PHẦN II. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

Hoạt động sản xuất và chế biến tinh bột sắn đang diễn ra nhanh và mạnh ở rất

nhiều quốc gia trên thế giới, có nhiều loại công nghệ chế biến tinh bột sắn đã ra

đời đem lại hiệu quả cao trong sản xuất tinh bột sắn. Thái Lan là nước đứng đầu

thế giới về xuất khẩu các sản phẩm từ sắn và có nhiều tập đoàn và công ty sản

xuất thiết bị chế biến sắn. Nhìn chung, quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn

của các công ty Thái Lan về cơ bản đều giống nhau. Sắn củ nguyên liệu được

bóc vỏ, làm sạch, băm và nghiền nhỏ để phá vỡ cấu trúc tinh bột (ở công đoạn

nghiền và trích ly có bổ sung H2SO3 để chống biến màu tinh bột) sau đó sang

công đoạn trích lý, tách xơ. Sữa tinh bột được chuyển vào thiết bị ly tâm rồi đem

sấy khô bằng thiết bị sấy phun. Tinh bột từ công đoạn sấy khô được làm nguội

và đóng bao để chuyển sang kho chứa thành phẩm (hình 2.1).

Ưu điểm của công nghệ Thái Lan là giai đoạn trích ly, chiết suất được thực

hiện lặp lại nên tỷ lệ thu hồi tinh bột cao, lượng tinh bột thải ra theo bã và nước

thải giảm đáng kể. Mặt khác, nước thải từ ly tâm tách nước được tuần hoàn lại

quá trình trích ly tách xơ, đồng thời nước sau phân ly bột được tái sử dụng hoàn

toàn để rửa củ nên giảm một lượng đáng kể định mức sử dụng nước. Như vậy

toàn bộ quy trình có một dòng thải chính là dòng sau rửa củ. [5,9,55]

Trung Quốc không phải là nước trồng sắn nhưng là nước có nhu cầu tinh bột

sắn lớn nhất thế giới.

Ưu điểm chính công nghệ nước này là nguyên liệu có thể là củ sắn tươi và cả

sắn lỏt khụ, khâu tẩy trắng dùng SO2 với hàm lượng nhỏ. Dây chuyền công nghệ

sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc có giá thành thấp nên tương đối phổ biến

ở Việt Nam. [5,9]



4



dụng



Vỏ, tạp chất

Rửa củ, bóc vỏ

Nước thải

Nước



H2SO3



Băm nhỏ



Bột thô



Nước tuần hoàn, tái sử



Sắn củ tươi



Nghiền

Bã sắn

Trích ly, tách xơ

Nước thải

Phân ly (tinh lọc)

Ly tâm tách nước



Khí nóng



Sấy khô



Khí thải



Làm nguội

Hình 2.1. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Thái Lan kèm theo dòng thải

Đóng bao

1.2. Sản xuất và chế biến tinh bột sắn ở Việt Nam

Thành

Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới, sau

phẩm

Indonesia và Thái Lan. Năm 2006, diện tích đất trồng sắn đạt 475.000 ha, sản

lượng tinh bột sắn đạt 7.714.000 tấn. Thị trường xuất khẩu chính của Việt Nam

là Trung Quốc, Đài Loan. Cùng với diện tích sắn được mở rộng, sản lượng

cũng như năng suất tinh bột sắn được sản xuất cũng tăng lên theo thời gian.

Hình 1 mô tả tốc độ tăng trưởng của diện tích trồng sắn cũng như sản lượng



5



tinh bột sắn của Việt nam. Theo hình 1, tốc độ tăng trưởng của sản lượng tinh

bột sắn cao hơn gấp nhiều lần so với sự gia tăng của diện tích trồng sắn.



Hình 2.2. Biểu đồ tăng trưởng diện tích, sản lượng và năng suất tinh bột sắn

ở Việt nam [1]

Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực và làm thức ăn gia súc quan trọng chỉ sau

lúa và ngô. Năm 2008, diện tích trồng sắn đạt 556 nghìn ha chỉ đứng sau cây lúa

và ngô. Sản lượng đạt gần 9,39 triệu tấn chỉ đứng sau cây lúa, năng suất đạt 16,9

tấn/ha cao nhất trong các cây lương thực. [54]

Cây sắn là nguồn thu nhập quan trọng của các hộ nông dân nghèo do sắn dễ

trồng, ớt kộn đất, vốn đầu tư thấp phù hợp kinh tế nông hộ và điều kiện sinh thái

môi trường ở Việt Nam. Sắn ở Việt Nam chủ yếu dùng để sản xuất thương phẩm

(48,6%), kế đến làm thức ăn gia súc (22,4%), chế biến thủ công (16,8%), chỉ có

12,2% tiêu thụ tươi. [29,37,54]

Sản xuất và chế biến sắn ở Việt Nam trong những năm gần đây có bước tiến

đáng kể, cụ thể:



6



Diện tích trồng sắn cả nước năm 2009 đạt 560,4 nghìn ha, tăng mạnh so với

mức 425,5 ha năm 2005 và tăng 2,7 nghìn ha so với năm 2008. Vượt 13 nghìn

ha so với quy hoạch phát triển sắn tới năm 2010 phân bố tập trung vào các khu

vực ven biển miền Trung, miền Đông Nam bộ và miền núi phía Bắc. [54;56]

Sản lượng sắn năm 2009 đạt 9,445 triệu tấn, cao hơn năm 2008 khoảng 0,20,4 triệu tấn nhưng tăng 1,4 lần so với năm 2005. Năm 2009, khu vực có sản

lượng lớn nhất và đạt năng suất lớn nhất là miền Đông Nam Bộ (khoảng 23,5

tấn/ha), kế đến là vùng ven biển miền Trung và cao nguyên (khoảng 16-16,5

tấn/ha). Năng suất trung bình cả nước cũng tăng từ 15,35 tấn/ha năm 2005 lên

16,9 tấn/ha năm 2008, cao hơn năng suất trung bình của thế giới (12,2 tấn/ha)

nhưng vẫn thấp so với Ấn Độ (31,4 tấn/ha) và Thái Lan (21,1 tấn/ha). [54;56]

Bảng 1.1. Sản lượng tinh bột sắn các địa phương ở Việt Nam năm 2010 [30;36]

Số

TT

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12



Địa phương

Yên Bái

Thái Nguyên

Hoà Bình

Ninh Bình

Thanh Hoá

Nghệ An

Hà Tĩnh

Quảng Bình

T.T. Huế

Quản Nam

Quảng Ngãi

Quảng Trị



nhà

máy

3

1

1

1

1

3

1

2

2

2

2

1



Số



Sản lượng



TT



(tấn/ngày)

350

80

100

90

80

160

80

120

150

270

225

70



13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24



Địa phương

Bình Định

Phú Yên

Kon Tum

Đắk Lắk

Đắk Nông

Gia Lai

Ninh Thuận

Bình Thuận

Tây Ninh

Bình Phước

Bình Dương

Đồng Nai



nhà

máy

2

2

3

6

2

2

1

3

10

5

2

3



Sản lượng

(tấn/ngày)

310

210

330

570

150

200

80

850

910

1.000

140

420



Về chế biến, hiện nước ta có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn quy mô

công nghiệp phân bố trên 24 tỉnh thành cả nước (bảng 1) với tổng công suất gần

7 nghìn tấn sản phẩm/ngày (tương ứng với gần 28-35 nghìn tấn củ sắn

tươi/ngày), số nhà máy tăng gấp đôi và công suất tăng gấp 3 so với 5 năm trước.



7



Ngoài ra, cũn có những cơ sở chế biến nhỏ lẻ và làng nghề nằm rải rác ở các địa

phương. Cùng với sản lượng sắn củ lớn nhất, khu vực Đông Nam Bộ cũng có

năng suất và số lượng nhà máy sản xuất TBS lớn nhất cả nước. Trong đó, Tây

Ninh có nhiều nhà máy sản xuất TBS nhất (10 nhà máy) và Bình Phước là tỉnh

có năng suất lớn nhất (1.000 tấn/ngày). Ở khu vực phía Bắc thỡ Yên Bỏi là tỉnh

có sản lượng sản xuất tinh bột sắn lớn nhất (350 tấn/ngày). [30;36]

Tuy nhiên, sự tăng trưởng mạnh mẽ trong sản xuất và xuất khẩu sắn cũng

mang lại những quan ngại không nhỏ, nhất là nguy cơ tái diễn tình trạng phát

triển ồ ạt diện tích trồng sắn trong cả nước, vừa gây xói mòn đất vừa ảnh

hưởng bất lợi đến giá cả thị trường. Hơn nữa, với số nhà máy và cơ sở chế

biến sắn tăng nhanh đã và sẽ tạo ra một lượng chất thải khổng lồ, gây tác

động không nhỏ đến môi trường ở nhiều vùng nông thôn, nhất là các tỉnh có

diện tích trồng sắn lớn như Tây Ninh, Bình Phước, Đồng Nai và một số tỉnh ở

khu vực phía Bắc. [58,56].

Việt Nam hiện tồn tại 3 loại quy mô sản xuất tinh bột sắn điển hình sau: [1]

Qui mô nhỏ (hộ và liên hộ): Đây là quy mô có công suất 0,5 - 10 tấn tinh

bột sản phẩm/ ngày. Số cơ sở chế biến sắn quy mô nhỏ chiếm 70 - 74%. Công

nghệ thủ công, thiết bị tự tạo hoặc do các cơ sở cơ khí địa phương chế tạo. Hiệu

suất thu hồi và chất lượng tinh bột sắn không cao.

Qui mô vừa: Đây là các doanh nghiệp có công suất dưới 50 tấn tinh bột sản

phẩm/ ngày. Số cơ sở chế biến sắn quy mô vừa chiếm 16- 20%. Đa phần các cơ

sở đều sử dụng thiết bị chế tạo trong nước nhưng có khả năng tạo ra sản phẩm

có chất lượng không thua kém các cơ sở nhập thiết bị của nước ngoài.

Qui mô lớn: Nhóm này gồm các doanh nghiệp có công suất trên 50 tấn

tinh bột sản phẩm/ ngày. Số cơ sở chế biến sắn quy mô lớn chiếm khoảng

10% tổng số các cơ sở chế biến cả nước với công nghệ, thiết bị nhập từ Châu

Âu, Trung Quốc, Thái Lan. Đó là công nghệ tiên tiến hơn, có hiệu suất thu



8



hồi sản phẩm cao hơn, đạt chất lượng sản phẩm cao hơn, và sử dụng ít nước

hơn so với công nghệ trong nước. Tới nay cả nước đó có trờn 60 nhà máy chế

biến tinh bột sắn cả nước ở qui mô lớn, công suất 50 - 200 tấn tinh bột sắn/

ngày và trên 4.000 cơ sở chế biến thủ công. Hiện tại, tổng công suất của các

nhà máy chế biến sắn qui mô công nghiệp đã và đang xây dựng có khả năng

chế biến được 40% sản lượng sắn cả nước.

Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, khoảng 40 - 45% sản lượng sắn dành

cho chế biến quy mô lớn, hay còn gọi là quy mô công nghiệp, 40 - 45% sản

lượng sắn dành cho chế biến tinh bột ở qui mô nhỏ và vừa, dùng để sản xuất các

sản phẩm sắn khô, chế biến thức ăn chăn nuôi và 10 - 15% dùng cho ăn tươi và

các nhu cầu khác.

Qui trình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam gồm 3 loại hình công nghệ

chính. Đối với qui mô công nghiệp chủ yếu sử dụng công nghệ, thiết bị của

Trung Quốc và Thái Lan vì có giá thành và qui trình vận hành phù hợp với

điều kiện Việt Nam. Các nhà máy phân bố rải rác ở vùng núi Tây Bắc, Bắc

Trung Bộ, Nam Trung Bộ và Tõy Nguyên. Qui mô làng nghề tập trung chủ

yếu ở một số tỉnh thuộc đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long

với công nghệ và thiết bị nhỏ lẻ, không đồng bộ.

+ Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp thủ công: Củ sắn mua về

được rửa bằng tay và gọt vỏ bằng dao rồi nạo thủ công trên một bàn

nạo/mài trên tấm thiếc hoặc sắt mềm có đục lỗ tạo gờ sắc một bên. Bột sau

khi mài được đưa vào một tấm vải lọc buộc bốn góc và rửa bằng vòi nước.

Xơ sau khi rửa được vắt khô. Sữa bột thu được chứa trong xụ/thựng chứa

để chờ tinh bột lắng xuống. Thay nước nhiều lần để loại bỏ nhựa, tạp chất

và HCN. Bột ướt vớt lên khay hoặc vắt qua vải lọc để tách nước rồi được

sấy khô tự nhiên. [19,9,35]



9



+ Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp bán cơ giới: Trong quy trình

này, việc gọt vỏ thường vẫn được tiến hành thủ công. Quá trình nạo/mài được

tiến hành bằng máy mài. Lực để quay trống được truyền qua trục động cơ

điện và dây curoa. Trống có phủ tấm kim loại đục lỗ được quay trong một

hộp mỏy có gắn phễu nạp củ phía trên và bột sau khi mài được chảy xuống

dưới. Quá trình mài được bổ sung một lượng nhỏ nước. Lượng tinh bột được

giải phóng và hoà tan nhờ cách làm này có thể đạt hiệu suất 70 - 90%. Bột

nhão thu được qua sàng lọc thô, lọc mịn và lọc tinh. Có thể bổ sung nước

trong khi tỏch cỏc tạp chất và bã. Dịch thu được sẽ qua giai đoạn lắng để tách

nước. Lắng được tiến hành trong bể lắng hoặc bàn lắng (lắng trọng lực). Quá

trình lắng có thể được bổ sung hóa chất giúp lắng nhanh hoặc tẩy trắng. Tinh

bột được tách ra bằng tay. Sấy khô tinh bột bằng phương pháp tự nhiên hoặc

cưỡng bức. [19,9,35]

+ Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp hiện đại: Yếu tố quan trọng

nhất trong sản xuất TBS chất lượng cao là toàn bộ quá trình chế biến, từ khi

tiếp nhận củ đến khi sấy hoàn thiện sản phẩm phải được tiến hành trong thời

gian ngắn nhất có thể được để giảm thiểu quá trình oxy hoá, biến đổi hàm

lượng tinh bột sau thu hoạch và trong chế biến. TBS được chế biến từ nguyên

liệu là củ tươi hoặc khô (sắn củ, sắn lát), với các quy mô và trình độ công

nghệ khác nhau. [19,9,35]



10



Củ sắn tươi



Nước, năng

lượng



Làm sạch và

tách vỏ



- Vỏ, đất cát

- Nước thải



Băm và mài củ



S, năng

lượng và

nước



Nước, năng

lượng



- Đầu củ

- Xơ sắn



Tẩy màu và ly

tâm tách bã



- Nước thải

- Bã thải sau

CBTBS*



Thu hồi tinh bột

khô



Nước thải



Thu hồi tinh bột

tinh

Năng lượng,

bao gói



Đóng gói và

hoàn thiện



Nhiệt và

bao gói



Hình 2.3. Quy trình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam

2. Chất thải rắn trong sản xuất tinh bột sắn

Chất thải rắn trong sản xuất tinh bột gồm vỏ và bã của sắn củ, dong củ, có

lẫn cả tạp cát sạn. Vỏ lụa của sắn chứa chủ yếu là pectin, tinh bột và xơ. Các

chất thải rắn phát sinh chủ yếu từ công đoạn rửa củ, bóc vỏ và tỏch bó.

2.1. Nguồn phát sinh và tải lượng

Chất thải rắn từ quá trình sản xuất tinh bột sắn phát sinh chủ yếu từ công

đoạn rửa củ, bóc vỏ và tỏch bó gồm các loại sau [19,46,55].



11



- Vỏ, tạp chất (công đoạn rửa củ, bóc vỏ): Chiếm 5% khối lượng củ sắn tươi

- Bã, xơ vụn, vỏ lụa, hạt tinh bột (công đoạn tỏch bó): Loại chất thải rắn này

thường chiếm khoảng 15-20% lượng củ sắn tươi.

- Xỉ than đốt lò: Lượng than sử dụng trong chế biến tinh bột sắn từ củ sắn

tươi vào khoảng 0,6-0,8 tấn/tấn sản phẩm và lượng xỉ than tạo thành vào khoảng

0,2-0,3 tấn/tấn than cám.

- Rác thải sinh hoạt: Bao bì, chất thải rắn từ nguyên liệu như gốc, cuống sắn,

nguyên liệu hư hỏng…

Cân bằng vật chất (phần chất rắn) trong sản xuất tinh bột sắn được mô tả

như sau:

Sắn củ tươi

1T (100%)



Theo nước

thải 0,05T

(5%)



Vỏ, cát, sạn

0,05T (5%)



Bột nghiền

0,95T (95%)



Bã sắn

0,4T (40%)



Tinh bột ẩm 73-80%

0,5T (50%)

Hình 2.4. Cân bằng vật chất trong sản xuất tinh bột sắn [64]

Cân bằng vật chất cho thấy 1 tấn củ sắn tươi phát sinh gần 0,45 tấn chất thải

rắn. Với sản lượng của 61 cở sở sản xuất tinh bột sắn đạt gần 7.000 tấn tinh

bột/ngày thì lượng chất thải rắn phát sinh rất lớn và ước tính như sau:

-Định mức tiêu thụ nguyên liệu khoảng 4-4,5 tấn/tấn sản phẩm nên lượng củ

sắn tươi dùng trong ngày hơn 28.000 tấn củ sắn tươi/ngày.



12



-Lượng chất thải rắn phát sinh khoảng: 0,45x28.000 tấn/ngày=12.600

tấn/ngày.

-Mỗi năm các nhà máy sản xuất từ 5-6 thỏng/năm (150-180 ngày/năm):

Lượng chất thải rắn phát sinh hàng năm khoảng 1,89-2,27 triệu tấn.

2.2. Đặc trưng chất thải rắn

Bã thải từ công đoạn tỏch bó là nguồn chất thải rắn gây ô nhiễm chính trong

sản xuất tinh bột sắn. Đặc biệt, bã xơ có hàm lượng nước rất cao lên tới 88,990%, hàm lượng tinh bột và chất khô thấp nên gây khó khăn cho việc bảo quản

và làm giảm hiệu quả tái sử dụng bã, mặt khác bó cũn chứa chất hữu cơ dễ

phân huỷ gây mùi khó chịu. Nếu không xử lý kịp thời sẽ gây ô nhiễm môi

trường và ảnh hưởng tới sức khoẻ người lao động. [19,9]

Bảng 2.2. Thành phần của bã sắn tươi [19]

TT



Thành phần



Đơn vị



Bã sẵn



1



pH



6,67



2



Nước



%



88,9



3



Tinh bột



%



6,2



4



Nts



%



0,013



5



Pts



%



0,026



Chất thải rắn từ quá trình sản xuất tinh bột sắn gồm vỏ củ, cát, sạn, bó…Đối

với các cơ sở sản xuất ở làng nghề, việc xử lý bã thải gặp rất nhiều khó khăn.

Mặc dù đó có biện pháp tích cực trong giải quyết vấn đề chất thải rắn song do

sản xuất nhỏ, cùng với ý thức người dân chưa cao dẫn đến ô nhiễm môi trường

do bã thải là đáng kể. Bã thải chất đống trên đường đi, thậm chí nhiều khi còn

được xả thẳng cùng với nước thải. Nếu không được thu gom và xử lý kịp thời,

nhất là vào mùa hè khi nhiệt độ cao, các chất hữu cơ trong bã thải bị phân huỷ



13



gây mùi khó chịu, làm ô nhiễm môi trường không khí, ảnh hưởng xấu tới sức

khoẻ người dân. Về mùa mưa, cùng với đất cát và phương tiện giao thông, bã

thải góp phần làm cho đường xá trở nên lầy lội, gây khó khăn trong việc đi lại

và lưu thông hàng hóa [9,50].

Xơ và bã sắn được thu nhận sau khi đã lọc hết tinh bột. Loại chất thải

rắn này thường chiếm 15 - 20 % lượng sắn tươi, gây ô nhiễm môi trường nếu

không được xử lý kịp thời. Bã thải rắn của ngành sản xuất tinh bột sắn thường

được các doanh nghiệp sản xuất tận dụng làm sản phẩm phụ dưới dạng thức ăn

gia súc. Nguồn thu từ sản phẩm phụ này là không đáng kể, cần có các biện

pháp sử dụng và quản lý bã thải rắn hiệu quả hơn.

Chất thải rắn của tinh bột sắn thường chứa chủ yếu là xenluloza, tinh bột,

HCN, những chất này nếu không được xử lý thì quá trình phân hủy tự nhiên sẽ

sinh ra các chất như khí H2S, CH4, NH3…gõy mùi hôi thối và điều này dẫn đến

một số nhà máy chế biến tinh bột sắn bị đình chỉ sản xuất như Nhà máy chế biến

tinh bột sắn Hà Tĩnh (Công ty CP hữu hạn Vedan Việt Nam) và nhà máy tinh

bột sắn Thanh Chương (Nghệ An).

3. Các phương pháp xử lý chất thải rắn sau chế biến tinh bột sắn

Hoạt động chế biến tinh bột sắn thải ra nước thải và chất thải rắn với lượng

lớn đã và đang gây ra ô nhiễm môi trường. Nước thải từ hoạt động sản xuất có

thể được xử lý bằng nhiều phương pháp như bể Aroten, UASB… tuy nhiên chất

thải rắn của hoạt động sản xuất này ở nước ta hiện nay chưa có nhiều phương

pháp xử lý thông thường vẫn là sấy khô, chôn lấp…

Ở các nhà máy lớn vỏ củ và các tạp chất từ công đoạn rửa - bóc vỏ thường

được thiết kế khu chôn lấp riêng trong khuôn viên nhà máy. Bã sắn từ công đoạn

trích ly chiết suất của hầu hết các nhà máy đều ký hợp đồng bán cho các cơ sở

sản xuất thức ăn gia súc [9,50].



14