Xử lý phế thải chế biến tinh bột sắn thành phân bón hữu cơ

Trong chiến lược phát triển nông nghiệp ở Việt Nam, cây sắn đang chuyển đổi nhanh chóng vai trò từ cây lương thực truyền thống sang cây công nghiệp. Đây là cây thích hợp với những vùng đất cằn cỗi và có khả năng cạnh tranh cao.

Sự hội nhập đang mở rộng thị trường sắn, tạo cơ hội cho các nhà sản xuất chế biến tinh bột, tinh bột biến tính bằng hóa chất và enzim… góp phần vào sự phát triển kinh tế đất nước.

Tuy nhiên, do chỉ tập trung đầu tư để nâng cao năng suất và chất lượng của sản phẩm, vấn đề quản lý và kiểm soát lượng phế thải trong quá trình sản xuất tinh bột sắn chưa được đầu tư đồng bộ. Yếu tố này xuất hiện ngay từ khi thiết kế các nhà máy chế biến tinh bột sắn, và có thể dẫn đến các vấn đề về ô nhiễm môi trường.

Kết quả kiểm tra và đánh giá cho mức độ ô nhiễm môi trường do ảnh hưởng của hoạt động sản xuất chế biến tinh bột sắn tại một số nhà máy nằm trên địa bàn các tỉnh Đắk Nông, Đắk Lắk, Nghệ An, Ninh Bình, Yên Bái.... cho thấy nhiều vấn đề như: Quá trình sản xuất đã thải ra khói bụi không được xử lý, phế thải rắn gây mùi hôi thối, hệ thống xử lý nước thải, các chỉ tiêu lý hóa, sinh học đều vượt ngưỡng cho phép, gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường sinh thái xung quanh.

Quá trình chế biến tinh bột sắn thải ra một lượng phế thải khổng lồ, phần vỏ sau sơ chế chiếm 20 – 35% tổng trọng lượng của củ, trong quá trình tách, lọc tinh bột thải ra một lượng bã thải đáng kể. Trung bình để sản xuất được 1 tấn tinh bột, cần 3,5 - 4 tấn nguyên liệu và 7 - 8 m3 nước thải.

Quá trình chuyển hóa tự nhiên các chất thải của nhà máy chế biến tinh bột sắn gây mùi hôi, thối, ô nhiễm không khí, đất và nước ngầm, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Nước thải nếu không được thu gom và xử lý thì quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ tự nhiên sẽ tạo ra khí H2S, NH3, CH4... gây mùi khó chịu.

Nước thải sau quá trình sản xuất tinh bột sắn có các tính chất đặc trưng như: pH thấp, hàm lượng chất hữu cơ với nồng độ rất cao, vượt nhiều lần so với tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật môi trường và gây ô nhiễm môi trường...

Từ thực trạng này, nhóm cán bộ nghiên cứu do TS Lương Hữu Thành đứng đầu, thuộc Bộ môn Sinh học Môi trường của Viện Môi trường Nông nghiệp (Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam) đã tiến hành nghiên cứu, tuyển chọn bộ giống vi sinh vật có hoạt tính sinh học, giúp phân giải rất hiệu quả các hợp chất hữu cơ giàu cacbon, hợp chất photphat khó tan, hợp chất chứa ni-tơ liên kết, hợp chất chứa lưu huỳnh sử dụng trong xử lý phế thải sau chế biến tinh bột sắn.

Dựa trên mật độ vi sinh vật (theo phương pháp Koch), phương pháp nuôi cấy trên môi trường thạch đĩa đặc hiệu, nhóm nghiên cứu đã tính được số lượng vi sinh vật trên ml hoặc trên gam mẫu, thông qua số khuẩn lạc phát triển trong các đĩa môi trường.

Sản phẩm phân bón hữu cơ sinh học chế biến từ phế thải sau chế biến tinh bột sắn đảm bảo chất lượng theo Thông tư 36/2010 về Quản lý phân bón của Bộ NN-PTNT, đủ điều kiện để đưa ra áp dụng rộng rãi đối với cây trồng. Kết quả đánh giá hiệu quả cho thấy, khi sử dụng phân hữu cơ sinh học chế biến từ phế thải tinh bột sắn có thể giảm được 25% NP mà không ảnh hưởng đến năng suất cây trồng.  

Kết quả, nhóm nghiên cứu đã xác định được tổ hợp gồm 3 chủng vi sinh vật (SHX 02, SHB 18 và SHV 73) có hoạt tính chuyển hóa hợp chất hydratcacbon, phân giải Ca3(PO4)2 và hoạt tính cố định ni-tơ tự do sử dụng trong xử lý chất thải chế biến tinh bột sắn làm phân bón hữu cơ sinh học. 

Các chủng vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu có khả năng sinh trưởng và phát triển trong cùng một điều kiện, không cạnh tranh và ức chế lẫn nhau. Mật độ các chủng vi sinh vật lựa chọn trong điều kiện hỗn hợp và riêng lẻ không có sự sai khác.

Sau 3 tháng bảo quản, mật độ tế bào ổn định ở mật độ > 108 CFU/g. Kết quả đánh giá cho thấy, hoạt tính sinh học của vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu không có sự thay đổi so với ban đầu. Ngoài ra, nhóm này không nằm trong danh mục các chủng vi sinh vật hạn chế sử dụng của Cộng đồng chung Châu Âu.

Với mục tiêu sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý phế thải sau chế biến tinh bột sắn làm phân bón hữu cơ sinh học, nhóm của TS Lương Hữu Thành đã nghiên cứu một số điều kiện thích hợp cho quá trình nhân sinh khối các chủng vi sinh vật như pH, nhiệt độ, môi trường, tỷ lệ giống cấp 1, không khí, thời gian thu sinh khối... Từ đó đưa ra các thông số kỹ thuật phù hợp cho quá trình nhân sinh khối các chủng vi sinh vật.

Qua kiểm tra chất lượng sinh khối vi sinh vật, mật độ các chủng vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu đạt 108 - 109 CFU/ml, hoạt tính sinh học không thay đổi so với giống gốc. Điều đó chứng tỏ, các thông số kỹ thuật đã được nghiên cứu phù hợp cho quá trình nhân sinh khối các chủng vi sinh vật trong sản xuất chế phẩm quy mô phòng thí nghiệm.

Để đánh giá hiệu quả của chế phẩm vi sinh, nhóm đã tiến hành thử nghiệm và xây dựng mô hình đánh giá hiệu quả của chế phẩm vi sinh trong xử lý phế thải sau chế biến tinh bột sắn làm phân bón hữu cơ sinh học tại Nhà máy Chế biến tinh bột sắn Elmaco Ninh Bình.

Phế thải được bổ sung chế phẩm vi sinh vật và lượng chế phẩm vi sinh vật được bổ sung vào nguyên liệu với tỷ lệ 1/1.000, theo tính toán mật độ xạ khuẩn có ích trong khối nguyên liệu sẽ đạt 106 CFU/g, mỗi đống ủ có khối lượng 10 - 15 tấn.

Sau thời gian theo dõi, có sự thay đổi rõ rệt về chỉ OM trong công thức có sử dụng chế phẩm vi sinh, hàm lượng OM đã giảm đến 50%. Điều này chứng tỏ, các chủng vi sinh vật trong chế phẩm đã phát huy được tác dụng phân hủy các hợp chất hữu cơ giàu cacbon trong phế thải chế biến tinh bột sắn.

Kết quả phân tích cũng cho thấy, độ ẩm của nguyên liệu đã giảm mạnh so với công thức đối chứng, điều này là do nhiệt độ đống ủ tăng cao, là một trong những tác nhân làm khô nguyên nguyên liệu. Hàm lượng N tổng số, P2O5 tổng số trong công thức có sử dụng chế phẩm vi sinh tăng hơn so với phế thải không được xử lý và công thức đối chứng.