Tài liệu Nghiên cứu sử dụng chế phẩm sinh học để xử lý nước thải làng nghề sản xuất miến dong xã minh quang ba vì hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- PHẠM THỊ THÙY GIANG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẾ PHẨM SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ SẢN XUẤT MIẾN DONG XÃ MINH QUANG BA VÌ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ SINH HỌC Hà Nội – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- PHẠM THỊ THÙY GIANG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẾ PHẨM SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ SẢN XUẤT MIẾN DONG XÃ MINH QUANG BA VÌ HÀ NỘI Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: CB150058 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. TRẦN LIÊN HÀ Hà Nội – 2017 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn : Phạm Thị Thùy Giang Đề tài luận văn: Nghiên cứu sử dụng chế phẩm sinh học để xử lý nước thải làng nghề sản xuất miến dong tại xã Minh Quang Ba Vì Hà Nội.” Chuyên ngành: Công nghệ sinh học. Mã số SV: CB150058 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 23/10/2017 với các nội dung sau: 1. Cân đối lại tổng quan, bổ sung thêm thông tin về chế phẩm đã sử dụng. 2. Bảng biểu và số liệu phải có nguồn. Các tiêu chuẩn, qui chuẩn đã cập nhật. Vật liệu và phương pháp đã bổ sung thêm đặc tính sinh lý, sinh hóa của chủng Ba1. 3. Giải thích rõ hiệu quả của chế phẩm. Từ kết quả nghiên cứu và thảo luận đưa ra kết luận ngắn gọn. Sửa lỗi chính tả. Ngày 10 tháng 11 năm 2017 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Trần Liên Hà - bộ môn Vi sinh - Hóa sinh - Sinh học Phân Tử, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình em học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo và cán bộ công tác tại Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã dạy dỗ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Em cũng xin cảm ơn các anh chị, bạn bè làm việc tại phòng thí nghiệm C4 đã động viên, hướng dẫn, giúp đỡ em trong thời gian thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài tốt nghiệp do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, chỉ bảo tận tình của quý thầy cô để khóa luận hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 30 tháng 09 năm 2017 Học viên Phạm Thị Thùy Giang i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Kết quả của luận văn này là kết quả nghiên cứu nhóm nghiên cứu chúng tôi được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Trần Liên Hà trường Đại học Bách khoa Hà Nội, cùng sự giúp đỡ của tập thể các cán bộ nghiên cứu, nghiên cứu sinh, học viên, sinh viên đang học tập và làm việc tại phòng thí nghiệm Vi sinh – Hóa sinh và Sinh học Phân tử, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và trang web theo danh mục tài liệu kham khảo của luận văn. Hà Nội, ngày 30 tháng 9 năm 2017 Tác giả Phạm Thị Thùy Giang ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... vii DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT ...........................x MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................3 1.1. Nguồn gốc và lịch sử phát triển cây dong riềng ................................................... 3 1.2.Hiện trạng, trồng, chế biến và tiêu thụ sản phẩm dong riềng. ..............................4 1.3.Hiện trạng làng nghề miến dong ...........................................................................6 1.3.1.Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột dong và miến dong. ..........................6 1.3.1.1.Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột dong. ...........................................6 1.3.1.2.Quy trình công nghệ sản xuất miến dong. ................................................8 1.3.2.Hiện trạng môi trường tại làng nghề. .............................................................9 1.4.2.Hiện trạng môi trường không khí. ...............................................................12 1.4.3.Hiện trạng ô nhiễm chất thải rắn..................................................................13 1.4.4.Hiện trạng ô nhiễm môi trường nước. .........................................................15 1.4.4.1.Nước thải phát sinh trong quá trình làm miến: .......................................15 1.4.4.2.Hiện trạng ô nhiễm môi trường nước ở một số làng nghề miến dong. ..19 1.5.Ảnh hưởng của làng nghề sản xuất, chế biến tinh bột và miến dong tới sức khỏe cộng đồng. .................................................................................................................23 1.6.Làng nghề sản xuất miến dong ở xã Minh Quang Ba Vì. ...................................24 1.6.1.Vị trí và điều kiện tự nhiên. .........................................................................24 1.6.2.Nước thải làng nghề miến dong xã Minh Quang, Ba Vì, Hà Nội. ..............28 1.7.Các phương pháp xử lý nước thải. ......................................................................29 1.7.1.Xử lý bằng phương pháp cơ học. .................................................................29 1.7.2.Xử lý bằng phương pháp hoá lý ..................................................................30 1.7.3.Xử lý bằng phương pháp sinh học. ..............................................................30 1.7.3.1.Cơ sở của phương pháp. .........................................................................30 1.7.3.2.Quá trình. ................................................................................................31 1.7.3.3.Ưu điểm của VSV. .................................................................................32 1.7.3.4.Vai trò của vi sinh vật trong xử lý nước thải dong riềng........................32 iii 1.7.3.5.Phương pháp sinh học có nhiều ưu điểm: ..............................................34 1.8. Nghiên cứu ứng dụng sử dụng chế phẩm trong quá trình xử lý nước thải. .......34 1.8.1.Chế phẩm EM: .............................................................................................34 1.8.2.Chế phẩm Biomix 2: ....................................................................................35 1.8.3.Chế phẩm Bioproduct I ................................................................................35 1.8.4.Chế phẩm biowish .......................................................................................36 1.8.5.Chế phẩm RoeTech104 ................................................................................36 1.8.6.Chế phẩm Bioproduct BK-1 ........................................................................36 1.8.7.Chế phẩm MIC-CAS 02 .................................................................................36 CHƢƠNG 2 : VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. .....................38 2.1. Vật liệu. .............................................................................................................38 2.1.1.Đối tượng nghiên cứu. .................................................................................38 2.1.2.Dụng cụ và hóa chất.....................................................................................38 2.1.3.Môi trường ...................................................................................................38 2.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................39 2.2.1.Phương pháp lấy mẫu ..................................................................................39 2.2.2.Định danh chủng Ba1. .................................................................................39 2.2.2.1.Đặc tính sinh lý, sinh hóa của chủng. .....................................................39 2.2.2.2.Sinh học phân tử ....................................................................................39 2.2.3.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng .........................................................................................................................42 2.2.3.1.Ảnh hưởng của nhiệt độ. ........................................................................42 2.2.3.2.Ảnh hưởng của pH..................................................................................42 2.2.3.3.Ảnh hưởng nồng độ pepton ....................................................................42 2.2.4.Tạo chế phẩm ...............................................................................................42 2.2.5.Thử nghiệm xử lý nước thải xã Minh Quang Ba Vì Hà Nội ở phòng thí nghiệm ..................................................................................................................43 2.2.5.1.Xử lý quy mô bình tam giác ...................................................................43 2.2.5.2.Xử lý quy mô bình sục khí 3 lít ..............................................................43 2.2.5.3.Xử lý quy mô pilot..................................................................................43 2.2.6.Phương pháp xác định các chỉ tiêu trong nước............................................44 2.2.6.1.Xác định COD. .......................................................................................44 2.2.6.2.Xác định hiệu suất xử lý (tính theo hàm lượng COD). ..........................45 CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. .......................................................46 iv 3.1.Định danh chủng Ba1. .........................................................................................46 3.1.1.Đặc tính sinh lý, sinh hóa. ...........................................................................46 3.1.2.Định danh chủng Ba1 bằng phương pháp sinh học phân tử ........................48 3.2.Khảo sát điều kiện lên men của chủng NT1 và chủng Ba1. ...............................49 3.2.1.Khảo sát điều kiện lên men của chủng NT1. ...............................................49 3.2.1.1.Khảo sát môi trường lên men chủng NT1. .............................................49 3.2.1.2.Nhiệt độ. .................................................................................................50 3.2.1.3.Tiến hành khảo sát pH chủng NT1. ........................................................51 3.2.1.4.Ảnh hưởng của nồng độ pepton với chủng NT1. ...................................52 3.2.1.5.Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ cấp giống đến chủng NT1. ................53 3.2.2.Khảo sát điều kiện lên men của chủng Ba1 .................................................54 3.2.1.6.Khảo sát môi trường lên men của chủng Ba1. .......................................54 3.2.1.7.Nhiệt độ. .................................................................................................55 3.2.1.8.Tiến hành khảo sát pH chủng Ba1. .........................................................56 3.2.1.9.Khảo sát ảnh hưởng của pepton đến chủng Ba1. ...................................57 3.2.1.10.Khảo sát ảnh hưởng của gluco đến chủng Ba1. ...................................58 3.2.1.11.Ảnh hưởng của nồng độ cấp giống đến chủng Ba1..............................59 3.3. Tạo chế phẩm. ....................................................................................................60 3.3.1.Tạo chế phẩm. ..............................................................................................60 3.3.1.1.Giống gốc: ..............................................................................................61 3.3.1.2.Nhân giống. ............................................................................................61 3.3.1.3.Lên men. .................................................................................................62 3.3.1.4.Thu sinh khối. .........................................................................................62 3.3.1.5.Phối trộn. ................................................................................................62 3.4. Khảo sát khả năng xử lý nước thải của chế phẩm mô bình tam giác. ................66 3.4.1.Khảo sát ảnh hưởng của mật độ cấp chế phẩm............................................66 3.4.1.1.Chế phẩm chủng NT1. ............................................................................66 3.4.1.2.Chế phẩm chủng Ba1..............................................................................67 3.4.1.3.Chế phẩm hai chủng NT1 và Ba1...........................................................69 3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiêt độ tới khả năng xử lý nước thải. ................70 3.4.2.1.Chế phẩm chủng NT1. ............................................................................70 3.4.2.2.Chế phẩm chủng Ba1..............................................................................72 3.4.2.3.Chế phẩm 2 chủng Ba1 +NT1. ...............................................................72 3.4.3.Khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng xử lý nước thải. .........................73 v 3.4.3.1.Chế phẩm chủng NT1. ............................................................................73 3.4.3.2.Chế phẩm chủng Ba1..............................................................................74 3.4.3.3.Chế phẩm chủng Ba1+NT1. ...................................................................75 3.5.Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ bổ sung chế phẩm ở quy mô 3l. ...........................77 3.6.Xây dựng quy trình xử lý liên tục quy mô pilot ..................................................78 KẾT LUẬN ..............................................................................................................82 KIẾN NGHỊ .............................................................................................................83 PHỤ LỤC .................................................................................................................84 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Chất lượng môi trường không khí ở một số làng nghề ........................... .12 Bảng 1.2: Thành phần bã thải từ sản xuất tinh bột ...................................................13 Bảng 1.3: Lượng thải rắn của một số làng nghề .......................................................14 Bảng1.4: Lượng bã thải rắn được thải ra theo một số năm củalàng nghề Cát Quế..14 Bảng 1.5: Nhu cầu nguyên liệu và tải lượng xỉ của một số làng nghề chếbiến lương thực và thực phẩm .....................................................................................................15 Bảng 1.6: Khối lượng nước thải trong sản xuất tinh bột tại làng nghề .....................17 Bảng 1.7: Nhu cầu sử dụng nguyênliệu một số làng và tải lượng xỉ của một số làng nghề chế biến lương thực và thực phẩm ...................................................................17 Bảng 1.8: Tổng thải trung bình năm của làng nghề qua CBNSTP ...........................18 Bảng 1.9: Đặc trưng nước thải cống chung một làng nghề sản xuất tinh bột ...........19 Bảng 1.10: Chất lượng nước mặt làng nghề tại xã Dương Liễu .............................. .20 Bảng 1.11: Kết quả phân tích nước làng nghề xá Cát Quế ngày 8/4/2010 ...............21 Bảng 1.12: Kết quả phân tích nước làng nghề xá Minh Khai ngày 8/4/2010. ..........22 Bảng1.13:Đặc điểm của nước thải ở làng nghề chế biến tinh bột dong riềng riềng. 28 Bảng 3.1: Kết quả định danh bằng kit API 50 CHB của chủng ................................47 Bảng 3.2 : Mật độ vi sinh vật trong các công thức phối trộn ....................................63 Bảng 3.3: Mật độ vi sinh vật trong các công thức phối trộn .....................................64 Bảng 3.4: Mật độ vi sinh vật và độ ẩm của chế phẩm trong thời gian bảo quản ......65 Bảng 3.5: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đối với chế phẩm có chủng NT1 .........71 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cây dong riềng Việt Nam.. .........................................................................3 Hình 1.2: Quy trình sản xuất tinh bột dong….............................................................6 Hình 1.3:Quy trình sản xuất miến dong. .....................................................................8 Hình1.4: Một số hình ảnh ở nơi sản xuất miến Cự Đà, Thanh Oai, Hà Nội............10 Hình 1.5: Hiện trạng ô nhiễm ở Cự Đà, Hà Nội. ......................................................10 Hình 1.6: Hiện trạng ônhiễm ở Dương Liễu, Hoài Đức, Hà Nội..............................11 Hình1.7: Hiện trạng ô nhiễm ở Đông Thọ, Thái Bình ..............................................11 Hình 1.8: Tình hình bệnh tật trong dân cư do có liên quan đến chất lượng môi trường ........................................................................................................................23 Hình 1.9: Cây dong riềng ..........................................................................................25 Hình 1.10: Ảnh sản xuất miến dong của một số hộ gia đình ở Minh Quang Ba Vì Hà Nội .......................................................................................................................26 Hình 1.11: Ảnh tại nơi sản xuât tinh bột và miến dong riềng xã Minh Quang Ba Vì Hà Nội .......................................................................................................................27 Hình 2.1: Mô hình hoạt động hệ thống pilot .............................................................44 Hình 3. 1. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc, tế bào của chủng Ba1. .............................46 Hình 3.2. Ảnh điện di DNA của chủng Ba1 trên gel agarose ...................................48 Hình 3.3: Cây phát sinh chủng loại của chủng Ba1 ..................................................49 Hình 3.4: Khảo sát ảnh hưởng của môi trường đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng NT1 .................................................................................................................50 Hình 3.5: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng NT1 .................................................................................................................51 Hình 3.6: Khảo sát ảnh hưởng của độ pH đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng.. .......................................................................................................................52 Hình 3.7: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ pepton đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng NT1 ..........................................................................................................53 Hình 3.8: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ cấp giống đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng NT1 ..................................................................................................54 Hình 3.9: Khảo sát ảnh hưởng của môi trường đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng Ba1 ..................................................................................................................55 Hình3.10: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng Ba1 ..................................................................................................................56 Hình 3.11: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng Ba1 ............................................................................................................................57 Hình 3.12: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ pepton đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng Ba1 ...................................................................................................58 Hình 3.13: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ gluco đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng Ba1 ...........................................................................................................59 Hình 3.14: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ cấp giống đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng Ba1 ...................................................................................................60 viii Hình 3.15: Quy trình tạo chế phẩm vi sinh xử lý nước thải làng nghề miến dong ...61 Hình 3.16: Chế phẩm đóng túi bảo quản .................................................................66 Hình 3.17: Khảo sát ảnh hưởng của mật độ chế phẩm chủng NT1 tới khả năng xử lý nước thải ..........................................................................................................67 Hình 3.18: Khảo sát ảnh hưởng của mật độ chế phẩm chủng Ba1 tới khả năng xử lý nước thải ....................................................................................................................68 Hình 3.19: Khảo sát ảnh hưởng của mật độ chế phẩm chủng Ba1 tới khả năng xử lý nước thải ....................................................................................................................68 Hình 3.20: Khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm hai chủng tới khả năng xử lý nước thải .............................................................................................................................69 Hình 3.21: Khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm hai chủng NT1 và Ba1 tới khả năng xử lý nước thải ..........................................................................................................70 Hình 3.22: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng xử lý nước thải của chế phẩm chủng NT1 .......................................................................................................71 Hình 3.23: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng xử lý nước thải của chế phẩm chủng Ba1 ........................................................................................................72 Hình 3.24: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng xử lý nước thải của chế phẩm 2 chủng Ba1+NT1 ...........................................................................................73 Hình 3.25: Khảo sát ảnh hưởng của pH đếnkhả năng xử lý nước thải chế phẩm chủng NT1 .................................................................................................................74 Hình 3.26: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý nước thải của chế phẩm chủng Ba1 ..................................................................................................................75 Hình 3.27: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý nước thải của chế phẩm 2 chủng Ba1 và NT1 .................................................................................................76 Hình 3.28: Khảo sát ảnh hưởng của mật độ chế phẩm 2 chủng NT1 và Ba1 với bình 3l ................................................................................................................................77 Hình 3.29: Khảo sát ảnh hưởng của mật độ chế phẩm 2 chủng NT1 và Ba1 với quy mô bình 3l..................................................................................................................78 Hình 3.30: Hệ thống xử lý pilot quy mô 35l .............................................................79 Hình 3.31: Khảo sát ảnh hưởng của chế phẩm hai chủng đến quá trình xử lý nước thải trong hệ thống pilot ............................................................................................79 Hình 3.32: Nước thải sau khi xử lý ...........................................................................80 ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT TT Các từ hoặc thuật Giải thích các từ hoặc thuật ngữ viết tắt ngữ viết tắt Biochemical Oxygen Demand – 1 BOD 2 Bp 3 COD 4 DNA Deoxyribonucleic acid 5 DNS 3,5-dinitrosalicylic 6 dNTP Deoxyribonucleic triphosphate 7 EDTA Ethylen diamin tetraacetic acid 8 Kb Kilo base 9 CBNSTP Chế biến nông sản thực phẩm 10 Nt Hàm lượng nito tổng 11 OD Optical density – Mật độ quang 12 PCR Polymerase chain reaction 13 Pt Hàm lượng photpho tổng 14 SDS Sodium dodecyl sulfate Nhu cầu oxy hóa sinh học Base pair – Cặp nucleotit Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa hóa học 15 TCCP Tiêu chuẩn cho phép 16 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 17 TE Tris – EDTA 18 v/p Vòng/phút x MỞ ĐẦU Theo thống kê của Hiệp hội làng nghề Việt Nam, đến nay cả nước ta có khoảng 2800 làng nghề với 11 nhóm nghành nghề khác nhau giải quyết việc làm cho trên 11 triệu lao động nông thôn. Sản phẩm của các làng nghề không chỉ đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng cho người dân mà còn là những mặt hàng xuất khẩu độc đáo ra thị trường nước ngoài. Nước ta là nước nông nghiệp cho nên làng nghề chế biến nông sản thực phẩm là một trong những làng nghề tồn tại lâu đời nhất, có số lượng lớn, chiếm 20% tổng số làng nghề. Đây là một trong những loại làng nghề phân bố khá đều trong cả nước, phần nhiều sử dụng lao động lúc nông nhàn, không yêu cầu trình độ cao. Hình thức sản xuất thủ công gần như không thay đổi về quy trình sản xuất so với thời điểm khi hành thành nghề. Hầu hết làng nghề ở Việt Nam thường sản xuất theo quy mô hộ gia đình, nhỏ lẻ, phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng của dân cư trong vùngsau đó phát triển mở rộng quanh khu vực trong cả nước. Làng nghề hoạt động sản xuất theo hai loại hình chính. Một là làng nghề có thể diễn ra quanh năm như: sản xuất bún, bánh, rượu... Hai là làng nghề sản xuất theo thời vụ như: sản xuất tinh bột từ sắn củ, dong củ, làm miến dong, chế biến hoa quả… Một trong những làng nghề chế biến lương thực lâu năm đó là làng nghề chế biến tinh bột dong và miến dong xã Minh Quang Ba Vì Hà Nội. Hiện nay, cả làng có 235 hộ với 1.245 nhân khẩu thì có tới 203 hộ làm nghề chế biến tinh bột sắn và dong riềng. Do điều kiện kinh tế, xã hội phát triển, nhu cầu của con người ngày càng tăng, nhất là các sản phẩm làng nghề. Cho nên, cácmặt hàng lương thực, thực phẩm cũng phát triển theo về số lượng cũng như chất lượng. Dựa vào nhu cầu của thị trường, làng nghề đã mở rộng đầu tư chuyên canh, tăng năng suất lao động nhằm thúc đẩy sản xuất. Tuy nhiên sự phát triển các làng nghề diễn ra một cách tự phát, sản xuất mở rộng tuỳ tiện, không có quy hoạch và trình độ công nghệ thấp. Với thói quen sản 1 xuất quy mô nhỏ, khép kín trong hộ gia đình đã hạn chế phần nào đầu tư trang thiết bị và đổi mới công nghệ dẫn đếnnăng xuất sản xuất không cao, tiêu tốn nguyên nhiên liệu lớn. Bên cạnh đó hầu hết người dân chưa ý thức việc bảo vệ môi trường nêntrong quá trình sản xuất đã xả thải trực tiếp ra môi trường xung quanh như: ao, hồ, cống rãnh, ...một lượng lớn chất thải, đặc biệt là nước thải giàu chất hữu cơ. Mặt khácdo quy mô sản xuất nhỏ, không tập trung, rải rác trên khắp địa bàn làng, xã cho nên nguồn xả thải bị phân tán, khó thu gom. Từ đó ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng môi trường và sức khoẻ cộng đồng. Nhằm góp phần bảo vệ môi trường và giảm thiểu ô nhiễm do sản xuất và chế biến tinh bột tại các làng nghề, chúngtôi thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu sử dụng chế phẩm sinh học để xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất miến dong tại xã Minh Quang Ba Vì Hà Nội.” Với nội dung nghiên cứu chính sau: 1. Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của chủng đã lựa chọn. 2. Thu sinh khối và tạo chế phẩm. 3. Thử nghiệm xử lý nước thải làng nghề sản xuất miến dong tại xã Minh Quang, Ba Vì Hà Nội qui mô phòng thí nghiệm. 4. Thử nghiệm xử lý nước thải làng nghề sản xuất miến dong tại xã Minh Quang, Ba Vì Hà Nội qui mô pilot. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Việt Nam là một nước nông nghiệp, cho nên làng nghề hầu như phân bố rộng khắp cả nước. Sự tồn tại và phát triển của làng nghề đã ảnh hưởng một phần không nhỏ đến nền kinh tế - văn hóa trong nước. Ngoài giải quyết nhu cầu thiết yếu của cuộc sống, các làng nghề còn giúp cho người nông dân có thêm thu nhập phần tăng trưởng kinh tế của các vùng nông thôn trong cả nước. Một trong các loại hình làng nghề phổ biến nhất ở nông thôn Việt Nam là làng nghề chế biến lương thực (bún, miến, bánh đa, chế biến tinh bột...). Trong đó, tinh bột dong riềng và miến dong là hai loại hình sản phẩm được chế biến từ củ dong riềng. 1.1. Nguồn gốc và lịch sử phát triển cây dong riềng. Dong riềng có tên khoa học là Canna edulis Ker, có nguồn gốc phát sinh ở Peru Nam Mỹ. Ngày nay dong riềng đã được trồng rộng rãi ở nhiều nước nhiệt đới và á nhiệt đới trên thế giới [20]. Hình 1.1: Cây dong riềng Việt Nam [38]. Dong riềng (Canna edulis Ker) là cây thân thảo, họ dong riềng (Cannaceae) có nhiều tên địa phương khác nhau như: khoai chuối, khoai lào, dong tây, củ đao, khoai riềng, củ đót, chuối nước, …[20]. - Thành phần hóa học: Củ dong riềng đỏ có chứa nhiều tinh bột (khoảng 70%), chất khoáng 2%, chất xơ 5%, chất đạm 3%, chất béo 2% và một số hoạt chất khác [38]. 3 - Tính vị và tác dụng: Theo y học cổ truyền củ dong riềng đỏ có vị ngọt, tính mát có tác dụng thanh nhiệt, giải độc, hạ áp, lợi huyết, bổ tim [38]. - Trong công nghiệp thực phẩm: Dong riềng là cây có giá trị cao đối với đời sống nông dân. Củ có thể sử dụng tươi (luộc ăn) hoặc chế biến thành tinh bột. Từ tinh bột có thế chế biến thành nhiều sản phẩm hàng hóa có giá trị: làm thức ăn cho trẻ con và người già ốm, làm bột chân trâu, làm miến, làm bánh (bánh mì, bánh bao, bánh đa, …) mì sợi, kẹo bánh và trong công nghiệp rượu. Bã dong riềng sau khi lây tinh bột đem phơi khô làm thức ăn dự trữ cho gia súc [20]. - Trong y học: Dong riêng có hai loại chính là dong riềng đỏ và dong riêng trắng. Ngoài giá trị trong thực phẩm cây dong riềng đỏ còn có tác dụng chữa bệnh tim mạch. Tác dụng quý nhất của dong riềng đỏ là “Hỗ trợ điều trị chứng tắc nghẽn động mạch vành”. Đây chính là kinh nghiệm chữa bệnh bằng cây thuốc nam của đồng bào người Dao ở miền Tây Bắc. Dong riềng đỏ có tác dụng trị chứng tức ngực, khó thở và bệnh tim mạch. Bởi vậy có lúc dong riềng đỏ còn được đặt tên là “Thần dược cho người mắc bệnh tim mạch”[34]. 1.2. Hiện trạng, trồng, chế biến và tiêu thụ sản phẩm dong riềng. Dong riềng được nhập vào Việt Nam thế kỷ thứ 19. Năm 1898, người Pháp đã trồng thử dong riềng ở nước ta nhưng rồi công việc thời đó đã bị dừng lại vì thời đó chưa biết cách chế biến tinh bột dong riềng. Từ năm 1961- 1965 một số nghiên cứu về nông học với cây dong riềng đã được thực hiện tại Viện khoa học kỹ thuật nông nghiệp ( INSA) nhằm mục đích mở rộng diện tích Dong Riềng. Từ năm 1986 do nhu cầu sản xuất miến từ bột dong riềng ngày càng tăng đã đi kèm với việc mở rộng diện tích trồng loại cây này. Năm 1993, ở nước ta ước chừng đã có khoảng 30.000ha trồng dong riềng. Hiện nay tuy diện tích trồng có thể giảm đi chút ít nhưng có thể khẳng định, dong riềng lấy củ và lấy cảnh vẫn được trồng phổ biến khắp cả nước, từ đồng bằng, trung du đến các vùng núi cao như SaPa, Bắc Hà (tỉnh Lào Cao), Phó Bảng (tỉnh Hà Giang), tỉnh Tuyên Quang, … [20]. Giống như lúa, ngô, khoai, sắn, cây dong riềng thực tế đã gắn bó với đời sống người nông dân từ thời xa xưa. Với đặc tính dễ trồng cho năng suất cao, phù hợp 4 nhiều vùng sinh thái khác nhau trong địa hình cả nước như: đất tốt, xấu; đất pha cát, thịt; khí hậu nóng, lạnh; ở vùng sườn núi, đồi; vùng trung du, núi, đồng bằng; nơi hạn, úng; ở vùng chuyên canh, ở những mảnh đất đầu thừa đuôi thẹo, …Năng suất củ dong riềng rất cao. Nếu trồng ở nơi đất tốt, một khóm có thể thu được 15-20kg củ. Trồng trên diện tích lớn có thể cho năng suất đạt từ 45-60 tấn củ/ha nếu thâm canh [22].  Xã Côn Minh sản xuất dong riềng từ năm 1970 với diện tích ban đầu 50 ha, tăng dần đỉnh điểm vào năm 1978-1980 với diện tích 100-170ha. Tuy nhiên do giống không được tuyển chọn, phương thức canh tác không được cải tiến nên cây dong bị thoái hóa rồi lụi tàn. Đến năm 2005 diện tích cây dong gần như không còn. Để khôi phục lại làng nghề miến dong, phòng Nông- Lâm huyện Na Rì đã liên hệ tại tỉnh Hà Tây cũ để mua 58.641kg giống về cung cấp cho bà con xã Côn Minh trồng được 35,77ha. Qua theo dõi giống dong mới phát triển tốt, không sâu bệnh, thời gian từ trồng đến thu hoạch là 240 ngày, ngắn hơn giống cũ 35 ngày. Năng suất bình quân 55 tấn/ha. Sản lượng dong củ thu được 1.967 tấn trong năm 2007 [4].  Xã Quang Phong huyện Na Rì: Từ năm 1970-1980, cây dong riềng được trồng ở tất cả 16/16 thôn bản với diện tích khoảng 50-60ha. Đến năm 1980, ị sâu bênh cây dong bị chết hang loạt. Đến năm 2007, xã Quang Phong được huyện cấp giống về trồng đạt diện tích 3ha; năm 2008 là 6,72ha; năm 2009 là 9,78ha [4].  Xã Hữu Thác: năm 2008 diện tích trồng dong riêng toàn xã là 10,16ha; so với năm 2007 tăng 6,01ha. Năng suất đạt 4,5 tấn/ha; sản lượng đạt 457,2 tấn [4].  Ở Bắc Cạn: tại hợp tác xã Đồng Tâm, ông Hoàng Văn Giáp, phó giám đốc Sở kế hoạch và đầu tư cho biết trồng dong riềng và sản xuất miến đã giúp nâng cao thu nhập cho người dân địa phương, những người mà trước đây sinh kế của họ chủ yếu là trồng lúa, ngô và lâm nghiệp. Ông Giáp cho biết hiện nay trên địa bàn tỉnh có khoảng 18.000ha dong riềng [14].  Ở Cao Bằng: Theo ông Du Văn Síu, chủ tịch UBND xã Thành Công huyện Nguyên Bình, mô hình trồng dong riềng theo nhóm đã góp phần xóa đói giảm nghèo. 5 Vì thế diện tích của xã ngày càng tăng. Năm 2008 có 49,6ha đến năng 2012 đạt gần 80ha [14]. 1.3. Hiện trạng làng nghề miến dong 1.3.1. Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột dong và miến dong. 1.3.1.1. Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột dong. Củ dong riềng Làm sạch Nghiền Nước thải Nước Lọc dịch tinh bột Lắng, rửa tinh bột Tinh bột ướt Làm khô tinh bột ướt Bảo quản Hình 1.2: Quy trình sản xuất tinh bột dong [3]. hu ết minh qu tr nh sản uất tinh bột dong riềng  Làm sạch củ dong: Củ dong được đưa vào hệ thống máy rửa củ. Mục đích của công đoạn rửa củ là loại bỏ ra khỏi củ dong riềng các loại đất, đá, tạp chất bẩn và một phần vỏ củ, rễ. 6  Nghiền củ dong: Củ dong sau khi rửa được đưa tới hệ thống máy nghiền, xát. Trong công đoạn này củ dong được nghiền, xát dưới tác động của mâm (hoặc lô) nghiền, xát quay ở tốc độ cao, tạo thành hỗn hợp lỏng gồm bã, nước tinh bột.  Lọc tinh bột dong riềng : + Đối với phương pháp nghiền lọc không liên hoàn Quá trình nghiền và tách lọc tinh bột, bã được thực hiện trên 02 máy móc thiết bị khác nhau. Hỗn hợp bã, tinh bột, nước sau nghiền được đưa tới hệ thống bể chứa, sau đó được bơm sang các máy tách bã (hình trụ tròn, có mô tơ, cánh khuấy, màng lọc), hoà thêm nước, dưới tác động quay của cánh khuấy tinh bột sẽ được tách ra qua màng lọc xuống bể chứa và lắng tinh bột. Quá trình đánh lọc được tiến hành liên tục cho đến khi lượng tinh bột được tách ra hoàn toàn, xơ bã sẽ được xả ra khu bể chứa tập trung để xử lý. + Đối với phương pháp nghiền lọc liên hoàn, quá trình nghiền và tách tinh bột, bã sẽ được thực hiện đồng thời trên cùng một máy nghiền lọc liên hoàn. Trong quá trình nghiền, hỗn hợp tinh bột, nước được tách ra khỏi xơ bã và qua màng lọc vào bể lắng tinh bột. Lắng, rửa tinh bột dong riềng. Sau công đoạn tách bã, tinh bột được để lắng, tách nước, tách bột non, tiếp đó sẽ được đánh, lọc, lắng, nhằm rửa sạch phần nhựa của củ dong và loại bỏ tạp chất làm cho tinh bột trắng sạch. Công đoạn đánh lọc, lắng tinh bột này được tiến hành cho đến khi nước không còn vẩn đục. Kết thúc giai đoạn lắng, sau khi gạn hết nước và phần cặn bã phía trên, sẽ thu được tinh bột ướt, có độ ẩm từ 38- 40% có thể sử dụng ngay làm nguyên liệu sản xuất miến hoặc bảo quản tùy theo mục đích sử dụng.  Làm khô tinh bột: Tinh bột sạch sau khi lắng lọc, tách nước thường được làm khô theo phương pháp phơi nắng. Dùng nong, nia hoặc bạt để phơi. Tinh bột khô được đóng trong 2 lớp bao bì: bên ngoài là bao PP, bên trong là bao PE. Bảo quản trong kho cao ráo, thoáng mát. 7