Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu phân hủy cyanua trong vỏ sắn thải từ nhà máy sản xuất tinh bột bằng vi sinh vật

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii
NHẬN XÉT CỦA GVHD ........................................................................................ iii
NHẬN XÉT CỦA GVPB .......................................................................................... iv
DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT ........................................................................... 4
DANH MỤC BẢNG................................................................................................... 5
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... 6
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 8
1. ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................... 8
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................. 9
2.1. Mục tiêu chung ............................................................................................. 9
2.2. Mục tiêu cụ thể ............................................................................................. 9
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ..................................................... 9
3.1. Đối tượng của đề tài ..................................................................................... 9
3.2. Phạm vi của đề tài ........................................................................................ 9
3.3. Địa điểm thí nghiệm ..................................................................................... 9
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 9

5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................... 10
5.1. Phương pháp phân lập vi sinh vật ............................................................. 10
5.2. Phương pháp định tính và định lượng hoạt độ enzyme của vi sinh vật ... 13
5.3. Phương pháp phân tích hóa lý ................................................................... 15
5.4. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu ...................................................... 16
5.5. Phương pháp tổng hợp tài liệu................................................................... 16
6. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................... 16
6.1. Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................................ 16
6.2. Ý nghĩa khoa học ........................................................................................ 16
CHƯƠNG 1. XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN TRONG NGÀNH SẢN XUẤT TINH
BỘT SẮN ................................................................................................................. 18

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

1.1. QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN................................................. 18
1.2. CHẤT THẢI RẮN TRONG SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN ........................ 20
1.2.1. Nguồn phát sinh và tải lượng .................................................................. 20
1.2.2. Đặc trưng chất thải rắn ........................................................................... 22
1.3. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI TỪ SẮN ........................................ 23
1.3.1. Xử lý và tái sử dụng vỏ sắn theo phương pháp cơ – lý – hóa học .......... 23
1.3.2. Xử lý hoặc tái sử dụng vỏ sắn theo phương pháp sinh học .................... 26
1.4. GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT MỲ HÙNG DUY 2
............................................................................................................................... 29
CHƯƠNG 2. KHÁI QUÁT VỀ CYANIDE TRONG VỎ SẮN VÀ QUÁ TRÌNH
PHÂN GIẢI CYANIDE .......................................................................................... 31
2.1. ĐỘC TÍNH VÀ SỰ CHUYỂN HÓA CYANIDE TRONG SẮN.................. 31
2.2. TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI CYANIDE BẰNG SINH HỌC 33
2.2.1. Con đường thủy phân (hydrolytic pathway) .......................................... 35
2.2.2. Con đường oxy hóa (Oxidative pathway) ............................................... 40
2.2.3. Con đường khử (Reductive pathway) ..................................................... 42
2.2.4. Con đường thay thế hoặc chuyển hóa (Substitution/transfer pathway)42
2.2.5. Con đường tổng hợp (Syntheses pathway) ............................................. 44
2.3. KẾT QUẢ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ............................................ 47
2.3.1. Kết quả nghiên cứu trong nước. ............................................................. 47
2.3.2. Kết quả nghiên cứu trên thế giới. ........................................................... 48
2.3.3. Đặc tính sinh học của các chủng vi sinh vật trong kết quả đề tài. ......... 49
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ ĐỀ TÀI THÍ NGHIỆM .................................................. 53
3.1. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CYANIDE LÊN QUÁ TRÌNH TĂNG
TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT............................................................................ 53
3.1.1. Mục tiêu ................................................................................................... 53
3.1.2. Bố trí thí nghiệm ...................................................................................... 53
3.1.3. Kết quả. .................................................................................................... 53
3.2. PHÂN LẬP VI SINH VẬT PHÂN GIẢI CYANIDE TỪ VỎ SẮN ............. 56
3.2.1. Mục tiêu ................................................................................................... 56
3.2.2. Bố trí thí nghiệm ...................................................................................... 56

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

3.2.3. Kết quả ..................................................................................................... 56
3.3. ĐỊNH LƯỢNG KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI CYANIDE TRONG NƯỚC .... 60
3.3.1. Định lượng thông qua đầu vào và đầu ra của [CN] ............................... 60
3.3.2. Định lượng thông qua kết hợp đo quang và đo OD ............................... 62
3.3.3. Đặc điểm hình thái và kết quả định danh chủng phân giải cyanide. .... 67
3.4. KẾT HỢP CÁC CHỦNG PHÂN GIẢI CYANIDE VÀ CELLULOSE VÀO
PHÂN HỦY VỎ SẮN ........................................................................................... 69
3.4.1. Mục tiêu. .................................................................................................. 69
3.4.2. Bố trí thí nghiệm. ..................................................................................... 70
3.4.3. Kết quả. .................................................................................................... 70
CHƯƠNG 4. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT HỖ TRỢ ỨNG DỤNG
VI SINH VÀO XỬ LÝ VỎ SẮN TỪ NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN
THEO PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC ..................................................................... 75
4.1. GIẢI PHÁP KĨ THUẬT ................................................................................ 75
4.1.1. Lựa chọn vi sinh vật xử lí ........................................................................ 75
4.1.2. Xác định yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của vi sinh vật sử
dụng ủ compost ................................................................................................. 75
4.1.3. Đề xuất bố trí thêm một số thí nghiệm ................................................... 76
4.2. GIẢI PHÁP QUẢN LÍ .................................................................................. 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 83
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 83
KIẾN NGHỊ .......................................................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 85
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ 86

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT
PTN

Phòng thí nghiệm

PP

Phương pháp

VSV

Vi sinh vật

FAO

Food and Agriculture Organization

PNPG

ρ-Nitrophenyl-β-D-glucuronide

RPM

Rad per minutes

SCP

Single cell protein

SSF

Solid State Fermentation

SmF

Submerged Fermentation

TNHH

Trách nhiệm hữu hạn

HCN

Hydrogen cyanide

HNL

Hydroxynitrile lyase

TT

Thông tư

BNNPTNT

Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nông Thôn

CTR

Chất thải rắn

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Thành phần môi trường phân lập chủng phân giải cyanide ...................................... 11
Bảng 2. Các bước tiến hành phân lập vi sinh ........................................................................ 12
Bảng 1. 1. Kết quả thử nghiệm mẫu vỏ sắn .......................................................................... 22
Bảng 1. 2. Thành phần của tro bã sắn (g/100g trọng lượng sấy khô) ..................................... 23
Bảng 1. 3. Tổng hợp các chủng vi sinh có khả năng xử lý vỏ, lá, bã sắn ............................... 28
Bảng 2. 1. Đặc điểm của enzim Cyanide hydratase từ các vi sinh vật. .................................. 36
Bảng 2. 2. Đặc điểm của hydratases nitrile từ các vi sinh vật khác nhau ............................... 37
Bảng 2. 3. Đặc điểm của các vi sinh vật khác nhau từ cyanidase .......................................... 38
Bảng 2. 4. Đặc điểm của nitrilase từ vi sinh vật khác nhau. .................................................. 39
Bảng 2. 5. Đặc điểm enzym rhodanese từ vi sinh vật khác nhau. .......................................... 43
Bảng 3. 1. Ảnh hưởng của cyanua lên quá trình sinh trưởng của vi sinh vật .......................... 54
Bảng 3. 2. Kết quả phân lập sau lần test hoạt tính ................................................................. 57
Bảng 3. 3. Kết quả đo vòng phân giải màu vàng trên môi trường thạch PNPG. ..................... 58
Bảng 3. 4. Kết quả phân giải cyanide trong nước của các chủng tuyển chọn ......................... 61
Bảng 3. 5. Kết quả so màu của 4 chủng VSV tại bước sóng 425 nm. .................................... 64
Bảng 4. 1. Thành phần pha chế môi trường Czapek – dox. ................................................... 76
Bảng 4. 2. Thành phần các chất chuẩn bị cho thí nghiệm a. .................................................. 77
Bảng 4. 3. Thành phần các chất chuẩn bị cho thí nghiệm b. ................................................. 78
Bảng 4. 4. Dự báo khối lượng vỏ sắn tăng 2016 - 2025 ........................................................ 79

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Quy trình thực hiện các thí nghiệm của đề tài đề tài ................................................. 10
Hình 2. Nguyên lý tạo vòng phân giải. ................................................................................. 11
Hình 3. Máy chưng cất Nitơ. ................................................................................................ 15
Hình 4. Dãy chuẩn sử dụng đo Amoni với nồng độ tự 0,2 – 1 mg/l ...................................... 15
Hình 1. 1. Quy trình sản xuất tinh bột sắn. ............................................................................ 20
Hình 1. 2. Cân bằng vật chất trong sản xuất tinh bột sắn. ...................................................... 21
Hình 1. 3. Sự hấp phụ ion Ni2+ vào các phân tử bề mặt......................................................... 24
Hình 1. 4. Nhà máy sản xuất tinh bột mỳ Hùng Duy 2. ......................................................... 29
Hình 1. 5. Sơ đồ chế biến tinh bột khoai mì tại nhà máy Hùng Duy 2. .................................. 30
Hình 2. 1. Công thức cấu tạo Linamarin ............................................................................... 31
Hình 2. 2. Công thức cấu tạo Lotaustralin ............................................................................ 32
Hình 2. 3. Quá trình chuyển đổi Cyanogenic glucosides dưới xúc tác enzyme linamarase. ... 33
Hình 2. 4. Sơ đồ mô tả các con đường khác nhau phân giải cyanide. .................................... 35
Hình 2. 5. Chủng L. plantarum và tiêu bản nhuộm gram của chủng ...................................... 47
Hình 3. 1. Kết quả sinh vật tăng trưởng trên đĩa petri cấy trang. ........................................... 57
Hình 3. 2. Kết quả 4 chủng vi sinh vật tăng trưởng trên đĩa petri cấy ziczac. ........................ 58
Hình 3. 3. Vòng phân giải của 4 chủng mạnh nhất được chọn............................................... 59
Hình 3. 4. Quá trình phân giải và chuyển đổi sang màu vàng chanh...................................... 60
Hình 3. 5. Kết quả đo CN trên thiết bị cầm tay HACH DR890. ............................................ 61
Hình 3. 6. Kết quả màu phản ứng của test kit HACH [CN] đầu ra và đầu vào....................... 62
Hình 3. 7. Biểu đồ biểu thị mật độ hấp thụ quang của 4 chủng vi sinh vật sau 36h tại bước
sóng 660 nm (A – Chủng NM09 ; B – Chủng -57, C – Chủng -32; D – Chủng -51).............. 63
Hình 3. 8. Ống nghiệm chứa chủng vi sinh với thuốc thử PNPG sau 3 ngày. ........................ 64
Hình 3. 9. Quá trình tăng trưởng sinh khối của 4 chủng VSV sau 48h. ................................. 65
Hình 3. 10. Quá trình chuyển màu của 4 chủng VSV sau 36h. .............................................. 66
Hình 3. 11. Hình dạng khi đục lỗ của 4 chủng tuyển chọn .................................................... 67
Hình 3. 12. Kết quả định danh giải trình tự và tra cứu của chủng D. ..................................... 68
Hình 3. 13. Kết quả định danh giải trình tự và tra cứu của chủng A. ..................................... 69

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

Hình 3. 14. Kết quả cấy trang của 2 chủng gửi định danh. .................................................... 69
Hình 3. 15. Giá trị pH theo thời gian của các nghiệm thức phân hủy .................................... 70
Hình 3. 16. Sự thay đổi hàm lượng amoni và HCN do sự chuyển hóa cyanide trong vỏ sắn. . 72
Hình 3. 17. Sự thay đổi % nitơ tổng của các mẫu qua thời gian 96 giờ ................................. 73
Hình 4. 1. Quy trình sản xuất compost cho nhà máy Hùng Duy. ........................................... 80
Hình 4. 2. Hầm ủ biogas xử lý nước thải sản xuất của nhà máy Hùng Duy ........................... 81
Hình 4. 3. Bột bã sắn sau quá trình sấy và nghiền ................................................................. 82
Hình 4. 4. Vỏ sắn thải bị thải bỏ ra ngoài cánh đồng............................................................. 82

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Sắn hay còn gọi là khoai mì, là một trong bảy cây thực phẩm quan trọng nhất trên
thế giới (lúa gạo, lúa mì, bắp, bo-bo, khoai mì, khoai tây và khoai lang), rất được ưa
trồng ở các vùng nhiệt đới và bán nhiệt đới trên thế giới. Theo FAO (Lương Nông Quốc
Tế) thì thế giới sản xuất 230 triệu tấn sắn (2008), trong đó Thái Lan là nước xuất cảng
nhiều nhất sản lượng sắn trên thế giới (chiếm 77%), Việt Nam đứng thứ hai với 13,6%.
Củ sắn chứa tinh bột, cung cấp đến 30% nguồn năng lượng hàng ngày cho con người
(chủ yếu ở các nước Châu Á, Châu Phi,…). Ở nước ta là nước nông nghiệp nhưng đối
với người dân ở các vùng trung du và miền núi, do điều kiện thời tiết và đất đai không
thuận lợi nên sản lượng lúa gạo ở các vùng này khá thấp nên họ phải dựa vào các cây
lương thực dễ trồng như củ sắn. Ngoài ra, củ sắn là cây lương thực quan trọng đứng thứ
ba sau lúa và ngô ở Việt Nam ta, hiện nay củ sắn đã chuyển từ cây lương thực thực phẩm
thành cây công nghiệp hàng hóa có lợi thế cạnh tranh cao. Qua đó ta thấy được tầm quan
trọng của cây sắn đối với các nước đang phát triển.
Tuy nhiên, trong thành phần của củ sắn có chất Linamarin chứa nhóm cyanide (CN) khi hấp thụ vào cơ thể sẽ sinh ra axit xyanhidric (HCN), chất này gây say, nôn mửa
và thậm chí dấn đến tử vong. Hiện nay trong quá trình chế biến, sản xuất tinh bột của
các nhà máy, xí nghiệp thì đã thải ra ngoài môi trường lượng lớn chất thải rắn, trong đó
vỏ sắn chiếm đa số, và vẫn chưa có phương pháp xử lý hiệu quả, gây bốc mùi, ô nhiễm,
suy thoái đất và ảnh hưởng đến mỹ quan xung quanh, có nguy cơ tạo mầm bệnh. Hàm
lượng độc tố cyanua này chứa một lượng lớn các chất dinh dưỡng (N, P, K), nếu được
xử lý đúng cách để tận dụng các chất dinh dưỡng này thì vỏ sắn có tiềm năng trở thành
chế phẩm phân bón hữu cơ giá rẻ thích hợp phục vụ cho nông nghiệp. Với xu thế chú
trọng sử dụng các công nghệ sạch, các công nghệ xử lý giảm thiểu ô nhiễm, tránh ô
nhiễm bằng cách sử dụng tài nguyên, nguyên vật liệu một cách có hiệu quả nhất, gia
tăng tỷ lệ tái chế nguyên vật liệu do đó việc thải bỏ vỏ sắn không những làm giảm hiệu
suất sinh thái mà còn gia tăng rủi ro cho con người và môi trường.
Do đó, đề tài “Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải từ nhà
máy tinh bột bằng vi sinh vật” sẽ ứng dụng vi sinh vật nhằm tăng cường khả năng phân
hủy, giảm thời gian phân hủy cyanide trong vỏ sắn tạo tiền đề cho quá trình phân giải
vỏ sắn trở nên hiệu quả hơn, góp phần mở ra cơ hội chuyển hóa vỏ sắn thành chế phẩm
nông nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm, tiết kiệm tài nguyên và đặc biệt là mang lại hiệu quả
kinh tế cao.

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
2.1. Mục tiêu chung
Đề tài nhằm mục đích tìm kiếm, phân lập ra các chủng vi sinh vật có khả năng
phân giải Cyanide có trong vỏ sắn thải từ nhà máy tinh bột, qua đó đánh giá khả năng
phân giải của chúng ở mô hình phòng thí nghiệm, từ đó đề xuất ra các giải pháp xử lý
vỏ sắn phù hợp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Phân lập các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải Cyanide có trong vỏ sắn.
- Đánh giá khả năng phân giải của các chủng vi sinh vật phân lập được.
- Kết hợp các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose và cyanide, qua đó đánh
giá sự chuyển hóa Nito Amoni và khả năng phân giải cyanide của các chủng kết hợp, từ
đó đề xuất hướng xử lý CTR cho nhà máy tinh bột sắn.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
3.1. Đối tượng của đề tài
- Vỏ sắn thải (vỏ lụa củ sắn)
- Các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải Cyanide.
3.2. Phạm vi của đề tài
- Các chủng vi sinh vật được phân lập trực tiếp từ vỏ sắn thải trong nhà máy sản xuất
tinh bột sắn trong điều kiện phòng thí nghiệm.
- Thực hiện áp dụng các chủng vi sinh phân lập được vào phân giải cyanide trong giai
đoạn phân hủy vỏ sắn thải trong điều kiện phòng thí nghiệm.
- Nhà máy sản xuất tinh bột sắn được chọn lấy mẫu thử nghiệm và ứng dụng là: nhà máy
sản xuất tinh bột sắn Hùng Duy – Huyện Châu Thành - Tỉnh Tây Ninh.
3.3. Địa điểm thí nghiệm
- Thời gian: 10/2016 – 04/2017
- Phòng thí nghiệm công nghệ môi trường – Viện kỹ thuật công nghệ cao NTT – Trường
Đại Học Nguyễn Tất Thành;
- Phòng thí nghiệm Vi sinh của Viện Sinh Học Nhiệt Đới.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nội dung 1: Khái quát về cyanide trong vỏ sắn và quá trình phân giải cyanide.
- Nội dung 2: Phân lập các chủng vi sinh vật phân giải cyanide từ vỏ sắn thải.

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

- Nội dung 3: Đánh giá khả năng phân giải cyanide của các chủng vi sinh vật phân lập
được.
- Nội dung 4: Đánh giá khả năng chuyển hóa thành Amoni và sự suy giảm hàm lượng
cyanide (thực nghiệm trên vỏ sắn) trong quá trình phân giải vỏ sắn thải.
- Nội dung 5: Đề xuất giải pháp quản lý chất thải rắn từ nhà máy sản xuất tinh bột sắn
theo phương pháp sinh học.

Phân tích và đánh giá
giá trị thành phần vỏ
sắn thải

Xem xét kinh
nghiệm Việt Nam
và Quốc Tế về các
phương pháp xử lý.
Phân lập các chủng
vi sinh vật phân hủy
cyanide

Thí nghiệm

PP thí
nghiệm

Bố trí thí nghiệm đánh
giá định tính và định
lượng các chủng vi
khuẩn

PP phân tích
hóa lý

Bố trí thí nghiệm
đánh giá khả năng
chuyển hóa Amoni
và sự suy giảm
Cyanide.

PP phân tích
hóa lý

PP thống kê
xử lý số liệu

Kết luận – kiến nghị
Hình 1. Quy trình thực hiện các thí nghiệm của đề tài đề tài

5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
5.1. Phương pháp phân lập vi sinh vật
- Phân lập vi sinh vật là quá trình tách riêng các loài vi sinh vật (cần thiết) từ quần thể
ban đầu và đưa về dạng thuần khiết.

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

- Quá trình phân lập vi sinh vật sẽ được thực hiện trên môi trường A (theo nghiên cứu
của Watanabe et al,. 1998)

Bảng 1. Thành phần môi trường phân lập chủng phân giải cyanide

HÓA CHẤT

g/L

HÓA CHẤT

g/L

K2HPO4.2H2O

1

CuSO4.5H2O

0,2

MgSO4.7H2O

0,2

ZnSO4.7H2O

0,2

CaCl2.2H2O

0,01

Glucose

2

NaCl

0,01

Tryptone

1

MnSO4.4H2O

0,2

Agar

20

(Nguồn: Theo nghiên cứu của Watanabe el al, 1998).

- Nguyên lý tạo vòng phân giải: Chất chuẩn để thử nghiệm cho việc nhận biết được các
chủng có khả năng phân giải cyanide là PNPG 1% (4-Nitrophenyl--Dglucopyranoside). Dựa vào phương pháp của Ugwuanyi (2007), thành phần của sắn có
chứa linamarin (chiếm 95% cyanoglycosides). Mục tiêu đó là phá vỡ gốc β-DGlucuronide trong vỏ sắn. Trong quá trình hoạt động của VSV sẽ tiết ra enzyme
linamarase có khả năng phân giải thành phần linamarin có trong vỏ sắn, cụ thể ở đây là
nó sẽ phân giải gốc β-D-Glucuronide tạo ra p-Nitrophenol có màu vàng chanh. VSV có
khả năng phân giải sẽ có vòng vàng, dựa vào độ lan rộng của vòng vàng ta sẽ nhận biết
được VSV có khả năng phân giải tốt nhất.

Hình 2. Nguyên lý tạo vòng phân giải.

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

Bảng 2. Các bước tiến hành phân lập vi sinh

BƯỚC

CÔNG VIỆC

YÊU CẦU
- Pha môi trường A (theo nghiên cứu của
Watanabe et al,. 1998)

1

Chuẩn bị môi trường, dụng cụ

- Chuẩn bị ống nước muối sinh lý 0,9%,
đầu pipet, gói đĩa petri.
- Đổ ống thạch nghiêng với số lượng phù
hợp.

Hấp tiệt trùng

2

Đổ đĩa

3

- Hấp tiệt trùng tất cả môi trường, ống
thạch nghiêng và dụng cụ.
- Chuẩn bị dung dịch PNPG 1%, cứ mỗi
100 ml môi trường thì thêm vào 15 ml
dung dịch PNPG 1%.
- Môi trường sau khi hấp tiệt trùng được
đổ ra đĩa petri một lượng vừa phải.
- Lắc 10g mẫu trong 90ml tăng sinh trong
20 phút với tốc độ 200rpm.

4

Lấy mẫu, pha loãng

Cấy trang

5

- Pha loãng mẫu bằng ống nước muối
sinh lý 0,9% tới các nồng độ thích hợp.
- Hút 0,1ml mẫu pha loãng cấy trang vào
đĩa petri trong môi trường vô trùng.
- Mỗi nồng độ cấy vào 3 đĩa petri.

Ủ đĩa petri

- Các đĩa petri sau khi cấy trang được gói
và ủ ở nhiệt độ 37oC trong 48 giờ.

Cấy đĩa petri lần 2

- Từ các đĩa petri tiến hành bắt các nốt
VSV nghi ngờ có khả năng phân giải
cyanide cấy ziczac sang đĩa petri mới.

Xem xét kết quả

- Trong quá trình phát triển, VSV tiết ra
enzyme linamarase phân hủy gốc
glucosides trong dung dịch PNPG tạo
nitrophenol màu vàng chanh.

6

7

8

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

- Dựa vào vòng sáng vàng của VSV
quyết định giữ hay loại các đĩa petri mới
cấy lần 2.
9

Ủ đĩa petri cấy lần 2

- Đĩa petri được ủ ở 37oC trong 48 giờ.
- Bắt các nốt VSV nghi ngờ từ đĩa petri
sang thạch nghiêng.

10

Cấy thạch nghiêng

- Thạch nghiêng là ống nghiệm chứa môi
trường chuyên biệt, VSV được cấy theo
đường ziczac trên bề mặt thạch.
- Thạch nghiêng được ủ ở 37oC trong 2
ngày.

11

Cấy truyền

- Bắt các nốt VSV từ ống thạch nghiêng
sang đĩa petri có chứa môi trường.
- Ủ đĩa petri ở 37oC trong 48 giờ.
- Đĩa petri cho ra kết quả phù hợp thì ống
thạch nghiêng tương ứng sẽ được giữ lại
làm ống giống.

12

Xem xét kết quả

- Loại bỏ các ống thạch nghiêng không
phù hợp.
- Ống giống được giữ ở nhiệt độ
-80oC.

5.2. Phương pháp định tính và định lượng hoạt độ enzyme của vi sinh vật
5.2.1. Phương pháp định tính
- Định tính sơ bộ: Việc định tính hoạt độ enzyme của các VSV phân giải cyanide được
tiến hành bằng cách cấy các khuẩn lạc từ ống giống theo đường ziczac lên đĩa petri để
kiểm tra hoạt tính sơ bộ và sàng lọc lựa chọn những chủng có khả năng phân giải cao
nhất lần 1 với số lần lặp lại thí nghiệm là 3 đĩa/mẫu. Tiêu chí để xác định hoạt lực mạnh
hay yếu của enzym dựa vào đường kính phân giải D (mm).
- Định tính thông qua đục lỗ tạo vòng phân giải:
 Tiến hành nuôi cấy VSV đã được lựa chọn sau đợt thứ nhất trên môi trường tăng
sinh lỏng hai lần để hạn chế những sai sót về mật độ VSV.

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

 Đục lỗ trên đĩa thạch, với số lượng 3 đĩa/ chủng vi sinh.
 Thêm 50 μl dung dịch môi trường tăng sinh lỏng có chứa VSV đã nuôi cấy vào
trong lỗ thạch.
 Sau 2 ngày xung quanh lỗ đục thạch sẽ xuất hiện vòng phân giải màu sáng màu
vàng chanh, đo đường kính của vòng phân giải D (mm).
 Qua đó ta đã lựa chọn ra được các chủng vi sinh vật cần thiết để tiếp tục thí nghiệm
định lượng.
5.2.2. Phương pháp định lượng
5.2.2.1. Định lượng thông qua kết hợp phương pháp đo quang và đo OD
- Nguyên lý: Dựa vào phương pháp tạo màu vàng chanh của Ugwuanyi (2007), ta sẽ theo
dõi quá trình phân giải cyanide của các chủng vi sinh vật trong 36 giờ. Lúc này ta sẽ đo
quang OD ở bước sóng 425 nm để đưa ra kết quả chủng có khả năng phẩn giải Linamarin
mạnh nhất.
- Các bước tiến hành:
Thí nghiệm A:
 Chuẩn bị tiến hành nuôi cấy VSV đã được lựa chọn trên môi trường tăng sinh
lỏng hai lần để hạn chế những sai sót về mật độ VSV.
 Lấy một số erlen (mỗi giống lặp 3), mỗi erlen chứa 150 ml tăng sinh + 0,3 ml
tăng sinh mỗi giống và thêm 3 erlen làm control. Sau đó đem đi lắc ở 200 rpm.
 Thực hiện đo OD 660 nm với tần suất 6h/lần để đo mức độ cản quang (mật độ vi
sinh vật) trong erlen.
Thí nghiệm B:
 Lấy một số ống nghiệm (mỗi giống lặp 3), mỗi ống nghiệm chứa 10 ml tăng sinh
+ 1,5 ml dung dịch PNPG làm thuốc thử + 20 µl tăng sinh mỗi giống và thêm 3
ống nghiệm làm control. Sau đó đem đi lắc ở 200 rpm.
 Thực hiện đo OD 425 nm ở lúc ban đầu và lúc kết thúc (thời điểm đo kết thúc sẽ
dựa vào kết quả đó OD ở thí nghiệm A, lúc mà đồ thị tăng trưởng của các chủng
chuẩn bị vào pha ổn định).
5.2.2.2. Định tính dựa vào hàm lượng Cyanide đầu vào và đầu ra
- Nguyên lý: Dựa theo phương pháp Pyridine-Pyrazalone để xác định hàm lượng cyanide
đầu vào và đầu ra. Qua đó hiệu của chúng chính là khả năng phân giải của mỗi chủng vi
sinh vật tuyển chọn.
- Các bước tiến hành:
 Chuẩn bị một số lượng erlen thích hợp chứa giống (mỗi giống lặp 3), mỗi erlen
chứa 100 ml dung dịch tăng sinh và thêm 3 erlen làm control.

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

 Sau đó thêm vào erlen 1 hàm lượng HCN 1,75% đã biết trước. Thực hiện đo để
lấy hàm lượng Cyanide ban đầu và thực hiện đo tiếp tục với tần suất đo 18h/lần
(dự tính là 2 ngày).
5.3. Phương pháp phân tích hóa lý
5.3.1. Xác định [TN]
- Xác định hàm lượng nito tổng số theo phương pháp Kjeldahl.

Hình 3. Máy chưng cất Nitơ.

5.3.2. Xác định [NH4+]
- Xác định hàm lượng nito amoni theo phương pháp Nessler hóa. Áp dụng đo quang ở
bước sóng 430 nm với hệ số tương quan r = 0.99625

Hình 4. Dãy chuẩn sử dụng đo Amoni với nồng độ tự 0,2 – 1 mg/l

5.3.3. Xác định [CN-] trong rắn
- Xác định theo phương pháp 915.03B trong bộ các phương pháp phân tích của AOAC.

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

- Chuẩn độ với AgNO3 0,02N với 1 ml AgNO3 0,02N = 0,54 mgHCN.
5.3.4. Xác định [CN-] trong nước
- Xác định bằng cách sử dụng máy HACH DR890 (Method 8027).
5.4. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu
- Phương pháp thống kê giúp trình bày và xử lý những số liệu sau khi đã phân tích và
thu thập được để khai thác hiệu quả những số liệu thực tế đó và rút ra những nhận xét
khách quan cho vấn đề nghiên cứu.
- Sử dụng phần mềm Microsoft Excel để lưu trữ các số liệu và so sánh đánh giá, tính
toán số liệu theo chuỗi thời gian, theo không gian thông qua các bảng thống kê, đồ thị.
5.5. Phương pháp tổng hợp tài liệu
- Với phương pháp này, các tài liệu sẽ được tổng quan từ các nghiên cứu có liên quan
trong nước và trên thế giới, từ các bài báo khoa học như:
 Ogbonnaya Nwokoro and Florence Onyebuchi Anya (2011). Linamarase
Enzyme from Lactobacillus delbrueckii NRRL B-763: Purification and some
Properties of a β-Glucosidase.
 Kasi Murugan, Yashotha, Kuppusami Sekar and Saleh Al-Sohaibani (2011).
Detoxification of cyanides in cassava flour by linamarase of Bacillus subtilis
KM05 isolated from cassava peel.
- Và một số tài liệu khác về công nghệ xử lý nước thải, các phương pháp phân tích các
chỉ tiêu ô nhiễm,…
6. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
6.1. Ý nghĩa thực tiễn
- Thông qua việc xử lý rào cản độc tốc cyanide gây ức chế quá trình sinh trường của các
chủng vi sinh vật thì thời gian phân hủy vỏ sắn khi chỉ còn lại các thành phần cellulose
sẽ diễn ra nhanh hơn.
- Giải quyết được vấn đề lãng phí tài nguyên dinh dưỡng có trong vỏ sắn thải.
- Là giải pháp hữu hiệu giải quyết vấn đề phát sinh mùi hôi ảnh hưởng môi trường không
khí xung quanh do tình trạng đổ đống không kiểm soát hiện nay.
- Ngăn ngừa các hiểm hoạ môi trường, tác động xấu khi lượng cyanide trong vỏ sắn rò
rỉ vào môi trường.
6.2. Ý nghĩa khoa học
- Đề tài cũng góp phần cung cấp thêm tài liệu về nghiên cứu xử lý vỏ sắn thải, qua đó
cung cấp thêm cơ sở khoa học về phương thức xử lý hàm lượng cyanide bằng phương
pháp ứng dụng vi sinh vật trong chất thải rắn (vỏ sắn, bã sắn). Từ đó sẽ giúp cho nhà

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

quản lý có thêm công cụ lựa chọn hướng đến giải pháp xử lý bền vững, vừa xử lý đáp
ứng được các tiêu chuẩn môi trường, vừa thu được các lợi ích từ chất thải sau quá trình
xử lý như phân bón hữu cơ giàu đạm.

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

CHƯƠNG 1.
XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN TRONG NGÀNH SẢN XUẤT TINH
BỘT SẮN
1.1. QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN
Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới, sau 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. Hiện tại Việt Nam tồn tại 3 loại quy mô sản xuất
tinh bột sắn điển hình sau: (Bộ Công thương, 2010)
 Qui mô nhỏ (hộ gia đình): 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 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 trên 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

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

phân bố rải rác ở vùng núi Tây Bắc, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ và Tây 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 được rửa, gọt vỏ và
nạo thủ công trên một bàn nạo 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 thùng 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. (Seejuhn và
cộng sự, 2002)
 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 máy 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 tách các 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. (Marouzéa và cộng sự, 2008)
 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.

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

Hình 1. 1. Quy trình sản xuất tinh bột sắn.

1.2. CHẤT THẢI RẮN TRONG SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN
- Chất thải rắn trong sản xuất tinh bột gồm vỏ và bã sắn, có lẫn cả 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…
1.2.1. Nguồn phát sinh và tải lượng
- Trong sản xuất tinh bột sắn từ củ tươi, chất thải rắn chủ yếu phát sinh từ các công đoạn
rửa củ, bóc vỏ và các công đoạn tách chiết. Chất thải rắn từ khâu rửa củ bao gồm đất,
cát, lớp vỏ lụa và một phần thịt củ bị vỡ do va chạm mạnh hoặc do sắn nguyên liệu bị

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

dập, thối, lượng chất thải này chiếm khoảng 5% sắn nguyên liệu. Trong công đoạn tách
bã, phần còn lại là nguồn phát sinh chất thải rắn vô cùng lớn, chiếm khoảng 40% sắn
nguyên liệu, chi tiết như sau:
 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 tách vỏ): 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.
 Bụi phát sinh trong quá trình sấy.
 Rác thải sinh hoạt: Bao bì, chất thải rắn từ nguyên liệu như gốc, cuống sắn,
nguyên liệu hư hỏng…
 Như vậy, tro bụi sắn là phần tổng hợp được thu gom chất thải rắn của các quá trình
trên. Quy mô khối lượng phát sinh được tính toán qua quá trình cân bằng vật chất như
sau:
- Cân bằng vật chất (phần chất rắn) trong sản xuất tinh bột sắn và gồm các loại sau:
(Seejuhn và cộng sự, 2002) (Carta và cộng sự, 1999)
Sắn củ tươi

Theo nước thải
0,05T (5%)

1 Tấn (100%)

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 1. 2. Cân bằng vật chất trong sản xuất tinh bột sắn.

- 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.

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

 Lượng chất thải rắn phát sinh khoảng: 0,45 x 28.000 tấn/ngày = 12.600 tấn/ngày
 1.400 tấn vỏ sắn thải/ngày.
 Mỗi năm các nhà máy sản xuất từ 5 - 6 tháng/năm (150 - 180 ngày/năm): Lượng
chất thải rắn phát sinh hàng năm khoảng 1,89 - 2,27 triệu tấn.
1.2.2. Đặc trưng chất thải rắn
Vỏ lụa, đất, cát bám (cassava peel)
- Chất thải rắn từ quá trình sản xuất tinh bột sắn ban đầu gồm vỏ lụa của củ, cát, sạn,…
Đối với các cơ sở sản xuất, việc xử lý chất thải rắn này gặp rất nhiều khó khăn do tồn
tại lượng lớn chất HCN và do đặc trưng vỏ khô. Mặc dù đó có biện pháp như chon lấp
hay rải, ủ để làm phân bón nhưng với độc tố HCN ức chế vi khuẩn nên việc phân rã
thành các chất khó tan cho cây mất thời gian rất lâu. Cùng với ý thức chưa cao dẫn đến
ô nhiễm môi trường do vỏ sắn thải chất đống trên đường đi, bốc mùi khó chịu. Thành
phần của vỏ lụa được phân tích có kết quả như sau:
Bảng 1. 1. Kết quả thử nghiệm mẫu vỏ sắn

TÊN CHỈ TIÊU

PHƯƠNG PHÁP THỬ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM

pH

TCVN 5979 : 2007

4,48

Hàm lượng Nitơ tổng (%)

AOAC 2010 (993.13)

1,73

Hàm lượng Oxit
Phophoric tổng (%)

TCVN 8563 : 2010

0,26

Hàm lượng Oxit Kali (%)

TCVN 8562 : 2010

1,05

(Nguồn: Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường Quatest 3 (20.01.2016))

Bã thải sắn (cassava bagasse)
- Tro bã thải từ công đoạn tách vỏ là nguồn chất thải rắn gây ô nhiễm chính trong sản
xuất tinh bột sắn, trong đó có dư lượng chất xơ khoảng 50% tinh bột trên cơ sở trọng
lượng khô (Duyên, 2006). Đặc biệt, bã xơ có hàm lượng nước rất cao lên tới 88,9 90%, 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 vỏ cũng 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. Bảng sau cho thấy các thành phần của bã sắn:

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

Bảng 1. 2. Thành phần của tro bã sắn (g/100g trọng lượng sấy khô)

Thành phần

Khối lượng

Độ ẩm

9,52

Protein

0,32

Béo (Lipids)

0,83

Sợi (Fibers)

14,88

Tro

0,66

Đường

63,85

(Nguồn: Cereda và cộng sự, 1996)

- Các thành phần cho thấy sự thay đổi có thể là do thực tế là hầu hết các xử lý
được thực hiện trong điều kiện công nghệ kiểm soát kém. Ngoài ra, thành phần khác
nhau cũng có thể do việc sử dụng các giống cây trồng khác nhau.
 Bởi vì hàm lượng tro thấp, bã sắn có thể cung cấp rất nhiều lợi thế so với phế phẩm
nông nghiệp của các cây trồng khác như rơm rạ và rơm lúa mì, tương ứng khoảng 17,5%
và 11,0% thành phần tro, để nhằm mục đích sử dụng trong quá trình sử dụng chuyển
hóa sinh học của VSV. So với bã mía, nó ưu điểm vì chúng không đòi hỏi phải xử lý
trước và có thể được dễ dàng bị tấn công bởi các loại VSV.
1.3. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI TỪ SẮN
1.3.1. Xử lý và tái sử dụng vỏ sắn theo phương pháp cơ – lý – hóa học
- Năm 2006, Y. Sudaryanto cùng đồng sự nghiên cứu phương pháp tổng hợp than hoạt
tính từ vỏ sắn để sản xuất được một loại vật liệu có diện tích bề mặt lớn. Nguồn nguyên
liệu trong nghiên cứu này là vỏ sắn được thu thập từ các nhà máy sản xuất tinh bột sắn
ở Indonesia. Các thí nghiệm được bố trí để khảo sát mức độ ảnh hưởng của nồng độ chất
hoạt hóa KOH (thay đổi tỉ lệ khối lượng nguyên liệu: khối lượng KOH dao động trong
khoảng 1:1, 1:2, 3:2, 2:1, 5:2), nhiệt độ than hóa (dao động ở 450oC, 550oC, 650oC và
750oC), thời gian than hóa (dao động ở 1, 2, 3h). Kết quả cho thấy, hiệu suất tạo than
không chịu nhiều ảnh hưởng bởi yếu tố thời gian than hóa, mà phụ thuộc vào nhiệt độ
than hóa. Diện tích bề mặt và thể tích lỗ rỗng của than hoạt tính tổng hợp từ vỏ sắn dao
động từ 1154 m2/g đến 1183 m2/g và từ 0,519 cm3/g đến 0,520 cm3/g, tương ứng, cũng
không chịu ảnh hưởng của thời gian than hóa. Khi tăng nhiệt độ than hóa, diện tích bề

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

mặt tăng và độ rỗng tổng có xu hướng tăng lên nhưng thể tích lỗ rỗng micropore có xu
hướng giảm. Khi nồng độ chất hoạt hóa KOH tăng, hiệu suất tạo than giảm mạnh. Sự
phân bố của các loại lỗ xốp micropore, mesopore, macropore cũng thay đổi phụ thuộc
vào nồng độ của chất hoạt hóa KOH. (Sudaryanto và cộng sự, 2006)
- Theo nghiên cứu của Kurniawan, vỏ sắn được sử dụng để hấp phụ Ni2+. Vật liệu hấp
phụ được chế tạo bằng cách ngâm 0,5g vỏ sắn vào riêng biệt các dung dịch Na2CO3,
NaHCO3, HCl và NaOH. Sau đó, các hỗn hợp được lắc đều bằng máy lắc ở nhiệt độ
phòng trong 48h, gạn lọc bằng giấy lọc. Các thí nghiệm xác định các yếu tố động học
của quá trình hấp phụ được tiến hành bằng cách thay đổi khối lượng vật liệu hấp phụ,
thay đổi nhiệt độ của dung dịch kim loại. Thông qua các phương pháp FT-IR, phân tích
ảnh SEM, đo phổ kế quang điện tử tia X (X-ray photoelectron spectrocopy – XPS), các
kết quả phân tích thành phần và bề mặt vật liệu hấp phụ trước và sau khi xử lý nguyên
liệu, trước và sau quá trình hấp phụ kim loại nặng cho thấy, quá trình xử lý bề mặt vật
liệu bằng các dung dịch hóa học có hiệu quả và quá trình hấp phụ Ni2+ diễn ra trên bề
mặt vật liệu làm thay đổi thành phần bề mặt vật liệu. Các kết quả thực nghiệm cho thấy,
hàm lượng tối đa Ni2+ bị hấp phụ trên bề mặt vật liệu là 57 mg/g (0,971 mmol/g) ở pH
= 4,5. (Kurniawan và cộng sự, 2011)
- Kết quả thực nghiệm khi thay đổi kích thước hạt của vật liệu hấp phụ cũng cho thấy,
ở kích thước càng nhỏ thì quá trình hấp phụ càng hiệu quả. Quá trình hấp phụ cũng được
mô tả thông qua các phương trình động học Langmuir, Freundlich, Sips và Toth với hệ
số tương quan cao (R2 > 0,998). Sự hấp phụ ion Ni2+ bởi vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ
sắn cũng được mô phỏng ở quy mô phân tử trong nghiên cứu này. Vật liệu vỏ sắn đã
qua xử lý trong nghiên cứu Kurniawan và cộng sự (2011) hiệu quả hơn so với vỏ cam,
vỏ lựu, vỏ dứa – là những vật liệu hấp phụ khác có nguồn gốc từ phế phẩm nông nghiệp.

Hình 1. 3. Sự hấp phụ ion Ni2+ vào các phân tử bề mặt.

- Tổng hợp than hoạt tính từ vỏ sắn cũng thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa
học. Năm 2010, Moreno-Piraján và Giraldo sử dụng vỏ sắn làm nguyên liệu để tổng hợp
than hoạt tính. Theo phương pháp tổng hợp vật liệu từ nghiên cứu này, vỏ sắn được rửa

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng phân hủy Cyanide trong vỏ sắn thải ra từ nhà máy tinh bột bằng vi sinh vật

với nước cất nhiều lần để loại bỏ bụi và tạp chất, sấy khô ở 120oC trong 24h để giảm độ
ẩm, ngâm trong dung dịch ZnCl2 ở nhiều nồng độ khác nhau, được sấy trong 8h ở nhiệt
độ 110oC. Vật liệu được than hóa trong lò nung bằng khí Ar với tốc độ gia nhiệt 10
o
C/phút như bố trí trong. Kết quả phân tích bề mặt vật liệu cho thấy, vật liệu được ngâm
trong dung dịch ZnCl2 với nồng độ càng cao thì diện tích bề mặt và diện tích lỗ xốp
micropore và mesopore càng lớn, thể tích lỗ rỗng tăng. Nghiên cứu thực nghiệm khảo
sát sự hấp phụ ion Cu2+ được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ phòng, thay đổi nồng độ
đầu vào. Kết quả sau hấp phụ cho thấy, nồng độ ion Cu2+ tối đa hấp phụ được là 55mg/g,
hiệu quả hơn so với vật liệu zeolite, tre. (Moreno-Piraján và cộng sự, 2010)
- Năm 2014, Owamah nghiên cứu các khả năng của than hoạt tính từ vỏ củ sắn để loại
bỏ các kim loại nặng như Cu (II) và Pb (II) từ nước thải bệnh viện bằng phương pháp
hấp phụ sinh học. Nghiên cứu cho thấy ở độ pH 8 là tốt nhất cho sự hấp phụ ion kim
loại. Các thí nghiệm theo thời gian cho các ion kim loại đã cho thấy rằng sự tạo liên kết
hấp phụ của các ion kim loại với các sinh khối là nhanh chóng và xảy ra trong vòng 20120 phút. Hiệu quả hấp phụ tăng lên với một sự gia tăng liều lượng hấp phụ. Nó tăng
12-73% đối với Pb (II) và 26-79% đối với Cu (II) khi liều hấp phụ tăng 2-12g. Sự gia
tăng nhiệt độ dẫn đến sự gia tăng hấp phụ ion kim loại cho cả hai. Công nghệ này với
giá cả hợp lý và đã giúp ô nhiễm tốt nước thải quy mô vừa và nhỏ (Owamah, 2014).
- Ngoài ra, năm 2013 ở miền Tây Nam Nigeria – là một đất nước trồng sắn là cây nông
nghiệp chủ lực, Oladipo đã thử nghiệm sử dụng vỏ sắn để giảm giá thành xây dựng bê
tông, kết quả cho thấy mức độ ổn định nhất nếu trộn khoảng 15 – 20 % tro vỏ sắn vào
cùng xi măng sẽ tăng độ kết dính cho bê tông và đáp ứng được các tiêu chuẩn của Anh
về lực nén, chịu lực. Điều này đã mở ra các hướng mới trong việc sử dụng và nâng cao
giá trị cho vỏ sắn, đem lại lợi ích lớn cho nông dân và cải thiện quản lý môi trường của
khu vực, đặc biệt trong điều kiện vật giá xây dựng ở nước này khá cao. (Oladipo và cộng
sự, 2013)
- Nhìn chung, trong phương pháp xử lý chất thải rắn bằng phương pháp hoá – lý cơ học,
chất thải vỏ sắn được quan tâm nhiều và chiếm ưu thế, những nghiên cứu trong lĩnh vực
tận dụng vỏ sắn thải để tổng hợp thành vật liệu hấp phụ hay thành than sinh học ứng
dụng trong xử lý môi trường đang thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu thế
giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Tuy nhiên, vấn đề đa dạng hấp phụ vẫn chỉ nằm
ở mức nhỏ lẻ chưa đa dạng chỉ tiêu có thể hấp phụ hay khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình sử dụng vật liệu hấp phụ từ vỏ sắn, xác định các dung môi và điều kiện
phù hợp cho quá trình giải hấp vẫn chưa được nghiên cứu nhiều. Do vậy, một nghiên
cứu tổng hợp chế tạo than sinh học hấp phụ các chất ô nhiễm như màu, kim loại nặng
và xem xét các điều kiện ảnh hưởng để đạt mức hấp phụ tối ưu là cần thiết, ngoài ra nó
như một phương án tái sử dụng vỏ sắn thứ 2 để so sánh hiệu quả về tính kinh tế, điều

SVTH: VÕ DUY MINH

MSSV: 0450020442

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN THỊ VÂN HÀ

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×