Tài liệu Luận văn xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng bèo lục bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT KHOAI MÌ BẰNG BÈO LỤC BÌNH Ngành:CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn : ThS. VŨ HẢI YẾN Sinh viên thực hiện : HUỲNH THỊ THUẬN MSSV: 105111079 Lớp: 05DSH TP. Hồ Chí Minh, 03/2011 LỜI CÁM ƠN Đầu tiên con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ba Mẹ người đã sinh thành, nuôi nấng dạy dỗ và tạo mọi điều kiện cho con có được ngày hôm nay. Xin cảm ơn các anh, chị và những người bạn thân đã luôn động viên tôi trong suốt thời gian qua. Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu cùng toàn thể quý thầy cô trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là quý thầy cô khoa Môi trường và Công nghệ sinh học đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt khóa học tại trường. Xin chân thành cảm tạ và biết ơn sâu sắc Cô Đặng Vũ Hải Yến, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Xin cảm ơn tất cả những người bạn đã luôn động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu tại trường. Xin chân thành cảm ơn! TPHCM, ngày tháng Sinh viên thực hiện Huỳnh Thị Thuận năm 2011 MỤC LỤC Lời cảm ơn Nhận xét của GVHD Mục lục Danh mục bảng Danh mục biểu đồ Danh mục hình Danh mục chữ viết tắt Chương I: Mở đầu ............................................................................................... 1 I.1 Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1 I.2 Mục tiêu nghiên cứu....................................................................................... 2 I.3 Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 2 I.4 Đối tượng nghiên cứu..................................................................................... 2 I.5 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 2 I.6 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 2 Chương II: Tổng quan về nước thải tinh bột mì ................................................... 3 II.1 Tổng quan về cây khoai mì ........................................................................... 3 II.1.1 Phân loại khoai mì ..................................................................................... 3 II.1.2 Cấu tạo cây khoai mì.................................................................................. 4 II.1.3 Thành phần hóa học ................................................................................... 4 II.2 Tổng quan ngành công nghiệp sản xuất bột mì ............................................. 7 II.2.1 Giới thiệu chung ........................................................................................ 7 II.2.2 Hiện trạng ngành chế biến tinh bột mì ở Việt Nam..................................... 8 II.2.2.1 Giới thiệu chung ..................................................................................... 9 II.2.2.2 Tình hình sản xuất tinh bột mì trong nước ............................................... 9 II.2.2.3 Định hướng phát triển bền vững (Nông nghiệp) .................................... 10 II.2.2.4 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột mì .............................................. 10 II.3 Hiện trạng ô nhiễm của ngành sản xuất tinh bột khoai mì ........................... 12 II.4 Tổng quan về nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì Miwon – Tây Ninh ........ 13 II.4.1 Tình hình chung về ô nhiễm nước thải tinh bột khoai mi ở Tây Ninh ....... 13 II.4.2 Tổng quan về nhà máy sản xuất bột mì Miwon – Tây Ninh ..................... 13 II.4.2.1 Giới thiệu chung về nhà máy ................................................................. 13 II.4.2.2 Dây chuyền sản xuất bột mì của nhà máy .............................................. 14 II.4.2.3 Nhu cầu nguyên liệu sản xuất ................................................................ 15 II.5 Nước thải trong chế biến tinh bột khoai mì ................................................. 15 II.5.1 Nguồn phát sinh. ...................................................................................... 15 II.5.2 Đặt tính nước thải của ngành sản xuất tinh bột khoai mì. ......................... 16 II.5.3 Tác động của nước thải chế biến tinh bột khoai mì đến môi trường nước . 16 II.5.3.1 Ảnh hưởng của pH ............................................................................... 16 II.5.3.2 Ảnh hưởng của các chất hữu cơ ............................................................ 16 II.5.3.3 Ảnh hưởng của chất lơ lửng .................................................................. 16 II.5.3.4 Ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng ..................................................... 17 II.5.3.5 Ảnh hưởng của Cyanua ......................................................................... 17 II.6 Phương pháp xử lý nước thải tinh bột khoai mì. .......................................... 17 II.6.1 Xử lý cơ học ............................................................................................ 17 II.6.2 Xử lý hóa học .......................................................................................... 17 II.6.3 Xử lý hóa lý ............................................................................................. 18 II.6.4 Xử lý sinh học.......................................................................................... 19 II.6.5 Các công nghệ xử lý đang được áp dụng và nghiên cứu tại Việt Nam ...... 19 Chương III: Tổng quan cây lục bình .................................................................. 23 III.1 Cây Lục Bình ............................................................................................ 23 III.1.1 Nguồn gốc .............................................................................................. 23 III.1.2 Nơi sống ................................................................................................. 23 III.1.3 Phân loại................................................................................................. 24 III.1.4 Cấu tạo ................................................................................................... 24 III.1.5 Đặc điểm sinh trưởng ............................................................................. 25 III.1.6 Sinh sản .................................................................................................. 26 III.2 Tổng quan về hồ sinh học .......................................................................... 26 III.2.1. Hồ hiếu khí ........................................................................................... 26 III.2.2. Hồ kỵ khí .............................................................................................. 26 III.2.3. Hồ tùy nghi ........................................................................................... 27 III.3 Ưu – nhược điểm sử dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải ........... 28 III.3.1 Ưu điểm: ................................................................................................ 28 III.3.2 Nhược điểm ............................................................................................ 28 Chương IV: Nội dung và phương pháp thí nghiệm ............................................ 29 IV.1 Nghiên cứu tài liệu .................................................................................... 29 IV.2 Nghiên cứu mô hình thực nghiệm .............................................................. 29 IV.2.1 Mô hình thí nghiệm ................................................................................ 30 IV.2.1.1 Chuẩn bị Lục Bình và vật liệu thí nghiệm ............................................ 30 IV.2.1.2 Xây dựng mô hình ............................................................................... 30 IV.2.1.3 Thành phần nước thải đầu vào ............................................................. 30 IV.2.2 Thí nghiệm ............................................................................................. 30 IV.2.2.1 Khảo sát 1: Khảo sát ngưỡng nồng độ thích hợp cho Lục Bình ............ 30 IV.2.2.2 Khảo sát 2: xác định nồng độ nước thải cây xử lý tốt nhất ................... 31 IV.2.2.3 Khảo sát 3: khảo sát thời gian lưu nước ............................................... 32 IV.2.2.4 Các chỉ tiêu theo dõi ............................................................................ 32 IV.2.3 Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm ................................................... 33 Chương V: Kết quả - Thảo luận ........................................................................ 34 V.1 Thí nghiệm ................................................................................................. 34 V.1.1 Khảo sát 1: Khảo sát ngưỡng nồng độ thích hợp của Lục Bình. ............... 34 V.1.2 Khảo sát 2: khảo sát nồng độ thích hợp mà Lục Bình cho kết quả xử lý tốt nhất. ................................................................................................................. 36 V.1.2.1 Chỉ tiêu về lượng nước bay hơi của mô hình ......................................... 36 V.1.2.2 Các chỉ tiêu hóa sinh học của nước thải đầu ra ...................................... 37 V.2 Thảo luận chung ......................................................................................... 51 Chương V: Kết luận và kiến nghị ...................................................................... 53 VI.1 Kết luận..................................................................................................... 53 VI.2 Kiến nghị .................................................................................................. 53 DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ V.1: Cân bằng nước trong mô hình` ..................................................... 36 Biểu đồ V.2: Biến thiên BOD ở nồng độ 3% ..................................................... 39 Biểu đồ V.3: Biến thiên BOD ở nồng độ 5% ..................................................... 39 Biểu đồ V.4: Biến thiên BOD ở nồng độ 8% ..................................................... 39 Biểu đồ V.5: Biến thiên BOD ở nồng độ 10% ................................................... 39 Biểu đồ V.6: Biến thiên COD ở nồng độ 3% ..................................................... 42 Biểu đồ V.7: Biến thiên COD ở nồng độ 5% ..................................................... 42 Biểu đồ V.8: Biến thiên COD ở nồng độ 8% ..................................................... 42 Biểu đồ V.9: Biến thiên COD ở nồng độ 10% ................................................... 42 Biểu đồ V.10: Biến thiên N ở nồng độ 3%......................................................... 44 Biểu đồ V.11: Biến thiên N ở nồng độ 5%......................................................... 44 Biểu đồ V.12: Biến thiên N ở nồng độ 8%......................................................... 44 Biểu đồ V.13: Biến thiên N ở nồng độ 10% ....................................................... 44 Biểu đồ V.14: Biến thiên P ở nồng độ 3% ......................................................... 47 Biểu đồ V.15: Biến thiên P ở nồng độ 5% ......................................................... 47 Biểu đồ V.16: Biến thiên P ở nồng độ 8% ......................................................... 47 Biểu đồ V.17: Biến thiên P ở nồng độ 10% ....................................................... 47 Biểu đồ V.18: Biến thiên SS ở nồng độ 3% ....................................................... 50 Biểu đồ V.19: Biến thiên SS ở nồng độ 5% ....................................................... 50 Biểu đồ V.20: Biến thiên SS ở nồng độ 8% ....................................................... 50 Biểu đồ V.21: Biến thiên SS ở nồng độ 10% ..................................................... 50 DANH MỤC HÌNH Hình II.1 Cây khoai mì ........................................................................................ 3 Hình II.2: Sơ đồ quy trình chế biến tinh bột khoai mì ........................................ 11 Hình II.3 Sơ Đồ Công Nghệ Chế Biến Tinh Bột Mì .......................................... 14 Hình III.1: Cây lục bình .................................................................................... 23 Hình IV.1. Mô hình thí nghiệm ......................................................................... 30 Hình V.1: Phản ứng của lục bình ở nồng độ 3% ................................................ 35 Hình V.2: Phản ứng của lục bình ở nồng độ 5% ................................................ 35 Hình V.3: Phản ứng của lục bình ở nồng độ 15% .............................................. 35 Hình V.4: Phản ứng của lục bình ở nồng độ 20% .............................................. 35 Hình V.5. Biến thiên BOD ở nồng độ 3% .......................................................... 38 Hình V.6. Biến thiên BOD ở nồng độ 5% .......................................................... 38 Hình V.7. Biến thiên BOD ở nồng độ 8%.......................................................... 39 Hình V.8. Biến thiên BOD ở nồng độ 10% ........................................................ 39 Hình V.9. Biến thiên COD ở nồng độ 3%.......................................................... 41 Hình V.10. Biến thiên COD ở nồng độ 5% ........................................................ 41 Hình V.11. Biến thiên COD ở nồng độ 8% ........................................................ 41 Hình V.12. Biến thiên COD ở nồng độ 10% ...................................................... 41 Hình V.13. Biến thiên N ở nồng độ 3% ............................................................. 43 Hình V.14. Biến thiên N ở nồng độ 5% ............................................................. 43 Hình V.15. Biến thiên N ở nồng độ 8% ............................................................. 44 Hình V.16. Biến thiên N ở nồng độ 10% ........................................................... 44 Hình V.17. Biến thiên P ở nồng độ 3% .............................................................. 46 Hình V.18. Biến thiên P ở nồng độ 5% .............................................................. 46 Hình V.19. Biến thiên P ở nồng độ 8% .............................................................. 47 Hình V.20. Biến thiên P ở nồng độ 10% ............................................................ 47 Hình V.21. Biến thiên SS ở nồng độ 3%............................................................ 48 Hình V.22. Biến thiên SS ở nồng độ 5%............................................................ 48 Hình V.23. Biến thiên SS ở nồng độ 8%............................................................ 49 Hình V.24. Biến thiên SS ở nồng độ 10%.......................................................... 49 DANH MỤC BẢNG Bảng II.1: Thành phần hóa học của củ khoai mì .................................................. 5 Bảng II.2: Thành phần hóa học của củ và bã khoai mì ......................................... 5 Bảng II.3: Thống kê số liệu về diện tích, sản lượng và năng suất khoai mì tính trên cả nước trong giai đoạn 2001 – 2006. .................................................................. 8 Bảng II.4: Một số nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì tại các tỉnh miền Nam ...... 9 Bảng II.5: Tải lượng ô nhiễm do nước thải tinh bột khoai mì tại Việt Nam........ 12 Bảng II.6: các thông số nước thải ngành sản xuất tinh bột khoai mì................... 16 Bảng II.7: Hiện trạng áp dụng công nghệ xử lý nước thải tại một số nhà máy chế biến tinh bột khoai mì ........................................................................................ 21 Bảng III.1: Thành phần hóa học và gía trị dinh dưỡng của Lục Bình ................. 25 Bảng IV.1. Thành phần nước thải đầu vào ......................................................... 30 Bảng IV.2. Các chỉ tiêu hóa sinh học của nước thải tinh bột khoai mì pha loãng 31 Bảng IV.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm .................................................................... 32 Bảng IV.5 Các phương pháp dùng để phân tích các chỉ tiêu môi trường ............ 33 Bảng V.1. Biểu hiện của Lục Bình trong quá trình khảo sát............................... 34 Bảng V.2. Lượng nước sử dụng cho các thành phần trong mô hình ................... 36 Bảng V.3. Chỉ tiêu BOD5 của nước thải sau xử lý ............................................. 38 Bảng V.4. Chỉ tiêu COD của nước thải sau xử lý............................................... 41 Bảng V.5 Chỉ tiêu N tổng của nước thải sau khi xử lý. ...................................... 43 Bảng V.6. Chỉ tiêu Phospho tổng của nước thải sau khi xử lý. ........................... 46 Bảng V.7Chỉ tiêu SS của nước thải sau khi xử lý .............................................. 49 Bảng V.8. Các chỉ tiêu nước thải sau thời gian lưu 7 ngày ................................. 51 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD5 Nhu cầu oxy sinh học COD Nhu cầu oxy hóa học NTổng Tổng hàm lượng Nitơ PTổng Tổng hàm lượng phốt pho SS Chất rắn lơ lửng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN Quy chuẩn Viêt Nam TBKM Tinh bột khoai mì GVHD: Th.S Vũ Hải Yến Ñoà aùn toát nghieäp CHƢƠNG I MỞ ĐẦU I.1 Đặt vấn đề Hiện nay, trên thế giới và cả ở nước ta, tinh bột khoai mì (TBKM) là nguồn nguyên liệu không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp lớn như làm hồ, in, định hình và hoàn tất trong công nghiệp dệt, làm bóng và tạo lớp phủ bề mặt cho công nghiệp giấy. Đồng thời nó còn dùng trong sản xuất cồn, bột nêm, mì chính, sản xuất men và công nghệ lên men vi sinh và chế biến các thực phẩm khác như bánh phở, hủ tiếu, mì sợi, bánh canh,…Chính vì lẽ đó, Khoai mì được trồng trên 100 nước của vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Năm 2006 và 2007, sản lượng sắn thế giới đạt 226,34 triệu tấn củ tươi. Trong đó, Việt Nam đứng thứ mười với 7,71 triệu tấn. Nhu cầu sử dụng nước trong sản xuất tinh bột khoai mì là rất lớn nên sau khi sử dụng cũng thải ra môi trường một lượng nước thải tương đương. Nếu không có biện pháp xử lý trước khi thải bỏ, hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải sẽ gây ô nhiễm đến nguồn nước mặt và diện tích đất đai xung quanh vùng xã thải do quá trình phân hủy chất hữu cơ trong tự nhiên. Nghiêm trọng hơn nếu chất hữu cơ ngấm xuống tầng nước ngầm, chúng sẽ phá hủy chất lượng nguồn nước ảnh hưởng đến môi trường sống của cả cộng đồng dân cư trong khu vực. Nhằm đáp ứng nhu cầu xã hội trong xu hướng phát triển bền vững của nước ta cũng như thế giới. Việc nghiên cứu biện pháp quản lý và xử lý thích hợp đối với chất thải từ sản xuất tinh bột khoai mì là điều cần thiết. Công nghệ xử lý nước thải nói chung và nước thải sản xuất tinh bột khoai mì nói riêng ngày càng đi sâu vào áp dụng công nghệ sinh học. Hơn nữa, đặt trưng của nước thải tinh bột là hàm lượng chất hữu cơ cao dễ phân hủy, giá trị BOD, COD cao thì việc áp dụng phương pháp sinh học là một giai đoạn không thể thiếu trong hệ thống xử lý. Hiện nay, thực vật thủy sinh cũng là một lựa chọn chiếm ưu thế trong việc xử lý nước thải do hiệu quả cao và giá thành thấp. Xuất phát từ nhu cầu trên, đề tài của tôi trong khóa luận này là “nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng Lục Bình”. SVTH: Huỳnh Thị Thuận Trang 1 MSSV: 105111079 GVHD: Th.S Vũ Hải Yến Ñoà aùn toát nghieäp I.2 Mục tiêu nghiên cứu _ Dùng cây bèo Lục Bình để xử lý nước thải chế biến tinh bột khoai mì. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng Lục Bình. I.3 Nội dung nghiên cứu Tiến hành phân tích các chỉ tiêu đầu vào của nước thải sau khi lấy từ nhà máy sản xuất bột mì Miwon – Tây Ninh. Tiến hành chạy mô hình thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu đầu ra. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng Lục Bình. I.4 Đối tƣợng nghiên cứu Bèo Lục Bình. Nước thải nhà máy sản xuất bột mì Miwon – Tây Ninh. I.5 Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập tài liệu: tổng hợp các tài liệu liên quan về nước thải, nước thải tinh bột khoai mì, công nghệ sinh học xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh. - Phương pháp xây dựng mô hình thực nghiệm: xây dựng mô hình thí nghiệm quy mô phòng thí nghiệm nhằm xác định các chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng nước. - Phương pháp phân tích mẫu: phân tích các chỉ tiêu pH, SS, COD, BOD 5, Nitơ Kjeidalh, Phospho tổng. - Phương pháp phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu: số liệu thu được trong quá trình nghiên cứu được tổng hợp bằng phần mềm Microsoft Excel 2007. I.6 Phạm vi nghiên cứu - Mô hình hồ sinh học. - Áp dụng cho nước thải sản xuất tinh bột khoai mì. SVTH: Huỳnh Thị Thuận Trang 2 MSSV: 105111079 GVHD: Th.S Vũ Hải Yến Ñoà aùn toát nghieäp CHƢƠNG II TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI TINH BỘT MÌ II.1 Tổng quan về cây khoai mì II.1.1 Phân loại khoai mì Giới (regnum): Plantae Ngành (divisio): Magliophyta Lớp (Class): Magnoliopsida Bộ (ordo): Malpighiales Họ (familia): Euphorbiaceae Phân họ (subfamilia): Crotonoideae Tông (tribus): manihoteae Chi (genus): Manihot Hình II.1 Cây khoai mì Loài (species): M. esculenta Cây khoai mì có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ La tinh (Crantz, 1976) và được trồng cách đây khoảng 5.000 năm (CIAT, 1993). Trung tâm phát sinh cây sắn được giả thiết tại vùng đông bắc của nước Brazil thuộc lưu vực sông Amazon, nơi có nhiều chủng loại sắn trồng và hoang dại (De Candolle 1886; Rogers, 1965). Trung tâm phân hóa phụ có thể tại Mexico và vùng ven biển phía bắc của Nam Mỹ. Bằng chứng về nguồn gốc sắn trồng là những di tích khảo cổ ở Venezuela niên đại 2.700 năm trước Công nguyên, di vật thể hiện củ sắn ở cùng ven biển Peru khoảng 2000 năm trước Công nguyên, những lò nướng bánh sắn trong phức hệ Malabo ở phía Bắc Colombia niên đại khoảng 1.200 năm trước Công nguyên, những hạt tinh bột trong phân hóa thạch được phát hiện tại Mexico có tuổi từ năm 900 đến năm 200 trước Công nguyên (Rogers 1963, 1965). Cây khoai mì được người Bồ Đào Nha đưa đến Congo của châu Phi vào thế kỷ 16. Tài liệu nói tới sắn ở vùng này là của Barre và Thevet viết năm 1558. Ở châu Á, sắn được du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ 17 (P.G. Rajendran et al, 1995) và Sri Lanka đầu thế kỷ 18 (W.M.S.M Bandara và M Sikurajapathy, 1992). Sau đó, sắn được trồng ở Trung Quốc, Myanma và các nước châu Á khác ở cuối thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19 (Fang Baiping 1992. U Thun Than 1992). Cây sắn được du nhập vào Việt Nam khoảng giữa thế kỷ 18, (Phạm Văn Biên, Hoàng Kim, 1991). Hiện chưa có tài liệu chắc chắn về nơi trồng và năm trồng đầu tiên. SVTH: Huỳnh Thị Thuận Trang 3 MSSV: 105111079 GVHD: Th.S Vũ Hải Yến Ñoà aùn toát nghieäp Ở nước ta cây mì được trồng khắp nơi từ Bắc vào Nam, nhiều nhất là ở vùng trung du miền núi. Hiện nay mì là một trong những loại cây hoa màu quan trọng trong cơ cấu lương thực của nước ta. II.1.2 Cấu tạo cây khoai mì Cây khoai mì là loại cây lương thực đứng thứ ba trên thế giới sau mía và gạo. Khoai mì có hàm lượng carbonhydrat cao hơn 40% so với gạo, 25% so với ngô. Củ mì thường có dạng hình trụ, vuốt hai đầu. Kích thước tùy thuộc vào thành phần dinh dưỡng của đất và điều kiện trồng, dài 0,1 – 1m, đường kính 2 – 10cm. Cấu tạo gồm bốn phần chính: lớp vỏ gỗ, vỏ cùi, phần thịt củ và phần lõi. Vỏ gỗ gồm những tế bào xếp sít, thành phần chủ yếu là cellulose và hemicellulose, không có tinh bột, có vai trò bảo vệ củ khỏi những tác động bên ngoài. Vỏ gỗ mỏng, chiếm 0,5 – 5% trọng lượng củ. Khi chế biến, phần vỏ gỗ thường kết dính với các thành phần khác như: đất, cát, sạn và các chất hữu cơ khác. Vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm 5 – 20% trọng lượng củ. Gồm các tế bào thành dày, thành tế bào chủ yếu là cellulose, bên trong tế bào là các hạt tinh bột, các chất chứ nitrogen và dịch bào. Trong dịch bào có tanin, sắc tố, độc tố, các enzyme,…Vỏ cùi có nhiều tinh bột (5 – 8%) nên khi chế biến nếu tách bỏ đi thì sẽ tổn thất tinh bột trong củ, nếu không tách thì nhiều chất dịch sẽ làm ảnh hưởng đến màu sắc của tinh bột. Thịt củ khoai mì là thành chủ yếu trong củ, gồm các tế bào nhu mô thành mỏng là chính, thành phần chủ yếu là cellulose, pentosan. Bên trong tế bào là các hạt tinh bột, nguyên sinh chất, glucide hòa tan và nhiều nguyên tố vi lượng khác. Những tế bào xơ bên ngoài chứa nhiều tinh bột, càng vào phía trong hàm lượng tinh bột cang giảm. Ngoài các tế bào nhu mô còn có các tế bào thành cứng không chứa tinh bột, cấu tạo từ cellulose nên cứng như gỗ gọi là xơ. Lõi củ khoai mì ở trung tâm dọc từ cuống đến chuôi củ. Ờ cuống lõi to nhất rồi nhỏ dần tới chuôi, chiếm 0,3 – 1% trọng lượng củ. Thành phần lõi là cellulose và hemicellulose. II.1.3 Thành phần hóa học Thành phần hóa học thay đổi tùy theo giống cây trồng, tính chất, độ dinh dưỡng của đất, độ phát triển của cây và thời gian thu hoạch. SVTH: Huỳnh Thị Thuận Trang 4 MSSV: 105111079 GVHD: Th.S Vũ Hải Yến Ñoà aùn toát nghieäp Bảng II.1: Thành phần hóa học của củ khoai mì Thành phần Tỷ trọng (%trọng lƣợng) Nước 70,25 Tinh Bột 21,45 Chất đạm 1,12 Chất béo 5,13 Chất xơ 5,13 Độc tố (CN-) 0,001 – 0,04 Đường trong củ khoai mì chủ yếu là glucose và một ít maltose. Khoai càng già thì hàm lượng đường càng giảm. Trong quá trình chế biến thì đường sẽ hòa tan với nước và thải ra ngoài. Chất đạm trong khoai mì cho đến nay vẫn chưa được nghiên cứu kỹ, tuy nhiên do hàm lượng thấp nên ít ảnh hưởng đến môi trường. Ngoài những thành phần có giá trị dinh dưỡng, trong củ khoai mì còn chứa các độc tố, tanin, sắc tố và hệ enzyme phức tạp. Theo một số các nghiên cứu trong số các enzyme thì polyphenoloxydaza xúc tác quá trình oxy hóa polyphenol như acdamin tạo thành các chất có màu. Những chất này gây khó khăn trong quá trình chế biến nếu quy trình công nghệ không thích hợp sẽ cho sản phẩm kém chất lượng. Bảng II.2: Thành phần hóa học của củ và bã khoai mì Thành phần Vỏ củ mì (mg/100mg) Bã phơi khô Độ ẩm 10,8 – 11,4 12,5 – 13 Tinh bột 28 – 38 51,8 – 63 Sợi thô 8,2 – 11,2 12,8 – 14,5 Protein thô 0,85 – 1,12 1,5 – 2 Độ tro 1 – 1,45 0,58 – 0,65 Đường tự do 1 – 1,4 0,37 – 0,43 HCN Vết 0,008 – 0,009 Pentosan Vết 1,95 – 2,4 Các loại Polysaccharide 6,6 – 10,2 4 – 8,492 (Hội thảo giảm thiểu ô nhiễm công nghiệp chế biến tinh bột mì Hà Nội, 1/98) SVTH: Huỳnh Thị Thuận Trang 5 MSSV: 105111079 GVHD: Th.S Vũ Hải Yến Ñoà aùn toát nghieäp Đặc biệt trong củ khoai mì còn chứa độc tố Cyanua CN- thường có trong các chóp củ, nhất là các vùng bị rễ tranh ăn luồn vào hay khi chăm bón đụng phải. Khi củ chưa đào nhóm này ở dạng glucozite gọi là phaseolutanin (C10H17NO6). Dưới tác dụng của enzyme hay môi trường acid, chất này phân hủy thành glucose, acetone và acid cyahyrit (HCN). Như vậy sau khi đào củ khoai mì mới xuất hiện HCN tự do, vì khi đào để tự vệ thì các enzyme trong củ mới bắt đầu hoạt động mạnh, đặc biệt xuất hiện nhiều trong khi chế biến và sau khi ăn (trong dạ dày người có chứa acid và dịch trong chế biến cũng là môi trường acid). Phaseolutanin tập trung ở vỏ cùi, dễ tách trong quá trình chế biến, hòa tan tốt trong nước, kém tan trong rượu etylic và metylic, rất ít hòa tan trong cloroform và hầu như không tan trong ether. Các hợp chất Cyanua được phân thành bốn nhóm chính: _ Nhóm hợp chất cyanua đơn giản, tan và độc như: axit cyahyric (HCN) và muối cyanua NaCN, KCN,.. _ Nhóm hợp chất cyanua đơn giản không tan Fe(CN)2,… chúng ở dạng phân tán nhỏ, chúng xâm nhập vào cơ thể dưới tác dụng của môi trường axit của dịch vị chúng sẽ chuyển sang trạng thái đơn giản tan và gây nhiễm độc cơ thể. _ Nhóm pức chất cyanua tan và độc: [Cu(CN)]2- , [Cu(CN)3]2-, [Zn(Cn)]3-, [Zn(CN)4]3-. Trong đó ổn định nhất [Cu(CN)3]2_ Nhóm chưa các phức chất cyanua tan không độc: các phức chất fericyanua [Fe(CN)6]4- và Fe(CN)6]3-. Sau khi xử lý nước thải bằng phương pháp sunfat, những phức chất dễ dàng chuyển hóa thành các cyanua tan và độc. Vì hòa tan độc tố trong nước nên khi chế biến, độc tố sẽ theo nước dịch ra ngoài. Tuy thuộc vào giống đất và cây trồng mà hàm lượng độc tố có thể thay đổi từ 0,0001 – 0,004% CN- gây độc tính cao đối với người và thủy sinh vật. Cân CN - ngăn cản các quá trình chuyển hóa các ion vào da, túi mât, thận ảnh hưởng tới quá trình phân hóa tế bào thần kinh. Hàm lượng cyanua cao ảnh hưởng tới mạch máu não. Triệu chứng ban đầu là co giật sau đó dẫn đến vỡ mạch máu não. CN - gây độc cho cá, động vật hoang dã, vật nuôi. Đối với cá, CN - độc ở liều lượng 4 – 5 mg/l. Đó là lý do tại sao việc khử CN- rất quan trọng đối với hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì. SVTH: Huỳnh Thị Thuận Trang 6 MSSV: 105111079 GVHD: Th.S Vũ Hải Yến Ñoà aùn toát nghieäp Ở Việt Nam, ngành chế biến khoai mì phát triển ở thế kỷ 16, ở những năm gần đây do nhu cầu phát triển của ngành chăn nuôi và ngành chế biến thực phẩm tinh bột mì bắt đầu gia tăng, sản lượng bột mì hàng năm đạt hơn 3 triệu tấn. theo Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn dự báo sản lượng tinh bột mì vào năm nay của nước ta đạt khoảng 600.000 tấn. Theo sự gia tăng về sản lượng là lượng nước thải sản xuất cũng theo đó tăng lên. Ước tính trung bình những năm gần đây, ngành chế biến tinh bột khoai mì (bao gồm nhà máy chế biến và hộ gia đình) đã thải ra môi trường 500.000 tấn bã thải và 15 triệu m3 nước thải mỗi năm. Thành phần chủ yếu của các loại nước thải này là các hợp chất hữu cơ, các chất này khi thải ra ngoài môi trường nhanh chóng bị phân hủy và gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường đất, nước, không khí,… ảnh hưởng đến cộng đồng dân cư trong khu vực. Hiện nay, ở một số nhà máy nồng độ COD trong nước thải vượt TCVN hàng trăm lần. Đó là lý do vì sao việc xử lý nước thải sản xuất tinh bột khoai mì là vấn đề quan trọng hiện nay. II.2 Tổng quan ngành công nghiệp sản xuất bột mì II.2.1 Giới thiệu chung Tinh bột khoai mì là nguồn cung cấp thực phẩm cho hơn 500 triệu người trên thế giới (theo Cock, 1985; Jackson & Jackson, 1990). Tinh bột khoai mì cung cấp 37% calories trong thực phẩm của Châu Phi, 11% ở Mỹ La Tinh và 60% ở các nước Châu Á (Lancaster etal, 1982). Tinh bột mì được các nước trên thế giới sản xuất nhiều để tiêu thụ và xuất khẩu. Brazil sản xuất khoảng 25 triệu tấn/năm, Nigeria, Indonesia và Thái Lan cũng sản xuất một lượng lớn chủ yếu để xuất khẩu (CAIJ, 1993). Châu Phi sản xuất khoảng 85,2 triệu tấn/năm (1997), Châu Á 48,6 triệu tấn/năm và 32,4 triệu tấn do Mỹ La Tinh và Caribbean (FAO, 1998). Ở Việt Nam, do không có đủ điều kiện xây dựng các nhà máy chế biến nên ngành công nghiệp chế biến tinh bột mì bị hạn chế. Các cơ sở sản xuất phân bố theo quy mô hộ gia đình, sản xuất trung bình và sản xuất lớn. II.2.2 Hiện trạng ngành chế biến tinh bột mì ở Việt Nam II.2.2.1 Giới thiệu chung Việt Nam đứng thứ 3 trên thế giới trong lĩnh vực xuất khẩu tinh bột mì hiện nay (sau Indonesia và Thái Lan). Sản lượng tinh bột mì xuất khẩu đạt 180 – 350 nghìn tấn/năm. Thị trường xuất khẩu chính của Việt Nam: Trung Quốc, Đài Loan, Nhật, Singapore, Malaysia, Hàn quốc và Đông Âu. SVTH: Huỳnh Thị Thuận Trang 7 MSSV: 105111079 GVHD: Th.S Vũ Hải Yến Ñoà aùn toát nghieäp Sản phẩm được chế biến từ khoai mì: tinh bột mì, bột ngọt, acid glutamate, acid amin, thức ăn gia súc, phân bón hữu cơ,… II.2.2.2 Tình hình sản xuất tinh bột mì trong nƣớc Diện tích trồng mì trên cả nước chủ yếu tập trung ở các khu vực: _ Đông Bắc sông Hồng: Vĩnh Phúc, Hà Tây. _ Đông Bắc: Yên Bái, Phú Thọ, Lào Cai. _ Tây Bắc: Sơn La, Hòa Bình. _ Bắc Trung Bộ: Thanh Hóa, Nghệ An. _ Duyên Hải Nam Trung Bộ: Quãng Nam, Quãng Ngãi, Bình Định, Phú Yên. _ Tây Nguyên: Kon Tum, Gia Lai, Đắc Lắc, Đắc Nông. _ Đông Nam Bộ: Bình Phước, Tây Ninh, Đồng Nai, Bình Thuận. Trong đó. Gia Lai là tỉnh có diện tích trồng khoai mì lớn nhất nước (Gia Lai: 47.695 ha; Tây Ninh: 45.137 ha – số liệu thống kê 2006). Theo ước tính: Khoảng 12% khoai mì được tiêu thụ trực tiếp. 17% dùng trong trang trại 22% dùng cho thức ăn gia súc. 49% củ khoai mì được bán dùng trong quá trình sản xuất tinh bột mì. Bảng II.3: Thống kê số liệu về diện tích, sản lƣợng và năng suất khoai mì tính trên cả nƣớc trong giai đoạn 2001 – 2006. Năm 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Diện tích 292.300 337.860 371.860 388.676 423.800 474.908 3.509.200 4.438.000 5.308.860 5.820.672 6.646.000 7.714.096 12.01 13.17 14.28 14.98 15.68 16.24 (ha) Sản lượng (tấn) Năng suất (tấn/ha) (Hội thảo chuyên đề: Phát triển ngành chế biến tinh bột khoai mì ở Việt Nam, 2006) SVTH: Huỳnh Thị Thuận Trang 8 MSSV: 105111079 GVHD: Th.S Vũ Hải Yến Ñoà aùn toát nghieäp Bảng II.4: Một số nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì tại các tỉnh miền Nam Tên công ty Công suất Tỉnh (tấn tinh bột/ngày) Phước Long (VEDAN) Bình Phước 600 KMC (Thị Trấn Chơn Bình Phước 100 Thành) Bình Phước 100 Tồn Năng Bình Phước 100 Đức Liên Bình Phước 100 Wusons Tây Ninh 100 Tân Châu – Singapore Tây Ninh 120 Tây Ninh - Tapioka Tây Ninh 100 Tồn Năng Tây Ninh 100 Trường Thịnh Tây Ninh 80 Hinh Chang Tây Ninh 60 Phước Hưng Tây Ninh 60 Thanh Bình Tây Ninh 60 Cẩm Vân Tây Ninh 60 Việt Ma Tây Ninh 60 (Hội thảo chuyên đề: Phát triển cụm công nghiệp sinh thái cho ngành chế biến tinh bột khoai mì tại Việt Nam, 2007). II.2.2.3 Định hƣớng phát triển bền vững (Nông nghiệp) Theo Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông Thôn đến năm 2010, các giống khoai mì được tiến hành trồng rộng rãi là: KM60, KM64, KM94, KM95, H34, Ấn Độ. Ở các vùng như: Duyên Hải Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Tây Ninh, Kon Tum, Bình Phước. Thúc đẩy liên kết giữa các nông trại trồng trọt và công ty chế biến khoai mì quy mô nhỏ với các tổ chức, hội phát triển cây khoai mì trong và ngoài nước. II.2.2.4 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột mì. Nguồn nguyên liệu chính sản xuất tinh bột khoai mì có hai loại: củ mì tươi và mì lát khô. SVTH: Huỳnh Thị Thuận Trang 9 MSSV: 105111079