Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố Sơn La (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố Sơn La (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố Sơn La (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố Sơn La (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố Sơn La (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố Sơn La (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố Sơn La (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố Sơn La (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TẠI CÁC CƠ SỞ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ SƠN LA

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN QUANG THÁI

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TẠI CÁC CƠ SỞ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ SƠN LA

NGUYỄN QUANG THÁI

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

MÃ SỐ: 60440301

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS PHẠM THỊ MAI THẢO

HÀ NỘI, NĂM 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn: TS Phạm Thị Mai Thảo

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS Đồng Kim Loan

Cán bộ chấm phản biện 2: TS Nguyễn Thu Huyền

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 29 tháng 12 năm 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Quang Thái

ii

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới TS Phạm Thị Mai Thảo là người trực tiếp hướng dẫn khoa học, tận tình giúp đỡ và định hướng giúp tôi hoàn thành luận văn của mình

Trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường, tôi đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của tập thể các Thầy, Cô giáo trong Khoa Môi trường thuộc Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Tôi xin ghi nhận

và biết ơn sự giúp đỡ quý báu của các Thầy, Cô

Tôi xin trân trọng cám ơn Lãnh đạo Chi cục Bảo vệ môi trường, Chính quyền địa phương và bà con nông dân thành phố Sơn La đã nhiệt tình hỗ trợ, hợp tác và giúp đỡ tôi thực hiện luận văn

Trong thời gian nghiên cứu và làm luận văn, tôi cũng đã nhận được sự hỗ trợ, tạo điều kiện và giúp đỡ từ phòng thí nghiệm Công ty MTV tư vấn môi trường, Trung tâm Quan trắc Tài nguyên môi trường tỉnh Sơn La, tôi xin trân trọng cám ơn

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình

đã động viên, chia sẻ và tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành luận văn của mình

Hà Nội, ngày 29 tháng 12 năm 2017

Học viên cao học

Nguyễn Quang Thái

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về cà phê 3

1.1.1 Phân loại cà phê 3

1.1.2 Sản phẩm cà phê trên thế giới 6

1.1.3 Công nghệ chế biến cà phê 7

1.2 Thành phần, tính chất và tác động môi trường do các loại chất thải phát sinh trong hoạt động chế biến cà phê 17

1.2.1 Nước thải 17

1.2.2 Chất thải rắn 21

1.2.3 Khí thải 23

1.3 Một số phương pháp xử lý chất thải từ hoạt động chế biến cà phê 25

1.3.1 Một số phương pháp xử lý nước thải cà phê 25

1.3.2 Phương pháp xử lý chất thải rắn 30

1.3.3 Phương pháp xử lý khí thải 33

CHƯƠNG 2 36

PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36

2.1 Đối tượng và phạm vi 36

2.2 Thời gian nghiên cứu 36

2.3 Phương pháp nghiên cứu 36

CHƯƠNG 3 45

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

3.1 Hiện trạng hoạt động sản xuất và chế biến cà phê tại thành phố Sơn La 45 3.1.1 Hiện trạng trồng và thu hoạch cà phê 45

iv

3.1.2 Hiện trạng công nghệ chế biến cà phê tại vùng nghiên cứu 52

3.2 Hiện trạng môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê 59

3.2.1 Môi trường nước 59

3.2.2 Hiện trạng môi trường không khí 80

3.2.3 Chất thải rắn và môi trường đất 85

3.3 Hiện trạng thực hiện công tác quản lý môi trường 88

3.3.1 Hiện trạng thực hiện công tác bảo vệ môi trường tại các cơ sở CBCP 88 3.3.2 Hiện trạng công tác QLMT đối với CSCBCP của cơ quan quản lý 93

3.4 Dự báo chất thải từ hoạt động chế biến cà phê 98

3.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến dự báo chất thải 98

3.4.2 Các kịch bản dự báo phát sinh chất thải từ hoạt động chế biến cà phê tại thành phố Sơn La 100

3.5 Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường 104

3.5.1 Đề xuất giải pháp quản lý cho cơ quan quản lý 104

3.5.2 Đề xuất giải pháp BVMT cho các CSCBCP 110

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119

v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Sản lượng hạt cà phê của các nước năm 2013 7

Bảng 1.2 Lượng nước sử dụng cho hoạt động chế biến cà phê ở một số nước 18

Bảng 1.3 Thành phần nước thải trong quá trình chế biến cà phê 19

Bảng 1.4 Thành phần và tính chất của chất thải cà phê từ vỏ cà phê và vỏ trấu 22

Bảng 1.5 Hiệu quả xử lý của quá trình xử lý nước thải cà phê với thời gian lưu giữ chất thải và tỉ lệ hàm lượng các chất hữu cơ 28

Bảng 2.1 Đối tượng điều tra phỏng vấn 37

Bảng 2.2 Vị trí và số lượng phân tích nước thải 38

Bảng 2.3 Vị trí và số lượng mẫu phân tích nước mặt 39

Bảng 2.4 Thông số và phương pháp phân tích chất lượng nước 39

Bảng 2.5 Thông số và phương pháp phân tích chất lượng nước thải 41

Bảng 2.6 Thông số và phương pháp phân tích chất lượng không khí 42

Bảng 2.7 Thông số và phương pháp phân tích chất lượng đất 42

Bảng 3.1 Diện tích trồng cà phê theo địa giới cấp xã năm 2016 45

Bảng 3.2 Kết quả điều tra các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố 48

Bảng 3.3 Kết quả điều tra công nghệ chế biến của các cơ sở CBCP 53

Bảng 3.4 Danh mục các cơ sở chế biến cà phê lớn trên địa bàn thành phố 53

Bảng 3.5 Kết quả điều tra lượng nước thải phát sinh do chế biến cà phê 60

Bảng 3.6 Vị trí và ký hiệu mẫu quan trắc nước mặt 62

Bảng 3.7 Kết quả phân tích nước mặt đợt 1 63

Bảng 3.8 Kết quả phân tích nước mặt đợt 2 64

Bảng 3.9 Thời gian, ký hiệu mẫu phân tích nước tại hang Thẳm Tát Tòng 71

Bảng 3.10 Thời gian, ký hiệu mẫu phân tích nước tại Nhà máy nước Sơn La 73

Bảng 3.11 Nồng độ một số chất ô nhiễm của cơ sở chế biến cà phê 75

Bảng 3.12 Vị trí và ký hiệu mẫu quan trắc không khí 80

Bảng 3.13 Kết quả phân tích môi trường không khí xung quanh đợt 1 81

Bảng 3.14 Kết quả phân tích môi trường không khí xung quanh đợt 2 81

Bảng 3.15 Kết quả phân tích môi trường không khí làm việc 83

Bảng 3.16 Kết quả điều tra khối lượng chất thải rắn từ chế biến cà phê 85

Bảng 3.17 Kết quả phân tích mẫu đất tại cơ sở Quàng Văn Tính 88

vi

Bảng 3.18 Số lượng cơ sở có thủ tục môi trường 89

Bảng 3.19 Kết quả điều tra tác động của hoạt động chế biến cà phê 92

Bảng 3.20 Thống kê công tác kiểm tra cơ sở chế biến cà phê 94

Bảng 3.21 Kịch bản các yếu tố ảnh hưởng tới phát sinh chất thải 101

Bảng 3.22 Dự báo sản lượng cà phê theo các kịch bản 101

Bảng 3.23 Dự báo chất thải chưa qua xử lý theo các kịch bản 102

Bảng 3.24 Dự báo chất thải phát sinh theo các kịch bản 103

Bảng 3.25 Hiệu quả xử lý của các công trình tiêu biểu 117

Bảng 3.26 Hiệu quả của một số quá trình kỵ khí trong xử lý nước thải công nghiệp 117

vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu tạo của quả cà phê 5

Hình 1.2 Quy trình chế biến cà phê nhân bằng phương pháp ướt 8

Hình 1.3 Tách quả xanh bằng tay 9

Hình 1.4 Bể siphon kim loại và sơ đồ cấu tạo 9

Hình 1.5 Quy trình công nghệ chế biến cà phê theo phương pháp khô 12

Hình 1.6 Quy trình công nghệ theo phương pháp chế biến bán ướt 15

Hình 1.7 Sơ đồ dòng chảy để tạo ra khí sinh học từ nước thải cà phê 26

Hình 1.8 Quy trình ủ phân vi sinh 30

Hình 3.1 Diện tích trồng cà phê qua các năm tại thành phố Sơn La 46

Hình 3.2 Sản lượng cà phê thành phố Sơn La phân theo địa giới cấp xã 47

Hình 3.3 Vị trí các cơ sở chế biến cà phê tại thành phố Sơn La 50

Hình 3.4 Sản lượng thu hoạch và sản lượng chế biến cà phê 52

Hình 3.5 Công nghệ chế biến cà phê nhân tại thành phố Sơn La 54

Hình 3.6 Công nghệ chế biến cà phê nhân của Doanh nghiệp tư nhân Minh Tiến 58

Hình 3.7 Biểu đồ kết quả đo nồng độ pH, TSS trong nước mặt 65

Hình 3.8 Biểu đồ kết quả đo nồng độ DO trong nước mặt 66

Hình 3.9 Biểu đồ kết quả đo nồng độ BOD5, COD trong nước mặt 67

Hình 3.10 Biểu đồ kết quả phân tích nồng độ Amoni và Nitrit 68

Hình 3.11 Biểu đồ kết quả phân tích nồng độ NO3-và PO43- 69

Hình 3.12 Biểu đồ kết quả phân tích nồng độ coliform 70

Hình 3.13 Mức độ biến thiên của nồng độ mangan trong nước tại hang caster Thẳm Tát Tòng 72

Hình 3.14 Mức độ biến thiên của nồng độ mangan trong nước tại Nhà máy cấp nước Sơn La 74

Hình 3.15 Biểu đồ kết quả phân tích chỉ tiêu TSS và độ màu 76

Hình 3.16 Biểu đồ kết quả phân tích chỉ tiêu COD, BOD5 77

viii

Hình 3.17 Biểu đồ kết quả phân tích chỉ tiêu Fe, Mn 78

Hình 3.18 Tỷ lệ các cơ sở chế biến cà phê có thủ tục môi trường 90

Hình 3.19 Phương pháp xử lý nước thải của cơ sở CBCP Quàng Văn Hồng 91

Hình 3.20.Chất thải rắn là vỏ cà phê 93

Hình 3.21.Vị trí đề xuất quy hoạch nằm trong khu công nghiệp Mai Sơn 108

Hình 3.22 Vị trí đề xuất Quy hoạchchế biến cà phê tại xã Chiềng Xôm 109

Hình 3.23 Quy trình thực hiện ủ phân compost 111

Hình 3.24 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải cà phê .114

ĐABVMT : Đề án bảo vệ môi trường

ĐTM : Báo cáo đánh giá tác động môi trường

ICO : Tổ chức chế biến cà phê quốc tế

KHBVMT : Kế hoạch bảo vệ môi trường

ÔNMT : Ô nhiễm môi trường

QCVN : Quy chuẩn quốc gia Việt Nam

QLMT : Quản lý môi trường

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

TTMT : Thủ tục môi trường

UBND : Ủy ban nhân dân

x

Tóm tắt luận văn:

+ Họ và tên học viên: Nguyễn Quang Thái

+ Lớp: CH2AMT Khóa: 2A (2016-2018)

+ Cán bộ hướng dẫn: TS Phạm Thị Mai Thảo

+ Tên đề tài: Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố Sơn La

hỗ trợ sinh kế của một tỷ lệ lớn nông dân nông thôn

Cà phê ở nước ta được chế biến bằng phương pháp ướt hoặc khô Phương pháp chế biến cà phê ướt cho chất lượng cao hơn so với phương pháp khô Chế biến cà phê ướt của cà phê sử dụng rất nhiều nước ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình chế biến Nước thải của quá trình chế biến cà phê giàu chất rắn lơ lửng

và chất rắn hòa tan hoàn toàn có khả năng phân huỷ sinh học Nếu nước thải phát sinh từ các hoạt động này được thải vào các vùng nước tự nhiên mà không được

xử lý sẽ làm ô nhiễm nước nguồn tiếp nhận

Sơn La là một trong những tỉnh thành trồng cà phê lớn trong cả nước Cà phê trồng tại Sơn La chủ yếu là giống cà phê Arabica Phương pháp chế biến sử dụng chủ yếu là phương pháp ướt Phương pháp chế biến này đòi hỏi sử dụng một lượng nước lớn để loại bỏ thịt và vỏ quả, dẫn đến lượng nước thải phát sinh trong hoạt động sản xuất cũng rất lớn với hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải cao Nước thải từ 1 tấn cà phê được chế biến theo phương pháp chế biến ướt thường tạo ra nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) tương đương với BOD sinh ra trong chất thải tạo ra bởi 2.000 người mỗi ngày

Nước thải cà phê nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm nguồn nước, làm hư hại các hệ sinh thái thủy sinh và đe doạ sức khoẻ của người dân và động vật hoang

dã gần đó làm giảm hiệu quả kinh tế từ sản xuất cà phê

xi

Do vậy, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp bảo

vệ môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố Sơn La” làm

luận văn nhằm đánh giá hiện trạng quản lý và tình trạng ô nhiễm môi trường do hoạt động chế biến cà phê trên địa bàn gây ra Từ đó đưa ra các giải pháp mang tính thực tiễn, áp dụng vào việc quản lý và tại các cơ sở chế biến

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá hiện trạng về hoạt động và ô nhiễm môi trường của các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố Sơn La và đề xuất giải pháp quản lý môi trường phù hợp

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu hiện trạng số lượng cơ sở, vùng nguyên liệu, tình hình hoạt động, hiện trạng sản xuất, chế biến cà phê và công tác bảo vệ môi trường của các

cơ sở trên địa bàn thành phố Sơn La

- Đánh giá tác động môi trường của hoạt động chế biến cà phê đối với môi trường nước, đất, không khí

- Đánh giá hiện trạng công tác quản lý môi trường đối với các cơ sở chế biến cà phê của cơ quan quản lý

- Dự báo lượng chất thải phát sinh đến năm 2025

- Đề xuất biện pháp bảo vệ môi trường phù hợp cho cơ sở chế biến cà phê

và từ phái cơ quan quản lý nhà nước

4 Kết quả nghiên cứu đạt được

Thông qua việc sử dụng các phương pháp: phương pháp thu thập số liệu, điều tra khảo sát thực địa, điều tra xã hội học, quan trắc và phân tích môi trường, thống kê, xử lý số liệu đã thu được kết quả như sau:

4.1 Hiện trạng hoạt động sản xuất và chế biến cà phê

Kết quả nghiên cứu cho thấy, tại thành phố Sơn La diện tích trồng cà phê năm

2012 là 3.791 ha đến năm 2016 là 4.232 ha Diện tích trồng cà phê tăng tăng trung bình 110 ha/năm, tốc độ tăng bình quân 2,62% Sản lượng cà phê năm 2016 đạt 28.439 tấn tập trung tại 4 xã (Chiềng Cọ, Chiềng Đen, Chiềng Ngần và Hua La) của thành phố Sơn La

Kết quả điều tra phỏng vấn các cơ sở chế biến cà phê tại thành phố Sơn La cho

xii

thấy, có 30 cơ sở chế biến cà phê Các cơ sở tập trung tại 4 xã (Chiềng Cọ, Chiềng Đen: 28 cơ sở, Quyết Tâm, Chiềng Xôm: 2 cơ sở) Tổng khối lượng cà phê được chế biến là 20.880 tấn (trong đó cà phê quả tươi là 15.480 tấn, cà phê thóc là 5.400 tấn) Kết quả khảo sát cũng cho thấy có 29/30 cơ sở áp dụng công nghệ chế biến ướt, có 1/30 cơ sở chế biến cà phê nhân từ cà phê thóc là cơ sở chế biến cà phê số

1 của Doanh nghiệp tư nhân Minh Tiến

4.2 Hiện trạng môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê

Kết quả nghiên cứu hiện trạng phát sinh nước thải tại các cơ sở chế biến cà phê cho thấy: các cơ sở chế biến phát sinh từ 1-1,43 m3 nước thải, các cơ sở lớn phát sinh lượng nước thải lớn hơn các cơ sở quy mô hộ gia đình Tổng lượng nước thải phát sinh do chế biến cà phê tại thành phố Sơn La là 19.485 m3 (216,5

m3/ngày đêm) Nồng độ ô nhiễm trong nước thải cao đặc biệt là các thông số chất rắn lơ lửng, BOD5, COD, sunfua, tổng phốt pho, mangan, sắt có nồng độ cao, vượt tiêu chuẩn nhiều lần Nước thải gây ô nhiễm môi trường từ ngày 8/11/2017 tại khu vực cấp nước cho thành phố Sơn La Nước sử dụng cấp cho sinh hoạt có hàm lượng mangan cao hợp quy chuẩn 10 lần, đến ngày 19/11/2017 thì nước sử dụng cho sinh hoạt mới ổn định và có thể sử dụng cấp cho sinh hoạt Chất thải rắn phát sinh 43 tấn/ngày, chất thải rắn chưa được quản lý và xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường

Kết quả nghiên cứu cho thấy chất thải rắn tại các cơ sở chế biến cà phê chưa được xử lý, quản lý đảm bảo Chất thải rắn dổ trực tiếp ra khu vực ven rìa đường, vườn cà phê, khu vực đất trống để tự phân hủy 30/30 cơ cở không có hệ thống xử lý khí thải, chất thải rắn

4.3 Công tác quản lý môi trường

Kết quả nghiên cứu cho thấy công tác quản lý môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê cho thấy: chỉ có 3 cơ sở lập thủ tục môi trường (ĐTM, KHBVMT), không cơ sở nào lập thủ tục khai thác nước và xả thải vào nguồn nước Có 29/30

cơ sở không có hệ thống xử lý nước thải, 30/30 cơ sở không có hệ thống xử lý chất thải rắn Việc thanh tra, kiểm tra, xử lý vi phạm của cơ quan quản lý còn hạn chế và xử lý chưa được dứt điểm Sơn La chưa có Quy hoạch chế biến cà phê, cắm mốc hành lang cấp nước sinh hoạt cho thành phố Sơn La

xiii

4.4 Dự báo chất thải rắn và nước thải

Kết quả dự báo dựa trên các 4 yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến việc sản xuất phát sinh chất thải gồm: diện tích trồng, sản lượng cà phê, công nghệ chế biến, hệ thống xử lý chất thải Kết quả dự báo phát sinh chất thải cho thấy: năm

2018 nước thải chưa được xử lý thải ra môi trường từ 33.517 m3 đến 50.784 m3, chất thải rắn phát sinh từ 6.983 tấn đến 10.580 tấn Năm 2020 nước thải là 29.737

m3 đến 47004 m3, chất thải rắn phát sinh từ 6195.5 tấn đến 9.408 tấn Năm 2025 nước thải là 19.909 m3 đến 37.176 m3, chất thải rắn phát sinh từ 4.148 tấn đến 7.745tấn

4.5 Các giải pháp bảo vệ môi trường

Kết quả nghiên cứu các giải pháp bảo vệ môi trường phù hợp đối với các cơ

sở chế biến cà phê tại thành phố Sơn La: quy hoạch cơ sở chế biến cà phê vào khu công nghiệp Mai Sơn, đây là khu công nghiệp đang được đầu tư hệ thống xử lý nước thải đạt QCVN40:2011/BTNMT cột A Do vậy việc quy hoạch tập trung các

cơ sở vào khu công nghiệp này làm giảm chi phí đầu tư hệ thống xử lý nước thải tại

xã Chiềng Cọ, Chiềng Đen Giảm thiểu tối đa được các sự cố môi trường sảy ra đối với khu vực đầu nguồn nước cấp sinh hoạt cho thành phố Sơn La khi đó việc đầu tư

hệ thống xử lý nước thải, chất thải rắn được tập trung và quản lý được đồng bộ

Đề xuất các giải pháp nghiên cứu công nghệ, kỹ thuật để xử lý chất thải rắn, nước thải do hoạt động chế biến cà phê Đưa ra mô hình sổ tay mẫu nhằm quản lý môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê

Cà phê ở nước ta được chế biến bằng phương pháp ướt hoặc khô Phương pháp chế biến cà phê ướt cho chất lượng cao hơn so với phương pháp khô Hiện tại ở Việt Nam, khoảng 75-80% Arabica và 15-20% Robusta được xử lý bằng phương pháp ướt Chế biến cà phê ướt của cà phê sử dụng rất nhiều nước ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình chế biến Nước thải kết quả là giàu chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan hoàn toàn có khả năng phân huỷ sinh học Nếu nước thải phát sinh từ các hoạt động này được thải vào các vùng nước tự nhiên mà không được xử lý sẽ làm ô nhiễm nước nguồn tiếp nhận

Sơn La là một trong những tỉnh thành trồng cà phê lớn trong cả nước Cà phê trồng tại Sơn La chủ yếu là giống cà phê Arabica Phương pháp chế biến sử dụng chủ yếu là phương pháp ướt Phương pháp chế biến này đòi hỏi sử dụng một lượng nước lớn để loại bỏ thịt và vỏ quả, dẫn đến lượng nước thải phát sinh trong hoạt động sản xuất cũng rất lớn với hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải cao Nước thải từ 1 tấn cà phê được chế biến theo phương pháp chế biến ướt thường tạo ra nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) tương đương với BOD sinh ra trong chất thải tạo ra bởi 2.000 người mỗi ngày [3] Nước thải cà phê nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm nguồn nước, làm hư hại các hệ sinh thái thủy sinh và đe doạ sức khoẻ của người dân và động vật hoang dã gần đó làm giảm hiệu quả kinh tế từ sản xuất

cà phê

2

Do vậy, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất giải

pháp bảo vệ môi trường tại các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố Sơn La” làm luận văn nhằm đánh giá hiện trạng quản lý và tình trạng ô nhiễm môi

trường do hoạt động chế biến cà phê trên địa bàn gây ra Từ đó đưa ra các giải pháp mang tính thực tiễn, áp dụng vào việc quản lý và tại các cơ sở chế biến

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá hiện trạng về hoạt động và ô nhiễm môi trường của các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn thành phố Sơn La và đề xuất giải pháp quản lý môi trường phù hợp

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu hiện trạng số lượng cơ sở, vùng nguyên liệu, tình hình hoạt động, hiện trạng sản xuất, chế biến cà phê và công tác bảo vệ môi trường của các

cơ sở trên địa bàn thành phố Sơn La

- Đánh giá tác động môi trường của hoạt động chế biến cà phê đối với môi trường nước, đất, không khí

- Đánh giá hiện trạng công tác quản lý môi trường đối với các cơ sở chế biến cà phê của cơ quan quản lý

- Dự báo lượng chất thải phát sinh đến năm 2025

- Đề xuất biện pháp bảo vệ môi trường phù hợp cho cơ sở chế biến cà phê

và từ phái cơ quan quản lý nhà nước

3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về cà phê

1.1.1 Phân loại cà phê

1.1.1.1 Giống cây cà phê

Cà phê thuộc chi thực vật, lớp Magnoliopsida, họ thiên thảo (rubiaceae), giống coffea Về loài, cà phê có 04 loài chính, gồm: caffea Arabica, caffea Robuste, coffea Liberica, caffea Stenophylla Hiện nay ở Việt Nam có 2 loại cà phê chính: Arabica và Robusta; gần 90% diện tích cà phê ở Việt Nam được trồng cà phê vối (Robusta), 10% trồng cà phê chè (Arabica) [4]

+ Cà phê Robuste (hay còn gọi là cà phê Vối, cà phê Rô) hình 1.1: Là cây quan trọng thứ hai trong các loài cà phê Khoảng 39% các sản phẩm cà phê được sản xuất từ loại cà phê này Nước xuất khẩu cà phê Robusta lớn nhất thế giới là Việt Nam Robusta chứa hàm lượng caffein cao hơn và có hương vị không tinh khiết bằng cà phê Arabica, do vậy mà Arabica có giá trị hơn vì nó tạo nên thức uống có vị ngon hơn, do đó đắt hơn cà phê robusta [4]

Cây cà phê Robusta có dạng cây gỗ hoặc cây bụi, chiều cao của cây trưởng thành có thể lên tới 10 m Quả cà phê có hình tròn, hạt nhỏ hơn hạt cà phê Arabica Hàm lượng caffein trong hạt cà phê robusta khoảng 2-4%, trong khi ở cà phê Arabica chỉ khoảng 1-2% Cà phê vối ưa sống ở vùng nhiệt đới, độ cao thích hợp để trồng cây là dưới 1000m Nhiệt độ ưa thích của cây khoảng 24-29°C, lượng mưakhoảng trên 1000 mm Do vậy, loài cà phê này được trồng chủ yếu ở các tỉnh Dakak, Gia Lai, Kom Tum, đây là những vùng chuyên canh cà phê Robusta

+ Cà phê Arabica: Loại này có hai loại đang trồng tại Việt Nam là cà phê Moka và cà phê Catimor Giống cà phê Arabica được trồng chủ yếu ở vùng Cầu Đất (Đà Lạt) - là nơi trồng cà phê Arabica ngon nhất Việt Nam Cây cà phê Moka chỉ sinh trưởng và phát triển ở độ cao từ 1500m nên rất ít nơi trồng được cho nên ở Việt Nam Moka là cà phê quý hiếm, luôn có giá cao hơn các loại cà phê khác; Catimor là giống cà phê thuộc dạng thấp cây, cành đốt ngắn, có khả năng trồng dày, tính ưu

việt nổi bật của giống này là kháng bệnh rỉ sắt (Hemileia vastatrix), một loại bệnh

làm rụng lá cà phê dẫn tới năng suất thấp và bấp bênh

1.1.1.2 Cấu tạo quả cà phê

Lớp vỏ quả: Là lớp vỏ ngoài, mềm có màu vàng hay đỏ, vỏ quả cà phê chè mềm hơn vối và mít rong vỏ quả có vết của alkaloid, tannin, caffeine, các loại enzyme Trong vỏ quả có 31,5 – 30,0% chất khô

Lớp vỏ thịt: Dưới lớp vỏ quả; vỏ thịt cà phê chè mềm, dễ xay xát; vỏ thịt cà phê mít thì cứng và dày Vỏ thịt chứa nhiều đường và pectin

Lớp nhớt: Nằm sát nhân, khó tách ra Thành phần chính của lớp nhớt là pectin, các loại đường khử và không đường, cellulose Ngoài ra, còn có enzyme pectase phân giải pectin trong quá trình lên men Đặc tính của lớp này là không hòa tan trong nước, hút ẩm rất mạnh vì vậy trở ngại cho việc phơi sấy khô và bảo quản hạt cà phê

Lớp vỏ trấu: Bao bọc quanh nhân, có màu trắng ngà, cứng, nhiều chất xơ

Vỏ trấu cà phê chè mỏng, dễ đập vỡ hơn vỏ trấu của cà phê vối và mít Thành phần chính của vỏ trấu là cellulose, ngoài ra còn có hemicellulose và đường

Lớp vỏ lụa: Bọc sát nhân, rất mỏng, mềm, có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy mỗi loại cà phê; vỏ lụa cà phê chè màu trắng bạc, dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến Vỏ lụa cà phê vối màu nâu nhạt, vỏ lụa cà phê mít màu vàng bám sát vào nhân

Nhân: ở trong cùng, là phần chính của trái, mỗi trái thường có hai nhân, có khi một hay ba nhân Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng có những tế bào nhỏ, trong đó có chứa những chất dầu Phía trong là những tế bào lớn và mềm hơn [8]

5

Hình 1.1 Cấu tạo của quả cà phê

* Thành phần hóa học của quả cà phê

Thành phần vật lý của quả cà phê gồm lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp nhân và vỏ lụa Vỏ quả chiếm 41-45%, lớp nhớt chiếm từ 20-23%, lớp vỏ trấu chiếm 6-8%, nhân và vỏ lụa chiếm 26-30% Tùy vào từng loại cà phê mà tỷ lệ thành phần khác nhau

Trong vỏ quả sau khi chín đó là chất antoxian, trong đó có vết alcaloit, tanin, caffeine và các loại men vỏ quả có từ 21,5 – 30% chất khô Tùy từng loại cà phê chè hay cà phê vối mà tỷ lệ thành phần hóa học của vỏ quả khác nhau, bao gồm Protein (từ 9-11,2%), chất béo (từ 1,73-2%), Cellulose (từ 13,16-27,65%), tro (3,22-3,33%), tamin (14,42%), pectin (4,07%), Caffeine (0,25-0,58%) [5]

Phía dưới lớp vỏ quả là lớp nhớt, gồm những tế bào mềm, không có caffeine, tamin, có nhiều đường và Pectin, thành phần hóa học của mớp nhớt gồm: Pectin (28,7-33%), đường khử (30-45,8%), đường không khử (20%), xenlulo và tro 17% [5]

Độ pH trong lớp nhớt tùy theo độ chín của quả, thường từ 5,6-5,7, đôi khi 6,4 trong lớp nhớt đặc biệt có men pectaza phân giải pectin trong quá trình lên men

6

Thành phần hóa học vỏ trấu gồm: Hợp chất có dầu (0,35%), protein 1,46%), xenlulo (61,8-67,8%), hemixenlulo (11,6%), chất tro (0,96-3,3%), đường 27%, pantosan 0,2% Trong vỏ trấu có một ít caffeine, khoảng 0,4% do từ nhân khuếch tán ra lúc lên men hoặc lúc phơi khô [5]

(0,22-Cà phê nhân ở dạng thương phẩm gồm có: nước, khoáng, lipid, protein, gluxit Ngoài ra còn có những chất khác mà ta thường gặp trong thực vật là những acid hữu cơ chủ yếu như acid clorogenic và càc ankaloit Ngoài ra trong nhân cà phê còn có một lượng đáng kể vitamin, các chất bay hơi và các cấu tử gây mùi thơm Hiện nay người ta đã tìm ra có tới hơn 70 chất thơm hỗn hợp lại thành mùi thơm của cà phê Trong cà phê chủ yếu là vitamin nhóm B như B1, B2, B6, B12

và các loại acid hữu cơ là tiền vitamin

Cà phê nhân có một thành phần hóa học rất phức tạp Khi trái cà phê chín được hái, hạt chứa chừng 48 - 50% ẩm và 50 - 52% chất khô Các thành phần chủ yếu của hạt cà phê gồm: Cacbonhydrate, hợp chất Nitơ, Chlorogenic Acid, hợp chất hương cà phê, Cacboxylic Acid, các chất khoáng [5]

1.1.2 Sản phẩm cà phê trên thế giới

Các nhà sản xuất cà phê chính trên thế giới là Brazil, sau đó là Việt Nam, Columbia, Indonesia, Ethiopia và Ấn Độ [6] Tổng sản lượng cà phê đã tăng từ 128.636.000 bao từ năm 2008 lên 145.775.000 bao trong năm 2013 (Bảng 1.1) Tại

Úc và Nhật Bản nhu cầu về cà phê đặc sản đã tăng lên khi nhu cầu tiêu dùng toàn cầu tăng Vì vậy, có thể nói rằng không tồn tại biên giới giữa các quốc gia trong nhu cầu thưởng thức cà phê của khách hàng Cà phê là mặt hàng được giao dịch trên các giao dịch kỳ hạn và giao dịch hàng hoá quan trọng nhất, ở London và New York [7]

Cà phê Arabica chiếm khoảng 64%, trong khi robusta chiếm khoảng 35% sản lượng của thế giới; các loại cà phê khác không có giá trị thương mại như Coffea excelsa, coffea liberica, caffea stenophyllachỉ chiếm 1% [8] Từ 01kg cà phê Robusta, người ta có thể sản xuất được khoảng 0,33 đến 0,45 kg cà phê hòa tan (3%

độ ẩm) Quá trình này tạo ra một lượng lớn chất thải màu sẫm (550 đến 670g/kg hạt

cà phê) có chứa 15,2-17,9% lipid phụ thuộc vào các loại cà phê [9]

1.1.3 Công nghệ chế biến cà phê

1.1.3.1 Công nghệ chế biến cà phê trong nước

Hầu hết cà phê trao đổi trong buôn bán trên thị trường hiện nay là cà phê nhân sống thường được sơ chế tại các cơ sở sản xuất nguyên liệu Ở nước ta hiện nay, việc sơ chế cà phê thường được tiến hành trong các hộ gia đình, các chủ vườn nhỏ với sân phơi đất tạm hoặc mặt đường và bằng những loại công cụ thô sơ Hai phương pháp được dùng phổ biến trong sản xuất là chế biến ướt và chế biến khô [10]

a Công nghệ chế biến ướt

Phương pháp chế biến cà phê ướt phức tạp hơn chế biến khô và thường được

áp dụng cho cà phê Arabica Đặc điểm chính của chế biến ướt là phần thịt giữa hạt

và vỏ cà phê được loại bỏ trước khi làm khô cà phê

Viện công nghệ thực phẩm – Bộ Công Thương đã ban hành sổ tay hướng dẫn quy trình chế biến cà phê theo phương pháp ướt Tài liệu cho thấy quy trình công nghệ chế biến cà phê bằng phương pháp ướt được phân thành 3 loại: phương

Xát cà phê thóc khô và đánh bóng

Vỏ quả / Nước thải

Tạp chất

Tạp chất nhẹ và vỏ lụa

Phân loại cà phê theo kích thước, trọng lực, màu sắc

Đóng gói và bảo quản

9

 Mô tả quy trình công nghệ

Theo sổ tay Hướng dẫn quy trình chế biến cà phê theo phương pháp ướt của Viện Công nghiệp Thực phẩm – Bộ Công thương [11], quy trình chế biến cà phê nhân bằng phương pháp ướt bao gồm các bước cơ bản như sau:

- B1: Lọc rửa sơ bộ quả sau khi thu hoạch

Cần làm sạch khối quả chín thu hoạch về, vì trong khối quả luôn luôn có lẫn quả xanh, quả khô, cành lá cây, thậm chí các tạp chất như đá sỏi… làm giảm chất lượng của quả chín và làm hại máy trong quá trình chế biến

+ Sơ loại: Chọn lựa bằng tay - rất cần thiết để lựa ra những quả xanh Trong trường hợp đưa trực tiếp quả vào máy xát không qua bể siphon hay máy rửa thì phải lựa ra cả những quả khô, cành lá, đá sỏi một cách triệt để

Hình 1.3 Tách quả xanh bằng tay

+ Phân loại qua bể siphon - sau khi quả được sơ loại, đưa vào bể đầy nước,

đá sỏi sẽ bị chìm xuống tận cùng đáy bể Quả nhẹ, quả khô và lá cây, cành khô đi qua cửa đập tràn (cửa số 3) Quả nặng được dẫn theo ống siphon (cửa số 02) qua máy xát Bể siphon không tách được quả xanh ra khỏi khối quả chín

Hình 1.4 Bể siphon kim loại và sơ đồ cấu tạo

10

01 - Thùng chứa

02 - Cửa tháo quả chìm đưa tới máy xát vỏ

03 - Cửa tháo quả nổi và tạp chất nhẹ

04 - Chân đế

- B2: Xát vỏ

Thành phần chủ yếu của lớp vỏ quả là nước, glucid và protein Vỏ quả gây khó khăn trong quá trình chế biến như: gây thối rữa, kéo dài thời gian phơi sấy Vì vậy, phải loại bỏ lớp vỏ quả Sau khi xát vỏ ta được hai phần chủ yếu: vỏ quả và cà phê thóc ướt còn dính theo lớp vỏ nhớt, trong đó vỏ quả và cà phê quả còn lẫn trong

cà phê thóc ướt theo một tỷ lệ nhất định Hiệu suất xát tươi càng cao thì tỷ lệ này càng thấp

- B3: Ngâm ủ

Ngâm ủ có hai phương pháp chính: ủ háo khí (ủ khô) và ủ yếm khí (ủ ướt)

+ Ủ khô – lên men háo khí:

 Cà phê được dẫn vào bể lên men không có nước; hoặc có ít nước nhưng nước được rút đi ngay

 Lên men khô không có nghĩa là làm khô lớp nhớt Lên men khô sẽ rút ngắn được thời gian lên men

+ Ủ ướt (còn gọi lên men dưới nước, lên men yếm khí):

Lên men dưới nước có tác dụng làm màu sắc nhân cà phê đẹp nhưng thời gian lên men thường kéo dài, vì vậy, cà phê có nguy cơ bị hại với sự phát triển mùi

vị lạ Thực tế rất ít khi áp dụng phương pháp này

+ Lên men hai giai đoạn

 Trước tiên cà phê được lên men khô tới khi lớp nhớt bị phân huỷ hoàn toàn Khi giai đoạn này kết thúc, cà phê được ngâm dưới nước Vì vậy nó được gọi là lên men hai giai đoạn Giai đoạn một (lên men) kết thúc trước khi giai đoạn hai (ngâm) bắt đầu

 Phương pháp này kết hợp được ưu điểm của hai phương pháp trước Thời gian lên men nhanh hơn, màu sắc hạt được cải thiện, đẹp hơn ở lên men khô và giảm nguy cơ hạt có mùi vị lạ khi lên men ướt

11

- B4: Rửa nhớt

Cà phê thóc sau khi ngâm ủ xong đưa vào máy đánh nhớt, rửa sạch nhớt bằng nước sạch Sau quá trình đánh nhớt hạt cà phê yêu cầu phải sạch và ráo nước,

độ ẩm khoảng 57 – 60% và được chuyển đến công đoạn sấy khô

- B5: Làm ráo nước và sấy khô

+ Làm ráo nước sơ bộ:

Hạt cà phê nhân sau khi được rửa nhớt cần được làm ráo sơ bộ để giảm lượng nước tự do bám quanh hạt cà phê nhằm làm sạch các chất keo còn bám trên hạt cà phê để quá trình phơi sấy được tốt hơn

Quá trình làm ráo có thể dùng các dụng cụ thô sơ có lỗ: vỉ tre, liếp, lưới, hoặc dùng thiết bị ly tâm

+ Phơi hoặc sấy

 Phơi: làm khô hạt cà phê tự nhiên bằng năng lượng nắng và gió

 Sấy: có thể dùng phương pháp lò sấy thủ công hoặc sấy cơ giới Cà phê sau khi sấy ủ lại 6-8h cho đều nhiệt khối hạt trước khi đi xay xát

- B8: Phân loại cà phê

+ Phân loại theo kích thước: dùng sàng phân loại lỗ tròn, lỗ dẹt;

+ Phân loại theo tỷ trọng: Dùng các máy thổi: máy thổi cổ ngỗng, quạt hòm hoặc sàng sẩy thủ công, catador, sàng pingpong;

+ Phân loại theo màu sắc hạt: Dùng cảm quan mắt, máy chọn lọc điện tử dùng camera quang số

- B9: Đóng gói và bảo quản

b Công nghệ chế biến khô

Trịnh Xuân Ngọ (2009) đã xuất bản Giáo trình cà phê và kỹ thuật chế biến, trong đó công nghệ chế biến khô được thực hiện qua 8 bước chính Chế biến cà phê

12

bằng phương pháp khô có nhược điểm là chi phí cho phơi sấy khá cao, thời gian phơi sấy dài nên phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết đặc biệt là các hộ nông dân do thiếu sân phơi và các thiết bị phơi sấy, nên chất lượng cà phê thường rất kém [5]

 Quy trình công nghệ:

Cà phê tươisau thu hoạch

13

 Mô tả quy trình công nghệ:

Công nghệ chế biến cà phê theo phương pháp khô được thực hiện qua 8 bước, cụ thể như sau:

+ B1: Thu hoạch cà phê chín

+ B2: Loại bỏ tạp chất như cành, lá, đất, đá và các dị vật khác, quả xanh, non

ra khỏi khối quả chín Khi thu hoạch cà phê có một phần quả xanh và những quả nổi sau giai đoạn rửa, phân loại quả và tạp chất, không thể chế biến ướt ta áp dụng chế biến khô;

+ B3: Phơi khô tự nhiên ngoài trời nắng

Quả cà phê phơi khô ngay sau khi thu hoạch, lớp vỏ quả bên ngoài gồm phần thịt, chứa nhiều chất keo nhớt, lớp vỏ trấu Khi khô, lớp vỏ ngoài sẽ rất cứng và có màu nâu đen

Yêu cầu quan trọng để phơi khô là nhiệt độ Trên thực tế, phơi cà phê cần thời gian dài, bởi vì hàm lượng nước trong vỏ quả tươi chiếm trung bình từ 60- 75% , do đó cần phải phơi từ 7-10 ngày trong điều kiện nắng tốt

Quả cà phê được phơi trên nhiều loại dụng cụ khác nhau như phên, tôn di động, nền đất, nền ximăng, giấy nhựa đen Quả cà phê được trải thành lớp dày 5-6cm và hàng ngày để tránh đọng nước do mưa hay sương Trong lúc phơi quả đủ khô, thường lớp bên ngoài cứng và hàm lượng nước còn 12% thì quả lắc nghe kêu

Ở những vùng mưa nhiều, có thể sấy nhân tạo khi phơi sơ bộ

+ B4: Sấy khô nhân tạo bằng nguyên liệu đốt như than, củi

Sấy nhân tạo đòi hỏi kỹ thuật tốt, nếu không sẽ làm giảm chất lượng hạt, mùi

vị hạt do lượng nước trong quả quán hiều Phơi khô kết hợp sấy có thể loại trừ thiệt hại do ẩm lúc phơi, sấy thường sử dụng là sấy đứng dùng nhiệt đốt

+ B5: Tách vỏ cứng bằng các máy xát vỏ quả khô

Phương pháp thủ công là dùng cách giã nát vỏ quả, tuy nhiên cách này thường làm nát hạt hay hạt bể Phương pháp phổ biến là dùng máy tách vỏ quả, máy xay vỏ cứng gồm một trục quay ngang có những lưỡi dao cắt do một máy kéo với tốc độ 400 -500 vòng/phút Ống trục quay ở giữa được bao bằng lớp vỏ ngoài Quả

+ B6: Cà phê nhân sau đó được đánh bóng

+ B7: Phân loại cà phê nhân theo chất lượng và kích thước

+ B8: Đóng gói và bảo quản [5]

Khoảng 80% cà phê ở Việt Nam được chế biến theo phương pháp này, tuy nhiên đa số cà phê chế biến khô được phơi trên sân trong nhiều ngày trời, do tác động của thời tiết nên các chất dinh dưỡng trong hạt cà phê bị hao hụt ít nhiều làm thay đổi hương vị thuần túy của cà phê Ngoài ra phơi trên sân còn khiến cà phê bị lẫn nhiều tạp chất hơn, hay bị dính bẩn, vì thế giá trị kinh tế của cà phê được chế biến theo phương pháp khô thường không cao

1.1.3.2 Công nghệ chế biến cà phê trên thế giới

Trên thế giới, về cơ bản cũng áp dụng chủ yếu hai công nghệ chế biến theo phương pháp ướt và phương pháp khô Tuy nhiên có một số sự khác biệt giữa các vùng miền do sự khác biệt về khí hậu và điều kiện thiết bị kỹ thuật Ngoài ra, một

số nơi còn sử dụng công nghệ khác là công nghệ chế biến bán ướt nhằm giảm lượng nước sử dụng và nước thải ra môi trường

Mỗi công nghệ đều có ưu điểm, nhược điểm riêng và phù hợp với các loại cà phê khác nhau Phương pháp chế biến khô thường được áp dụng cho cà phê Robusta, còn phương pháp chế biến ướt thường áp dụng cho cà phê Arabica

Tại mục này, tác giả chỉ đề cập thêm Quy trình công nghệ của phương pháp bán ướt (Semi-dry process)

Trên thế giới phương pháp bán ướt phổ biến với thuật ngữ Hybrid Process Tại mỗi vùng mà phương pháp này được sử dụng nó lại có một tên khác nhau Ở Indonesia và Brazil, quá trình này còn được gọi là Giling Basah, dịch theo tiếng Indonesia có nghĩa là “nghiền ướt” tại Costa Rica, quá trình này còn được gọi

là Miel, hay Honeyed Coffee vì phương pháp này cho ra cà phê khô có màu vàng

15

như mật ong [12] Phương pháp này khác với công nghệ chế biến ướt tại Việt Nam chủ yếu là lớp thịt quả (lớp nhớt) được giữ lại toàn bộ hoặc một phần trong khi công nghệ chế biến tại Việt Nam là loại bỏ toàn bộ lớp thịt quả này đi Việc để lại lớp thịt quả trong quá trình chế biến cà phê tạo ra sản phẩm có hương vị đặc trưng riêng biệt với các sản phẩm cà phê chế biến theo phương pháp khác Các bước chế biến khác

cơ bản là giống với công nghệ áp dụng tại Việt Nam

 Quy trình công nghệ

Cà phê tươi sau thu hoạch

Sàng tạp chất, tách đá

Xát cà phê thóc khô và đánh bóng

Vỏ quả

Tạp chất

Tạp chất nhẹ và vỏ lụa

Phân loại cà phê theo kích thước, trọng lực, màu sắc

Đóng gói và bảo quản

Độ ẩm đạt 10 – 12%

Hình 1.6 Quy trình công nghệ theo phương pháp chế biến bán ướt

16

 Mô tả quy trình công nghệ

Phương pháp bán ướtlà phương pháp chế biến lai giữa hai phương pháp chế biến khô và chế biến ướt; trong đó bước lên ngâm ủ để loại bỏ các chất dư thừa nhuyễn của vỏ và thịt quả được bỏ qua Quy trình công nghệ trải qua các bước như sau:

- B1: Lọc rửa sơ bộ quả sau khi thu hoạch

Quá trình này giống như bước đầu của phương pháp chế biến ướt, dùng nước

để lọc rửa khối lượng quả vừa thu hoạch trước khi đem xát vỏ

- B2: Xát vỏ

Sau khi loại bỏ tạp chất và quả xanh, cà phê được cho vào máy xát vỏ cơ học Sau khi xát vỏ ta được hai phần chủ yếu: vỏ quả và cà phê thóc ướt còn dính theo lớp vỏ nhớt, trong đó vỏ quả và cà phê quả còn lẫn trong cà phê thóc ướt theo một tỷ lệ nhất định

- B3: Phơi khô tự nhiên

Cà phê thóc sau khi tách vỏ sẽ được giữ trong 1 ngày trước khi đem phơi dưới ánh nắng mặt trời Trên thế giới, các nước như Indonesia, Brazil thường dùng khung phơi được làm bằng tre, lưới thép hoặc lưới nhựa, cách mặt đất vài chục phân để phơi cà phê sau xát vỏ Tùy thuộc vào điều kiện thời tiết, chu kỳ phơi khô thông thường mất khoảng 9 – 12 ngày, cho đến khi hạt cà phê có độ ẩm đạt 10 – 12% [12]

- B4: Sàng tạp chất, xát cà phê thóc khô

Cà phê thóc sau khi phơi khô cần sàng loại bỏ tạp chất nặng và tạp chất nhẹ bằng sàng phân loại Sau đó mang đi xát khô để tách vỏ thóc khỏi cà phê nhân

- B5: Đánh bóng hạt cà phê

- B6: Phân loại cà phê

Phân loại theo kích thước, tỷ trọng, màu sắc hạt

- B7: Đóng gói và bảo quản

Lợi ích quan trọng của phương pháp bán ướt là sử dụng rất ít nước, do vậy giảm thiểu được lượng lớn nước thải ra môi trường So với phương pháp truyền

17

thống chế biến ướt, lượng nước tiết kiệm được khoảng 2.000 lít cho mỗi bao cà phê nhân xuất khẩu (60kg) [10] Do đó, phương pháp chế biến cà phê nhân này cũng có thể dễ dàng áp dụng ở vùng sâu vùng xa nơi mà việc vận chuyển về nơi chế biến khó khăn và xa cách Việc chế biến ngay tại chỗ cũng có thể hạn chế việc cà phê bị lên men trong quá trình vận chuyển

Lợi ích quan trọng khác của quy trình chế biến bán ướt là yếu tố kinh tế của

nó Chi phí để đầu tư chỉ để mua một máy xát vỏ duy nhất sẽ thấp hơn hẳn so với việc đầu tư một dây chuyền chế biến ướt Hơn nữa, việc sử dụng giàn phơi cũng giúp tiết kiệm một lượng lớn điện và nhiên liệu hoá thạch so với việc sấy khô Vì thế, đây là một kiểu chế biến cà phê nhân thân thiện với môi trường nhất đến thời điểm hiện tại

1.2 Thành phần, tính chất và tác động môi trường do các loại chất thải phát sinh trong hoạt động chế biến cà phê

1.2.1 Nước thải

 Nguồn gốc, thành phần và tính chất nước thải cà phê

Nguồn gốc nước thải chế biến cà phê nhân xuất phát từ các công đoạn: rửa thô, xay vỏ, ngâm enzim, rửa sạch, nước thải vệ sinh, nước thải sinh hoạt v v… có chứa các thành phần cặn bã (TSS), các chất hữu cơ (BOD/COD), chất chất dinh dưỡng (N,P) và vi sinh gây bệnh Đây là nguồn gây ô nhiễm chính từ hoạt động chế biến cà phê tại vùng nghiên cứu do sử dụng phương pháp chế biến ướt;

Lượng nước sử dụng cho hoạt động chế biến cà phê phụ thuộc vào phương pháp chế biến Phương pháp chế biến ướt cần một lượng lớn nước sạch cho quá trình loại bỏ vỏ và thịt quả ra khỏi hạt cà phê, trong khi phương pháp chế biến khô lại cần rất ít Tuy nhiên, đối với loại cà phê Arabica được trồng tại vùng nghiên cứu thì phải dùng phương pháp chế biến ướt để đảm bảo chất lượng hạt cà phê thành phẩm Bảng 1.2 tổng hợp lượng nước ước tính sử dụng cho hoạt động chế biến cà phê bằng các phương pháp chế biến khác nhau tại một số nước, trong đó có Việt Nam

18

Bảng 1.2 Lượng nước sử dụng cho hoạt động chế biến cà phê ở một số nước

Lượng nước

sử dụng

(m3/tấn quả)

(Nguồn: [13], [14])

Nước thải từ hoạt động chế biến cà phê bằng phương pháp ướt được chia thành hai dạng: Nước xay có hàm lượng cao các loại đường lên men nhanh và nước thải được tạo ra trong quá trình chế biến Các tác nhân gây ô nhiễm là đường sinh từ nhớt hoặc phần ngoài của quả cà phê Trong quá trình lên men, đường bị phân huỷ thành rượu và khí CO2 Sau đó, rượu được biến thành axít axêtíc, và vì thế mà độ

pH của nước bị giảm Độ pH của nước thải cà phê thường ở khoảng 3,8

Phần nhớt là phần chất nhầy bọc quanh hạt cà phê Thành phần chủ yếu của

nó là protein, đường và pectin Phần nhớt rất khó bị phân huỷ Trong nước thải cà phê phần nhớt này thường kết tủa thành một lớp đen trên bề mặt

Các thành phần khác của nước thải từ chế biến cà phê bao gồm các chất độc hại như tanin, caffein và polyphenol Vì vậy, sự hiện diện của protein, đường, khoáng chất và hàm lượng nước cao là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển [15]

19

Bảng 1.3 thể hiện thành phần và đặc tính của nước thải trong quá trình chế biến và phê; tuy nhiên thành phần của nước thải có thể khác nhau tùy thuộc vào chế

độ chế biến, giống, loại đất và các yếu tố khác [15]

Bảng 1.3 Thành phần nước thải trong quá trình chế biến cà phê

STT Thông số Đơn vị Giá trị Giới hạn

theo ISI

QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B)

Từ bảng 1.3, ta thấy rằng, hàm lượng các thông số như pH, COD, BOD,

NH4+, Tổng Nito, Tổng Photpho đều vượt quá giới hạn cho phép theo ISI và QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp (cột B) Riêng hàm lượng COD cao gấp gần 1.000 lần, hàm lượng BOD vượt chuẩn đến cả

100 lần Điều đó cho thấy mức độ nguy hiểm khi lượng nước thải này không qua xử

lý mà đổ thẳng vào nguồn nước

Một số nghiên cứu còn chỉ ra rằng, trong nước thải cà phê còn có chứa hàm lượng kim loại nặng cao J.Pohlan và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu về hàm lượng các kim loại nặng có trong nước thải chế biến cà phê bằng phương pháp ướt

20

tại 3 nhà máy chế biến ướt ở Santa Fe, Eduviges và Chinice ở khu vực Soconusco của Chiapas, Mexico [16] Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, hầu hết các kim loại nặng được xác định (bao gồm: Pb, As, Cd, Zn, Cu, Mn, Fe, Ni) trong các mẫu nước thải đều tăng so với hàm lượng của chúng trong các mẫu nước đầu vào sản xuất, trừ hàm lượng Chì (Pb) Hai kim loại nặng As và Cd có sự tăng nhẹ; Sự gia tăng Cd và

As được phát hiện trong nước thải được tác giả giải thích có thể là do loại máy móc được sử dụng trong quá trình chế biến; (Fe) và Mangan (Mn) là 2 kim loại nặng có

tỷ lệ tăng cao nhất và vượt ngưỡng giới hạn cho phép nhiều lần

Như vậy có thể thấy rằng, kim loại nặng cũng là một trong những yếu tố trong nước thải chế biến cà phê gây ô nhiễm nguồn nước và cần được lưu tâm trong quá trình xử lý loại nước thải này

 Tác động do nước thải cà phê đến môi trường

Nước thải chế biến cà phê có hàm lượng đường và chất rắn lơ lửng cao nếu

xả trực tiếp vào các con sông, suối sẽ làm giảm mạnh lượng oxi trong nước, do đó làm giảm khả năng tự làm sạch của sông, suối; càng làm tăng nhiều hơn chất gây ô nhiễm Hơn nữa, lượng oxy cần thiết cho sự phân hủy sinh học vượt quá oxy hiện diện trong nước tạo ra các khí do quá trình phân huỷ kị khí, tạo điều kiện cho vi khuẩn có hại sinh sôi, đe dọa sức khoẻ con người và gây mùi hôi, tanh khó chịu Việc loại bỏ Nitơ và phốt pho từ nước thải cần được quan tâm đặc biệt do tình trạng phú dưỡng và việc xử lý nó trong các nguồn nước gây ra các tác dụng có hại như suy dinh dưỡng [17]

Nhu cầu oxy sinh học (BOD) cần thiết có thể lên đến 15.000 mg/l, trong khi

đó lượng oxy hòa tan cần thiết để kết hợp với các hóa chất trong nước thải, nghĩa là nhu cầu oxy hóa học (COD), có thể từ 15.000 đến 25.000 mg/l

Nghiên cứu về tác động của việc chế biến cà phê truyền thống đối với chất lượng nước sông ở Ethiopia, Abebe Beyene và công sự đã tiến hành đánh giá chất lượng nước tại 44 địa điểm lấy mẫu dọc theo 18 con sông tiếp nhận nước thải không qua xử lý từ 23 nhà máy chế biến cà phê tại khu Jimma, Ethiopia [18] Hai mươi địa điểm lấy mẫu thượng lưu và 24 địa điểm lấy mẫu ở vùng hạ lưu bị ảnh hưởng bởi

21

chất thải cà phê được lựa chọn để so sánh Kết quả về hóa lý và sinh học cho thấy

sự suy giảm nghiêm trọng về chất lượng nước sông do việc nước thải cà phê không qua xử lý xả trực tiếp vào các dòng sông Chỉ số BOD trong nước sông hạ nguồn lên đến 1.900 mg/l, DO < 0,01 mg/l, hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) lên đến 970 mg/l [18]

Trong một nghiên cứu khác về tác động của nước thải cà phê từ các nhà máy chế biến bằng phương pháp ướt lên chất lượng nước hạ lưu các con sông ở Ethiopia

Dessalegn Dadi và các cộng sự đã thu thập các mẫu nước từ 11 con sông / suối liên quan đến các nhà máy chế biến cà phê ướt vào giờ cao điểm của quá trình chế biến cà phê [19] Các thông số về chất lượng nước của các mẫu nước thải, nước thượng lưu và hạ lưu của điểm xả được đo đạc cẩn thận Kết quả nghiên cứu cho thấy, giá trị pH và hàm lượng hữu cơ của tất cả các mẫu nước thải đều rất cao, với các giá trị tối đa là 7200 mg /l và 871 mg /l đối với COD và BOD5 Hàm lượng chất hữu cơ cao này trong nước thải đã làm giảm hàm lượng ôxy xuống mức 0,25 mg/l Nhóm tác giả cho rằng sự biến đổi về thời gian ngâm cà phê, sự lên men của lớp thịt quả và việc thiếu sự đầu tư hệ thống xử lý thích hợp là những yếu tố chính ảnh hưởng đến các thông số ô nhiễm nước [19]

Như vậy có thể thấy rằng, nước thải cà phê nếu không có biện pháp xử lý hợp lý, quản lý chặt chẽ thì không chỉ ảnh hưởng tới mỹ quan môi trường trong vùng mà hệ sinh thái, sức khỏe cộng đồng cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng Một bài học được rút ra từ Costa Rica vào những năm 80 của thế kỷ XX, hai phần ba tổng lượng BOD của các con sông là do nước thải cà phê thải ra, biến thành những con sông chết [17]

1.2.2 Chất thải rắn

 Nguồn gốc, thành phần và tính chất

Nguồn phát sinh chất thải rắn từ hoạt động chế biến, chủ yếu là vỏ và thịt quả cà phê sau khi được tách ra khỏi hạt [20] Khối lượng hạt thu được sau chế biến chiếm khoảng 26 – 30%, còn lại được thu hồi dưới dạng chất thải rắn bao gồm quả xanh, vỏ quả, thịt quả và các phần khác [21] Thành phần hóa học trong loại chất

ra trong quá trình sản xuất là 0,5 và 0,18 tấn [22] Vỏ quả cà phê và vỏ trấu rất giàu carbohydrate, khoáng chất và protein, tuy nhiên chúng cũng chứa các hợp chất hữu

cơ như tannin, axit chlorogenic và caffein [23]

Bảng 1.4 Thành phần và tính chất của chất thải cà phê từ vỏ cà phê và vỏ trấu

 Tác động do chất thải rắn trong hoạt động chế biến cà phê

Nhiều nghiên cứu trên thế giới chỉ ra rằng, các hợp chất như caffein, axit chlorogenic và tannin từ chất thải cà phê nếu thải vào môi trường có thể gây tác động trầm trọng đến hệ sinh thái [25] Các nghiên cứu cho thấy rằng sự rửa trôi của caffeine vào môi trường có những ảnh hưởng bất lợi đối với các sinh vật khác Các xét nghiệm độc tính chuẩn hóa trên các sinh vật thủy sinh cho thấy EC50 của nước rỉ

cà phê là 6.02% trên vi khuẩn phẩy fischeri, thấp hơn đối với Daphnia similis ở

EC50 1,5% và thấp hơn đối với Ceriodaphnia dubia với EC50 là 0.12% Giá trị EC50

Thành phần gây ô nhiễm nữa có trong chất thải cà phê là Tannin Tannin ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật thủy sinh Tannin cũng được biết đến vì khả năng phân huỷ sinh học thấp [27], do đó chất này có thể tồn tại trong môi trường trong thời gian dài và tích tụ sinh học dọc theo chuỗi thức ăn Do những mối quan ngại về sức khoẻ, đã có nhiều công trình nghiên cứu về độc tính của Tannin , từ nuôi trồng thuỷ sản đến các hệ sinh thái thủy sinh Một số nước thải công nghiệp được nghiên cứu có nồng độ tanin trên 100 mg/L [27]

Như vậy, có thể thấy, trong chất thải rắn trong quá trình chế biến cà phê chứa nhiều thành phần có khả năng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không có biện pháp quản lý và xử lý phù hợp Đặc biệt khi nước rỉ từ loại chất thải này bị rửa trôi hoặc ngấm xuống nước ngầm

1.2.3 Khí thải

 Nguồn gốc, thành phần và tính chất

Khí thải phát sinh trong hoạt động chế biến cà phê chủ yếu từ hoạt động của

lò sấy (sử dụng than hoặc củi để đốt lấy nhiệt), quá trình xay vỏ từ quá trình chế biến khô, mùi từ khu chứa chất thải rắn và nước thải cà phê; ngoài ra môi trường không khí còn ô nhiễm từ tiếng ồn, rung động và nhiệt

Trong phạm vi nghiên cứu và theo hiểu biết của tác giả, hiện nay chưa có công trình nghiên cứu nào về khí thải phát sinh trong hoạt động chế biến cà phê Do vậy, tác giả đã tham khảo các nghiên cứu trong lĩnh vực khác cũng sử dụng than hoặc củi làm chất đốt để đánh giá thành phần khí thải và ảnh hưởng của loại khí thải này đến môi trường

Lò hơi sử dụng củi đốt rất tiết kiệm chi phí nhưng nhiệt lượng không cao bằng nhiên liệu hóa thạch Thành phần của khói thải bao gồm các sản phẩm cháy

24

của củi, chủ yếu là các khí CO2, CO, N2, kèm theo một ít các chất bốc trong củi không kịp cháy hết, oxy dư và tro bụi bay theo dòng khí Khi đốt 1 kg củi sẽ sinh ra 4,23 m3 khí thải ở nhiệt độ 200oC Lượng bụi tro có trong khói thải chính là một phần của lượng không cháy hết và lượng tạp chất không cháy có trong củi, lượng tạp chất này thường chiếm tỷ lệ 1% trọng lượng củi khô Bụi trong khói thải lò hơi đốt củi có kích thước hạt từ 500μm tới 0,1μm, nồng độ dao động trong khoảng từ 200-500 mg/m3 [28]

Lò hơi đốt than có khí thải chủ yếu mang theo bụi, CO2, CO, SO2 , SO3 và Nox,… do thành phần hoá chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá trình cháy tạo nên Hàm lượng lưu huỳnh trong than ≈ 0,5% nên trong khí thải có SO2 với nồng độ khoảng 1.333 mg/m3 Lượng khí thải phụ thuộc vào mỗi loại than, với than An-tra-xít Quảng Ninh lượng khí thải khi đốt 1 kg than là V020 ≈ 7,5 m3/kg [28]

 Tác động do khí thải

– CO : Là sản phẩm của quá trình cháy trong điều kiện thiếu O2, CO gây ức chế sự hô hấp của động vật và tế bào thực vật Khi hít phải, CO sẽ đi vào máu, chúng phản ứng với Hemoglobin (có trong hồng cầu) thành một cấu trúc bền vững nhưng không có khả năng tải ôxy, khiến cho cơ thể bị ngạt Nếu lượng CO hít phải lớn, sẽ có cảm giác đau đầu, chóng mặt, mệt mỏi Nếu CO nhiều, có thể bất tỉnh hoặc chết ngạt rất nhanh Khi bị ôxy hoá, CO biến thành khí cacbonic (CO2) Khí

CO2 cũng gây ngạt nhưng không độc bằng CO;

nhiên liệu phát thải vào bầu khí quyển, trong đó ở gần ngọn lửa khí NO chiếm 90 – 95% và phần còn lại là NO2 Oxit nitơ có nhiều dạng, do nitơ có 5 hoá trị từ 1 đến 5

Do ôxy hoá không hoàn toàn nên nhiều dạng oxit nitơ có hoá trị khác nhau hay đi cùng nhau, được gọi chung là NOx Có độc tính cao nhất là NO2 , khi chỉ tiếp xúc trong vài phút với nồng độ NO2 trong không khí 5 phần triệu đã có thể gây ảnh hưởng xấu đến phổi, tiếp xúc vài giờ với không khí có nồng độ NO2 khoảng 15-20 phần triệu có thể gây nguy hiểm cho phổi, tim, gan; nồng độ NO2 trong không khí 1% có thể gây tử vong trong vài phút