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 1 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. 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. 2 - Đánh giá khái toán đƣợc hiệu quả của việc tận thu bã dong riềng để nuôi trồng nấm sò trắng Pleurotus florida. 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. Nội dung nghiên cứu 4. 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. 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. 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, 3 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.
