LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành chƣơng trình đào tạo khóa học 2013- 2017, đƣợc sự đồng ý của
trƣờng Đại học Lâm nghiệp – Khoa Quản lý Tài nguyên rừng và Mơi trƣờng, sau q
trình thực hiện nghiêm túc tơi đã hồn thành khóa luận: “Nghiên cứu xây dựng quy
trình xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn bằng phương pháp sinh học ”.
Nhân dịp này, tôi xin đƣợc bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến cơ giáo Th.S Nguyễn
Thị Ngọc Bích, Th.S Nguyễn Thị Bích Hảo ngƣời đã hƣớng dẫn, định hƣớng, khuyến
khích và giúp đỡ tơi trong suốt q trình làm khóa luận.
Tơi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Quản lý tài nguyên
rừng và môi trƣờng đã trang bị cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt thời gian
học tập tại trƣờng, cảm ơn Trung tâm Phân tích mơi trƣờng và Ứng dụng công nghệ
địa không gian trƣờng Đại học Lâm nghiệp đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất để tơi có
thể hồn thành khóa luận tốt nghiệp của mình.
Xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, nhân viên của Nhà máy sản xuất tinh
bột sắn Phú Mỹ đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi.
Cuối cùng, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên giúp
đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp.
Trong q trình thực hiện khóa luận, mặc dù bản thân đã nỗ lực cố gắng song
do cịn nhiều hạn chế về chun mơn và thời gian hồn thành khóa luận nên khơng
tránh khỏi những sai sót. Kính mong thầy cơ cùng các bạn góp ý để khóa luận đƣợc
hồn thiện hơn.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 18 tháng 5 năm 2017
Sinh viên

Bùi Thị Hiệp


TĨM TẮT KHĨA LUẬN
1. Tên khóa luận: “Nghiên cứu xây dựng quy trình xử lý nước thải sản xuất tinh bột
sắn bằng phương pháp sinh học”

2. Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Hiệp
3. Giáo viên hƣớng dẫn: Th.S Nguyễn Thị Bích Hảo
Th.S Nguyễn Thị Ngọc Bích
4. Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu chung: Đề tài góp phần nâng cao chất lƣợng nguồn nƣớc, hạn chế
tác động của nƣớc thải sản xuất công nghiệp đến cuộc sống con ngƣời và môi trƣờng.
- Mục tiêu cụ thể: Đánh giá mức độ ô nhiễm nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn sử
dụng để nghiên cứu thông qua một số chỉ tiêu PH, BOD5, COD, TSS, P tổng, NNH4+, Xianua. Xây dựng quy trình xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn bằng
phƣơng pháp yếm khí kết hợp với hiếu khí và sử dụng thực vật (cây môn nƣớc Colocasia esculenta).
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Phú Mỹ, xã Phong Phú, huyện Tân Lạc, tỉnh
Hịa Bình
- Cây mơn nƣớc
- Khóa luận nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn bằng bể
lọc sinh học kỵ khí dịng chảy xi kết hợp bể hiếu khí và sử dụng thực vật với quy
mơ phịng thí nghiệm thơng qua một số chỉ tiêu: PH, BOD5, COD, TSS, N-NH4+, PPO43-, Photpho tổng, Xianua.
6. Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá đặc trƣng của nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn.
- Nghiên cứu xây dựng quy trình xử lý nƣớc thải của nhà máy sản xuất tinh bột
sắn bằng phƣơng pháp yếm khí và sử dụng thực vật (cây môn nƣớc).
- Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn bằng quy trình vừa xây
dựng.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp thu thập và kế thừa tài liệu
- Phƣơng pháp thực nghiệm


- Phƣơng pháp phân tích trong phịng thí nghiệm
- Phƣơng pháp xử lý số liệu nội nghiệp
8. Những kết quả đạt đƣợc

Sau q trình nghiên cứu, khóa luận đạt đƣợc những kết quả nhƣ sau:
- Nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn của Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Phú Mỹ có
các thơng số vƣợt q QCCP: BOD5 là 3889,5 mg/l cao gấp quy chuẩn 77,79 lần.
COD là 5760 mg/l cao gấp quy chuẩn 38,4 lần. TSS là 1095 mg/l vƣợt quy chuẩn
10,95 lần. Chỉ số N-NH4+ phân tích có hàm lƣợng cao 175,2 mg/l vƣợt quy chuẩn
17,52 lần. Photpho tổng là 87 mg/l cao gấp 14,5 lần so với quy chuẩn, cyanua phân
tích là 1,05 mg/l cao gấp 10,5 lần so với QCCP.
- Đề tài đề xuất giải pháp cơng nghệ với quy trình xử lý nƣớc thải sản xuất tinh
bột sắn nhƣ sau: Nƣớc thải từ bể điều hòa và bể lắng sẽ đƣợc chuyển đến bể lọc sinh
học kỵ khí sau đó đƣa qua bể hiếu khí để xử lý và cuối cùng chuyển qua bể thực vật.
Tại mỗi bể với thời gian lƣu nƣớc khác nhau cho kết quả xử lý khác nhau. Cụ
thể:
+ Bể lọc sinh học kỵ khí dịng chảy xi với vật liệu lọc bằng đá thời gian lƣu
nƣớc tốt nhất là 10h, hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm tại bể này là: COD đạt 75%,
BOD5 đạt 71,1%, N-NH4+ đạt 54,9%, Photpho tổng đạt 83,3%, tổng chất rắn lơ lửng
đạt 26,5% và xianua là 28,6%
+ Bể hiếu khí (Aerotank) thời gian lƣu nƣớc tốt nhất là 8h, hiệu suất xử lý các
chất ô nhiễm lần lƣợt nhƣ sau: COD đạt 66,7%, BOD5 đạt 71,5%, N-NH4+ đạt 57% ,
Photpho tổng đạt 42,6%, tổng chất rắn lơ lửng đạt 47,2% và xianua đạt 86,7%.
+ Bể thực vật thời gian lƣu nƣớc tốt nhất là 7 ngày. Kết thúc bể thực vật toàn bộ
chỉ tiêu đều đạt đạt giới hạn cho phép xả thải theo cột B của QCVN 40:2011/BTNMT
với hiệu suất xử lý nhƣ sau: BOD5 đạt 87,1%, COD đạt 70%, N-NH4+ đạt 74% ,
Photpho tổng đạt 48,5%, tổng chất rắn lơ lửng đạt 78,8% và Xianua đạt 50%.
Hà Nội, ngày 18 tháng 5 năm 2017
Sinh viên
Bùi Thị Hiệp


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT KHÓA LUẬN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ……………………………… 2
1.1. Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn…………………………………… ….. 2
1.1.1. Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn trên thế giới…………………… …....2
1.1.2. Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam…………………… …….4
1.1.3. Quy trình sản xuất tinh bột sắn………………………………………… ………..6
1.2. Nguồn phát sinh và đặc tính của nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn………………….9
1.3. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn ....................................... .11
1.3.1. Phƣơng pháp cơ học ............................................................................................ 11
1.3.2. Phƣơng pháp xử lý hóa – lý ................................................................................. 11
1.3.3. Phƣơng pháp xử lý hóa học……………………………………………………. 12
1.3.4. Phƣơng pháp xử lý sinh học……………………………………………………. . 12
1.4. Một số dây chuyền công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn……………. 26
1.4.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải bằng hồ sinh học…………………………… 26
1.4.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải kết hợp hóa lý và sinh học hiếu khí………… 28
CHƢƠNG 2: MỤC TIÊU – ĐỐI TƢỢNG – NỘI DUNG – PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………………………………………………………………………. 31
2.1. Mục tiêu nghiên cứu……………………………………………………………... 31
2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu……………………………………………….. 31
2.3. Nội dung nghiên cứu…………………………………………………………….. 31
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu………………………… ………………………………31
2.4.1. Phƣơng pháp thu thập và kế thừa tài liệu……………… ………………………31
2.4.2. Phƣơng pháp thực nghiệm……………………………… ……………………...32
2.4.3. Phƣơng pháp phân tích trong phịng thí nghiệm…………………… ………….38
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN……...…… …………...44



3.1. Đặc tính nƣớc thải nghiên cứu……………………………………………………44
3.2. Xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn bậc 1 bằng phƣơng pháp lọc sinh học kỵ khí …...45
3.2.1. Sự biến đổi của pH trong bể lọc sinh học kỵ khí…………………………… ….45
3.2.2. Sự biến đổi hàm lƣợng chất hữu cơ trong bể lọc sinh học kỵ khí………… …...46
3.2.3. Sự biến đổi của Nitơ trong bể lọc sinh học kỵ khí………………………… …..48
3.2.4. Sự biến đổi của Photpho trong bể lọc sinh học kỵ khí……………………… …51
3.2.5. Sự biến đổi của Xianua trong bể lọc sinh học kỵ khí……………………… …..53
3.2.6. Sự biến đổi của TSS trong bể lọc sinh học kỵ khí…………………………. ......53
3.3. Xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn bậc 2 bằng phƣơng pháp hiếu khí………...54
3.3.1. Sự biến đổi của chất hữu cơ trong bể hiếu khí…………………………… ……54
3.3.2. Sự biến đổi của Nitơ trong bể hiếu khí …………………………………… …...56
3.3.3. Sự biến đổi của Photpho trong bể hiếu khí ……………………………… …….58
3.3.4. Sự biến đổi của Xianua trong bể hiếu khí ……………………………… ……..59
3.3.5. Sự biến đổi của chất rắn lơ lửng trong bể hiếu khí ……………………… …….60
3.4. Xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn tại bể thực vật có bổ sung vật liệu lọc ……60
3.4.1. Sự biến đổi chất hữu cơ tại bể thực vật……………………………………… ...60
3.4.2. Sự biến đổi của Nitơ tại bể thực vật……………………………………… ……63
3.4.3. Sự biến đổi của Photpho tại bể thực vật …………………………………… ….66
3.4.4. Sự biến đổi của xianua tại bể thực vật ……………………………………… …68
3.4.5. Sự biến đổi của chất rắn lơ lửng tại bể thực vật …………………………… ….68
KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ …………………………………………….. 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Đặc tính nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn ....................................................... 10
Bảng 1.2: Thống kê hiện trạng áp dụng công nghệ xử lý nƣớc thải tại các nhà máy chế
biến tinh bột sắn ............................................................................................................. 30

Bảng 3.1: Kết quả phân tích mẫu nƣớc của Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Phú Mỹ .............. 44
Bảng 3.2: Xử lý BOD5 và COD trong bể lọc sinh học kỵ khí ...................................... 46
Bảng 3.3: Xử lý N-NH4+ và N-NO3- trong bể lọc sinh học kỵ khí ............................. 49
Bảng 3.4: Xử lý P-PO43- và Photpho tổng trong bể lọc sinh học kỵ khí ..................... 51
Bảng 3.5: Xử lý BOD5 và COD trong bể hiếu khí (Aerotank) ..................................... 54
Bảng 3.6: Xử lý N-NH4+ và N-NO3- trong bể hiếu khí (Aerotank) ............................ 56
Bảng 3.7: Xử lý P-PO43- và Photpho tổng sau bể Aerotank ........................................ 58
Bảng 3.8: Xử lý COD tại bể thực vật ............................................................................ 61
Bảng 3.9: Xử lý BOD5 tại bể thực vật .......................................................................... 62
Bảng 3.10: Xử lý N-NH4+ tại bể thực vật .................................................................... 63
Bảng 3.11: Kết quả xử lý N-NO3- tại bể thực vật......................................................... 65
Bảng 3.12: Xử lý P-PO43- tại bể thực vật..................................................................... 66
Bảng 3.13: Xử lý của Photpho tổng tại bể thực vật....................................................... 67


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Diễn biến sản lƣợng sắn thế giới giai đoạn 2005 – 2010 ................................ 2
Hình 1.2: Diện tích và sản lƣợng sắn năm 2011 tại một số quốc gia .............................. 3
Hình 1.3: Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột sắn kèm theo dịng thải ............................. 7
Hình 1.4: Sơ đồ quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí ...................... 13
Hình 1.5: Sơ đồ chuyển hóa xảy ra trong q trình sinh học kỵ khí ............................. 15
Hình 1.6: Sơ đồ q trình phân hủy hiếu khí ................................................................ 21
Hình 1.7: Sơ đồ xử lý nƣớc thải bằng hồ sinh học ....................................................... 27
Hình 1.8: Sơ đồ xử lý nƣớc thải kết hợp hóa lý và sinh học hiếu khí ........................... 29
Hình 2.1: Hệ thống xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn quy mơ phịng thí nghiệm.. 32
Hình 2.2: Bể lọc sinh học kỵ khí với vật liệu lọc bằng đá……………………………34
Hình 2.3: Bể hiếu khí ( Aerotank) ................................................................................. 35
Hình 2.4: Bể thực vật ..................................................................................................... 37
Hình 3.1: Sự biến đổi của pH trong bể lọc sinh học kỵ khí …………………………..45
Hình 3.2: Sự biến đổi BOD5 trong bể lọc sinh học kỵ khí ........................................... 47

Hình 3.3: Sự biến đổi COD trong bể lọc sinh học kỵ khí ............................................. 48
Hình 3.4: Sự biến đổi N-NH4+ trong bể lọc sinh học kỵ khí........................................ 49
Hình 3.5: Sự biến đổi N-NO3- trong bể lọc sinh học kỵ khí ........................................ 50
Hình 3.6: Sự biến đổi P-PO43- trong bể lọc sinh học kỵ khí ........................................ 52
Hình 3.7: Sự biến đổi Photpho tổng trong bể lọc sinh học kỵ khí ................................ 52
Hình 3.8: Sự biến đổi BOD5 trong bể hiếu khí (Aerotank) .......................................... 54
Hình 3.9: Sự biến đổi COD trong bể hiếu khí (Aerotank) ............................................ 55
Hình 3.10: Sự biến đổi của N-NH4+ trong bể hiếu khí (Aerotank) .............................. 56
Hình 3.11: Sự biến đổi N-NO3- trong bể hiếu khí (Aerotank) ..................................... 57
Hình 3.12: Sự biến đổi P-PO43- trong bể hiếu khí (Aerotank) ..................................... 58
Hình 3.13: Sự biến đổi COD tại bể thực vật ................................................................. 61
Hình 3.14: Sự biến đổi BOD5 tại bể thực vật ............................................................... 62
Hình 3.15: Sự biến đổi N-NH4+ tại bể thực vật............................................................ 64
Hình 3.16: Sự biến đổi của N-NO3 tại bể thực vật ....................................................... 65
Hình 3.17: Sự biến đổi của P-PO43- tại bể thực vật ..................................................... 66
Hình 3.18: Sự biến đổi của Photpho tổng tại bể thực vật .............................................. 67


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Tên

Tiếng anh

Tiếng việt

DO

Oxy hòa tan


Dissolved Oxygen

BOD

Biochemical Oxygen
Demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

TSS

Total Suspended Solid

Tổng chất rắn lơ lửng

STT

Số thứ tự

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCVN


Tiêu chuẩn Việt Nam

QCCP

Quy chuẩn cho phép

BTNMT

Bộ tài nguyên môi trƣờng

NXB

Nhà xuất bản

TNHH

Trách nhiệm hữu hạn


ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong thời kỳ cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc nhƣ hiện nay, mơi trƣờng là
vấn đề bất cập không chỉ riêng quốc gia nào mà là vấn đề của toàn cầu. Phát triển kinh tế
xã hội là nhu cầu của mỗi quốc gia nhƣng cần phải có sự phát triển bền vững, phát triển
ln cân bằng giữa ba yếu tố: Kinh tế - môi trƣờng – xã hội.
Trong các ngành công nghiệp trọng điểm của nƣớc ta thì sản xuất tinh bột sắn là
ngành kinh tế đƣợc thu hút và chú trọng đầu tƣ của các nhà sản xuất. Tinh bột sắn là
một thành phần quan trọng bậc nhất trong chế độ dinh dƣỡng của loài ngƣời cũng nhƣ
các động vật khác. Ngoài sử dụng làm thực phẩm, tinh bột sắn còn là nguyên liệu sản
xuất cho nhiều sản phẩm khác nhƣ trong công nghệ mỹ phẩm, sản xuất giấy, rƣợu,

băng bó xƣơng… do vậy các nhà máy và các cơ sở sản xuất tinh bột sắn đƣợc mở
rộng và phát triển.
Nhu cầu sử dụng nƣớc trong sản xuất tinh bột sắn là rất lớn nên sau khi sử dụng
cũng thải ra môi trƣờng một lƣợng nƣớc thải tƣơng đƣơng. Nếu khơng có biện pháp
xử lý trƣớc khi thải bỏ, hàm lƣợng chất hữu cơ trong nƣớc thải sẽ gây ô nhiễm đến
nguồn nƣớc mặt và diện tích đất đai xung quanh vùng xả thải. Nghiêm trọng hơn nếu
chất hữu cơ ngấm xuống mạch nƣớc ngầm, chúng sẽ phá hủy chất lƣợng nguồn nƣớc
ảnh hƣởng đến chất lƣợng sống của ngƣời dân trong khu vực. Nhằm đáp ứng nhu cầu
phát triển bền vững của xã hội thì việc nghiên cứu biện pháp xử lý nƣớc thải sản xuất
tinh bột sắn là vô cùng cần thiết.
Công nghệ xử lý nƣớc thải nói chung và nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn nói riêng
đang càng ngày đi sâu vào áp dụng công nghệ sinh học. Hơn nữa đặc trƣng nƣớc thải
tinh bột sắn có hàm lƣợng chất hữu cơ cao dễ phân hủy, giá trị BOD, COD cao thì
việc áp dụng phƣơng pháp sinh học là một giai đoạn không thể thiếu trong hệ thống
xử lý. Hiện nay phƣơng pháp lọc sinh học kỵ khí kết hợp hiếu khí và thực vật thủy
sinh cũng là một lựa chọn chiếm ƣu thế trong việc xử lý nƣớc thải do hiệu quả cao.
Xuất phát từ nhu cầu trên, đề tài tơi chọn trong khóa luận này là “Nghiên cứu xây
dựng quy trình xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn bằng phương pháp sinh học”
với mong muốn sẽ góp phần trong công đoạn xử lý nƣớc thải trƣớc khi xả ra nguồn
tiếp nhận nhằm nâng cao chất lƣợng nguồn nƣớc, hạn chế tác động của nƣớc thải đến
cuộc sống con ngƣời và môi trƣờng .

1


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn
1.1.1. Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn trên thế giới
Sắn là loại cây lƣơng thực quan trọng ở nhiều nƣớc trên thế giới. Sắn có xuất xứ
từ Trung – Nam Mỹ. Sau đó phát triển sang Châu Phi, Châu Á cùng với sự phát triển

của nhiều ngành công nghiệp cây sắn ngày càng trở nên có giá trị kinh tế cao.
Hiện nay, sắn đƣợc trồng ở hơn 100 quốc gia trên thế giới với diện tích khoảng
18,96 triệu ha, sản lƣợng sắn toàn thế giới trong nhiều năm trở lại đây duy trì tƣơng
đối ổn định ở mức sản lƣợng 230 triệu tấn sắn.

Hình 1.1: Diễn biến sản lƣợng sắn thế giới giai đoạn 2005 – 2010
(Nguồn: FAO, năm 2011)
Năm 2006 sản lƣợng sắn thế giới đạt 211,26 triệu tấn củ tƣơi, nhƣng đến năm
2007 sản lƣợng sắn trên thế giới đạt 226,34 triệu tấn. Nhƣ vậy sản lƣợng sắn trên thế
giới tăng 15,08 triệu tấn. Năm 2011, tổng sản lƣợng sắn thế giới đạt 250,2 triệu tấn củ
tƣơi, tăng 6% so với năm trƣớc. Sự gia tăng sản lƣợng mạnh mẽ này bởi ngành chế
biến công nghiệp nhiên liệu sinh học ethanol sử dụng sắn làm nguyên liệu đầu vào tại
các quốc gia Đông Nam Á cùng với nhu cầu lƣơng thực tăng tại Châu Phi. Trong đó,
Nigeria là quốc gia sản xuất sắn hàng đầu thế giới với sản lƣợng hai năm gần đây
(2009 - 2010) có xu hƣớng giảm xuống đạt khoảng 37 triệu tấn so với giai đoạn 2006 2008 liên tục đạt trên dƣới 45 triệu tấn. Năm 2011, sản lƣợng sắn của Nigeria cũng đã

2


hồi phục lên xấp xỉ 40 triệu tấn, tăng 4% so với năm trƣớc. Quốc gia có sản lƣợng sắn
lớn thứ hai thế giới là Brazil với sản lƣợng thƣờng niên trong giai đoạn 2009 - 2010
vào khoảng 24 triệu tấn sắn củ tƣơi, giảm khoảng 8% so với giai đoạn 2 năm trƣớc đó.
Năm 2011, sản lƣợng sắn của quốc gia này cũng đã hồi phục trở lại lên mức trên 26
triệu tấn, tăng 8% so với năm trƣớc đó. Indonesia, Cộng hịa Cơng gơ và Thái Lan là
ba quốc gia có sản lƣợng sắn lớn tiếp theo trên thế giới, với sản lƣợng hàng năm trong
giai đoạn 2009 - 2011 vào khoảng 22 triệu tấn củ. Các nƣớc cịn lại trong nhóm 10
quốc gia có sản lƣợng sắn hàng đầu thế giới bao gồm Angola, Ghana, Việt Nam, Ấn
Độ, Mozambic. Mƣời quốc gia sản xuất sắn hàng đầu chiếm 75% tổng sản lƣợng sắn
toàn thế giới. Tại Thái Lan, Việt Nam và Indonesia, sắn trở thành một loại cây công
nghiệp hàng năm quan trọng và đƣợc thu mua để chế biến thành các sản phẩm xuất

khẩu [30].

Hình 1.2: Diện tích và sản lƣợng sắn năm 2011 tại một số quốc gia
(Nguồn: FAO, năm 2011)
Trung Quốc hiện là nƣớc nhập khẩu sắn nhiều nhất thế giới để làm cồn sinh học
(bio ethanol), tinh bột biến tính (modify starch), thức ăn gia súc và dùng trong công
nghiệp thực phẩm dƣợc liệu. Địa điểm chính tại tỉnh Quảng Tây. Năm 2005, Trung
Quốc đã nhập khẩu 1,03 triệu tấn tinh bột, bột sắn và 3,03 triệu tấn sắn lát, sắn viên.
Năm 2006, Trung Quốc đã nhập khẩu 1,15 triệu tấn tinh bột, bột sắn và 3,40 triệu tấn
sắn lát và sắn viên.

3


Thái Lan là nƣớc mà toàn bộ sắn thu hoạch đều đƣợc sử dụng trong công
nghiệp với các sản phẩm chính là sắn lát, sắn viên và tinh bột sắn. Trên 55% sản lƣợng
sắn của Thái Lan đƣợc sử dụng dƣới dạng sắn lát phơi khô làm thức ăn cho gia súc.
Trong đó 99% trực tiếp đƣợc xuất khẩu vào các nƣớc châu Á, chỉ có 10% tiêu thụ
trong nội địa, mặc dù sản lƣợng sắn củ tƣơi chiếm khoảng 18 triệu tấn trên sản lƣợng
toàn cầu là 175 triệu tấn.
Hiện nay, thế giới đang trong tình trạng thiếu lƣơng thực nghiêm trọng thì các
ngành sản xuất lƣơng thực - thực phẩm của các nƣớc, nhất là ngành sản xuất tinh bột
sắn sẽ đem hiệu quả kinh tế cao cũng nhƣ giải quyết đƣợc vấn đề thiếu lƣơng thực của
thế giới. Nhu cầu tiêu thụ tăng cao sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành sản xuất tinh
bột sắn trên thế giới phát triển.
1.1.2. Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam
Ở Việt Nam, sắn là cây lƣơng thực quan trọng đứng hàng thứ ba sau lúa và ngơ.
Năm 2005, cây sắn có diện tích thu hoạch 432 nghìn ha, năng suất 15,35 tấn/ha, sản
lƣợng 6,6 triệu tấn, so với cây lúa có diện tích 7.326 ha, năng suất 4,88 tấn/ha, sản
lƣợng 35,8 triệu tấn, cây ngơ có diện tích 995 ha, năng suất 3,51 tấn/ha, sản lƣợng gần

một triệu tấn (FAO, 2007). Cây sắn hiện nay đã chuyển đổi vai trò từ cây lƣơng thực thực phẩm truyền thống thành cây cơng nghiệp hàng hóa có lợi thế cạnh tranh cao, q
trình hội nhập đang mở rộng thị trƣờng sắn tạo nên những cơ hội chế biến tinh bột và
các sản phẩm từ tinh bột khác góp phần vào sự phát triển của đất nƣớc. Cây lƣơng thực
sắn đƣợc canh tác phổ biến ở hầu hết các tỉnh của các vùng sinh thái nông nghiệp. Các
vùng trồng sắn chủ yếu là Bắc Trung Bộ, Duyên Hải miền Trung, Tây Nguyên, Đông
Nam Bộ và Trung du vùng núi phía Bắc. Diện tích trồng sắn của 5 vùng này sinh thái
này chiếm 97% diện tích sắn cả nƣớc. Trong đó diện tích sắn trồng nhiều nhất ở vùng
Bắc Trung Bộ và Duyên hải miền Trung (168,80 ngàn ha). Tây Nguyên là vùng sản
xuất lớn thứ hai của cả nƣớc, tập trung chủ yếu ở bốn tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk
và Đăk Nông. Năm 2008, diện tích sắn của Tây Nguyên là 150,100 ha, năng suất bình
quân đạt 15,7 tấn/ha, tổng sản lƣợng 2,35 triệu tấn thấp hơn nhiều so với năng suất và
sản lƣợng sắn của vùng Đông Nam Bộ với năng suất là 23,74 tấn/ha, tổng sản lƣợng là
2,60 triệu tấn (Tổng cục thống kê, 2009).
Sản xuất sắn là nguồn thu nhập quan trọng của các hộ nơng dân nghèo do sắn
dễ trồng, ít kén đất, ít vốn đầu tƣ, phù hợp sinh thái và điều kiện kinh tế nông hộ. Sắn

4


chủ yếu dùng để bán (48,6%), dùng làm thức ăn gia súc (22,4%), chế biến thủ cơng
(16,8%), chỉ có 12,2% dùng tiêu thụ tƣơi.
Việt Nam đang sản xuất hằng năm hơn 2 triệu tấn củ tƣơi, đứng thứ 11 trên thế
giới về sản lƣợng sắn, nhƣng lại là nƣớc xuất khẩu đứng thứ ba trên thế giới sau Thái
Lan và Indonesia (Bộ NN & PTNT, 2002). Hiện nay cả nƣớc có 60 nhà máy chế biến
tinh bột sắn ở quy mô lớn, công suất 50 – 200 tấn tinh bột sắn/ngày và trên 4000 cơ sở
chế biến thủ công. Việt Nam hiện sản xuất mỗi năm khoảng 800.000 – 1.200.000 tấn
tinh bột sắn, trong đó trên 70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ trong nƣớc. Tính cho
đến hết tháng 11/2009 có khoảng 3 triệu tấn sắn và tinh bột đƣợc xuất khẩu với tổng trị
giá gần 500 triệu USD. Năm 2009, trong khi nhiều loại hàng hóa xuất khẩu chậm và
giảm mạnh về giá trị thì tinh bột sắn lên ngôi với mức xuất khẩu tăng hơn 4 lần về sản

lƣợng và tăng 3 lần về kim ngạch. Bảy tháng đầu năm, cả nƣớc xuất khẩu đƣợc 2,66
triệu tấn sắn lát khô và tinh bột sắn, kim ngạch đạt 406 triệu USD, tăn 4,4 lần về sản
lƣợng, 2,8 lần về kim ngạch so với cùng kỳ năm trƣớc. Với kết quả trên Bộ Công
thƣơng vào mặt hàng xuất khẩu chủ lực năm 2009. Theo số liệu của Tổng cục Hải
quan, năm 2010 Việt Nam xuất khẩu đƣợc 1,677 nghìn tấn sắn và các sản phẩm từ sắn,
thu về 556 triệu USD. Đến năm 2012, Việt Nam xuất khẩu hơn 4,2 triệu tấn sản phẩm
sắn các loại trị giá 1,35 tỷ USD, tăng hơn 57% về lƣợng và gần 41% về giá trị so với
năm 2011.
Năm 2012, khối lƣợng sắn và các sản phẩm từ sắn xuất khẩu đạt kỷ lục trong đó
các thị trƣờng nhập khẩu chính đều tăng mạnh: Trung Quốc tăng 65,1% về lƣợng và
66,6% về giá trị; Hàn tăng 11,4% về lƣợng và 5% về giá trị; Philippines tăng 30,9% về
lƣợng và 77,8% về giá trị. Riêng Malaysia có sự sụt giảm về cả lƣợng và giá trị với
mức giảm tƣơng ứng 20% và 16%. Trong 8 tháng đầu năm 2013, Việt Nam đã xuất
khẩu 3,2 triệu tấn sản phẩm sắn các loại, đạt kim ngạch 757 triệu USD, giảm 28% về
lƣợng và giảm 22,33% về giá trị so với cùng kỳ năm 2012. Trung Quốc vẫn là thị
trƣờng nhập khẩu lớn nhất, chiếm 86% tổng xuất khẩu sản phẩm sắn của Việt Nam,
với 1,9 triệu tấn trị giá 646 triệu USD, giảm 31,2% về lƣợng và giảm 24,43% về trị giá
so với cùng kỳ năm 2012. Hàn Quốc đứng thứ hai về nhập khẩu sắn từ Việt Nam với
180.200 tấn, trị giá 48,8 triệu USD, tăng 54,6% về lƣợng và tăng 60% về trị giá.
Philippines vẫn đứng thứ ba, nhập khẩu 50.300 tấn, trị giá 17,6 triệu USD, tăng 60%

5


về lƣợng và tăng 30% về giá trị so với năm 2012. Đây là hai thị trƣờng nhập khẩu tăng
trƣởng nhất so với các thị trƣờng khác [31].
Sản xuất lƣơng thực là ngành trọng tâm và có thế mạnh của Việt Nam tầm nhìn
đến năm 2020. Chính phủ Việt Nam chủ trƣơng đẩy mạnh sản xuất lúa, ngô và coi
trọng việc sản xuất sắn, khoai lang ở những vùng, những vụ có điều kiện phát triển.
Thị trƣờng xuất khẩu sắn lát và tinh bột sắn Việt Nam dự báo thuận lợi và có lợi thế

cạnh tranh cao do có nhu cầu cao về chế biến bioethanol, bột ngọt, thức ăn gia súc và
những sản phẩm tinh bột biến tính. Diện tích sắn của Việt Nam dự kiến ổn định
khoảng 450 nghìn ha nhƣng sẽ tăng năng suất và sản lƣợng sắn bằng cách chọn tạo và
phát triển các giống sắn tốt có năng suất củ tƣơi và hàm lƣợng tinh bột cao, xây dựng
và hồn thiện quy trình kỹ thuật canh tác sắn bền vững và thích hợp vùng sinh thái.
1.1.3. Quy trình sản xuất tinh bột sắn
Hiện nay khơng chỉ ở Việt Nam mà trên thế giới việc sản xuất tinh bột sắn là
một trong những ngành công nghiệp đƣợc chú trọng phát triển và mang lại hiệu quả
kinh tế cao. Hầu hết hoạt động sản xuất đều đƣợc sử dụng thiết bị hiện đại cho năng
suất thu hồi tinh bột cao và tiêu hao nguyên nhiên liệu thấp. Tại một số nƣớc đang phát
triển nhƣ Indonesia, Thái Lan, Ấn Độ, Việt Nam… việc sản xuất tinh bột sắn thể hiện
dƣới 3 dạng:
+ Sản xuất quy mô nhỏ hộ gia đình
+ Sản xuất quy mơ vừa bán cơ giới
+ Sản xuất cơng nghiệp
Q trình sản xuất tinh bột sắn đƣợc chia thành các giai đoạn khác nhau và
đƣợc thể hiện trong hình 1.3

6


Sắn củ

Nƣớc sạch

Bóc vỏ, tách tạp

Vỏ sắn, tạp chất

chất


Nƣớc thải

Băm nhỏ
Nghiền nhỏ
H2SO4
Trích ly, tách xơ

Phân ly

Ly tâm, tách
nƣớc
Khí nóng

Sấy khơ

Bã sắn
Nƣớc tuần hồn

Nƣớc tái sử dụng

Rửa củ

Nén ép

Bã khơ

Khí thải

Sàng đóng bao


Sản phẩm
Hình 1.3: Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột sắn kèm theo dịng thải
Thuyết minh quy trình:
Cơng đoạn 1: Rửa và bóc vỏ
Sắn củ tƣơi sau khi thu mua phải đƣợc chế biến ngay, sắn từ khi thu hoạch cho
đến khi chế biến khoảng hai ngày, sắn đƣợc đƣa vào phễu phân phối nhằm cung cấp
cho dây chuyền sau một cách từ từ. Sắn đƣợc băng chuyền xích đƣa vào thùng quay
hình trụ, nằm ngang. Tại đây dƣới sự va đập của các củ sắn với nhau và củ sắn va đập

7


vào thành lồng, vỏ lụa, đất cát đƣợc loại bỏ, đồng thời nƣớc đƣợc phun vào để rửa củ.
Công đoạn này càng làm sạch càng tốt để tránh ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm.
Công đoạn 2: Công đoạn nghiền
Tại đây sắn đƣợc chặt nhỏ và nghiền để phá vỡ cấu trúc tế bào nhằm giải phóng
tinh bột thành các hạt riêng biệt và không bị hƣ hại ra khỏi các thành phần khơng tan
khác. Q trình nghiền càng mịn thì hiệu suất thu hồi tinh bột càng hiệu quả và ngƣợc
lại. Tuy nhiên cũng không nên nghiền quá mịn sẽ tốn năng lƣợng và chất xơ trở nên
quá mịn dẫn đến khó tách chúng ra khỏi tinh bột. Sắn củ tƣơi sau khi bóc vỏ và rửa củ
đƣợc băng chuyền đƣa đến máy nghiền hoặc máy băm và mài có lắp các răng cƣa, tại
đây sắn đƣợc làm tơi kết hợp với nƣớc đƣợc bơm vào tạo thành hỗn hợp bã - nƣớc bột, hỗn hợp này đƣợc đƣa đến hồ chứa
Sau khi nghiền hay mài củ sắn gồm các alkaloid, các cyanide đƣợc giải phóng.
Hydrogen cyanide có khả năng bay hơi ở nhiệt độ 27˚C, phần còn lại nằm trong khối
bột nhão. Khi cấu trúc tế bào bị phá vỡ chúng phản ứng ngay với oxy ngồi khơng khí
tạo ra các hợp chất có màu và có khả năng bám chắc vào tinh bột làm giảm chất
lƣợng sản phẩm. Do vậy ngƣời ta thêm dung dịch Na2SO3, H2SO3 hoặc sục khí SO2
vào để khử các hợp chất màu nhờ vào thế khử của các hợp chất sunfua. Ngoài ra SO2
còn hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.

Cơng đoạn 3: Cơng đoạn trích ly, tách xơ
Đây là công đoạn quan trọng nhất quyết định tỷ lệ thu hồi và chất lƣợng của tinh
bột, công đoạn này thƣờng đƣợc tiến hành qua nhiều công đoạn nhƣ: Tách bã thô,
tách dịch bào, tách bã mịn
Công đoạn 4: Ly tâm tách nước
Mục đích của cơng đoạn này là tách bớt nƣớc trong dịch sữa bột ra để giúp cho
công đoạn sấy khô đƣợc nhanh hơn. Phần nƣớc dịch lọt qua vãi và lƣới lọc của máy
ly tâm có hàm lƣợng tinh bột thấp và đƣợc đƣa vào máy mài để thu hồi lƣợng tinh bột
và tiết kiệm đƣợc nguồn nƣớc. Tinh bột thu đƣợc sau ly tâm có độ ẩm 31 – 34%.
Công đoạn 5: Công đoạn sấy khô
Bột nhão ƣớt thu đƣợc ở công đoạn tách nƣớc chuyển sang sấy nhanh theo
nguyên lý sấy phun, ở đây dƣới tác dụng của dịng khí nóng với vận tốc 15 – 20 m/s
tinh bột sẽ đƣợc xé tơi và làm khô rất nhanh (2 – 3 giây), sấy ở nhiệt độ 45 – 50˚C.

8


Sau khi đƣợc làm khô tại đây hỗn hợp tinh bột và khí nóng đƣợc đƣa qua cyclone. Ở
đây tinh bột đƣợc tách ra khỏi tác nhân sấy - khí nóng.
Cơng đoạn 6: Sàng, phân loại, đóng bao
Để nâng cao tính đồng nhất của sản phẩm, tinh bột thu đƣợc sau công đoạn sấy
đƣợc đƣa vào sàng phân loại. Ở đây những hạt nhỏ mịn, đạt tiêu chuẩn đƣợc đƣa tới
thùng chứa để đóng bao, những hạt to đƣợc đƣa qua máy nghiền nhỏ, sau đó lại đƣợc
đƣa quay trở lại sàng để phân loại tiếp.
1.2. Nguồn phát sinh và đặc tính của nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn
Quá trình sản xuất tinh bột sắn là một quy trình cơng nghệ có nhu cầu sử dụng
nƣớc khá lớn khoảng 25-40 m3/tấn sản phẩm, tùy thuộc vào công nghệ khác nhau.
Lƣợng nƣớc thải này chiếm 80-90% tổng lƣợng nƣớc sử dụng, mang theo một phần
tinh bột không thu hồi hết trong sản xuất, các protein, chất béo, các chất
khoáng…Trong dịch bào của củ và các thành phần SO32-, SO42- từ công đoạn tẩy

trắng sản phẩm. Lƣu lƣợng thải lớn và có nồng độ chất hữu cơ cao (16-20 kg COD/m3
nƣớc thải) là nguồn gây ô nhiễm lớn cho môi trƣờng.
Trong quy trình sản xuất này, nguồn gây ơ nhiễm nƣớc gồm nƣớc thải rửa củ và
tinh chế bột là hai nguồn gây ơ nhiễm chính trong cơng nghệ chế biến tinh bột sắn
Nƣớc thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thơng số đặc trƣng
nhƣ: pH thấp, hàm lƣợng chất hữu cơ và vô cơ cao, thể hiện qua hàm lƣợng chất rắn
lơ lửng (SS), các chất dinh dƣỡng chứa N, P, các chỉ số về nhu cầu oxy sinh hoá học
(BOD), nhu cầu oxy hoá học (COD)... với nồng độ rất cao. Đặc điểm của nƣớc thải
đƣợc sinh ra từ các công đoạn sản xuất chính nhƣ:
- Nƣớc thải trong cơng đoạn rửa củ, bóc vỏ chiếm 30% tổng lƣợng nƣớc sử dụng
chứa chủ yếu là cát, sạn, hàm lƣợng chất hữu cơ không cao, pH ít biến động khoảng
từ 6,5 - 6,8
- Nƣớc thải trong cơng đoạn tinh chế bột có hàm lƣợng ô nhiễm chất hữu cơ cao,
hàm lƣợng cặn lơ lửng cặn khó chuyển hóa lớn, pH khoảng 5,7- 6, lƣợng nƣớc này
chiếm khoảng 60%
- Ngồi hai nguồn ơ nhiễm trên cịn có nƣớc thải từ q trình lắng trích ly, rửa
thiết bị máy móc, sinh hoạt
+ Lắng trích ly: chứa tinh bột, xenluloza, protein thực vật, lignin và cyanua, do
đó có SS, BOD, COD rất cao, pH thấp

9


+ Rửa máy móc, thiết bị, vệ sinh nhà xƣởng: có chứa dầu máy, SS, BOD.
+ Nƣớc thải sinh hoạt (nƣớc thải từ nhà bếp, nhà tắm, nhà vệ sinh) chứa các chất
cặn bã, SS, BOD, COD, các chất dinh dƣỡng (N, P) và vi sinh vật…
+ Nƣớc mƣa chảy tràn tại nhà máy cuốn theo các chất cặn bã, rác, bụi.
Ngồi ra, trong q trình sản xuất, HCN hồ tan trong nƣớc rửa bã, thoát khỏi
dây chuyền sản xuất cũng góp phần gây ơ nhiễm mơi trƣờng tạo màu sẫm của nƣớc
thải

- Axit hữu cơ cyanuahydric (HCN) là độc tố có trong vỏ sắn. Khi chƣa đào,
trong củ sắn khơng có HCN tự do mà ở dạng liên kết glucozit gọi là phazeolutanin có
cơng thức hóa học là C10H17NO6. Sau khi đào, dƣới tác dụng của enzym cyanoaza
hoặc trong mơi trƣờng axit thì phazeolutanin phân hủy tạo thành glucoza, axeton và
axit cyanuahydric. Axit này gây độc toàn thân cho ngƣời. Cyanua ở dạng lỏng trong
dung dịch là chất linh hoạt, khi vào cơ thể nó kết hợp với enzym trong xitochrom làm
ức chế khả năng cấp ôxy cho hồng cầu. Do đó, các cơ quan của cơ thể bị thiếu ơxy.
Nồng độ HCN thấp có thể gây chóng mặt, miệng đắng, buồn nôn. Nồng độ HCN cao
gây cảm giác bồng bềnh, khó thở, da hồng, co giật, mê man, bất tỉnh, hoa mắt, đồng
tử giãn, đau nhói vùng tim, tim ngừng đập và gây tử vong. Trong sản xuất sắn, HCN
tồn tại trong nƣớc thải, có phản ứng với sắt tạo thành sắt cyanua có màu xám. Nếu
khơng tách nhanh HCN sẽ ảnh hƣởng tới màu của tinh bột và màu của nƣớc thải.
Hàm lƣợng độc tố HCN trong củ sắn 0,001 - 0,04% chủ yếu ở vỏ. Lƣợng
cyanuahydric trong nƣớc thải chế biến củ khoai mì có thể lên đến 3 – 5 mg/l, trong
khi chỉ với hàm lƣợng dƣới 0,3 mg/l đã gây chết cá hàng loạt.
Bảng 1.1: Đặc tính nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn
STT
1
2
3
4
5
6
7

Thành phần

Đơn vị

Giá trị


QCVN 40:2011
Cột B
PH
4,5 – 5,3
5,5 - 9
COD
mg/l
10000
150
BOD5
mg/l
8000
50
TSS
mg/l
2300
100
CNmg/l
20
0,1
N tổng
mg/l
170
40
P tổng
mg/l
30
6
(Nguồn: Công ty TNHH công nghệ môi trường Nhiệt đới, 2013 )


10


Qua bảng 1.1 ta thấy nƣớc thải tinh bột sắn có giá trị pH thấp, hàm lƣợng chất
lơ lửng lớn, ô nhiễm chất hữu cơ cao và bị nhiễm chất độc Cyanua. Hầu hết các thơng
số đều có nồng độ vƣợt quá QCCP: COD cao gấp 66,67 lần so với quy chuẩn, BOD5
cao gấp 160 lần, chất răn lơ lửng cao gấp 2,3 lần, Nitơ tổng cao gấp 4,45 lần, Photpho
tổng cao gấp 5 lần so với quy chuẩn, đặc biệt Cyanua có giá trị rất cao gấp 200 lần so
với quy chuẩn cho phép.
Với đặc trƣng nƣớc thải tinh bột sắn nhƣ trên, nếu không xử lý triệt để trƣớc khi
thải ra ngoài sẽ gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến môi trƣờng và sức khỏe của con
ngƣời.
1.3. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn
Nƣớc thải sau khi phân luồng đƣợc xử lý theo các phƣơng án khác nhau với
nƣớc thải đặc trƣng của nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn có hàm lƣợng chất hữu cơ cao,
chất rắn lơ lửng cao, nƣớc thải sản xuất tinh bột cịn chứa các chất khó hoặc chậm
chuyển hóa. Vì vậy cơng nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn tƣơng đối phức
tạp. Việc lựa chọn phƣơng pháp cũng nhƣ biện pháp, cơng trình cần phụ thuộc vào
tính chất của nƣớc thải, mức độ cần làm sạch.
1.3.1. Phƣơng pháp cơ học
Quá trình xử lý cơ học đƣợc thực hiện ở giai đoạn đầu của quá trình xử lý hay
cịn gọi là q trình xử lý sơ bộ với mục đích loại bỏ các tạp chất khơng tan bao gồm
các tạp chất vô cơ, hữu cơ, các chất lơ lửng trong nƣớc nhƣ: các vật nổi lơ lửng có
kích thƣớc lớn nhƣ mảnh gỗ, nhựa, giấy, vỏ hoa quả, bao bì đựng hóa chất, những cặn
sỏi đá, kim loại. Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc áp dụng đối với nƣớc thải rửa củ sắn
có chứa nhiều đất, cát, vỏ.
Các công đoạn xử lý cơ học bao gồm:
Song chắn rác → Bể điều hòa → Bể lắng sơ bộ
Hiệu quả của phƣơng pháp xử lý cơ học: Có thể loại bỏ đƣợc đến 60% tạp chất

khơng hịa tan có trong nƣớc thải và giảm BOD5 đến 30%. Để tăng hiệu suất của cơng
trình xử lý cơ học có thể dùng biện pháp làm thống sơ bộ, thống gió đơng tụ sinh
học, hiệu quả xử lý đạt 75% theo hàm lƣợng chất lơ lửng và 40 – 50% theo BOD5 [1].
1.3.2. Phƣơng pháp xử lý hóa – lý
Bản chất của q trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp hóa lý là áp dụng các
q trình vật lý, hóa học để đƣa vào nƣớc thải chất phản ứng nào đó gây tác động với

11


các tạp chất bẩn, biến đổi hóa học, tạo thành các chất khác dƣới dạng cặn hoặc chất
hòa tan nhƣng không độc hại hoặc ô nhiễm môi trƣờng. Giai đoạn xử lý hóa lý có thể
xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với phƣơng pháp cơ học, hóa học, sinh học trong cơng
nghệ xử lý nƣớc thải hồn chỉnh
Những phƣơng pháp hóa lý đƣợc áp dụng là: keo tụ, đông tụ, tuyển nổi, hấp phụ,
trao đổi ion…
1.3.3. Phƣơng pháp xử lý hóa học
Các phƣơng pháp hóa học dùng trong xử lý nƣớc thải gồm có: Trung hịa, oxy
hóa và khử trùng. Tấ cả phƣơng pháp này dùng tác nhân hóa học nên là phƣơng pháp
đắt tiền. Ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp hóa học để khử các chất hịa tan và trong các
bể hệ thống cấp nƣớc khép kín. Đôi khi phƣơng pháp này dùng xử lý sơ bộ trƣớc xử
lý sinh học hay sau công đoạn này nhƣ là một phƣơng pháp xử lý nƣớc thải lần cuối
trƣớc khi thải vào nguồn.
1.3.4. Phƣơng pháp xử lý sinh học
Đây là phƣơng pháp có hiệu quả đối với loại nƣớc thải ngành chế biến thực phẩm
và các loại nƣớc thải có hàm lƣợng chất hữu cơ cao.
Phƣơng pháp này sử dụng các vi sinh vật để phân giải các chất ô nhiễm hữu cơ có
trong nƣớc thải . Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn
dinh dƣỡng để xây dựng tế bào, đồng thời để khai thác năng lƣợng cho quá trình sống.
Nhờ hoạt động của vi sinh vật, các chất ô nhiễm đƣợc chuyển hóa, nƣớc đƣợc làm sạch.

Q trình xử lý sinh học gồm các bƣớc:
- Bƣớc 1: Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và
dạng hịa tan thành thể khí và thành vỏ các tế bào vi sinh.
- Bƣớc 2: Tạo ra các bông cặn sinh học bao gồm các tế bào vi sinh vật và các
chất keo vô cơ trong nƣớc thải.
- Bƣớc 3: Loại các bông cặn ra khỏi nƣớc bằng quá trình trọng lực.
Để quá trình xử lý bằng phƣơng pháp sinh học đạt hiệu quả thì nƣớc thải phải:
+ Khơng có các chất độc làm chết hoặc ức chế hồn tồn hệ vi sinh vật nhƣ các
chất vơ cơ, chất hữu cơ, các kim loại nặng.
+ Các chất hữu cơ trong nƣớc thải phải là cơ chất dinh dƣỡng nguồn cacbon và
năng lƣợng cho vi sinh vật. Các hợp chất hidratcacbon, protein, lipit hòa tan thƣờng là
cơ chất dinh dƣỡng tốt cho vi sinh vật.

12


+ Có hàm lƣợng chất hữu cơ BOD5/COD ≥ 0,5
+ Tổng lƣợng muối: ≤ 4 - 5 g/l
 Ưu điểm của phương pháp sinh học:
+ Khá đơn giản, rẻ tiền
+ Hiệu quả xử lý BOD, COD cao
+ Không gây ô nhiễm thứ cấp
+ Ngồi ra cịn thu Biogas trong q trình phân hủy sinh học làm nhiên liệu khí
đốt.
Phƣơng pháp xử lý sinh học đƣợc tiến hành trên ba nguyên tắc: xử lý hiếu khí
(aerobic), xử lý kỵ khí (anaerobic) và xử lý thiếu khí (anoxic).
1.3.4.1. Phƣơng pháp kỵ khí
Nguyên tắc của phƣơng pháp này là sử dụng các vi sinh vật kỵ khí và sinh vật
tùy nghi để phân hủy các hợp chất hữu cơ và vơ cơ có trong nƣớc thải, ở điều kiện
khơng có oxi hịa tan với nhiệt độ, pH thích hợp để cho các sản phẩm dạng khí (chủ

yếu là CO2, CH4). Q trình kỵ khí phân hủy các chất bẩn có thể mơ tả bằng sơ đồ
sau:
(CHO)nNS

VSV

CO2 + H2O + CH4+ + H2S + H2 + Tế bào vi sinh vật + ∆H

Quá trình phân hủy kỵ khí gồm 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong phân hủy chất hữu
cơ thể hiện ở hình 1.4
Chất hữu cơ phức tạp (Gluxit, Protein, Lipit)

Chất hữu cơ đơn giản (Đƣờng đơn, Peptit, Axit
amin, Glixerin, Axit béo)

Các axit béo dễ bay hơi (Propionic, Butiric,
Lattic...), Etanol...
H2, CO2

Axeta
CH4, CO2

Hình 1. 4: Sơ đồ quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí

13


 Giai đoạn thủy phân và hóa lỏng các chất hữu cơ ở dạng hạt
Trong giai đoạn này chất hữu cơ phức tạp đƣợc thủy phân thành những chất đơn
giản (có thể thâm nhập vào tế bào vi khuẩn) với sự tham gia của các enzyme ngoại

bào của các vi khuẩn (vi khuẩn lên men). Dƣới tác dụng của các loại men khác nhau
do nhiều loại vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ phức tạp nhƣ hydratcacbon, protein,
lipit dễ dàng phân hủy thành chất hữu cơ đơn giản dễ bay hơi nhƣ etanol, các axit béo
nhƣ axit axetic, axit butyric, axit propionic, axit lactic và các khí CO2, H2, NH3,
BOD5…
 Giai đoạn lên men
Trong giai đoạn này các vi khuẩn kỵ khí thực hiện q trình lên men axit chuyển
các chất hữu cơ đơn giản thành các loại axit hữu cơ thông thƣờng. Giai đoạn này bắt
đầu bằng sự vận chuyển chất nền qua màng tế bào xuyên qua thành đến màng trong
rồi đến tế bào chất với sự tham gia của các protein vận chuyển. Ở đó các axit amin,
đƣờng đơn và axit béo mạch dài đều biến đổi thành các axit hữu cơ mạch ngắn, H2,
CO2…Giai đoạn này có tên là giai đoạn lên men. Sản phẩm lên men thƣờng có mùi
khó chịu hơi thối do H2S sinh ra và pH của môi trƣờng giảm dần.
Các vi khuẩn tạo metan vẫn không thể trực tiếp sử dụng các sản phẩm của q
trình axit hóa nêu trên, ngoại trừ axit axetic, do vậy các chất này cần phân giải tiếp
thành phân tử đơn giản hơn. Sản phẩm phân giải là axit acetic, H2¸CO2 đƣợc tạo thành
bởi vi khuẩn axetat hóa:
CH3CH2OH + H2O

CH3COO- + H+ + 3H2

CH3CH2COO- + 3H2O

CH3COO- + HCO3- + H+ + 3H2

CH3(CH2)2COO- + H2O

CH3COO- + H+ + 3H2

Đặc điểm nổi bật của giai đoạn này là sự tạo thành nhiều khí H2, đƣợc các vi

sinh vật metan giai đoạn sau sử dụng nhƣ là chất nền cùng với CO2. Mức độ phân giải
trong giai đoạn này phụ thuộc nhiều vào áp suất riêng phần của khí H2 trong bể kỵ
khí. Trong khi axetat là cơ chất mà vi khuẩn sinh metan sử dụng trực tiếp thì chính sự
tích tụ của nó sẽ gây ức chế sự phân giải của các axit béo hay hơi khác.
Giai đoạn tạo metan
Đây là bƣớc cuối cùng trong phân giải kỵ khí tạo ra khí sinh học và thành phần
có ích là khí metan bằng các con đƣờng sau:
- Con đƣờng 1:

CO2 + 4H2

CH4 + H2

14


Loại vi sinh vật hydrogenotrophic methanogen sử dụng cơ chất là H2 và CO2.
Dƣới 30% lƣợng metan sinh ra bằng con đƣờng này.
- Con dƣờng 2:

CH3COOH

CO2 + CH4

4CO + 2H2O

CH4

+ 3CO2


Loại vi sinh vật acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan và
CO2. Gần70% metan đƣợc sinh ra bằng con đƣờng này. CO2 giải phóng ra đƣợc khử
thành metan bằng con đƣờng 1. Một số loài vi sinh vật sử dụng cơ chất là CO.
-

Con đƣờng 3: CH3OH + H2

CH4 + 2H2O

4(CH3)3-N + 6H2O

9CH4 + 3CO2 + 4NH3

Loài vi sinh vật methylotrophic methanogen phân giải cơ chất chứa nhóm metyl.
Một lƣợng không đáng kể metan sinh ra bằng con đƣờng này. Về hóa sinh trong giai
đoạn lên men metan tất cả các hợp chất hữu cơ phức tạp đều chuyển về sản phẩm cuối
là CO2, H2 và CH4 đƣợc mô tả nhƣ sau:
Hydrat cacbon
Men

Mơi trƣờng yếm khí

Vi khuẩn, axit lactic, axit
propionic, axit butyric, axit
bulylic…

CH4,
CO2, H2

Axit hữu cơ


Các axit khác

Rƣợu

(axit formic, axit
acetic, axit propionic

(axit lactic, axit
succinic)

(ethanol, butanol)

Mơi trƣờng
yếm khí

Vi khuẩn metan, vi khuẩn
khử Nitơ, vi khuẩn khử
Sunfua
CH4, CO2, H2

Hình 1. 5: Sơ đồ chuyển hóa xảy ra trong q trình sinh học kỵ khí
Trong 4 giai đoạn thì lƣợng COD hầu nhƣ khơng giảm, COD chỉ giảm trong giai
đoạn metan hóa [35].

15


Các dạng bể kỵ khí thƣờng đƣợc sử dụng để xử lý nƣớc thải có thể kể đến nhƣ
bể: Bể kỵ khí kiểu đệm bùn dịng chảy ngƣợc-UASB; Bể phản ứng khuấy liên tục; Bể

phản ứng dòng chảy đều; Lọc ký khí bám dính cố định; Bể phản ứng kỵ khí có đệm
giãn.
 Ưu điểm của phương pháp
+ Xử lý đƣợc nƣớc thải có hàm lƣợng chất hữu cơ cao và có khả năng phân hủy
các hợp chất hữu cơ có phân tử lƣợng lớn, cấu trúc phức tạp mà các phƣơng pháp
khác hầu nhƣ không xử lý đƣợc.
+ Chi phí năng lƣợng cho xử lý thấp
+ Lƣợng bùn tạo thành nhỏ
+ Sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ trong q trình xử lý là khí
sinh học chủ yếu là CH4 và CO2.
 Nhƣợc điểm của phƣơng pháp
+ Thời gian lƣu nƣớc thải lâu nên chi phí cho xây dựng lớn
+ Thời gian ổn định cơng nghệ dài
+ Quá trình vận hành khá phức tạp
+ Bùn có mùi đặc trƣng.
1.3.4.1.1. Tổng quan về phương pháp lọc sinh học kỵ khí
Q trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp lọc kỵ khí thƣờng đƣợc sử dụng để
xử lý nƣớc thải có hàm lƣợng chất hữu cơ cao. Khóa luận tốt nghiệp sử dụng phƣơng
pháp lọc sinh học kỵ khí dịng chảy xi với vật liệu lọc bằng đá có bổ sung bùn kỵ
khí lấy từ khu xử lý nƣớc thải của chi nhánh Công ty cổ phần chăn nuôi C.P Việt
Nam thuộc Khu công nghiệp Phú Nghĩa
 Cơ chế xử lý chất ô nhiễm:
Lọc sinh học là một tiến trình bao gồm một số quá trình sinh hóa quan trọng xảy
ra trong bể lọc. Các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) trong bể lọc kỵ khí sinh trƣởng
và phát triển, một số chủng loại vi khuẩn sinh bao nhầy là polysaccarit. Các
polisaccarit này có khả năng kết dính, bám vào bề mặt chất mang, đồng thời kéo theo
các chủng vi khuẩn khác, tạo thành màng, màng này gọi là màng sinh học. Lớp vật
liệu bằng đá sẽ giúp cho lớp màng sinh vật dính bám phát triển tại đó. Các khoảng
trống giúp chất lỏng lƣu chuyển bởi quá trình khuếch tán và thẩm thấu giúp cho quá
trình vận chuyển cơ chất đƣợc thuận lợi.


16


Quá trình tiêu thụ cơ chất thực hiện nhƣ sau: Đầu tiên cơ chất từ chất lỏng tiếp
xúc với màng và chuyển vào màng vi sinh vật theo cơ chế khuếch tán phân tử. Trong
màng vi sinh diễn ra quá trình tiêu thụ cơ chất và trao đổi chất của vi sinh. Sản phẩm
cuối cùng đƣợc vận chuyển ra khỏi màng vào trong chất lỏng. Q trình đó miêu tả
nhƣ sau
Màng hiếu khí:
Chất hữu cơ + O2 + Vi sinh vật + Nguyên tố vết

sinh khối sinh vật + Sản

phẩm cuối
Màng kỵ khí:
Chất hữu cơ + Vi sinh vật + Nguyên tố vết

Sinh khối sinh vật + Sản

phẩm cuối
Ngoài khả năng oxy hóa các chất hữu cơ, màng sinh học cịn có khả năng khử
NH3, NO2-, NO3- và H2S nếu nhƣ trên màng có vi khuẩn tƣơng ứng. Để tăng hiệu suất
cho quá trình xử lý nƣớc thải giàu chất hữu cơ, ngƣời ta thƣờng kết hợp phƣơng pháp
sinh học kỵ khí với thảm thực vật.
 Cấu tạo:
Các loại bể lọc kỵ khí là các loại bể kín, trong bể chứa các loại vật liệu đóng vai
trị nhƣ giá thể của VSV bám dính. Dịng nƣớc thải có thể đi từ dƣới lên hoặc đi từ
trên xuống. Các hợp chất hữu cơ đƣợc vi khuẩn hấp thụ và chuyển hóa để tạo thành
CH4 và các loại chất khí khác. Các loại khí này đƣợc thu hồi phần trên của bể. Nƣớc

sau xử lý có thể đƣợc tuần hồn một phần lại bể.
 Vật liệu lọc
Vật liệu lọc của bể lọc kỵ khí là các loại cuội sỏi, than đá, xỉ, ống nhựa, tấm
nhựa… có hình dạng khác nhau. Kích thƣớc và chủng loại vật liệu lọc, đƣợc xác định
dựa vào cơng suất cơng trình XLNT, hiệu quả khử COD, tổn thất áp lực nƣớc cho
phép, điều kiện cung cấp nguyên vật liệu tại chỗ... Các loại vật liệu lọc, cần đảm bảo
độ rỗng lớn (từ 90-300 m3/m2 bề mặt bể). Tổng bề mặt của vật liệu lọc có vai trị quan
trọng trong việc hấp thụ các chất hữu cơ.
Khi màng vi sinh vật dày, hiệu quả lọc nƣớc thải giảm (tổn thất áp lực lọc tăng).
Vật liệu lọc đƣợc rửa bằng dòng nƣớc thải chảy ngƣợc. Vật liệu lọc cũng có thể lấy
ra, rửa sạch bằng nƣớc thải sau đó nạp lại vào bể. Trong qúa trình rửa lọc, số lƣợng vi
khuẩn hoạt tính của bể lọc kỵ khí dịng chảy ngƣợc hao hụt ít.

17