(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN QUANG THÁI

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG VÀ

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ CÁC CƠ SỞ CHẾ BIẾN CÀ

PHÊ TẠI HUYỆN MAI SƠN, TỈNH SƠN LA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

Thái Nguyên, năm 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN QUANG THÁI

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG VÀ

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ CÁC CƠ SỞ CHẾ BIẾN CÀ

PHÊ TẠI HUYỆN MAI SƠN, TỈNH SƠN LA

Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường

Mã số: 885 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Phương Mai

Thái Nguyên, năm 2020

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

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Quang Thái

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới TS Nguyễn Thị Phương Mai 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 Khoa học Tôi xin ghi nhận và biết ơn sự giúp đỡ quý báu của các Thầy, Cô

Tôi xin trân trọng cám ơn Lãnh đạo Sở Tài nguyên và Môi trường, Chính quyền địa phương và bà con nông dân huyện Mai Sơn, tỉnh 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 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

Thái Nguyên, ngày 26 tháng 12 năm 2020

Học viên cao học

Nguyễn Quang Thái

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Tổng quan về công nghệ chế biến cà phê 3

1.1.1 Phân loại cà phê 3

1.1.2 Sản phẩm cà phê trên thế giới 5

1.1.3 Công nghệ chế biến cà phê 6

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 15

1.2.1 Nước thải 15

1.2.2 Chất thải rắn 19

1.2.3 Khí thải 20

1.3 Các biện pháp quản lý môi trường từ hoạt động chế biến cà phê 22

1.3.1 Một số phương pháp xử lý nước thải cà phê 22

1.3.2 Phương pháp xử lý chất thải rắn 26

CHƯƠNG 2: PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 Đối tượng và phạm vi 30

2.2 Thời gian nghiên cứu 30

2.3 Phương pháp nghiên cứu 30

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Hiện trạng về hoạt động và công tác quản lý môi trường đối với các cơ sở chế biến cà phê 36

3.1.1 Hiện trạng trồng, thu hoạch và chế biến cà phê 36

3.1.2 Hiện trạng công tác quản lý môi trường đối với các cơ sở chế biến cà

phê của cơ quan quản lý 41

3.2 Đánh giá tác động môi trường 44

3.2.1 Môi trường nước 44

3.2.1 Chất thải rắn 56

3.3 Dự báo chất thải từ hoạt động chế biến cà phê 59

3.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến dự báo chất thải 59

3.3.2 Các kịch bản dự báo phát sinh chất thải 61

3.4 Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường 63

3.4.1 Đề xuất giải pháp quản lý cho cơ quan quản lý 63

3.4.2 Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường 67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

1 Kết luận 75

2 Kiến nghị 76

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Sản lượng hạt cà phê của các nước năm 2013 6

Bảng 1.2 Lưu lượng nước sử dụng cho hoạt động chế biến cà phê 16

Bảng 1.3 Thành phần nước thải trong quá trình chế biến cà phê 17

Bảng 1.4 Thành phần và tính chất của chất thải cà phê từ vỏ cà phê và vỏ trấu 19

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 24

Bảng 2.1 Đối tượng điều tra phỏng vấn 31

Bảng 2.2 Vị trí và số lượng phân tích nước thải 32

Bảng 2.3 Vị trí và số lượng mẫu phân tích nước mặt 33

Bảng 2.4 Thông số và phương pháp phân tích chất lượng nước 33

Bảng 2.5 Thông số và phương pháp phân tích chất lượng nước thải 34

Bảng 3.1 Thống kê công tác kiểm tra cơ sở chế biến cà phê 42

Bảng 3.2 Kết quả điều tra lượng nước thải phát sinh do chế biến cà phê 44

Bảng 3.3 Kết quả phân tích nước mặt đợt 1, tháng 7/2020 45

Bảng 3.4 Kết quả phân tích nước mặt đợt 2 – tháng 10/2020 46

Bảng 3.5 Nồng độ một số chất ô nhiễm của cơ sở chế biến cà phê 51

Bảng 3.6 Nồng độ một số chất ô nhiễm của cơ sở chế biến cà phê 55

Bảng 3.7 Kết quả điều tra khối lượng chất thải rắn từ chế biến cà phê 57

Bảng 3.8 Kết quả điều tra tác động của hoạt động chế biến cà phê 58

Bảng 3.10 Kịch bản các yếu tố ảnh hưởng tới phát sinh chất thải 61

Bảng 3.11 Dự báo sản lượng cà phê theo các kịch bản 62

Bảng 3.12 Dự báo chất thải chưa qua xử lý theo các kịch bản 62

Bảng 3.13 Dự báo chất thải phát sinh theo các kịch bản 63

Bảng 3.14 Hiệu quả xử lý của các công trình tiêu biểu 73

Bảng 3.15 Hiệu quả của một số quá trình kỵ khí trong xử lý nước thải 74

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu tạo của quả cà phê 4

Hình 1.2 Quy trình chế biến cà phê nhân bằng phương pháp ướt 7

Hình 1.3 Tách quả xanh bằng tay 8

Hình 1.4 Bể siphon kim loại và sơ đồ cấu tạo 8

Hình 1.5 Quy trình công nghệ chế biến cà phê theo phương pháp khô 11

Hình 1.6 Quy trình công nghệ theo phương pháp chế biến bán ướt 14

Hình 1.7 Sơ đồ dòng chảy để tạo ra khí sinh học từ nước thải cà phê 23

Hình 1.8 Quy trình ủ phân vi sinh 26

Hình 3.1 Diện tích trồng cà phê qua các năm tại huyện Mai Sơn 36

Hình 3.2 Công nghệ chế biến cà phê nhân 38

Hình 3.3 Biểu đồ kết quả đo nồng độ pH, TSS trong nước mặt 47

Hình 3.4 Biểu đồ kết quả đo nồng độ DO trong nước mặt 48

Hình 3.5 Biểu đồ kết quả đo nồng độ BOD 5 , COD trong nước mặt 49

Hình 3.6 Biểu đồ kết quả phân tích nồng độ Amoni và Nitrit 50

Hình 3.7 Biểu đồ kết quả phân tích nồng độ coliform 51

Hình 3.8 Biểu đồ kết quả phân tích chỉ tiêu TSS và độ màu 53

Hình 3.9 Biểu đồ kết quả phân tích chỉ tiêu COD, BOD 5 53

Hình 3.10 Biểu đồ kết quả phân tích chỉ tiêu Fe, Mn 54

Hình 3.11 Chất thải rắn là vỏ cà phê 59

Hình 3.12 Vị trí đề xuất quy hoạch nằm trong khu công nghiệp Mai Sơn 67

Hình 3.13 Quy trình thực hiện ủ phân compost 69

Hình 3 14 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải cà phê 71

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CBCP : Chế biến cà phê

ĐTM : Báo cáo đánh giá tác động môi trường

ICO : Tổ chức chế biến cà phê quốc tế

QCVN : Quy chuẩn quốc gia Việt Nam

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

TTMT : Thủ tục môi trường

UBND : Ủy ban nhân dân

MỞ ĐẦU

1 Đ ĐẦUdanh

Cà phê là một loại cây trồng có khả năng phát triển trên toàn thế giới và là một trong những loại đồ uống phổ biến nhất được tiêu thụ trên nhiều quốc gia Việt Nam là nước sản xuất cà phê lớn thứ hai sau Brazil, chiếm 14,5% tổng sản lượng cà

phê trên thế giới [18] Việt Nam cũng là nước sản xuất cà phê Robusta lớn nhất với khoảng 35% sản lượng Robusta toàn cầu Năm 2019, tổng diện tích cà phê trên toàn

lãnh thổ iệt Nam khoảng hơn 688 nghìn ha, năng suất bình quân 26 tạ/ha cao gấp 3 lần sản lượng cà phê trên thế giới, là mặt hàng chiến lượng của ngành nông nghiệp Việt Nam, hàng năm mang về giá trị 3,4 tỷ USD [7]

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 [24] Nước thải cà phê nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm nguồn nước, làm ảnh hưởng tới các hệ sinh thái thủy sinh và sức khoẻ của con người Do vậy, đề tài

“Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế

biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La” được thực hiện nhằm đánh giá hiện trạng

quản lý và tác động tới môi trường do hoạt động chế biến cà phê trên địa bàn huyện Mai Sơn, tỉnh La, 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 hoạt động và tác động tới môi trường của các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La

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

- Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường, biện pháp quản lý đối với các cơ sở chế biến cà phê

3 Nuất giải pháp bảo

- Hiện trạng hoạt động của các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La và hiện trạng công tác quản lý môi trường đối với các cơ sở chế biến

cà phê của cơ quan quản lý

- Đánh giá tác động môi trường của hoạt động chế biến cà phê đối với môi trường

- Đề xuất biện pháp bảo vệ môi trường đối với các cơ sở sản xuất và các cơ quan quản lý

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, kết quả nghiên cứu của đề tài được

sử dụng trực tiếp trong quá trình công tác của học viên và làm cơ sở để tham khảo của

cơ quan quản lý nhà nước về môi trường tại địa phương Các giải pháp trong đề tài có thể được các cơ sở chế biến cà phê áp dụng để giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong quá trình hoạt động

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về công nghệ chế biến 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 Robusta, 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) [10]

+ Cà phê Robuste (hay còn gọi là cà phê Vối, cà phê Rô) : 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 [10]

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 cafein 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 mưa khoảng 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

Cây cà phê Arabica ưa sống ở vùng núi cao, thường được trồng ở độ cao từ

1000-1500 m Loài cà phê này ưa thích nhiệt độ từ 16-25°C, lượng mưa khoảng trên

1000 mm Cả nước chỉ có khoảng 10% tổng diện tích trồng cà phê là trồng cà phê Arabica, tập chung chủ yếu ở Lâm Đồng, Thừa Thiên Huế, Quảng Trị, Nghệ An, Hoà Bình, Sơn La, Điện Biên,… Cà phê Arabica là loại có giá trị kinh tế cao nhất trong các loài cà phê Ở Sơn La, loài cà phê này được trồng chủ yếu ở các huyện Mộc Châu, Mai Sơn, Thuận Châu

1.1.1.2 Cấu tạo quả cà phê

Quả cà phê có cấu tạo từ các lớp: lớp vỏ quả, lớp vỏ thịt, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa và nhân Chi tiết cầu tạo của hạt cà phê được thể hiện thep hình dưới đây:

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%) [2]

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% [2]

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

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 [2]

(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 [2]

1.1.2 Sản phẩm cà phê trên thế giới

Theo thống kê 6 tháng cuối năm 2020 của Tổ chức chế biến cà phê quốc tế thì các nhà sản xuất cà phê chính trên thế giới là Brazil, sau đó là Việt Nam, Columbia, Indonesia, Ethiopia và Ấn Độ [19] Tổng sản lượng cà phê đã tăng từ 128.636.000 bao

từ năm 2008 lên 145.775.000 bao trong năm 2013 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 [20]

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 Stenophylla chỉ chiếm 1% [33] 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 [15]

Bảng 1.1 Sản lượng hạt cà phê của các nước sáu tháng cuối năm 2020

1.1.3 Công nghệ chế biến cà phê

1.1.3.1 Công nghệ chế biến cà phê trong nước

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 [5]

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 pháp lên men truyền thống, phương pháp đánh nhớt cơ học, phương pháp sử dụng enzim [6]

 Quy trình công nghệ

Cà phê tươi sau thu hoạch

Lọc, rửa sơ bộ

Nước thải và chất thải như cành, lá, đất, đá, quả

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

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

 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 [6], 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

Ghi chú:

- 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

- 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 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 [2]

 Quy trình công nghệ:

Cà phê tươi sau thu hoạch

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

 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 cà phê khô được cho vào một cái phễu đổ xuống ống, chạy qua trục xay v à các lưỡi dao cố định cắt mạnh nhiều lần làm lớp vỏ bể ra

Lớp vỏ cứng được chuyển qua ống nhờ máy quạt gió thổi ra ngoài, trong khi hạt được thu qua một ống chạy vào dưới máy

+ 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 [2]

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 như mật ong [25] 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

 Mô tả quy trình công nghệ

Phương pháp bán ướt là 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

Lọc, rửa sơ bộ

Nước thải và chất thải như cành, lá, đất, đá, quả

xanh

Xát vỏ

Phơi khô

tự nhiên Nước cấp

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

- 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% [13]

- 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 thống chế biến ướt, lượng nước tiết kiệm được khoảng 2.000 lít cho mỗi bao cà phê nhân xuất khẩu (60kg) [5] 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;

Bảng 1.2 Lưu lượng nước sử dụng cho hoạt động chế biến cà phê

STT Tên nước Phương pháp/ Quá trình chế biến

Lượng nước

sử dụng

(m3/tấn quả)

1 Ấn Độ Phương pháp ướt và phương pháp mật ong 3

2 Kenya Quá trình rửa sau ngâm ủ, có tái sử dụng nước 4-6

3 Việt Nam Phương pháp bán ướt và phương pháp ướt 4-15

(Nguồn: [26], [38])

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

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 [31]

Dưới đây là bảng 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 [31]

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)

Một số nghiên cứu còn chỉ ra rằng, trong nước thải cà phê còn có chứa hàm lượng kim loại nặng cao Theo 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 tại

3 nhà máy chế biến ướt ở Santa Fe, Eduviges và Chinice ở khu vực Soconusco của Chiapas, Mexico [21] 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 [30]

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 [8] Hai mươi địa điểm lấy mẫu thượng lưu và 24 địa điểm lấy mẫu ở vùng hạ lưu bị ảnh hưởng bởi 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 [8]

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 [13] 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 [13]

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 [30]

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 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 [11] Thành phần hóa học trong loại chất thải rắn này bao gồm protein, chất béo, cellulose, tro, tamin, pectin, caffeine, đường,…[5]

Tùy thuộc vào phương pháp chế biến, vỏ cà phê và vỏ trấu ướt hoặc khô, là lượng chất thải rắn đầu tiên của quá trình sản xuất, chiếm 29% và 12% tổng khối lượng quả cà phê tươi Lượng vỏ và thịt quả và vỏ trấu của một tấn cà phê tươi thải ra trong quá trình sản xuất là 0,5 và 0,18 tấn [32] 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 [16]

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

Loại chất thải thứ hai của quá trình chế biến cà phê là vỏ lụa sau quá trình sấy

và xát cà phê, loại chất thải này chiếm từ 1 – 2% khối lượng quả cà phê tươi Mặc dù

vỏ lụa chỉ chiếm một phần nhỏ trong nhưng nó có hàm lượng chất xơ cao, hoạt tính chống oxy hoá và các hợp chất phenolic [27]

 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 [17] 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 có sự giảm rõ rệt giữa vi khuẩn và bọ chét có thể là kết quả của việc tiếp xúc nhiều hơn do ăn phải

Cafein độc đối với sinh vật thủy sinh và động vật có vú, làm giảm khả năng sinh sản, đây là mối quan tâm lớn đối với môi trường Cafein cũng có tác động tiêu cực đến cây trồng, nấm và sự phát triển của vi khuẩn [34]

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 [22], 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 Tanin, 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 [22]

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 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 [14]

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 [14]

 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;

– NOx: Bao gồm NO, NO2… Là những chất ô nhiễm do quá trình đốt cháy 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

NOx bị ôxy hoá dưới ánh sáng mặt trời có thể tạo khí Ôzôn gây chảy nước mắt

và mẩn ngứa da, NOx cũng góp phần gây bệnh hen, thậm chí ung thư phổi, làm hỏng khí quản

– SOx: Hầu hết các loại nhiên liệu lỏng đều có chứa lưu huỳnh trong dầu đốt khi cháy thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu phản ứng với oxy tạo thành khí oxit lưu huỳnh, trong đó khoảng 99% là khí sunfua đioxit SO2 Khí SO2 xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc hoà tan với nước bọt, từ đó qua đường tiêu hoá để ngấm vào máu SO2 có thể kết hợp với các hạt nước nhỏ hoặc bụi ẩm để tạo thành các hạt axít H2SO4 nhỏ li ti, xâm nhập qua phổi vào hệ thống bạch huyết Trong máu, SO2tham gia nhiều phản ứng hoá học để làm giảm dự trữ kiềm trong máu gây rối loạn chuyển hoá đường và protêin, gây thiếu vitamin B và C, tạo ra methemoglobine để chuyển Fe2+ (hoà tan) thành Fe3+ (kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu cũng như làm giảm khả năng vận chuyển ôxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản, khó thở

– Bụi: Trong sản phẩm cháy của các nguyên liệu lỏng, rắn hầu hết đều có mang theo bụi Nhiên liệu khi cháy sinh ra một hàm lượng bụi lớn nhưng nhất thiết cần được

xử lý để tránh bụi phát tán ra môi trường gây ra các bệnh liên quan đến đường hô hấp

và làm mất vệ sinh môi trường xung quanh nguồn thải

1.3 Các biện pháp quản lý môi trường từ hoạt động chế biến cà phê

1.3.1 Một số phương pháp xử lý nước thải cà phê

1.3.1.1 Phương pháp xử lý truyền thống

Nhiều báo cáo khảo sát không chỉ ở Việt Nam mà rất nhiều nước trên thế giới, tình trạng nước thải từ các xưởng chế biến cà phê không qua xử lý xả thẳng ra môi trường đang diễn biến rất phức tạp vì đây là phương pháp dễ thực hiện nhất

Phương pháp khác, người ta đổ nước thải vào một bể chứa lớn để nước thải có thể lắng đọng và xử lý bằng vôi để đạt được độ pH mong muốn, sau đó tái sử dụng nước vào việc tưới tiêu Tuy nhiên, vấn đề chính ở đây là trong mùa cà phê, số lượng nước thải ra quá lớn đối với kích thước của bể và việc tái chế đòi hỏi phải có kỹ năng vì nhiệt độ, độ

pH và vi khuẩn của nước thải cần được theo dõi và giữ ở mức tối ưu [29]

1.3.1.2 Một số phương pháp xử lý áp dụng công nghệ hoàn chỉnh

Nước thải cà phê và các sản phẩm phụ của nó tạo thành một nguồn ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Đã có nhiều nỗ lực của các nhà nghiên cứu để phát triển các

phương pháp xử lý nước thải như phương pháp xử lý sinh học thu hồi khí gas, phương pháp oxi hóa tăng cường, …

a Phương pháp xử lý sinh học thu hồi khí gas

Trong một nghiên cứu do Narasimha và cộng sự tiến hành năm 2004, họ đã phát triển một lộ trình xử lý nước thải biogas bioreactor - biogas không chỉ cung cấp giải pháp xử lý chất thải mà còn là nhiên liệu thay thế cho phát điện Họ đã xây dựng

hệ thống xử lý nước thải bao gồm bể trung hoà pH của nước thải, sau đó nước thải trải qua quá phân huỷ kị khí Dưới tác động của các vi sinh vật kị khí, khí gas được sản sinh và thu gom để sử dụng làm nguồn nhiên liệu kép để sản xuất điện hoặc chất đốt [29] Sơ đồ quy trình xử lý cho quá trình được mô tả như sau:

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

Toàn bộ nước thải từ quá trình chế biến cà phê được thu gom và đưa vào bể điều hòa, từ đây nước thải được nâng pH lên khoảng 6,5 – 7 nhằm tạo điều kiện cho vi sinh vật hoạt động hiệu quả Sau đó, nước thải được bơm vào bể sinh học kị khí; tại đây các vi sinh vật kị khí hoạt động trong điều kiện không có oxi và sản sinh ra khí biogas Khí sinh ra được thu gom vào túi khí để tái sử dụng làm nhiên liệu đốt hoặc phát điện Nước sau xử lý được đưa sang bể tái chế để tiếp tục xử lý BOD và COD bằng cách bơm tuần hoàn trở lại bể kị khí Nước thải sau khi xử lý sinh học được tiếp tục xử lý bằng phương pháp hóa lý Nước thải được dẫn qua cụm hệ thống bể keo tụ tạo bông bằng các hóa chất NaOH, H2SO4 để điều chỉnh pH, PAC và polymer được

đưa vào để tạo bông với tốc độ khuấy trộn trong bể tạo bông là 15 vòng/ phút, đảm bảo các bông cặn không bị vỡ ra mà kết thành khối lớn Nước thải tiếp tục chảy qua bể lắng hóa lý, tại đây các bông cặn hoặc rắn lơ lửng lắng xuống đáy và được máy gạt bùn gom xuống hố thu và bơm sang bể nén bùn

Sau khi qua bể lắng, nước thải qua bể khử trùng trước khi ra nguồn tiếp nhận nhằm mục đích tiêu diệt các vi khuẩn, đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn

xả thải Trong bể khử trùng có xây các vách ngăn nhằm tạo sự tiếp xúc tốt giữa nước

và chất khử trùng, nâng cao hiệu quả xử lý của bể [29]

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc thu hồi khí sinh học từ hoạt động chế biến 8 tấn cà phê mỗi ngày, tổng lượng khí có thể đạt được trong mùa 5 tháng là khoảng 12.000 m3; khí biogas đã được chứng minh là có thể thay thế 77% lượng dầu cần thiết cho việc tạo ra điện Việc thay thế dầu diesel bằng khí sinh học, để tạo ra điện, tăng ở mức 77% với mức sử dụng trung bình là 0,381 l/kWh

Tương tự, Selvamurugan và cộng sự (năm 2009) đã phát triển một lò phản ứng

kị khí upflow (UAHR) để xử lý nước thải chế biến cà phê Hệ thống lò phản ứng UAHR có tấm acrylic dày 4 mm với thể tích 19,25 L và được cài đặt để tách chất khí - lỏng-rắn Sau đó, cả vỏ cà phê và nước thải cà phê đều được thêm vào hệ thống Để khởi động ,ban đầu lò phản ứng được cấp nước thải cà phê và lưu giữ trong 24 giờ liên tục và sau đó được vận hành ở các khoảng thời gian khác nhau như 24 giờ, 18 giờ, 12 giờ và 6 giờ và đánh giá khả năng xử lý của lò phản ứng về việc giảm BOD và COD, khả năng sinh khí mê-tan và tổng lượng khí sản xuất pH của nước thải được điều chỉnh từ 3,88 đến 4,21 vì sự có mặt của các axit hữu cơ trong vỏ quả cà phê

Bảng 1.2 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

(%)

Lượng BOD giảm

(%)

Lượng TSS giảm

(%)

Khí Biogas

(l/kg tính theo COD)

Khí Biogas

(l/kg tính theo BOD)

Khí Biogas

(l/kg tính theo TSS)

Kết quả nghiên cứu cho thấy, các lò phản ứng HRT hoạt động tốt hơn ở thời điểm 18 giờ với một khoảng thời gian ngắn Thời gian lưu giữ 18 giờ, giảm nhu cầu oxy hoá học, nhu cầu oxy sinh hóa và tổng chất rắn là 61%, 66% và 58%, với tỷ lệ chất hữu cơ là 9,55 kg/m3/ngày Khối lượng tối đa của biogas là 840,775 và 430 l/kg của chất rắn (TS), loại bỏ BOD và COD; với hàm lượng mêtan 60,7% ở HRT trong 18 giờ, nghiên cứu này cho thấy hiệu quả trong việc xử lý nước thải chế biến cà phê theo HRT khác nhau và tỷ lệ tải hữu cơ [35]

b Sử dụng Ozon/H 2 O 2 /UV xử lý nước thải

Các công nghệ oxy hóa hóa học hoặc quá trình oxy hóa tiên tiến dựa trên việc

sử dụng bức xạ UV và các chất oxy hóa như hydrogen peroxide (H2O2) và ozone (O3)

đã được sử dụng thành công trong việc khắc phục nước bị ô nhiễm với một loạt các chất Các quá trình này dựa vào sự hình thành của các phản ứng oxi hóa làm suy giảm hàm lượng hữu cơ của dòng nước thải Hiệu quả xử lý có thể được tăng lên bằng cách kết hợp các quá trình UV/H2O2, O3/H2O2, O3/UV và UV/H2O2/O3 Sự kết hợp của các quá trình này có tác dụng tăng cường do có sự hình thành các gốc hydroxyl phản ứng rất mạnh Các gốc tự do hydroxyl tấn công các chất ô nhiễm hữu cơ và bắt đầu một loạt các phản ứng oxy hóa mà cuối cùng dẫn đến tổng khoáng hóa các chất ô nhiễm trong nước thải [23]

Quá trình oxy hóa và khoáng hoá các chất ô nhiễm hữu cơ được mô tả như sau: các gốc *OH được sinh ra qua phản ứng giữa H2O2 và O3 như trong phương trình (1)

và tạo ra một cơ cấu chuỗi, như được biểu diễn trong phương trình từ (2) đến (9) [12]

Kết quả nghiên cứu cho thấy, hàm lượng COD giảm xuống 67% khi nước thải

cà phê được xử lý keo tụ với vôi và chất kết tụ T-1 Khi nước thải cà phê được xử lý keo tụ kết hợp với UV/H2O2, đã giảm được 86% COD, mặc dù hiệu quả rõ rệt chỉ sau khi chiếu tia UV kéo dài Trong quá trình oxy hóa tăng cường, UV/H2O2, UV/O3 và UV/H2O2/O3, nghiên cứu cho thấy, việc xử lý với UV/H2O2/O3 là hiệu quả nhất, với hiệu quả về màu sắc, độ đục và việc loại bỏ được 87% COD

1.3.2 Phương pháp xử lý chất thải rắn

Việc xử lý chất thải rắn từ hoạt động chế biến cà phê phổ biến là thông qua các phương pháp sinh học như ủ phân, sản xuất ethanol, làm vật liệu xử lý nước… [28]

1.3.2.1 Sản xuất phân vi sinh

Nghiên cứu của tác giả Võ Hải Yến về sản xuất phân bón hữu cơ - vi sinh từ bã

cà phê năm 2015 cho thấy: Sau khi chế biến và sử dụng cà phê, bã cà phê bị thải bỏ, gây ảnh hưởng đến môi trường Mô hình phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí có dạng hình chữ nhật được làm từ xốp cách nhiệt có đặt ống dẫn khí Nguyên liệu đầu vào là bã cà phê cùng với 3 loại chế phẩm sinh học là BIMA, NOLASUB và S EM Kết thúc 69 ngày ủ sản phẩm compost đã tạo thành Nhiệt độ từ 30oC – 64oC, pH từ 5,69 – 7,91, độ ẩm từ 44,74% – 62,44% Hàm lượng chất hữu cơ giảm từ 2,56% – 4,14%, hàm lượng C giảm 2,57% – 4,15%, Nitơ giảm 11,04% – 18,51% Sản phẩm tạo thành của mô hình sau khi ủ thích hợp cho cây trồng (rau muống) phát triển tốt [4]

Hình 1.8 Quy trình ủ phân vi sinh

Đống ủ có kích thước như sau: cao 1-2 m x rộng 2-3 m, dài luống (tùy địa thế) Dùng rơm rạ, thân cây phân xanh, đậu, bắp, tủ lên đống ủ, tưới nhẹ, dùng vật liệu che tủ kín đống ủ để giữ ẩm và nhiệt Chặn kỹ, tránh bị gió tốc

- Bước 3: Đảo trộn, tưới bổ sung và ủ lại Sau khi ủ được 3 tuần thì tiến hành đảo trộn, và tưới thêm nước đủ ẩm (nếu cần) Gom đống ủ, tủ lá rác lên bề mặt, che đậy bạt kín trở lại và ủ tiếp đến hoai

- Bước 4: Trộn bổ sung chế phẩm sinh học BIMA và bảo quản chờ bón Sau khi

ủ 2-3 tháng, thấy nhiệt độ hạ xuống mức bình thường (37-400C), đống ủ đã hoai mục, thì trộn bổ sung chế phẩm sinh học BIMA, bảo quản và đem bón

1.3.2.2 Sản xuất ethanol từ vỏ cà phê

Chất thải chế biến cà phê có chứa một lượng lớn chất hữu cơ thích hợp để biến đổi sinh học thành các sản phẩm sinh học giá trị Vỏ và thịt quả cà phê sinh ra với số lượng lớn trong quá trình chế biến cà phê ướt, loại chất thải này có chứa 23-27% đường lên men theo trọng lượng khô Hầu hết các chất thải vỏ cà phê vẫn chưa được

sử dụng ở nhiều nước [9] Do đó số lượng sinh khối chưa sử dụng lớn cần phải được thay đổi thành các sản phẩm sinh học có giá trị như các nguồn năng lượng thay thế hoặc ethanol sinh học, qua đó giúp giảm các vấn đề môi trường phát sinh từ việc thải

bỏ chất thải

Woldesenbet và các đồng nghiệp (năm 2013) đã tiến hành nghiên cứu “Sản xuất ethanol sinh học từ chất thải chế biến cà phê ướt ở Ethiopia” Nghiên cứu này nhằm định lượng lượng chất thải chế biến cà phê ướt và ước lượng sản xuất ethanol sinh học Chất thải được thủy phân bằng H2SO4 pha loãng (0.2, 0.4, 0.6, 0.8 và 1 M) và nước cất Tổng hàm lượng đường trong mẫu được xác định theo phương pháp sắc ký khí

Giá trị lớn nhất (90%) thu được từ sự thủy phân bằng 0.4 M H2SO4 Sản xuất ethanol được theo dõi bằng sắc ký khí Năng suất tối ưu của ethanol (78%) được lấy từ mẫu được thủy phân bằng 0,4 M H2SO4 trong 1 giờ ở nhiệt độ thủy phân 100°C và sau khi lên men trong 24 giờ với pH ban đầu là 4,5 Nghiên cứu này đã đề xuất sử dụng chất thải chế biến cà phê ướt để sản xuất etanol sinh học cung cấp nguồn năng lượng thay thế từ sinh khối chất thải và giải quyết vấn đề xử lý chất thải môi trường cũng như vấn

đề sức khoẻ con người

1.3.2.3 Sử dụng làm vật liệu hấp phụ, xử lý nước thải

Oliveira và cộng sự đã kiểm tra việc loại bỏ chất màu xanh methylene (MB) khỏi dung dịch nước bằng cách sử dụng vỏ trấu cà phê chưa qua chế biến (CH) Các tác giả đã kiểm tra ảnh hưởng của các điều kiện hoạt động khác nhau như liều hấp phụ (2-15 g /L), nồng độ thuốc nhuộm ban đầu (50-500 mg /L), thời gian tiếp xúc (15 phút-

12 giờ), độ pH 11), và nhiệt độ (30-50°C) Các tác giả nhận thấy rằng thời gian tiếp xúc là 12 giờ là đủ để đạt được sự cân bằng cho nồng độ MB ban đầu dưới 400 mg /L

Họ đã ghi nhận sự hấp phụ nhanh chóng của methylene blue ở nồng độ thấp hơn cho thấy sự hấp thụ MB xảy ra chủ yếu trên bề mặt hấp phụ Khi nồng độ MB tăng lên, quá trình hấp phụ xảy ra trong hai bước, bước đầu tiên ở bề mặt hấp phụ (nhanh hơn)

và lần thứ hai (chậm hơn) trong các lỗ hấp phụ Hơn nữa, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng quá trình hấp phụ có hiệu quả trong khoảng pH 6-11 Nghiên cứu tối ưu này cho thấy, khả năng hấp thụ tối đa thu được với mô hình Langmuir là 90,5 mg/g cao hơn các chất hấp phụ có sẵn trong tài liệu Họ đã phát hiện ra rằng trong quá trình hấp phụ MB, bước giới hạn tốc độ có thể là sự tích tụ hóa học bằng các lực lượng hóa trị, thông qua chia sẻ các electron giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, hoặc các lực cộng hóa trị, qua sự trao đổi điện tử giữa các bên liên quan

Để nâng cao khả năng hấp thu của dư lượng chế biến cà phê, một số nhà nghiên cứu đã làm carbon hóa các nguyên liệu này và sử dụng chất thu được để loại bỏ các chất gây ô nhiễm khỏi nước thải

Boonamnuayvitaya và các cộng sự đã kiểm tra ảnh hưởng của nhiệt độ hóa thạch của cốc cà phê đối với khả năng hấp phụ của đồng ion trong dung dịch nước Nhóm nghiên cứu đã chuẩn bị các mẫu ở nhiệt độ khác nhau, dao động từ 300 đến 800°C Khả năng hấp phụ được đánh giá trong dung dịch chứa dung dịch Cu2+ 200

ppm tại 30oC trong thời gian tiếp xúc từ 1 đến 30 phút Khả năng xử lý của nó không tăng đáng kể so với nguyên liệu Trên thực tế, hàm lượng hấp thụ cao nhất là 18 mg/g đối với than đã được chuẩn bị ở 700o

C, trong khi nguyên liệu thô có công suất 16,4 mg/g Các tác giả đề xuất hỗn hợp với đất sét để nâng cao khả năng hấp thụ của một số kim loại trong dung dịch nước Đặc biệt, các tác giả đã thực hiện một nghiên cứu tối

ưu và chọn nhiệt độ phân huỷ 500°C, tỷ lệ trọng lượng của cốc cà phê đã được phân

huỷ thành đất sét 80:20 và đường kính 4 mm đối với chất hấp phụ dạng hạt

Như vậy, việc chất thải từ hoạt động chế biến cà phê cũng mang tiềm năng rất lớn nếu biết cách tận dụng và xử lý đúng cách

CHƯƠNG 2: PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng và phạm vi

Đối tượng: Các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La; Công tác quản lý nhà nước về môi trường của cơ quan quản lý đối với các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La

Phạm vi nghiên cứu: trên địa bàn huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La

2.2 Thời gian nghiên cứu

Nghiên cứu bắt đầu từ tháng 6/2020 đến tháng 12/2020

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp thu thập số liệu

Phương pháp này được thực hiện dựa trên việc kế thừa, tổng hợp và phân tích các tài liệu, tư liệu, số liệu, thông tin từ kết quả của các báo cáo, các tổ chức có liên quan đến luận văn một cách có chọn lọc theo yêu cầu và mục đích nghiên cứu Đó là các tài liệu thu thập được từ các cơ quan cấp tỉnh, cấp huyện, cấp xã như: Báo cáo tình hình ô nhiễm cà phê trên địa bàn tỉnh Sơn La của Sở Tài nguyên và Môi trường,

Ủy ban nhân dân huyện Mai Sơn; Kết luận kiểm tra các cơ sở chế biến cà phê năm

2019, 2020 của Sở Tài nguyên và Môi trường; báo cáo phát triển kinh tế xã hội huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La của UBND huyện Mai Sơn; niêm giám thống kê năm

2018 của Cục thống kê tỉnh Sơn La

2.3.2 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa

Phương pháp nhằm thu thập các thông tin về cơ sở sản xuất chế biến cà phê, hiện trạng các đối tượng tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu Địa điểm khảo sát chính là các xã Chiềng Mung, Chiềng Ban, Mường Chanh của huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La Quá trình khảo sát thực địa được tiến hành tại các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La, các khu vực suối, nước mặt là nguồn tiếp nhận nước thải của các cơ sở CBCP, các khu vực vùng trồng cà phê

Các nội dung khảo sát về hoạt động bảo vệ môi trường tại các cơ sở CBCP gồm: điều tra khảo sát công nghệ chế biến cà phê, hệ thống xử lý nước thải, xử lý chất thải rắn và các hoạt động bảo vệ môi trường đã được áp dụng trong các cơ sở CBCP

Khảo sát đối tượng chịu tác động của hoạt động chế biến cà phê: môi trường không khí tại các Chiềng Mung, Chiềng Ban, Mường Chanh của huyện Mai Sơn, tỉnh

Sơn La Môi trường nước gồm các suối Nậm Nậm Chanh, Nậm Pàn Khảo sát các khu vực chứa chất thải rắn, môi trường đất xung quanh các cơ sở chế biến cà phê

Thời điểm khảo sát được thực hiện bắt đầu từ tháng 10/2020 đến tháng 11/2020 (do đây là thời điểm quả cà phê chín, các cơ sở chế biến cà phê bắt đầu thực hiện sơ chế, chế biến cà phê)

2.3.3 Phương pháp phỏng vấn

Phương pháp phỏng vấn được thực hiện với hai hình thức là phỏng vấn trực tiếp và phỏng vấn qua bảng hỏi được thực hiện đối với 03 đối tượng gồm các tổ chức, cá nhân chế biến cà phê, các hộ gia đình xung quanh và cán bộ của cơ quan quản lý nhà nước, chính chuyền địa phương để thu thập thông tin, số liệu, hiện trạng chế biến, công tác bảo vệ môi trường

- Đối với các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La: Phỏng vấn bằng bảng hỏi về quy mô công xuất, hiện trạng về các biện pháp bảo vệ môi trường, chất thải phát sinh

- Đối với cơ quan quản lý (đại diện UBND xã, phòng Tài nguyên môi trường

huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La; Sở Tài nguyên và Môi trường), phỏng vấn trực tiếp về

tình hình quản lý các cơ sở chế biến cà phê, các thủ tục môi trường đã phê duyệt, xác nhận, hiện trạng môi trường, chất thải phát sinh từ các cơ sở chế biến cà phê Số lượng cán bộ chuyên trách trong quản lý môi trường, các biện pháp quản lý đã được

áp dụng, các khó khăn vướng mắc đối với quản lý cơ sở chế biến cà phê

- Đối với các hộ dân xung quanh cơ sở chế biến cà phê, điều tra phỏng vấn trực tếp về hiện trạng môi trường xung quanh, ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường do chế biến cà phê, công tác quản lý môi trường của chính quyền địa phương Số lượng phiếu được thể hiện như sau:

Bảng 2.1 Đối tượng điều tra phỏng vấn

3 Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường 5

Trong quá trình phỏng vấn các cơ sở chế biến cà phê còn gặp một số khó khăn trong việc cung cấp thông tin Một số cơ sở chế biến cà phê không đồng ý cung cấp thông tin về quy mô, công suất và các hoạt động bảo vệ môi trường được thực hiện trong quá trình hoạt động Để hoàn thành được cuộc phỏng vấn đối với các cơ sở, tác giả đã có được sự hỗ trợ của chính quyền địa phương và phòng Tài nguyên và Môi