Tổng quan về ngành chế biến tinh bột sắn
Cây khoai mì (sắn) 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).
Sắn có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức ăn gia súc và lương thực thực phẩm. Củ sắn dùng để ăn tươi, làm thức ăn gia súc, chế biến sắn lát khô, bột sắn nghiền, tinh bột sắn, tinh bột sắn biến tính, các sản phẩm từ tinh bột sắn như bột ngọt, cồn, maltodextrin, lysine, acid citric, xiro glucose và đường glucose tinh thể, mạch nha giàu maltose, hồ vải, hồ giấy, colender, phủ giấy, bìa các tông (Hoàng Kim Anh, Ngô Kế Sương, Nguyễn Xích Liên 2004), bánh kẹo, mì ăn liền, bún, miến, mì ống, mì sợi, bột khoai, bánh tráng, hạt trân châu (tapioca), phụ gia thực phẩm, phụ gia dược phẩm, sản xuất màng phủ sinh học, chất giữ ẩm. Thân sắn dùng để làm giống, làm nấm, làm củi đun, nguyên liệu cho công nghiệp xenlulô. Lá sắn ngọt là loại rau xanh giàu đạm rất bổ dưỡng và để nuôi cá, nuôi tằm. Lá sắn đắng ủ chua hoặc phơi khô để làm bột lá sắn dùng chăn nuôi lợn, gà, trâu, bò, dê v.v.
Khối lượng xuất khẩu sắn và các sản phẩm từ sắn trong tháng 9 năm 2020 ước đạt 200 nghìn tấn với giá trị đạt 80 triệu USD, đưa khối lượng và giá trị xuất khẩu sắn và các sản phẩm từ sắn 9 tháng đầu năm 2020 ước đạt 1,94 triệu tấn và 685 triệu USD, tăng 12,1% về khối lượng và tăng 1,7% về giá trị so với cùng kỳ năm 2019. Giá xuất khẩu sắn và sản phẩm sắn bình quân 9 tháng đầu năm 2020 ước tính đạt 352,6 USD/tấn, giảm 9,3% so với cùng kì năm ngoái.
Về mặt hàng tinh bột sắn, xuất khẩu 9 tháng đầu năm 2020 ước đạt 1,45 triệu tấn với giá trị 573 triệu USD, tương đương giảm 1% về lượng và giảm 7% về giá trị so với cùng kì năm 2019. Giá xuất khẩu bình quân tinh bột sắn đạt 395 USD/tấn, giảm 7% so với cùng kì năm trước.
Xét về cơ cấu sản phẩm, trong 9 tháng đầu năm 2020 xuất khẩu sắn lát tăng ước đạt 488 nghìn tấn, tương đương 110 triệu USD, tăng 81% về lượng và 90% về giá trị so với cùng kì năm trước. Giá xuất khẩu sắn lát bình quân 9 tháng ở mức 226 USD/tấn, tăng 5% so với mức giá 216 USD/tấn của cùng kì năm trước.
Quy trình thải chế biến tinh bột sắn
1. Tính chất và thành phần của sắn
Củ sắn tươi có tỷ lệ chất khô 38-40%, tinh bột 16-32%; chất protein, béo, xơ, tro trong 100g được tương ứng là 0,8-2,5 g, 0,2-0,3 g, 1,1-1,7 g, 0,6-0,9 g; chất muối khoáng và vitamin trong 100 g củ sắn là 18,8-22,5 mg Ca, 22,5-25,4 mg P, 0,02 mg B1, 0,02 mg B2, 0,5 mg PP. Trong củ sắn, hàm lượng các amino acid không được cân đối, thừa arginin nhưng lại thiếu các amino acid chứa lưu huỳnh. Thành phần dinh dưỡng khác biệt tuỳ giống, vụ trồng, số tháng thu hoạch sau khi trồng và kỹ thuật phân tích. Lá sắn trong nguyên liệu khô 100% chứa đựng đường + tinh bột 24,2%, protein 24%, chất béo 6%, xơ 11%, chất khoáng 6,7%, xanhthophylles 350 ppm (Yves Froehlich, Thái Văn Hùng 2001). Chất đạm của lá sắn có khá đầy đủ các amino acid cần thiết, giàu lysin nhưng thiếu methionin.
Trong lá và củ sắn ngoài các chất dinh dưỡng cũng chứa một lượng độc tố (HCN) đáng kể. Các giống sắn ngọt có 80–110 mg HCN/kg lá tươi và 20–30 mg/kg củ tươi. Các giống sắn đắng chứa 160–240 mg HCN/kg lá tươi và 60–150 mg/kg củ tươi. Liều gây độc cho một người lớn là 20 mg HCN, liều gây chết người là 50 mg HCN cho mỗi 50 kg thể trọng. Tuỳ theo giống, vỏ củ, lõi củ, thịt củ, điều kiện đất đai, chế độ canh tác, thời gian thu hoạch mà hàm lượng HCN có khác nhau. Tuy nhiên, ngâm, luộc, sơ chế khô, ủ chua là những phương thức cho phép loại bỏ phần lớn độc tố HCN.
2. Quy trình chế biến tinh bột sắn
Nguồn gốc phát sinh nước thải và quy trình xử lý
1. Nguồn gốc phát sinh nước thải
Nước thải sản xuất: đây là khâu phát sinh nước thải chủ yếu với lưu lượng lớn và nồng độ ô nhiễm cao vì trong nước thải chứa lượng bột thừa, dịch sắn và cặn lơ lửng.
- Khâu nhập rửa củ: chứa nhiều cát, rác thô.
- Khâu tách dịch bào: Làm tinh khiết dịch tinh bột, tách những tạp chất phi tinh bột và tạp chất màu ở dạng phức tan trong nước.
- Khâu ly tâm tách nước: Máy ly tâm tốc độ cao vắt bớt nước nhằm tách lấy tinh bột trong sữa tinh bột thuần khiết sau khi đã được tinh chế.
Nước thải sinh hoạt: phát sinh từ các khu vực vệ sinh, sinh hoạt của công nhân và nhân viên trong nhà máy, từ các khu nhà ăn, …
Ngoài ra còn có lượng nước từ lò hơi và rò rỉ từ các công đoạn sản xuất và vệ sinh khác chứa nhiều chất hữu cơ và chất lơ lửng, tuy nhiên lượng này không nhiều.
Nhìn chung, thành phần ô nhiễm của quá trình chế biến tinh bột sắn có pH thấp, hàm lượng chất hữu cơ và vô cơ cao, thể hiện qua hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), các chất dinh dưỡng chứa N, P, các chỉ số về nhu cầu oxy sinh học (BOD5), nhu cầu oxy hoá học (COD), …với nồng độ rất cao. Đặc biệt trong sắn có chứa HCN là một acid có tính độc hại. Khi ngâm sắn vào trong nước HCN sẽ tan vào trong nước và theo nước thải ra ngoài.
Nước thải trong quá trình sản xuất thường chứa nhiều tạp chất cơ học (đất, cát, bùn, vỏ, xơ), một số tinh bột còn sót qua lọc, một ít đường hòa tan, protein, lipit và enzim, nên rất dễ bị lên men rượu sinh ra mùi hôi chua, hôi thối. Trong nước thải chứa nhiều cặn lơ lửng nên hàm lượng chất hữu cơ cao, nước có độ đục cao. Hàm lượng SS trong nước thải cao là nguyên nhân gây lắng đọng và thu hẹp diện tích các mương dẫn và các dòng tiếp nhận nước thải.
Bảng tính chất nước thải tinh bột sắn tham khảo
|
STT |
Thông số | Đơn vị tính | Hàm lượng |
QCVN 63:2017/BTNMT Cột B |
| 1 | pH | – | 4.9 | 5.5 – 9 |
| 2 | TSS | mg/l | 3450 | 100 |
| 3 | BOD5 | mg/l | 9850 | 50 |
| 4 | COD | mg/l | 11370 | 200 |
| 5 | Nito tổng | mg/l | 240 | 80 |
| 6 | Photpho tổng | mg/l | 44 | 20 |
| 7 | CN- | mg/l | 15 | 0.1 |
| 8 | Coliform | MNP hoặc
CFU/ 100ml |
3.5×10^5 | 5000 |
2. Công nghệ xử lý
3. Thuyết minh công nghệ xử lý
Nước thải từ hoạt động sản xuất (gồm phần lớn chất ô nhiễm hữu cơ, cặn và cát) sẽ được chảy qua mương lắng cát để loại bỏ cát trước khi vào bể Cigar (Biogas), hạn chế tăng lượng bùn tại và tăng thể tích hữu ích tại bể Cigar. Cát, vỏ mì sẽ được nhân viên vận hành thug om định kì. Sau đó, nước sẽ chảy vào hố bơm và bơm vào bể Cigar thông qua hệ thống phân phối nước.
Bể Cigar có tác dụng phân hủy các chất hữu cơ phức tạp, mạch vòng thành các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn dựa vào các chủng vi sinh kị khí trong bể. Thời gian lưu bể Cigar rất dài (30-60 ngày), do đó khả năng chịu tải của bể rất tốt, giúp các hạng mục xử lý phía sau ổn định, đảm bảo hiệu quả xử lý. Ngoài vai trò xử lý chất ô nhiễm, bể Cigar còn được tận thu nguồn khí đốt phát sinh sau quá trình xử lý để làm nhiên liệu cho các hoạt động của nhà máy, làm giảm đáng kể chi phí cho các lò đốt, lò sấy.
Nước thải được chảy sang bể điều hòa. Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu lượng và nồng độ của nước thải, tránh tình trạng bị quá tải vào giờ cao điểm, sốc tải hệ thống. Giúp nước thải được ổn định, đảm bảo hiệu quả xử lý cho các công trình phía sau.
Nước thải tiếp tục được luân chuyển sang bể keo tụ, tạo bông. Tại ngăn keo tụ, bổ sung hóa chất PAC vào, tăng hiệu quả tách cặn, chất ô nhiễm dựa vào cơ chế hình thành bông cặn của hóa chất PAC. Tại ngăn tạo bông, châm hóa chất Polymer nhằm tăng kích thước và trọng lượng bông cặn và loại bỏ bông cặn tại bể lắng.
Bể lắng hóa lý có nhiệm vụ lắng bông cặn và tách dòng nước không chứa bùn (ít bùn) ra khỏi dòng thải đầu vào bể lắng. Bùn tại bể lắng cần được xả định kì, tránh tình bạn lưu bùn quá lâu trong bể.
Sau đó chảy sang bể trung gian để ổn định pH, đảm bảo pH duy trì trong ngưỡng 7-7.5 trước khi vào bể UASB.
Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là một dạng bể kị khí với dòng nước phân phối từ đáy lên dựa vào áp lực của bơm phân phối đầu vào thông qua hệ thống phân phối nước dưới đáy bể. Công nghệ UASB với các chủng vi sinh kị khí đảm bảo hiệu quả xử lý chất ô nhiễm luôn ở mức cao, lượng bùn sản sinh ra ít, sản phẩm thứ cấp là khí metan có thể tận dụng làm khí đốt cho một số hoạt động của nhà máy. 4 quá trình cơ bản trong xử lý sinh học kị khí gồm:
- Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn.
Trong quá trình phát triển, dưới tác dụng của enzyme được tạo ra bởi các loại vi khuẩn kị khí thì các hợp chất hữu cơ, phức chất polysaccharides, proteins, lipids sẽ chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn hoặc các chất hòa tan như: đường, các amino acid, acid béo, … Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất.
- Giai đoạn 2: Axít hóa các hợp chất hữu cơ đơn giản đã tạo thành ở giai đoạn 1
Vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, CO2, H2, NH3, H2S, acid lactic, methanol, và sinh khối mới. Sự hình thành các axit có thể làm pH giảmxuống đến 4.0.
- Giai đoạn 3: Giai đoạn Acetat hóa.
Trong quá trình lên men, chỉ có các sản phẩm Axit acetat bị vi khuẩn tạo metan sử dụng trực tiếp, các hợp chất khác cần nhiều thời gian để phân hủy thành các chất đơn giản hơn.
- Giai đoạn 4: Metan hóa. Giai đoạn này chuyển từ sản phẩm đã meta hóa thành khí (CH4 và CO2) bằng nhiều loại vi khuẩn kỵ khí.
CH3COOH => CH4 + CO2
2C2H5OH + CO2 => CH4 + 2CH3COOH
CO2 + 4H2 => CH4 + 2H2O
Sau đó, tiếp tục quá trình xử lý hiếu khí Aerotank. Bể Aerotank có tác dụng xử lý chất hữu cơ, BOD, COD, nito và 1 phần photpho dựa vào các chủng vi sinh vật hiếu khí tại pH khoảng 7.0 và DO >=2; Không khí được cấp vào thông qua hệ thống phân phối khí, có tác dụng đảm bảo nồng độ Oxy hòa tan và giúp duy trì điều kiện đảo trộn trong bể, tăng hiệu quả xử lý chất ô nhiễm.
Bùn và nước sẽ được tách rời thông qua bể lắng sinh học hiếu khí. Phần bùn lắng đọng phía dưới rốn thu bùn sẽ được bơm tuần hoàn về bể Aerotank, nhằm duy trì lượng cơ chất và bùn nền thích hợp, đảm bảo hiệu quả xử lý. Phần nước trong sẽ chảy sang bể khử trùng.
Nước thải sau quá trình xử lý sinh học có chứa rất nhiều các chỉ tiêu vi sinh. Tại bể khử trùng, bổ sung hóa chất khử trùng (Chlorine) nhằm tiêu diệt vi sinh vật và xử lý một số chỉ tiêu ô nhiễm có trong nước thải.
Nước sau khử trùng sẽ thải ra nguồn tiếp nhận, đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt cột B, QCVN 63:2017/BTNMT.
