Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh vật để xử lý chất thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN NHƢ NGỌC
NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT ĐỂ XỬ LÝ
CHẤT THẢI LÀNG NGHỀ SẢN XUẤT TINH BỘT DONG RIỀNG
VÀ MIẾN DONG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Hà Nội –2017

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN NHƢ NGỌC
NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT ĐỂ XỬ LÝ
CHẤT THẢI LÀNG NGHỀ SẢN XUẤT TINH BỘT DONG RIỀNG
VÀ MIẾN DONG
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 62420201
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TS. Nguyễn Văn Cách
Hà Nội – 2017

3. i
LỜI CAM ÐOAN
Tôi xin cam đoan: Toàn bộ nội dung đƣợc công bố trong luận án này là công
trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi.
Các số liệu và kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận án này là hoàn
toàn trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất cứ công trình nào, ngoài
những bài báo và tài liệu tham khảo đã công bố trong luận án.
Tôi xin chịu trách nhiệm về toàn bộ nội dung nghiên cứu của Luận án này.
Hà Nội, ngày tháng năm 2017
Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả
GS.TS. Nguyễn Văn Cách Nguyễn Như Ngọc

4. ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới GS. TS.
Nguyễn Văn Cách, ngƣời thầy đã định hƣớng khoa học, hƣớng dẫn và giúp đỡ tận
tình, tạo điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để tôi có thể
hoàn thành luận án này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới những sự giúp đỡ, chỉ bảo tận
tình của PGS. TS. Trần Liên Hà cùng những đóng góp ý kiến quý báu của các nhà
khoa học cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Viện Công nghệ sinh học và
Công nghệ thực phẩm, Viện Đào tạo sau Đại học - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà
Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ
thực hiện công trình này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô Bộ môn Vi sinh – Hóa sinh – Sinh
học phân tử, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trƣờng Đại học
Bách Khoa Hà Nội với những góp ý thiết thực trong suốt quá trình tôi làm luận án
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp, cơ quan
đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể tham gia học tập và hoàn thành luận án này.
Cuối cùng, tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn đặc biệt tới ngƣời thân trong gia đình
tôi và bạn bè, đồng nghiệp đã luôn bên cạnh, chia sẻ những khó khăn và luôn cổ vũ,
động viên để tôi hoàn thành luận án.
Hà Nội, ngày tháng năm 2017
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Như Ngọc

5. iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ÐOAN ..................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................ii
MỤC LỤC……………………………………………………………………………….....iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT………………………………………..vi
DANH MỤC BẢNG……………………………………………………………………….vi
DANH MỤC HÌNH .............................................................................................................ix
MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................................1
2. Mục tiêu của luận án.........................................................................................................2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................................3
4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................................3
4.1. Xử lý nƣớc thải...............................................................................................................3
4.2. Xử lý bã thải..................................................................................................................3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài..........................................................................3
6. Kết quả khoa học đạt đƣợc và đóng góp mới của luận án................................................4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU...............................................................................5
1.1. Thực trạng nguyên liệu, quy trình sản xuất và môi trƣờng làng nghề sản xuất tinh bột
dong riềng miến dong............................................................................................................5
1.1.1. Nguồn nguyên liệu sản xuất.......................................................................................5
1.1.2. Công nghệ sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong..............................................7
1.1.3. Ô nhiễm môi trƣờng làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng......................................9
1.2. Thành phần đặc tính chất thải ngành sản xuất tinh bột...............................................12
1.2.1. Trên thế giới..............................................................................................................13
1.2.2. Ở Việt Nam .............................................................................................................14
1.3. Giải pháp công nghệ xử lý chất thải ngành sản xuất tinh bột .....................................17
1.3.1. Cơ sở khoa học của giải pháp sinh học xử lý nƣớc thải............................................17
1.3.2. Vai trò và ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nƣớc thải............................28
1.3.3. Các giải pháp công nghệ xử lý chất thải sản xuất tinh bột......................................30
1.4. Phân tích lựa chọn giải pháp công nghệ để xử lý chất thải làng nghề chế biến tinh bột
dong riềng và miến dong.....................................................................................................38
1.4.1. Xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng .........................................39
1.4.2. Ứng dụng bã thải dong riềng để sản xuất các sản phẩm có giá trị khác ............................40

6. iv
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................42
2.1. Đối tƣợng và vật liệu nghiên cứu.................................................................................42
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu................................................................................................42
2.1.2. Vật liệu và hóa chất nghiên cứu................................................................................42
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu..............................................................................................43
2.2.1. Phƣơng pháp lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu .........................................................43
2.2.2. Phƣơng pháp phân tích các thông số nƣớc thải.........................................................43
2.2.3. Phƣơng pháp phân lập, tuyển chọn, định danh vi sinh vật........................................46
2.2.5. Phƣơng pháp khảo sát và tối ƣu các thông số nuôi cấy để thu sinh khối các chủng vi
sinh vật ................................................................................................................................49
2.2.6. Phƣơng pháp tạo chế phẩm vi sinh vật .....................................................................51
2.2.7. Xử lý nƣớc thải làng nghề với chế phẩm vi sinh vật bản địa tạo thành ....................52
2.2.8. Ứng dụng bã thải để nuôi trồng nấm ăn....................................................................54
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN......................................................................56
3.1. Đặc tính nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng..........................................56
3.2. Phân lập và tuyển chọn chủng vi khuẩn bản địa có đặc tính thích ứng để xử lý nƣớc
thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng ........................................................................57
3.2.1. Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn .............................................................57
3.2.2. Xác định lƣợng SS kéo theo bùn hoạt tính khi bổ sung các chủng vi khuẩn đƣợc
tuyển chọn để xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng...............................63
3.2.3. Kết quả định tên các chủng vi khuẩn đƣợc tuyển chọn.............................................65
3.3. Điều kiện nuôi cấy để thu sinh khối các chủng vi khuẩn đƣợc tuyển chọn............................69
3.3.1. Nuôi cấy thu sinh khối các chủng đƣợc tuyển chọn trong bình nón.........................69
3.3.2. Lên men thu sinh khối các chủng đƣợc tuyển chọn trong môi trƣờng thay thế quy mô
phòng thí nghiệm.................................................................................................................79
3.3.3. Lên men thu sinh khối các chủng đƣợc tuyển chọn trong thiết bị lên men thể tích 5
lít........ .................................................................................................................................81
3.4. Tạo chế phẩm vi sinh vật từ các chủng đƣợc tuyển chọn ............................................82
3.4.1. Lựa chọn chất mang..................................................................................................82
3.4.2. Thành phần các vi sinh vật nghiên cứu trong chế phẩm ...........................................83
3.4.3. Tỉ lệ phối trộn dịch sinh khối với chất mang ............................................................84
3.4.4. Xác định nhiệt độ sấy chế phẩm ...............................................................................84
3.4.5. Bao gói và bảo quản chế phẩm .................................................................................85
3.4.6. Sơ đồ quy trình tạo chế phẩm vi sinh vật..................................................................86

7. v
3.5. Thử nghiệm năng lực xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng của chế
phẩm .................................................................................................................................87
3.5.1. Thử nghiệm ở quy mô bình nón thể tích 500 ml.......................................................87
3.5.2. Thử nghiệm ở quy mô bình xử lý gián đoạn thể tích 5 lít.........................................88
3.5.3. Các yếu tố ảnh hƣởng tới hiệu suất xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong
riềng của chế phẩm..............................................................................................................89
3.6. Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật để xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong
riềng ở hiện trƣờng..............................................................................................................98
3.7. Đề xuất quy trình công nghệ xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và
miến dong..........................................................................................................................102
3.8. Ứng dụng bã thải dong riềng để nuôi trồng nấm sò trắng (Pleurotus florida)...........103
3.8.1. Thành phần bã dong riềng.......................................................................................103
3.8.2. Khả năng phát triển của nấm sò trắng trên bã dong riềng so với giá thể khác........104
3.8.3. Hàm lƣợng các chất trong nấm sò nuôi trồng trên bã dong riềng..........................107
3.8.4. Hiệu quả kinh tế thu đƣợc từ nuôi trồng nấm sò trắng............................................108
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................................................110
Kết luận .............................................................................................................................110
Kiến Nghị..........................................................................................................................111
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

8. vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
Ký tự Tiếng Anh Tiếng việt
ABR Anaerobic baffled reactor Thiết bị phản ứng kỵ khí vách ngăn
BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa
BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng
COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học
DNA Deoxyribonucleic acid Axit deoxiribonucleic
ĐHBKHN Đại học Bách Khoa Hà Nội
IFBBR Thiết bị phản ứng phủ lấp màng sinh
học lỏng ngƣợc dòng
KCB Khoáng cơ bản
MLSS Mixed Liquor Suspended Solid Chất rắn huyền phù trong hỗn hợp
MLVSS Mixed Liquor Volatile Suspended
Solid
Chất rắn huyền phù bay hơi
OBS Không bổ sung chế phẩm
PTN Phòng thí nghiệm
PCR Polymerase chain reaction Phản ứng khuếch đại gen
QCVN Quy Chuẩn Việt Nam
SS Suspended Solid Chất rắn lơ lửng
SVI Sludge Volume Index Chỉ số thể tích bùn lắng
TCCP Tiêu chuẩn cho phép
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TN Total Nitrogen Nitơ tổng
TP Total phosphorus Phospho tổng
Vpl Thể tích pha loãng
W2E Waste to Energy Chất thải thành năng lƣợng
W Độ ẩm
ĐC Đối chứng

9. vii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của củ dong riềng tƣơi.........................................................5
Bảng 1.2: Lƣợng nguyên liệu đầu vào và lƣợng chất thải rắn ở làng nghề Dƣơng Liễu....10
Bảng 1.3: Chỉ tiêu của nƣớc thải tại nhà máy sản xuất tinh bột ở Ấn độ............................13
Bảng 1.4: Các chỉ tiêu của nƣớc thải ở một số nhà máy sản xuất tinh bột .........................13
Bảng 1.5: Giá trị các thông số ô nhiễm của nƣớc thải từ quá trình chế biến tinh bột.........14
Bảng 1.6: Tải lƣợng các chất ô nhiễm ở một số làng nghề.................................................15
Bảng 1.7: Chất lƣợng nƣớc thải ở một số xóm ở Dƣơng Liễu............................................15
Bảng 1.8: Đặc tính nƣớc thải ở làng nghề sản xuất miến dong và không sản xuất.............16
Bảng 2.1: Thành phần phản ứng PCR:................................................................................48
Bảng 3.1: Chất lƣợng nƣớc thải đầu nguồn và trên dòng thải ở làng nghề chế biến tinh bột
Minh Hồng, Minh Quang, Ba Vì, Hà Nội...........................................................................56
Bảng 3.2: Hoạt tính enzyme của các chủng vi khuẩn đƣợc tuyển chọn..............................58
Bảng 3.3: Giá trị thông số của bùn hoạt tính từ các chủng vi khuẩn đƣợc tuyển chọn.......61
Bảng 3.4: Năng lực xử lý màu nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng của các
chủng vi khuẩn đƣợc tuyển chọn ........................................................................................62
Bảng 3.5. Giá trị các chỉ số nƣớc thải trƣớc lọc và sau lọc khi xử lý với các chủng đƣợc
tuyển chọn ...........................................................................................................................64
Bảng 3.6: Hình thái khuẩn lạc và đặc điểm sinh hóa của các chủng đƣợc tuyển chọn.......65
Bảng 3.7: Kết quả định danh bằng kit API 50 CHB của các chủng đƣợc tuyển chọn........67
Bảng 3.8: Bảng ma trận thực nghiệm quá trình lên men thu sinh khối chủng NT1............76
Bảng 3.9: Bảng phƣơng sai Anova của mô hình.................................................................77
Bảng 3.10: Mật độ tế bào của 3 chủng đƣợc tuyển chọn ở các môi trƣờng lên men thay
thế........................................................................................................................................80
Bảng 3.11: Mật độ vi sinh trên chất mang ..........................................................................83
Bảng 3.12: Ảnh hƣởng của thành phần chủng tới hiệu suất xử lý nƣớc thải và khả năng
lắng của bùn hoạt tính .........................................................................................................84
Bảng 3.13: Tỉ lệ phối trộn dịch sinh khối với chất mang....................................................84
Bảng 3.14: Ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy chế phẩm.............................................................85
Bảng 3.15: Điều kiện bao gói và bảo quản chế phẩm.........................................................86
Bảng 3.16: Giá trị SVI, MLSS, MLVSS của bùn tạo thành ...............................................87
Bảng 3.17: Các giá trị bùn hoạt tính tạo thành....................................................................89
Bảng 3.18: Đặc tính nƣớc thải làng nghề trƣớc khi xử lý...................................................89
Bảng 3.19: Ảnh hƣởng của pH đến hiệu xuất xử lý nƣớc thải...........................................91

10. viii
Bảng 3.20: Ảnh hƣởng của tốc độ cấp khí đến hiệu suất xử lý...........................................93
Bảng 3.21: Ảnh hƣởng của thời gian lƣu nƣớc đến hiệu suất xử lý....................................94
Bảng 3.22: Các thông số nƣớc thải trên hệ thống xử lý 35 lít.............................................97
Bảng 3.23: Đầu vào nƣớc thải ở bể xử lý tích hợp 5 chức năng.........................................98
Bảng 3.24: Giá trị các thông số của nƣớc thải trong giai đoạn vận hành khởi động ..........99
Bảng 3.25: Chất lƣợng nƣớc thải đầu ra và MLSS khi có bổ sung chế phẩm Bacillus bản
địa……..............................................................................................................................100
Bảng 3.26: Chất lƣợng nƣớc xả thải theo Quy chuẩn Việt Nam ......................................101
Bảng 3.27: Thành phần hóa học của bã dong riềng ..........................................................103
Bảng 3.28: Khả năng phát triển của hệ sợi trên các nguồn cơ chất ..................................104
Bảng 3.29: Tỉ lệ nhiễm và đặc điểm của hệ sợi nấm sò trên các nguồn cơ chất...............104
Bảng 3.30: Thời gian hình thành quả thể và năng suất nấm sò trắng ...............................105
Bảng 3.31: Ảnh hƣởng của nguồn phụ gia tới sự phát triển hệ sợi nấm sò trắng .............106
Bảng 3.32: Ảnh hƣởng của nồng độ nƣớc vôi tới sự phát triển hệ sợi và năng suất quả
thể……..............................................................................................................................107
Bảng 3.33: Hàm lƣợng các chất trong nấm sò trắng tƣơi trồng trên bã dong...................107

11. ix
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Hình ảnh cây và củ dong riềng.............................................................................5
Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ sản xuất tinh bột dong riềng kèm dòng thải ..............................8
Hình 1.3: Một số hình ảnh nƣớc thải và bã thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng....12
Hình 1.4: Quá trình hấp thu và chuyển hóa các chất hữu cơ vào tế bào vi khuẩn ..............18
Hình 1.5: Quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong nƣớc thải ...............................18
Hình 1.6: Sơ đồ chuyển hóa các chất trong quá trình phân giải kỵ khí ..............................19
Hình 1.7: Quá trình chuyển hóa các chất trong quá trình phân giải hiếu khí......................20
Hình 1.8: Cơ chế của quá trình hiếu khí gồm 3 giai đoạn ..................................................21
Hình1.9: Quá trình bùn hoạt tính ........................................................................................22
Hình 1.10: Sơ đồ cấu trúc vận hành của công nghệ xử lý nƣớc thải sử dụng bùn hoạt tính ........23
Hình 1.11: Biểu đồ chi phí của hệ thống xử lý sinh học nƣớc thải sử dụng bùn hoạt tính .24
Hình 1.12: Chi phí tiêu hao điện năng trong hệ thống xử lý sinh học bùn hoạt tính……25
Hình 1.13: Nguyên lý chuyển hóa vi sinh các chất ô nhiễm trong xử lý nƣớc thải............26
Hình 1.14: Cơ chế tóm tắt quá trình ôxy hóa – khử sinh học trong xử lý nƣớc thải ……26
Hình 1.15: Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý vận hành của hệ thống xử lý sinh học hiếu khí tích
hợp…...................................................................................................................................27
Hình 1.16: Sơ đồ công nghệ xử lý kết hợp nƣớc thải ngành sản xuất tinh bột ...................31
Hình 1.17: Sơ đồ quá trình xử lý kết hợp nƣớc thải tinh bột .............................................32
Hình 1.18: Sơ đồ quá trình xử lý nƣớc thải tinh bột bằng hệ thống ABR ..........................32
Hình 1.19: Sơ đồ quá trình xử lý nƣớc thải tinh bột bằng thiết bị IFBBR..........................33
Hình 1.20: Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn ở Tây Ninh....................34
Hình 1.21: Sơ đồ quá trình xử lý nƣớc thải ở nhà máy sản xuất tinh bột sắn Phƣớc Long 35
Hình 1.22: Sơ đồ giải pháp công nghệ xử lý nƣớc thải tinh bột sắn...................................35
Hình 1.23: Sơ đồ dây chuyền xử lý nƣớc thải làng nghề chế biến tinh bột ........................36
Hình 1.24: Sơ đồ xử lý nƣớc thải tập trung.........................................................................36
Hình 1.25: Sơ đồ hƣớng triển khai nghiên cứu của đề tài...................................................38
Hình 2.1: Chu trình nhiệt phản ứng PCR............................................................................48
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống xử lý liên tục thể tích 35 lít........................................................52
Hình 2.3: Sơ đồ thử nghiệm nuôi trồng nấm sò (Pleurotus florida) trên cơ chất bã dong .54

12. x
Hình 3.1: Mật độ tế bào của các chủng vi khuẩn đƣợc tuyển chọn trong môi trƣờng nƣớc
thải……...............................................................................................................................59
Hình 3.2: Năng lực loại chất hữu cơ trong nƣớc thải của các chủng vi khuẩn đƣợc tuyển
chọn….................................................................................................................................60
Hình 3.3: Thử nghiệm khả năng đối kháng của các chủng vi khuẩn đƣợc tuyển chọn trên
môi trƣờng dinh dƣỡng rắn .................................................................................................63
Hình 3.4: Hình thái tế bào và khuẩn lạc của 3 chủng đƣợc tuyển chọn..............................66
Hình 3.5: Ảnh điện di đoạn DNA sau khi PCR của các chủng đƣợc tuyển chọn trên gel
agarose.................................................................................................................................67
Hình 3.6: Sơ đồ tƣơng quan theo cấu trúc gen của các loài có quan hệ họ hàng gần với các
chủng đƣợc tuyển chọn: NT1 (A); Ba1 (B) và H12 (C)........................................................68
Hình 3.7: Ảnh hƣởng của nguồn Cacbon tới phát triển sinh khối ba chủng đƣợc tuyển
chọn….................................................................................................................................70
Hình 3.8: Ảnh hƣởng của nguồn Nitơ tới phát triển sinh khối ba chủng đƣợc tuyển chọn.71
Hình 3.9: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng glucose và pepton tới phát triển sinh khối chủng
NT1……..............................................................................................................................72
Hình 3.10: Ảnh hƣởng của tinh bột và cao nấm men tới phát triển sinh khối chủng Ba1...72
Hình 3.11: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng tinh bột và pepton tới phát triển sinh khối chủng
H12…….. .............................................................................................................................73
Hình 3.12: Ảnh hƣởng của tỉ lệ cấp giống và pH tới phát triển sinh khối ba chủng đƣợc
tuyển chọn ...........................................................................................................................74
Hình 3.13: Ảnh hƣởng của tốc độ lắc và nhiệt độ tới phát triển sinh khối 3 chủng đƣợc
tuyển chọn ...........................................................................................................................75
Hình 3.14: Ảnh hƣởng của thời gian lên men tới phát triển sinh khối và bào tử của ba
chủng đƣợc tuyển chọn .......................................................................................................76
Hình 3.15: Hồi quy đáp ứng ảnh hƣởng các yếu tố đến mật độ tế bào B. Subtilis NT1......78
Hình 3.16: Hàm kỳ vọng và điều kiện lên men tối ƣu thu sinh khối chủng NT1................78
Hình 3.17: Ảnh hƣởng của tốc độ cấp khí tới sự phát triển sinh khối ba chủng đƣợc tuyển
chọn….................................................................................................................................81
Hình 3.18: Chế phẩm sau sấy và bao gói............................................................................85
Hình 3.19 : Sơ đồ quy trình tạo chế phẩm vi sinh vật từ ba chủng Bacillus đƣợc tuyển
chọn.....................................................................................................................................86
Hình 3.20: Thử nghiệm chế phẩm quy mô bình nón ..........................................................87
Hình 3.21: Năng lực chuyển hóa COD và nitơ của chế phẩm quy mô bình 5 lít................88

13. xi
Hình 3.22: Ảnh hƣởng của pH tới hiệu suất xử lý nƣớc thải của chế phẩm .......................90
Hình 3.23: Ảnh hƣởng của lƣợng chế phẩm bổ sung..........................................................90
Hình 3.24: Hệ thống xử lý liên tục quy mô 35 lít ...............................................................91
Hình 3.25: Diễn biến COD và Nitơ trong hệ thống xử lý liên tục ......................................95
Hình: 3.26: Nƣớc sau xử lý liên tục quy mô liên tục ..........................................................95
Hình 3.27: Ảnh hƣởng của tải lƣợng COD đến hiệu suất xử lý COD và MLSS ................96
Hình 3.28: Bể lắng bột và bể xử lý 5 chức năng đang hoạt động .....................................101
Hình 3.29: Nƣớc thải đầu vào, trong bể và đầu ra sau bể xử lý 5 chức năng ...................102
Hình 3.30: Sơ đồ giải pháp công nghệ xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong
riềng trên bể tích hợp 5 chức năng với chế phẩm Bacillus bản địa...................................102
Hình 3.31: Hệ sợi nấm sò trắng trên A (rơm), B (bã dong), C (bông) sau 2 tuần cấy
giống…..............................................................................................................................105
Hình 3.32: Quả thể nấm sò trắng trên cơ chất bã dong riềng............................................105

14. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tinh bột dong riềng và miến dong là hai loại sản phẩm đƣợc chế biến từ củ dong
riềng (Canna elidus Ker.) ở các làng nghề của vùng nông thôn Việt Nam. Hiện nay các sản
phẩm này đang có sức tiêu thụ lớn trên thị trƣờng trong nƣớc và xuất khẩu, góp phần tích
cực trong việc chuyển dịch cơ cấu kinh tế - xã hội địa phƣơng. Trong những năm gần đây,
hoạt động làng nghề đang phát triển mạnh đã giúp ngƣời dân làng nghề xóa đói giảm
nghèo, tạo công ăn việc làm và giải quyết lao động dƣ thừa, giảm tệ nạn xã hội… cuộc
sống kinh tế ngƣời dân ổn định và phát triển. Bên cạnh những mặt tích cực, hoạt động sản
xuất tại các làng nghề này cũng có nhiều bất cập, đặc biệt là chất lƣợng môi trƣờng làng
nghề đã và đang bị suy thoái nghiêm trọng tác động trực tiếp tới sức khỏe ngƣời dân, gây
nhiều bức xúc cho xã hội, ảnh hƣởng không nhỏ tới sự phát triển bền vững của làng nghề
và sự phát triển của nền kinh tế đất nƣớc.
Thực trạng công nghệ và thiết bị sản xuất ở các làng nghề sản xuất tinh bột dong
riềng hiện nay vẫn còn khá thô sơ nên sau sản xuất khối lƣợng nƣớc thải và bã thải lớn
chƣa đƣợc xử lý mà xả toàn bộ ra cống thoát nƣớc chung rồi đổ ra lƣu vực sông, suối lân
cận. Nguồn chất thải này chứa hàm lƣợng hữu cơ cao đã và đang gây ô nhiễm nghiêm
trọng tới môi trƣờng làng nghề và vùng phụ cận, bao gồm cả môi trƣờng đất, ô nhiễm
nguồn nƣớc mặt (hàm lƣợng hữu cơ trong nƣớc thải cao: SS, BOD5, COD, TN, TP, đặc
biệt khâu lọc bột và tách bã các chỉ tiêu này vƣợt TCCP đến 200 lần), ô nhiễm nƣớc ngầm
(nồng độ NH4
+
, H2S, coliform cao hơn TCCP hàng trăm lần) và cả ô nhiễm không khí (do
phân hủy các chất hữu cơ trong nƣớc thải tạo: SO2, NO2, H2S, NH3, CH4 và các khí có mùi
hôi tanh khác).
Có nhiều công trình nghiên cứu về đánh giá mức độ ô nhiễm - đặc tính chất thải và
nghiên cứu lựa chọn, áp dụng công nghệ để xử lý chất thải làng nghề. Kết quả đã thu đƣợc
những thành công đáng kể trong vấn đề cải thiện môi trƣờng làng nghề nhƣng còn gặp rất
nhiều khó khăn trong quá trình vận hành (chi phí vận hành cao, diện tích xây dựng và đầu
tƣ ban đầu lớn, đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao, ý thức môi trƣờng ngƣời dân còn thấp, thời
gian mùa vụ nên tình trạng chất thải biến động lớn…) Do đó, chất lƣợng môi trƣờng làng
nghề ở nƣớc ta hiện nay vẫn là điểm nóng ô nhiễm bức xúc của xã hội.
Bản chất nguồn chất thải ngay sau sản xuất tinh bột dong riềng (gồm bã thải và nƣớc
thải) chính là nguồn vật liệu giàu hữu cơ và khá an toàn (nguồn gốc từ nguyên liệu chế
biến thực phẩm) nên nếu có thể áp dụng công nghệ thích ứng để vừa xử lý nhanh và triệt
để đồng thời tận thu và tái chế các hợp chất hữu cơ trong chất thải thành một số sản phẩm
có giá trị khác sẽ giảm đƣợc gánh nặng chi phí trong quá trình vận hành, tăng tính khả thi
của quá trình xử lý chất thải làng nghề.
Gần đây, giải pháp công nghệ xử lý – khai thác chất thải - triển khai trên hệ thống bể
xử lý sinh học hiếu khí tích hợp 5 chức năng với đặc tính là khai thác quá trình xử lý hiếu

15. 2
khí nƣớc thải và tách phân ly sớm thu bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý (không cần
dùng keo tụ) đã đƣợc phát triển và bƣớc đầu ứng dụng với hiệu quả cao.
Nếu có thể phát triển và ứng dụng đƣợc giải pháp công nghệ này vào quá trình xử lý
nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng để tận thu bùn hoạt tính phục vụ cho các
mục tiêu thứ cấp nhƣ làm phân bón, khí hóa,…sẽ đạt mục tiêu kép vừa xử lý sạch nƣớc
thải vừa mang lại giá trị kinh tế gia tăng cho hoạt động sản xuất ở các làng nghề. Tuy
nhiên, giải pháp này chỉ có thể bộc lộ đƣợc các đặc tính công nghệ mong đợi và hoạt động
hiệu quả khi xác lập đƣợc hệ vi sinh vật phù hợp làm động lực giữ vai trò kiểm soát chủ
đạo trong hệ thống xử lý.
Với bã thải dong riềng giàu hữu cơ, thành phần chủ yếu là cellulose, hemicellulose...
hiện vẫn đang chƣa đƣợc thu gom riêng mà xả cùng dòng nƣớc thải nên gây ô nhiễm
nghiêm trọng. Nếu phát triển đƣợc giải pháp công nghệ phù hợp để có thể tách riêng phần
bã thải sớm và tận dụng làm nguồn cơ chất để nuôi trồng nấm ăn thì giá trị kinh tế gia tăng
từ sản phẩm nấm sẽ là một nguồn phụ thu, đồng thời giúp giảm chi phí cho công tác xử lý
môi trƣờng, qua đó khuyến khích ngƣời dân làng nghề tham gia tích cực hơn trong công
tác xử lý chất thải bảo vệ môi trƣờng.
Xuất phát từ thực tế trên, đề tài: "Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh vật để xử
lý chất thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong" đã đƣợc tiến hành
với các nội dung nhƣ sau:
Tập trung vào phát triển và ứng dụng công nghệ xử lý có khai thác giá trị chất thải
(nƣớc thải và bã thải) ngay sau quá trình sản xuất tinh bột dong riềng ở các làng nghề.
Đối với nƣớc thải: Đề tài nghiên cứu tuyển chọn các chủng vi sinh vật có những đặc
tính thích ứng với điều kiện giải pháp công nghệ áp dụng là: Có năng lực đồng hóa cơ chất
đa dạng trong điều kiện xử lý hiếu khí để tạo nhiều bùn hoạt tính hơn, đồng thời có đặc
tính kết tụ thuận lợi để tách thu phần bùn hoạt tính kích thƣớc lớn tự lắng đƣợc ngay trong
quá trình xử lý trong hệ thống xử lý sinh học hiếu khí tích hợp 5 chức năng.
Đối với bã thải: Tách riêng ra khỏi dòng thải ngay sau quá trình sản xuất để xử lý thử
nghiệm nuôi trồng nấm sò trắng – Pleurotus florida.
2. Mục tiêu của luận án
- Tạo đƣợc chế phẩm vi sinh vật đáp ứng với mục tiêu công nghệ xử lý nƣớc thải để có
thể tận thu bùn hoạt tính trong hệ thống xử lý sinh học hiếu khí tích hợp 5 chức năng
(các chủng vi sinh hô hấp hiếu khí bản địa có năng lực sử dụng cơ chất đa dạng,
thích nghi và phát triển tốt trong nƣớc thải, đồng thời có năng lực xử lý làm giảm
nhanh ô nhiễm và tạo bông bùn kết lắng thuận lợi).
- Thử nghiệm đánh giá bƣớc đầu hiệu suất xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột
dong riềng để thu bùn hoạt tính của chế phẩm ở quy mô phòng thí nghiệm và hiện
trƣờng.

16. 3
- Đánh giá khái toán đƣợc hiệu quả của việc tận thu bã dong riềng để nuôi trồng nấm
sò trắng Pleurotus florida.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Nƣớc thải và bã thải ngay sau quá trình nghiền tách bã và lắng lọc tinh bột dong
riềng ở làng nghề.
- Các chủng vi sinh vật hiếu khí, bản địa có các đặc tính phù hợp giải pháp xử lý và
tận thu bùn hoạt tính trong bể xử lý sinh học hiếu khí tích hợp 5 chức năng.
- Giống nấm sò trắng Pleurotus Florida
- Hệ thống bể xử lý sinh học hiếu khí tích hợp năm chức năng có tách phân ly sớm thu
bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý, đƣợc xây dựng với thể tích 33m3
tại làng
nghề chế biến tinh bột dong riềng Minh Hồng – Minh Quang – Ba Vì – Hà Nội.
4. Nội dung nghiên cứu
4.1. Xử lý nƣớc thải
- Nghiên cứu khảo sát đặc tính nƣớc thải sau quá trình lắng lọc bột và đánh giá các
thông số ô nhiễm.
- Nghiên cứu phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật hiếu khí bản địa có các đặc
tính phù hợp với giải pháp công nghệ xử lý – khai thác chất thải trong bể xử lý sinh
học hiếu khí tích hợp 5 chức năng.
- Nghiên cứu quy trình lên men thu sinh khối vi sinh vật và quy trình kỹ thuật tạo chế
phẩm vi sinh vật phục vụ cho xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng.
- Nghiên cứu thử nghiệm năng lực xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong
riềng của chế phẩm vi sinh vật tạo ra trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trƣờng.
4.2. Xử lý bã thải
- Khảo sát và phân tích hàm lƣợng các chất trong bã thải dong riềng
- Nghiên cứu khả năng phát triển của nấm sò trắng trên cơ chất bã thải dong riềng
- Nghiên cứu xây dựng quy trình nuôi trồng nấm sò trắng trên bã dong riềng và đánh
giá hiệu quả kinh tế từ quá trình nuôi trồng nấm sò trên bã dong riềng.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đây là một đề tài nghiên cứu có tính khoa học và thực tiễn về phát triển và ứng dụng
giải pháp công nghệ xử lý sinh học có kết hợp khai thác chất thải ô nhiễm hữu cơ
trên đối tƣợng chất thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng.
- Đề tài đã phân lập và tuyển chọn đƣợc bộ chủng vi sinh vật phù hợp với đặc tính
công nghệ của bể xử lý hiếu khí tích hợp 5 chức năng (các chủng hiếu khí, bản địa,

17. 4
thích nghi và phát triển tốt trong nƣớc thải, năng lực xử lý nhanh chất ô nhiễm và tạo
bùn tốt, kết lắng nhanh).
- Đề tài đã xây dựng đƣợc quy trình lên men thu sinh khối vi sinh vật, quy trình sản
xuất chế phẩm vi sinh và đánh giá đƣợc hiệu quả xử lý nƣớc thải để thu bùn hoạt tính
của chế phẩm trong phòng thí nghiệm và hiện trƣờng.
- Đã bƣớc đầu thử nghiệm và xây dựng quy trình sử dụng bã thải dong riềng để nuôi
trồng nấm sò trắng đạt năng suất cao đồng thời đánh giá hiệu quả kinh tế thu đƣợc.
6. Kết quả khoa học đạt đƣợc và đóng góp mới của luận án
- Đề tài đã phân lập và tuyển chọn đƣợc 3 chủng vi khuẩn bản địa: Bacillus subtilis
NT1; Bacillus methylotrophycus Ba1 và Bacillus amyloliquefaciens H12 (hiếu khí,
thích nghi nhanh với môi trƣờng nƣớc thải - sau 24 giờ nuôi cấy, mật độ các chủng
đạt 108
– 109
Cfu/ml; năng lực làm giảm nhanh chỉ số ô nhiễm - COD tan nƣớc thải
giảm ≥ 90% sau xử lý; năng lực tạo bùn kết lắng thuận lợi - sau 10 phút hầu hết
lƣợng bùn lớn đã lắng hết với SVI nằm trong khoảng 90 – 120 ml/g, nƣớc sau xử lý
trong) phù hợp với công nghệ bể xử lý sinh học hiếu khí 5 chức năng để xử lý nƣớc
thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong.
- Đã thử nghiệm ứng dụng chế phẩm trong điều kiện xử lý trong phòng thí nghiệm với
thời gian khởi động và vận hành ổn định hệ thống là 4 ngày, hiệu suất xử lý COD đạt
≥ 90%, hiệu suất xử lý tổng nitơ đạt ≥ 80%. Trên hiện trƣờng ở bể xử lý sinh học
hiếu khí tích hợp 5 chức năng, với thời gian cần thiết để xác lập trạng thái vận hành
khởi động ổn định là 20 ngày khi giá trị COD nƣớc thải đầu vào cao (≥ 4000ng/l).
Kết quả xử lý ổn định với hiệu suất cao, nƣớc đầu ra của hệ thống đạt tiêu chuẩn cột
A theo QCVN 40:2011/BTNMT.
- Đã đề ra giải pháp tách bã sớm, bảo quản chất lƣợng bã đảm đáp ứng yêu cầu để
nuôi trồng nấm ăn. Hiệu quả trồng nấm sò trắng trong điều kiện thử nghiệm đã thu
đƣợc năng suất 49,52% (495,2 kg nấm tƣơi/tấn bã dong khô và lƣợc toán hiệu quả
kinh tế gia tăng đạt 4.170.000đ/1 tấn bã dong khô).

18. 5
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Thực trạng nguyên liệu, quy trình sản xuất và môi trƣờng
làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng miến dong
1.1.1. Nguồn nguyên liệu sản xuất
1.1.1.1 Cây dong riềng (Canna edulis. Ker)
Dong riềng là cây thân thảo có củ chứa hàm lƣợng tinh bột cao, thuộc bộ
Scitaminales họ Cannaceae, có nguồn gốc từ Peru Nam Mỹ đƣợc du nhập vào Việt Nam
từ thế kỷ 20. Tên địa phƣơng của dong riềng là khoai chuối tây (Thừa Thiên, Quảng Trị,
Nghệ An, Hà Tĩnh), củ đót (Hòa Bình, Nam Định, Ninh Bình), dong đao tây, dong tây,
khoai riềng. Căn cứ vào tính chất của củ, thân, lá, hoa có thể chia dong riềng thành 3 loại:
cây chuối hoa (Canna Indica L), cây dong đao (Canna sp), và cây dong riềng (Canna
edulis. Ker) [13, 22].
Hình 1.1: Hình ảnh cây và củ dong riềng [13]
Củ dong riềng đƣợc thu hoạch để lấy tinh bột sau khi trồng từ 1 đến 1,5 năm. Tỷ lệ
thành phần hóa học trong củ thay đổi tùy theo điều kiện canh tác, khí hậu, độ tuổi của cây
và vị trí củ [13].
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của củ dong riềng tươi [22].
Thành phần Hàm lượng (%)
Nƣớc 64-80
Tinh bột 12-25
Protein 0,9-2,3
Lipit 0,1-0,7
Pectin, đƣờng 0,8-1,0
Các chất hoạt động sinh học 1,2
Cellulose 5,6-8,8
Gluxit là thành phần quan trọng, chiếm tỷ lệ chất khô lớn nhất trong củ dong riềng,
trong đó chủ yếu là tinh bột (chiếm 12 - 25%). Các thành phần dinh dƣỡng khác nhƣ:

19. 6
protein, lipit, vitamin có hàm lƣợng thấp hơn. Hàm lƣợng cellulose trong củ dong riềng
khá cao (5,6 – 8,8%), cấu trúc xơ dài và bền. Ngoài ra, trong củ dong riềng còn chứa một
phần nhỏ các hợp chất polyphenol trong nhựa củ [13, 22]. Tinh bột dong riềng có hàm
lƣợng amylose cao nên có nhiều lợi thế để sản xuất các sản phẩm cần có độ dai, giòn nhƣ
miến, bánh đa, trân châu... Do đó tinh bột dong riềng ngày càng trở thành nguồn nguyên
liệu chính cung cấp cho các ngành sản xuất thực phẩm ở nƣớc ta.
1.1.1.2. Xu hướng phát triển nguồn nguyên liệu dong riềng
a. Trên thế giới
Nghiên cứu khảo cổ học tại Mỹ cho thấy bằng chứng về trồng dong riềng rất sớm,
khoảng 7.000 năm trƣớc đây. Tên gọi bắt nguồn từ aru-aru (bữa ăn của các bữa ăn). Dong
riềng có nguồn gốc ở vùng Caribbean và phát triển mạnh trong khí hậu nhiệt đới. Theo
thống kê chƣa đầy đủ, diện tích trồng dong riềng trên thế giới ƣớc tính khoảng 200-300
triệu ha với năng suất bình quân đạt khoảng 30 - 60 tấn/ha [22]. Hiện nay, với sự cải tiến
kỹ thuật trồng, chăm sóc nên năng suất dong riềng ngày càng tăng, có thể tới 70 - 80 tấn/ha
[75].
Tinh bột củ dong từ xƣa đã đƣợc sử dụng rất phổ biến trong món ăn của Anh, nhƣ
làm bánh quy, bánh tráng miệng, thạch, bánh ngọt... hoặc làm nƣớc sốt nóng và mì ăn liền
trong ẩm thực Hàn Quốc và Việt Nam [11, 19]. Ngày nay, tinh bột dong riềng ngày càng
đƣợc ƣa chuộng sử dụng nhiều nhƣ nguồn nguyên liệu mới thay thế tinh bột sắn, gạo của
nhiều ngành công nghiệp chế biến thực phẩm do có nhiều đặc tính ƣu việt. Ngoài ra, tinh
bột dong riềng cũng đƣợc sử dụng để nghiên cứu sản xuất ethanol sinh học, làm phụ gia
dƣợc phẩm… [75, 102].
b. Ở Việt Nam
Dong riềng là loài cây nông nghiệp dễ trồng và chăm sóc, chịu đƣợc điều kiện khí
hậu khắc nghiệt nhƣ khô hạn, nắng nóng, bóng râm, có thể trồng xen kẽ hoặc dƣới tán các
loài cây khác, thích hợp với địa thế đất dốc vùng đồi núi... Do đó, cây dong riềng ít khi mất
mùa, tốn ít công và chi phí chăm sóc nhƣng hiệu quả kinh tế lại lớn hơn nhiều lần so với
trồng các loại cây khác nhƣ ngô, lúa, đậu tƣơng... [47, 142]. Cây dong riềng luôn chứng tỏ
là loài cây nông nghiệp chiếm ƣu thế về giá trị kinh tế từ sản phẩm truyền thống nổi tiếng
nhƣ miến và tinh bột.
Dong riềng đƣợc trồng ở nƣớc ta với diện tích hơn 30.000 ha, sản lƣợng củ đạt
khoảng 300.000 tấn/năm. Các tỉnh có diện tích lớn trồng dong riềng là Hà Nội, Hòa Bình,
Huế, Đồng Nai, Sơn La, Mộc Châu, Bắc Kạn… và gần đây một số địa phƣơng khác cũng
phát triển cây dong riềng nhƣ Nghệ An, Tuyên Quang, Hƣng Yên... [131, 134, 135, 142].
Các địa phƣơng sử dụng củ dong để sản xuất tinh bột và miến dong nổi tiếng cả nƣớc
với sản lƣợng lớn là: Hà Nội với các làng nghề: Dƣơng Liễu, Cát Quế, Minh Khai, Cộng
Hòa, Tân Hòa, Minh Hồng...; Hƣng Yên; Hà Nam; Quảng Ninh; Huế; Đồng Nai; Bắc Kạn;
Điện Biên... Trong đó nhiều làng nghề đã có thƣơng hiệu nổi tiếng nhờ chế biến và sản
xuất tinh bột dong riềng và miến dong.

20. 7
Ở Hƣng Yên, các làng nghề sản xuất chế biến tinh bột dong riềng và miến dong đã
tồn tại và phát triển hơn 60 năm. Theo số liệu thống kê năm 2008, xã Tứ Dân có khoảng
1095 hộ tham gia trồng dong riềng với diện tích khoảng 279,4 ha thu tổng sản lƣợng củ
dong là 20367 tấn. Với 105 hộ làm nghề chế biến tinh bột dong, sản lƣợng bột khoảng
15078 tấn cung cấp nguyên liệu cho các làng nghề sản xuất miến tại địa phƣơng và các
vùng khác trong cả nƣớc [83].
Huyện Hoàng Su Phì (Hà Giang) trồng đƣợc 130 ha cây dong riềng cao sản năm
2010, năng suất bình quân đạt 50 tấn/ha với sản lƣợng 6.500 tấn. Hiện nay, huyện đã mở
rộng vùng trồng dong riềng cao sản lên hàng nghìn ha. Bên cạnh đó, huyện đang xúc tiến
xây dựng nhà máy chế biến tinh bột dong riềng nhằm bao tiêu toàn bộ sản phẩm cho ngƣời
dân [134].
Cây dong riềng đã khẳng định vai trò trong việc xóa đói giảm nghèo và làm giàu cho
ngƣời dân tỉnh Bắc Kạn. Năm 2011, diện tích trồng dong riềng của tỉnh là 551 ha với sản
lƣợng củ đạt khoảng 50.000 tấn. Toàn tỉnh có 5 cơ sở lớn chuyên thu mua, sản xuất chế
biến tinh bột dong riềng và miến dong. Để đƣa dong riềng trở thành cây trồng chính, đột
phá trong sản xuất nông – lâm nghiệp, năm 2012 tỉnh Bắc Kạn đã nâng diện tích cây trồng
này lên 1.300ha [135].
Diện tích dong riềng của tỉnh Tuyên Quang cũng lớn, khoảng 1.100 ha với 34 cơ sở
chế biến bột dong riềng đã cung cấp lƣợng lớn nguyên liệu củ dong và bột dong cho thị
trƣờng [131, 140].
Ở Minh Hồng - Minh Quang, Ba Vì từ năm 2006 đã chuyển đổi toàn bộ cơ cấu cây
trồng từ lúa sang dong riềng để tận dụng thế mạnh của vùng đồng thời phát triển nghề
truyền thống là sản xuất và chế biến tinh bột.
Với 271/289 hộ tham gia trồng dong riềng trên tổng diện tích 250 ha, sản lƣợng bột
thu đƣợc hàng năm khoảng 20.000 tấn, năng suất bình quân 70 – 80 tấn củ/ha. Trong làng
có tổng 164 hộ sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong, với quy mô phân tán, nhỏ lẻ.
Mỗi vụ, làng sản xuất khoảng hơn 2300 tấn bột và 17000 tấn miến dong [134].
Ở một số nơi khác ở phía Bắc nƣớc ta cũng có sản lƣợng dong riềng lớn, Riêng
huyện Nguyên Bình (Cao Bằng), năm 2009 đã trồng với diện tích 90,20 ha, năng suất đạt
680,24 tạ củ/ha, sản lƣợng đạt 5486,29 tấn, ƣớc tính lƣợng bã lên tới 4.115 tấn [137, 138].
Diện tích trồng dong riềng lớn khắp cả nƣớc cùng với thị trƣờng tiêu thụ tinh bột và
miến dong ngày càng tăng ở cả thị trƣờng trong nƣớc và xuất khẩu đã thúc đẩy mạnh mẽ
các làng nghề sản xuất các sản phẩm từ dong riềng phát triển.
1.1.2. Công nghệ sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong
Công nghệ sản xuất tinh bột dong riềng có tính chất truyền thống và tƣơng đối phổ
biến ở các vùng nông thôn Việt Nam, sử dụng các máy móc và thiết bị đơn giản. Quá trình
sản xuất trải qua một số công đoạn: Cắt rễ, rửa sạch bằng máy rửa kiểu cánh guồng, nghiền
mịn để phá vỡ cấu trúc thành tế bào để giải phóng hạt tinh bột. Bột nhão sau khi nghiền
đƣợc đƣa sang công đoạn lọc tách bã bằng máy vắt ly tâm. Phần tinh bột đƣợc hòa vào
nƣớc đƣa sang các bể lắng, phần bã và xơ đƣợc tách ra. Sau thời gian lắng từ 4 đến 5 giờ,

21. 8
tiến hành xả bỏ nƣớc để thu đƣợc bột đen. Công đoạn cuối cùng là rửa sạch bột đen bằng
nƣớc và máy khuấy cánh quạt, lắng gạn nhiều lần. Sản phẩm thu đƣợc là dạng bột ẩm (W =
50%) đƣợc cung ứng vào thị trƣờng hoặc bảo quản để dự trữ (Hình 1.2) [4, 46].
Sau chế biến thu đƣợc tinh bột dong riềng ƣớt để sản xuất miến dong và bánh kẹo.
Thông thƣờng, tinh bột dong riềng ƣớt có thể đƣợc cung cấp cho các làng nghề sản xuất
miến hoặc đƣợc chứa trong các bao tải kín lấp dƣới lớp đất sâu 1 mét hoặc trong hầm để
bảo quản. Tính trung bình 1000 kg củ dong riềng sau khi chế biến thu đƣợc khoảng 250-
300 kg tinh bột ƣớt. Từ tinh bột ƣớt đem phơi nắng hoặc sấy khô sẽ thu đƣợc tinh bột dong
riềng khô. Tinh bột khô có thể bảo quản đƣợc trong thời gian dài hơn để cung cấp cho sản
xuất miến hoặc bánh, kẹo, dƣợc phẩm… [4, 6, 46].
Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ sản xuất tinh bột dong riềng kèm dòng thải [4]
Các làng nghề chế biến nông sản thực phẩm nói chung, đặc biệt các làng nghề chế
biến tinh bột dong riềng thƣờng phải sử dụng lƣợng nƣớc lớn cho sản xuất do đó xả ra
lƣợng nƣớc thải khổng lồ (trung bình nƣớc thải khoảng 104,3 m3
/ tấn bột sản phẩm). Toàn
bộ lƣợng nƣớc sử dụng trong sản xuất hiện nay không đƣợc tuần hoàn, tái sử dụng vào
mục đích nào khác mà đƣợc xả bỏ ra môi trƣờng, gây ô nhiễm và lãng phí vì trong nƣớc
Tách bột
Nước thải,
Bột đen: 100kg
W = 70%
Cắt rễ, rửa
Nước thải (1,7m3
)
chất thải rắn (vỏ, đất, tạp
chất): 100kg
Nghiền nát
Lọc
Bã dong: 800kg (W = 90%)
nước thải: 8,5 m3
Rửa, đánh trắng
bột
Nước thải: 3,5 m3
Làm khô
Củ Dong
(1000kg)
Nước
1,7m3
Nước
Bột ẩm
290 kg bột
(W = 50%)

22. 9
thải còn chứa lƣợng chất hữu cơ lớn chủ yếu là các loại đƣờng tan, axit amin, tinh bột, chất
xơ,… Khi tính theo nguyên liệu thì để chế biến 1 tấn củ dong nguyên liệu sẽ thải ra khoảng
13,7 m3
nƣớc thải, trong đó lƣợng nƣớc thải từ khâu lọc tách bột chiếm 8,5 m3
và khâu
khuấy rửa, làm trắng bột là 3,5 m3
[4].
1.1.3. Ô nhiễm môi trƣờng làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng
Hiện nay kinh tế làng nghề đang phát triển mạnh nhƣng cơ bản vẫn mang tính tự
phát, nhỏ lẻ, qui mô hộ gia đình, sử dụng thiết bị thủ công, đơn giản với công nghệ chƣa
đƣợc tự động hóa cao. Với mặt bằng sản xuất nhỏ hẹp cộng thêm ý thức ngƣời dân làng
nghề trong việc bảo vệ môi trƣờng còn hạn chế. Chính những yếu tố nêu trên đã tạo sức ép
không nhỏ đến chất lƣợng môi trƣờng sống của ngƣời dân làng nghề và cộng đồng xung
quanh [2, 3, 18]. Nguồn gốc của ô nhiễm môi trƣờng làng nghề chính là từ lƣợng chất thải
quá lớn không đƣợc xử lý và quản lý mà xả thẳng ra môi trƣờng.
1.1.3.1. Ô nhiễm môi trường do chất thải
Với đặc thù sản xuất ở các làng nghề chế biến nông sản thải ra lƣợng chất thải rắn và
nƣớc thải giàu hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học nên gây ô nhiễm nghiêm trọng cả
không khí, nƣớc mặt, nƣớc ngầm và nƣớc canh tác [8, 9, 60].
Qua khảo sát tại hơn 40 làng nghề trên địa bàn Thành phố Hà Nội cho thấy, phần lớn
môi trƣờng nƣớc, không khí, đất đai... các làng nghề đều bị ô nhiễm, nhiều nơi ô nhiễm
nặng tới mức báo động. Điển hình nhƣ các làng nghề chế biến nông sản thực phẩm ở Minh
Khai, Cát Quế, Dƣơng Liễu (Hoài Đức), Kỳ Thủy, Thanh Lƣơng, Cự Đà, Bích Hòa (Thanh
Oai), Phú Đô (Từ Liêm), Tân Hòa, Công Hòa (Quốc Oai) [3, 18].
Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc là vấn đề nghiêm trọng nhất trong ba vấn đề ô nhiễm do
hoạt động sản xuất và chế biến tinh bột. Do môi trƣờng axit của nƣớc thải có thể gây nguy
hại đến hoạt động sống của các sinh vật nƣớc và hạn chế quá trình tự làm sạch của dòng
chảy. Các chất hữu cơ hòa tan và lơ lửng trong nƣớc sẽ bị phân hủy, làm giảm nồng độ oxy
hòa tan trong nƣớc, giúp cho các vi sinh vật kỵ khí gây thối rữa phát triển, gây ra các khí
bốc mùi hôi thối. Hàm lƣợng các chất ô nhiễm trong nƣớc thải rất cao, đặc biệt là COD;
BOD5; SS; TN; TP đều vƣợt TCCP hàng chục đến hàng trăm lần [2, 18].
Ô nhiễm không khí: Theo báo cáo đánh giá ô nhiễm môi trƣờng làng nghề của Bộ tài
nguyên và Môi trƣờng năm 2008 cho thấy: Sản xuất tại các làng nghề chế biến nông sản
phát sinh ô nhiễm không khí do nguyên liệu sản xuất và do sự phân hủy mạnh mẽ các hợp
chất hữu cơ có trong chất thải tạo nên các khí: SO2; NO2; H2S; NH3; CH4 và các khí khác
gây mùi hôi tanh khó chịu [60, 94].
Ô nhiễm đất: Là kết quả của quá trình đổ bừa bãi chất thải rắn sau quá trình sản xuất.
Theo kết quả báo cáo môi trƣờng quốc gia 2008, ở làng nghề Dƣơng Liễu (Hà Nội), nƣớc
dƣới đất tầng nông đã bị ô nhiễm nghiêm trọng, với nồng độ NH4
+
tới 18,46 mg/l và làng
nghề Tân Phú Đông (Đồng Tháp) tới 28,40 mg/l. Coliform ở trong nƣớc dƣới đất ở các
làng nghề này đều cao hơn TCCP đến 200 lần [2].

23. 10
Các làng nghề chế biến nông sản thực phẩm đang có xu hƣớng bị ô nhiễm ngày càng
nặng nề do nƣớc thải và bã thải rắn, đặc biệt là nƣớc thải từ khâu lọc tách bã, tách bột đen
của quá trình sản xuất tinh bột từ sắn, dong riềng [3].
Tại các làng nghề chế biến nông sản nhƣ Cát Quế, Dƣơng Liễu, Minh Khai (Hoài
Đức), là bộ ba làng nghề chuyên sản xuất tinh bột sắn, dong riềng, làm bánh phở, bún,
miến....từ lâu đời, là một trong những làng nghề nổi cộm về vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do
hoạt động sản xuất. Trung bình lƣợng nƣớc thải hàng năm ở ba làng nghề này khoảng
3.155.000m3
, trong đó Dƣơng Liễu 2.500.000 m3
, Minh Khai 255.000m3
, Cát Quế
400.000m3
. Lƣu lƣợng nƣớc thải trong thời gian mùa vụ khoảng 13.000 m3
/ngày đêm [4].
Xã Tân Hòa – Quốc Oai, Hà Nội có 586 hộ sản xuất tinh bột dong riềng và miến
dong, sử dụng lƣợng nƣớc khoảng 1741 m3
/ngày cho sản xuất, thải ra lƣợng nƣớc thải lớn,
gần 1400 m3
/ngày [15].
Theo kết quả nghiên cứu khoa học của Le Thi Long Vy và cộng sự về tình hình sản
xuất miến dong ở một số nơi thuộc Hƣng Yên cho thấy: Năm 2009 xã Tứ Dân đã thải ra
môi trƣờng khoảng 74700 m3
nƣớc thải trực tiếp, không qua xử lý từ hoạt động sản xuất và
chế biến tinh bột dong riềng [83]. Ở Lai Trạch và Yên Phụ là những làng nghề nhỏ, với số
hộ sản xuất tinh bột dong riềng không nhiều cũng thải ra lƣợng nƣớc thải lớn khoảng
28300 m3
nƣớc thải không qua bất kỳ xử lý nào.
Đối với các làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng, ngoài lƣợng nƣớc thải hữu cơ lớn
thì một trong những nguyên nhân trực tiếp vừa gây ô nhiễm nguồn nƣớc và không khí nặng
nề, vừa lãng phí và mất mỹ quan môi trƣờng đó là lƣợng bã thải quá lớn chƣa đƣợc sử
dụng và xử lý mà đƣợc ngƣời dân xả bừa bãi ra xung quanh nơi ở, đƣờng làng…
Ƣớc tính lƣợng bã sau sản xuất chiếm 65 đến 70% nguyên liệu, độ ẩm cao với thành
phần chủ yếu là cellulose, hemicellulose và một lƣợng nhỏ tinh bột cùng các chất dinh
dƣỡng khác. Mỗi vụ lƣợng bã thải rắn ở các làng nghề đến hàng chục vạn tấn đƣợc xả cùng
nƣớc thải ra hệ thống mƣơng, cống thoát nƣớc của làng rồi đổ ra sông, gây tắc nghẽn dòng
chảy và khi bị phân hủy bốc mùi hôi thối gây ô nhiễm trên diện rộng [2].
Trong 10 năm (từ 2000 đến 2010), lƣợng nguyên liệu đầu vào và bã thải ở làng nghề
Dƣơng Liễu tăng nhanh (bảng 1.2) [95].
Và hiện nay, làng nghề Dƣơng Liễu trung bình mỗi ngày thải ra hơn 500 tấn bã thải,
bao bồm gần 300 tấn bã thải từ quá trình chế biến tinh bột sắn thô đƣợc tận dụng làm thức
ăn gia súc. Còn lại hơn 200 tấn bã thải từ quá trình chế biến tinh bột dong riềng không
đƣợc thu gom, xử lý mà xả thẳng vào hệ thống thoát nƣớc [95].
Bảng 1.2: Lượng nguyên liệu đầu vào và lượng chất thải rắn ở làng nghề Dương Liễu [95]
Nguyên
liệu
Lƣợng nguyên liệu (tấn) theo năm Lƣợng bã rắn (tấn) theo năm
2000 2001 2008 2010 2000 2001 2008 2010
Sắn 116000 125000 150000 171000 47000 48000 51000 57000
Dong 31000 52000 66000 82000 10000 16000 22000 25600
Tổng số 146000 172000 216000 253000 57000 64000 73000 82600

24. 11
Ở làng nghề chế biến miến dong Cộng Hòa, Tân Hòa, huyện Quốc Oai, mỗi ngày chế
biến khoảng 540 tấn bột dong, thải ra hơn 200 tấn bã.
Ở Tứ Dân, năm 2009 đã thải ra môi trƣờng lƣợng bã thải là 3964,7 tấn, Làng nghề
Lai Trạch cũng thải ra lƣợng bã lớn, khoảng 70 tấn. Tất cả lƣợng bã này không đƣợc qua
xử lý và tái sử dụng, đƣợc xả bỏ cùng với dòng nƣớc thải ra sông hoặc đánh đống ở xung
quanh khu vực dân cƣ [83].
Ở các làng nghề khác, lƣợng bã thải hàng ngàn tấn mỗi năm với tỉ lệ gia tăng từ 5
đến 10% mỗi năm nhƣng chƣa đƣợc thu gom và xử lý triệt để mà chủ yếu là xả bỏ bừa bãi
ra xung quanh nơi ở, vƣờn nhà, đƣờng làng… [2].
1.1.3.2. Thiệt hại do chất thải
Tình trạng ô nhiễm do chất thải từ các làng nghề này không những đã gây ảnh hƣởng
lớn tới sức khỏe ngƣời dân làng nghề hoặc ở khu vực lân cận mà còn gây ra thiệt hại lớn về
kinh tế.
Theo kết quả nghiên cứu điều tra vể thiệt hại kinh tế do chất thải tại các làng nghề
chế biến nông sản thực phẩm của Trần Văn Thể và cộng sự năm 2013 cho thấy: Tổng thiệt
hại kinh tế do chất thải phát sinh từ hoạt động sản xuất tại các làng nghề chế biến tinh bột
là lớn nhất, nhƣ làng nghề chế biến tinh bột Quế Dƣơng (5,7 tỷ đồng/năm), làng nghề bún
khô Minh Hòa (4,3 tỷ đồng/năm), làng nghề miến dong Kim Phƣợng (4,04 tỷ đồng/năm).
Trong đó bao gồm thiệt hại kinh tế do tác động của chất thải ảnh hƣởng tới năng suất lúa
và sản lƣợng thủy sản, thiệt hại do chi phí bảo vệ môi trƣờng, do ngăn ngừa tác động ô
nhiễm môi trƣờng, thiệt hại kinh tế về y tế do tác động của ô nhiễm môi trƣờng và chi phí
cơ hội do phát sinh chất thải làng nghề [45].
Kết quả điều tra sức khỏe cộng đồng tại các làng nghề chế biến nông sản cho thấy
ngƣời dân làng nghề mắc phải nhiều bệnh tật với tỉ lệ cao hơn nhiều so với ngƣời dân ở nơi
không có làng nghề. Các loại bệnh tật bao gồm: bệnh ngoài da và viêm niêm mạc, bệnh về
đƣờng tiêu hóa, hô hấp [2, 3]. Nhƣ tại làng nghề Dƣơng Liễu, bệnh loét chân tay chiếm
19,7%; bệnh hô hấp chiếm 9,43%; bệnh về đƣờng tiêu hóa chiếm 1,62%. Làng nghề chế
biến thực phẩm Tân Hòa, tỉ lệ ngƣời dân mắc bệnh ngoài da chiếm 30%. Làng nghề chế
biến nông sản Cộng Hòa, tỉ lệ ngƣời dân mắc các bệnh về tai mũi họng chiến 67%; các
bệnh về đƣờng tiêu hóa 32%... [8, 23, 24, 42].
Trung bình, mỗi hộ làm nghề khám và điều trị bệnh 1,8-2,2 lần/năm, hộ nông dân ở
khu vực bị tác động bởi làng nghề là 1,4-1,9 lần/năm, cao hơn so với các hộ nông dân ở
khu vực thuần nông nghiệp (chỉ từ 0,9-1,3 lần/năm). Ƣớc tính thiệt hại kinh tế chi cho y tế
của ngƣời dân làng nghề hàng năm lớn, thiệt hại kinh tế về y tế đối với làng nghề chế biến
tinh bột Quế Dƣơng là 2,9 tỷ đồng/năm; làng nghề chế biến miến dong Kim Phƣợng là 2,7
tỷ đồng/năm trong khi ở các làng nghề còn lại có mức thiệt hại thấp hơn (1,08 -2,2 tỷ
đồng/làng nghề/năm) [45].
Dƣới đây là một số hình ảnh về tình trạng chất thải tại một số làng nghề sản xuất tinh
bột dong riềng.

25. 12
Chất thải rắn ở làng nghề Dương Liễu, Cát Quế - Hoài Đức
Chất thải rắn và nước thải ở làng nghề Minh Hồng - Ba Vì
Hình 1.3: Một số hình ảnh nước thải và bã thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng
Nhƣ vậy, tình trạng chất thải sau sản xuất và chế biến tinh bột ở các làng nghề không
đƣợc qua bất kỳ quá trình xử lý nào mà xả bừa bãi ra môi trƣờng vừa lãng phí vừa gây tác
động xấu đến cảnh quan môi trƣờng sống, tới sức khỏe ngƣời dân và thiệt hại lớn về kinh
tế. Tình trạng này hiện nay vẫn chƣa đƣợc cải thiện mà có xu hƣớng ngày càng gia tăng
mức độ nghiêm trọng.
1.2. Thành phần đặc tính chất thải ngành sản xuất tinh bột
Làng nghề sản xuất và chế biến tinh bột dong riềng là đặc trƣng riêng ở nƣớc ta, tuy
nhiên nguồn nƣớc thải và chất thải rắn có tính chất tƣơng đồng với nguồn chất thải từ các
nhà máy sản xuất tinh bột trên thế giới. Đây đều là nguồn thải chứa hàm lƣợng hữu cơ cao,
dễ phân hủy sinh học, hàm lƣợng chất rắn lơ lửng cao có nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng
nghiêm trọng nếu không đƣợc xử lý thích hợp.

26. 13
1.2.1. Trên thế giới
Các nhà khoa học môi trƣờng trên thế giới đã nghiên cứu rất nhiều về đặc tính chất
thải của quá trình sản xuất tinh bột để có thể đƣa ra các giải pháp xử lý phù hợp nhằm bảo
vệ môi trƣờng.
Năm 2002, Shu, L. và cộng sự đã nghiên cứu về nguồn chất thải ở nhà máy sản xuất
mỳ ăn liền từ tinh bột cho thấy nƣớc thải có những thông số gây ô nhiễm với giá trị cao:
COD dao động từ 3210 - 5050 mg/l; BOD5 từ 2240- 3210 mg/l; SS từ 1070 – 1570 mg/l;
TS từ 3900 – 5450 mg/l; TN từ 20- 30 mg/l và pH từ 4 - 5,4 [110].
Rajasimman, M. và cộng sự cũng đã kết luận rằng nguồn nƣớc thải của nhà máy sản
xuất các sản phẩm từ tinh bột ở Ấn Độ cũng có những tính chất chung: pH thấp, chất rắn lơ
lửng cao, ô nhiễm hữu cơ là chủ yếu với COD và BOD5 ở nồng độ cao (bảng 1.3).
Bảng 1.3: Chỉ tiêu của nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột ở Ấn độ [103].
Thông số Giá trị
pH 4,5 - 4,8
COD (mg/L) 8560–8910
BOD5 (mg/l) 5810 - 6020
TS (mg/l) 7275 - 7815
TDS (mg/l) 6035 - 6120
VSS (mg/l) 900 - 1005
VS (mg/l) 5000 - 5230
Dubey, S. năm 2013 đã nghiên cứu đánh giá các chỉ tiêu nƣớc thải của một số cụm
công nghiệp sản xuất các sản phẩm từ tinh bột ở Ấn Độ cho thấy đây là nguồn thải chứa
hàm lƣợng hữu cơ rất cao, các thông số này đều vƣợt quá tiêu chuẩn xả thải, là nguy cơ
gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng nếu không đƣợc xử lý (bảng 1.4) [63].
Bảng 1.4: Các chỉ tiêu của nước thải ở một số nhà máy sản xuất tinh bột [63].
TT Thông số
Tiruputi
Starch
Rajaram
Mandsaur
Kashyap
Sweetners
Anil
Starch
1 pH 4,0-5,4 4,0-5,5 4,2-5,8 4,0-5,8
2 Chloride (mg/l) 1720-1910 1830-1985 1810-1990 1200-1440
3 BOD5 (mg/l) 4200-4640 5500-6200 4600-4910 2500-3600
4 COD (mg/l) 18100-19600 22000-24100 18500-19700 10600-12800
5 TS (mg/l) 5300-5640 8200-9250 5565-5875 2100-2800
6 DS (mg/l) 4450-4470 7150-8130 4735-4990 1450-2080
7 SS (mg/l) 780-880 950-1120 810-910 600-730
Cũng nhƣ trong công bố về nghiên cứu chất lƣợng nƣớc thải ngành công nghiệp chế
biến tinh bột sắn của một số tác giả khác đƣợc tổng hợp trong bảng 1.5 cho thấy: nƣớc thải
ô nhiễm hữu cơ với giá trị COD và BOD rất cao [59, 97, 116, 120, 127].

27. 14
Bảng 1.5: Giá trị các thông số ô nhiễm của nước thải từ quá trình chế biến tinh bột
TT Thông số Colin [59] Paixao [97] Sun [116] Wang [120] Zhang [127]
1 pH 5,3 5,4 4,72 4,04 4,23
2 BOD5 (g/l) 1,68 6,82 6,3 - -
3 COD (g/l) 4,8 10,36 10,5 70,42 24,58
4 TSS (g/l) 3,8 5,29 - 45,9 19,39
5 VSS (g/l) 1,2 4,3 - 39,4 14,12
6 Nitơ (mg/l) 105 92 524,5 304,15 288,96
7 Cyanide (mg/l) 3,5 - 2,3 - -
Qua một số kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học đánh giá về chất lƣợng nƣớc
thải của ngành sản xuất tinh bột có thể nhận định rằng: Nhìn chung, nguồn nƣớc thải từ
ngành chế biến tinh bột có thể khác nhau về giá trị của các thông số ô nhiễm do phụ thuộc
vào quy trình công nghệ và quy mô sản xuất của từng nhà máy. Tuy nhiên, những đặc
điểm chung của nguồn nƣớc thải này là giàu dinh dƣỡng, giá trị các thông số COD, BOD5
cao, hàm lƣợng chất rắn lơ lửng (SS) lớn và thƣờng ở môi trƣờng axit với pH thấp.
Ngoài lƣợng nƣớc thải lớn gây ô nhiễm, ngành sản xuất tinh bột từ các loại nông sản
nhƣ: Sắn, khoai tây, rong riềng… còn thải ra lƣợng bã rắn lớn là nguyên nhân trực tiếp gây
nên ô nhiễm môi trƣờng.
Bã thải rắn từ quá trình sản xuất tinh bột dong riềng có đặc điểm chứa hàm lƣợng lớn
chất hữu cơ, chứa độ ẩm lớn đến 80-90%, và các hợp chất có trong 100 gam bã dong khô:
độ ẩm 12,95g; chất béo 3,96.10-2
g; protein 2,05g; khoáng 1,36 gam; cacbon tổng số
95,55g, tinh bột sót 0,072 g và một lƣợng nhỏ đƣờng, pectin hòa tan [126]. Trong đó, chủ
yếu là cellulose và hemicellulose đƣợc cấu tạo từ các loại đƣờng nhƣ: xylose (37,02%),
glucose (23,07%), galactose (10,29%), rhamnose (3,97%), arabinose (13,44%), mannose
(11,71%) và lƣợng nhỏ arabinoxylan, xyglglucan [124].
Hiện nay, các nhà máy sản xuất tinh bột quy mô lớn trên thế giới hầu hết đƣợc đầu tƣ
các hệ thống xử lý nƣớc thải để xử lý nguồn chất thải này. Tuy nhiên, ở một số nơi nhƣ
vùng hạ Sahara hay ở Đông Bắc Braxin, hầu hết các cơ sở chế biến tinh bột quy mô nhỏ
đều không đƣợc đầu tƣ hệ thống xử lý nƣớc thải. Toàn bộ nƣớc thải từ quá trình chế biến
đều đƣợc xả ra môi trƣờng, gây ô nhiễm đất, không khí và hệ thống sông ngòi [108].
Đối với bã thải rắn sau quá trình sản xuất cũng đƣợc nghiên cứu xử lý theo hƣớng tái
sử dụng do trong bã thải chứa hàm lƣợng hữu cơ cao, nhƣ: chế biến thức ăn gia súc, làm
phân bón hữu cơ. Ngoài ra, có nhiều nghiên cứu ứng dụng bã thải rắn của ngành công
nghiệp này làm nguyên liệu cho các quá trình khác: sản xuất enzyme, bioethanol, các chất
chống oxi hóa, các hợp chất polyphenol, các chất xơ hòa tan…[61, 64, 114, 123, 124, 125].
1.2.2. Ở Việt Nam
Các làng nghề chế biến tinh bột dong riềng và miến dong ở nƣớc ta có đặc thù sản
xuất theo mùa vụ do phụ thuộc vào thời gian thu hoạch nguyên liệu củ và nhằm cung ứng

28. 15
khối lƣợng lớn sản phẩm miến dong cho thị trƣờng vào dịp tết Nguyên Đán. Mỗi vụ sản
xuất các làng nghề thƣờng tập trung hết công suất vào khoảng 4 - 6 tháng cuối năm, từ
tháng chín năm trƣớc đến tháng tƣ năm sau. Tùy theo năng lực sản xuất của từng hộ mà
lƣợng nguyên liệu dong riềng đƣợc chế biến từ khoảng 5 đến 20 tấn củ/ngày. Với trình độ
công nghệ thấp và máy móc thiết bị sử dụng ở các làng nghề hiện nay còn khá thô sơ nên
lƣợng nƣớc sử dụng cho sản xuất lớn, chƣa áp dụng quy trình sản xuất tiên tiến có sự tái sử
dụng nƣớc thải và bã thải do đó mỗi vụ sản xuất, lƣợng nƣớc thải lớn hàng triệu m3
kéo
theo hàng trăm nghìn tấn bã thải không qua xử lý đƣợc xả thẳng ra môi trƣờng qua hệ
thống cống rãnh thoát nƣớc rồi đổ trực tiếp ra đồng ruộng, sông suối đang gây ra tình trạng
ô nhiễm môi trƣờng, ảnh hƣởng trực tiếp và nghiêm trọng tới sức khỏe ngƣời dân và thiệt
hại về kinh tế. Các làng nghề hiện nay đang là điểm nóng bức xúc của xã hội về ô nhiễm
môi trƣờng.
Theo báo cáo môi trƣờng Quốc gia năm 2008, các làng nghề thuộc nhóm chế biến
lƣơng thực - thực phẩm đƣợc đánh giá là có khối lƣợng nƣớc thải lớn với thải lƣợng các
chất hữu cơ ô nhiễm cao (bảng 1.6) [2]. Các thông số ô nhiễm của nƣớc thải đều vƣợt
TCCP nhiều lần, đặc biệt là nƣớc thải từ khâu nghiền - tách bã, lắng bột đen từ quá trình
sản xuất tinh bột sắn và dong riềng thƣờng có giá trị pH thấp, COD và BOD5 vƣợt TCVN:
5945-2005 cột B gấp 200 lần [2, 3].
Bảng 1.6: Tải lượng các chất ô nhiễm ở một số làng nghề [2]
Làng nghề
Sản phẩm
(tấn/năm)
COD
(tấn/năm)
BOD5
(tấn/năm)
SS (tấn/năm)
Bún Phú Đô 10.200 76.90 53.14 9.38
Bún Vũ Hội 3.100 22.62 15.3 2.67
Bún bánh Ninh Hồng 4.380 15.08 10.42 1.84
Rƣợu Tân Độ 450.000 lít 2.250 13.01 11.55
Tinh bột Dƣơng liễu 52.000 13.050 934.4 2.133
Theo Nguyễn Phƣơng Hạnh và cộng sự, lƣợng nƣớc thải sản xuất tinh bột lớn ở làng
nghề Dƣơng Liễu có chứa nồng độ cao các hợp chất hữu cơ, các giá trị của thông số BOD
và COD cao hơn nhiều lần TCCP (bảng 1.7) [95].
Bảng 1.7: Chất lượng nước thải ở một số xóm ở Dương Liễu [95]
Mẫu pH Nhiệt độ
(0
C)
SS
(mg/l)
BOD5
(mg/l)
COD
(mg/l)
Coliform
MPN/100ml
TN
(mg/l)
TP
(mg/l)
N1 6,26 27,5 474 5506 6406 900.103
154,02 29,93
N2 5,47 32,4 394 5656 8666 22.103
85,12 16,19
N3 5,1 26,1 17 63 232 8.103
5.6 0,05
TCVN
(5945:2005)
5,5-9 40 100 50 80 5000 30 6
(N1: mẫu nước thải sản xuất bột dong ở xóm Động; N2: mẫu nước thải sản xuất bột dong ở xóm
Đoàn Kết, N3: mẫu nước ở mương thoát nước giữa các xóm)

29. 16
Theo báo cáo của Đỗ Đức Ngãi và cộng sự về chƣơng trình CIP năm 2000 khi khảo
sát tình trạng ô nhiễm môi trƣờng ở làng nghề Cát Quế - Hà Nội cho thấy nƣớc thải từ hoạt
động làng nghề là nguyên nhân gây ra ô nhiễm nguồn nƣớc, giá trị của các thông số trong
nƣớc thải cống chung ở các làng nghề sản xuất miến dong luôn lớn hơn so với làng nghề
không sản xuất (bảng 1.8) [100].
Bảng 1.8: Đặc tính nước thải ở làng nghề sản xuất miến dong và không sản xuất [100]
Thông số Làng sản xuất miến Làng không sản xuất Nƣớc thải chế biến dong riềng
pH 6,9 7,55 5,8
BOD5(mg/l) 710 25 486,8
COD(mg/l) 1162 45,7 7378,8
SS (mg/l) 501 35 3012,2
DS (mg/l) 1,34 0,51 7385,8
TP (mg/l) 24,21 25 72,37
TN ( ng/l) 102,5 12,87 199,3
Theo kết quả quan trắc chất lƣợng nƣớc thải ở một số làng nghề chế biến tinh bột ở
Hà Nội của cơ quan kiểm định về môi trƣờng cho thấy:
Nƣớc thải cống chung của làng nghề Tân Hoà (huyện Hoài Đức – Hà Nội) có COD =
466 mg/l; BOD5 = 250 mg/l gấp 4,5 lần TCCP. Có hiện tƣợng này là do nƣớc thải ra đến
cống chung đã đƣợc pha loãng nhiều lần với nƣớc thải sinh hoạt. Nƣớc thải cống chung có
độ ô nhiễm cao đã tác động không nhỏ tới chất lƣợng nƣớc mặt và nƣớc ngầm ở các làng
nghề [8, 46].
Nƣớc thải tại thôn Yên Viên, xã Vân Hà hàm lƣợng BOD5 cao hơn tiêu chuẩn cho
phép (TCCP) 2,2 lần, hàm lƣợng COD cao hơn TCCP 1,75 lần, hàm lƣợng Sunfua cao hơn
TCCP 2,87 lần và hàm lƣợng Coliform cao hơn TCCP 1,05 lần. Các giếng nƣớc và ao làng
đều bị ô nhiễm nặng [24].
Nhƣ vậy: Đặc tính chung của nƣớc thải từ các làng nghề chế biến tinh bột dong riềng
chứa hàm lƣợng hữu cơ cao, bao gồm các chất hòa tan và phần lớn chất rắn lơ lửng. Giá trị
của các thông số ô nhiễm so với TCCP đều vƣợt gấp nhiều lần. Chỉ tiêu ô nhiễm vi sinh
vật trong nƣớc thải cũng rất nghiêm trọng, gây ra ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khỏe ngƣời
dân. Với hàm lƣợng coliform tổng số vƣợt TCCP nhiều lần, lên tới 900.103
MPN/100ml
(bảng 1.8) cho thấy nguồn hữu cơ chứa trong nƣớc thải là điều kiện thuận lợi cho sự phát
sinh ô nhiễm các chủng vi sinh vật, trong đó có nhiều loài gây bệnh.
Do lợi ích kinh tế lớn mang lại từ hoạt động sản xuất nông sản ở làng nghề đã kéo
theo tình trạng ô nhiễm môi trƣờng có xu hƣớng ngày càng tăng. Đây là hậu quả của sự
xuất hiện thêm các làng nghề mới thành lập và quy mô sản xuất ở các làng nghề truyền
thống ngày càng tăng làm cho lƣợng chất thải không đƣợc xử lý xả ra môi trƣờng ngày
càng lớn.
Nhìn chung, chất lƣợng môi trƣờng ở các làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và
miến dong ở Việt Nam đã và đang bị suy thoái nghiêm trọng, gây ảnh hƣởng lớn tới sự

30. 17
phát triển làng nghề và nhiều vùng lân cận, gây bức xúc lớn trong xã hội. Do đó, vấn đề xử
lý và bảo vệ môi trƣờng làng nghề hiện nay là rất cấp thiết.
1.3. Giải pháp công nghệ xử lý chất thải ngành sản xuất tinh bột
1.3.1. Cơ sở khoa học của giải pháp sinh học xử lý nƣớc thải
Có nhiều phƣơng pháp đã đƣợc ứng dụng để xử lý nƣớc: cơ học, hóa học – hóa lý,
sinh học và phƣơng pháp tổng hợp. Đối với nƣớc thải ô nhiễm hữu cơ, hiện nay phƣơng
pháp đƣợc áp dụng phổ biến nhất với hiệu quả xử lý cao và thân thiện, bền vững với môi
trƣờng sinh thái nhất là phƣơng pháp sinh học.
Cơ sở của quá trình xử lý nƣớc thải bằng biện pháp sinh học là quá trình chuyển hóa
vật chất, quá trình tạo cặn lắng và quá trình làm sạch nguồn nƣớc của các vi sinh vật dị
dƣỡng và tự dƣỡng (chủ yếu là dị dƣỡng) có trong tự nhiên có khả năng đồng hóa đƣợc rất
nhiều nguồn cơ chất khác nhau có trong nƣớc thải.
Trong quá trình sống của các vi sinh vật, chúng sẽ sử dụng các nguồn cơ chất có
trong nƣớc để tổng hợp tế bào mới và sinh năng lƣợng. Sau đó vi sinh vật tiếp tục phân hủy
và oxi hóa các nguồn cơ chất này để tạo thành các sản phẩm trung gian và cuối cùng là các
hợp chất khí (NH3, H2S, CO2, H2, CH4, N2…). Sinh khối còn lại sẽ đƣợc lắng xuống và
loại bỏ để nƣớc đƣợc làm sạch [11, 20, 44].
Quá trình xử lý nƣớc thải bằng vi sinh vật thực chất là một quá trình lên men. Chúng
chỉ khác nhau là quá trình lên men cơ bản đƣợc thực hiện với giống vi sinh vật thuần
chủng còn trong quá trình xử lý nƣớc thải đƣợc thực hiện với giống là một quần thể vi sinh
vật [20].
Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo và
phân tán nhỏ trong nƣớc thải cần đƣợc di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật. Theo
quan điểm hiện đại nhất, quá trình xử lý nƣớc thải bằng cách sử dụng vi sinh vật hấp thụ
các chất ô nhiễm gồm ba giai đoạn:
Giai đoạn 1: Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật do
khuếch tán đối lƣu và phân tử.
Giai đoạn 2: Di chuyển các chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch
tán do sự chênh lệch nồng dộ các chất bên trong và bên ngoài tế bào.
Giai đoạn 3: Quá trình chuyển hóa các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh năng
lƣợng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng lƣợng.
Các giai đoạn trên có quan hệ chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển hóa các chất đóng vai
trò chính trong quá trình xử lý nƣớc thải [20].
Tuy nhiên, các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nƣớc thải thƣờng tồn tại ở hai
dạng hợp chất có kích thƣớc khác nhau: Dạng thứ nhất bao gồm các chất hữu cơ có kích
thƣớc phân tử nhỏ, thƣờng là các hợp phần hòa tan dễ hấp thu và chuyển hóa. Trong quá
trình hoạt động của vi sinh vật trong nƣớc thải, đầu tiên các hợp phần hòa tan này dễ hấp
thu (do phân tử nhỏ) sẽ đƣợc xâm nhập trực tiếp vào bên trong tế bào qua quá trình khuếch
tán hoặc vận chuyển qua màng để đƣợc chuyển hóa nhằm cung cấp năng lƣợng và hình
thành sinh khối tế bào [119]. Còn dạng thứ hai chiếm tỉ lệ lớn hơn là các hợp chất hữu cơ

31. 18
phân tử lƣợng cao hay dạng polymer (protein, polysaccharide; lipit,…). Do kích thƣớc
phân tử lớn nên các hợp chất này không thể xâm nhập trực tiếp vào bên trong tế bào vi sinh
vật để thực hiện các quá trình chuyển hóa. Lúc này, chính tế bào các vi sinh vật sẽ tiết ra hệ
các enzyme ngoại bào tƣơng ứng (amylase, cellulase, lipase,…) để phân giải các hợp chất
cao phân tử tạo thành các hợp chất hòa tan phân tử nhỏ phân tán trong nƣớc thải để tiếp tục
bị hấp thu bởi vi sinh vật (Hình 1.5). Quá trình chuyển hóa này diễn ra liên tục cho đến khi
nồng độ các chất hữu cơ trong nƣớc thải đạt tối thiểu [119].
Hình 1.4: Quá trình hấp thu và chuyển hóa các chất hữu cơ vào tế bào vi khuẩn [119]
Các chất hòa tan sau khi đƣợc hấp thu vào bên trong tế bào sẽ tiếp tục đƣợc thực hiện
quá trình chuyển hóa nhờ vào hệ thống enzyme nội bào. Quá trình oxi hóa các hợp chất
hữu cơ đƣợc thực hiện đòi hỏi phải loại H2 nhờ hệ enzyme cytocrom. Trong quá trình xử lý
hiếu khí nƣớc thải, chất nhận hydro cuối cùng là O2. Trong chu trình này các hợp chất hữu
cơ đƣợc oxy hóa hoàn toàn để giải phóng ra CO2 và H2O [67]
Hình 1.5: Quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong nước thải [67]
Có nhiều giải pháp sinh học đã đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải hữu cơ với hiệu quả
cao nhƣ: công nghệ sinh học kỵ khí, công nghệ sinh học hiếu khí, công nghệ thiếu khí và
giải pháp công nghệ kết hợp giữa các giải pháp này.

32. 19
1.3.1.1. Giải pháp công nghệ xử lý kỵ khí
Giải pháp công nghệ sinh học kỵ khí dựa trên khai thác năng lực chuyển hóa trao đổi
chất của hệ vi sinh vật kỵ khí và vi sinh vật tùy nghi để phân hủy các hợp chất hữu cơ và
vô cơ có trong nƣớc thải [17]. Quá trình này chính là quá trình phân hủy sinh học không có
oxy, trong đó các chất hữu cơ đƣợc chuyển hoá bởi các vi sinh vật đến sản phẩm cuối cùng là
hỗn hợp khí sinh học gồm 50 – 70% metan (nhƣng có thể cao hơn tùy thuộc vào cơ chất và
điều kiện vận hành), 25 – 40% cacbonic và một lƣợng nhỏ hydro, nitơ, sulfua…[84].
Động học quá trình phân giải và chuyển hóa các chất có thể chia thành 2 pha với 4
giai đoạn nhỏ nhƣ sau (Hình 1.6)
Hình 1.6: Sơ đồ chuyển hóa các chất trong quá trình phân giải kỵ khí [65]
- Giai đoạn thủy phân:
Trong giai đoạn này, nhờ hệ vi sinh vật có hoạt tính enzyme thủy phân ngoại bào
(cellulase; amylase; protease…) nhƣ: Bacteriodes, Clostridia và Bifidobacteria, Streptococci
và Enterobacteriaceae) mà các hợp chất hữu cơ phức tạp, không hòa tan bị thủy phân thành
các cấu tử nhỏ, mạch ngắn hơn và thành các chất hữu cơ hòa tan dễ hấp thu [65].
- Giai đoạn lên men sinh axít:
Nhờ hoạt động của các vi sinh vật lên men: Pseudomonas, Bacillus, Clostridium,
Micrococcus, Flavobacterium… mà các chất dinh dƣỡng hòa tan (đƣờng, axit amin...) đƣợc
chuyển hóa thành axit (axetic, propionic, foocmic, butyric hay succinic…), rƣợu hoặc keton
(etanol, metanol, glyxerol, axeton), CO2 và H2.
Sản phẩm tạo ra trong giai đoạn này (các axit và hoạt tính của các cấu tử có chức axit
phân ly) thƣờng làm giảm pH của nƣớc thải.
- Giai đoạn tạo axetat:
Trong giai đoạn này, các axit béo và rƣợu nhờ quá trình chuyển hóa của các chủng vi
khuẩn nhƣ Syntrophomonas và Syntrophobacter tạo thành axetat, CO2 và H2.
- Giai đoạn lên men metan: là quá trình chuyển hóa tiếp tục mạch hydratcacbon thành các
phân đoạn ngắn hơn, và cuối cùng thành các cấu tử khí, rồi thoát lên khoảng không gian
phía trên hình thành hỗn hợp khí sinh học (CH4, CO2, NO2…, trong đó hàm lƣợng CH4 có
thể tới 60-64%).
Sản phẩm cuối cùng của các quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ ô nhiễm
thƣờng bao gồm: hỗn hợp khí sinh học (với lƣợng lớn khí CO2, CH4, C2H6 và phần nhỏ các

33. 20
cấu tử khác nhƣ: N2, H2S, H2…) phần cơ chất đã đƣợc khoáng hóa - lắng đọng và sinh khối
vi sinh vật (các cấu tử thuộc hai nhóm thành phần này đƣợc tích tụ dƣới dạng bùn hoạt tính
thƣờng chiếm tỷ lệ nhỏ).
Từ trƣớc tới nay, quá trình công nghệ xử lý kỵ khí đƣợc đánh giá là có nhiều ƣu điểm
và đƣợc áp dụng phổ biến trong các nhà máy xử lý nƣớc thải công suất lớn trên thế giới ở
các nƣớc phát triển do có những ƣu điểm: quá trình vận hành ít tiêu tốn về chi phí dinh
dƣỡng và năng lƣợng (do không cần sục khí), có thể thu hồi metan, tạo ra lƣợng bùn hoạt
tính thấp (khoảng 5% tải lƣợng đầu vào), tải lƣợng cao [65, 84].
Tuy nhiên giải pháp này vẫn còn nhiều hạn chế: Thời gian xử lý và vận hành quá dài,
chi phí đầu tƣ xây dựng ban đầu và chiếm diện tích lớn, có thể gây thất thoát khí ra môi
trƣờng và hiệu quả xử lý thƣờng không triệt để do đó thƣờng phải đi kèm hệ thống xử lý
hiếu khí kết hợp.
Các công nghệ và hệ thống xử lý có thể dựa trên nguyên tắc của quá trình phân hủy
kỵ khí, sử dụng các hệ thống thiết bị nhƣ: bể tự hoại, bể metan, bể kỵ khí hai giai đoạn,
UASB, ABR…
1.3.1.2. Giải pháp công nghệ xử lý hiếu khí
Nguyên tắc của giải pháp là khai thác năng lực chuyển hóa của các vi sinh vật hiếu
khí để phân hủy các chất hữu cơ có trong nƣớc thải khi có đầy đủ oxy hòa tan ở các điều
kiện thích hợp [101].
Quá trình phân giải hiếu khí các hợp chất hữu cơ có thể mô tả qua sơ đồ hình 1.7
Hình 1.7: Quá trình chuyển hóa các chất trong quá trình phân giải hiếu khí [105]
Trong quá trình hiếu khí, các vi sinh vật phát triển mạnh trong môi trƣờng hiếu khí,
giàu oxy và sử dụng năng lực chuyển hóa của chúng để phân hủy và xử lý chất thải. Các
tập đoàn vi sinh vật này sử dụng nguồn chất thải ô nhiễm (protein, cellulose, tinh bột,
lipit…) nhƣ nguồn năng lƣợng cacbon chính để tồn tại và phát triển. Kết quả của quá trình
này là sự chuyển đổi hiệu quả từ các hợp chất hữu cơ phức tạp sang thành sinh khối vi sinh
vật (bùn), CO2 và một số chất khí (Hình 1.8) [69, 119]. Cơ chế của quá trình phân giải hiếu
khí các hợp chất hữu cơ gồm 3 giai đoạn cơ bản (Hình 1.8).

34. 21
Hình 1.8: Cơ chế của quá trình hiếu khí gồm 3 giai đoạn [119]
- Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn bộ các hợp chất hữu cơ có trong nƣớc thải để đáp ứng nhu
cầu năng lƣợng của tế bào, phƣơng trình 1.1 [11, 20].
CxHyOzN + (x + y/4 + z/3 + ¾) O2 x CO2 + [(y-3)/2] H2O + NH3 (1.1)
- Giai đoạn 2: Đồng hóa để xây dựng tế bào theo phƣơng trình 1.2
CxHyOzN + NH3 + O2 xCO2 + C5H7NO2 (1.2)
- Giai đoạn 3: Quá trình dị hóa, hô hấp nội bào theo phƣơng trình 1.3
C5H7NO2 + 5O2 xCO2 + H2O; NH3 + O2 O2 + HNO2 HNO3 (1.3)
Ở giai đoạn cuối cùng, khi hàm lƣợng các chất hữu cơ trong nƣớc thải bị vi sinh vật
sử dụng hết hoặc còn ở nồng độ thấp, các vi sinh vật không đủ nhu cầu dinh dƣỡng sẽ tiêu
thụ chính sinh chất từ tế bào của chúng để duy trì tế bào (hô hấp nội sinh). Do đó, hàm
lƣợng sinh khối liên tục giảm cho đến khi năng lƣợng đạt đến tối thiểu và đến mức ổn định
[57].
Trong điều kiện hiếu khí, các loài vi sinh vật đã sử dụng ôxy làm chất nhận H+
và
electron cho các chuyển hóa trao đổi chất của mình để ôxy hóa hoàn toàn các cơ chất dinh
dƣỡng đến mắt xích cuối cùng là CO2 và H2O đồng thời tạo ra lƣợng sinh khối lớn (Phụ
thuộc vào các thông số của quá trình vận hành mà hiệu suất tạo sinh khối (bùn) trong quá
trình xử lý hiếu khí có thể đạt đƣợc từ 30% (tải lƣợng đầu vào thấp) đến 60% (tải lƣợng
đầu vào cao) [69, 70].
Quá trình phân hủy hiếu khí trong các hệ thống xử lý nhƣ: hồ sinh học hiếu khí,
Aroten; FRBBR; USBF; AFB, SBR, đĩa quay sinh học, lọc nhỏ giọt, Unitank, thiết bị
màng khí nâng…
Hiện nay, giải pháp hiếu khí đã thể hiện đƣợc những ƣu điểm: hiệu quả xử lý cao, xử
lý triệt để, không gây ô nhiễm thứ cấp và thời gian xử lý ngắn.
VSV
VSV
VSV
VSV VSV

35. 22
Tuy nhiên giải pháp hiếu khí còn tồn tại một số điểm: Thể tích công trình lớn, chiếm
nhiều diện tích mặt bằng, chi phí vận hành lớn (năng lƣợng sục khí), không có khả năng
thu hồi năng lƣợng và tạo ra lƣợng bùn dƣ lớn.
1.3.1.3. Giải pháp công nghệ xử lý thiếu khí
Giải pháp sinh học thiếu khí nhằm khai thác năng lực trao đổi chất của hệ các vi sinh
vật vi hiếu khí – kỵ khí để phân giải và chuyển hóa các hợp chất hữu cơ ô nhiễm tƣơng
ứng. Cơ chất ô nhiễm cần phân giải trong quá trình này chủ yếu tập trung vào các hợp chất
chứa nitơ. Trong một số loại nƣớc thải (sinh hoạt, đô thị, thủy sản, giết mổ…) thƣờng chứa
lƣợng các hợp chất nitơ rất lớn, dƣới dạng các hợp chất nitơ hữu cơ, NH4
+
, NO3
-
, NO2
-
,
NO, N2O; Các thành phần này nếu không đƣợc xử lý triệt để sẽ làm cho nguồn tiếp nhận
nƣớc thải bị phú dƣỡng, làm xuất hiện hiện tƣợng tái ô nhiễm trở lại toàn bộ nguồn nƣớc.
Vấn đề trên sẽ đƣợc giải quyết nếu hoạt hóa và khai thác đƣợc năng lực trao đổi chất của
các vi khuẩn nitrat hóa (chuyển hoá NH4
+
→ NO2
-
, và NO2
-
→ NO3
-
) và hệ các vi khuẩn
phản nitrat hóa (chuyển hóa NO3
-
thành NO, N2O, N2 )... [11, 20].
1.3.1.4. Giải pháp công nghệ xử lý kết hợp bằng bùn hoạt tính
Xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính là một quá trình sinh học hiệu quả cao và linh
hoạt, đƣợc phát triển bởi tác giả Arden and Lockett năm 1914 và kéo dài suốt một thế kỷ
đến nay. Các công trình xử lý nƣớc thải sử dụng bùn hoạt tính nhằm sử dụng các vi sinh
vật để chuyển hóa các chất ô nhiễm hữu cơ, các chất dinh dƣỡng (N; P) và một số chất vô
cơ từ nƣớc thải vào sinh khối tế bào… Giai đoạn cuối cùng của quá trình xử lý bằng bùn
hoạt tính là tách phân ly bùn hoạt tính ra khỏi nƣớc bằng quá trình lắng [115].
Mô hình đơn giản nhất của quá trình xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính bao gồm hai
giai đoạn chính: Giai đoạn đầu là quá trình sử dụng tập hợp các vi sinh vật để chuyển hóa
các hợp chất hữu cơ, xảy ra trong quá trình thông khí ở bể bùn hoạt tính. Hệ vi sinh vật
trong bể sẽ đƣợc cung cấp oxy để sinh trƣởng phát triển và chuyển hóa các chất ô nhiễm
vào sinh khối tế bào. Khi kết thúc quá trình ở bể bùn hoạt tính, hỗn hợp bùn và nƣớc thải
đƣợc chuyển sang giai đoạn lắng để phân tách bùn hoạt tính (do lắng trọng lực) ra khỏi
nƣớc đã xử lý trƣớc khi xả thải. Một phần bùn đƣợc tuần hoàn trở lại bể bùn và một phần
lớn đƣợc loại bỏ dƣới dạng chất thải bùn cần xử lý. Quá trình xử lý nƣớc thải bằng bùn
hoạt tính đƣợc thể hiện trong hình 1.9 [122].
Hình1.9: Quá trình bùn hoạt tính [122]

36. 23
Hiệu quả xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hoạt tính
bùn, cấu trúc bùn, biến động dòng vào hệ thống, dinh dƣỡng, yếu tố môi trƣờng… Trong
đó quá trình tách phân ly bùn và sinh khối vi sinh vật sau quá trình xử lý ra khỏi nƣớc có
vai trò rất quan trọng, quyết định tới hiệu suất xử lý và chất lƣợng tiêu chuẩn dòng ra
[122]. Các yếu tố ảnh hƣởng tới khả năng phân tách bùn có thể là các yếu tố vật lý và sinh
hóa học, bao gồm: tuổi bùn, chế độ thủy lực trong hệ thống, nồng độ chất rắn lơ lửng, mức
độ biến động và nồng độ oxy hòa tan, cấu trúc bùn hoạt tính và khả năng tạo bông bùn của
sinh khối vi sinh vật với các chất rắn trong nƣớc thải… [92]. Tuy nhiên, cơ chế và hiệu quả
của quá trình phân tách bùn hoạt tính khỏi dòng nƣớc sau xử lý phụ thuộc chủ yếu vào 3
yếu tố: mức độ kết bông của bùn, đặc tính vật lý của bông bùn và các thông số thiết kế của
bể lắng [122]. Trong đó mức độ kết bông của bùn và đặc tính của bông bùn trong quá trình
lắng sẽ ảnh hƣởng lớn nhất tới quá trình phân tách [115].
Nếu quá trình tạo thành các bông bùn quá nhỏ, có tỷ trọng xấp xỉ nƣớc sẽ không thể
tách đƣợc bằng quá trình lắng. Khi đó cần phải dùng quá trình lọc hoặc tuyển nổi để phân
tách bùn. Các hóa chất nhƣ nhôm sulphat (làm kết tủa các những phần tử keo hấp phụ
đƣợc) hoặc các polymer tổng hợp dạng anion, cation hoặc không ion hóa (tạo cầu nối giữa
các phần tử tạo thành các cụm bông bùn lớn) có thể đƣợc bổ sung vào để cải thiện sự kết tụ
của bông bùn và thực hiện quá trình phân tách [122].
Hiện nay, giải pháp công nghệ sinh học đƣợc áp dụng phổ biến nhất để xử lý nƣớc
thải nói chung và nƣớc thải ngành sản xuất tinh nói riêng là công nghệ xử lý bằng bùn hoạt
tính, thƣờng kết hợp nhiều giải pháp trong cùng một hệ thống xử lý.
Hệ thống này hoạt động trải qua nhiều giai đoạn, khai thác năng lực chuyển hóa các
chất ô nhiễm đồng thời của cả hệ vi sinh vật kỵ khí, hiếu khí và vi hiếu khí (bằng cách
phân vùng chức năng hoặc xây dựng các bể phân chia tách biệt để xác lập các điều kiện
thích hợp cho hệ vi sinh vật tƣơng ứng phát triển và hoạt động hiệu quả). Hệ thống xử lý
đƣợc xây dựng bao gồm nhiều bể: Bể xử lý kỵ khí, bể xử lý vi hiếu khí, bể xử lý hiếu khí,
bể lắng phân ly bùn hoạt tính… (Hình 1.10) [56, 121].
Hình 1.10: Sơ đồ cấu trúc vận hành của công nghệ xử lý nước thải sử dụng bùn hoạt tính [56]