu và áp dụng rộng rãi trong ngành chế biến tinh bột sắn Vì vậy, tài liệu tham khảo

và kinh nghiệm chưa nhiều nên khi áp dụng có thể gặp một số khó khăn nhất định

1.4 Vai trò của vi sinh vật trong chuyển hóa hợp chất hữu cơ

Vi sinh vật (VSV) có vai trò vô cùng quan trọng trong hệ sinh thái Chúng là mắt xích cuối cùng khép kín vòng tuần hoàn vật chất Chúng vừa là sinh vật tiêu thụ vừa là sinh vật phân hủy, có nhiệm vụ phân giải các chất hữu cơ trong xác bã động thực vật, chất thải để tạo thành các chất dễ tiêu, chất khoáng trả lại cho đất

Vi sinh vật chuyển hóa hợp chất hydratcacbon (cellulose, tinh bột)

Vi sinh vật phân giải cellulose:

Vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose là những vi sinh vật có khả năng tổng hợp được hệ enzyme cellulase Hệ enzyme cellulase gồm bốn enzyme khác nhau

Cellobiohydrolase có tác dụng cắt đứt liên kết hydro làm biến dạng cellulase tự nhiên, phân giải vùng kết tinh tạo dạng cấu trúc vô định hình

Endoglucanase có khả năng cắt đứt các liên kết 1-4 glucozit bên trong phân tử tạo thành những chuỗi dài

Exo- glucanase có khả năng phân giải các chuỗi dài trên thành các disacarit gọi

là cellobiose

- glucanase sẽ thuỷ phân cellobiose thành glucose

Trong tự nhiên có rất nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ cellulose nhờ hệ enzyme cellulase ngoại bào:

Nấm mốc (Aspergillus, Fusarium, Mucor, Tricoderma ) có cấu tạo dạng hệ

sợi, sinh sản chủ yếu bằng bào tử Chúng phát triển mạnh ở nhiệt độ 25-300C và pH = 6,5 - 7,0, chúng có khả năng phân giải cellulose mạnh nhất nhờ có khả năng sinh tổng hợp enzyme rất cao

Nhiều loài vi khuẩn cũng có khả năng phân giải cellulose tuy nhiên cường độ không mạnh bằng vi nấm Nguyên nhân là do lượng enzyme tiết ra môi trường ít hơn,

13

thành phần lại không đầy đủ Ở trong đất có rất ít loài vi khuẩn có khả năng tiết ra đủ bốn loại enzyme trong hệ enzyme cellulase mà thường mỗi nhóm vi sinh vật chỉ sản sinh ra một loại enzyme tương ứng Do vậy các nhóm vi sinh vật phải phối hợp với nhau để phân giải cơ chất trong mối quan hệ tương hỗ, thông thường bao gồm các vi

sinh vật sau: Pseudomonas, Cellulomonas, Achromonobacter, Clostridium, Ruminococus

Xạ khuẩn cũng góp phần tích cực trong chuyển hoá cellulose Các chủng xạ

khuẩn được ứng dụng phổ biến hiện nay thuộc chi Streptomycin Các chủng xạ khuẩn

này thuộc nhóm ưa nóng sinh trưởng phát triển tốt ở nhiệt độ 45-500C rất thích hợp cho các quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ Ngoài ra, một số nấm men cũng có

khả năng sinh enzyme cellulase như: Candida, Saccharomyces…

Vi sinh vật phân giải tinh bột:

Tinh bột là chất dự trữ của thực vật tồn tại củ yếu trong củ, quả dưới hai dạng là amino và aminopectin Có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân giải tinh bột như

Aspergillus, Fusarius, Bacillus, Pseudomonas

chất hydratcacbon:

Sự sinh trưởng là đặc tính chỉ sự tăng về kích thước tế bào, là biểu hiện của sự tăng trưởng có quy tắc của tất cả các thành phần tổ hợp vật chất tế bào; còn sự phát triển (hoặc sinh sản) chỉ sự tăng trưởng về số lượng của tế bào Sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật phụ thuộc vào: Chất và lượng dinh dưỡng cung cấp và các yếu tố ngoại cảnh có quan hệ đến quá trình đồng hóa và dị hóa của VSV như: độ pH, nhiệt

độ, độ ẩm, áp suất thẩm thấu, sự tồn tại của chất ức chế…

Đặc điểm về sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong môi trường phụ thuộc vào đặc tính chủng vi sinh vật và chịu ảnh hưởng của hàng loạt yếu tố khác nhau (Nghĩa là có thể kiểm soát và điều chỉnh gián tiếp qua kiểm soát chặt chẽ các yếu tố môi trường này), trong đó các yếu tố chính là:

Độ ẩm: Hoạt động sống của vi sinh vật có liên quan mật thiết với nước, vì thế

môi trường nuôi cấy vi sinh vật luôn cần nước Nước cung cấp cho thành phần cấu tạo của tế bào (75 - 85%), nước là dung môi hòa tan các chất trong môi trường, đảm bảo

sự cân bằng áp suất thẩm thấu Nước còn có tác dụng điều hòa chất dinh dưỡng và loại

14

thải các chất không cần thiết qua màng tế bào, ngoài ra nước rất cần cho việc thực hiện các phản ứng hóa học Độ ẩm thích hợp từ cho vi sinh vật là 40 55%

Nhiệt độ: Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình trao đổi chất và tốc độ

sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, do hầu hết mọi chuyển đổi hóa sinh trong tế bào đều phụ thuộc vào nhiệt độ, đặc biệt là hoạt tính xúc tác của enzyme Mỗi loài vi sinh vật thường phát triển tốt trong khoảng nhiệt độ nhất định Phần lớn xạ khuẩn là loài ưa ấm, nhiệt độ tối thích cho sự sinh trưởng và phát triển là 25 300 C, một số khác có thể phát triển ở những nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn (vi sinh vật ưa nhiệt và

vi sinh vật ưa lạnh) [2]

ởng ủa chúng Trong thực tiễđược khai thác tích cực để điều chỉnh động học quá trình lên men theo mục tiêu công nghệ lựa chọn [2]

Độ pH môi trường: Nồng độ ion hydro (H+) cao hay thấp quyết định độ pH cao hay thấp Độ pH rất cần cho sự sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật vì giá trị pH cần cho hoạt động của nhiều enzym, nồng độ ion H+ còn ảnh hưởng trực tiếp đến diện tích bề mặt và mức độ điện ly của một số muối khoáng K, Na, Mg… theo Goshi pH tối thích cho vi sinh vật từ 6,8 7,5 [2]

Quan hệ giữa pH môi trường đến sự sinh trưởng của vi sinh vật biến đổi, tùy thuộ Nhìn chung, các loài vi sinh vật đều có khả năng phát triển được trong dải pH nhất định và đặc tính này cũng được xem xét khai thác phối hợp để cải thiện hiệu quả xử lý, qua sử dụng các chất đệm để điều hòa độ pH môi trường nuôi cấy VSV

1.5 Khả năng sử dụng vi sinh vật để xử lý phế thải rắn sau chế biến tinh bột sắn làm phân bón hữu cơ sinh học

Chất thải sau CBTBS dạng rắn gồm phần lớn hợp chất hữu cơ giàu cacbon (60% hydratcacbon) là môi trường sống tốt cho các loại vi sinh vật Trên thực tế, phế thải sau CBTBS dạng rắn không thể bón trực tiếp cho cây trồng mà chúng cần phải qua một quá trình chuyển hoá các hợp chất hữu cơ trước khi đưa vào sử dụng Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, vi sinh vật sinh tổng hợp ra các enzyme có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp (đại phân tử) thành đơn giản như đường, axit amin, axit humic, chất khoáng mà cây trồng có thể hấp thụ được

15

Phế thải dạng rắn sau quá trình chế biến tinh bột sắn được ủ làm phân bón hữu

cơ sinh học theo phương pháp ủ compost trong điều kiện có kiểm soát về độ ẩm, nhiệt

độ, oxi sẽ tạo ra sản phẩm phân hữu cơ phục vụ nông nghiệp Kết quả nghiên cứu cho thấy bón phân hữu cơ cho đất làm tăng độ mùn và khả năng giữ chất dinh dưỡng của đất trồng trọt Tại các nhà máy chế biến tinh bột sắn, bã sắn được chất thành đống khoảng 500m3, sau đó nước và nitrogen (thường là dạng ure) được thêm vào lúc ban đầu ủ Rồi sau đó đống ủ được tưới nước và lật hoặc đảo trộn hàng tuần để lấy oxy cho thời gian dài 3 tháng tiếp tục ủ Sản phẩm cuối cùng sau đó được sàng lọc để lựa chọn những thành phần có kích thước thống nhất

Độ ẩm cho hầu hết các quá trình ủ compost là 50-70%(w/w), và lượng oxy nên duy trì ở mức lớn hơn 0,1% và tốt nhất ở 5-12% Tại tất cả các giai đoạn ủ compost, mật độ vi sinh vật thường có nấm là nhiều hơn Nấm ưa ấm bị chết bởi nhiệt độ tăng cao trong quá trình ủ Mật độ vi khuẩn ưa nhiệt và xạ khuẩn sẽ chiếm nhiều hơn mật

độ vi khuẩn ưa ấm trong suốt quá trình sau của ủ compost Vi khuẩn là thành phần quan trọng trong giai đoạn đầu của quá trình ủ compost, trong khi nấm có vai trò quan trọng ở giai đoạn sau

Các chủng vi sinh vật ưa nhiệt quan trọng trong quá trình ủ compost gồm

Bacillus stearothermophilus, Thermomonospora spp, Thermoactinomyces spp và Clostridium thermocellum, Geotrichum candidum, Aspergillus fumigatus, Mucor pusillus, Chaetomium thermophile, Thermoascus aurantiacus và Torula spp Quá

trình ủ compost có thuận lợi là ngăn chặn nhiều mầm bệnh, tiêu diệt hạt cỏ dại và vi trùng gây bệnh trong giai đoạn ủ, tăng pH trên đất axit, tăng lượng vật liệu hữu cơ trong đất và cũng có thể giảm lượng phytotoxic (ví dụ như tỷ lệ C:N ) Sản phẩm sau quá trình ủ có thể dụng như một nguồn phân bón hữu cơ [4]

Ở Việt Nam, việc ứng dụng vi sinh vật trong xử lý chất thải hữu cơ làm phân

bón hữu cơ sinh học đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu trong nhiều năm trở lại đây, trong đó sử dụng vi sinh vật trong xử lý rác thải và phế thải nông nghiệp, công nghiệp chế biến nông sản ở Việt Nam đã được nghiên cứu và triển khai áp dụng tương đối rộng rãi Có nhiều nghiên cứu và ứng dụng thành công vi sinh vật xử lý phế thải hữu cơ, phế thải nhà máy chế biến mía đường, phế thải sinh hoạt, phế thải chế biến dứa Tuy nhiên chưa có đề tài nào nghiên cứu sử dụng vi sinh vật để xử lý phế thải CBTBS dạng rắn làm phân bón hữu cơ sinh học

16

II ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Thiết bị, hóa chất, dụng cụ thí nghiệm

- Thiết bị: + Buồng cấy vi sinh vật

+ Máy lắc ổn nhiệt + Nồi khử trùng + Cân điện tử

- Dụng cụ: + Bình tam giác

+ Ống nghiệm + Đĩa petri + Que cấy + Đèn cồn

- Hóa chất:

(NH4)2SO4, Ca3(PO4)2, CaCO3, Cao nấm men, FeSO4, FeSO4 7H2O, Glucose, Glyxerin, K2HPO4, K2SO4, KCl, KH2PO4, KNO3, MgSO4.7H2O, MnSO4, NaCl, NaNO3, Nước cất, Pepton, Saccaroza, Thạch, Tinh bột tan (Dextrin), laurylsulphat,

TSI, SS, Maconkey

2.2 Đối tượng nghiên cứu

- Các chủng VSV được lưu giữ tại Bộ môn Sinh học Môi trường, Viện Môi trường Nông nghiệp

- Chất thải dạng rắn sau chế biến tinh bột sắn được thu gom từ nhà máy chế biến tinh bột sắn Elmaco – Sơn Lai, Nho Quan, Ninh Bình (là đầu mẩu, sắn thừa, vỏ cáy)

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật

2.3.1.1 Xác định mật độ vi sinh vật

- Xác định mật độ vi sinh vật tổng số

Mật độ vi sinh vật tổng số được xác định dựa trên phương pháp nuôi cấy trên môi trường thạch đĩa, tính số lượng vi sinh vật trên mililit hoặc trên gam mẫu thông qua số khuẩn lạc phát triển trong các đĩa môi trường theo TCVN 4884-2005 [8]

Tuyển chọn, xác định một số đặc điểm sinh học và ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến hoạt tính sinh học của các chủng vi sinh vật được xác định theo các phương pháp nghiên cứu vi sinh vật thông thường

17

- Xác định mật độ E.coli: theo TCVN 6846:2007 về Vi sinh vật trong thực

phẩm và thức ăn chăn nuôi - Phương pháp phát hiện và định lượng Escherichia coli giả định - Kỹ thuật đếm số có xác suất lớn nhất.[13]

- Kiểm tra mật độ Coliforms theo TCVN 4882-2007- Phương pháp phát hiện và

định lượng Coliforms Kỹ thuật đếm số có xác suất lớn nhất [12]

- Xác định mật độ Salmonella theo TCVN 4829-2005 - Phương pháp phát hiện Salmonella trên đĩa thạch [11]

2.3.1.2 Xác định hoạt tính phân giải tinh bột, cellulose của vi sinh vật

- Xác định hoạt tính phân giải cellulose [9]

ế

ắc: enzyme cellulase thuỷ phân CMC trong môi trường sẽ tạo vòng thuỷ phân xung quanh lỗ đục đã được nhỏ dịch vi sinh vật và hiện màu bằng dung dịch lugol

Phương pháp tiến hành cụ thể như sau:

Cân 1 g CMC, 15 g agar trong 1000 ml nước cất và khử trùng

Đổ dịch lỏng vào hộp petri có chiều dày là 1,5 cm

Dùng dụng cụ đục một lỗ tròn (đường kính 10 mm) vào giữa hộp petri chứa môi trường CMC

Nhỏ 0,1 ml dịch enzyme đã ly tâm vào lỗ được đục Sau đó, chờ dịch khô, chuyển các hộp petri vào tủ lạnh (từ 6-8 giờ) để enzyme khuyếch tán Chuyển vào tủ ấm ở nhiệt độ 370C để enzyme tác dụng với cơ chất CMC

Cho vào mỗi hộp petri 5 ml dịch lugol (Cân 2 g KI và 1 g I2 vào 300 ml nước cất), tráng đều lên mặt thạch và chờ khoảng 15 phút Sau đó, gạt bỏ hết dịch lugol, quan sát vòng khuyếch tán

Đo vòng CMC bị phân giải xung quanh lỗ (vùng màu vàng trên nền đen tím)

Hoạt tính CMC- ase đượ ằng hiệu số giữa đường kính vòng phân giải (D)

và đường kính lỗ khoan (d)

- Xác định hoạt tính phân giải tinh bột

18

Xác định hoạt tính phân giải tinh bột bằng phương pháp khuyếch tán trên thạch đĩa, các bước tiến hành tương tự theo phương pháp xác định hoạt tính phân giải cellulose, thay cơ chất CMC bằng tinh bột tan

- Xác định đạm tổng số (N%): Phương pháp Kenđan (Kjeldahl): Phá hủy mẫu bằng Axit Sunfuric, chuyển N hữu cơ về dạng Sunphat Amon - (NH4)2SO4, cho kiềm tác động chuyển về dạng NH3 và được thu vào dung dịch Axit Boric, chuẩn độ với axit tiêu chuẩn (HCl 0,01N)

- Xác định lân tổng số (P2O5 %): Sử dụng Axit pecloric cùng H2SO4 phân hủy

và hòa tan các hợp chất phốtpho trong đất; xác định hàm lượng lân bằng phương pháp trắc quang (Spectrophotometer) [15]

- Xác định hàm lượng P2O5 hữu hiệu [16 2O5 hữu hiệ

: Phương pháp này dựa trên cơ sở hoà tan các hợp chất phospho bằng dung dịch amon citrat Xác định các hợp chất phospho tổng số Hiệu của hàm lượng hợp chất phospho tổng số và hàm lượng phospho không tan trong amon citrat là phospho hữu hiệu trong citrat

Xác định kali tổng số (K2O %): Phân hủy và hòa tan mẫu bằng hỗn hợp HF và HClO4 theo M Jackson; xác định hàm lượng K trong dung dịch bằng quang kế ngọn lửa (Flamephotometer)

Lân dễ tiêu: Phương pháp Oniani: Chiết rút P trong đất bằng dung dịch H2SO40,1N theo tỷ lệ đất/dung dịch là 1/25; so màu trên máy chiết quang có chọn lọc ở bước sóng 882 nm

Kali dễ tiêu: Tương tự các phương pháp chiết rút mẫu phân tích lân dễ tiêu; dịch chiết được đốt trên máy quang kế ngọn lửa AES-Kính lọc K768 nm

đó cho chế phẩm vi sinh vật vào trộn đều

Phối trộn nguyên liệu và dung dịch VSV: Sử dụng bình tưới tưới đều dịch vi sinh vật và rắc đều lượng super lân lên nguyên liệu, sau đó dùng cuốc, xẻng trộn đều nguyên liệu

Ủ nguyên liệu: Chuyển nguyên liệu đã được đảo trộn vào vị trí ủ, Chiều cao đống ủ cao khoảng 1m, rộng khoảng 2m và chiều dài thích hợp sau đó sử dụng nilon hoặc bạt che kín bề mặt đống ủ

Đảo trộn: Tiến hành đảo trộn đống ủ sau 15 ngày ủ, trong quá trình đảo trộn bổ sung thêm nước vào với mục đích tránh để đống ủ bị khô Thời gian ủ kéo dài khoảng

sau chế biến tinh bột sắn

Thay thành phần tinh bột tan, cellulose trong môi trường dịch thể nuôi cấy vi

sinh vật bằng phế thải sau chế biến tinh bột sắn Vi sinh vậ

ổi thành phần tinh bột, cellulose và xác định hàm lượng tinh bột, cellulose còn lại trong dịch nuôi cấy

a, Định lượng tinh bột:

Nguyên tắc

Dựa trên sự thủy phân hoàn toàn tinh bột bằng acid thành glucose Sau đó dùng một trong các phương pháp định luợng glucose tạo thành rồi nhân với hệ số 0,9 để xác định được hàm lượng tinh bột

20

(C6H10O5)n + n H2O → n C6H12O6

Tiến hành:

+ Cân chính xác 1-2 gam bột (chứa khoảng 200-250 mg tinh bột) đã nghiền nhỏ

và sấy khô trước khi cân, cho vào bình tam giác dung tích 100mL, thêm vào đó 50 mL nước cất, lắc đều để yên 30-45 phút

+ Lọc qua giấy lọc, rửa cặn bằng nước cất 2-3 lần Chọc thủng giấy lọc và chuyển bột vào bình tam giác có chứa 25ml HCl 5% Đem đun cách thủy qua ống sinh hàn trong 3-5 giờ

+ Sau khi tinh bột đã thủy phân hoàn toàn, làm lạnh dung dịch Trung hòa hỗn hợp bằng dung dịch NaOH 0,5 % đến pH 5,6-6,0 (có thể thử bằng giấy quỳ)

+ Chuyển hỗn hợp vào bình định mức 100mL Khử tạp bằng Pb(CH3COO)230% và loại lượng muối chì thừa bằng 20ml dung dịch Na2SO4 bão hòa Thêm nước cất đến vạch, lắc đều và lọc

+ Định lượng đường glucose trong dung dịch bằng phương pháp Bertrand, từ

a- số mg glucose tìm được khi tra bảng ứng với số ml KMnO4 dùng để chuẩn

độ mẫu phân tích trừ đi số ml KMnO4 dùng để chuẩn độ mẫu không

V1: thể tích mẫu lấy đem xác định đường khử

V : thể tích pha loãng mẫu (100mL)

m: lượng mẫu đem phân tích

0,9: hệ số đổi glucose thành tinh bột

b, Định lượng cellulose:

Nguyên tắc: Định lượng cellulose dựa trên tính chất bền của cellulose đối với tác dụng của acid mạnh và kiềm mạnh, không bị phân hủy dưới tác dụng của acid yếu Các chất khác thường đi kèm theo cellulose như hemicellulose, lignin, tinh bột ít bền

Lọc qua giấy lọc đã biết trọng lượng hoặc ly tâm Rửa cặn còn lại với dung dịch NaOH 0,5% nóng Tiếp tục cho cặn tác dụng với 10ml HCl 10% Thêm vào đó 10ml dung dịch natri hypochlorite từng giọt một, vừa cho vừa khuấy đều Để yên trong 5 phút rồi lọc qua giấy lọc đã biết trọng lượng hoặc ly tâm Cho cặn lại tiếp tục tác dụng trở lại với NaOH 0,5% ở nhiệt độ 40oC Để yên vài phút và ly tâm Làm như thế 1-2 lần nữa để có cellulose thật trắng Sau cùng rửa sạch thật kỹ bằng nước sôi Sấy khô và cân

cây củ ế biến tinh bột sắn

Đánh giá độ ủa nguyên liệu theo TCVN 7185: 2002 [10]

Sử dụng nhiệt kế có mức đo nhiệt độ từ 0oC đến 100oC, cắm sâu 50 cm đến 60

cm vào trong đơn vị bao gói có khối lượng không nhỏ hơn 10 kg Sau 15 phút, đọc nhiệt độ lần thứ nhất Đo, ghi chép và theo dõi sự thay đổi về nhiệt độ trong thời gian 3

22

ngày liên tiếp, mỗi ngày đo một lần (đo vào 9 giờ hoặc 10 giờ) Phân hữu cơ bảo đả

(đ ) khi nhiệt độ không thay đổ

0,5oC) trong suốt thời gian theo dõi

chế biến tinh bột sắn

Phương pháp trồng cây (plant test) [20]

Chuẩn bị khay có kích thước 38x 28x6 cm và đổ đầy phân ủ, cân 10 g hạt cải, rắc đều lên bề mặt khay Sau khi gieo xong, phủ một lớp nilông lên bề mặt khay cho tới khi cây nảy mầm Thường xuyên theo dõi quá trình phát triển của cây và độ ẩm của phân ủ Sau 5 ngày gieo, tiến hành thu hoạch và cân khối lượng tươi của cây cải ở mỗi khay Mức độ chín của đống ủ được đánh giá qua tỉ lệ nảy mầm và trọng lượng tươi của cải trên mỗi khay Khối lượng cải trên mỗi khay từ 60- 100 g sẽ cho biết đống ủ đã chín Nếu khối lượng của cải thu được nhỏ hơn 60 g chứng tỏ phân ủ chưa chín