Tiểu Luận Quy trình công nghệ sản xuất đường mía

Mọi ý kiến đóng góp xin gửi vào hòm thư: [email protected]

Kéo xuống để Tải ngay đề cương bản PDF đầy đủ: Sau “mục lục” và “bản xem trước”

(Nếu là đề cương nhiều công thức nên mọi người nên tải về để xem tránh mất công thức)

Đề cương liên quan:Câu hỏi ôn tập trắc nghiệm công nghệ phần mềm và đáp án

[toc]

[pdfviewer width=”800px” height=”1000px” beta=”true/false”]http://hotroontap.com/wp-content/uploads/2019/03/Ti%E1%BB%83u-Lu%E1%BA%ADn-Quy-tr%C3%ACnh-c%C3%B4ng-ngh%E1%BB%87-s%E1%BA%A3n-xu%E1%BA%A5t-%C4%91%C6%B0%E1%BB%9Dng-m%C3%ADa.pdf[/pdfviewer]

Tải ngay đề cương bản PDF tại đây: Tiểu Luận Quy trình công nghệ sản xuất đường mía

1

Tri thức là tiền đề để phát triển khoa học kỹ thuật công nghệ và các lãnh vực kinh tế. Trong kế hoạch công nghiệp hóa, hiện đại hóa  nông thôn thì công nghiệp mía đường là một chương trình quan trọng phát triển kinh tế nông thôn.

Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật thì đời sống của con người cũng ngày càng được cải thiện và nâng cao, kéo theo đó sự tăng lên về nhu cầu sử dụng đường mía, các sản phẩm từ đường mía. Tuy nhiên phần đông người tiêu dùng hiện nay thường rất ít các thông tin về cách sản xuất đường, cũng như những hướng dẫn về cách làm sao có thể chọn một sản phẩm đường tốt, an toàn.

Với bài tiểu luận này, tôi mong  rằng sẽ mang lại cho người tiêu dùng những kiến thức cơ bản nhất của các công đoạn trong quá trình sản xuất đường, cũng như một vài lưu ý đối với người tiêu dùng khi lựa chọn các sản phẩm đường mía.

2      Chương 1. Tổng quan về nghành mía đường việt nam

Mía đường ở Việt Nam đã có từ xa xưa, nhưng ngành công nghiệp mía đường mới được bắt đầu từ thế kỷ thứ XX.

Đến năm 1994, cả nước mới có 9 nhà máy đường mía, với tổng công suất gần 11.000 tấn mía ngày và 2 nhà máy đường tinh luyện công suất nhỏ, thiết bị và công nghệ lạc hậu. Hàng năm phải nhập khẩu từ 300.000 đến 500.000 tấn đường.

Năm 1995 . Ở Những vùng nguyên liệu tập trung lớn, xây dựng các nhà máy có thiết bị công nghệ tiến tiến hiện đại, kể cả liên doanh với nước ngoài, sản lượng đường năm 2000 đạt khoảng một triệu tấn

Sau 5 năm (1995-2000) đã có bước tiến đột phát. Đầu tư mở rộng công suất 9 nhà máy cũ, xây dựng mới 33 nhà máy, tổng số nhà máy đường của cả nước là 44, tổng công suất là 81.500 tấn (so với năm 1994 tăng thêm 33 nhà máy và trên 760.000 tấn công suất), năm 2000 đã đạt mục tiêu 1 triệu tấn đường. Miền Nam: 14 nhà máy, Miền Trung và Tây Nguyên: 15 nhà máy, và miền Bắc: 13 nhà máy.

Tóm lại, hơn một thập kỷ qua (1995-2006) tuy thời gian chưa nhiều, được sự hỗ trợ và bằng sự tác động có hiệu quả bởi các chính sách của Chính phủ, ngành mía đường non trẻ của Việt Nam đã đóng góp một phần vào sự tăng trưởng nền kinh tế quốc dân, và phần quan trọng hơn là góp phần lớn về mặt xã hội, giải quyết việc làm ổn định hàng triệu nông dân trồng mía và hơn 2 vạn công nhân ổn định làm việc trong các nhà máy, có đời sống vật chất tinh thần ổn định ngày một cải thiện, góp phần chuyển dịch cơ cấu kinh tế tạo nên các vùng sản xuất hàng hoá lớn, bộ mặt nông thôn các vùng mía được đổi mới…

Theo Quy hoạch phát triển mía đường  năm 2010, định hướng năm 2020, chỉ tiêu về diện tích mía là 300.000ha, năng suất đạt 65 tấn/ha, sản lượng mía đạt  19,5 triệu tấn, sản lượng đường sản xuất đạt 1,5 triệu tấn/năm.

Nhưng đến nay, chỉ có tổng công suất nhà máy đạt 105.750 tấn mía/ngày, vượt 0,7% so với kế hoạch, tất cả các chỉ tiêu còn lại đều không đạt. Dự kiến, tổng lượng đường sản xuất niên vụ 2009-2010 chỉ đạt khoảng 984.000 tấn, giảm so với niên vụ trước 5.000 tấn. Nếu mức tiêu thụ đường năm nay như năm 2009, lượng đường hiện có dự kiến sẽ thiếu khoảng 300.000 tấn.

Để giải quyết tình trạng thiếu hụt đường trong năm 2010, Chính phủ đã đồng ý nâng tổng mức hạn ngạch nhập khẩu đường năm nay lên 200.000 tấn như đề nghị của Bộ Công Thương và Bộ NN&PTNT.

3      Chương 2. Quy trình công nghệ sản xuất đường

3.1    2.1. Nguyên liệu mía

3.1.1    2.1.1. Phân loại

Cây mía thuộc họ hoà thảo, giống sacarum, được chia làm 3 nhóm chính

• Nhóm Sacarum officinarum: là giống thường gặp và bao gồm phần lớn các chủng đang trồng phổ biến trên thế giới
• Nhóm Sacarum violaceum: Lá màu tím, cây ngắn cứng và không trổ cờ
• Nhóm Sacarum simense: Cây nhỏ cứng, thân màu vàng nâu nhạt, trồng từ lâu ở Trung Quốc.

Do mía là cây công nghiệp và chính theo mùa vụ nên công nghệ sản xuất đường saccharose từ mía được chia làm hai nhánh là “Sản xuất đường thô và Tinh luyện đường”.

Khi mía chín, các nhà máy tập trung chủ yếu vào ép mía, lọc sơ bộ và kết tinh để thu được đường thô. Ngoài các vụ mía, các nhà máy sẽ hòa tan đường thô, tinh lọc để sản xuất đường tinh luyện.

3.1.2    Thu hoạch và bảo quản mía

Dấu hiệu mía chín, mía chín là lúc hàm lượng đường saccharose trong mía đạt tối đa và l ượng đường khử còn lại ít nhất. Thu hoạch mía tốt nhất là khi mía đạt độ chín kỹ thuật, có hàm lượng đường phần gốc và phần ngọn tương đương nhau.

Sau thu hoạch mía hàm lượng đường saccharose giảm nhanh, do đó mái cần được vận chuyển về nhà máy và ép càng sớm càng tốt.

Để giảm suy thoái mía người ta nên đốn mía khi trời mát và cho mía ngả về một phía sao cho ngọn của hàng đốn sau phủ lên gốc của mía đốn trước để không bị phơi nắng. Khi chuyên chở lấy lá mía phủ lên lớp mía, nếu trời nắng gắt thì tưới nước lên mía.

3.2    2.2. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuât đường saccharose từ mía

3.3    2.3. Thuyết minh quy trình

3.3.1    2.3.1. Trích nước mía

• Mục đích

Nhằm lấy kiệt lượng đường trong cây mía. Chỉ tiêu quan trọng của công đoạn này là năng suất trích và hiệu suất trích.

Năng suất trích là số tấn mía ép được trong một đơn vị thời gian với hiệu suất nhất định.

• Tiến hành trích nước mía

Có 2 phương pháp lấy nước mía:

• Phương pháp ép( thực chất là ép có kết hợp với thẩm thấu nước).
• Phương pháp khuếch tán( thực chất là khuếch tán kết hợp ép).
  • Phương pháp khuếch tán

Có hai hệ khuếch tán đường chủ yếu là khuếch tán mía và khuế tán bã.

Khuếch tán mía : mía được xử lý sơ bộ, sau đó toàn bộ lượng mía đi vào thiết bị khuếch tán.

Khuếch tán bã : mía sau khi xử lý được qua máy ép để lấy 60 – 70% đường trong mía, phần còn lại trong bã đi vào thiết bị khuếch tán. Nhờ đó, thời gian khuếch tán được rút ngắn, tăng hiệu suất trích và hạn chế sự chuyển hóa đường saccharose.

• Phương pháp ép

Ép khô: ép mía không cho nước vào (không thẩm thấu), sản phẩm thu được là nước mía nguyên. Phương pháp này hiệu suất lấy đường thấp, đạt từ 92 – 95%, nhưng thuận lợi cho quá trình bốc hơi. Nó chỉ áp dụng ở các xe nước mía, lò mía thủ công, hoặc trong nhà máy nhưng vào đầu vụ sản xuất và những lúc muốn kiểm tra máy ép.

Ép ướt: ép mía có cho nước sạch thẩm thấu vào bã. Gồm 3 phương pháp nhỏ :

Ép thẩm thấu đơn: có cho nước thẩm thấu vào bã nhưng không cho nước mía loãng hoàn lưu về giàn ép.

Ép thẩm thấu kép: có cho nước thẩm thấu và có hoàn lưu nước mía loãng về giàn ép theo nguyên tắc thẩm thấu kép theo nguyên tắc : nước mía loãng đưa về bã còn ít đường, nước mía đặc hơn đưa về bã còn nhiều đường hơn.

Ép thẩm thấu kết hợp : phương pháp này áp dụng ở các nhà máy có số bộ máy ép từ 5 bộ trở lên, dùng cho các nhà máy muốn nâng công suất ép. Sử dụng thẩm thấu bằng hai vòng thẩm thấu kép.

3.3.2    2. 3.2. Làm sạch nước mía

• Mục đích

Nước mía sau khi được trích ra khỏi cây mía có tính acid với pH = 4,0 – 5,5 và chứa nhiều tạp chất không đường khác. Các tạp chất trong nước mía hỗn hợp có thể chia thành ba nhóm( các tạp chất thô không hòa tan tồn tại dạng huyền phù làm nước mía đục, các chất màu như carotene, antoxian, clorofil…làm sẫm màu nước mía và các chất không đường hòa tan).

Trung hòa nước mía hỗn hợp và loại bỏ tối đa các chất không đường nhằm tăng thu hồi đường saccharose và tăng chất lượng thành phẩm.

• Các phương pháp làm sạch nước mía
  • Phương pháp vôi

Phương pháp vôi sử dụng để sản xuất đường phèn, đường cát vàng. Sản phẩm thu được qua làm sạch nước mía dưới tác dụng của nhiệt và vôi.

Phương pháp vôi chia thành 3 dạng sau :

Vôi hóa lạnh ( Vôi – Nhiệt)

Vôi hóa nóng ( Nhiệt – Vôi)

Vôi hóa phân đoạn

• Vôi hóa lạnh

Phương pháp này cho sữa vôi vào nước mía, nâng pH nước mía từ (5,0 – 5,5) lên (7,0 – 7,2) rồi mới gia nhiệt lên 105⁰C nhằm giảm sự chuyển hóa đường. Lượng vôi cho vào khoảng 0,5 ­– 0,9 kg cho mỗi tấn mía.

• Vôi hóa nóng

Nước mía hỗn hợp (pH = 5,0 – 5,5) gia nhiệt lên 105⁰C rồi mới cho sữa vôi vào nâng pH lên (7,0 – 7,2) để kết tủa.

Đối với phương pháp vôi – nhiệt đường saccharose ít bị chuyển hóa do nước mía được trung hòa trước khi xử lý nhiệt, tuy nhiên lượng kết tủa và keo tụ ít. Ngược lại, ở phương pháp nhiệt – vôi, lượng keo tụ, kết tủa thu được nhiều nhưng nước mía bị gia nhiệt trong điều kiện pH thấp nên đường saccharose bị chuyển hóa nhiều hơn.

• Vôi hóa phân đoạn (vôi – nhiệt – vôi – nhiệt)

Phương pháp này, pH và nhiệt độ nước mía nâng lên từ từ, xen kẽ nhau.

Công đoạn gia vôi 1 nâng pH nước mía lên (6,0 – 6,5) nhằm giảm sự chuyển hóa đường do pH thấp trước công đoạn gia nhiệt 1. Đồng thời gia vôi sơ bộ tạo nhiều ion Ca²⁺.

Gia nhiệt 1: nâng nhiệt độ dung dịch lên 90 – 100⁰C để tăng tốc độ phản ứng keo tụ, kết tủa. Ngay sau đó, gia vôi lần 2 nâng pH dung dịch lên 7,2 – 7,5; ở pH này xảy ra hàng loạt phản ứng keo tụ kết tủa và keo tụ.

Gia nhiệt 2 : nâng nhiệt độ dung dịch lên 103 – 105⁰C để tiếp tục tạo kết tủa và giảm độ nhớt dung dịch, tăng tốc độ lắng.

Phương pháp phân đoạn tuy phức tạp hơn nhưng có nhiều ưu điểm như : tiết kiệm được lượng vôi sử dụng, giảm được tổn thất đường saccharose, độ tinh khiết nước mía cao, hiệu suất làm sạch tốt.

• Phương pháp sunfit hóa

Phương pháp sunfit hóa thường sử dụng SO₂ xông vào nước mía kết hợp với vôi hóa để làm sạch. Có thể chia làm 2 dạng sau :

• Phương pháp sunfit hóa acid

Nước mía hỗn hợp được gia vôi sơ bộ đến pH = (6,2 – 6,6) và nhiệt độ 50 – 60⁰C. Sau đó, SO₂ được xông vào để giảm pH xuống 3,4 – 4,0 đi qua pH đại diện nên có nhiều keo ngưng kết. Đồng thời, SO₂ phản ứng với Ca²⁺ tạo ra muối CaSO₃. Thời gian xông SO₂ rất ngắn, vì ngay sau tạo kết tủa sữa vôi được cho vào một mặt tạo thêm muối CaSO₃­, đồng thời trung hòa dịch đường, tránh sự chuyển hóa đường trong điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp.

Đây là phương pháp phổ biến sản xuất đường kính trắng, đường thu được có chất lượng cao. Tuy nhiên, đường bị chuyển hóa nhiều do pH thấp nên thu hồi thấp.

• Sunfit hóa kiềm nhẹ

Nước mía hỗn hợp được gia nhiệt lên 70 – 75⁰C, và thêm sữa vôi vào nâng pH dung dịch lên 8 – 8,3 để tạo nhiều nhân Ca²⁺. Sau đó tiến hành xông SO₂ làm giảm pH đến 6,0 – 6,5. Trong điều kiện nhiệt độ cao và nhân Ca²⁺ đã hình thành trước, phản ứng tạo kết tủa CaSO₃ xảy ra nhanh và mạnh mẽ.

Nước mía sau khi xông SO₂ sẽ được trung hòa bằng sữa vôi, nhằm tạo thêm keo ngưng kết và thêm kết tủa CaSO_3..

Sản phẩm làm sạch bằng phương pháp sunfit hóa kiềm nhẹ yêu cầu chất lượng nguyên liệu cao hơn so với phương pháp acid. Tuy nhiên, đường ít bị chuyển hóa nên thu hồi cao.

• Phương pháp carbonat hóa
  • Mục đích

Tách loại các chất kết tủa và các keo ngưng tụ phân tán lơ lửng sinh ra trong giai đoạn tạo tủa.

Cuối quá trình này, khoảng 80 – 85 % nước mía trong được lấy ra và 15 – 20 % nước bùn được đưa vào thiết bị lọc.

• Nguyên tắc

Dựa vào độ chênh lệch khối lượng riêng của các hạt kết tủa để phân lớp. Vận tốc lắng hay nổi của các chất kết tủa phụ thuộc vào độ nhớt, kích thước của tủa và độ chênh lệch khối lượng riêng giữa tủa và dung dịch nước mía hỗn hợp. Nước mía hỗn hợp được gia nhiệt vôi sơ bộ nâng pH lên (6,2 – 6,6) nhằm giảm chuyển hóa đường và tạo kết tủa một số keo hữu cơ. Sau đó nước mía được gia nhiệt lần 1 nâng nhiệt độ lên 50 – 55⁰C và bổ sung Ca(OH)₂, CO₂ nâng pH lên pH đại diện 10,5 tạo kết tủa. Sau đó dung dịch được trung hòa bằng P₂O₅. P₂O₅ ngoài tác dụng trung hòa nước mía, nó còn tạo kết  tủa Ca₃(PO₄)₂ có khả năng tẩy màu rất mạnh. Do đó, đường được làm sạch làm sạch bằng phương pháp carbonat hóa rất trắng.

• Thiết bị

Bàn lóng : có cấu tạo hình hộp chữ nhật,  đáy nghiêng một góc 30⁰, được gia nhiệt thông qua vách truyền nhiệt. Phương pháp hoạt động của bàn lóng như sau : thổi không khí vào đường ống dẫn dung dịch đường đến bể lóng, tạo áp suất cao hơn áp suất khí quyển. Khi ra khỏi đường ống, dưới tác dụng của áp suất sẽ tạo thành các bọt khí nhỏ li ti phân tán đều trong dung dịch. Các bọt khí này sẽ hấp phụ trên bề mặt các kết tủa và kéo theo kết tủa nổi lên trên và được gạt ra ngoài. Phần kết tủa có trọng lượng riêng nặng hơn sẽ chìm xuống đáy bàn lóng, sau đó được đưa qua máy lọc bùn.

Các thiết bi lắng đều có dạng thân hình trụ có nhiều ngăn và đáy hình nón. Nước mía sau khi được kết tủa và trung hòa sẽ được gia nhiệt và đưa đến các thiết bị lắng. Nước mía được cho vào từ đỉnh thiết bị theo ống trung tâm phân phối vào các ngăn lắng. Nước mía trong thu hồi, phần nước bùn sẽ được đưa qua thiết bị lọc bùn.

3.3.3    2.3.3. Lọc bùn

Nhằm mục đích tận thu lượng đường sót trong bùn. Thông thường người ta thường sử dụng thiết bị lọc khung bản hoặc thiết bị lọc chân không thùng quay.

3.3.4    2.3.4. Tẩy màu

• Mục đích

tẩy màu nhằm mục đích hoàn thiện, loại bỏ các chất màu trong dung dịch, nhằm chuẩn bị để dung dịch nước đường được trong suốt và quá trình kết tinh diễn ra dễ dàng hơn.

• Phương pháp thực hiện

Tẩy màu bằng phương pháp hóa lý : nước đường được bổ sung than hoạt tính. Than sẽ hấp phụ các chất màu phân tán trong dung dịch ở dạng keo.

Tẩy màu bằng phương pháp hóa học : dựa vào khả năng ony hóa các chất màu của khí SO­₂, người ta sục khí SO₂ vào nước mía sau cô đặc, các gốc mang màu sẽ bị oxy hóa làm cho nước mía mất màu.

3.3.5    2.3.5. Bốc hơi nước mía

• Mục đích

Bốc hơi nước mía có nồng độ từ 13 – 15⁰Bx đến nồng độ 60 – 65⁰Bx – nồng độ thích hợp để chuẩn bị cho quá trình kết tinh đường.

• Các biến đổi của nguyên liệu

Nồng độ dung dịch tăng do sự bốc hơi nước, saccharose bị caramel hóa gây sẫm màu nước đường.

Ở nhiệt độ cao, saccharose dễ bị chuyển hóa thành đường glucose và fructose. Các đường khử này lại bị phân hủy thành các chất màu và acid hữu cơ.Quá trình này diễn ra nhanh hơn nếu dung dịch đường có tính acid.

Một số chất không đường trong quá trình cô đặc bị thủy phân tạo thành acid.

Sự tạo cặn trong thiết bị do một phần khoáng chưa được loại bỏ

• Phương pháp thực hiện

Quá trình cô đặc được thực hiện ngay sau quá trình lắng lọc. Do nồng độ đường trước và sau quá trình cô đặc khác nhau nhiều nên để giảm bớt sự biến đổi của đường và tiết kiệm năng lượng, cần sử dụng thiết bị cô đặc nhiều nồi liên tiếp nhau. Hơi thứ (hơi nước do nước mía bốc lên) của nồi trước sẽ được tận thu làm hơi đốt của nồi sau.

Trong quá trình cô đặc, nhiệt độ sôi của dung dịch đường thay đổi theo áp suất, nồng độ đường saccharose và tinh độ của nước mía hỗn hợp. Ngoài ra, trong các nhà máy công nghiệp, cần lưu ý đến tổn thất áp suất do áp suất thủy tĩnh gây ra bởi chiều cao cột nước. Điều  này dẫn đến sự chênh lệch về điểm sôi giữa bề mặt và đáy cột nước. Do đó, cần duy trì ổn định chiều cao dung dịch đường trong thiết bị. Tổn thất nhiệt do đường ống cũng là một vấn đề cần lưu ý khi tính toán lượng cho quá trình cô đặc. Thông thường lấy tổn thất nhiệt  của nồi trước qua nồi sau là 1 – 1,5⁰C.

Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt ở các hiệu là có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch đường. Tức là có sự chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các hiệu. Thông thường, các nhà máy đường ở nước ta sử dụng thiết bị cô đặc bốn hiệu cùng chiều để bốc hơi. Thêm nữa, để đảm bảo nồi cuối vẫn bốc hơi, trong công nghiệp người ta thường sử dụng hệ nồi bốc hơi áp lực – chân không. Áp suất trong nồi cô đặc giảm dần từ hiệu đầu có áp suất cao đến hiệu cuối có độ chân không đến 580 – 650 mmHg. Do dó, nhiệt độ trong các nồi giảm dần từ 120⁰C xuống 65⁰C.

3.3.6    2.3.6. Kết tinh đường

• Khái niệm kết tinh

Là quá trình tách chất rắn hoà tan trong dung dịch dựa trên sự chuyển đổi trạng thái của chất tan từ hoà tan sang quá bão hoà.

• Nguyên lý kết tinh
  • Nguyên lý I

giữ nguyên nhiệt độ, tăng dần nồng độ thì xảy ra sự kết tinh sự cô đặc hoặc là sự kết tinh nóng nấu đường).

• Nguyên lý II

Giữ nguyên nồng độ, hạ dần nhiệt độ thì cũng xẩy ra sự kết tinh (làm nguội hoặc kết tinh lạnh hoặc bồi tinh ).

• Diễn biến quá trình kết tinh đường: 2 giai đoạn
  • Giai đoạn 1: Hình thành nhân tinh thể

Các tinh thể đường khuếch tán trong dung dịch sẽ tập hợp lại và phân bố lên mạng tinh thề. Giai đoạn 1 diễn ra nhanh.

• Giai đoạn 2 : Nhân tinh thể phát triền

Các phân tử đ ường dang tan trong dung dịch sẽ khuếch tán lên trên bề mặt của nh ân tinh thể làm cho nhân tinh thể dần dần lớn lên. Giai đoạn 2 diễn ra chậm, tốc độ kết tinh tính theo giai đoạn 2.

Trạng thái quá bão hoà của đường Saccharose có thể có thể chia thành 3 vùng với những đặc tính khác nhau:

• Vùng ổn định ( quá bão hoà thấp α = 1,10 – 1,15 )

Nếu trong dung dịch có sẵn tinh thể thì tinh thể sẽ lớn lên chứ không xuất hiện tinh thể mới.

• Vùng trung gian ( quá bão hoà trung bình α = 1,20 – 1,25 )

Nếu dung dịch có sẵn tinh thể thì tinh thể sẽ lớn lên đồng thời xuất hiện thêm tinh thể mới.

Nếu dung dịch chưa có sẵn tinh thể thì có thể kích thích để dung dịch xuất hiện tinh thể. Một số cách kích thích : tác động cơ học, hạ nhiệt độ đột ngột, tác động sóng siêu âm hoặc cho vào dung dịch một ít hạt đường hoặc bất kỳ hạt gì làm nhân tinh thể.

• Vùng biến động ( quá bão hoà cao, α ³ 1,3 )

Tại vùng này tinh thể tự nhiên xuất hiện liên tục đồng thời lớn lên nhưng rất chậm.

• Động học của quá trình kết tinh

Một hạt đường bao giờ cũng có một lớp phim mỏng bao quanh có bề dày d – nồng độ c, bên ngoài lớp phim đó là dung dịch đường đang cô đặc có nồng độ quá bão hoà C > c. Trong quá trình kết tinh thì các phân tử đường sẽ khuếch tán lên bề mặt tinh thể có sẵn làm cho nó lớn lên khi nào còn sự chênh lệch nồng độ. Sự chênh lệch nồng độ ( C –  c ) – gradient nồng độ.

• Tốc độ kết tinh:

• Định nghĩa: Tốc độ kết tinh là số gam đường kết tinh lên 1m² bề mặt tinh thể trong thời gian 1 phút.

S = K . F . T

• Sự kết tinh chính là sự khuếch tán nên tuân theo định luật Fich:

( C – c ) T

K = k₁.

dh

3.3.7    2.3.7. Phương pháp nấu đường

• Phương pháp nấu gián đoạn ( nấu từng mẻ )

Gồm 4 giai đoạn :

• Giai đoạn 1: Cô đặc đầu

Cho nguyên liệu siro hoặc mật vào thiết bị kết tinh rồi cô đặc lên đến nồng độ quá bão hoà mong muốn.

Chú ý :

Nguyên liệu còn loãng nên phải tận dụng khả năng của thiết bị để mau chóng đưa dung dịch lên độ quá bão hoà.

Không  được rút hết nguyên liệu trong thùng chứa vì lớp đáy có cặn và có thể rút không khí vào nồi làm siro trong nồi bùng lên dẫn đến hiện tượng chạy đường ra tháp ngưng tụ, bốc giọt lên chảo ngăn giọt.

• Giai đoạn 2: Khởi tinh ( Bắt đầu tạo ra nhân tinh thể )

Có 3 phương pháp khởi tinh:

• Phương pháp tự nhiên

Cô đặc đầu sirô đến độ quá bão hoà cao (vùng biến động ) tinh thể xuất hiện hàng loạt. Rút mẫu để xem thấy đủ số hạt thì cố định số hạt lại bằng cách cho thêm nước nóng vào đề hạ độ quá bão hoà đưa dung dịch về vùng ổn định.

• Phương pháp kích thích

Cô đặc đầu đến vùng trung gian α = 1,20 – 1,25) rồi kích thích dung dịch sinh hạt bằng cách

Hạ nhiệt độ đột ngột bằng cách cho nước lạnh vào dung dịch đường đang sôi.

Cho một ít đường hạt thì hàng loạt tinh thể sẽ xuất hiện và rút mẫu ra xem nếu đủ số lượng hạt thì tiến hành cố định tinh thể bằng cách đưa vào vùng ổn định. Nếu không sẽ sinh ra các tinh thể có kích thước bé hơn (nguỵ tinh, hạt dại, bụi đường ).

Phương pháp tinh chủng:

• Có 3 cách tiến hành

–Bỏ bột đường : Cô đặc đầu đến vùng ổn định rồi bỏ vào đấy 1 lượng bột đường định sẵn, rồi nuôi hạt đường lớn lên. Số hạt đường sau cùng chính là số hạt bột đường ban đầu, nếu giữ vững độ quá bão hoà của dung dịch.

–Phân cắt : Nấu hẳn một mẻ đường non có hạt nhỏ rồi cắt ra hai hoặc ba phần để nấu lên 2 đ ến 3 mẻ đường non mới có hạt lớn hơn.

–Đường hồ ( Magma ) : là đường cát trộn với sirô ( mật ) có nồng độ 92⁰Bx. Dùng Magma của đường cấp thấp để nấu thành đường non cấp cao hơn.

• Giai đoạn 3 : Nuôi tinh

Dùng nguyên liệu để nuôi tinh thể lớn lên, vừa mở hơi cô đặc dung dịch đường non, vừa cho nguyên liệu vào. Chú ý giữ vững độ quá bão hoà để tránh sự tan hạt. Nếu độ quá bão hoà giảm nhanh dẫn đến sự tan hạt hoặc nếu độ quá bão hoà tăng nhanh quá sẽ sinh ra nguỵ tinh.

• Giai đoạn 4

Sau khi tinh thể lớn đủ kích thước, đã đạt yêu cầu người ta tiến hành cô đặc cuối, ngưng cho nguyên liệu nhưng vẫn tiếp tục mở hơi cô đặc để độ quá bão hoà tăng dần từ từ và giảm hơi từ từ để tránh độ quá bão hoà tăng  đột ngột sinh nguỵ tinh. Cô đặc lên 90- 98⁰Bx thì kết thúc quá trình kết tinh bằng cách đóng hẳn hơi lại.

Chú ý : Không để độ quá bão hoà tăng đột ngột, có thể cho thêm một ít nước vào để rửa lớp phim mặt.

• Phương pháp nấu liên tục

Thực chất là các giai đoạn nấu đường được tiến hành cùng lúc trong thiết bị nấu liên tục thường là nồi đường nằm ngang được chia ra làm nhiều ngăn, nhiều buồng.

Thông thường một nồi nấu đường liên tục gồm 5 buồng và 13 ngăn. Nguyên liệu vào liên tục, sản phẩm ra liên tục thường khởi tinh bằng phương pháp bỏ bột đường hoặc đường hồ.

3.3.8    2.3.8. Ly tâm

• Mục đích

Quá trình ly tâm nhằm tách tinh thể đường ra khỏi mật bằng lực ly tâm.

• Phương pháp thực hiện

Máy ly tâm sinh lực ly tâm làm cho mật văng ra qua lưới ly tâm bên thành máy, còn đường cát hạt to không lọt qua lưới nằm lại. Khả năng tách mẩt phụ thuột vào loại “ đường non “ và tính năng máy ly tâm.

Quá trình ly tâm được chia thành hai giai đoạn. Giai đoan đầu, khi “ đường non” đã được phân phối đều  trong thùng thì tăng dần tốc độ máy lên cực đại. Nhờ lực ly tâm phần lớn mật được tách ra gọi là mật nguyên. Thời gian tách mật phụ thuộc vào bề dày lớp “ đường non” và  độ nhớt của “ đường non”. Ở giai đoạn 2, khi thấy mật rỉ thoát ra ngoài quá ít và thấy “ đường non”, còn dính nhiều mật, cần dùng nước hay hơi để rửa đường. Lượng nước được tách ra lúc này gọi là mật loãng. Sauk hi rửa xong đóng van hơi lại, hãm máy và xả đường. Thiết bị ly tâm có hai loại thông dụng là dạng gián tiếp và dạng liên tục.

3.3.9    2.3.9. Sấy đường

• Mục đích

Sấy đường nhằm tách lớp nước trên bề mặt hạt đường, tăng thời gian bảo quan và tạo độ bóng sáng cho thành phẩm.

• Thiết bị và thông số công nghệ

Đường cát sau khi ly tâm, nếu có rửa nước thì độ ẩm khoảng 1,7 – 2.0 %. Trường hợp dùng hơi nóng để rửa thì độ ẩm khoảng 0.7 – 1%. Cần phải  có quá trình sấy để giảm độ ẩm của đường. Có 3 dạng máy sấy đường thường được sử dụng là máy sấy dạng thùng quay, sấy tầng sôi, và tháp sấy mâm. Độ ẩm cuối của đường thành phẩm là 0.1 – 0.2%. Nhiệt độ sấy đường càng thấp thì chất lượng đường càng cao nhưng thời gian sấy càng dài. Tùy nhà máy mà nhiệt độ có thể biến đổi từ 70-100⁰C.

Sau khi sấy, đường sẽ được làm nguội, rây và bao gói để thành đường thành phẩm.

3.3.10 2.3.10. Vận chuyển và bảo quản đường

Sau khi sấy và làm nguội, đường sau khi đạt các chí tiêu cám quan, hóa lý( TCVN– Do ủy ban khoa học và kỹ thuật nhà nước ban hành theo quyết định số 43/ QĐ ngày 11-02-1987) sẽ được vận chuyển bằng hệ thống băng tải sang các sàng phân loại rồi đến các phễu chứa đường. Sau đó đóng bao 50 kg trên máy đóng bao, hay cũng có thể được đóng gói vào các bịch 0.5 kg, 1 kg….. sản phẩm sau đóng gói sẽ được chở vào kho trước khi cung cấp ra thị trường. Cũng như các loại thực phẩm bảo quản dạng bao bì, các bao đường được xếp thành từng dãy trong kho, có thể xếp cao 4-5mét. Kho khô ráo độ ẩm không khí 60% thì tốt. Tường và nền kho lót nguyên liệu cách ẩm, có kệ xếp bao đường.

3.4    2.4. Khuyến cáo người tiêu dùng

Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, thì các sản phẩm mới cũng không ngừng xuất hiện trên thị trường. Tuy nhiên bên cạnh những sản phẩm tốt, an toàn thì cũng không ít những sản phẩm làm nhái, làm giả kém chất lượng, lúc này đòi hỏi người tiêu dùng phải có một chút kiến thức để chọn được sản phẩm tốt, đảm bảo cho sức khỏe của mình và gia đình.

Dưới đây là một vài khuyến cáo cho người tiêu dùng khi lựa chọn các sản phẩm đường.

Chọn những sản phẩm có thương hiệu, nguồn gốc.

Chọn những sản phẩm bao bì ghiđầy đủ thông tin( đơn vị sản xuất, địa chỉ, ngày sản xuất, hạn sử dụng, chỉ tiêu chất lượng….), các thông tin thì rõ dàng, không nhòe nhoẹt, tẩy xóa.

Chọn những sản phẩm còn nguyên vẹn bao bì, màu sắc, mùi vị  đặc trưng cho sản phẩm, không nhiễm tạp chất, không mùi vị lạ.

• Các chỉ tiêu đặc trưng của một số sản phẩm đường, bạn có thể xem trong phần phụ lục của bài tiểu luận này.

3.5    Chương 3. Kết luận

• Đường là một thức ăn rất quan trọng cho sự sống của con ngườicũng như tinh bột, prôtit,chất béo, muối vô cơ, đường là sản phẩm dinh dưỡng chủ yếu cần thiết cho cơ thể con người.
• Chúng ta đều biết năng lượng chủ yếu cần cho cơ thể con người do gluxit cung cấp. Đường là một loại Đường có khả năng biến thành năng lượng dễ và nhanh chóng, là tính ưu việt của đường so với các thực phẩm khác. Ngoài ra đường còn có vị ngọt và ngon.
• Đóng góp lớn đối với ngành kinh tế quốc dân, ngoài việc dùng làm thức ăn trực tiếp đường là một loại thực phẩm có nhiều công dụng như làm bánh kẹo các loại, làm nước giải khát, uống chè, cà phê hoặc làm tăng hương vị của các loại thực phẩm khác như trong kỹ nghệ sản xuất đồ hộp hoặc dùng trong y học để chữa bệnh.
• Ngoài đường là sản phẩm chính của công nghiệp đường ra còn có những phụ phẩm quantrọng phục vụ cho nông nghiệp và các ngành công nghiệp nhẹ khác.
• Bã mía để đốt lò thay dầu, cứ 3 tấn bã khô cung cấp nhiệt lượng tương đương một tấn dầu; dùng làm ván ép, làm bột giấy, than hoạt tính hoặc là nguyên liệu của công nghiệp chất dẻo, sợi tổng hợp.
• Mật rỉ là nguyên liệu sản xuất cồn rượu hoặc sử dụng làm môi trường sản xuất men bánh mỳ và các loại men thực phẩm, là nguyên liệu sản xuất axit axetit, axit citric … làm môi trường lên men để sản xuất bột ngọt ..
• Còn bã bùn dùng sản xuất phân bón cho mía, cà phê, cao su đạt hiệu quả cao.
  • Vì vậy sản xuất đường là một ngành công nghiệp thực phẩm rất cần được coi trọng và phát triển.

Tải xuống tài liệu học tập PDF miễn phí

Đồ án Công nghệ chế biến sữa bột

Mọi ý kiến đóng góp xin gửi vào hòm thư: [email protected]

Kéo xuống để Tải ngay đề cương bản PDF đầy đủ: Sau “mục lục” và “bản xem trước”

(Nếu là đề cương nhiều công thức nên mọi người nên tải về để xem tránh mất công thức)

Đề cương liên quan:Luận văn Tổng luận về công nghệ xử lý chất thải rắn của một số nước và ở Việt Nam

[toc]

[pdfviewer width=”800px” height=”1000px” beta=”true/false”]http://hotroontap.com/wp-content/uploads/2019/03/%C4%90%E1%BB%93-%C3%A1n-C%C3%B4ng-ngh%E1%BB%87-ch%E1%BA%BF-bi%E1%BA%BFn-s%E1%BB%AFa-b%E1%BB%99t.pdf[/pdfviewer]

Tải ngay đề cương bản PDF tại đây: Đồ án Công nghệ chế biến sữa bột

MỞ ĐẦU

Sữa là thức ăn tự nhiên có giá trị dinh dưỡng hoàn hảo được vắt từ vú động vật. Sữa chứa hầu hết các chất dinh dưỡng cần thiết cho người như protein, gluxit, lipit, vitamin, các muối khoáng. Những hợp chất này rất cần thiết cho khẩu phần thức ăn hằng ngày của con người. Do đó các sản phẩm từ sữa có một ý nghĩa quan trọng đối với dinh dưỡng của con người nhất là đối trẻ em, người già và người bệnh. Từ sữa, người ta có thể sản xuất ra nhiều loại thực phẩm khác nhau như sữa bột, sữa cô đặt, sũa lên men, pho mai, bơ, kem…

Trong đó, sữa bột thời gian bảo quản rất dài, các nhà sản xuất tiết kiệm được một phần lớn cho chi phí vận chuyển sữa do sản phẩm có khối lượng giảm đi nhiều lần khi ta so sánh với nguyên liệu sữa tươi ban đầu. Sữa bột có một tính chất quan trọng nhất đó là độ hoà tan.

Sữa bột đã xuất hiện từ lâu đời trên thế giới: từ thế kỉ 13-14 người Mông Cổ đã sấy sữa dưới ánh nắng mặt trời. Năm1902 Just Hatmaker đã phát minh ra thiết bị sấy trục để sản xuất sữa bột.Thị trường Việt Nam hiện nay có hai nhóm sản  phẩm là sữa bột nguyên kem và  sữa bột gầy thời gian bảo quản sữa bột nguyên kem là 6 tháng, sữa bột gầy lên đến 3 năm.

Sữa bột không những được sử dụng tại gia đình để pha chế mà còn là nguyên liệu quan trọng trong nhiều nghành công nghiệp khác nhau như trong sản xuất sữa tái chế và các sản phẩm chế biến từ sữa như: sữa lên men, sữa cô đặc, kem…trong  công nghiệp sản xuất bánh nướng, công nghiệp sản xuất kẹo, chocolate, sôcôla, xúc xích.

Ở trong đồ án này em sẽ đề cập đến một số vấn đề sau: nguyên liệu sữa, vi sinh vật trong sữa, quá trình công nghệ sản xuất sữa bột, thiết bị chính trong sản xuất sữa bột .

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. NGUYÊN LIỆU SỮA

1.1.1. Giới thiệu về sữa bò

Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức ăn để nuôi sống động vật non. Nắm được điều này nghành công nghiệp chế biến sữa đã sản xuất ra nhiều sản phẩm dựa trên ba nguồn nguyên liệu chính: sữa bò, sữa cừu, sữa dê. Ở nước ta sữa bò là chủ yếu.

Sữa là một chất lỏng đục. Độ đục của sữa là do các chất béo, protein, một số khoáng tạo nên. Màu sắc của sữa chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng -caroten tạo nên. Sữa bò thường có màu sắc từ trắng đến vàng nhạt. Sữa gầy thường trong hơn và ngả màu xanh nhạt. Sữa bò có mùi đặc trưng và  vị ngọt nhẹ.

1.1.2 Thành phần cửa sữa

Sữa là một hỗn hợp bao gồm các thành phần chính: nước, lactose, protẹin, một số chất béo. Ngoài ra sữa còn chứa một số khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chứa nitơ phi protein, vitamin, hooc mon, chất màu và  khí. Hàm lượng các chất trong sũa có thể giao động trong một khoảng rộng.

1.1.2.1  Nước:

– Nước tự do chiếm 96 – 97%  tổng lượng nước.Nó có thể được tách trong quá trình cô đặc, sấy vì không có liên kết hoá học với chất khô. Khi bảo quản sữa bột, nước tự do xâm nhập vào làm cho sữa bột bị vón cục.

– Nước liên kết chiếm một tỉ lệ nhỏ, khoảng 3 -4%. Hàm lượng nước liên kết phụ thuộc vào các thành phần nằm trông hệ keo: protein, các phosphatit, polysacarit.

1.1.2.2 Đường lactose:

Glucid của sữa là lactoza hay còn gọi là đường sữa, trung bình mỗi lít sữa chứa 50g trong một lít sữa. Lactose là một đisaccaride do một phân tử glucose và một phân tử galactose liên kết tạo thành. Lactza trong sữa có ý nghĩa quan trọng vì nó dễ bị một số vi sinh vật gây lên men tạo acid lactic và các sản phẩm khác như acetin, metin, diacetin tạo nên mùi vị của các sản phẩm sữa.

Trong sữa đường lactose tồn tại dưới hai dạng :

– Dạng-lactose mono hydrat C₁₂H₂₂O_11.H₂O

– Dạng-lactose anhydrous C₁₂H₂₂O₁₁

Ở 20 ^oC : 40% và : 60%. Khi thây đổi nhiệt độ thì có sự chuyển đổi từ dạng  sang dạng   và ngược lại.

Bảng 1.1 Tỷ lệ hàm lượng giữa -lactose monohydrate và -lactose anhydrous trong sữa phụ thuộc vào giá trị PH và nhiệt độ của sữa :

Trong sữa đường Lactose ở dạng hoà tan và là đường khử. Độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với các đisaccaride và monosacride khác (kém 30 lần sacaroza). Lactose có thể bị thuỷ phân thành hai đường monosacaride là glucose và galactose do Enzym-galactosedase.

C₁₂H₂₂O_{11     +}        H₂O     thuỷ phân          +

Ngoài ra trong sữa bò còn chứa các đường khác nhưng với hàm lượng rất thấp

1.1.2.3 Các hợp chất có chứa Nitơ:

Thành phần các hợp chất có chứa nitơ trong sữa được trình bày trong bảng:

Các hợp chất chứa nitơ trong sữa bò (100%)

            a. Casein:

Casein là nhân tố quan trọng nhất của protid trong sữa, là thành phần protein chủ yếu có trong sữa và là các hạt hình cầu có kích thước 40 – 200µm. Chúng tồn  tại dưới dạng micelle. Mỗi micelle chứa 65% nước, phần còn lại là các loại caseinvà khoáng (canxi, magie, photphate, citrate), casein chiếm 2,7%. Là protein có tính axit vì phân tử của chúng chứa nhiều gốc axit glutamic và axit aspartic.

-casein: Do sự phân bố điện tích và các phần ưa béo không đồng đều trên phân tử protein nên một đầu mạch -casein tích điện có tính ưa nước, còn đầu mạch kia có tính kị nước.

-casein: có tính ưa nước cao nhất trong các loại casein do phân tử của nó chứa nhiều nhóm photphoryl và gốc cation.

-casein: có tính ưa béo cao nhất.

-casein: chỉ chứa một gốc phosphoryl, có tính lưỡng cực. Đầu amino của phân tử protein thì ưa béo còn đầu cacboxyl, nơi liên kết với nhóm gluxit lại ưa nước.

-casein: và-casein là những sản phẩm của quá trình thuỷ phân -casein từ máu động vật.

   b. Prôtêin hoà tan:

Albumin 0,4% và Glubulin 0,2% bị đông tụ khi đun  nóng sữa lên đến 80^oC.

-lactoglobulin:  -lactoglobulin có dạng hình cầu, ít tương tác hoặc kết hợp với các phân tử khác, chiếm 2,5- 4g/l.

-lactalbumin:  có 0,8-1,5g/l, trong mỗi phân tử có chứa một nguyên tử caxi. Thành phần các acid amin trong phân tử của nó rất cân đối, điểm đẳng điện ở PH =5,1 không bị đông tụ bởi men sữa.

Peptone-protose: bao gồm những phân đoạn protein khác nhau ( 0,8-1,5g/l)

Immunoglobulin:   trong sữa bò có ba loại là IgG, IgA, IgM. Trong đó IgG có hàm lượng cao nhất, IgA có chức năng chống nhiễm trùng đường ruột (0,5-0,8g/l).

Serum-albumin: là protein có phân tử lượng lớn có nguồn gốc từ máu rất mẫn cảm với nhiệt độ.

Ngoài ra trong sữa còn có protein màng, hàm lượng của chúng rất thấp.

   c. Enzym:

Enzym do tuyến vú tiết ra hoặc do vi sinh vật trong sữa tổng hợp nên. Sự có mặt của các enzym là nguyên nhân gây biến đổi thành phần hoá học của sữa trong quá trình bảo quản, dẫn đến làm giảm chất lượng hoặc hư hỏng sữa. Nhưng một số   Enzym trong sữa có vai trò kháng khuẩn như lactoperoxydase, lysozyme. Hàm lượng vi sinh vật càng nhiều thì thành phần enzym càng đa dạng và hoạt tính càng cao, có hơn 60 Enzym trong sữa.

Lactoperoydese: Enzym này xúc tác phản ứng chuyển hoá oxy từ H₂O₂ đến các chất oxy hoá khác, có PH tối thích là 6,8, hàm lượng trung bình trong sữa là 30mg/l, bị vô hoạt hoá ở 80 ^oC trong vài giây.

Catalase: Enzym này luôn có trong sữa do tuyến vú tiết ra, nó xúc tác phản ứng phân huỷ H₂O₂ thành nước và oxy tự do. Sữa nhiễm vi sinh vật thường có hoạt tính catalase rất cao, có PH tối thích 6,8-7. Catalase bị vô hoạt ở 75 ^oC trong thời gian một phút, 65 – 68 ^oC sau 30 phút.

          Lipase: Enzym quan trọng nhất trong sữa được kí hiệu là mLPL, là một  glycoprotein,  PH tối thích là 8.9, hàm lượng  trong sữa chỉ khoảng 1-2mg/l, nó chỉ xúc tác thuỷ phân liên kết ester trong cơ chất triglycerid ở dạng nhũ tương tại bề mặt tiếp xúc pha giữa chất béo và nước, làm tích luỹ các axit béo tự do trong sữa, quá trình phân giải tiếp theo các axit béo này làm cho sữa và sản phẩm từ sữa có vị đắng, mùi ôi khét và mùi kim loại .

Phosphatase : Chúng xúc tác thuỷ phân liên kết ester giữa  axit phosphoric và glycerin, có hai dạng:

Phosphatase kiềm  có PH tối thích là 9,6 có khả năng tái hoạt hoá. Bị thuỷ phân ở 30 ^oC trong 30 phút hoặc 80^oC tức thì.

Phosphatase acid : Enzym này có PH tối thích là 4,7 và là enzym bền nhiệt nhất trong sữa. Để vô hoạt hoá hoàn toàn ta cần gia nhiệt sữa đến 96 ^oC  trong  5 phút, bị vô hoạt bởi NaF

Trong suốt chu kì tiết sữa bò, hoạt tính phosphatase axit trong sữa khá ổn định, phosphatase  kiềm tăng dần vào cuối chu kì tiết sữa.

Lysozym: bền về nhiệt, xúc tác phản ứng thuỷ phân liên kết  giữa acid muramic và glusamine của mucopolysaccride trong màng tế bào vi khuẩn, từ đó gây phân huỷ tế bào. Lysozym có PH tối thích là 7,9, hàm lượng trung bình 130µg/l.

Proteaza :Enzym này xúc tác phản ứng thuỷ phân protein. Có hai loại protease: proteaza kiềm và proteaza acid. Chúng thường liên kết với casein và cũng bị kết tủa ở PH = 4.6, proteaza axit có PH tối thích 4,0, còn protease kiềm là 7.5 – 8.0. Chúng bị vô hoạt hoàn toàn ở 80^oC sau 10 phút.

1.1.2.4. Chất béo: Chiếm 3,78 %, 25 -45 g/l, gồm Lipit đơn giản chiếm 35-45g, dễ tiêu hoá. Lipit đơn giản gồm  cacbon, hydro và oxy và Lipit phức tạp chiếm 0,3-0,5%; có cacbon, hydro, oxy, photpho, nitơ, lưu huỳnh.

Bảng 1.2 Thành phần chất béo có trong sữa bò:

Các chất béo trong sữa thường có dạng hình cầu, đường kính dao động từ 0.1-0.2m. Trong 1ml sữa có khoảng 10-15 tỷ hạt cầu béo. Do đó người ta có thể xem sữa là hệ nhũ tương dầu trong nước. Các màng này có vai trò làm bền hệ nhũ tương trong sữa.

Các hạt cầu béo có thành phần chủ yếu là glyceride, phospholipit, protein, axit nucleic, enzym, các nguyên tố vi lượng, nước.

Nếu ta không đồng hoá sữa trong thời gian bảo quản thì các hạt cầu béo có xu hướng kết hợp lại với nhau. Khi đó trong sữa sẽ tồn tại hai pha tách biệt: pha trên cùng với thành phần chủ yếu là lipit; pha dưới với các thành phần có tỉ trọng lớn là nước và một số chất hoà tan trong sữa.

1.1.2.4 Khoáng :

Hàm lượng chất khoáng trong sữa dao động từ 8-10g/l. Các muối trong sữa dạng hoà tan hoặc dung dịch keo dễ bị phá vỡ bởi nhiệt độ và PH, các muối khoáng trong sữa hầu hết ở dạng dễ đồng hoá.

Trong số các nguyên tố khoáng trong sữa, chiếm hàm lượng cao nhất là Ca, P, Mg, K. MỘt phần chúng tham gia vào cấu trúc micelle phần còn lại tồn tại dưới dạng muối hoà tan trong sữa.

Các nguyên tố khác như: K, Na, Cl… đóng vai trò chất điện ly. Ngoài ra trong sữa còn có các nguyên tố khác như Zn, Al, I, Cu, Mn, Ag… chúng cần thiết cho quá trình dinh dưỡng của con người.

   1.1.2.5 Vitamin

Tuỳ  theo khả  năng hoà  tan trong nước hay trong chất béo chia các vitamin trong sữa chia làm hai nhóm:

Vitamin hoà tan trong nước: B₁, B₂,B₃, B₅, B₆, C, H …

Vitamin hoà tan trong chất béo: A, D, E

Nhìn chung hàm lượng các vitamin nhóm B trong sữa bò thường ổn định. Nhưng hàm lượng vitamin tan trong chất béo lại bị ảnh hưởng sâu sắc bởi thành phần thức ăn và điều kiện thời tiết.

Bảng 1.3 Thành phần các vitamin trong sữa

   1.1.2.6. Hormone

Hormone do các tuyến nội tiết tiết ra và giữ vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng của động vật. Trong sữa bò có nhiều loại hormone được chia làm ba nhóm: proteohormone, hormone peptide, hormone steoride.

   1.1.2.7. Các hợp chất khác:

Trong sữa bò còn chứa các chất khí, chủ yếu là CO₂, O₂ và N₂. tổng hàm lượng của chúng chiếm 5-6% thể tích sữa hay khoảng 70ml/lit trong đó 50-70% là , 5 – 10% là oxy và 20 – 30% là nitơ. Sữa mới vắt ra chứa một lượng lớn khí, sau đó sẽ giảm dần và đạt mức bình thường, trong các loại khí này thì chỉ có oxy là ảnh hưởng xấu vì nó có thể là nguyên nhân phát triển của các quá trình oxy hoá. Khi gia nhiệt thì xuất hiện hiện thượng bài khí khiến cho độ axit của sữa giảm. Các chất khí trong sữa thường tồn tại ở ba dạng: dạng hoà tan, dạng liên kết, dạng phân tán. Sắc tố xanh clorophin, màu trắng do sự khuyếch tán ánh sáng bởi mĩen protêin.

1.2. HỆ VI SINH VẬT TRONG SỮA

    Bao gồm các loại có lợi và các loại có hại, nguồn gốc của vi sinh vật trong sữa xuất phát từ: Bầu vú của động vật cho sữa, người vắt sữa, thiết bị vắt sữa, thiết bị chứa, môi trường chuồng trại nơi diễn ra  quá trình vắt sữa và trong sản phẩm chế biến sữa.

   1.2.1 Các vi sinh vật bình thường của sữa:

sống trong sữa ở điều kiện bình thường, có thể nhiễm nội sinh hoặc ngoại sinh và chủ yếu là vi khuẩn.

               1.2.2.1 Procaryote:

Vi khuẩn lactic:

Vi khuẩn lactic có dạng hình cầu hoặc hình gậy đứng riêng lẻ hoặc tạo chuỗi, Gram (+) không có bào tử, không di động, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 25-47 ^oC. Hô hấp yếm khí tuỳ tiện hoặc hiếu khí, không sinh calataza, không phân huỷ , không khử nitrat, không phân giải protêin trong sữa, lên men đường tạo thành axit lactic và các sản phẩm khác. Để tồn tại trong sữa, vi khuẩn lactic tổng hợp năng lượng ATP từ cơ chất lactose.

Có hai nhóm vi khuẩn lactic: vi khuẩn lactic đồng hình và vi khuẩn lactic dị hình .Trong một số sản phẩm từ sữa như phô mai, bơ, yoghurt người ta sử dụng vi khuẩn lactic để thực hiện một số chuyển hoá cần thiết . Còn các vi khuẩn  lactic có mặt trong sữa tươi sau khi vắt được xem là VSV tạp nhiễm. Chúng sẽ tạo ra những chuyển hoá ngoài ý muốn của nhà sản xuất trong quá trình bảo quản sữa trước khi chế biến, làm thay đổi thành phần và giá trị cảm quan của sữa.

Các vi khuẩn sinh hương: Gồm nhóm vi khuẩn trong quá trình hoạt động có khả năng tạo trong sữa các axit bay hơi như axt acetic, axit propyonic và nhiều chất thơm(diacetin, các ete). Các vi khuẩn sinh hương gồm có streptococcus citrovorus phát triển ở nhiệt độ thích hợp là 30^oC. Streptococcus paracitrovorus và Streptococcus dicetalactis nhiệt độ thích hợp để phát triển là 35^oC có khả năng tạo diacetin cho sản phẩm có mùi dễ chịu. Các vi khoẩn này gây đông tụ sữa sau 16 – 18 giờ.

Các vi hkuẩn gây đắng: (Streptococcus liquefaciens): nhiệt độ thích hợp 30^oC, có khả năng tạo các axit, tạo enzym đông tụ sữa. Enzym và axit này tác dụng đồng thời lên protêin của sữa làm cho sữa đặc lại thành cục và độ axit giảm, loại này phát triển trong sữa gay ra quá trình pepton hoá do đó tạo vị đắng khó chịu cho sản phẩm.

Vi khuẩn coliform:

Coliform thuộc nhóm vi khuẩn Gram (-), kị khí tuỳ tiện,nhiệt độ sinh trưởng tối ưu:30 ÷ 44 ^oC.

Trong sữa, vi khuẩn coliform sẽ chuyển hoá đường lactose tạo axit lactic và các hợp chất hữu cơ khác, khí CO_{2 ,} H₂… Chúng làm phân giải protein trong sữa tươi tạo ra các sản phẩm khác làm cho sữa có mùi khó chịu. Ở 75 ^oC trong khoảng 20 giây vi khuẩn colifrom sẽ bị tiêu diệt hoàn toàn.

Vi khuẩn sinh acid butyric (clostridium)

Là vi khuẩn Gram(+) thuộc nhóm kị khí bắt buộc, có khả năng sinh bào tử. Nhiệt độ sinh trưởng tối thích là 37^oC. Vi khuẩn clostrudium chuyển hoá dường trong sữa thành nhiều sản phẩm khác nhau như các axit hơi, acid butyric, butalnol, etalnol, ,…làm sữa có mùi khó chịu, làm thay đổi thành phần hoá học của sữa và giá trị cảm quan của sữa trong quá trình bảo quản. Có khả năng tạo bào tử và có khả năng chịu nhiệt cao.

Vi khuẩn propionic

Chúng có hình cầu, xếp thành đôi trong hoặc chuỗi, Gram(+)thuộc nhóm kị khí không bắt buộc. Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 30 ^oC. Vi khuẩn propionic chuyển hoá đường thành axit propionic, axit acetic, khí CO₂ … làm hư hỏng thực phẩm, nhiệt độ phát triển thích hợp là 30-35 ^oC có khả năng sinh vitamin . Hầu hết các vi khuẩn propionic bị tiêu diệt  khi thanh trùng sữa ở 75^oC trong thời gian 20 giây.

Vi khuẩn gây thối:

Đó là các vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào trong môi trường sữa, không gây lên men đường sữa, là vi khuẩn sinh bào tử, có khả năng sinh ezym protease xúc tác quá trình thuỷ phân protein tạo ra các sản phẩm polypeptit, peptit, acid amin. Các acid amin tiếp tục bị phân huỷ ttạo NH₃, H₂S … làm cho sữa có mùi khó chịu.

   1.2.2.2. Eucaryote

Nấm men:

Là những cơ thể đơn bào có hình cầu, oval, hoặc hình trứng. Chúng phát triển trong sữa và gây ra những biến đổi về thành phần hóa  học trong sữa, gây phản ứng lên men đường lacto tạo  và rượu. Một số nấm men thuộc họ  Mycoderma có khả năng tạo enzym phân huỷ protêin, lipit làm cho các sản phẩm sữa có vị đắng khó chịu.

Nấm sợi:

Có dạng hình sợi phân nhánh. Hầu hếtcác nấm sợi thuộc nhóm hiếu khí bắt buộc, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 20-30 ^oC. Việc nhiễm nấm sợi vào sữa gây nhiều khó khăn trong sản xuất các sản phẩm từ sữa đặc biệt trong sản xuất pho mai và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Có khả năng phân giải protêin, lipit làm cho sữa có vị đắng. Chúng phát triển sau nấm men nên chỉ có trong sữa đã hư hỏng nặng.

1.2.2 Hệ vi sinh vật không bình thường trong sữa:

Sữa bị axit hoá: Do sự biến đổi lactoza thành acid lactic là do Streptococcus lactic, Micrococcus

Sữa bị phân giải protêin: một số nấm như Geotrichum, Penicillium, Mucor có khả năng phân giải acid lactic dẫn đến đạm dễ bị thoái hoá.

Micrococcus caseiamara, nấm men torula amara làm cho sữa đắng, bị ôi.

1.3. BẢO QUẢN SỮA TRƯỚC KHI CHẾ BIẾN

Sữa là một hỗn hợp chứa nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ khác nhau. Trong quá trình bảo quản, các hợp chất  sữa sẽ bị biến đổi dẫn đến sự thay đổi về chất lượng của sữa. Các tế bào VSV là nguyên nhân dẫn đến các biến đổi về thầnh phần các chất có trong sữa.

Để hạn chế các biến đổi làm hư hỏng chất lượng sữa chúng ta cần tiến hành làm lạnh nhanh sữa, nhiệt độ bảo quản không được lớn hơn 4 ^oC. Ngoài ra, hàm lượng VSV trong sữa phải dược khống chế ở mức thấp nhất. Những va chạm cơ học mạnh, sự tiếp xúc của oxy và ánh sáng mặt trời với sữa phải được hạn chế nhằm bảo toàn các chỉ tiêu cảm quan, hoá học và hoá lý trong quá trình bảo quản sữa trước khi chế biến.

Ngoài vi sinh vật còn có các tạp chất khác nhau như rơm, phân, kim loại, lông, bụi bặm…cần được loại ra khỏi khối sữa bằng cách lọc.

Chương 2:   QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA BỘT

2.1. NGUYÊN LIỆU TRONG SẢN SUẤT SỮA BỘT

Nguyên liệu để sản xuất  sữa bột là sữa tươi nguyên cream hoặc sữa gầy. Sữa nguyên là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi không hiệu chỉnh hàm lượng chất béo . Sữa gầy là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi được tách bớt một phần chất béo. Để sản phẩm có chất lượng ổn định, các yêu cầu về chỉ tiêu hoá lý, vi sinh và cảm quan cho nguyên liệu  cũng khắt khe như đối với nhóm chỉ tiêu vi sinh, tổng số tế bào trong 1l sữa trước khi cô đặc và sấy không vượt quá 3000-5000. Để đạt được yêu cầu này sữa nguyên liệu  phải qua theo một quy trình riêng nhằm làm giảm tổng số tế bào sinh dưỡng và bào tử có trong sữa. mỗi cơ sở sản xuất  sẽ tự thiết lập yêu càu chỉ tiêu chất lượng sữa nguyên liệu  cho quy trình chế biến đang được áp dụng cho nhà máy.

Ngoài nguyên liệu  chính là  sữa  tươi hoặc sữa gầy, người ta còn áp dụng một số phụ gia trong sản xuất  sữa bột như chất ổn định (polyphosphate, orthophosphate của Na, K, Ca) chất tạo nhũ lecithine, chất chống oxy hoá. Muối phosphate có chức năng kàm ổn định cấu trúc hạt sữa, chống oxy hoá và cải thiện độ hoà tan của sản phẩm.

Chế biến sữa bột rất có lợi về kinh tế bởi chất khô tăng cao tiết kiệm bao bì và vận chuyển dễ dàng. Các dạng sữa bột hiện có: sữa bột nguyên kem, sữa bột tan nhanh, sữa bột gầy.

2.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN SUẤT SỮA BỘT NGUYÊN CREAM

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất  sữa bột nguyên cream

   2.2.1. Chuẩn hoá:

Quá trình chuẩn hoá  sữa nhằm hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong nguyên liệu  và được thực hiện trên dây chuyền tự động bao gồm máy ly tâm, bộ phận phối trộn, các dụng cụ đo (lưu lượng kế, tỷ trọng kế …) bơm và thùng chứa.  Sữa bột nguyên cream có hàm lượng chất béo 26-33%, sữa bột gầy có hàm lượng chất béo 1%.

   2.2.2. Thanh trùng:

Nhằm làm giảm số VSV trong sữa đến mức thấp nhất, đồng thời vô hoạt các enzym, đặc biệt là nhóm enzym bền nhiệt lipase, làm thay đổi tính chất của prôtein. Thanh trùng thường được thực hiện ở 80-85 ^oC trong vài giây. Quá trình thanh trùng sữa được thực hiện trên thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng.

Để tổng số vi khuẩn đạt được theo yêu cầu các nhà máy còn sở dụng thêm phương pháp ly tâm hoặc vi lọc để tách bớt các VSV ra khỏi sữa. Quá trình ly tâm được thực hiện ở nhiệt độ 55-60 ^oC. Sau ly tâm tổng số vi khuẩn bị loại có  khi lên đến 99%  so với tổng số vi khuẩn ban đầu có trong sữa. Số lượng các vi khuẩn sinh bào tử chịu nhiệt cũng giảm đi đáng kể như giống Clotridium. Tuy nhiên thanh trùng không thể loại bỏ hết các vi khuẩn nhóm này.

Quá trình vi lọc được thực hiện trên thiết bị membrane(0,2µ). Khi đó việc tách tế bào vi khuẩn và bào tử của nó giảm đi rất nhiều .Quá trình vi lọc chỉ thực hiện trên nguyên liệu  sữa gầy vì chất  béo trong sữa dễ bị hấp phụ trên membrane, gây tắc nghẽn màng lọc. Phần chất béo sẽ được tiệt trùng riêng sau đó làm nguội và phối trộn với sữa gầy đã qua vi lọc. Phương pháp này cho phép thu nhận sữa nguyên liệu  đạt các chỉ tiêu VSV rất tốt.

Thanh trùng còn nhằm mục đích tạo nhiệt độ cần thiết để khi đưa vào nồi cô đặc sữa có thể bốc hơi ngay, tránh sự chênh lệch nhiệt độ cao trong nồi chân không. Sau thanh trùng cần làm nguội tới nhiệt độ cô đặc 60 – 70 ^oC. Khi đã làm nguội đến nhiệt độ này ngưòi ta có thể đưa vào thùng trung gian rồi từ đó cho vào nồi đặc hoặc có thể cho trực tiếp vào nồi cô đặc.

Quá trình thanh trùng thực phẩm thường bao gồm ba giai đoạn:

• Gia nhiệt tăng nhiệt độ thực phẩm lên đến nhiệt độ thanh trùng
• Giữ thực phẩm ở nhiệt độ cần thanh trùng trong một khoảng thời gian xác định.
• Làm nguội thực phẩm về giá trị nhiệt độ thích hợp.

¬ Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thanh trùng:

• Hệ VSV trong thực phẩm:

Nếu số lượng VSV càng lớn, để đạt được mức độ vô trùng theo yêu cầu thì chế độ xử lý nhiệt phải nghiêm ngặt với nhiệt độ cao hơn và thời gian dài hơn.

• Thành phần hoá học trong thực phẩm.
• Các tính chất vật lý của thực phẩm.

–    Phương pháp và thiết bị thanh trùng.

  2.2.3. Cô đặc:

 Cô đặc nhằm tách bớt một lượng nước ra khỏi sữa để tiết kiệm chi phí năng lượng cho quá trình sấy sữa tiếp theo. Người ta dùng cô đặc chân không. Cô  đặc  ở  áp  suất  thường thì sản phẩm luôn luôn tiếp xúc với không khí nên luôn luôn bị nhiễm bẩn, các sinh tố và chất béo bị phân huỷ, sản phẩm bị biến tính (đặc sệt, có màu vàng sẫm ). Cô đặc ở áp suất chân không thì thường khắc phục được những nhược điểm trên vì thời gian cô đặc ngắn và nhiệt  độ  thấp nên tránh được các thay đổi sâu sắc về cấu trúc của sữa vốn xảy ra mãnh liệt ở 100 ^oC, đặc biệt là tránh được sự biến đổi của đường lactoza  do đó sản phẩm có chất lượng và màu sắc tốt.

Nhiệt độ sữa trong quá trình cô đặc không vượt quá 76^oC. Thiết bị cô đặc phổ biến nhất là thiết bị cô đặc nhiều cấp dạng màng rơi. Số cấp sử dụng thường từ 2-7 cấp, thường gặp nhất là 4 cấp, sau cô đặc hàm lượng chất khô trong sữa là 45-55%.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc bằng nhiệt:

¬ Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền  nhiệt:

– Sự chênh lệch nhiệt độ giữa hơi gia nhiệt và nhiệt độ sôi của sữa: Nếu độ chênh lệch này càng lớn thì tốc độ truyền nhiệt sẽ càng lớn, để làm tăng mức chênh lệch trên thì ta  giảm nhiệt độ sôi của sữa bằng phương pháp cô đặc trong môi trường chân không.

– Hiện tượng cặn bám trên bề mặt trao đổi nhiệt

Trong quá trình bốc hơi, một số cấu tử trong sữa có thể bị bám dính trên bề mặt truyền nhiệt của thiết bị. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, một số phân tử protein sẽ bị biến tính; các hợp chất bị bám dính nói trên sẽ tương tác với nhau hoặc bị phân giải. Kết quả là chúng tạo nên một lớp cháy khét và làm giảm tốc độ truyền nhiệt

– Hiện tượng màng biên:

Lớp sữa tiếp xúc với bề mặt truyền nhiệt lớp màng biên trong thiết bị bốc hơi thường tạo ra một trở lực lớn trong quá trình truyền nhiệt.

– Độ nhớt của nguyên liệu: nếu cao sẽ làm giảm chỉ số Râynol và tốc độ tuần hoàn của nguyên liệu  trong thiết bị, do đó hệ số truyền nhiệt giảm.

¬ Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của quá trình cô đặc:

– Hiện tượng tạo bọt: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao và do sự xuất hiện các bong bóng hơi, một số cấu tử trong sữa như protein có khả năng tạo bọt lớp bọt trong thiết bị cô đặc sẽ làm giảm tốc độ thoát hơi thứ ra khỏi sản phẩm.

– Hiện tượng tổn thất chất khô do bị lôi cuốn bởi hơi thứ: Hơi thứ thoát ra sẽ cuốn theo một số cấu tử ở dạng sương mù nên làm tổn thất chất khô. Người ta sử dụng thiết bị cô đặc nhiều cấp để hạn chế hiện tượng này.

   2.2.4. Đồng hoá.

Do hàm lượng chất béo trong sữa sau quá trình cô đặc khá cao nên nhà  sản xuất  thực hiện quá trình đồng hoá để giảm kích thước hạt béo và phân bố đều chúng trong sữa. Trong công nghệ chế biến sữa, quá trình đồng hoá được sử dụng với mục đích ổn định hệ nhủ tương, chống lại sự tách pha dưới tác dụng của trọng lực nên còn gọi là quá trình nhũ hoá.

Nhũ tương là một hệ gồm hai chất lỏng không hoà tan nên được trộn lẫn với nhau. Khi đó một chất lỏng sẽ tồn tại dưới dạng hạt (gọi là pha không liên tục, pha phân tán, pha nội) trong lòng của chất lỏng còn lại (pha không phân tán). Ở đây chỉ xếp hệ nhũ tương đơn giản, dầu trong nước hoặc nước trong dầu.

Trong quá trình đồng hoá để đạt được hiệu quả cao ta thường sử dụng chất nhũ hoá. Chất nhủ hoá có hai chức năng: Làm giảm sức căng bề mặt giữa hai pha quan hệ nhủ tương và hình thành nên một màng bảo vệ bao bọc xung quanh các hạt của pha phân tán, làm cho chúng không thể kết hợp với nhau để tạo nên các hạt phân tán mới có thể tích lớn hơn. Chất nhũ hoá được sử dụng trong chế biến sữa là phải không độc hại, không màu, không mùi, không vị, ít biến đổi trong quá trình chế biến và bảo quản sữa.

        Kỹ thuật đồng hoá hệ nhũ tương bao gồm các phương pháp: Làm vỡ, làm giảm kích thước những hạt thuộc pha phân tán và phân đều chúng trong pha liên tục.

¬ Đồng hoá bằng phương pháp khuấy trộn:

Sử các cánh khuấy để đồng hoá hệ nhủ tương quả quá trình đồng hoá này không cao, người ta chỉ áp dụng nhằm mục đích chuẩn bị sơ bộ hệ nhũ tương trước khi chuyển qua giai đoạn đồng hoá bằng phương pháp sử dụng áp lực cao.

¬ Đồng hoá bằng phương pháp sử dụng áp lực cao:

Trong phương pháp này các hạt của pha phân tán sẽ bị phá vỡ và giảm kích thước khi ta bơm hệ nhũ tương đi qua một khe hẹp với tốc độ cao. Kích thước của khe hẹp có thể dao động trong khoảng 15÷300m và tốc độ dòng của hệ nhũ tương được đẩy  đến khe hẹp có thể lên đến tới 50÷200 m/s. Sử dụng thiết bị đồng hoá hai cấp và áp lực đồng hoá cho mỗi cấp là 200 bar và 50 bar.

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đồng hoá

– Tỷ lệ phần trăm giữa thể tích pha phân tán và tổng thể tích hệ nhũ tương. Nếu tỷ lệ này nhỏ thì quá trình đồng hoá sẽ được thực hiện dể dàng và hệ nhũ tương có độ bền cao. Ngược lại thì thường khó thực hiện bằng các phương pháp thông thường.

– Nhiệt độ: Dựa vào thành phần hoá học của hệ nhũ tương mà ta chọn nhiệt độ thích hợp cho quá trình đồng hoá. Trong công nghiệp chế biến sữa nhiệt độ đồng hoá thường dao động từ 55 ÷ 80 ^oC.

– Áp suất: Áp suất đồng hoá càng lớn thì thực hiện đồng hoá càng dễ. Trong công nghiệp chế biến sữa áp suất đồng hoá thường dao động từ 100 ÷ 250 bar.

– Chất nhũ hoá: phải lựa chọn chất nhũ hoá thích hợp cho từng loại sản phẩm. Những chất nhũ hoá thường dùng trong công nghiệp chế biến sữa là lecithin, glycerin ester…

2.2.5. Sấy sữa:

Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liêụ dưới tác dụng của nhiệt. Nước tách ra khỏi vật liệu nhờ sự  khuếch tán do: chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu; chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường bên trong. Thời gian sấy nhanh, nhiệt của vật liệu sấy thấp, sản phẩm nhận được ở dạng bột nhỏ, không cần phải nghiền lại và có độ hòa tan lớn. Nhiệt của vật liệu trong suốt chu kỳ sấy không vượt quá nồng độ của ẩm bốc hơi (60°C ¸ 70°C)

Sản phẩm chế biến từ sữa đã cô đặc đến độ khô 35 – 40%, đem sấy khô, nghiền thành bột, sàng, rây được sữa ở dạng bột có độ khô 90 – 96%, độ ẩm 4 – 10%. Tùy thuộc vào thiết bị sấy có được sản phẩm SB có chất lượng khác nhau. Để thu nhận sữa bột người ta có thể sử dụng các phương pháp  sấy khác nhau như sấy thăng hoa, sấy trục, nhưng hiện  nay sấy phun được sử dụng nhiều  hơn cả

a.Sấy thăng hoa: (sấy chân không)

Bao gồm nhiều giai đoạn: làm lạnh đông sữa đến xuất hiện những tinh thể đá , tiếp theo là tạo môi trường chân không và nâng dần nhiệt độ để nước từ trạng thái rắn chuyển trực tiếp sang trạng thái hơi. Sấy thăng hoa cho phép sữa bột giữ lại các chất dinh dưỡng và mùi vị của sữa với độ tổn thất thấp nhất. Tuy nhiên chi phí và thiết bị cho sấy thăng hoa rất đắt (tiêu thụ năng lượng lớn ) nên đến nay chưa được ứng dụng trong công nghệp sản xuất  sữa bột, chỉ ứng dụng trong nghành sản xuất sữa bột có chất lượng cao. Sấy thăng hoa cho sản phẩm có độ khô 96 – 97%, độ hoà tan đạt 98 – 99%.

   b. Sấy trục:(sấy màng)

Sấy trục trước đây được sử dụng phổ biến trong sản xuất  sữa bột, số trục sấy có thể là một hoặc hai trục (thường được sử dụng nhất là hai trục). Nhược điểm của phương pháp này là làm thay đổi rõ rệt các thành phần của sữa: sữa có màu sắc không đẹp, độ hoà tan thấp, chất béo tự do chiếm một tỉ lệ khá cao nên dễ bị oxy hoá trong quá trình bảo quản.

Sấy màng thì được SB có độ khô 85 – 90%, sấy màng đạt 85 – 88%.

   c. Phương pháp sấy phun:

Sữa nguyên liệu  được đưa vào vòi phun trở thành những hạt nhỏ li ti trong buồng sấy đồng thời không khí nóng cũng được đưa vào. Khi không khí bị đun nóng, thể tích của nó tăng lên còn mức độ bảo hoà giảm, khả năng hấp thụ nước tăng lên, không khí nóng ở đây đóng vai trò nguồn năng lượng và chất hấp phụ nước. Thời gian tiếp xúc giữa sữa và không khí nóng rất ngắn nên nhiệt độ sữa tăng không quá cao. Do đó phương pháp sấy phun khắc phục được những nhược điểm của sấy trục là hạn chế được sự tổn thất các chất dinh dưỡng và các cấu tử hương trong sữa bột. Sự vô hoạt bất thuận nghịch các protein trong sữa trong quá trình sấy phun là không đáng kể nên sữa bột thành phẩm có độ hoà tan cao. Nhiệt độ không khí vào tháp sấy không quá 180 ^oC. . Sấy phun cho sản phẩm có độ khô 96 – 97%, sấy phun đạt 96 – 98%.

Trong sản xuất công nghiệp, thường sử dụng hệ thống sấy phun hai giai đoạn hoặc hệ thống sấy phun có sử dụng băng tải. Hệ thống sấy phun có sử dụng băng tải là phổ biến nhất hiện nay. Khi đó quá trình sấy sữa sẽ gồm ba giai đoạn:

Giai đoạn 1: 

75% lượng không khí nóng với nhiệt độ 270 – 280 ^oC sẽ được đưa vào buồng sấy chính tại các vị trí xung quanh vòi phun sữa nguyên liệu, 25% lượng không khí nóng còn lại với nhiệt độ 100-150 ^oCsẽ đi qua lưới phân bố và toả đều xuống bên dưới từ trần buồng sấy. Các hạt sữa sẽ hình thành trong buồng sấy với độ ẩm dao động từ 6-14% và rơi xuống băng tải đặt bên dưới. Độ ẩm của không khí trong buồng sấy sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc và kích thước hạt sữa thành phẩm. Nếu độ ẩm quá thấp hạt sữa có kích  rất nhỏ và trở nên rời rạc do chúng không kết dính lại với nhau . Nếu độ ẩm quá cao hiện tượng kết dính xảy ra mạnh làm tăng kích thước của chúng. Kết quả sữa bột không đạt độ mịn đồng nhất về kích thước và cấu trúc của hạt.

Giai đoạn 2: Băng tải vận chuyển sữa từ buồng sấy chính qua buồng sấy phụ, với vận tốc chuyển động của băng tải là 1m/ph. Khi đó dòng tác nhân sấy trên đường thoát ra khỏi thiết bị ở cửa đáy sẽ xuyen qua lớp sữa bột trên băng tải và tách thêm một lượng ẩm nữa trong các hạt sữa. độ ẩm sữa bột giảm xuống còn 3-10%.

Giai đoạn 3: Tại buồng sấy phụ người ta đưa không khí nóng vào với nhiệt độ 110-140 ^oC. Dòng tác nhân sấy này sẽ xuyên qua lớp sữa bột trên băng tải rồi thoát ra ngoài dưới đáy buồng. Nhiệt độ khí thoát là 74-76 ^oC.

Sau cùng băng tải sẽ đưa sữa bột vào buồng làm nguội. người ta sử dụng tác nhân làm nguội đã qua tách ẩm có nhiệt độ 15-20 ^oC. Dòng tác nhân làm nguội cung sẽ thổi xuyên qua lớp sữa bột trên băng tải rồi theo cửa thoát bên dưới để ra ngoài. Có 5% lượng sữa bột thoát ra theo các dòng khí thải được thu hồi nhờ hệ thống xyclon. Người ta cũng bố trí hệ thống thu hồi nhiệt từ khí thải để tiết kiệm năng lượng cho quá trình sấy.

Trong công nghiệp sản xuất sấy phun hay sử dụng sấy phun là do sấy phun có nhiều ưu điểm hơn các quá trình sấy khác:

– Thời gian tiếp xúc giữa các hạt lỏng và tác nhân sấy trong thiết bị rất ngắn nên sự tổn thất các hợp chất dinh dưỡng mẫn cảm với nhiệt độ là không đáng kể.

– Sản phẩm sấy phun thu được là những hạt có hình dạng và kích thước tương đối đồng nhất.

– Thiết bị sấy phun thường có năng suất cao và làm việc liên tục.

¬ Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy phun

– Nồng độ chất khô của nguyên liệu: trong công nghiệp sản xuất sữa bột nồng độ chất khô vào buồng sấy khoảng 45÷52%. Nếu cao quá thì ảnh hưởng đến quá trình tạo sương mù trong buồng sấy.

– Nhiệt độ tác nhân sấy: Nhiệt độ tác nhân sấy ảnh hưởng đến độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy phun . Nếu độ ẩm tăng quá cao sẽ gây nên phân huỷ một số cấu tử trong nguyên liệu  và làm tăng mức tiêu hao năng lượng cho toàn bộ quá trình.

– Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu  trong buồng sấy.

    2.2.6. Đóng gói và hoàn thiện sản phẩm :

Sữa bột sau khi sấy phun sẽ được đưa qua hệ thống rây rồi vào thiết bị đóng gói. Thông thường người ta sử dụng bao bì bằng kim loại hoặc bao bì giấy để đựng sản phẩm.Yêu cầu chung về bao bì là phải hạn chế sự tiếp xúc của ánh sáng, không khí và độ ẩm từ môi trường xung quanh đến sữa bột. Người ta thường đóng gói trong điều kiện chân không hoặc thổi hỗn hợp 90% nitơ, 10% hydro vào hộp trước khi ghép nắp nhằm kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm.

Sữa bột có khả năng hút ẩm rất cao do đó khi bảo quản trong bao bì kín, sữa bột sẽ hút nước đến độ ẩm cân bằng, tạo thành các cục vón làm giảm độ hoà tan của sữa. Bảo quản lau còn làm cho sữa bị biến màu, chuyển từ vàng nhạt sang ngả nâu, có mùi khét và giảm độ hoà tan rõ rệt.

2.3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA BỘT GẦY

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất  sữa bột gầy

Sữa bột gầy đóng vai trò quan trọng trong việc bổ sung cân bằng sản phẩm protêin, được sử dụng nhiều trong sản xuất bánh kẹo, bánh mì, sữa pha lại, các sản phẩm sữa chua. Khi dùng phương pháp sấy trực tiếp thì chỉ nên cô đặc đến 28 – 32%, sấy phun 36 – 39%. Sữa bột gầy xốp và mịn hơn sữa bột nguyên chất nên sản phẩm không bị dính vào thành tháp sấy và các thiết bị tải. Độ hoà tan của sữa phụ thuộc vào nhiệt độ cô đặc, nhiệt độ cô đặc thích hợp nhất là 57- 60^oC Nhiệt độ vào tháp sấy đối với sữa gầy không nên quá 200^oC. Sau khi sấy xong phải giải phóng sữa bột ra khỏi tháp sấy ngay để tránh ảnh hưởng không cần thiết của nhiệt độ.

Sơ đồ quy trình sản xuất  sữa bột gầy tương tự như quy trình sản xuất  sữa bột nguyên cream. Nhưng hàm lượng chất béo trong sữa gầy  rất thấp nên bỏ qua giai đoạn đồng hóa sữa sau giai đoạn cô đặc.

2.4. QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA BỘT TAN NHANH:

Quy trình sản xuất  sữa bột tan nhanh tương tự như quy trình sản xuất  sữa bột nguyên cream hoặc sữa bột gầy. Để sản xuất sản phẩm này người ta hpải xử lý sao cho các hạt sữa bột to hơn, xốp hơn. Do đó điểm khác biệt của quá trình sấy phun là: Đầu tiên các hạt được sấy để phần lớn các nước trong mao quản và giữa các khe được thay bằng không khí. Các hạt sữa  thu được từ buồng sấy phun sẽ được làm ẩm trở lại để quá trình kết dính giữa chúng tạo nên những khối hạt mới diễn ra dễ dàng hơn. Các hạt  sữa  bột từ tháp sấy được làm ẩm trở lại bằng hơi, tiếp đến được sấy bằng không khí nóng và cuối cùng được làm nguội bằng không khí có nhiệt độ 10 – 12^oC. Các khối hạt này sẽ được tách ẩm và làm nguội. Các hạt sữa bột thông thường có kích thước 30-80m. Riêng hạt sữa bột tan nhanh sẽ có kích thước 150-200m. Các chỉ tiêu khác như tỷ trọng có giảm đi đôi chút.

2.5. QUÁ TRÌNH LECITHINE HOÁ TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA BỘT.

Một số sản phẩm sữa bột có hàm lượng chất béo khá cao nên khó hoà tan được trong nước. Đó là do một số hạt sữa được bao bọc xung quanh bởi một màng mỏng lipit tự do nên chúng trở nên kị nước. Hiện tượng này xảy ra cả đối với sản xuất  sữa bột tan nhanh và ảnh hưởng đến khả năng hoà tan của sản phẩm.

Để khắc phục hiện tượng trên người ta sử dụng quá trình lecithine hoá. Bản chất của quá trình là tạo một màng mỏng lecithine bao quanh hạt sữa. Nhờ khả năng nhũ hoá của lecithine các hạt sữa với màng lipit bao bọc xung quanh sẽ trở nên hoà tan trong nước lạnh, hạn chế hiện tượng không tan hoặc đóng vón cục khi pha sữa. Lecithine được pha trong dầu bơ với nồng độ 30%. Hỗn hợp này được pha với tỷ lệ 0.2% so với khối lượng sữa bột . Người ta sẽ phun hỗn hợp lecithine trong dầu bơ lên  sữa bột  trong giai đoạn làm nguội sau quá trình sấy phun.

2.6. SẢN PHẨM SỮA BỘT:

Chất lượng sữa bột được đánh giá thông qua các nhóm chỉ tiêu dưới đây:

– Chỉ tiêu cảm quan: màu sắc, mùi ,vị…

– Chỉ tiêu vi sinh: Tổng số vi khuẩn hiếu khí, số VSV gây bệnh như  Ecoli, Salmonella , Clostridium…

– Chỉ tiêu hoá lý: độ ẩm, tỷ trọng, khả năng hoà tan, độ chua, kích thước hạt, hàm lượng các chất dinh dưỡng như hàm lượng chất béo, lactose, vitamin, protein, khoáng…

Khả năng hoà tan của sữa bột được xác định qua các chỉ tiêu như chỉ số hoà tan, độ thấm ướt, độ phân tán …

– Chỉ số hoà tan: Nguyên tắc chung của phương pháp chung xác định chỉ số hoà tan là cho 10g sữa bột gầy (hoặc 13g sữa bột nguyên cream) vào 100ml nước ở 20 ^oC, khuấy trộn trong một thời gian xác định, sau đó đem li tâm trên thiết bị chuẩn với số vòng quay và thời gian xác định. Sau quá trình ly tâm, ta tách bỏ một thể tích xác định phần lỏng, tiếp tục cho một lượng nước cất vào ống ly tâm, lắc đều  rồi đêm ly tâm lần hai.Thể tích cặn thu được chính là chỉ số hoà tan của sản phẩm sữa bột đã khảo sát. Vậy chỉ số hoà tan càng lớn thì độ hoà tan càng thấp.

– Độ thấm ướt: là thời gian cần thiết tính bằng giây để làm ướt 10g sữa bột gầy hoặc13g sữa bột nguyên cream khi ta đổ sữa vào 100ml nước ở 20 ^oC

– Độ phân tán: là tỷ lệ % sữa bột không tan bị giữ lại trên rây có kích thước lỗ 150m so với tổng khối lượng sữa bột đã dùng trong thí nghiệm. Thông thường người ta cho 10g sữa bột gầy  hoặc 13g sữa bột nguyên cream vào 100ml nước ở 20^oC, khuấy đều trong 20 giây rồi cho hỗn hợp qua rây với kích thước lỗ như trên.

Sữa bột được sản xuất  theo phương pháp sấy phun và sấy trục có các chỉ tiêu hoá lý tương tự nhau chỉ khác nhau chỉ số hoà tan của sản phẩm .

Sữa bột sản xuất theo phương thức sấy phun phù hợp với pha chế thức uống hằng ngày ở mỗi gia đình vì khả năng hoà tan cao. Sữa bột sản xuất  theo phương pháp sấy trục phù hợp với công nghệ sản xuất  bánh nướng ở quy mô công nghiệp.

Yêu cầu về các chỉ tiêu hoá lý cơ bản của sữa bột gầy theo Viện nghiên cứu sữa bột Hoa Kỳ

Chương 3:   THIẾT BỊ CHÍNH TRONG SẢN XUẤT SỮA BỘT

3.1. THIẾT BỊ LY TÂM:

 Trong quá trình chế biến sữa người ta sử dụng quá trình ly tâm cho các mục đích sau:    – Tách chất béo ra khỏi sữa để hiệu chỉnh hàm lượng Lipit trong sản phẩm.

– Tách các VSV đặc biệt là các bào tử vi khuẩn chịu nhiệt ra khỏi sữa

– Tách các chất rắn ra khỏi sữa.

Quá trình ly tâm có nguồn gốc từ quá trình lắng. Lắng là một phương pháp phân riêng dựa vào sự khác nhau về khối lượng riêng của các cấu tử trong hỗn hợp.

Có nhiều yếu tố đến khả năng phân chia và thời gian ly tâm: Đường kính hạt phân tán; sự chênh lệch khối lượng riêng giữa pha liên tục và pha phân tán; độ nhớt của pha liên tục; bán kính quay; tốc độ vòng của thiết bị ly tâm… Đối với một hệ nhũ tương hoặc huyền phù xác định bán kính quay và tốc độ vòng của thiết bị ly tâm quyết định đến hiệu quả quá trình phân riêng.Thiết bị ly tâm gồm hai loại:

3.1.1. Thiết bị ly tâm tách chất béo ra khỏi sữa:

Sữa tươi đưa vào ly tâm sẽ thu được hai đòng sản phẩm: Cream (giàu chất béo) có khối lượng riêng nhỏ và sữa gầy (chứa ít chất béo) có khối lượng riêng lớn.

Để tách chất béo ra khỏi sữa người ta sử dụng thiết bị ly tâm dạng đĩa:

­ Cấu tạo:

Thiết bị gồm có thân máy, bên trong là thùng quay, được nối với một motor truyền động bên ngoài thông qua trục dẫn. Các đĩa quay có đường kính dao động từ 20 ÷102 cm và được xếp chồng lên nhau. Các lỗ trên đĩa ly tâm sẽ tạo nên những kênh dẫn theo phương thẳng đứng. Khoảng cách giữa hai đĩa ly tâm liên tiếp là  0.5 ÷ 1.3 mm.

          Đĩa quay

Hình 3.1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị ly tâm dạng đĩa sữa vào từ phía trên.

1.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     a) Đĩa ly tâm                                 b) Sơ đồ chuyển động của dòng

• Đĩa ly tâm Cream và sữa gầy

2-   Cửa ra cho cream                             1- Cream

3- Lổ                                                         2- Sữa gầy

4- Cửa vào cho nguyên liệu                  3- Đĩa ly tâm

­ Nguyên tắc hoạt động: Thiết bị làm việc liên tục

Sữa nguyên liệu được  nạp vào máy ly tâm theo cửa ở trên thiết bị, tiếp theo sữa sẽ theo hệ thống kênh dẫn để chảy vào các khoảng không gian hẹp giữa các đĩa ly tâm. Dưới tác dụng của lực ly tâm, sữa được phân chia thành hai phần: phần cream có khối lượng riêng thấp sẽ chuyển động về phía trục của thùng quay; phần sữa gầy  có khối lượng riêng cao sẽ chuyển động về phía thành thùng quay. Sau cùng, cả hai dòng sản phẩm sẽ theo những kênh riêng để thoát ra ngoài.

Trước khi đưa vào thiết bị tách béo, sữa tươi thường được gia nhiệt lên đến 55÷65^oC

   3.1.2. Thiết bị ly tâm tách VSV ra khỏi sữa :

Trong công nghiệp chế biến sữa hiện nay có hai dạng  thiết bị ly tâm tách VSV

– Thiết bị có hai dòng thoát sản phẩm:

Sữa nguyên liệu  được nạp vào theo ống dẫn bên dưới thiết bị.Thông qua hệ thống kênh dẫn được tạo thành từ các lỗ trên đĩa ly tâm, dòng sữa giàu VSV (chiếm 3% thể tích sữa nguyên liệu) sẽ chuyển động về phía bên ngoài thùng quay và theo cửa bên hông thùng thoát ra ngoài. Dòng sữa chứa ít VSV sẽ chuyển động về phía trục quay (do có khối lượng riêng nhỏ) rồi thoát ra khỏi thiết bị theo cửa trên đỉnh thùng…

Hình 3.2. Thiết bị ly tâm tách vi sinh vật với hai dòng thoát sản phẩm

            – Thiết bị có một dòng thoát sản phẩm: Chỉ có một cửa thoát duy nhất trên đỉnh thiết bị cho dòng sữa đã tách VSV. Còn các tế bào sinh dưỡng, bào tử VSV dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ bám trên thân thùng quay và được tháo bỏ định kỳ.

Nhiệt độ tối ưu cho quá trình tách VSV ra khỏi sữa bằng phương pháp ly tâm là   55 ÷ 60 ^oC.

3.2.Thiết bị thanh trùng:

Quá trình thanh trùng sữa được sử dụng trên thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng: Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và được làm bằng thép không rỉ. Mỗi tấm bảng sẽ có bốn lỗ tại bốn góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp các bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt. Khi ghép các bảng mỏng lại với nhau trên bộ khung của thiết bị sẽ hình thành trên những hệ thống ddường vào và ra cho sữa.

3.3. THIẾT BỊ MEMBRANE

Có rất nhiều loại membrane: dạng ống, dạng màng, dạng sợi

Hình 3.5 Thiết bị membrane mô hình ống

3.4. THIẾT BỊ ĐỒNG HOÁ

   3.4.1.Cấu tạo:

Hình 3.6 Hình dáng bên ngoài của thiết bị đồng hóa sữa áp lực cao.

Cấu tạo bên trong của thiết bị như hình 3.4

                Hình 3.7  Thiết bị đồng hóa sữa sử dụng áp lực cao.

• motor chính 6- hộp piston
• bộ truyền đai 7- bơm
• đồng hồ đo áp suất    8- van
• trục quay 9-bộ phận đồng hóa
• piston 10- hệ thống tạo áp suất thủy lực

Hình 3.8 Các bộ phận chính trong thiết bị đồng hóa sữa sử dụng áp lực cao

Trong đó:

• Bộ phận sinh lực thuộc hệ thống tạo đối áp
• Vòng đập
• Bộ phận tạo khe hẹp
• Hệ thống thủy lực tạo đối áp
• Khe hẹp

 3.4.2. Nguyên tắc hoạt động:

Gồm hai bộ phận chính bơm cao áp và hệ thống tạo đối áp

Bơm cao áp được vận hành bởi động cơ điện (1) thông qua một trục quay (4) và bộ truyền động (2) để chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của piston. Các piston (5) chuyển động trong xilanh ở áp suất cao. Bên trong thiết bị còn có hệ thống dẫn nước vào nhằm mục đích làm mát cho piston trong suốt quá trình làm việc.

Mẫu nguyên liệu sẽ được đưa vào thiết bị đồng hoá bởi một bơm piston. Bơm sẽ tăng áp lực cho hệ nhũ tương từ 3bar lên đến 100 ÷ 250 bar hoặc cao hơn tại đầu vào của khe hẹp (5). người ta sẽ tạo ra một đối áp lên hệ nhũ tương bằng cách hiệu chỉnh khoảng cách khe hẹp trong thiết bị giữa bộ phận sinh lực (1) và bộ phận tạo khe hẹp (3). Đối áp này được duy trì bởi một bơm thuỷ lực sử dụng dầu. Khi đó áp suất đồng hoá sẽ cân bằng với áp suất dầu tác động lên piston thuỷ lực.

Vòng đập (2) được gắn với bộ phận tạo khe hẹp (3) sao cho mặt trong của vòng đập vuông góc với lối thoát ra của hệ nhũ tương khi rời khe hẹp. Như vậy, một số hạt của pha phân tán sẽ tiếp tục va vào vòng đập (2) bị vỡ ra và giảm kích thước. Quá trình đồng hoá chỉ xảy ra trong vòng 15 giây.

Trong công nghiệp máy đồng hoá có thể thiết kế dưới dạng một cấp hoặc hai cấp.

Thiết bị đồng hoá một cấp bao gồm một bơm piston để đưa nguyên liệu vào máy, một khe hẹp và một hệ thống thuỷ lực tạo đối áp. Trong công nghiệp chế biến sữa thiết bị này được sử dụng khi sản phẩm có hàm lượng chất béo thấp hoặc hệ nhũ tương sau đồng hoá có độ nhớt cao.

Thiết bị đồng hoá hai cấp bao gồm một bơm piston để đưa nguyên liệu  vào máy, hai khe hẹp và hai hệ thống thuỷ lực. Thiết bị đồng hoá hai cấp sử dụng phổ biến trong công nghiệp chế biến sữa đặc biệt đối với nhóm sản phẩm có hàm lượng chất béo cao và các sản phẩm yêu cầu có độ nhớt thấp.

3.5.THIẾT BỊ CÔ ĐẶC BẰNG NHIỆT

Có hai nhóm thiết bị:

         – Thiết bị cô đặc bốc hơi tuần hoàn

Thiết bị này dùng để bốc hơi một lượng nước nhỏ trong sữa. Sử dụng khi yêu cầu mức độ cô đặc không cao như sản xuất sữa chua

  – Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng màng rơi

Sữa được gia nhiệt rồi đi vào thiết bị 2 từ phía trên và sẽ chảy xuống tạo một lố màng mỏng bao bọc lấy bề mặt truyền nhiệt. Bề mặt truyền nhiệt là thân các ống hình trụ đứng được đặt trong thiết bị bốc hơi hoặc là những tấm bản mỏng được đặt sát lại với nhau. Để  tiết kiệm năng lượng, hơi gia nhiệt từ buồng 2 sẽ đi vào buồng 1 ngưng tụ dể gia nhiệt sơ bộn cho sữa. Sữa được đun sôi trong buồng 2 và sẽ được đi vào buồng 3 tách hơi thứ. Sữa cô đặc sẽ ra ngoài theo cửa đáy thiết bị 3.

Hình 3.9 Hệ thống bốc hơi một cấp dạng màng rơi

1-buồng gia nhiệt sơ bộ sữa nhờ hơi ngưng tụ

2- buồng gia nhiệt sữa đến nhiệt độ sôi

3-buồng tách hơi thứ và sữa cô đặc

3.6. THIẾT BỊ SẤY PHUN

Hệ thống sấy phun gồm các bộ phận chính là buồng sấy phun, cơ cấu phun caloriphe để cấp nhiệt cho tác nhân sấy, hệ thống quạt hút và hệ thống thu hồi sản phẩm.

  – Cơ cấu phun

       Cơ cấu phun có chức năng đưa nguyên liệu vào trong buồng sấy dưới dạng hạt mịn. Quá trình tạo sương mù sẽ quyết định kích thước các giọt lỏng và sự phân bố  của chúng trong buồng sấy, do đó sẽ ảnh hưởng đến giá trị bề mặt truyền nhiệt và tốc độ sấy Hiện nay có ba dạng cơ cấu phun sương: đầu phun áp lực, đầu phun ly tâm, dầu phun khí dộng

– Tác nhân sấy

Không khí nóng là tác nhân sấy thông dụng nhất.

 – Hệ thống thu hồi sản phẩm

Bột sản phẩm sau khi sấy phun được thu hồi tại cửa đáy buồng sấy. Để tách sản

phẩm ra khỏi khí thoát hiện nay người ta sử dụng phương pháp lắng xoáy ly tâm, sử dụng cyclon. Khí thoát có chứa các hạt sản phẩm sẽ đi vào cyclontừ phần đỉnh theo phương pháp tiếp tuýên với thiết bị. Bột sản phẩm sẽ di chuyển theo quý x đạo hình xoắn ốc và rơi xuống đáy cyclon. Không khí sạch  thoát ra ngoài theo cửa trên đỉnh cyclon.

            -Quạt

Trong hệ thống sấy phun người ta sử dụng quạt ly tâm nhằm vào các mục đích tăng lưu lượng những dòng tác nhân sấy; vận chuyển bằng khí động bột sản phẩm sau khi sấy vào thiết bị bảo quản…

   3.5.2 Hệ thống sấy phun hai giai đoạn:

Hình 3.10 Hệ thống sấy phun hai giai đoạn

1-Bộ phận gia nhiệt không khí cho buồng sấy phun; 2- buồng sấy phun; 3- buồng sấy tầng sôi; 4- bộ phận gia nhiệt không khí cho buồng sấy tầng sôi; 5-quạt cung cấp không khí làm nguội; 6-quạt cung cấp không khí có độ ẩm thấp để làm nguội; 7- rây bột sản phẩm.

Hệ thống sấy phun hai giai đoạn được sử dụng rộng rãi do tiết kiệm được nhiều năng lượng. Độ ẩm bột sản phẩm từ buồn sấy phun được hiệu chỉnh cao hơn 2-5% so với giá trị độ ẩm cuối cùng. Phần ẩm còn lại sẽ được bốc hơi tiếp trong thiết bị sấy tầng sôi. Các thông số hoạt động tương đương với hệ thống sấy phun một giai đoạn

 3.5.3. Hệ thống sấy phun có sử dụng băng tải

Hình 3.11 Hệ thống sấy phun có sử dụng băng tải

1- Bơm nguyên liệu; 2- các cơ cấu phun; 3- buồng sấy phun; 4- bộ phận lọc khí; 5- bộ phận gia nhiệt/làm nguội không khí; 6- bộ phận phân phối tác nhân sấy; 7-băng tải; 8,9-buuòng sấy kết thúc; 10-buồng làm nguội sản phẩm; 11-bộ phận tháo sản phẩm; 12-cyclon thu hồi sản phấm; 12-quạt; 14-hệ thống thu hồi bột sản phẩm từ cyclon; 15-bộ phận xử lý sản phẩm; 16-bộ phận thu hồi sản phẩm.

Nguyên tắc hoạt động:Bột sản phẩm thu được sau quá trình sấy phun sẽ được đưa xuống băng tải (7) vào hai buồng sấy 8 và 9 để nước tiếp tục bốc hơi và độ ẩm sản phẩm theo yêu cầu.Cuối cùng băng tải sẽ đưa vào buồng làm nguội 10 rồi qua 11 tháo sản phẩm ra ngoài. Thiết bị 15 làm phá vỡ các chùm hạt trong khối sản phẩm.

 3.5.4. thiết bị sấy tầng sôi sản xuất bột tan nhanh

Hình 3.12 Thiết bị sấy tầng sôi sản xuất bột tan nhanh

KẾT LUẬN

        Sau một thời gian tìm hiểu em đã hoàn thành xong đồ án của mình. Mặc dù đã tham khảo tài liệu nhưng kiến thức thực tế về công nghệ chế biến các sản phẩm từ sữa đặc biệt là sữa bột em chưa được tiếp cận  nên đồ án còn rất nhiều thiếu sót. Đặc biệt là việc chọn các thông số kỹ thuật như  nhiệt độ, áp suất, độ ẩm…còn thiếu sót hoặc chưa đúng với thực tế, bên cạnh đó nhiều tài liệu không có sự thống nhất về các thông số hoặc các khoảng giá trị đó rất rộng. Mong thầy đóng góp ý kiến để em rút kinh nghiêm cho đồ án lần sau.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lê Văn Việt Mẫn(2004), Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa,NXB Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, HCM.
2. Lâm Xuân Thanh (2004), Giáo trình công nghệ các sản phẩm sữa, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, Hà Nội.
3. Lê Thị Liên Thanh – Lê Văn Hoàng (2005), Công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, Hà Nội.
4. L ê Xuân Phương (2001), Vi Sinh Vật Công Nghiệp, NXB xây dựng, Hà Nội.

Tải xuống tài liệu học tập PDF miễn phí

Luận văn Tổng luận về công nghệ xử lý chất thải rắn của một số nước và ở Việt Nam

Mọi ý kiến đóng góp xin gửi vào hòm thư: [email protected]

Kéo xuống để Tải ngay đề cương bản PDF đầy đủ: Sau “mục lục” và “bản xem trước”

(Nếu là đề cương nhiều công thức nên mọi người nên tải về để xem tránh mất công thức)

Đề cương liên quan:Câu hỏi ôn Tập Trắc nghiệm về công nghệ thông tin

[toc]

[pdfviewer width=”800px” height=”1000px” beta=”true/false”]http://hotroontap.com/wp-content/uploads/2019/03/Lu%E1%BA%ADn-v%C4%83n-T%E1%BB%95ng-lu%E1%BA%ADn-v%E1%BB%81-c%C3%B4ng-ngh%E1%BB%87-x%E1%BB%AD-l%C3%BD-ch%E1%BA%A5t-th%E1%BA%A3i-r%E1%BA%AFn-c%E1%BB%A7a-m%E1%BB%99t-s%E1%BB%91-n%C6%B0%E1%BB%9Bc-v%C3%A0-%E1%BB%9F-Vi%E1%BB%87t-Nam.pdf[/pdfviewer]

Tải ngay đề cương bản PDF tại đây: Luận văn Tổng luận về công nghệ xử lý chất thải rắn của một số nước và ở Việt Nam

LỜI GIỚI THIỆU

Hiện nay, việc quản lý chất thải đô thị ở Việt Nam cũng như trong thế giới phát triển đang đặt ra thách thức lớn chưa từng có. Việc áp dụng các chính sách đặc thù cho mỗi quốc gia để quản lý chất thải là biện pháp hữu hiệu, cần thiết để đối phó với tình trạng này. Tuy nhiên, quản lý chất thải là vấn đề toàn cầu và là yếu tố quyết định để tạo ra các công nghệ xử lý phù hợp mang lại hiệu quả. Vì vậy, điều quan trọng là phải hướng tới xây dựng một hệ thống chất thải chung, bao gồm từ khâu xử lý ban đầu đến khâu sử dụng cuối cùng.

Trung tâm Thông tin KH&CN Quốc gia giới thiệu Tổng luận về Công nghệ Xử lý Chất thải rắn của một số nước và ở Việt Nam, hy vọng tài liệu này sẽ cung cấp thêm thông tin cho việc lựa chọn phương pháp xử lý chất thải rắn phù hợp với tình hình cụ thể của từng địa phương, góp phần bảo vệ bảo vệ môi trường phát triển kinh tế bền vững ở nước ta trong giai đoạn hiện nay.

Trung tâm Thông tin KH&CN Quốc gia

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong quá trình đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa (CNH, HĐH) đất nước, nhiệm vụ bảo vệ môi trường luôn được Đảng và Nhà nước ta coi trọng. Trong tiến trình hội nhập, công tác bảo vệ môi trường là một điều kiện tiên quyết để Việt Nam nâng tầm, hội nhập với thế giới. Chiến lược phát triển kinh tế – xã hội giai đoạn 2001 – 2010 được Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ IX của Đảng, thông qua cũng đã khẳng định: “Phát triển nhanh, hiệu quả và bền vững, tăng trưởng kinh tế đi đôi với thực hiện tiến bộ, công bằng xã hội và bảo vệ môi trường”.

Trong trong thời gian gần đây, hệ thống chính sách, thể chế ở nước ta từng bước được xây dựng và hoàn thiện, phục vụ ngày càng có hiệu quả cho công tác bảo vệ môi trường. Cùng với sự ra đời của Luật Bảo vệ môi trường, Bộ Chính trị (Khoá VIII) cũng đã ban hành Nghị quyết số 41 NQ/TƯ; Chỉ thị số 36 – CT/TƯ về tăng cường công tác bảo vệ môi trường trong thời kỳ CNH, HĐH. Thủ tướng Chính phủ cũng đã có những văn bản, chỉ thị về bảo vệ môi trường, nhất là ở các đô thị, khu công nghiệp. Nhận thức về tầm quan trọng của bảo vệ môi trường cũng được các cấp, các ngành, các tầng lớp nhân dân ngày càng quan tâm; mức độ gia tăng ô nhiễm, suy thoái và sự cố môi trường đã từng bước được hạn chế.

Tuy nhiên, môi trường nước ta vẫn tiếp tục bị xuống cấp nhanh, có nơi, có lúc đã đến lúc báo động; đất đai bị xói mòn, thoái hoá; chất lượng các nguồn nước suy giảm mạnh. Ở nhiều đô thị, khu dân cư, không khí bị ô nhiễm nặng; khối lượng phát sinh và mức độ độc hại của chất thải ngày càng tăng; điều kiện vệ sinh môi trường, cung cấp nước sạch không bảo đảm. Tốc độ công nghiệp hoá, đô thị hoá, gia tăng dân số… đã gây áp lực lớn cho công tác bảo vệ môi trường, nhất là ở các đô thị. Chỉ thị số 23/2005/CT – TTg của Thủ tướng Chính phủ đã nhận định, công tác quản lý chất thải rắn tại các đô thị và khu công nghiệp vẫn còn nhiều bất cập và yếu kém. Lượng chất thải rắn thu gom chỉ mới đạt khoảng 70% và chủ yếu tập trung ở nội thị; công nghệ xử lý chất thải rắn chưa được chú trọng nghiên cứu và chưa hoàn thiện, còn phân tán, khép kín theo địa giới hành chính; việc đầu tư, quản lý còn kém hiệu quả…

Nhiều địa phương đã nhập khẩu các dây chuyền xử lý rác thải của nước ngoài, tuy nhiên, hiện công nghệ này chỉ xử lý được rác hữu cơ, còn lại phải chôn lấp khoảng 70 – 80%, chưa kể giá nhập khẩu thiết bị rất cao, vốn đầu tư cho lắp đặt lớn… Cũng đã xuất hiện những dây chuyền công nghệ xử lý rác do các công ty tư nhân dầu tư, nghiên cứu, thử nghiệm ở một số địa phương trong nước… Nhưng cho đến nay, vẫn chưa đạt được kết quả như mong đợi cũng bởi nhiều nguyên nhân khác nhau, cả chủ quan lẫn khách quan. Phần lớn các doanh nghiệp đều gặp khó khăn về huy động tài chính, song lại chưa nhận được sự hỗ trợ cần thiết từ ngân sách Nhà nước.

Để tăng cường công tác quản lý Chất thải rắn, ngày 9-4-2007 Chính phủ đã ban hành Nghị định số 59/2007/NĐ-CP về quản lý chất thải rắn. Nghị định này áp dụng đối với tổ chức, hộ gia đình, cá nhân trong nước; tổ chức, cá nhân nước ngoài có hoạt động liên quan đến chất thải rắn trên lãnh thổ Việt Nam. Đây là điều kiện thuận lợi để các tổ chức, cá nhân và các doanh nghiệp Việt Nam có thể triển khai, áp dụng một cách hiệu quả các công nghệ xử lý chất thải rắn phục vụ phát triển bền vững ở nước ta trong giai đoạn hiện nay.

II. KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ XỬ LÝ

1. Khái niệm về chất thải

Chất thải là toàn bộ các loại vật chất được con người loại bỏ trong các hoạt động kinh tế- xã hội, bao gồm các hoạt động sản xuất và hoạt động sống và duy trì sự tồn tại của cộng đồng. Chất thải là sản phẩm được phát sinh trong quá trình sinh hoạt của con người, sản xuất công nghiệp, xây dựng, nông nghiệp, thương mại, du lịch, giao thông, sinh hoạt tại các gia đình, trường học, các khu dân cư, nhà hàng, khách sạn.

Lượng chất thải phát sinh thay đổi do tác động của nhiều yếu tố như tăng trưởng và phát triển sản xuất, sự gia tăng dân số, quá trình đô thị hoá, công nghiệp hoá và sự phát triển điều kiện sống và trình độ dân trí.

2. Phân loại chất thải

2.1. Phân loại  theo nguồn phát sinh

– Chất thải sinh hoạt: phát sinh hàng ngày ở các đô thị, làng mạc, khu dân cư, các trung tâm dịch vụ, công viên.

– Chất thải công nghiệp: phát sinh từ trong quá trình sản xuất công nghiệp và thủ công nghiệp (gồm nhiều thành phần phức tạp, đa dạng, trong đó chủ yếu là các dạng rắn, dạng lỏng, dạng khí)

– Chất thải xây dựng: là các phế thải như đất đá, gạch ngói, bê tông vỡ, vôi vữa, đồ gỗ, nhựa, kim loại do các hoạt động xây dựng tạo ra.

– Chất thải nông nghiệp: sinh ra do các hoạt động nông nghiệp như trồng trọt, chăn nuôi, chế biến nông sản trước và sau thu hoạch.

2.2. Phân loại theo mức độ nguy hại

– Chất thải nguy hại: là chất thải dễ gây phản ứng, dễ cháy nổ, ăn mòn, nhiễm khuẩn độc hại, chứa chất phóng xạ, các kim loại nặng. Các chất thải này tiềm ẩn nhiều khả năng gây sự cố rủi ro, nhiễm độc, đe doạ sức khoẻ con người và sự phát triển của động thực vật, đồng thời là nguồn lan truyền gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí

– Chất thải không nguy hại: là các chất thải không chứa các chất và các hợp chất có các tính chất nguy hại. Thường là các chất thải phát sinh trong sinh hoạt gia đình, đô thị….

2.3. Phân loại theo thành phần

– Chất thải vô cơ: là các chất thải có nguồn gốc vô cơ như tro, bụi, xỉ, vật liệu xây dựng như gạch, vữa, thuỷ tinh, gốm sứ, một số loại phân bón, đồ dùng thải bỏ gia đình.

– Chất thải hữu cơ: là các chất thải có nguồn gốc hữu cơ như thực phẩm thừa, chất thải từ lò giết mổ, chăn nuôi cho đến các dung môi, nhựa, dầu mỡ và các loại thuốc bảo vệ thực vật.

2.4. Phân loại theo trạng thái chất thải

– Chất thải trạng thái rắn: bao gồm chất thải sinh hoạt, chất thải từ các cơ sở chế tạo máy, xây dựng ( kim loại, da, hoá chất sơn , nhựa, thuỷ tinh, vật liệu xây dựng…)

– Chất thải ở trạng thái lỏng: phân bùn từ cống rãnh, bể phốt, nước thải từ nhà máy lọc dầu, rượu bia, nước từ nhà máy sản xuất giấy, dệt nhuộm và vệ sinh công nghiệp….

– Chất thải ở trạng thái khí: bao gồm các khí thải các động cơ đốt trong các máy động lực, giao thông, ô tô, máy kéo, tàu hoả, nhà máy nhiệt điện, sản xuất vật liệu…

3. Xử lý chất thải

3.1. Khái niệm về xử lý chất thải

3.1.1. Xử lý chất thải là dùng các biện pháp kỹ thuật để xử lý các chất thải và không làm ảnh hưởng tới môi trường; tái tạo ra các sản phẩm có lợi cho xã hội nhằm phát huy hiệu quả kinh tế.

3.1.2. Mục tiêu của xử lý chất thải rắn là giảm hoặc loại bỏ các thành phần không mong muốn trong chất thải như các chất độc hại, không hợp vệ sinh, tận dụng vật liệu và năng lượng trong chất thải.

3.2. Các phương pháp xử lý chất thải rắn

–      Phương pháp cơ học bao gồm: Tách kim loại, thuỷ tinh; nhựa ra khỏi chất thải; sơ chế, đốt chất thải không có thu hồi nhiệt; lọc tạo rắn đối với các chất thải bán lỏng.

–      Phương pháp cơ-lý: phân loại vật liệu; thuỷ phân; sử dụng chất thải như nhiên liệu; đúc ép các chất thải, sử dụng làm vật liệu xây dựng.

–      Phương pháp sinh học: chế biến ủ sinh học; mêtan hoá trong các bể thu hồi sinh học.

Các phương pháp xử lý chất thải có thể khái quát theo sơ đồ hình 1.

Hình 1:  Các phương pháp xử lý chất thải rắn

3.2.1. Phương pháp ủ sinh học làm phân compost

Phương pháp này thích hợp với loại chất thải rắn hữu cơ trong chất thải sinh hoạt chứa nhiều cácbonhyđrat như đường, xenllulo, lignin, mỡ, protein, những chất này có thể phân huỷ đồng thời hoặc từng bước. Quá trinh phân huỷ các chất hữu cơ dạng này thường xảy ra với sự có mặt của ôxy không khí (phân huỷ hiếu khí) hay không có không khí (phân huỷ yếm khí, lên men). Hai quá trình này xảy ra đồng thời ở một khu vực chứa chất thải và tuỳ theo mức độ thông khí mà dạng này hay dạng kia chiếm ưu thế. Phương pháp ủ sinh học làm phân compost được thể hiện ở hình 2.

Nhặt thủ công

Máy xúc

Máy xúc

Hình 2: Quy trình công nghệ ủ sinh học quy mô công nghiệp

3.2.2. Phương pháp thiêu đốt

Xử lý chất thải bằng phương pháp thiêu đốt có thể làm giảm tới mức tối thiểu chất thải cho khâu xử lý cuối cùng. Nếu áp dụng công nghệ tiên tiến sẽ mang lại nhiều ý nghĩa đối với môi trường, song đây là phương pháp xử lý tốn kém nhất so với phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh, chi phí để đốt 1 tấn rác cao hơn khoảng 10 lần.

Công nghệ đốt rác thường được sử dụng ở các nước phát triển vì phải có nền kinh tế đủ mạnh để bao cấp cho việc thu đốt rác thải sinh hoạt như là một dịch vụ phúc lợi xã hội của toàn dân. Tuy nhiên, việc thu đốt rác sinh hoạt bao gồm nhiều chất thải khác nhau sẽ tạo ra khói độc đioxin, nếu không xử lý được loại khí này là rất nguy hiểm tới sức khoẻ.

Năng lượng phát sinh có thể tận dụng cho các lò hơi, lò sưởi hoặc cho ngành công nghiệp nhiệt và phát điện. Mỗi lò đốt phải được trang bị một hệ thống xử lý khí thải tốn kém để khống chế ô nhiễm không khí do quá trình đốt gây ra.

Hiện nay, tại các nước châu Âu có xu hướng giảm đốt rác thải vì hàng loạt các vấn đề kinh tế cũng như môi trường cần phải giải quyết. Việc thu đốt rác thải thường chỉ áp dụng cho việc xử lý rác thải độc hại như rác thải bệnh viện hoặc rác thải công nghiệp vì các phương pháp xử lý khác không thể xử lý triệt để được. Phương pháp thiêu đốt được thể hiện ở hình 3.

3.2.3. Phương pháp chôn lấp

Phương pháp này chi phí thấp và được áp dụng phổ biến ở các nước đang phát triển. Việc chôn lấp được thực hiện bằng cách sử dụng xe chuyên dùng chở rác tới các bãi đã xây dựng trước. Sau khi rác được đổ xuống, dùng xe ủi san bằng, đầm nén trên bề mặt và đổ lên một lớp đất. Hàng ngày phun thuốc diệt muỗi và rắc vôi bột…. Theo thời gian, sự phân hủy vi sinh vật làm cho rác trở lên tơi xốp và thể tích của các bãi rác giảm xuống. Việc đổ rác tiếp tục cho đến khi bãi đầy thì chuyển sang bãi mới. Hiện nay, việc chôn lấp rác thải sinh hoạt và rác thải hữu cơ vẫn được sử dụng ở các nước đang phát triển, nhưng phải tuân thủ các quy định nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường. Việc chôn lấp chất thải có xu hướng giảm dần, tiến tới chấm dứt ở các nước đang phát triển. Các bãi chôn lấp rác thải phải được đặt cách xa khu dân cư, không gần nguồn nước mặt và nước ngầm. Đáy của bãi rác nằm trên tầng đất sét hoặc được phủ một lớp chống thấm bằng màng địa chất. Ở các bãi chôn lấp rác cần thiết phải thiết kế khu thu gom và xử lý nước rác trước khi thải ra môi trường. Việc thu khí gas để biến đổi thành năng lượng là một trong những khả năng thu hồi một phần kinh phí đầu tư cho bãi rác.

Phương pháp này có các ưu điểm như: công nghệ đơn giản; chi phí thấp, song nó cũng có một số nhược điểm như: chiếm diện tích đất tương đối lớn; không được sự đồng tình của dân cư xung quanh; việc tìm kiếm xây dựng bãi chôn lấp mới là khó khăn và có nguy cơ dẫn đến ô nhiễm môi trường nước, không khí, gây cháy nổ.

Hình 3: Hệ thống thiêu đốt chất thải

3.2.4. Các phương pháp xử lý khác

– Xử lý chất thải  bằng công nghệ ép kiện

Rác thu gom tập trung về nhà máy chế biến được phân loại bằng phương pháp thủ công trên băng tải. Các chất trơ và các chất có thể tận dụng được như : Kim loại, nilon, giấy, thủy tinh, nhựa…. được thu hồi để tái chế. Những chất còn lại sẽ được băng tải chuyển qua hệ thống ép nén rác bằng thủy lực với mục đích giảm tối đa thể tích khối rác và tạo thành các kiện có tỷ số nén cao (hình 4). Các khối rác ép này được sử dụng vào việc san lấp, làm bờ chắn các vùng đất trũng.

Hình 4:  Công nghệ xử lý chất thải bằng phương pháp ép kiện

– Xử lý chất thải bằng công nghệ Hydromex

Công nghệ Hydromex (hình 5) nhằm xử lý rác  đô thị thành các sản phẩm phục vụ xây dựng, làm vật liệu, năng lượng và các sản phẩm nông nghiệp hữu ích.

Bản chất của công nghệ Hydromex là nghiền nhỏ rác, sau đó polyme hóa và sử dụng áp lực lớn để ép nén, định hình các sản phẩm. Rác thải được thu gom chuyển về nhà máy, không cần phân loại được đưa vào máy cắt, nghiền nhỏ, sau đó đi qua băng tải chuyển đến các thiết bị trộn.

Hình 5:  Xử lý chất thải theo công nghệ Hydromex

III. CHẤT THẢI RẮN TRÊN THẾ GIỚI VÀ TÌNH HÌNH XỬ LÝ

1. Tình hình chung trên thế giới

Ước tính hàng năm lượng chất thải được thu gom trên thế giới từ 2,5 đến 4 tỷ tấn (ngoại trừ  các lĩnh vực xây dựng và tháo dỡ, khai thác mỏ và nông nghiệp). Năm 2004, tổng lượng chất thải đô thị được thu gom trên toàn thế giới ước tính là 1,2 tỷ tấn. Con số này thực tế chỉ gồm các nước OECD và các khu đô thị mới nổi và các nước đang phát triển.

Nếu các số liệu trên đổi thành đơn vị tấn chất thải rắn được thu gom mỗi năm trên đầu người, thì tại các khu đô thị ở Hoa Kỳ có đến hơn 700 kg chất thải và gần 150 kg ở Ấn Độ. Tỷ lệ phát sinh chất thải đô thị cao đó là; Hoa Kỳ tiếp sau là Tây Âu và Ôxtrâylia (600-700 kg/người), sau đó đến Nhật Bản, Hàn Quốc và Đông Âu (300-400kg/người).

Thị trường chất thải đô thị có giá trị cao nhất là Hoa Kỳ với 46,5 tỷ USD, sau đó là châu Âu với 36 tỷ USD và Nhật Bản là 30,5 tỷ. Chưa đánh giá được chính xác chất thải công nghiệp. Hiện nay chưa có dữ liệu về chất thải của Liên bang Nga và những con số ước tính lượng chất thải của Trung Quốc là chưa chính xác. Ngoài ra, chưa có định lượng rõ ràng về chất thải công nghiệp ở Hoa Kỳ. Chất thải nguy hại thậm chỉ còn khó đánh giá hơn, đặc biệt là do danh mục chất thải nguy hại vẫn đang được bổ sung, đặc biệt là ở châu Âu.

Hiện nay, chất thải được tái chế bằng nhiều cách vừa biến thành năng lượng lẫn thu hồi nguyên liệu, và những thị trường thứ cấp đang xuất hiện ngày càng nhiều trên phạm vi toàn cầu. Trên thế giới, ước tính sơ bộ khối lượng nguyên liệu thứ cấp được trao đổi là 135 triệu tấn. Các nguyên liệu thứ cấp hiện là một trong những dòng nguyên liệu quan trọng nhất trên toàn thế giới.

Biến chất thải thành năng lượng: là nhiệm vụ của họat động triển khai sử dụng tài nguyên tái tạo, giảm các khí nhà kính và phát triển thị trường cácbon. Thiêu đốt chất thải có thu hồi năng lượng bao gồm xử lý chất thải để sản xuất năng lượng cung cấp cho các nhà máy và nhà ở. Năng lượng sản xuất ra nhiều hơn năng lượng được sử dụng để vận hành lò đốt.

Hiện nay có hơn 600 lò đốt chất thải thu hồi năng lượng ở 35 nước. Các thiết bị này xử lý 170 triệu tấn chất thải đô thị. Đó là nguồn năng lượng tương đương với 220 triệu thùng dầu hay 600.000 thùng/ngày. Hoa Kỳ tiêu thụ 20 triệu thùng dầu/ngày. Năng lượng được sản xuất từ 400 lò đốt chất thải ở châu Âu cung cấp điện cho 27 triệu dân hay cung cấp nhiệt cho 13 triệu dân. Thị trường đốt chất thải ở châu Âu ước tính trị giá 9 tỷ USD. Một Chỉ thị của châu Âu đề ra mục tiêu đến năm 2010, tổng tiêu thụ năng lượng nội địa là 12% và sản xuất 22,1% điện năng bằng tài nguyên tái tạo. Các bãi chôn lấp hiện đại nhất cho phép sản xuất khí biogas thông qua việc lên men chất thải, có thể tái sử dụng dưới dạng điện năng. Ở Hoa Kỳ có 340 trong số 2975 bãi chôn lấp thu hồi khí biogas và xử lý chất thải có liên quan đến vấn đề giảm các khí nhà kính.

Tiết kiệm tài nguyên:  Tiết kiệm tài nguyên là một trong những lợi ích chủ yếu của họat động thu hồi và tái chế chất thải. Lợi ích nữa của tái chế là giảm các ảnh hưởng liên quan đến việc sử dụng và chuyển đổi các nguyên liệu thô.

Các số liệu về lượng chất thải vẫn chưa đầy đủ và một số nguyên liệu được tái sử dụng trực tiếp không được chuyển qua các thiết bị thu hồi làm cho khó đánh giá.

Những nguyên liệu chính được thu hồi và xử lý để tái sử dụng, bao gồm:

• Chất hữu cơ và gỗ
• Giấy, bìa cứng
• Nhựa
• Thủy tinh
• Kim loại có chứa sắt & không chứa sắt
• Vải dệt
• Ắc quy
• Chất thải điện và điện tử (CTĐT) & dung môi.

Chất thải hữu cơ: Hiện nay ước tính 18 triệu tấn chất thải tươi ở châu Âu được thu gom và được dùng để sản xuất phân compost. Ngoài ra có 3,5 triệu tấn được xử lý trong thùng “phân huỷ”. Tỷ lệ thu hồi chất thải hữu cơ ở châu Âu ước tính là 42%.

Chất thải là vải dệt ở Pháp và Đức chiếm chưa đến 5% chất thải đô thị. Khoảng 30-40% lượng chất thải này được tái sử dụng, 40-50% được tái chế và số còn lại được chuyển tới bãi chôn lấp. Các chất thải là quần áo cũ trên thế giới đã tăng 10 lần kể từ những năm 90. Theo ước tính, giá trị của lượng chất thải hiện nay là 1 tỷ USD. Họat động nhập khẩu vải dệt với giá rẻ chưa từng có từ châu Á đe dọa khu vực tái sử dụng không chính thức ở châu Phi và ngành công nghiệp tái chế ở châu Âu.

Thị trường nguyên liệu thứ cấp từ chất thải: Năm 2004, thị trường nguyên liệu thứ cấp toàn cầu đạt 600 triệu tấn với giá trị trên 100 tỷ USD. Thu hồi nguyên liệu được xem như là biện pháp thích hợp nhất để đối phó với vấn đề quản lý lượng chất thải đang gia tăng. Tỷ lệ thu gom có chọn lọc chất thải đô thị và chất thải công nghiệp không nguy hại đang tăng lên ở tất cả các nước, cao hơn 45% so với chất thải đô thị ở một số nước châu Âu.

Căn cứ vào các số liệu thống kê về số lượng giấy, nhựa và thủy tinh được thu hồi từ chất thải đô thị, ước tính lượng chất thải loại này ở châu Âu hiện nay là hơn 50 triệu tấn. Từ chất thải công nghiệp, tổng lượng chất thải là giấy, nhựa và thủy tinh ở châu Âu được thu hồi là gần 65 triệu tấn. Khoảng 28.000 tấn pin và ắc quy được thu gom và tái chế.

Tái chế nhựa và giấy: Tỷ lệ tái chế nhựa ở các nước OECD vẫn thấp với tỷ lệ trung bình là 15%. Gần 22% nhựa thải được thu hồi để chuyển đổi thành năng lượng.

Lượng chất thải tái chế liên tục tăng và hiện nay ở châu Âu chỉ hơn 3 triệu tấn trong số 22,5 triệu tấn được tái chế. Thị trường nhựa được thu hồi chiếm tỷ lệ thấp là 169 triệu tấn nhựa được sản xuất trên thế giới vào năm 2003.Tỷ lệ tái chế giấy dao động từ 10% ở Ai len đến 100% ở Áo. Tỷ lệ này ở Liên minh châu Âu tăng từ 41,5% năm 1991 lên 54% năm 2004. Năm 2004, châu Âu có 5,3 triệu tấn sợi xenlulô  được tái chế.

Thị trường kim loại thứ cấp: Lần đầu tiên vào năm 2004, tổng sản lượng thép trên thế giới đạt 1 tỷ tấn. Sản lượng kim loại vụn đã tăng 450 triệu tấn. Tỷ lệ tái sử dụng kim loại này có thể ở mức cao từ 60-70%. Năm 2005, hầu hết các kim loại không chứa sắt đạt mức giá cao kỷ lục đã làm tăng nhu cầu đối với kim loại thứ cấp. Ví dụ, việc sản xuất nhôm thứ cấp từ nhôm thải chiếm 20% tổng sản lượng (7,6 triệu tấn).

Quản lý các dòng chất thải điện và điện tử là ưu tiên đối với các chính trị gia ở các nước OECD. CTĐT chứa khối lượng lớn nguyên liệu có khả năng tái chế như kim loại, thủy tinh, kim loại quý và nhựa. 10 triệu máy tính chứa 135.000 triệu tấn nguyên liệu có thể thu hồi. Mối lo ngại lớn nhất là khối lượng loại chất thải này ngày càng tăng.

1.1. Phát sinh chất thải rắn ở châu Á

Châu Á có mức tăng trưởng kinh tế và đô thị hoá nhanh trong vài thập kỷ qua. Vấn đề chất thải rắn là một trong những thách thức môi trường mà các nước trong khu vực phải đối mặt. Trừ Trung Quốc, tỷ lệ phát sinh chất thải đô thị của các nước vào khoảng từ 0,5 kg đến 1,5 kg/người/ngày. Tại một số thành phố lớn của Trung Quốc, tỷ lệ này vào khoảng 1,12 đến 1,2 kg/người ngày. Tỷ lệ phát sinh chất thải rắn đô thị tăng theo tỷ lệ thuận với mức tăng GDP tính theo đầu người. Chất hữu cơ là thành phần chính trong chất thải rắn đô thị trong khu vực và chủ yếu được chôn lấp do chi phí rẻ. Các thành phần khác, như giấy, thuỷ tinh, nhựa tổng hợp và kim loại hầu hết được khu vực không chính thức thu gom và tái chế.

Theo Ngân hàng Thế giới, các khu vực đô thị của châu Á  mỗi ngày phát sinh khoảng 760.000 tấn chất thải rắn đô thị. Đến năm 2025, con số này sẽ tăng tới 1,8 triệu tấn/ngày (World Bank, 1999). Chất thải rắn thường được nhóm loại theo chất thải rắn đô thị và chất thải công nghiệp trên cơ sở nguồn phát sinh. Chất thải rắn và chất thải rắn đô thị được định nghĩa rất khác nhau giữa các nước và vùng lãnh thổ trong khu vực. Hàn Quốc, Đài Loan và Nhật Bản quy định chất thải rắn đô thị bao gồm một phần chất thải công nghiệp. Trong khi đó, Hồng Kông coi chất thải công nghiệp thuộc chất thải rắn đô thị. Tỷ lệ chất thải gia đình trong dòng chất thải rắn đô thị rất khác nhau giữa các nước. Theo ước tính, tỷ lệ này chiếm tới 60-70% ở Trung Quốc (Gao et al.2002), 78% ở Hồng Kông (kể cả chất thải thương mại), 48% ở Philipin và 37% ở Nhật Bản. Theo đánh giá của Ngân hàng Thế giới (1999), các nước có thu nhập cao chỉ có khoảng 25-35 % chất thải gia đình trong toàn bộ dòng chất thải rắn đô thị.

Theo nguyên tắc thì các nước có thu nhập cao có tỷ lệ phát sinh chất thải rắn đô thị cao. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây ở các nước đang phát triển cho thấy, tỷ lệ phát sinh chất thải tính theo các mức thu nhập khác nhau lại không theo nguyên tắc này. Theo kết quả nghiên cứu của Cơ quan Hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA,1997), tỷ lệ phát sinh chất thải rắn đô thị ở Philipin theo các nhóm người có thu nhập khác nhau là: thu nhập cao: 0,37- 0,55, thu nhập trung bình: 0,37-0,60 và thu nhập thấp: 0,62-0,90 kg/người/ngày. Tương tự, các kết quả phân tích tỷ lệ phát sinh chất thải rắn đô thị theo GDP tính trên đầu người của các nước thuộc  OECD, Hoa Kỳ và Ôxtrâylia được xếp vào nhóm các nước có tỷ lệ phát sinh cao; nhiều nước thuộc Liên minh châu Âu được xếp vào nhóm có tỷ lệ phát sinh trung bình và Thuỵ Điển, Nhật Bản được xếp vào nhóm có tỷ lệ phát sinh thấp.

Có nhiều nguyên nhân để giải thích các trường hợp này. Thứ nhất là, không thống kê được đầy đủ tổng lượng thải phát sinh do các hoạt động của khu vực tái chế không chính thức và do phương thức tự tiêu huỷ chất thải ở các nước đang phát triển. Khu vực tái chế không chính thức ở các nước đang phát triển đã góp phần đáng kể giảm thiểu tổng lượng chất thải phát sinh và thu hồi tài nguyên thông qua các hoạt động tái chế. Thứ hai là, năng lực thu gom của các nước đang phát triển còn thấp. Ví dụ, năng lực thu gom chất thải rắn độ thị của Ấn Độ là 72,5%; Malaixia: 70%; Thái Lan: 70-80%; và Philipin: 70% ở đô thị và 40% ở nông thôn.

Trường hợp của Nhật Bản là một ví dụ thành công về tăng trưởng kinh tế và duy trì tỷ lệ phát sinh chất thải rắn đô thị thấp so với nhiều nước có GDP cao. Năm 2000, Nhật Bản bắt đầu áp dụng khái niệm mới về xây dựng một “Xã hội tuần hoàn vật chất hợp lý” hay còn gọi là 3R (Giảm thiểu, Tái sử dụng và Tái chế). Từ những năm 1980, tỷ lệ phát sinh chất thải rắn đô thị của Nhật Bản đã ổn định ở mức khoảng 1,1 kg/người/ngày.

1.2. Thành phần chất thải rắn đô thị

Thành phần chất thải rắn đô thị có xu thế thay đổi do tốc độ tăng trưởng và đô thị hoá nhanh ở các nước Châu Á. Nói chung, chất hữu cơ vẫn là thành phần chính trong các dòng chất thải rắn đô thị trong khu vực. Tỷ lệ thành phần hữu cơ chiếm khoảng 34 – 70% cao hơn hẳn hầu hết các nước châu Âu là 20-50% (OECD, 2002).

Do mức sống của nhiều nước trong khu vực được cải thiện, nên thành phần giấy và nhựa tổng hợp trong chất thải ngày càng tăng. Thành phần giấy trong chất thải của Đài Loan (TQ) và Nhật Bản chiếm 30% tổng lượng chất thải rắn đô thị. Theo Ngân hàng Thế giới (1999), các nước có thu nhập cao khác cũng có tỷ lệ giấy trong chất thải cao. Một số nước như Trung Quốc và Thổ Nhĩ Kỳ do sử dụng than làm nhiên liệu chủ yếu để đốt và sưởi, vì vậy thành phần xỉ/tro rất lớn trong các dòng chất thải của hai nước này.

Tại châu Âu, thành phần chất thải rắn đô thị cũng rất khác nhau giữa các nước theo vùng địa lý. Các nước Nam Âu như Tây Ban Nha, Italia và Bồ Đào Nha có tỷ lệ chất thải thức ăn, chất thải vườn cao hơn các nước Bắc Âu như Phần Lan, Đan Mạch, Pháp, Anh, trong khi tỷ lệ thành phần giấy trong các dòng chất thải đô thị của các nước Bắc Âu lại nhiều hơn các nước Nam Âu. Ireland và Thụy Sỹ có tỷ lệ thành phần nhự tổng hợp cao, Pháp và Đức có tỷ lệ thành phần thuỷ tinh cao và Đan Mạch có tỷ lệ thành phần kim loại cao trong dòng chât thải rắn đô thị.

1.3. Tiêu huỷ chất thải

Đối với các nước châu Á, chôn lấp chất thải rắn vẫn là phương pháp phổ biến để tiêu huỷ  vì chi phí rẻ. Trung Quốc và Ấn Độ có tỷ lệ chôn lấp tới 90%. Tỷ lệ thiêu đốt chất thải của Nhật Bản và Đài Loan (TQ) vào loại cao nhất, khoảng 60-80%. Hàn Quốc chiếm tỷ lệ tái chế chất thải cao nhất, khoảng trên 40%.

Các bãi chôn lấp chất thải được chia thành 3 loại: bãi đổ lộ thiên, bãi chôn lấp bán vệ sinh (chỉ đổ đất phủ) và bãi chôn lấp hợp vệ sinh. Chất lượng của các bãi chôn lấp chất thải  liên quan mật thiết với GDP. Các bãi chôn lấp hợp vệ sinh thường thấy ở các nước có thu nhập cao, trong khi đó các bãi đổ hở phổ biến ở các nước đang phát triển. Tuy vậy, các nước đang phát triển đã có nỗ lực cải thiện chất lượng các bãi chôn lấp, như Thổ Nhĩ Kỳ đã cấm các bãi đổ hở năm 1991 và ấn Độ đã hạn chế chôn lấp các loại chất thải khó phân huỷ sinh học, chất thải trơ và các loại chất thải có thể tái chế.

Thiêu đốt là phương pháp tiêu huỷ tốn kém về xây dựng và vận hành. Trong 10 năm qua, lượng chất thải tiêu huỷ bằng phương pháp thiêu đốt chiếm tới 73-78%. Từ cuối những năm 90, Hàn Quốc và Đài Loan đã áp dụng phương pháp thiêu đốt nhiều hơn để xử lý chất thải rắn. Do tốn kém, phương pháp thiêu đốt chất thải nói chung không được chấp nhận ở nhiều nước, thậm chí trường hợp của Philipin cấm thiêu đốt chất thải rắn đô thị, chất thải y tế và chất thải nguy hại, theo quy định của Đạo luật Không khí sạch năm 1999, RA8749.

Đối với chất thải hữu cơ, ủ phân compost là phương pháp tiêu huỷ chủ yếu. Ấn Độ và Philipin ủ phân compost tới 10% lượng chất thải phát sinh. Tại hầu hết các nước, tái chế chất thải đang ngày càng được coi trọng.

2. Tình hình xử lý chất thải rắn của một số nước

2.1. Singapo

Là một nước nhỏ, Singapo không có nhiều diện tích đất để chôn lấp chất thải rắn như những quốc gia khác nên đã kết hợp xử lý rác bằng phương pháp đốt và chôn lấp. Cả nước Singapo có 3 nhà máy đốt rác. Những thành phần chất thải rắn không cháy được chôn lấp ở bãi rác ngoài biển. Bãi chôn lấp rác Semakau được xây dựng bằng cách đắp đê ngăn nước biển ở một đảo nhỏ ngoài khơi Singapo. Rác thải từ các nguồn khác nhau sau khi thu gom được đưa đến trung tâm phân loại rác. Ở đây rác được phân loại ra những thành phần cháy được và thành phần không cháy được. Những chất cháy được được chuyển tới các nhà máy đốt rác còn những chất không cháy được được chở đến cảng trung chuyển, đổ lên xà lan để chở ra khu chôn lấp rác. Ở đây rác thải lại một lần nữa chuyển lên xe tải để đưa đi chôn lấp.

Các công đoạn trong hệ thống quản lý rác của Singapo hoạt động hết sức nhịp nhàng và ăn khớp với nhau từ khâu thu gom, phân loại, vận chuyển đến tận khâu xử lý bằng đốt hay chôn lấp. Xử lý khí thải từ các lò đốt rác được thực hiện theo qui trình nghiêm ngặt để tránh sự chuyển dịch ô nhiễm từ dạng rắn sang dạng khí. Xây dựng bãi chôn lấp rác trên biển sẽ tiết kiệm được đất đai trong đất liền và mở rộng thêm đất khi đóng bãi. Tuy nhiên việc xây dựng những bãi chôn lấp rác như vậy đòi hỏi sự đầu tư ban đầu rất lớn. Mặt khác, việc vận hành bãi rác phải tuân theo những qui trình nghiêm ngặt để đảm bảo sự an toàn của công trình và bảo vệ môi trường.

2.2. Thái Lan

Mặc dù công tác xử lý chất thải rắn được đánh giá cao là có hiệu quả và an toàn, song theo bản báo cáo về môi trường ở Thái Lan của năm 2003 thì Thái Lan vẫn còn rất nhiều vấn đề về chất thải cần phải giải quyết. Bằng những nỗ lực của mình, Thái Lan đã xây dựng được một cơ sở có thể xử lý khối lượng lớn chất thải đồng thời thành công trong việc kiểm soát nạn vứt rác bừa bãi tại Băng Cốc. Tuy nhiên, vần còn tình trạng các loại chất thải bệnh viện và chất thải công nghiệp được đem đi chôn lấp tại những bãi rác đã cũ và xử lý kém.

Theo Ngân hàng thế giới (WB), thì Thái Lan cần phải triển khai một chương trình nhằm cải thiện việc xử lý chất thải tại các bệnh viện cũng như các trung tâm lớn của thành phố. Được biết, hiện tại ở Thái Lan hàng năm có tới khoảng 10.000 chất thải lây nhiễm bệnh được thải ra. Trong đó chỉ khoảng một nửa được xử lý cẩn thận trước khi đem chôn. Tỷ lệ tái sản xuất và sử dụng lại các loại chất thải tại Thái Lan hiện giờ đang có chiều hướng giảm (chỉ khoảng 11% số rác thải có khả năng tái sử dụng được tái sản xuất). Như vậy là còn tới 4,5 triệu tấn rác thải có khả năng tái chế (trị giá khoảng 1,6 tỷ Baht) bị vứt bỏ. Những loại rác thải có khả năng tái chế  bao gồm: nhựa, thuỷ tinh, giấy và kim loại.

Hàng năm tại Thái Lan có tới 22 triệu tấn chất thải phát sinh. Dự báo con số này có thể sẽ tiếp tục tăng lên trong những năm tới. Nếu không có biện pháp cấp bách, tỷ lệ tái chế vẫn còn thấp như hiện nay thì có lẽ đến cuối thập kỷ này, số lượng chất thải đô thị sẽ tăng 25%, còn chất thải độc hại của ngành công nghiệp sẽ tăng 35%. WB đã khuyến nghị Thái Lan cần phải đẩy mạnh chương trình tái chế. Đối với người dân, họ cần được khuyến khích phân loại và tái sử dụng những vật dụng trong gia đình mình. Đồng thời cần ưu tiên phát triển những ngành tư nhân và những chương trình tái chế chất thải công nghiệp.

Ở Thái Lan, việc phân loại rác được thực hiện ngay từ nguồn. Người ta chia ra 3 loại rác và bỏ vào 3 thùng riêng: những chất có thể tái sinh, thực phẩm và các chất độc hại. Các loại rác này được thu gom và chở bằng các xe ép rác có màu sơn khác nhau.

Rác tái sinh sau khi được phân loại sơ bộ ở nguồn phát sinh được chuyển đến nhà máy phân loại rác để tách ra các loại vật liệu khác nhau sử dụng trong tái chế. Chất thải thực phẩm được chuyển đến nhà máy chế biến phân vi sinh. Những chất còn lại sau khi tái sinh hay chế biến phân vi sinh được xử lý bằng chôn lấp. Chất thải độc hại được xử lý bằng phương pháp thiêu đốt.

Việc thu gom rác ở Thái Lan được tổ chức rất chặt chẽ. Ngoài những phương tiện cơ giới lớn như xe ép rác được sử dụng trên các đường phố chính, các loại xe thô sơ cũng được dùng để vận chuyển rác đến các điểm tập kết. Rác trên sông, rạch được vớt bằng các thuyền nhỏ của cơ quan quản lý môi trường. Các địa điểm xử lý rác của Thái Lan đều cách xa trung tâm thành phố ít nhất 30 km.

2.3.  Malaixia

Năm 1998, theo báo cáo, mỗi người dân Malaixia đã tạo ra 0,75 kg chất thải rắn đô thị (CTRĐT)/ngày, năm 2004 tăng tới1,2 kg. Khoảng 76% CTRĐT phát sinh ở nước này đã được thu gom, song chỉ có 1,2% được tái chế, số còn lại được chuyển đến 144 bãi chôn lấp. Dù gặp khó khăn trong việc tìm kiếm các địa điểm làm bãi chôn lấp chất thải, song phương pháp này vẫn là phương pháp xử lý có chi phí thấp hơn cả, chỉ 9,2 USD/tấn, trong khi đó thiêu đốt và ủ phân là 131,6USD/tấn và 56,8 USD/tấn.

Mức độ phát sinh chất thải tính bình quân đầu người giữa các địa phương, dao động từ 0,25kg/người/ngày đến 2 kg/người/ngày. Các địa phương nằm trong khu vực miền Đông chậm phát triển là Sabath và Sarawak có mức phát sinh chất thải bình quân đầu người là 0,7 và 0,97 kg/người/ngày, còn ở các bang miền Đông Kelantan, Terengganu và Pahang là 0,71. Các bang miền Nam Johor và Melaka là 1,12 kg/người/ngày. Ở các bang miền trung Selangor và Negeri Sembilan, lượng chất thải phát sinh là 1,07kg/người/ngày, trong khi đó ở thủ đô Kuala Lumpur là 2 kg/người/ngày. Tốc độ đô thị hoá cao có xu hướng tạo ra nhiều CTRĐT hơn, có thể dẫn tới những thay đổi trong tiêu thụ và thu nhập.

Tốc độ phát sinh

Tốc độ phát sinh chất thải rắn hàng ngày dao động từ 45 tấn đến 3000 tấn. Kuala Lumpur đã phát sinh lượng chất thải cao nhất nước, xấp xỉ 3000 tấn/ngày. Khối lượng chất thải phát sinh phụ thuộc vào nguồn phát sinh và các hoạt động chính diễn ra trong khu vực. Lượng chất thải sinh hoạt lớn nhất ở Johor Bharu chiếm 31%, ở Kuala Terengganu là 80%. Thành phần chất thải rắn của các ngành công nghiệp ở các địa phương khác nhau rõ rệt.

Ở một số khu vực như Kuatan, tỷ lệ chất thải công nghiệp cao hơn chất thải sinh hoạt. Với tốc độ phát sinh chất thải công nghiệp là 3%/năm, thì cần phải nhanh chóng có biện pháp khắc phục lâu dài để tránh suy thoái môi trường.

Thành phần chất thải 

Theo kết quả quan trắc, đặc điểm và thành phần chất thải ở Malaixia thay đổi theo mức độ ảnh hưởng và tốc độ đô thị hoá của khu vực. Gần 38% tổng số chất thải thu gom mỗi ngày được tái chế. Thành phần chất thải thường là 14% giấy, 16% chất dẻo, 3% kim loại và 5% thuỷ tinh, chỉ có gần 47% chứa nguyên liệu dễ bị phân huỷ có thể dùng để ủ phân.

Chất thải thu gom được tại các bãi chôn lấp của  Malaixia gồm nhiều loại phế thải khác nhau, hầu như không thể tách được các nguyên liệu tái chế. Dữ liệu thu được cho thấy, nhiều khả năng tái chế và ủ phân có thể được kết hợp vào các chương trình quản lý chất thải.Vì vậy, nhờ áp dụng hệ thống quản lý chất thải tổng hợp, việc quản lý chất thải có hiệu quả và năng suất cao có thể làm tăng tuổi thọ bãi chôn lấp và thu hồi nguyên liệu đạt kết quả  trong các quy trình thu hồi. Bằng biện pháp quản lý này có thể xử lý tới 87% tổng số CTRĐT phát sinh hay 14800 tấn/ngày. Ở Malaixia, thành phần chiếm tỷ lệ cao nhất trong hầu hết các bãi chôn lấp là chất thải hữu cơ có tỷ lệ trung bình là 46,7%, thấp hơn là chất dẻo 14% và giấy 15%.

Thành phần chất thải và phát sinh chất thải dường như phụ thuộc vào mức thu nhập của người dân. Người dân có thu nhập cao thường tạo ra nhiều chất thải hơn so với các nhóm người có thu nhập thấp và trung bình. Ở nhóm người có thu nhập cao, tỷ lệ phát sinh trung bình chất thải trong một ngày là 1,7 kg/ người. Ở nhóm người có thu nhập trung bình là 0,71 kg/người/ngày. Ở nhóm người có thu nhập thấp là 0,80 kg/người/ngày. Tỷ lệ chất thải từ thực phẩm dao động từ 34% đối với nhóm có thu nhập trung bình lên tới 44% của nhóm thu nhập cao. Chất thải từ thực phẩm là một trong những thành phần chính góp phần làm cho dòng thải hữu cơ chiếm tỷ lệ cao ở Malaixia. Cùng với chất thải thực phẩm, các nhóm này còn tạo ra khối lượng lớn chất thải từ giấy và chất thải nhựa.

Thu hồi   

Mỗi ngày, lợi nhuận thu hồi các chất có thể tái chế trong CTRĐT mỗi tấn trị giá 13 USD. Trong tổng này gồm chất dẻo 3,90 USD, giấy là 1,30 USD, kim loại là 7,50 USD và thuỷ tinh là 0,36 USD, tạo ra 223.700 USD mỗi ngày từ tổng lượng CTRĐT của Malaixia là 17.000 tấn.

Do thành phần chất thải dễ bị thối rữa trong CTRĐT của Malaixia tăng từ 38%-58%, trung bình là 46,7%, do vậy việc áp dụng hệ thống ủ phân sẽ là phương pháp hiệu quả để giảm khối lượng chất thải ở các bãi chôn lấp. Phương pháp này có thể thực hiện được nhờ các chất phụ gia khác nhau thúc đẩy quá trình ủ phân và  tạo ra tỷ lệ tiêu chuẩn giữa cacbon và nitơ (C/N) trong phân compost.Với khả năng tái chế là 50%, sản xuất phân compost bằng cách ủ phân sẽ đạt 5600 tấn/ngày, khoảng 2 triệu tấn/năm. Khối lượng phân compost gần 4000 tấn/ngày có thể được bán với giá 0,50 USD/kg, như vậy sẽ thu được khoảng 2 triệu USD. Với chi phí ủ phân là 86 USD/tấn, mỗi năm lợi nhuận thực thu được bằng phương pháp này là gần 511 triệu USD.

Kế hoạch tương lai

Tái chế là chiến lược quan trọng để duy trì không gian của các bãi chôn lấp và bảo tồn các nguồn tài nguyên thiên nhiên, chỉ được số ít người tham gia thực hiện. Tuy nhiên, để nâng cao nhận thức của người dân quan tâm tới các vấn đề môi trường, đòi hỏi phải có một hệ thống thu gom thuận lợi, dễ dàng lồng ghép vào cơ sở hạ tầng hiện có.

Ngày nay, nhờ sự hợp tác giữa các chính phủ , Công ty trách nhiệm hữu hạn Alam Flora – công ty quản lý chất thải của tư nhân – Các tổ chức phi chính phủ (NGOs)và công chúng, tỷ lệ tái chế đã đạt được ít nhất là 3% và có thể lên tới 5%. Bên cạnh việc ủ phân hay thu hồi, phương pháp khác sẽ là xử lý nhiệt để thu hồi năng lượng thông qua  sản xuất nhiên liệu từ chất thải (RDF). Quy trình này sử dụng một phần chất thải rắn dễ cháy làm các viên nhỏ đốt cháy tự do, như vậy có thể làm giảm khoảng 30% khối lượng CTRĐT.

Áp dụng công nghệ RDF sẽ tiết kiệm 40 000 USD/ngày và tạo ra khoản thu là 67 100 USD  Tuy nhiên, giảm thiểu chất thải cần phải trở thành mục tiêu của kế hoạch tương lai hơn là chỉ xử lý chất thải.

2.4. Trung Quốc

Mức phát sinh trung bình lượng chất thải rắn ở Trung Quốc là 0,4kg/người/ngày, ở các thành phố mức phát sinh cao hơn là 0,9kg/người/ngày, so với Nhật Bản tương ứng là 1,1 kg/người/ngày và 2,1kg/người/ngày. Tuy nhiên, do mức sống tăng, mức phát sinh  chất thải  rắn trung bình vào năm 2030 sẽ vượt 1 kg/người/ngày. Sự tăng tỷ lệ này do dân số đô thị tăng nhanh, dự báo sẽ tăng gần gấp đôi, từ 456 triệu năm 2000 lên 883 triệu vào năm 2030. Điều này  làm cho tốc độ phát sinh chất thải rắn Trung Quốc sẽ tăng lên nhanh chóng

Chất thải rắn đô thị của Trung Quốc chứa một lượng lớn tro thải ( gần 25 triệu tấn /năm hoặc chiếm 13%) lượng chất thải hữu cơ chiếm 40 -65%. Chất thải là giấy, nhựa và giấy phủ nhựa tăng nhanh. Các nước phát triển, như Hoa Kỳ  hoặc EU có lượng chất thải giấy trong chất thải rắn đô thị cao gấp 10 lần so với Trung Quốc. Ước tính khoảng 20% chất thải rắn đô thị phát sinh ở Trung Quốc được thu gom và xử lý phù hợp, mặc dù hàng năm chính phủ đầu tư khoảng 30 tỷ nhân dân tệ (3,7 tỷ USD) cho quản lý chất thải rắn. Số chất thải không thu gom được đổ vào các sông, đốt thành đống, đổ thành đống hoặc xử lý không theo quy định. Tuy nhiên, trong 10 năm qua Trung Quốc đã có những cải thiện đáng kể trong lĩnh vực quản lý chất thải. Hầu hết các thành phố lớn đều chuyển sang chôn lấp hợp vệ sinh và sử dụng nhiều hơn các công nghệ thiêu đốt. Vào những năm 90 WB thông báo các bãi chôn lấp thiếu quản lý là vấn đề nan giải gay gắt nhất của Trung Quốc, do thiếu kiểm soát việc thoát khí mêtan và các khí nhà kính khác, các hoá chất gây ung thư, nước rác độc hại thấm vào nguồn nước ngầm và những mối nguy hiểm về sức khoẻ và môi trường khác

Việc phân loại và tái chế chất thải rắn ở Trung Quốc được tiến hành bằng lao động thủ công. Một Báo cáo môi trường chính thức của Trung Quốc cho biết khoảng 1,3 triệu người làm  nghề thu gom chất thải, bao gồm những người quét dọn đường phố do chính quyền địa phương trả lương Khoảng 2,5 triệu người sống bằng nghề bới rác, phần lớn là những người nghèo. ở Trung Quốc chưa có hệ thống chính thống để phân loại và tách chất thải.

Ủ phân compost là một phương pháp khả thi ở Trung Quốc, vì trên 50% lượng chất thải có chứa các chất hữu cơ có thể phân huỷ sinh học. Tuy nhiên, những nỗ lực sản xuất compost bị hạn chế bởi việc tách thuỷ tinh, nhựa và các hoá chất khác không phù hợp trong nguyên liệu làm compost.

Chôn lấp chất thải là phương pháp xử lý phổ biến nhất ở Trung Quốc. Hiện nay, 660 thành phố có khoảng 1000 bãi chôn lấp lớn, chiếm hơn 50 000 ha đất và ước tính trong 30 năm tới Trung Quốc sẽ cần tới 100 000 ha đất để xây dựng các bãi chôn lấp mới. Trong thập kỷ qua, Trung Quốc mới bắt đầu xây dựng các bãi chôn lấp hợp vệ sinh và phần lớn chất thải rắn vẫn đang gây ra các vấn đề nan giải về môi trường. Nhìn chung, chất lượng các bãi chôn lấp của Trung Quốc không cao theo các tiêu chuẩn của phương Tây. Trên các bãi chôn lấp có cả người , động vật hoạt động, đặc biệt các bãi chôn lấp không có hệ thống xử lý nước rác, kiểm soát khí thải, không được phủ đất.

Thiêu đốt chất thải rắn đô thị ở Trung Quốc bắt đầu vào cuối những năm 80 và phát triển nhanh chóng vào những năm 90. Số liệu chính xác nhất về trạm thiêu đốt chất thải thu hồi năng lượng năm 2003 trên thực tế là 19, với tổng công suất là 7000 tấn/ngày. Con số này là rất nhỏ đối với một đất nước rộng lớn, trong khi Đài Loan (TQ) là 21 trạm, phục vụ số dân là 22 triệu người, Hoa Kỳ là trên 50 trạm.

2.5. Hồng Kông

Hồng Kông là thành phố đông đúc và náo nhiệt với số dân khoảng 6,9 triệu người, là một trong những khu vực có mật độ dân cư lớn nhất thế giới, mỗi ngày thải ra khoảng 7.700 tấn chất thải.

Cơ quan bảo vệ môi trường Hồng Kông (EPD) đã phân các chất thải thành nhiều loại khác nhau, mỗi loại chất thải đòi hỏi phải có phương pháp xử lý riêng.

CTRĐT bao gồm chất thải rắn từ các nguồn sinh hoạt, thương mại và công nghiệp. MSW được xử lý bằng các biện pháp chôn lấp. Loại chất thải khác, đó là chất thải xây dựng (từ hoạt động xây dựng, nâng cấp và phá huỷ các công trình), chất thải hoá học và các loại chất thải đặc biệt chôn lấp chất thải y tế, chất thải từ vật nuôi, chất phóng xạ, đồ dùng chứa dầu và bùn thải.

Thách thức đối với Hồng Kông là việc quản lý các loại chất thải đang gia tăng (kể từ năm 1986 tăng 3% mỗi năm) và việc tìm kiếm các bãi đổ chất thải thay thế bãi chôn lấp hiện nay đã quá tải.Với sự gia tăng về dân số và kinh tế phát triển, năm 1990, lượng chất thải sinh hoạt tính theo đầu người tăng từ 0,95 lên 1,11 kg/người/ngày trong năm 2002. Với tình trạng này, Hồng Kông sẽ hết nơi chôn lấp chất thải sớm hơn dự tính.

Ở Hồng Kông, EPD quản lý các phương tiện thu gom, vận chuyển, xử lý và tiêu hủy các loại chất thải. Mô hình quản lý chất thải này dựa trên điều kiện môi trường đô thị đặc trưng với khoảng không gian chật hẹp và mật độ dân số cao. EPD giám sát việc xây dựng Trung tâm xử lý chất thải hoá học, 3 bãi chôn lấp chiến lược và mạng lưới các trạm trung chuyển chất thải.

Hồng Kông cũng đang từng bước loại bỏ các bãi chôn lấp cũ, không hợp lý về mặt môi trường, cải tạo chúng thành những nơi an toàn, mở rộng làm khu vui chơi, giải trí như sân vận động và sân gôn. Các trạm trung chuyển chất thải là những điểm tập trung thu gom để vận chuyển chất thải đến các bãi chôn lấp. Chất thải từ những xe thu gom nhỏ được nén chặt và chuyển sang các công-ten-nơ, sau đó đưa ra bãi chôn lấp ở địa phương bằng các loại xe tải hoặc đưa ra biển bằng các xuồng lớn. Hiện nay, ở Hồng Kông có 8 trạm trung chuyển chất thải.

Trạm trung chuyển đầu tiên của Hồng Kông, nằm ở thị trấn Kennedy gọi là Trạm trung chuyển phía Tây đảo. Được xây dựng ở sườn núi, hàng năm trạm xử lý khoảng 7 triệu tấn chất thải đô thị, trung bình là 130 xe tải  trong một ngày.

Khi mỗi xe vận chuyển chất thải đến đều được xác định trọng lượng, sau đó được đưa vào các bãi rộng chứa rác ở một trong 12 vịnh và đưa vào máy ép. Tại đó, chất thải được xử lý: Vật liệu rắn được nén và đẩy vào trong công-ten-nơ cao 7m, sau đó được đóng kín. Mỗi công-ten-nơ có thể chứa 15 tấn chất thải đã được nén chặt hoặc đưa vào 5 đến 6 xe tải trung bình.

Chất thải dạng lỏng được xử lý sinh học nhờ quá trình sục khí được lặp đi lặp lại và được tái sử dụng. Xe vận chuyển chất thải lỏng phải đưa đi rửa nhiều lần trước khi cân lại và rời khỏi  trạm trung chuyển. Thậm chí nước rửa cũng được thu gom, xử lý và tái sử dụng. Sau đó các công-ten-nơ chứa đầy chất thải chuyển đến bãi chôn lấp ở khu vực mới phía Tây bằng đường biển.

Tất cả các công nghệ xử lý được đặt trong hang đá gồm: Thiết bị xử lý nước thải, các hệ thống thông gió được trang bị thiết bị hút mùi, hàng rào chống ồn, máy quét đường và máy hút bụi công-ten-nơ. Các trạm xử lý được tạo cảnh quan hài hòa với môi trường xung quanh. Như vậy, sẽ không có tiếng ồn, mùi, bụi và nhiệt độ nóng đối với những thiết bị. Trạm trung chuyển có thể xử lý một nửa lượng chất thải hàng ngày ở Hồng Kông.

Trạm trung chuyển chất thải ở phía Đông đảo được đặt tại Sun Yip, thuộc Chai Wan. Tất cả các quá trình xử lý của trạm giống như trạm ở phía Tây, những trạm nằm trong khu vực các toà, giữa các cao ốc văn phòng được rào chắn xung quanh.

Nước thải và chất thải từ 8 trạm trung chuyển chất thải đều được kiểm soát. Tất cả các dòng thải đáp ứng tiêu chuẩn thải theo Biên bản kỹ thuật dự thảo về quy định kiểm soát ô nhiễm nước. Lượng chất thải được xác định và các mẫu được gửi đi phân tích ở phòng thí nghiệm.

Những thuận lợi trong việc sử dụng các trạm trung chuyển thay cho việc vận chuyển trực tiếp chất thải đến bãi chôn lấp, bao gồm:

– Rút ngắn thời gian, khoảng cách cho những người thu gom chất thải, khi các trạm trung chuyển được đặt tại các khu vực đô thị;

– Tạo cho người thu gom chất thải tư nhân có nhiều lựa chọn trong việc loại bỏ chất thải;

– Môi trường ở các trạm trung chuyển sạch, có lợi cho những người thu gom chất thải, giảm chi phí bảo dưỡng các loại phương tiện;

– Giảm khoảng cách kéo xe đẩy, do đó giảm phát thải các chất gây ô nhiễm trong không khí và ít gây tiếng ồn cho môi trường.

2.6. Thụy Điển   

Tháng 12/2003, Chính phủ Thụy Điển đã chỉ đạo Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) lập Kế hoạch chất thải quốc gia. Hiện nay EPA Thụy Điển đang dự kiến kế hoạch sửa đổi vào cuối năm 2010. So với 10 năm trước đây, công tác quản lý chất thải ở Thụy Điển đã làm cho việc sử dụng hiệu quả tài nguyên tăng lên nhiều và ít gây tác động môi trường hơn. Những thành công gồm:

• Chất thải sinh hoạt được đưa đi chôn lấp giảm từ 1,38 triệu tấn trong năm 1994 xuống 0,38 triệu tấn trong năm 2004;
• Năm 2004, khoảng 1,3 triệu tấn các vật liệu và 5,7 teraWat-giờ (TWh = 10¹² Wat-giờ) năng lượng dưới dạng nhiệt và điện năng được thu hồi từ chất thải sinh hoạt;
• Việc chôn lấp các loại chất thải khác cũng giảm. Trong năm 2004, khoảng 2,1 triệu tấn chất thải, trừ chất thải sinh hoạt được chôn lấp ở ngoài các khu công nghiệp, giảm 56% kể từ năm 1994;
• Phát thải do thiêu đốt chất thải đã giảm, mặc dù khối lượng chất thải được đem đi thiêu đốt tăng lên rõ rệt. Luật châu Âu yêu cầu, đến năm 2008 cần giảm bớt các điểm chôn lấp chất thải ở Thụy Điển để đạt mục tiêu dài hạn về chôn lấp chất thải an toàn.

Xử lý chất thải

Những thành phố tự trị chịu trách nhiệm thu gom và xử lý chất thải sinh hoạt và các loại chất thải tương tự. Trừ chất thải sinh hoạt mà các nhà sản xuất chịu trách nhiệm (như bao bì đóng gói, giấy báo, lốp xe, ô tô và chất thải từ các sản phẩm điện và điện tử). Đối với chất thải khác, trách nhiệm tuỳ thuộc vào chủ cơ sở sản xuất, kinh doanh, nơi chất thải phát sinh.

Theo số liệu báo cáo của Hiệp hội quản lý chất thải Thuỵ Điển, trong năm 2004, tổng khối lượng chất thải sinh hoạt lên tới 4,17 triệu tấn, tương tự như năm 2003. Khối lượng  này gồm chất thải sinh hoạt và chất thải khác như chất thải đựng trong các thùng và túi, chất thải cồng kềnh, kể cả chất thải từ vườn, chất thải nguy hại và chất thải từ các cửa hàng, công ty, các ngành công nghiệp và các nhà hàng. Ngoài ra, một phần chất thải sinh hoạt thuộc trách nhiệm quản lý của các nhà sản xuất, mặc dù nó không thuộc trách nhiệm của cơ quan quản lý chất thải đô thị. Một số loại chất thải sinh hoạt nhập khẩu lại không được tính. Việc tái chế vật liệu (gồm giấy loại, chất thải đóng gói, chất thải điện và điện tử) chiếm 33,2% chất thải sinh hoạt được xử lý; tăng 1,8% so với năm 2003.

Việc tách chất thải nguy hại khỏi chất thải sinh hoạt giảm xuống với khối lượng 25.700 tấn, tương đương với 3,6%, mặc dù những nỗ lực về thu gom chất thải tăng lên. So với năm 2003, chất thải nguy hại chiếm 0,6% tổng khối lượng chất thải sinh hoạt được thu gom. Thiết bị CTĐT nằm trong loại vật liệu tái chế. Việc thu hồi các sản phẩm này cũng tăng lên, tương ứng với năm 2004 là 9,6 kg/người.

Chôn lấp:  Lượng chất thải sinh hoạt được đem đi chôn lấp giảm xuống rõ rệt và năm 2004 là 0,38 triệu tấn. Cho đến thời điểm hiện nay, lần đầu tiên lượng chất thải được đưa đi chôn lấp chiếm gần 10%.

Xử lý sinh học: Trong năm 2004, 10,4% (0,43 triệu tấn) chất thải sinh hoạt phải qua quá trình xử lý sinh học, tăng 7,7% kể từ năm 2003. Lượng chất thải được phân loại tại nguồn gồm: 0,11 triệu tấn chất thải thực phẩm, 0,14 triệu tấn chất thải xanh (ở các công viên và các khu vườn), 18.000 tấn chất thải sinh hoạt được tách tại nguồn và ước tính có 70.000 tấn chất thải sinh hoạt được ủ phân tại nhà. Có khoảng 48 kg chất thải sinh học/người (gồm chất thải xanh và chất thải thực phẩm) được xử lý. Theo báo cáo của RVF, việc phân loại chất thải thực phẩm tại nguồn sẽ được tiến hành tại hơn một nửa số thành phố tự trị ở Thuỵ Điển vào năm 2010.

Hiện nay, 110 thành phố tự trị cho phép công dân của họ phân loại chất thải thực phẩm để xử lý tập trung. Trong đó, 20-30% lượng chất thải trong thùng và túi đựng từ các hộ gia đình được phân loại. Khoảng 43% chất thải của các hộ gia đình gồm cả chất thải thực phẩm và 7% chất thải vườn. Hệ thống thu gom phổ biến nhất cho những ngôi nhà riêng là 2 thùng rác khác nhau, một chiếc dùng để đựng chất thải sinh học và một chiếc dùng để đựng các loại chất thải khác. Hệ thống thu gom phổ biến tiếp theo là phân loại bằng trực quan, các túi nilông có màu sắc khác nhau được đặt trong thùng rác tương tự, thường đặt trong 3 thùng khác nhau.

Biến chất thải thành năng lượng: Hiện nay ở Thuỵ Điển có 29 nhà máy thiêu đốt chất thải sinh hoạt. Trong năm 2004, các nhà máy này đã xử lý được 1,94 triệu tấn hay 46,7% chất thải sinh hoạt, tăng 4,1 % so với năm 2003. Năm 2005, ở Thuỵ Điển tổng lượng chất thải sinh hoạt được thiêu đốt là 216 kg /người. Một số nhà máy lưu giữ chất thải trong khoảng thời gian một năm, thường để dưới dạng đóng kiện, sau đó chất thải có thể được đưa đi thiêu đốt vào mùa lạnh trong năm, khi nhu cầu về nhiệt tăng cao.

Năm 2004, khoảng 9,3 TWh năng lượng được sản xuất từ chất thải dưới dạng nhiệt và điện năng (trong đó 8,6 TWh ở dạng nhiệt – tương đương với khoảng 950 kWh/người/năm và 0,74 TWh dạng điện năng). So với nhiều quốc gia khác ở châu Âu, Thụy Điển là nơi duy nhất có các hệ thống nhiệt phát triển mạnh trong khu vực. Khoảng 95% nhiệt phát ra được sử dụng vào việc sưởi ấm trong khu vực, chiếm 15% tổng nhu cầu ở Thuỵ Điển, nhưng ở một số thành phố, nhiệt thu được từ chất thải có thể đáp ứng tới một nửa nhu cầu sử dụng.

Hầu hết tất cả phát thải do quá trình thiêu đốt trong năm 2004 đã giảm xuống so với năm 2003, mặc dù lượng chất thải được đem đi thiêu đốt tăng lên không đáng kể. Vào giữa những năm 1980, phát thải điôxin hầu như đã giảm xuống. Trong năm 2004, tổng lượng điôxin phát ra từ quá trình thiêu đốt chất thải là 0,7g, một phần đã thải vào không khí. Sau quá trình thiêu đốt, phần còn lại gồm xỉ từ lò đốt (chiếm 15-20% trọng lượng ban đầu của chất thải) và tro do quá trình xử lý khí thải ống khói (chiếm 3-5% trọng lượng ban đầu của chất thải). Hầu hết xỉ là phần tro nằm ở đáy, một dạng vật liệu trơ, giống như sỏi nhưng cũng có một số kim loại vụn được tái chế. Hầu hết xỉ được đem đi chôn lấp, nhưng tro ở đáy lại được sử dụng, ví dụ dùng làm vật liệu xây dựng đường xá.

2.7. Bungari

ở Bungari việc thu gom chất thải đô thị có tổ chức đạt 84,2% trong dân, gồm hầu hết cư dân ở các thành phố, trong khi ở nông thôn chỉ chiếm gần 40%. Việc phân loại và tái chế chất thải triển khai vẫn còn chậm.

Chôn lấp chất thải là biện pháp để xử lý chất thải đô thị, biện pháp cơ bản cho tất cả các loại chất thải khác, chiếm 86,5% chất thải phát sinh. Phần lớn các bãi chôn lấp đều không tuân theo quy định và gây rủi ro cao cho sức khoẻ. Vẫn còn tới hơn 1500 bãi đổ chất thải bất hợp pháp. Việc ủ phân và thu hồi năng lượng ở Bungari còn ít.

Phát sinh chất thải

Vào năm 2001-2004, lượng chất thải phát sinh trung bình ở Bungari là 13,45 triệu tấn. Đến giai đoạn 2000-2004, khối lượng chất thải rắn đô thị được thu gom đã giảm xuống, mặc dù một phần dân số được đáp ứng các dịch vụ tăng lên 6%. Phát sinh chất thải rắn đô thị  trên đầu người trong năm 2004 là 472 kg; dưới mức trung bình của EU-25 là 537 kg và thấp hơn đáng kể so với mức trung bình của EU-15 là 580 kg. Lượng chất thải rắn đô thị được thu gom trong năm 2004 là 3,09 triệu tấn, ít hơn năm 2003 là 4%.

Thu gom chất thải

Cuối năm 2004, 84,2% dân số Bungari được đáp ứng bởi hệ thống thu gom chất thải đô thị có tổ chức, nhiều hơn 5,6% so với năm 2000. Trong năm 2004, các hệ thống hoạt động thu gom và vận chuyển chất thải đô thị này đáp ứng 1801 khu dân cư, với số dân là 6.551.181 người, chiếm 84% dân số cả nước. Ở các thành phố, hệ thống thu gom chất thải có tổ chức đáp ứng gần 100% dân số, nhưng ở các làng quê chỉ dưới 40% dân số được đáp ứng.

Từ năm 2004, Bộ Môi trường và Nước (MOEW) bắt đầu cung cấp tài chính cho các hệ thống thu gom  riêng chất thải là bao gói ở đô thị. Năm 2004, các dự án thí điểm được tài trợ ở 12 thành phố tự trị, 4 tổ chức thu hồi chất thải bao gói được cấp phép và tổng lượng các thùng đóng gói đưa ra thị trường là 446 nghìn tấn.

Chất thải bao gói phát sinh từ các hộ gia đình và lĩnh vực thương mại chiếm tỷ lệ  từ 41% đến 59%. Mức tiêu thụ các bao bì đóng gói tính theo đầu người năm 2004 là 57,47kg. So với các nước châu Âu khác, số lượng này là thấp và liên quan chặt chẽ với mức tiêu thụ trong nước.

Việc thu gom chất thải nguy hại để tái chế bị hạn chế bởi việc thu mua lại các pin chì-axít, các sản phẩm dầu và dầu thải đã sử dụng. Hệ thống thu gom một số nhóm chất thải đặc biệt nguy hại như đèn huỳnh quang, ác qui, chất thải hoá học kích thước nhỏ… chưa hoàn chỉnh.

Thiêu đốt

Ở Bungari, thiêu đốt chất thải không phải là biện pháp phổ biến. Hiện nay vẫn chưa có thiết bị thiêu đốt chất thải đô thị. Biện pháp thiêu đốt chỉ được sử dụng đối với chất thải y tế. Năm 2004, khoảng 1810 tấn chất thải y tế được xử lý tại 2 lò thiêu đốt chất thải nguy hại ở Sôfia. Các thiết bị thiêu đốt chất thải ở thành phố cảng Varna xử lý chất thải tổng hợp từ các tàu đến.

Chất thải tươi và gỗ được đốt trong các nồi hơi bằng nhiên liệu rắn. 91% chất thải công nghiệp đặc biệt của ngành công nghiêp chế biến gỗ chủ yếu được sử dụng làm nhiên liệu, 3% được ép thành than bánh và 6% được ủ phân. Quá trình thiêu đốt  đông thời được áp dụng trong các hệ thống thiêu đốt công nghiệp ở 5 nhà máy xi-măng – Tổng khối lượng chất thải đốt để thu hồi năng lượng tại các nhà máy là 2602 tấn.

Xử lý cơ học

Ở một số bãi chôn lấp của một vài thành phố tồn tại các trạm trung chuyển và các tuyến phân loại chất thải. Cơ sở xử lý chất thải đô thị hỗn hợp chiếm tỷ lệ cao trong tổng số các cơ sở xử lý chất thải. Tổng lượng chất thải khác có thể tái chế như  nhựa, thuỷ tinh, gỗ và các loại vải chỉ chiếm khoảng 2% chất thải được xử lý cơ học. Việc xử lý sơ bộ chất thải có khả năng phân huỷ sinh học là không đáng kể.

Xử lý hoá học và lý học

Xử lý hoá học và lý học chủ yếu được áp dụng đối với chất thải có chứa kim loại (khoảng 90%). Gần đây, người ta quan tâm đến việc xử lý các dầu thực vật dùng trong gia đình. Điêzen sinh học đã được sản xuất từ các loại chất thải này. Cô-ta cho loại “nhiên liệu sinh thái” đã được thiết lập. Ở Bungari, một hệ thống xử lý theo phương pháp này với công suất hơn 10 tấn/năm đã được lắp đặt vận hành.

Tái chế   

Theo ước tính, tổng công suất tái chế chất thải giấy và bìa các-tông khoảng 200.000  tấn/năm. Các cơ sở xử lý trong nước chủ yếu từ ngành công nghiệp bột giấy và giấy. Trong năm 2004, khoảng 82.000 tấn giấy được tái chế.

Việc xử lý chất thải nhựa được tập trung ở 3 nhà máy lớn trong nước với công suất khoảng 12.000 tấn/năm. Khối lượng thực tế chất thải được xử lý thấp hơn nhiều so với công suất, và quá trình xử lý hoàn toàn tập trung vào các vật liệu dạng lá với khối lượng khoảng 5400-7200 tấn/năm. Trong năm 2004, hệ thống tái chế chất thải có công suất 12000 tấn/năm đã được lắp đặt và đi vào hoạt động.

Thuỷ tinh thải được xử lý tại 6 nhà máy trong nước. Khối lượng chất thải thuỷ tinh được xử lý hàng năm là khoảng 15000 tấn/năm. Cơ sở hạ tầng cần thiết để phân loại, tách và xử lý chất thải thuỷ tinh ở Bungari hiện không còn tồn tại. Trong năm 2004, hệ thống  các nhà máy xử lý đã tái chế được 33.500 tấn thuỷ tinh thải.

Cơ sở hạ tầng kỹ thuật để xử lý chất thải từ các ăcquy được xây dựng ở Bungari. 3 xí nghiệp có hệ thống xử lý chất thải ắcquy với công suất khoảng 23.000 tấn/năm. Năm 2003, hai công nghệ xử lý vỏ lốp đã qua sử dụng được đưa vào hoạt động với tổng công suất là 4 tấn/giờ. Chỉ có một nhà máy được phép thu hồi dầu thải. Với công suất hiện nay 5000 tấn/năm, không cho phép tái chế toàn bộ lượng chất thải này. Theo số liệu của các nhà sản xuất, tái chế trở thành biện pháp xử lý chất thải là bao gói được sử dụng rộng rãi, chiếm 23% tổng lượng chất thải trong năm 2004. Tổng số 101.651 tấn chất thải bao gói được xử lý trong năm 2004, trong đó có 100.610 tấn được tái chế, 47 tấn thu hồi năng lượng và 995 tấn được chôn lấp. Ủ phân và thiêu đốt chất thải để thu hồi năng lượng chưa  phổ biến rộng rãi ở Bungari.

Chôn lấp chất thải

Việc chôn lấp chất thải hiện nay vẫn chỉ là biện pháp để xử lý chất thải đô thị trong nước và là biện pháp cơ bản cho tất cả các loại chất thải khác. Trong năm 2004, 86,5% tổng lượng chất thải phát sinh được đem đi chôn lấp. Có 663 bãi chôn lấp dành cho chất thải đô thị, chiếm 780 ha, đây là nơi chôn lấp 3,1 tấn chất thải đô thị. Trong số các bãi chôn lấp này, có 59 bãi chôn lấp đáp ứng nhu cầu của các khu dân cư với số dân là hơn 20.000 người, chiếm 70% dân số của cả nước.

Theo những cam kết liên quan đến chỉ thị 1999/31, đến ngày 16/7/2009, Bungari cần xây dựng hệ thống gồm 54 bãi chôn lấp (là các bãi chôn lấp trong khu vực) và sửa chữa lại các bãi chôn lấp đang tồn tại và xây dựng các bãi chôn lấp mới trong khu vực để xử lý toàn bộ khối lượng chất thải đô thị được thải ra. Đến cuối năm 2004, Bungari đã xây dựng và đưa vào hoạt động 20 bãi chôn lấp chất thải đô thị trong khu vực, 12 bãi đang xây dựng và số còn lại đang trong các giai đoạn chuẩn bị.

Công cụ  luật pháp và kinh tế

Luật bảo vệ môi trường và Luật quản lý chất thải cùng với quy định có liên quan là cơ sở  pháp lý cơ bản trong lĩnh vực quản lý chất thải ở Bungari. Năm 2003, Chương trình quản lý chất thải quốc gia Bungari 2003 – 2007 đã được triển khai thực hiện.

Những thành phố tự trị chịu trách nhiệm triển khai các Chương trình quản lý chất thải rắn đô thị theo mục tiêu xác định bởi Luật quản lý chất thải. Những yêu cầu cụ thể về quản lý chất thải cấp địa phương được đưa vào trong các quy định, đề ra thủ tục pháp lý và những thuật ngữ về quản lý chất thải đô thị, chất thải xây dựng và các chất thải khác. Các quy định cũng xác định lệ phí đối cho địa phương trong việc cung cấp các dịch vụ tương ứng.

Áp dụng biện pháp “người gây ô nhiễm phải trả tiền”, hội đồng các thành phố ở Bungari đã đề ra “phí chất thải đô thị” theo quy định trong Luật thuế và phí của địa phương. Hàng năm Hội đồng thành phố quy định phí cho từng khu dân cư.Theo Luật quản lý chất thải Bungari, các nhà sản xuất và nhà nhập khẩu sản phẩm phải có trách nhiệm thu gom,  thu hồi và xử lý chất thải từ các sản phẩm sau khi sử dụng.

3. Công nghệ xử lý chất thải làm phân bón ở một số nước

3.1. Công nghệ xử lý chất thải làm phân bón của Trung Quốc

Một trong những công nghệ phổ biến của các nhà máy xử lý rác thải như ở Bắc Kinh, Nam Ninh, Thượng Hải của Trung Quốc là áp dụng công nghệ xử lý rác thải trong thiết bị kín. Rác được tiếp nhận, đưa vào thiết bị ủ kín (phần lớn là hầm ủ) 10 -12 ngày, hàm lượng H₂S, CH₄, SO₂ giảm, được đưa ra ngoài ủ chín. Sau đó mới tiến hành phân loại, chế biến thành phân bón hữu cơ. Ưu điểm của phương pháp này là: sau 10-12 ngày mùi của H₂S giảm mới đưa ra ngoài, giảm nhẹ độc hại cho người lao động, thu hồi được nước rác để không ảnh hưởng tới tầng nước ngầm; thu hồi đợc sản phẩm tái chế, các chất vô cơ đưa đi chôn lấp không gây mùi, không ảnh hưởng tới tầng nước ngầm vì đã được ô xy hoá trong hầm ủ, thu hồi được thành phẩm phân bón. Công nghệ này cũng bộc lộ một số nhược điểm như: các vi sinh vật gây bệnh trong phân bón chưa được khử triệt để; tỷ lệ thu hồi thành phẩm không cao; thao tác, vận hành phức tạp; thể tích hầm ủ rất lớn và kinh phí đầu tư cao (hình 6).

Hình 6:   Sơ đồ công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt của Trung Quốc

3.2. Công nghệ xử lý chất thải làm phân bón của Công Hoà Liên bang Đức

Ở Đức, một trong những công nghệ phổ biến của nhà máy xử lý rác thải là áp dụng công nghệ xử lý để thu hồi khí sinh học và phân bón hữu cơ. Rác được tiếp nhận và phân loại, các chất thải hữu cơ được đưa vào các thiết bị ủ kín dưới dạng các thùng chịu áp lực bằng thiết bị thu hồi khí trong quá trình lên men phân giải hữu cơ, khả năng thu hồi được 64% CH₄ (trong quá trình lên men). Khí qua lọc được sử dụng vào việc chạy máy phát điện, làm chất đốt…. phần bã còn lại sau khi đã lên men được vắt khô tận dụng làm phân bón.

Công nghệ này có ưu điểm là xử lý triệt để đảm bảo môi trường; thu hồi được sản phẩm khí đốt có giá trị cao; thu hồi được sản phẩm làm phân bón; cung cấp nguyên vật liệu tái chế. Công nghệ này có một số nhược điểm: kinh phí đầu tư, duy trì lớn; sản phẩm khí đốt cần phải phân loại để không lẫn các tạp chất độc hoá học như; Pb, Hg, As, Cd….; chất lượng phân bón không cao (hình 7).

Hình 7:       Sơ đồ công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt của CHLB Đức

3.3. Công nghệ xử lý chất thải làm phân bón của Hoa Kỳ

Một trong những công nghệ phổ biến của nhà máy xử lý rác thải ở Hoa Kỳ là công nghệ xử lý trong thiết bị ủ kín nhưng không thổi khí. Phương pháp ủ kỵ khí này tuân theo các trình tự sau: Rác được tiếp nhận và tiến hành phân loại, chất thải hữu cơ được đưa vào các thiết bị ủ kín dưới dạng các lò ủ kín có phối hợp các chủng loại men vi sinh vật khử mùi, thúc đẩy quá trình lên men, sau đó đưa ra sấy khô, nghiền và đóng bao.

Công nghệ này có các ưu điểm là xử lý triệt để bảo vệ được môi trường; thu hồi phân bón; cung cấp được nguyên vật liệu tái chế cho các ngành công nghiệp; không mất kinh phí xử lý nước rác. Nhược điểm của phương pháp này là: kinh phí đầu tư lớn, kinh phí duy trì  cao, chất lượng phân bón thu hồi không cao, công nghệ phức tạp (hình 8).

Hình 8: Sơ đồ công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt của Hoa Kỳ

Như vậy, qua nghiên cứu 3 công nghệ trên cho thấy các công nghệ đều có chi phí đầu tư xây dựng lắp đặt, duy trì hoạt động cao; sản phẩm phân bón có chất lượng thấp; vận hành phức tạp; đòi hỏi hầm ủ có thể tích lớn, nên không phù hợp với điều kiện rác thải của Việt Nam do CTR không được phân loại từ đầu nguồn.

Hiện nay ở Nhật Bản và một số nước châu Âu đang sử dụng công nghệ xử lý chất thải bằng nhiệt phân và khí hoá. Đây là những công nghệ mới, tiên tiến cho phép thu hồi nguồn năng lượng (như nhiệt năng, điện năng hoặc nhiên liệu). Những phương pháp này cũng loại bỏ được các chất thải đô thị có khả năng phân huỷ sinh học khỏi bãi chôn lấp, đây là một yếu tố quan trọng trong chính sách quản lý chất thải.

3.4  Xử lý chất thải bằng nhiệt phân và khí hóa ở châu Âu và Nhật Bản

Nhiệt phân và khí hoá không phải là những công nghệ mới, trước đây các công nghệ này được dùng để sản xuất than củi và than cốc từ gỗ và than đá. Tuy nhiên, gần đây phương pháp này đã được sử dụng để xử lý CTRĐT. Hiện nay tại một số nước ở châu Âu và Nhật Bản đang sử dụng phương pháp này mang lại hiệu quả.

Có một số khác biệt giữa phương pháp thiêu đốt truyền thống và các công nghệ này. Cả hai phương pháp nhiệt phân và khí hoá đều biến chất thải thành những loại nhiên liệu giàu năng lượng bằng việc đốt chất thải ở trạng thái được kiểm soát.

Ngược lại, phương pháp thiêu đốt chất thải đầu vào, biến đổi thành năng lượng và tro, quy trình xử lý nhiệt đã hạn chế sự biến đổi, để quá trình đốt cháy không xảy ra trực tiếp. Thay vào đó, chất thải được chuyển thành những chất trung gian có giá trị, có thể xử lý thành các vật liệu tái chế hoặc thu hồi năng lượng.Công nghệ này có thể sử dụng để:

– Xử lý các chất thải nông nghiệp và lâm nghiệp

– Xử lý chất thải sinh hoạt và chất thải thương mại

Đôi khi các hệ thống nhiệt phân và khí hoá không tương thích với việc xử lý  CTRĐT chưa được phân loại. Với xu thế gia tăng lượng chất thải hiện nay, buộc phải có các biện pháp tiền xử lý (thu gom có phân loại…) và các quy trình xử lý này đang trở nên thích hợp hơn.

Phương pháp nhiệt phân là quá trình làm suy giảm nhiệt của các vật liệu cácbon ở nhiệt độ từ 400 – 800^oC hoặc trong điều kiện hoàn toàn thiếu hoặc rất hạn chế ô xy.

Quá trình này làm bay hơi và phân huỷ các vật liệu hữu cơ rắn bằng nhiệt, không bằng đốt trực tiếp. Khi chất thải bị nhiệt phân (ngược với quá trình đốt trong lò thiêu đốt), khí, chất lỏng, và chất thải than ở dạng rắn được sinh ra.

So sánh với quá trình đốt cháy và khí hoá, lợi thế chủ yếu của phương pháp nhiệt phân là nhiên liệu ở dạng lỏng vận chuyển dễ dàng hơn các nhiên liệu ở thể rắn, hoặc thể khí. Vì vậy nhà máy xử lý nhiệt phân không nên đặt gần địa điểm sử dụng cuối cùng mà đặt ở gần nguồn cung cấp nhiên liệu để giảm bớt chi phí vận chuyển nhiên liệu.

Chi phí vận chuyển cao là một trong những yếu tố hạn chế việc xây dựng các nhà máy điện sinh khối quy mô lớn có hiệu suất cao hơn và phát thải thấp hơn so với những nhà máy nhỏ.

Phương pháp khí hoá

Theo phương pháp khí hoá, hầu hết cácbon trong chất thải được biến đổi thành những sản phẩm dạng khí và các chất thải trơ. Chỉ một phần phân tử hữu cơ bị phá vỡ, sinh ra một loại khí giàu năng lượng được gọi là khí tổng hợp. Quá trình biến đổi than thành gas là một ví dụ của phương pháp khí hoá.

Quá trình này sẽ giảm đi trong nhiệt phân và đốt cháy vì nó liên quan tới quá trình ôxy hoá từng phần. Ôxy được bổ sung nhưng chưa đủ lượng để diễn ra quá trình đốt cháy hoàn toàn. Nhiệt độ vận hành thường cao hơn 750 ^oC.

Xử lý các sản phẩm dư thừa và các chất thải

Các chất rắn thải ra từ những quá trình xử lý này gồm các kim loại và cácbon. Lượng cácbon sinh ra từ quá trình nhiệt phân nhiều hơn đáng kể so với quá trình khí hoá. Các hạt  cỡ lớn thải ra nằm ở phần tro dưới đáy. Các hạt nhẹ hơn được tách và lọc. Những kim loại không ổn định như chì, thiếc, catmi và thuỷ ngân tụ lại khi khí được làm mát.

Quá trình khí hoá và nhiệt phân sinh ra các chất thải tương tự như quá trình thiêu đốt. Các chất thải khí gồm khí chứa axít, điôxin, furan, ôxít nitơ, điôxít sunphua, các hạt, kim loại nặng và hyđrô sunphua.

Những chất còn lại ở thể rắn gồm tro khoáng trơ, các hợp chất vô cơ và cácbon dư; những chất này có thể tạo thành 8 – 15% lượng chất thải ban đầu.

Các nhà máy sử dụng công nghệ xử lý nhiệt phân và khí hóa tiên tiến cần những thiết bị vốn lớn và có tuổi thọ thiết kế từ 15-20 năm. Thành phần chất thải sinh ra trong quá trình vận hành có thể thay đổi, vì vậy các thiết bị phải được thiết kế linh hoạt để xử lý được đa dạng vật liệu và có thể thay đổi được khối lượng xử lý.

Thu hồi năng lượng trong công nghệ nhiệt phân và khí hóa

Lợi ích của quá trình nhiệt phân và khí hoá là khí tổng hợp được tạo ra có thể sử dụng theo một số cách:

– Khí tổng hợp có thể được đốt ở trong nồi hơi để tạo ra hơi nước, đi qua tuabin để phát ra điện và cũng cung cấp nhiệt cục bộ. Việc sử dụng nhiệt cũng như phát ra điện sẽ nâng cao hiệu suất năng lượng của hệ thống;

– Khí tổng hợp có thể được dùng làm nhiên liệu động cơ chạy bằng khí hoặc tuabin khí – làm tăng hiệu suất phát điện, đặc biệt trong các hệ thống kết hợp điện và nhiệt (CHP);

– Khí tổng hợp cũng có thể được sử dụng làm nguyên liệu hoá học nếu nhà máy xử lý được đặt gần nơi sử dụng cuối cùng.

Nguồn năng lượng được thu hồi là yếu tố quan trọng về kinh tế. Quy trình xử lý này đơn giản và thu hồi được nhiều năng lượng.

Các chất có khả năng tái chế từ chất thải hoặc các kim loại được tách ra từ giai đoạn cuối của quá trình xử lý nhiệt phân và khí hóa thường có chất lượng thấp hơn các chất có khả năng tái chế được tách ra từ hệ thống thu gom chất thải sinh hoạt khác, giá trị của chúng cũng thấp hơn .

Việc khử các kim loại trong công đoạn cuối của hệ thống làm tăng sản lượng tái chế. Các chất dư thừa còn lại ở đáy trong quá trình nhiệt phân luôn chứa một lượng cacbon đáng kể. Phần dư thừa này phải được chôn lấp hoặc xử lý bằng cách khí hoá hoặc thiêu đốt để giảm lượng cacbon. Việc xử lý bổ sung cho phép tái chế các sản phẩm còn lại ở dưới đáy thành một khối kết hợp.

Một số ưu điểm chính của công nghệ xử lý nhiệt phân và khí hóa

– Giảm khối lượng chất thải;

– Làm cho chất thải an toàn và biến thành chất trơ;

– Thu được giá trị của chất thải, thường là tạo ra điện năng;

– Đi theo hướng phát triển bền vững, tiến tới việc tái sử dụng và tái chế;

– Chất thải biến thành năng lượng sẽ hỗ trợ cho quá trình tái chế các vật liệu;

– Là một biện pháp xử lý thích hợp đối với lượng chất thải đang gia tăng;

– Làm thay đổi thành phần chất thải rắn ở các bãi chôn lấp;

– Giải quyết tình trạng thiếu nơi chôn lấp chất thải;

– Thích ứng với những công cụ kinh tế và tài chính (ví dụ như thuế chôn lấp và các khoản trợ cấp cho nguồn năng lượng thay thế).

Xử lý nhiệt là biện pháp thay thế cho phương pháp chôn lấp, khi xử lý một lượng lớn các chất có thành phần thay đổi, đặc biệt là CTRĐT. Biện pháp ủ phân và phân huỷ yếm khí chỉ có thể xử lý phần thối rữa.

Hầu hết quy trình xử lý bằng nhiệt phân và khí hóa tiên tiến sử dụng CTRĐT đã được xử lý ban đầu. Một số hệ thống xử lý sinh học tạo ra loại nhiên liệu sản xuất chủ yếu gồm các thẻ bằng giấy và các loại chất dẻo có nguồn gốc là chất thải.

Một số công ty hiện nay đang vận hành thử nghiệm các nhà máy khí hoá hoặc nhiệt phân thương mại  mặc dù các thử nghiệm đầu tiên thường thất bại về mặt tài chính. Tuy nhiên, công nghệ hiện nay đang được triển khai trên phạm vi rộng hơn và có một số nhà máy đang chuẩn bị triển khai.

Lợi thế chủ yếu của phương pháp nhiệt phân so với các quá trình khí hoá và thiêu đốt khác là làm tăng thu hồi các kim loại. Quá trình này khử tất cả các chất hữu cơ thường lẫn với các kim loại như: nhãn mác, nút chai, và thức ăn thừa. Ngoài ra, phương pháp này còn làm giảm lượng không khí, giữ cho các kim loại không bị oxy hoá và thu hồi dễ dàng những kim loại có giá trị cao như nhôm. Lợi thế nữa của quá trình nhiệt phân là không cho phép hình thành chất điôxin, do thiếu ôxy và sử dụng nhiệt ở nhiệt độ khoảng 400^oC.

Ưu điểm chính của các hệ thống xử lý nhiệt tiên tiến này là sản xuất điện năng có hiệu suất cao. Có thể sẽ có nhiều điện năng hơn được sản xuất từ chất thải, bớt nhu cầu sử dụng các nhiên liệu hoá thạch, giảm phát thải khí nhà kính. Tăng hiệu quả sản xuất điện cũng có thể làm giảm chi phí vận hành.

Phương pháp khí hoá có thể mang lại hiệu quả cao, đặc biệt khi khí được đốt trong tuabin. Các công nghệ đốt khí tổng hợp được cải tiến từ các tuabin khí mà trước đây được thiết kế chỉ để đốt khí thiên nhiên. Hiệu suất của các tuabin được thiết kế đặc biệt để đốt khí tổng hợp có giá trị nhiệt thấp có thể đạt được ở mức cao hơn.

Một số nhược điểm

–  Công nghệ vẫn chưa được phổ biến rộng rãi;

–  Ngành công nghiệp còn bảo thủ, chưa mạnh dạn áp dụng;

–  Thiếu thành tích thương mại;

–   Những người sử dụng tiềm năng còn thiếu thông tin về công nghệ này;

–  Tiền bồi thường đang giảm dần ở một số nước có phát thải đang tăng, làm giảm khả năng ứng dụng công nghệ.

IV. HIỆN TRẠNG CHẤT THẢI RẮN Ở VIỆT NAM VÀ TÌNH HÌNH XỬ LÝ

1. Tình hình phát sinh

Ở Việt Nam mỗi năm phát sinh đến hơn 15 triệu tấn chất thải rắn, trong đó chất thải sinh hoạt từ các hộ gia đình, nhà hàng, các khu chợ và kinh doanh chiếm tới 80% tổng lượng chất thải phát sinh trong cả nước. Lượng còn lại phát sinh từ các cơ sở công nghiệp. Chất thải nguy hại công nghiệp và các nguồn chất thải y tế nguy hại tuy phát sinh với khối lượng ít hơn nhiều nhưng cũng được coi là nguồn thải đáng lưu ý do chúng có nguy cơ gây hại cho sức khoẻ và môi trường rất cao nếu như không được xử lý theo cách thích hợp.

Lượng chất thải phát sinh ở Việt Nam năm 2003

Nguồn: Báo cáo Hiện trạng Môi trường Việt Nam, 2002, Bộ Y tế 2004, Cục MT 1999, Bộ Công nghiệp 2002 – 2003.

1.1.  Chất thải sinh hoạt

Các đô thị là nguồn phát sinh chính của chất thải sinh hoạt. Các khu đô thị tuy có dân số chỉ chiếm 24% dân số của cả nước nhưng lại phát sinh đến hơn 6 triệu tấn chất thải mỗi năm (tương ứng với 50% tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt của cả nước). Ước tính mỗi người dân đô thị ở Việt Nam trung bình phát thải khoảng trên 2/3 kg chất thải mỗi ngày, gấp đôi lượng thải bình quân đầu người ở vùng nông thôn. Chất thải phát sinh từ các hộ gia đình và các khu kinh doanh ở vùng nông thôn và đô thị có thành phần khác nhau. Chất thải sinh hoạt từ các hộ gia đình, các khu chợ và khu kinh doanh ở nông thôn chứa một tỷ lệ lớn các chất hữu cơ dễ phân huỷ (chiếm 60-75%). Ở các vùng đô thị, chất thải có thành phần các chất hữu cơ dễ phân huỷ thấp hơn (chỉ chiếm cỡ 50% tổng lượng chất thải sinh hoạt). Sự thay đổi về mô hình tiêu thụ và sản phẩm là nguyên nhân dẫn đến làm tăng tỷ lệ phát sinh chất thải nguy hại và chất thải không phân huỷ được như nhựa, kim loại và thuỷ tinh.

Phân loại chất thải sinh hoạt

Nguồn: Khảo sát của nhóm tư vấn 2004, Cục bảo vệ Môi trường, Bộ Công nghiệp 2002 -2003.

1.2. Chất thải công nghiệp

Ước tính, lượng phát sinh chất thải công nghiệp chiếm khoảng 20-25% tổng lượng chất thải sinh hoạt, tuỳ theo quy mô và cơ cấu công nghiệp của từng tỉnh/thành phố. Chất thải công nghiệp tập trung nhiều ở miền Nam. Gần một nửa lượng chất thải công nghiệp của cả nước phát sinh ở khu vực Đông Nam Bộ trong đó Thành phố Hồ Chí Minh, thành phố chính của khu vực này phát sinh 31% tổng lượng chất thải công nghiệp cả nước. Tiếp theo sau vùng đồng bằng sông Cửu Long là vùng đồng bằng sông Hồng và Bắc Trung Bộ. Chất thải công nghiệp phát sinh từ các làng nghề ở vùng nông thôn chủ yếu tập trung ở miền Bắc. Các làng nghề là một yếu tố đặc trưng của Việt Nam. Đây là các làng ở vùng nông thôn với nguồn thu nhập phát sinh chủ yếu từ các hoạt động nghề, đặc biệt là các nghề thủ công như sản xuất đồ gốm, dệt may, tái chế chất thải, chế biến thực phẩm và hàng thủ công mỹ nghệ. Có khoảng 1.450 làng nghề phân bố trên các vùng nông thôn thuộc 56 tỉnh của Việt Nam, mỗi năm phát thải cỡ 774.000 tấn chất thải công nghiệp không nguy hại. 54% lượng chất thải này có nguồn gốc phát sinh từ 3 tỉnh phía Bắc là Hà Tây, Bắc Ninh và Hà Nội; khoảng 68% tổng lượng chất thải này phát sinh từ các vùng miền Bắc.

1.3. Chất thải nguy hại

Tổng lượng chất thải nguy hại phát sinh trong năm 2003 ước tính cỡ 160.000 tấn. Trong đó 130.000 tấn phát sinh từ ngành công nghiệp. Chất thải y tế nguy hại từ các bệnh viện, cơ sở y tế và điều dưỡng chiếm cỡ 21.000 tấn/năm, trong khi các nguồn phát sinh chất thải nguy hại từ hoạt động nông nghiệp chỉ khoảng 8.600 tấn/năm. Phần lớn chất thải công nghiệp nguy hại phát sinh ở miền Nam, chiếm khoảng 64% tổng lượng chất thải nguy hại phát sinh của cả nước, trong đó một nửa là lượng chất thải phát sinh từ Thành phố Hồ Chí Minh. Tiếp theo là các tỉnh miền Bắc, với lượng chất thải nguy hại phát sinh chiếm 31%.

Ngành công nghiệp nhẹ là nguồn phát sinh chất thải công nghiệp nguy hại lớn nhất (chiếm 47%), tiếp theo là ngành công nghiệp hoá chất (24%) và ngành công nghiệp luyện kim (20%). Mỗi tỉnh/thành đều phát sinh một lượng lớn chất thải y tế nguy hại. Khoảng 20% tổng lượng chất thải y tế là chất thải nguy hại. Tuy Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội chiếm 23% tổng công suất bệnh viện của cả nước, nhưng hệ thống các bệnh viện trong cả nước đã được đầu tư xây dựng rất tốt với số lượng giường bệnh của mỗi tỉnh ít nhất đạt được mức 500 giường. Thành phố Hồ Chí Minh, Thanh Hoá và Hà Nội phát sinh khoảng 6.000 tấn chất thải y tế nguy hại mỗi năm. Các tỉnh/thành phố khác có khối lượng phát sinh chất thải y tế nguy hại ít hơn, cỡ khoảng từ 0,2 đến 1,5 tấn mỗi ngày. Các hoạt động nông nghiệp mỗi năm phát sinh một lượng khá lớn các chất tồn dư thuốc bảo vệ thực vật độc hại và các loại bao bì, thùng chứa thuốc trừ sâu. Khoảng 8.600 tấn chất thải nông nghiệp nguy hại chủ yếu gồm các loại thuốc trừ sâu, bao bì và thùng chứa thuốc trừ sâu, mà trong số đó có nhiều loại thuốc trừ sâu đã bị cấm sử dụng và được nhập lậu. Lượng thuốc trừ sâu được sử dụng nhiều nhất là ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Ngoài ra, có khoảng 37.000 tấn hóa chất dùng trong nông nghiệp bị tịch thu đang được lưu giữ cần phải được xử lý kịp thời.

Việt Nam đang ở trong quá trình phát triển kinh tế, đô thị hoá và hiện đại hoá nhanh. Với tốc độ tăng trưởng như hiện nay, dự báo đến năm 2010 tổng lượng chất thải phát sinh sẽ lên đến trên 23 triệu tấn và thành phần chất thải sẽ thay đổi từ chỗ dễ phân huỷ hơn sang ít phân huỷ hơn và nguy hại hơn. Giảm thiểu lượng phát sinh chất thải, có thể tiết kiệm được các nhu cầu tiêu huỷ chất thải sau này. Do lượng chất thải phát sinh sẽ tăng nhanh ở Việt Nam theo như dự báo, việc triển khai thực hiện các chương trình nhằm khuyến khích giảm thiểu lượng phát sinh chất thải tại nguồn như ở các hộ gia đình, các cơ sở kinh doanh, cơ sở công nghiệp và bệnh viện có khả năng sẽ làm giảm đáng kể chi phí cần thiết cho việc tiêu huỷ chất thải trong tương lai.

Kinh nghiệm của nhiều nước cho thấy có thể giảm đáng kể lượng phát sinh chất thải bằng cách nâng cao nhận thức và tạo các cơ chế khuyến khích về kinh tế và các cơ chế khen thưởng khác. Ví dụ như, giảm 10% lượng phát sinh chất thải có thể sẽ tiết kiệm được xấp xỉ 200 tỷ đồng mỗi năm, lẽ ra phải chi cho việc tiêu huỷ chất thải và khoảng hơn 130 tỷ đồng chi cho việc tiêu huỷ chất thải y tế nguy hại trong tương lai. Sản xuất sạch hơn cũng là một quy trình có thể áp dụng nhằm tiết kiệm chi phí xử lý chất thải nhờ việc giảm được phát sinh chất thải ngay tại các cơ sở công nghiệp. Quy trình sản xuất sạch hơn đã được áp dụng ở Việt Nam trong 10 năm qua nhằm giảm thiểu lượng chất thải rắn công nghiệp phát sinh và đã cho thấy khả năng đem lại những lợi ích về mặt kinh tế và môi trường.

2. Tình hình quản lý

Việc xử lý chất thải chủ yếu do các công ty môi trường đô thị của các tỉnh/thành phố (URENCO) thực hiện. Đây là cơ quan chịu trách nhiệm thu gom và tiêu huỷ chất thải sinh hoạt, bao gồm cả chất thải sinh hoạt gia đình, chất thải văn phòng, đồng thời cũng là cơ quan chịu trách nhiệm xử lý cả chất thải công nghiệp và y tế trong hầu hết các trường hợp. Về mặt lý thuyết, mặc dù các cơ sở công nghiệp và y tế phải tự chịu trách nhiệm trong việc xử lý các chất thải do chính cơ sở đó thải ra, trong khi Chính phủ chỉ đóng vai trò là người xây dựng, thực thi và cưỡng chế thi hành các quy định/văn bản quy phạm pháp luật liên quan, song trên thực tế Việt Nam chưa thực sự triển khai theo mô hình này. Chính vì thế, hoạt động của các công ty môi trường đô thị liên quan đến việc xử lý chất thải sinh hoạt là chính do có quá ít thông tin về thực tiễn và kinh nghiệm xử lý các loại chất thải khác.

Hệ thống quản lý chất thải rắn ở một số đô thị lớn ở Việt Nam được thể hiện trong hình 9.

– Bộ Tài nguyên và Môi trường chịu trách nhiệm vạch chiến lược cải thiện môi trường chung cho cả nước, tư vấn cho Nhà nước để đưa ra các luật, chính sách quản lý môi trường quốc gia;

– Bộ Xây dựng hướng dẫn chiến lược quản lý và xây dựng đô thị, quản lý chất thải;

– Ủy ban Nhân dân tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương, chỉ đạo Ủy ban nhân dân các quận, huyện, sở Tài nguyên và Môi trường và sở Giao thông Công chính thực hiện nhiệm vụ bảo vệ môi trường đô thị, chấp hành nghiêm chỉnh chiến lược chung và luật pháp chung về bảo vệ môi trường của Nhà nước thông qua xây dựng các quy tắc, quy chế cụ thể;

– URENCO là đơn vị trực đảm nhận nhiệm vụ xử lý chất thải, bảo vệ môi trường thành phố theo chức trách được sở Giao thông Công chính thành phố giao nhiệm vụ.

Hình 9: Hệ thống quản lý chất thải ở một số đô thị Việt Nam

Tỷ lệ thu gom chất thải sinh hoạt tính trung bình cho cả nước chỉ tăng từ 65-71% ( giai đoạn từ 2000 – 2003). Ở các thành phố lớn hơn thì tỷ lệ thu gom chất thải sinh hoạt cũng cao hơn, và trong năm 2003 tỷ lệ này dao động từ mức thấp nhất là 45% ở Long An đến mức cao nhất là 95% ở thành phố Huế. Tính trung bình, các thành phố có dân số lớn hơn 500.000 dân có tỷ lệ thu gom đạt 76% trong khi đó tỷ lệ này lại giảm xuống còn 70% ở các thành phố có số dân từ 100.000 – 350.000 người. Ở các vùng nông thôn, tỷ lệ thu gom rất thấp. Do xa xôi và các dịch vụ thu gom không đến được các vùng nông thôn nên chỉ có khoảng 20% nhóm các hộ gia đình có mức thu nhập cao nhất ở các vùng nông thôn được thu gom rác. Ở các vùng đô thị, dịch vụ thu gom chất thải thường cũng chưa cung cấp được cho các khu định cư, các khu nhà ở tạm và ngoại ô thành phố là nơi sinh sống chủ yếu của các hộ dân có thu nhập thấp. Nhiều sáng kiến mới đang được thực hiện nhằm khắc phục tình trạng thiếu các dịch vụ thu gom chất thải sinh hoạt.

Với chủ trương xã hội hoá công tác bảo vệ môi trường, Chính phủ khuyến khích các công ty tư nhân và các tổ chức hoạt động dựa vào cộng đồng cộng tác chặt chẽ với các cơ quan quản lý ở cấp địa phương trong công tác quan lý chất thải rắn. Một số mô hình đã được thử nghiệm, mang lại kết quả khả quan, song  các chính sách và cải cách các cơ chế quản lý cũng cần phải được củng cố. Phần lớn chất thải công nghiệp và chất thải y tế nguy hại được thu gom cùng với chất thải thông thường. Có rất ít số liệu thực tiễn về công tác thu gom và tiêu huỷ chất thải ở các cơ sở công nghiệp và y tế. Phần lớn các cơ sở này đều hợp đồng với công ty môi trường đô thị ở địa phương để tiến hành thu gom chất thải của cơ sở mình. Thậm chí, chất thải nguy hại đã được phân loại từ chất thải y tế tại bệnh viện hay cơ sở công nghiệp, sau đó lại đổ lẫn với các loại chất thải thông thường khác trước khi công ty môi trường đô thị đến thu gom. Các cơ sở y tế có lò đốt chất thải y tế tự xử lý chất thải y tế nguy hại của họ ngay tại cơ sở, chất thải qua xử lý và tro từ lò đốt chất thải sau đó cũng được thu gom cùng với các loại chất thải thông thường khác.

Cũng giống như nhiều nước khác trong khu vực Nam và Đông Nam Á, tiêu huỷ chất thải ở các bãi rác lộ thiên hoặc các bãi rác có kiểm soát là những hình thức xử lý chủ yếu ở Việt Nam. Theo Quyết định số 64/2003/QĐ-TTg, ngày 22/4/2003 của Thủ tướng Chính phủ, đến năm 2007, trong số 439 cơ sở gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng trên cả nước có 49 bãi rác lộ thiên hoặc các khu chôn lấp vận hành không hợp vệ sinh có nguy cơ gây rủi ro cho môi trường và sức khoẻ người dân cao phải được tiến hành xử lý triệt để, tuy nhiên, cần tìm nguồn kinh phí cho các hoạt động xử lý này. Tuy đã có nhiều nỗ lực nhằm nâng cao chất lượng quản lý chất thải sinh hoạt nhưng các thông tin về việc xử lý chất thải nguy hại, đặc biệt là chất thải nguy hại từ công nghiệp còn có rất ít, do đó cần phải quản lý tốt hơn.

Hiện nay, Chính phủ đang rất ưu tiên cho việc xây dựng các hệ thống xử lý và tiêu huỷ chất thải, bao gồm cả các bãi chôn lấp. Tuy nhiên, do thiếu nguồn tài chính nên hầu hết các bãi chôn lấp hợp vệ sinh đều được xây dựng bằng nguồn vốn ODA. Tự tiêu huỷ là hình thức khá phổ biến ở các vùng không có dịch vụ thu gom và tiêu huỷ chất thải. Các hộ gia đình không được sử dụng các dịch vụ thu gom và tiêu huỷ chất thải buộc phải áp dụng các biện pháp tiêu huỷ của riêng gia đình mình, thường là đem đổ bỏ ở các sông, hồ gần nhà họ, hoặc là vứt bừa bãi ở một nơi nào đó gần nhà.

Một số phương pháp tự tiêu huỷ khác là đốt hoặc chôn lấp. Tất cả các phương pháp này đều có thể huỷ hoại môi trường một cách nghiêm trọng và có khả năng gây hại cho sức khoẻ con người. Nhiều bãi rác và bãi chôn lấp đang là mối hiểm hoạ về mặt môi trường đối với người dân địa phương. Các bãi chôn lấp không hợp vệ sinh và các bãi rác lộ thiên gây ra rất nhiều vấn đề môi trường đối với các cộng đồng dân cư xung quanh, bao gồm cả các vấn đề về ô nhiễm nước ngầm và nước mặt do nước rác không được xử lý, các chất ô nhiễm không khí, ô nhiễm mùi, ruồi, muỗi, chuột bọ và ô nhiễm bụi, tiếng ồn.

Hầu như các phương pháp xử lý chất thải nguy hại đang áp dụng còn chưa được an toàn. Hoạt động giám sát và cưỡng chế việc áp dụng các tiêu chuẩn môi trường đối với các cơ sở công nghiệp, các cơ sở vận chuyển và xử lý chất thải hiện tại còn yếu kém. Chính vì vậy mà có rất ít các cơ chế khuyến khích đối với các cơ sở công nghiệp trong việc áp dụng các biện pháp xử lý hợp lý và vẫn có nhiều trở ngại lớn đối với việc vận hành một cách an toàn các cơ sở xử lý chất thải cả trong giai đoạn hiện tại và trong tương lai. Cho dù đã có một hệ thống các văn bản quy phạm pháp luật và quy chế chính thức được áp dụng trong lĩnh vực quản lý chất thải rắn, song việc thiếu các hướng dẫn, thiếu tập huấn và nâng cao nhận thức cho các cơ sở sản xuất về chất thải rắn lại càng làm những trở ngại ngày càng tăng thêm. Hiện nay, dù xử lý chất thải công nghiệp được quy định là thuộc về các cơ sở sản xuất công nghiệp và các ban quản lý khu công nghiệp song việc xử lý các loại chất thải là hoá chất dùng trong nông nghiệp lại là trách nhiệm của các cơ quan môi trường của Chính phủ và do đó kinh phí dành cho hoạt động xử lý này cũng sẽ được đề nghị từ ngân sách Nhà nước.

3. Tình hình xử lý

Lượng chất thải rắn thu gom tại các đô thị Việt Nam hiện chỉ đạt khoảng 70% yêu cầu so với thực tế và chủ yếu tập trung tại các khu vực nội thành. Phần lớn các đô thị, khu đô thị đều chưa có bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh và vận hành đúng quy trình. Bên cạnh đó, các loại chất thải nguy hại không được phân loại riêng mà trộn chung với những chất thải sinh hoạt, nếu không được xử lý triệt để sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, dẫn đến suy thoái môi trường đất, nước, không khí…

Hiện tại, công nghệ xử lý chất thải rắn ở các đô thị Việt Nam khá đa dạng, tùy theo đặc điểm đô thị mà mỗi đô thị áp dụng những công nghệ xử lý riêng. Công nghệ xử lý rác thải rắn theo kiểu xử lý cuối đường ống, chôn lấp, chế biến rác thành phân vi sinh và sản phẩm nhựa được khá nhiều đô thị áp dụng. Đó là Nhà máy xử lý rác Đông Vinh (TP. Vinh – Nghệ An) sử dụng công nghệ Seraphin có công suất từ 80 – 150 tấn/ngày; Nhà máy xử lý rác Thủy Phương (TP. Huế – Thừa Thiên Huế) áp dụng công nghệ ASC, công suất 80 – 150 tấn/ngày, trong đó 85 – 90% rác thải được chế biến và tái chế, 10 – 15% rác thải chôn lấp, không phát sinh nước rỉ rác.

Ngoài ra, một số đô thị còn áp dụng công nghệ lò đốt chất thải y tế, chất thải công nghiệp nguy hại. Lò đốt CEETIA – CN 150 tại Bãi rác Nam Sơn (Hà Nội) công suất 150kg/h, có buồng đốt đa cấp, hạ nhiệt độ khói thải nhanh trước khi thải qua ống khói để tránh dioxin/furan tái sinh, xử lý khói đa cấp, vận hành tự động hoặc bán tự động. Một số đô thị có mức độ công nghiệp cao còn áp dụng công nghệ xử lý bụi trong khí thải (lọc bụi) như công nghệ Xiclon, công nghệ lọc bụi tĩnh điện (ESP) ở Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí. Công nghệ xử lý nước rác của các bãi chôn lấp rác, công nghệ xử lý nước thải tập trung của các đô thị, khu công nghiệp và công nghệ xử lý khí thải SO₂ công nghiệp cũng được áp dụng.

Công nghệ xử lý chất thải rắn ở các đô thị Việt Nam thường là tự thiết kế và chế tạo nhưng đã tập hợp tương đối đầy đủ các loại hình có tính phổ biến để xử lý chất thải rắn, nước thải và khí thải đô thị. Trình độ công nghệ đã đáp ứng được tiêu chuẩn môi trường Việt Nam. Đặc biệt, giá  giảm so với giá của công nghệ ngoại nhập. Tuy nhiên, việc sản xuất thiết bị, công nghệ còn ở tình trạng cá thể, đơn chiếc, chưa có sản xuất chế tạo công nghệ môi trường hàng loạt hoặc sản xuất trên dây chuyền công nghiệp. Thị trường công nghệ môi trường nội địa chưa được hình thành cho dù hiện tại đang có nhu cầu. Vốn đầu tư cho môi trường ở nước ta còn rất hạn chế. Khả năng cung thì có nhưng chưa có sản phẩm công nghiệp và thương hiệu để bán. Chưa có đội ngũ các nhà đầu tư chuyên nghiệp đầu tư sản xuất, kinh doanh thiết bị công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường. Đội ngũ các nhà khoa học và công nghệ môi trường còn yếu và thiếu.

Để đẩy mạnh công tác quản lý chất thải rắn tại các đô thị và khu công nghiệp, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Chỉ thị về tăng cường quản lý chất rắn. Theo đó, đến năm 2010 xử lý 100% chất thải rắn y tế nguy hại và trên 60% chất thải nguy hại công nghiệp bằng những công nghệ phù hợp; đồng thời xử lý triệt để các bãi rác gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Thủ tướng cũng yêu cầu các cơ quan chức năng, địa phương nhanh chóng hoàn thiện các văn bản quy phạm pháp luật, tiêu chuẩn về chất thải rắn và khuyến khích 100% đô thị xã hội hóa công tác quản lý, xử lý chất thải rắn bằng nhiều hình thức.

Thành phố Hà Nội cũng đã ban hành Chương trình hành động về công tác bảo vệ môi trường Thủ đô thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Chương trình xác định một số chỉ tiêu về môi trường đến năm 2010, trong đó có chỉ tiêu 100% rác thải sinh hoạt đô thị được thu gom, vận chuyển, xử lý hợp vệ sinh và 40% được tái chế. Chương trình này nhằm ngăn ngừa, hạn chế ô nhiễm và suy thoái môi trường; giải quyết tích cực những vấn đề ô nhiễm môi trường nước mặt, suy thoái nguồn nước ngầm, rác thải sinh hoạt, rác thải nguy hại công nghiệp, ô nhiễm bụi…

Thành phố Tuy Hòa (Phú Yên) cũng vừa được Chính phủ Bỉ tài trợ cho Dự án cải thiện điều kiện vệ sinh và bảo vệ môi trường. Dự án này có tổng kinh phí là 3,3 triệu Euro, được triển khai trong 3 năm (2006 – 2008), giúp thành phố Tuy Hòa xây dựng một khu xử lý rác thải hợp vệ sinh nhằm cải thiện điều kiện môi trường, sức khỏe cho người dân trên địa bàn. Dự án cũng góp phần nâng cao năng lực quản lý cho Công ty quản lý môi trường đô thị Phú Yên trong việc thu gom và xử lý rác thải rắn; đồng thời nâng cao nhận thức của cộng đồng, tăng cường sự tham gia của người dân vào hoạt động cải thiện điều kiện vệ sinh và bảo vệ môi trường.

Tỉnh Kiên Giang dự kiến xây dựng nhà máy phát điện từ rác thải trên đảo Phú Quốc. Đây là đề xuất của Viện tái chế bảo vệ môi trường Cộng hòa Liên bang Đức và Đại học Cần Thơ. Theo đó, điện năng sẽ được sản xuất từ rác và nước thải sinh hoạt thông qua nhà máy khí sinh học biogas và máy đốt sinh khối. Công nghệ này đã được áp dụng thành công ở nhiều nước châu Âu, không chỉ tạo ra điện năng mà còn cho sản phẩm phân bón hữu cơ. Việc xây dựng nhà máy phát điện từ rác thải rất có lợi cho kinh tế và giải quyết vấn đề môi trường vốn đang bức xúc trên đảo Phú Quốc.

Hiện trạng của một số nhà máy chế biến compost tập trung ở Việt Nam

Nguồn: (1) – Nguyễn Thị Kim Thái 2004 – Báo cáo tư vấn cho Ngân hàng Thế giới

             (2) -Dự án Vệ sinh cho 3 thành phố do Ngân hàng Thế giới tài trợ.

3.1.  Một số công nghệ xử lý chất thải được sử dụng ở Việt Nam

Tình trạng ô nhiễm môi trường ở nước ta trong thời gian gần đây ngày càng trở nên trầm trọng và phổ biến dẫn tới suy thoái môi trường đất, nước, không khí, đặc biệt là tại các đô thị lớn lượng chất thải rắn và nước thải ngày càng gia tăng. Mặc dù số lượng các nhà máy đã xây dựng trạm xử lý chất thải tăng lên trong những năm gần đây nhưng hiện trạng ô nhiễm vẫn chưa được cải thiện do lượng chất thải tăng nhanh.

Chiến lược bảo vệ môi trường Việt Nam từ 2001 – 2010 và định hướng đến năm 2020 đã nêu rõ phòng ngừa và giảm thiểu ô nhiễm môi trường kết hợp với xử lý ô nhiễm môi trường là một trong những yếu tố chủ chốt. Ngoài công tác nâng cao nhận thức cộng đồng trong công tác bảo vệ môi trường, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên, các công nghệ xử lý chất thải là một trong những hướng phát triển ưu tiên hàng đầu kết hợp với các công nghệ thân môi trường tạo đà cho phát triển bền vững. Dưới đây là một số công nghệ xử lý chất thải rắn được áp dụng ở Việt Nam:

3.1.1.  Công nghệ Dano System

Đây là công nghệ được đưa vào sử dụng tại Hóc Môn, Tp. Hồ Chí Minh năm 1981 do chính phủ Vương Quốc Đan Mạch viện trợ. Công suất xử lý 240 tấn rác/ngày, sản xuất được 25 000 tấn phân hữu cơ/năm, sơ đồ công nghệ thể hiện trong hình10.

Ưu điểm của công nghệ này là quá trình lên men ủ phân rất đều, quá trình được đảo trộn liên tục trong ống sinh hoá, các vi sinh vật hiếu khí được cung cấp khí và độ ẩm nên phát triển rất nhanh. Nhược điểm của công nghệ này là: Thiết bị nặng nề, khó chế tạo trong nước, đặc biệt là các hệ thống máy nghiền, xích băng tải và các vòng bi lớn. Tiêu thụ điện năng cho hệ thống rất lớn (670 kWh) làm cho giá thành sản phẩm cao. Chất lượng sản phẩm thô không phù hợp với nền nông nghiệp Việt Nam, mà chỉ phù hợp vớ nền nông nghiệp cơ giới hoá.

Hình 10 :   Sơ đồ công nghệ Dano System

3.1.2.  Công nghệ  xử lý rác thải sinh hoạt ở Nhà máy phân hữu cơ, Cầu Diễn Hà Nội

Công nghệ này đưa vào sử dụng vào năm 1992 do UNDP tài trợ. Đây là công nghệ ủ đống tĩnh có thổi khí, quá trình lên men được kiểm soát bằng hệ thống điều khiển tự động nhiệt độ. Nhà máy xử lý nằm trên diện tích 4 ha, với công công suất theo thiết kế 210 tấn/ngày (hình 11). Sản phẩm phân hữu cơ đã được đăng ký tiêu chuẩn chất lượng và đang được bán trên toàn quốc. Các sản phẩm thu hồi phục vụ tái chế là: sắt, nylon, nhựa, giấy, thủy tinh.

Công nghệ này có ưu điểm : Đơn giản, dễ vận hành; máy móc thiết bị dễ chế tạo, thay thế thuận lợi; tiêu thụ năng lượng ít; đảm bảo hợp vệ sinh; thu hồi được nước rác để phục vụ quá trình ủ lên men, không ảnh hưởng tới  tầng nước ngầm, có điều kiện mở rộng nhà máy để nâng công suất. Tuy nhiên, công nghệ này còn có một số nhược điểm như: Rác lẫn quá nhiều tạp chất, chưa được cơ giới hóa trong khâu phân loại, chất lượng phân bón chưa cao vì còn lẫn tạp chất, dây chuyền chế biến, đóng gói còn thủ công, không có quy trình thu hồi vật liệu tái chế.

Hình 11:   Công nghệ  xử lý rác thải sinh hoạt, Nhà máy phân hữu cơ Cầu Diễn, Hà Nội

3.1.3. Công nghệ Seraphin

Seraphin là dây chuyền công nghệ, thiết bị xử lý và tái chế rác thải khép kín do Do Công ty Cổ phần công nghệ Môi trường xanh thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành ( hình 12). Nhà máy xử lý rác Đông Vinh tại thành phố Vinh-Nghệ An được lắp đặt, vận hành năm 2003, đặc biệt thích hợp cho các nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt ở các đô thị Việt Nam. Công nghệ này hoàn toàn phù hợp với đặc điểm rác thải Việt Nam là không được phân loại từ nguồn. Với công suất 80-150 tấn/ngày, công nghệ Seraphin có thể xử lý triệt để tới 90% khối lượng rác để tái chế thành phân hữu cơ và nguyên liệu làm vật liệu xây dựng.

So với những công nghệ đã được ứng dụng ở Việt Nam, công nghệ Seraphin có những ưu điểm sau:

– Có khả năng giảm thiểu triệt để ô nhiễm môi trường vì rác thải sinh hoạt được xử lý ngay trong ngày;

– Mức đầu tư chỉ bằng 30-40% so với dây chuyền thiết bị tương đương nhập khẩu. Thời gian đầu tư xây dựng và đưa nhà máy xử lý rác vào hoạt động được rút ngắn bằng 1/3-1/5 so với nhà máy xử lý rác nhập ngoại. Máy móc được chế tạo tại Việt Nam nên việc bảo hành, bảo trì thuận lợi, ít tốn kém;

– Hiệu quả tái chế rác cao, giảm thiểu chôn lấp rác do đó tiết kiệm được diện tích đất và tiến dần tới xóa bỏ các bãi rác đã chôn lấp, thu hồi diện tích đất phục vụ cho các mục đích khác, giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường do các bãi rác gây ra;

– Do tận thu được nguồn tài nguyên từ rác, ngoài tiền bán phân compost, còn thu được tiền bán vật liệu Seraphin nên nhà máy có thêm nguồn thu để cân đối thu chi;

– Giải quyết được công việc cho khoảng trên 100 công nhân ở mỗi nhà máy xử lý rác.

Một ưu điểm nữa của việc áp dụng công nghệ Seraphin vào xử lý rác thải là có thể vận hành song song giữa hai dây chuyền sản xuất rác thải tươi (rác trong ngày) và rác thải khô (rác đã chôn lấp) để tạo ra những sản phẩm khác nhau. Sau khi tách lọc được rác hữu cơ làm phân vi sinh như mùn hữu cơ, phân hữu cơ sinh học, những loại rác vô cơ còn lại, dây chuyền tự động sẽ chuyển loại rác này về một bộ phận khác để tạo sản phẩm như nhựa Seraphin, ống cống, bát đựng mủ cao su và các loại xô chậu.. Những sản phẩm được sản xuất từ nguyên liệu Seraphin đã được các cơ quan quản lý tiêu chuẩn kiểm định và chấp nhận về mức độ hợp vệ sinh. Các sản phẩm này cũng đang cạnh tranh trên thị trường.

– Khi áp dụng công nghệ Seraphin vào việc xử lý rác thải vô cơ (túi nilông, nhựa…) sẽ tiết kiệm được một lượng nước rửa lớn, hạn chế ô nhiễm môi trường do nước thải công nghiệp gây nên. Vì các loại rác thải này được đưa vào lồng sấy khô và nhờ sức nóng sẽ làm mất đi những bụi bẩn để tạo ra những sản phẩm sạch.

3.1.4. Công nghệ ASC

Công suất xử lý 80 – 150 tấn/ngày do Công ty cổ phần Kỹ nghệ Anh Sinh (ASC) thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành được lắp đặt tại Nhà máy xử lý rác Thuỷ Phương tại thành phố Huế năm 2004 trên cơ sở hoàn thiện công nghệ trước đó. Hiệu quả đạt được là 85 -90% rác thải được chế biến và tái chế; không phát sinh nước rỉ rác. Nhà máy xử lý rác Thuỷ Phương, Công ty cổ phần kỹ thuật ASC vừa được đưa vào sử dụng trên diện tích khoảng 1,7 ha. Đặc biệt, Nhà máy xử lý rác Thuỷ Phương được lắp đặt những thiết bị sản xuất trong nước nên vốn đầu tư cho nhà máy giảm đáng kể, đồng thời các nguyên liệu có được sau phân loại và xử lý rác có thể sản xuất ra các sản phẩm ứng dụng rộng rãi, với giá rẻ, chất lượng tốt phục vụ thiết thực cho cộng đồng.

Nhà máy xử lý rác thải Thuỷ Phương là nhà máy bước đầu hoàn thiện công nghệ  xử lý rác thải sinh hoạt của Việt Nam do trong nước tự thiết kế, chế tạo, lắp ráp, vận hành đáp ứng nhu cầu giải quyết vấn đề môi trường và tận dụng được rác thải để tạo ra những sản phẩm phục vụ sản xuất và đời sống. Hiệu quả của dây chuyền xử lý rác thải của nhà máy đạt hiệu quả cao, tỉ lệ rác thải cần phải chôn lấp thấp.

Các sản phẩm được chế biến từ rác của Nhà máy xử lý rác Thuỷ Phương gồm: Phân hữu cơ vi sinh dạng bột, phân hữu cơ vi sinh dạng dẻo, phân hữu cơ vi sinh dạng lỏng, mùn hữu cơ vi sinh, ống cống dùng cho thoá nước, cọc An sinh dùng cho trụ cây tiêu và cây thanh long, thùng đựng rác, dải phân cách đường, ống bọc cáp điện…

Công nghệ này đã tách được riêng 7 loại rác và từng loại đều được xử lý triệt để. Vì vậy, tỷ lệ chôn lấp thấp, chỉ còn khoảng 12-15%. Với những vùng mưa nhiều, ẩm ướt như Huế thì việc thu hồi nước rác cũng đã được tính đến. Rác được cho vào bể rửa, nước rửa này được thu hồi để phun lên hầm ủ.

Hình 12:   Sơ đồ  xử lý rác thải bằng công nghệ Seraphin

4. Đánh giá chung về công nghệ xử lý chất thải sử dụng ở Việt Nam

Một số công nghệ xử lý chất thải được áp dụng tại Việt Nam kể cả trong nước và nước ngoài đã giải quyết được một phần nhu cầu xử lý chất thải trước tình hình phát sinh chất thải gia tăng trong giai đoạn phát triển kinh tế hiện nay, nhất là một lượng lớn CTRĐT đang có nguy cơ gây ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường, ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng.

Một số công nghệ được nhập từ nước ngoài về, thiết bị nặng nề, khó chế tạo trong nước, đặc biệt là các hệ thống máy nghiền, xích băng tải và các vòng bi lớn. Tiêu thụ điện năng cho hệ thống rất lớn làm cho giá thành sản phẩm cao.

Công nghệ do Việt Nam tự chế tạo đã đáp ứng được tiêu chuẩn môi trường Việt Nam. Qua áp dụng 2 công nghệ xử lý rác thải đô thị Seraphin và ASC đã cho hiệu quả xử lý vượt trội so với công nghệ của nước ngoài, chúng ta có thể tự vận hành và bảo dưỡng các thiết bị do Việt Nam tự chế tạo ở điều kiện trong nước. Công nghệ xử lý rác thải do Việt nam tự thiết kế, chế tạo có giá chỉ bằng từ 1/2 đến 2/3 giá của công nghệ nhập ngoại.

Mặc dù công nghệ Seraphin đã chứng minh được những ưu điểm nổi trội, song trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng cũng đã nảy sinh một số hạn chế cần tiếp tục hoàn thiện. Cụ thể, để làm được phân compost từ rác, phải có diện tích nhà xưởng, hầm ủ lớn, vì thời gian ủ mùn hữu cơ kéo dài có thể  tới 30 ngày, dẫn đến chi phí xây dựng cơ bản lớn. Để khắc phục vấn đề này, cần tiếp tục nghiên cứu để đưa ra các thế hệ thiết bị ủ phân compost theo phương pháp ủ hiếu khí có đảo trộn và tạo môi trường tích cực cho vi sinh vật phân huỷ phát triển nhằm rút ngắn thời gian ủ mùn hữu cơ. Mặt khác, khả năng tiêu thụ phân bón compost còn phụ thuộc vào đặc điểm địa hình và tập quán canh tác của mỗi địa phương, cần có chính sách hỗ trợ đối với việc tiêu thụ phân compost.

Về tình trạng sản xuất thiết bị, công nghệ: Việc sản xuất các thiết bị, máy móc hiện nay còn ở tình trạng cá thể, đơn chiếc, chưa có sản xuất chế tạo hàng loạt hay trên quy mô công nghiệp, phần lớn là do các Viện, các Trung tâm, các Công ty tư vấn thiết kế chế tạo theo các hợp đồng cụ thể, chưa có các hãng sản xuất chuyên nghiệp và thương hiệu cho công nghệ môi trường Việt Nam.

Một số khó khăn chung trong phát triển công nghệ môi trường:

– Ở nước ta vẫn chưa hình thành thị trường công nghệ môi trường nội địa: Nhu cầu thì có, nhưng để thực hiện nhu cầu cần phải có vốn. Vốn đầu tư cho công nghệ môi trường ở nước ta còn rất hạn chế. Khả năng cung thì có, nhưng chưa có sản phẩm công nghiệp và thương hiệu để bán;

– Chưa có các nhà tư bản đầu tư sản xuất kinh doanh về thiết bị công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường;

– Đội ngũ các nhà khoa học và công nghệ môi trường còn yếu và còn thiếu, đặc biệt là chuyên gia chuyên ngành có nhiều kinh nghiệm;

– Chế tài chuyển giao công nghệ (đối với các công nghệ mới do cá nhân/đơn vị nghiên cứu, tư vấn đã nghiên cứu thành công) cho các nhà sản xuất kinh doanh công nghệ môi trường chưa  được hoàn thiện.

V. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ

1. Kết luận

• Dù có áp dụng công nghệ xử lý nào, thì việc nâng cao nhận thức về chất thải nói chung và chất thải rắn nói riêng cho cộng đồng là một nội dung không thể thiếu được. Công tác giảm phát sinh chất thải, thu gom hết chất thải phân loại rác thải từ nguồn là rất quan trọng, vì nguồn rác thải đầu vào xử lý giảm đi, tách riêng từng loại vật liệu (nhất là các chất thải nguy hại phải được tách để xử lý riêng) sẽ là yếu tố quyết định của các sản phẩm đầu ra và khả năng tái chế, tái sử dụng chất thải, làm giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi trường của các chất thải độc hại, nguy hại lẫn trong chất thải chung.
• Để có thể xử lý hiệu quả chất thải rắn trong các đô thị Việt Nam, Nhà nước cần phải tăng đầu tư cho công tác bảo vệ môi trường. Hiện nay Nhà nước đã dành tỷ lệ 1% chi ngân sách cho sự nghiệp bảo vệ môi trường và đến 2010 là 2%. Đây là điều kiện tốt để phát triển các công nghệ môi trường, đặc biệt là để xử lý chất thải công cộng, chất thải rắn đô thị… Tuy nhiên, trong nguồn vốn vay ODA và vốn viện trợ không hoàn lại cũng cần dành một phần đầu tư cho công tác bảo vệ môi trường. Và trong đàm phán các dự án về môi trường cần ưu tiên sử dụng công nghệ hợp lý về môi trường ở Việt Nam.
• Việc thực hiện nghiêm Luật Bảo vệ môi trường, đặc biệt là áp dụng các công cụ kinh tế trong quản lý môi trường, từ thu phí nước thải tiến tới thu phí khí thải, phí chất thải rắn, chất thải nguy hại sẽ có tác động mạnh mẽ tới quá trình lựa chọn, áp dụng công nghệ. Chuyển từ phạt hành chính đối với những vi phạm Luật Bảo vệ môi trường thành phạt kinh tế. Áp dụng công cụ kinh tế trong quản lý môi trường sẽ thúc đẩy các doanh nghiệp tính toán lợi ích kinh tế để đầu tư lắp đặt trang thiết bị xử lý ô nhiễm môi trường. Đồng thời, khuyến khích giảm giá thuê đất, ưu đãi thuế và vay vốn đầu tư các dự án sản xuất các trang thiết bị xử lý ô nhiễm môi trường.
• Xây dựng chế tài hợp lý trong việc chuyển giao kết quả nghiên cứu chế tạo công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường vào sản xuất, kinh doanh. Chú trọng đào tạo, nâng cao chất lượng các kỹ thuật và chuyên gia về công nghệ môi trường ở trình độ thạc sĩ, tiến sĩ… Lựa chọn các chuyên gia am hiểu chuyên môn, làm việc khách quan tham gia vào Hội đồng chuyên gia để xây dựng cơ chế, chính sách thẩm định công nghệ môi trường quốc gia. Cần lượng hóa đánh giá từng loại công nghệ theo các tiêu chí: Hiệu quả xử lý ô nhiễm, chi phí kinh tế, trình độ công nghệ xử lý, phù hợp với điều kiện Việt Nam và an toàn về môi trường.
• Thúc đẩy áp dụng công nghệ xử lý do trong nước chế tạo. Công nghệ xử lý rác thải đô thị Seraphin và ASC đã được thiết kế, chế tạo trong nước, qua thời gian vận hành thực tế ở một số cơ sở trong nước đã cho hiệu quả xử lý vượt trội hơn so với công nghệ của nước ngoài chế tạo. Để có thể ứng dụng rộng rãi công nghệ này cần tiến hành tổ chức khảo sát, thẩm định, đánh giá kỹ lưỡng về mặt kinh tế- kỹ thuật, xác định những điểm cần phải hoàn thiện và có kế hoạch triển khai cụ thể, như vậy mới có thể khai thác, phát huy được hiệu quả các công nghệ nội sinh.
• Phải coi chất thải cũng như là một loại tài nguyên. Quá trình xử lý cần khai thác triệt để tính hữu ích của chất thải. Tái sử dụng, tái chế, thu hồi năng lượng từ chất thải… là để phát triển một nền kinh tế tuần hoàn phục vụ cuộc sống con người, góp phần làm giảm khối lượng chất thải, giảm chi phí xử lý. Đây là những yếu tố cần thiết trước khi đi đến một quyết định chọn công nghệ xử lý phù hợp.
• Cho đến nay, xử lý cuối đường ống vẫn được xem là một công cụ hữu hiệu đối với giảm thiểu ô nhiễm môi trường, mặc dù nó vẫn còn tồn tại một số khuyết điểm. Trong tương lai công nghệ xử lý sẽ tập trung vào những công nghệ ít sử dụng hoá chất và ưu tiên đối với áp dụng công nghệ sinh học, bên cạnh đó các công nghệ tiên tiến như màng lọc, ôxy hoá tiên tiến sẽ được quan tâm hơn đối với việc tái sử dụng nước thải.

2. Khuyến nghị

Hiện nay có nhiều loại công nghệ khác nhau để xử lý CTR, mỗi công nghệ chỉ có khả năng ứng dụng tốt trong một phạm vi nhất định, trong điều kiện nhất định. Theo Chiến lược quản lý chất thải quốc gia, CTR phải được xử lý tập trung theo quy trình khép kín. Do điều kiện chưa cho phép nên hiện tại mỗi địa phương đều phải tự vận động theo cách riêng của mình, dẫn đến việc mất cân đối, gây tác động tương tác xấu. Vì vậy, cần phải lựa chọn mô hình quản lý phù hợp hơn, cụ thể là phân nhỏ hợp lý theo từng cụm một hoặc vài tỉnh để đáp ứng nhu cầu quản lý thực tế. Tuy nhiên, dù quản lý theo cách nào đi nữa thì tại các cụm xử lý chất thải rắn khuyến nghị áp dụng các giải pháp công nghệ dưới đây:

Phân loại và xử lý cơ học

Đây là khâu ban đầu không thể thiếu trong quy trình xử lý chất thải. Biện pháp này sẽ làm tăng hiệu quả tái chế và xử lý ở các bước tiếp theo. Các công nghệ dùng để phân loại, xử lý cơ học chất thải bao gồm: Cắt, nghiền, sàng, tuyển từ, tuyển khí nén… Ví dụ, các loại chất thải có kích thước lớn và thành phần khác nhau phải được phân loại ngay khi tiếp nhận. Các chất thải rắn chứa các chất độc hại (như muối cyanua rắn) cần phải được đập thành những hạt nhỏ trước khi hòa tan để xử lý hóa học. Các chất thải hữu cơ dạng rắn có kích thước lớn phải được băm và nghiền nhỏ đến kích thước nhất định, rồi trộn với các chất thải hữu cơ khác để xử lý thiêu đốt…

Công nghệ thiêu đốt

Đốt là quá trình oxy hóa chất thải ở nhiệt độ cao. Công nghệ này rất phù hợp để xử lý CTR. Để triển khai theo hướng này, cần có thời gian chuẩn bị nhiều mặt, cả về pháp lý, nguồn lực thu gom vận chuyển, sự đồng thuận của cộng đồng và doanh nghiệp. Khi thiết kế lò đốt chất thải phải đảm bảo 4 yêu cầu cơ bản: cung cấp đủ ôxy cho quá trình nhiệt phân bằng cách đưa vào buồng đốt một lượng không khí dư; khí dư sinh ra trong quá trình cháy phải được duy trì lâu trong lò đốt đủ để đốt cháy hoàn toàn.

Công nghệ thiêu đốt có nhiều ưu điểm như khả năng tận dụng nhiệt, xử lý triệt để khối lượng, sạch sẽ, không tốn đất để chôn lấp nhưng cũng có một số hạn chế như chi phí đầu tư, vận hành, xử lý khí thải lớn, dễ tạo ra các sản phẩm phụ nguy hiểm.

Công nghệ xử lý hóa – lý

Công nghệ xử lý hóa – lý là sử dụng các quá trình biến đổi vật lý, hóa học để làm thay đổi tính chất của chất thải nhằm mục đích chính là giảm thiểu khả năng nguy hại của chất thải đối với môi trường. Công nghệ này rất phổ biến để thu hồi, tái chế chất thải, đặc biệt là một số loại nguy hại như dầu, mỡ, kim loại nặng, dung môi.

Biện pháp tái chế, thu hồi chất thải bằng công nghệ hóa – lý chỉ thực sự mang lại hiệu quả kinh tế và môi trường đối với những nhà máy xử lý chất thải quy mô lớn, đầu tư công nghệ hiện đại để có thể thu hồi sản phẩm từ chất thải.

Công nghệ chôn lấp hợp vệ sinh

Chôn lấp hợp vệ sinh là biện pháp tiêu hủy chất thải được áp dụng rất rộng rãi trên thế giới. Trước đây, nhiều quốc gia tiên tiến như Anh, Nhật cũng dùng biện pháp chôn lấp, kể cả một số loại chất thải hạt nhân, lây nhiễm hoặc độc hại, nhưng trước khi chôn lấp phải được cách ly an toàn bằng các vật liệu phù hợp như chì, bêtông nhiều lớp để chống phóng xạ. Theo công nghệ này, chất thải rắn công nghiệp và chất thải nguy hại dạng rắn hoặc sau khi đã cố định ở dạng viên được đưa vào các hố chôn lấp có ít nhất 2 lớp lót chống thấm, có hệ thống thu gom nước rò rỉ để xử lý, có hệ thống thoát khí, có giếng khoan để giám sát khả năng ảnh hưởng đến nước ngầm.

Việc xây dựng hố chôn lấp CTR phải theo đúng các quy chuẩn thiết kế về kích thước, độ dốc, các lớp chống thấm đáy và vách, xử lý nước rò rỉ, khí gas và các quy định tiêu chuẩn liên quan khác.

Ngoài một số giải pháp công nghệ nêu trên, chúng ta cũng nên nghiên cứu, cân nhắc các công nghệ mới, tiên tiến hiện nay đang được một số nước áp dụng mang lại hiệu quả để có thể đưa vào áp dụng. Ví dụ như công nghệ xử lý bằng phương pháp nhiệt phân và khí hóa để có thể thu hồi năng lượng, nâng cao tỷ lệ tái chế, thu được giá trị của chất thải cao hơn và giải quyết tình trạng thiếu nơi chôn lấp hiện nay.

Biên soạn: ThS. Trần Quang Ninh

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Waste treatment technology in Japan, Golobal Environmental Center Foundation;
2. Decision- Makers Guide To Solid Waste Management, EPA, USA, 1989;
3. Environmental Management in Developing Countries, Volum 2, 1995, Institute for Scientific Co-operation, Tubingen, Federal Republic of Germany;
4. Facts and Fugures on the Environment of Germany 1988/1989, Federal Environmental Agency;
5. Municipal Solid Waste Management in China, Marco J. Castaldi; Prof. Nickolas J. Themelis, Environmental Engineering Columbia University, New York, NY 10027, 9/2005;
6. Warmer Bulletin No: 43/2005, 39/2006, 42/2006, 106/2006;
7. Recycling Organic Waste: From urban pollutant to Farm Resource, Gary Garner, Worldwatch Paper, 1997;
8. Environment Strategy in the East Asia and Pacific Region, World Bank, 2005;
9. Advanced Seminar on Municipal Waste Management and planning within a sustainable development framework, Spain, October, 2004;
10. Handling Municipal Solid Waste, Shuk-wai Fredafung, International Institute Industrial Environmental Economics, Sweden, September 1999;
11. Municipal Solid Waste Management in Hong Kong, Waste Reduction Group, Environmental Protection Department, June, 2006;
12. Tuyển tâp công trình khoa học, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội, 2/2000;
13. Quản lý chất thải rắn, GS-TS Trần Hiếu Nhuệ, TS. Ứng Quốc Dũng, TS. Trần Thị Kim Thái, Tập 1, Nhà Xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2001;
14. Báo cáo hiện trạng Môi trường Quốc gia năm 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trường.
15. Báo cáo hiện trạng Môi trường Quốc gia năm 2004, Phần Chất thải rắn, Bộ Tài nguyên và Môi trường;
16. Nghị định số 59/2007/NĐ-CP của Chính phủ, ngày 9/04/2007 về quản lý chất thải rắn;
17. Xây dựng một xã hội tái chế, Đinh Xuân Hùng, Trần Quang Ninh, số 7/2005 (209);
18. Nâng cao nhận thức môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Cục bảo vệ Môi trường, Hà Nội, 2003
19. Kinh tế chất thải, Dự án Kinh tế chất thải, NXB Chính trị Quốc gia, 2005;
20. Báo cáo Hiện trạng Môi trường Việt Nam, 2003, Bộ Tài nguyên và Môi trường;
21. Kinh tế và Quản lý chất thải ở Việt Nam, Nguyễn Danh Sơn, Viện Chiến lược và Chính sách KH&CN, 2004;
22. Chiến lược Bảo vệ Môi trường Quốc gia đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020.

Tải xuống tài liệu học tập PDF miễn phí

Tiểu Luận Công nghệ sinh học thực vật

Mọi ý kiến đóng góp xin gửi vào hòm thư: [email protected]

Kéo xuống để Tải ngay đề cương bản PDF đầy đủ: Sau “mục lục” và “bản xem trước”

(Nếu là đề cương nhiều công thức nên mọi người nên tải về để xem tránh mất công thức)

Đề cương liên quan:ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN QUẢN LÝ CÔNG NGHỆ

[toc]

[pdfviewer width=”800px” height=”1000px” beta=”true/false”]http://hotroontap.com/wp-content/uploads/2019/03/Ti%E1%BB%83u-Lu%E1%BA%ADn-C%C3%B4ng-ngh%E1%BB%87-sinh-h%E1%BB%8Dc-th%E1%BB%B1c-v%E1%BA%ADt.pdf[/pdfviewer]

Tải ngay đề cương bản PDF tại đây: Tiểu Luận Công nghệ sinh học thực vật

Công nghệ sinh học thực vật

I. Mở đầu

Nuôi cấy mô thực vật là một trong những lĩnh vực ứng dụng đạt nhiều thành công nổi bật của công nghệ sinh học thực vật. Bằng các kỹ thuật nuôi cấy trong điều kiện vô trùng các bộ phận tách rời của cơ thể thực vật, người ta đã nhân giống in vitro thành công nhiều loài cây trồng có giá trị mà trước đây các phương thức nhân giống truyền thống gặp nhiều khó khăn. Bên cạnh đó, một số kỹ thuật khác cũng đã được ứng dụng có kết quả như: nuôi cấy đơn bội (1n) để tạo dòng thuần chủng phục tráng giống cây trồng, dung hợp protoplast giúp mở rộng nguồn gen tạo ra nhiều loài thực vật mang tính trạng mới hữu ích, chọn dòng biến dị soma và biến dị giao tử có khả năng chống chịu các điều kiện bất lợi của ngoại cảnh như nóng-lạnh, phèn-mặn, khô hạn, sâu-bệnh…, và cuối cùng sản xuất các cây trồng sạch bệnh virus từ những cá thể nhiễm bệnh virus.

, thiết kế các vector biểu hiện cao và xây dựng các kỹ thuật chuyển gen hiện đ

1980, đ

.

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                             93

đ

. Hiện nay, nhiều hợp chất tự nhiên dùng làm dược phẩm hoặc phụ gia thực phẩm đã được sản xuất thành công bằng phương thức nuôi cấy tế bào trên quy mô công nghiệp cho hiệu suất rất cao. Đặc biệt, việc sản xuất các protein ngoại lai để điều trị bệnh trong hệ thống tế bào thực vật đang được chú ý do chúng an toàn cho người hơn các protein có nguồn gốc từ tế bào động vật, bởi vì các chất nhiễm bẩn và virus thực vật không phải là tác nhân gây bệnh ở người.

II. Nuôi cấy mô và nhân giống in vitro

1. Thuật ngữ học (terminology)

Nuôi cấy mô (tissue culture) là thuật ngữ dùng để chỉ quá trình nuôi cấy vô trùng in vitro các bộ phận tách rời khác nhau của thực vật. Kỹ thuật nuôi cấy mô dùng cho cả hai mục đích nhân giống và cải thiện di truyền (ví dụ: giống cây trồng), sản xuất sinh khối các sản phẩm hóa sinh, bệnh học thực vật, duy trì và bảo quản các nguồn gen quý… Các hoạt động này được bao hàm trong thuật ngữ công nghệ sinh học.

Thuật ngữ nhân giống in vitro (in vitro propagation) hay còn gọi là vi nhân giống (micropropagation) được sử dụng đặc biệt cho việc ứng dụng các kỹ thuật nuôi cấy mô để nhân giống thực vật, bắt đầu bằng nhiều bộ phận khác nhau của thực vật có kích thước nhỏ, sinh trưởng ở điều kiện vô trùng trong các ống nghiệm hoặc trong các loại bình nuôi cấy khác.

Trong thực tế, các nhà vi nhân giống (micropropagators) dùng thuật ngữ nhân giống in vitro và nuôi cấy mô thay đổi cho nhau để chỉ mọi phương thức nhân giống thực vật trong điều kiện vô trùng. Thuật ngữ đồng nghĩa là nuôi cấy in vitro (in vitro culture).

Nhân giống in vitro và nuôi cấy mô bắt đầu bằng các mảnh cắt nhỏ của thực vật, sạch vi sinh vật, và được nuôi cấy vô trùng. Thuật ngữ đầu tiên

dùng trong quá trình nhân giống là explant (mẫu vật) tương đương với các phương thức nhân giống khác là cutting (cành giâm), layer (cành chiết), scion (cành ghép) hoặc seed (hạt).

Năm thuật ngữ khác được dùng để chỉ các loại tái sinh sinh dưỡng (vegetative or somatic regeneration) cơ bản trong nhân giống in vitro và nuôi cấy mô:

1.1. Nuôi cấy đỉnh phân sinh (meristem-tip culture)

Phương thức nhân giống bằng cách dùng các phần rất nhỏ của đỉnh chồi (shoot-tip) bao gồm mô phân sinh đỉnh riêng rẽ (single apical meristem) và mầm lá non (young leaf primordia) để kéo dài chồi (shoot elongation) ngay sau đó. Kiểu nuôi cấy này được dùng lần đầu tiên để làm sạch virus (virus-free) ở thực vật. Nếu dùng đỉnh phân sinh không thể sống sót và tạo rễ một cách độc lập, thì có thể thay thế bằng phương thức vi ghép (micrografting).

Thành công điển hình trong phương thức này là nhân giống các cây một lá mầm như hoa lan, dứa, huệ và chuối (protocorm hoặc cụm chồi)… hoặc cây hai lá mầm như khoai tây, cà chua và cúc (kéo dài chồi)…

1.2. Sinh sản chồi nách (axillary shoot proliferation)

Kiểu nuôi cấy này sử dụng chồi của các điểm sinh trưởng bên và ngọn nơi mà sự kéo dài của chồi tận cùng (elongation of terminal shoot) bị kìm hãm và sự sinh sản chồi nách được đẩy mạnh. Sự điều khiển này cho phép nhân nhanh được các chồi in vitro (microshoots), là các chồi có thể tách ra và tạo rễ in vitro để hình thành cây trong ống nghiệm (microplants), hoặc nó có thể được cắt ra riêng biệt tạo thành các cành giâm in vitro (microcuttings) để tạo rễ bên ngoài in vitro.

Phương thức này thường được áp dụng cho các đối tượng hai lá mầm như cúc, cà chua, thuốc lá…

1.3. Tạo chồi bất định (adventitious shoot induction)

Loại nuôi cấy cho phép hình thành các chồi bất định hoặc trực tiếp trên mẫu vật hoặc gián tiếp từ mô callus, mà mô callus này hình thành trên bề mặt vết cắt của mẫu vật. Hệ thống nuôi cấy này có những yêu cầu tương tự với nuôi cấy mô phân sinh đỉnh, nó chỉ khác về nguồn mẫu vật và nguồn

gốc bất định của các chồi mới. Một số loại mẫu vật được dùng như là đoạn thân (thuốc lá, cam, chanh, cà chua, bắp cải), mảnh lá (thuốc lá, cà chua, bắp cải, cà phê, ca cao), cuống lá (thủy tiên), các bộ phận của hoa (súp lơ, lúa mỳ, thuốc lá), nhánh củ (họ hành, họ lay ơn, họ thủy tiên), đoạn mầm (măng tây)…

1.4. Phát sinh cơ quan (organogenesis)

Thuật ngữ này dùng để mô tả quá trình tái sinh các chồi hoặc/và rễ bất định từ các khối tế bào callus. Quá trình này xảy ra sau thời điểm mà mẫu vật được đặt vào môi trường nuôi cấy và bắt đầu cảm ứng tạo callus. Đối với mục đích nhân giống in vitro, nếu tái sinh được cây hoàn chỉnh trực tiếp từ mẫu vật nuôi cấy ban đầu thì không những nhanh chóng thu được cây mà các cây cũng khá đồng nhất về mặt di truyền. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp mô nuôi cấy không tái sinh cây ngay mà phát triển thành khối callus. Tế bào callus khi cấy chuyển nhiều lần sẽ không ổn định về mặt di truyền. Để tránh tình trạng đó nhất thiết phải sử dụng loại callus vừa phát sinh, tức là callus sơ cấp để tái sinh cây thì hy vọng sẽ thu được cây tái sinh đồng nhất.

1.5. Phát sinh phôi vô tính (somatic embryogenesis)

Thuật ngữ này dùng cho sự phát triển của các phôi hoàn chỉnh từ các tế bào sinh dưỡng được sản xuất từ các nguồn mẫu vật khác nhau sinh trưởng trong nuôi cấy in vitro. Thuật ngữ tương đương đối với sự phát triển phôi ở thực vật sinh trưởng trong điều kiện tự nhiên là phát sinh phôi hữu tính (zygotic embryogenesis) và phát sinh phôi vô tính (apomitic embryogenesis). Phôi vô tính có cấu trúc tương tự phôi hữu tính của thực vật sinh trưởng trong điều kiện tự nhiên. Điểm khác nhau cơ bản giữa phôi hữu tính và phôi vô tính là phôi hữu tính luôn luôn đi kèm với nội nhũ là cơ quan dự trữ năng lượng và chất dinh dưỡng phục vụ cho quá trình nảy mầm, còn ở phôi vô tính hoàn toàn không có nội nhũ. Phương thức tạo phôi vô tính được ứng dụng rất hiệu quả trong sản xuất hạt nhân tạo (synthetic seed).

2. Nhân giống in vitro và các hệ thống nuôi cấy mô

Phương pháp nhân giống in vitro thực chất là một tiến bộ vượt bậc của các phương pháp nhân giống vô tính cổ điển như giâm cành, giâm chồi, chiết, ghép, tách dòng… Ở đây giá trị thực tiễn của các tiến bộ khoa học kỹ

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                             96

thuật là đã biến những phương thức cổ điển đó thành những phương thức hoàn toàn mới về chất cho phép giải quyết những khó khăn mà phương pháp cổ điển không thể vượt qua. Ví dụ: kỹ thuật giâm cành chỉ có thể ứng dụng thành công ở một số cây trồng nhất định, vì rằng với kích thước 5-20 cm khả năng tạo rễ phụ của vùng mô tượng tầng gần vết cắt hoặc khả năng đánh thức chồi phụ vẫn bị các vùng tế bào lân cận và toàn bộ phần còn lại của đoạn giâm khống chế. Nếu tiến hành nuôi cấy mẫu mô với kích thước 5-10 mm, tức là làm giảm thể tích khối mô xuống 10³ lần thì rõ ràng mối tương tác giữa các tế bào và các loại mô sẽ đơn giản đi rất nhiều, hiệu quả tác động của các biện pháp nuôi cấy sẽ phải cao hơn. Sau đây là một số phương thức nhân giống in vitro:

2.1. Tái sinh cây mới từ các cấu trúc sinh dưỡng

2.1.1. Nuôi cấy mô phân sinh đỉnh hay đỉnh phân sinh

Phương thức này sử dụng các bộ phận nhỏ nhất của đỉnh chồi hay đỉnh sinh trưởng (apex) làm mẫu vật nuôi cấy. Nó bao gồm mô phân sinh đỉnh và các mầm lá non. Khái niệm mô phân sinh đỉnh (ngọn) chỉ đúng khi mẫu vật được tách từ đỉnh sinh trưởng có kích thước trong vòng 0,1-0,15 mm tính từ chóp sinh trưởng. Trong thực tế mẫu vật được tách với kích thước như vậy chỉ khi nào người ta tiến hành nuôi cấy với mục đích làm sạch virus cho cây trồng. Thường sẽ gặp khó khăn lớn trong việc nuôi thành công các mô phân sinh đỉnh riêng rẽ có kích thước nhỏ như vậy. Do đó, trong khuôn khổ nhân giống in vitro người ta thường nuôi cấy cả đỉnh chồi hoặc đỉnh sinh trưởng. Phổ biến nhất ở các đối tượng như phong lan, dứa, mía, chuối… đỉnh sinh trưởng được tách với kích thước từ 5-10 mm, nghĩa là toàn bộ mô phân sinh đỉnh và một phần mô xung quanh.

Tương quan giữa độ lớn của chồi nuôi cấy, tỷ lệ sống và mức độ ổn định về mặt di truyền của chồi được biểu hiện như sau: Nếu độ lớn tăng thì tỷ lệ sống và tính ổn định tăng, nếu độ lớn giảm thì tỷ lệ sống và tính ổn định giảm. Nhưng xét về hiệu quả kinh tế nuôi cấy (thể tích bình nuôi, lượng dung dịch môi trường dinh dưỡng): Nếu độ lớn tăng thì hiệu quả kinh tế giảm, nếu độ lớn giảm thì hiệu quả kinh tế tăng. Do đó, phải kết hợp hài hòa được các yếu tố trên để tìm ra phương thức lấy mẫu tối ưu.

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                             97

Một đỉnh sinh trưởng nuôi cấy ở điều kiện thích hợp sẽ tạo một hay nhiều chồi và mỗi chồi sẽ phát triển thành một cây hoàn chỉnh. Xét về nguồn gốc của các cây đó có ba khả năng:

• Cây phát triển từ chồi đỉnh (chồi ngọn).

• Cây phát triển từ chồi nách phá ngủ.

• Cây phát triển từ chồi mới phát sinh, ví dụ nuôi cấy đoạn trụ dưới mầm (hypocotyl) của cây mãng cầu (Annona squamosa) sẽ cho xuất hiện rất nhiều mầm (buds) trên mô nuôi cấy, một số mầm sau đó sẽ phát triển thành chồi (shoots) và trở thành cây in vitro hoàn chỉnh (plantlet). Tuy nhiên, thường khó phân biệt được chồi phá ngủ và chồi phát sinh mới. Các phương thức phát triển cây hoàn chỉnh từ đỉnh sinh trưởng nuôi cấy như sau:

• Phát triển cây trực tiếp

Chủ yếu ở các đối tượng hai lá mầm (dicotyledon) như khoai tây, thuốc lá, cam chanh, hoa cúc… ví dụ khoai tây (Solanum tuberosum):

Mầm (đỉnh sinh trưởng)             Chồi nách          Cây (Hình 4.1)

mầm

A                                                                               B

Hình 4.1. Sự phát triển cây trực tiếp. A: mầm khoai tây. B: sự kéo dài mầm khoai tây trong nuôi cấy và phát sinh chồi nách, các đoạn thân mang chồi nách sẽ được tách ra và cấy chuyển trên cùng môi trường để nhân nhanh.

• Phát triển cây thông qua giai đoạn protocorm

Chủ yếu gặp ở các đối tượng một lá mầm (monocotyledon) như phong lan, dứa, huệ… Cùng một lúc đỉnh sinh trưởng tạo hàng loạt protocorm (proembryo) và các protocorm này có thể tiếp tục phân chia thành các protocorm mới hoặc phát triển thành cây hoàn chỉnh. Bằng phương thức này trong một thời gian ngắn người ta có thể thu được hàng triệu cá thể, ví dụ Hoa lan (Orchidaceae):

Đỉnh sinh trưởng           Protocorm          Cây (Hình 4.2)

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                             98

Mô phân sinh đỉnh

Mầm lá

Đỉnh phân sinh được

tách ra để nuôi cấy

A                                                                B

Hình 4.2. Phát triển cây qua giai đoạn protocorm. A: đỉnh sinh trưởng. B:

Protocorm hình thành từ nuôi cấy đỉnh sinh trưởng.

Các đối tượng hoa lan đã mang lại hiệu quả kinh tế đặc biệt cao. Sau những kết quả đầu tiên ở chi Cymbidium của Morel (1966), đến nay người ta đã thu được kết quả rất tốt ở khoảng 30 chi khác nhau của họ này. Sở dĩ nhân giống vô tính hoa lan đạt được thành công lớn và được ứng dụng rộng rãi như vậy là vì hoa lan có phương thức sinh sản qua protocorm. Nhờ có phương thức nhân giống nhanh và rẻ tiền mà hoa lan vốn đắt trở nên có giá phải chăng và được nhiều người ưa chuộng. Những thành công ở họ lan không những chỉ là bằng chứng mà còn mở đường cho việc ứng dụng kỹ thuật này đối với các loài cây khác.

Lĩnh vực ứng dụng mới đây nhất cũng đã bắt đầu có kết quả là các cây ăn quả và cây lâm nghiệp, trong đó có các cây quý như cà phê, táo, lê, thông, bồ đề… Tổng số có trên 30 chi khác nhau đã được nuôi cấy thành công. Do các cây trồng rừng và các cây ăn quả là những cây trồng lâu năm nên mọi chi phí ban đầu trong nhân giống in vitro đều có thể chấp nhận được.

• Ghép đỉnh chồi (shoot apex grafting) hay vi ghép

Về nguyên tắc, vi ghép là nuôi cấy đỉnh sinh trưởng, nhưng thông qua dinh dưỡng tự nhiên của gốc ghép. Đỉnh sinh trưởng dùng làm mắc ghép có kích thước khoảng từ 0,2-0,5 mm được tách từ búp non đang sinh trưởng mạnh của cây mẹ trưởng thành, gốc ghép là mầm giá mới nảy mầm từ hạt của giống hoang dại, toàn bộ cây ghép được nuôi dưỡng trong điều kiện ống nghiệm vô trùng. Phương thức này thường dùng để tạo ra các giống cây ăn quả sạch bệnh virus nhằm cung cấp mắt ghép và cành chiết đầu dòng làm nguyên liệu nhân giống cho sản xuất đại trà. Phương thức này cho phép thu

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                             99

được cây hoàn toàn sạch bệnh và mang đặc điểm di truyền của cây mẹ cho mắt ghép.

Có nhiều cách ghép khác nhau, chẳng hạn: (1) Ghép lên mặt cắt: đặt mắt ghép trực tiếp lên bề mặt lát cắt, trên vùng tượng tầng. (2) Ghép chữ T-ngược: dùng đầu nhọn của lưỡi dao cắt lỗ ghép hình chữ T-ngược, chân chữ T là mặt cắt để dễ bộc lộ vùng tượng tầng. (3) Ghép hàm ếch: khoét trên thân mầm cách mặt cắt 5 mm một vết lõm hình hàm ếch, chiều sâu vết lõm bằng chiều dày lớp vỏ. Đặt mắt ghép vào đáy hàm ếch (Hình 4.3).

1 . Ghép lên mặt cắt

Vỏ

Tượng tầng

Lõi

2. Ghép vào vết T-ngược

3. Ghép vào lỗ trên thân

Hình 4.3. Vị trí mắt ghép trong ba kiểu vi ghép khác nhau

2.1.2. Nuôi cấy chồi bất định (adventitious shoot culture)

Hệ thống nuôi cấy này có những yêu cầu tương tự với nuôi cấy mô phân sinh đỉnh, nó chỉ khác về nguồn mẫu vật và nguồn gốc bất định của các chồi mới. Đỉnh chồi bất định mới có thể phát triển hoặc trực tiếp trên mẫu vật hoặc gián tiếp từ mô callus, mà mô callus này hình thành trên bề mặt vết cắt của mẫu vật (Hình 4.4). Một số loại mẫu vật được dùng như sau:

• Đoạn thân: thuốc lá, cam, chanh, cà chua, bắp cải…

• Mảnh lá: thuốc lá, cà chua, bắp cải, cà phê, ca cao…

• Cuống lá: thủy tiên…

• Các bộ phận của hoa: súp lơ, lúa mỳ, thuốc lá…

• Nhánh củ: họ hành, họ lay ơn, họ thủy tiên…

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           100

• Đoạn mầm: măng tây…

A                                                                       B

Hình 4.4. Tái sinh chồi bất định và nhân giống in vitro cây Hylotelephium sieboldii. A: Chồi bất định. B: Cây in vitro hoàn chỉnh.

Sự phát sinh chồi bất định trực tiếp bắt đầu bằng các tế bào nhu mô (parenchyma cells) nằm ở trong biểu bì hoặc ngay phía dưới bề mặt của thân; một số tế bào này trở thành mô phân sinh và các túi nhỏ gọi là thể phân sinh (meristemoids) phát triển. Các thể phân sinh này rõ ràng có nguồn gốc từ các tế bào đơn. Tuy nhiên, chiều hướng phản ứng của thực vật cũng tùy thuộc vào nồng độ phytohormone. Nghiên cứu sự tạo chồi ở mô nuôi cấy của cây linh sam Douglas cho thấy cytokinin (BAP 5 μM) cần thiết cho sự phát sinh chồi bất định, nhưng có ba kiểu phản ứng khác nhau có kết quả tùy thuộc vào nồng độ của auxin được cung cấp. Nồng độ auxin thấp (NAA

5 μM) chỉ có chồi phát triển. Khi nồng độ auxin cao hơn (NAA 5 μM) lá mầm tạo ra cả callus và nhiều chồi. Khi cung cấp chỉ riêng auxin (NAA = 5 μM) thì chỉ có callus được tạo thành.

Sự phát triển các chồi bất định gián tiếp đầu tiên qua giai đoạn hình thành callus cơ sở (basal callus) từ các chồi được tách trong nuôi cấy. Các chồi sau đó phát triển từ ngoại vi mô callus và không có quan hệ ban đầu với các mô có mạch dẫn (vascular tissue) của mẫu vật.

2.2. Nhân giống thông qua giai đoạn callus

Trong khuôn khổ của mục đích nhân giống in vitro nếu tái sinh được cây hoàn chỉnh trực tiếp từ mẫu vật nuôi cấy ban đầu thì không những nhanh chóng thu được cây mà các cây cũng khá đồng nhất về mặt di truyền.

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           101

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp mô nuôi cấy không tái sinh cây ngay mà phát triển thành khối callus (Hình 4.5).

A                                          B

Hình 4.5. Callus (A) và tái sinh chồi từ callus (B) của chi Lilium

Tế bào callus khi cấy chuyển nhiều lần sẽ không ổn định về mặt di truyền. Để tránh tình trạng đó nhất thiết phải sử dụng loại callus vừa phát sinh, tức là callus sơ cấp để tái sinh cây thì hy vọng sẽ thu được cây tái sinh đồng nhất. Thông qua giai đoạn callus còn có thể thu được những cá thể sạch virus như trường hợp của Kehr và Sehaffer (1976) thu được ở tỏi.

2.3. Nhân giống thông qua phát sinh phôi vô tính-công nghệ hạt nhân tạo

2.3.1. Phôi vô tính

Một phương thức nhân giống vô tính nữa là tạo phôi vô tính từ tế bào callus. Năm 1958, Street và Reinert là hai tác giả đầu tiên mô tả sự hình thành phôi vô tính từ các tế bào đơn của cà rốt (Daucus carota). Đến năm 1977, Murashige cho rằng phôi vô tính có thể trở thành một biện pháp nhân giống in vitro. Ở một số loài, sự phát sinh phôi vô tính hình thành trực tiếp từ những phôi bất định (adventitious embryos) nằm trong phôi tâm (nucellar embryos). Đến nay, công nghệ phôi vô tính được coi là công nghệ rất có triển vọng cho nông nghiệp trong thế kỷ 21.

Phôi vô tính là các cá thể nhân giống (propagules) có cực tính bắt nguồn từ các tế bào soma (Hình 4.6 và 4.7). Chúng rất giống phôi hữu tính (zygotic embryo) ở hình thái, quá trình phát triển và sinh lý, nhưng do không phải là sản phẩm của sự thụ tinh giữa giao tử đực và giao tử cái, và vì vậy không có quá trình tái tổ hợp di truyền (genetic recombination), các

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           102

phôi vô tính có nội dung di truyền giống hệt với các tế bào soma đã sinh ra chúng.

• trường hợp phôi hữu tính, sự kết hợp giao tử đực và cái cho ra hợp tử (zygote). Hợp tử phân chia nhiều lần tạo nên phôi hữu tính có cấu trúc hai cực: rễ và ngọn. Khi hợp tử phát triển, miền sinh trưởng rễ và miền sinh trưởng ngọn cùng phát triển và cuối cùng tạo thành cây hoàn chỉnh, qua các giai đoạn phôi học như sau:

– Trường hợp cây hai lá mầm:

Dạng cầu        dạng thủy lôi        dạng có lá mầm

• Trường hợp cây một lá mầm:

Dạng cầu       dạng scutellar        dạng diệp tiêu

A                                                                            B

Hình 4.6. Các phôi vô tính (A) và cây mầm phát sinh từ phôi vô tính (B)

A                                                                                B

Hình 4.7. Phôi vô tính của chuối (A) và nuôi cấy phát triển phôi vô tính (B)

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           103

Bảng 4.1. Một số cây trồng có giá trị kinh tế được nhân giống bằng phương thức phát sinh phôi vô tính in vitro

• rất nhiều cây, người ta nhận thấy các tế bào đang phân chia vô tổ chức đã tạo nên callus khi nuôi cấy. Có thể thay đổi hướng phát triển của chúng để tạo ra các phôi vô tính với các bước phát sinh hình thái rất giống với trường hợp phôi hữu tính. Điểm khác nhau cơ bản giữa phôi hữu tính và phôi vô tính là phôi hữu tính luôn luôn đi kèm với nội nhũ là cơ quan dự trữ năng lượng và chất dinh dưỡng phục vụ cho quá trình nảy mầm, còn ở phôi

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           104

vô tính hoàn toàn không có nội nhũ. Sự khác nhau này không chỉ đáng chú ý về mặt khoa học mà còn là một yếu tố rất quan trọng trong công nghệ phôi vô tính.

Khả năng tạo phôi vô tính trong nuôi cấy mô thực vật, ngoài các điều kiện vật lý, hóa học thuận lợi cho sự tạo phôi, còn phụ thuộc rất lớn vào loài, vào các giống (cultivars), dòng (strains) trong cùng một loài. Khả năng này được chứng minh là do một hoặc một vài gen phụ trách. Vì vậy, bằng biện pháp lai tạo có thể chuyển khả năng tạo phôi vô tính cao từ cây này qua cây khác.

2.3.2. Công nghệ hạt nhân tạo

Hạt nhân tạo (artificial seed hoặc synthetic seed) là phôi vô tính bọc trong một lớp vỏ polymer như agar, agarose, alginate… Trong cấu trúc lưới của các lớp vỏ đó, nước, chất dinh dưỡng và chất sinh trưởng được cung cấp thay cho nội nhũ, giúp cho phôi vô tính có thể nảy mầm trở thành cây hoàn chỉnh (Hình 4.8).

Hình 4.8. Hạt nhân tạo của giống táo M.26

Trong việc sản xuất các hạt nhân tạo thông qua phôi vô tính từ nuôi cấy dịch lỏng, thì nồi phản ứng sinh học (bioreactor) là thiết bị không thể thay thế được.

Do phôi vô tính cũng có thể nảy mầm và phát triển thành cây hoàn chỉnh, nên kỹ thuật hạt nhân tạo đã được nghiên cứu và ứng dụng thành công ở nhiều nước. Hạt nhân tạo gồm có ba phần:

– Phôi vô tính

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           105

• Vỏ bọc polymer (alginate)

• Màng ngoài (calcium alginate)

Có nhiều loại polymer tự nhiên đã được thử nghiệm dùng cho công nghệ phôi vô tính, trong đó alginate được coi là tốt nhất. Alginate là một polymer sinh học, được chiết từ rong biển mà chủ yếu là các loài thuộc chi Sargassum. Aliginate do các phân tử manuronic acid gắn với nhau tạo thành, giống như các phân tử glucose tạo nên cellulose. Đặc điểm quan trọng nhất của alginate là chúng ở dạng hòa tan trong nước khi kết hợp với các ion hóa trị một (monovalent) như: Na⁺, K⁺, NH ₄ … và lập tức chuyển sang dạng không tan trong nước khi kết hợp với các ion hóa trị hai (divalent) hoặc đa hóa trị (polyvalent) như: Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺,… Nếu nhỏ một giọt dung dịch sodium alginate vào dung dịch CaCl₂ thì sodium alginate

• phần diện tích ngoài của giọt sẽ chuyển hóa ngay thành calcium alginate và tạo nên một màng không thấm nước hình thành các viên alginate.

2.3.3. Nhân giống trong các nồi phản ứng sinh học

Trước đây, các nồi phản ứng sinh học hay còn gọi là bình lên men (fermenter) chủ yếu được dùng cho công nghệ vi sinh. Trên cơ sở các thiết bị đó, với một số cải tiến, nhiều tác giả đã nhân giống thành công nhiều loại phôi vô tính và các thể chồi, cụm chồi hoặc củ nhỏ.

Phôi vô tính cà phê được sản xuất thành công ở Brasil trên các nồi phản ứng sinh học dung tích từ 2-4 lít. Nồi vận hành theo các nguyên tắc của một bình lên men (có thể không dùng cánh khuấy mà chỉ dùng bọt khí để thực hiện việc sục khí và truyền nhiệt). Mỗi mẻ có thể thu được 4-5 triệu phôi vô tính cà phê. Ở Indonesia, cụm chồi dứa được đưa vào sản xuất thành công với bình lên men 10 lít. Điểm đáng chú ý trong công nghệ này là thay vì bơm khí vào nồi phản ứng, dịch lỏng nuôi cấy (môi trường mới) được bơm vào nồi và hút ra (môi trường cũ) theo chu kỳ ngắn, nhờ vậy mô và tế bào thực vật có đủ oxy và chất dinh dưỡng để phát triển mạnh. Phương thức nuôi cấy này được gọi là nuôi cấy thể ổn định hóa tính (chemostat culture).

Củ siêu bi (microtuber) được thị trường quốc tế công nhận là dạng khoai tây giống của thế kỷ 21. Củ khoai tây siêu bi có kích thước bằng hoặc nhỏ hơn hạt ngô, hoàn toàn sạch bệnh virus được công ty Microtuber Inc. (Mỹ) sản xuất trong các nồi phản ứng là các đoạn thân khoai tây nhân giống

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           106

bằng nuôi cấy mô theo phương pháp kinh điển. Trong nồi phản ứng, các đoạn thân được kích thích ra rễ và tạo củ nhỏ. Hiện nay, Microtuber Inc. có thị trường ở Bắc Mỹ và Hà Lan. Nồi phản ứng ở hãng Microtuber Inc. là các ống nhựa kín chịu nhiệt, đường kính 15 cm, dài 50 cm, quá trình tạo củ hoàn toàn không cần chiếu sáng.

Hình 4.9 mô tả các phương thức phổ biến để phát triển cây hoàn chỉnh trong nhân giống in vitro.

Nuôi cấy

phôi

Nuôi cấy

cơ quan

Hình 4.9. Các phương thức tạo cây hoàn chỉnh in vitro

3. Các giai đoạn trong quy trình nhân giống vô tính in vitro

Quy trình nhân giống vô tính in vitro được thực hiện theo ba (hoặc bốn) giai đoạn tùy theo cách phân chia của từng tác giả:

• Cấy gây

• Nhân nhanh

• Chuẩn bị và đưa ra ngoài đất

3.1. Giai đoạn I-cấy gây

Đưa mẫu vật từ bên ngoài vào nuôi cấy vô trùng phải đảm bảo những yêu cầu sau:

• Tỷ lệ nhiễm thấp

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           107

• Tỷ lệ sống cao

• Tốc độ sinh trưởng nhanh

Kết quả bước cấy gây này phụ thuộc rất nhiều vào cách lấy mẫu. Quan trọng nhất vẫn là đỉnh sinh truởng, chồi nách, sau đó là đoạn hoa tự, hoa, đoạn thân, mảnh lá, rễ…

Chọn đúng phương pháp khử trùng sẽ cho tỷ lệ sống cao và môi trường dinh dưỡng thích hợp sẽ đạt được tốc độ sinh trưởng nhanh.

Một số dạng môi trường dinh dưỡng phổ biến:

• Muối khoáng: Theo White (1943), Heller (1953), Murashige và Skoog (1962) (Bảng 4.2).

• Chất hữu cơ:

• Đường saccharose 1-6 %.

• Vitamin: B1, B6, myo-inositol, nicotinic acid.

• Amino acid: Arg, Asp, Asp-NH₂, Glu, Glu-NH₂, Tyr.

• Phytohormone:
  • Nhóm auxin: IAA, IBA, NAA, 2,4-D…

• Nhóm cytokinin: BAP, kinetin, 2-iP, zeatin…

• Nhóm gibberellin: GA₃.

Tùy theo từng loài, từng bộ phận nuôi cấy và từng mục đích nuôi cấy mà bổ sung các hàm lượng và thành phần phytohormone khác nhau.

3.2. Giai đoạn II-nhân nhanh

• giai đoạn này người ta mới kích thích tạo cơ quan phụ hoặc các cấu trúc khác mà từ đó cây hoàn chỉnh có thể phát sinh. Những khả năng tạo cây đó là:

– Phát triển chồi nách – Tạo phôi vô tính

– Tạo đỉnh sinh trưởng mới

Trong giai đoạn này cần nghiên cứu các tác nhân kích thích phân hóa cơ quan, đặc biệt là chồi như:

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           108

Bảng 4.2. Thành phần môi trường Murashige và Skoog (1962)

• Bổ sung tổ hợp phytohormone mới (tăng cytokinin giảm auxin). Tăng tỷ lệ auxin/cytokinin sẽ kích thích mô nuôi cấy tạo rễ và ngược lại sẽ kích thích phát sinh chồi.

• Tăng cường thời gian chiếu sáng 16 giờ/ngày, tối thiểu 1.000 lux. Trong thực tế nghiên cứu, người ta nhận thấy khó tách biệt ảnh hưởng của chu kỳ chiếu sáng khỏi ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng. Ánh sáng tím là thành phần quan trọng kích thích phân hóa mạnh. Ánh sáng đỏ có ảnh hưởng giống cytokinin (cytokinin-like effect), nó tạo nên sự tích lũy cytokinin trong mô của một số loài, chính lượng cytokinin này đã góp phần

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           109

kích thích quá trình phát sinh cơ quan và tạo chồi từ những mô nuôi cấy in vitro.

• Bảo đảm chế độ nhiệt độ trong khoảng 20-30^o Trường hợp những loài có nguồn gốc nhiệt đới, nhiệt độ nuôi cấy thích hợp vào khoảng từ 32-35^oC. Ngược lại, đối với những loài hoa ở vùng ôn đới nhiệt độ thích hợp

cho quá trình tạo cụm chồi phải     30^oC.

Mục tiêu quan trọng nhất của giai đoạn này là xác định được phương thức nhân nhanh nhất bằng môi trường dinh dưỡng và điều kiện khí hậu tối thích.

3.3. Giai đoạn III-chuẩn bị và đưa ra ngoài đất

Đây là giai đoạn quan trọng bao gồm việc tạo rễ, huấn luyện thích nghi với thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, sự mất nước, sâu bệnh và chuyển từ trạng thái dị dưỡng sang tự dưỡng hoàn toàn. Giai đoạn này thường bị bỏ qua một cách thiếu căn cứ.

Các nghiên cứu về cấu trúc của lá khoai tây nuôi cấy in vitro và so sánh với lá cây khoai tây trồng bên ngoài cho thấy chúng rất khác nhau. Điều đó chứng tỏ phải tiến hành thích nghi dần dần cây nhân giống in vitro với điều kiện tự nhiên. Quá trình thích nghi ở đây phải được hiểu là quá trình thay đổi những đặc điểm sinh lý và giải phẫu của bản thân cây non đó. Thời gian tối thiểu cho sự thích nghi là 2-3 tuần, trong thời gian này cây phải được chăm sóc và bảo bệ trước những yếu tố bất lợi sau:

• Mất nước nhanh làm cho cây bị héo khô.

• Nhiễm vi khuẩn và nấm gây nên hiện tượng thối nhũn.

• Cháy lá do nắng.

4.                 Nhân giống in vitro và việc sử dụng giống ưu thế lai

Trong chăn nuôi, việc sử dụng giống vật nuôi mang ưu thế lai ở thế hệ F₁ đã trở thành biện pháp tăng năng suất quan trọng bậc nhất.

• ngành trồng trọt, giống ưu thế lai mới chỉ được ứng dụng ở một số đối tượng như: ngô, cà chua, lúa, cải dầu, bắp cải, hành tây, măng tây, và đặc biệt là các giống hoa…

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           110

Sử dụng ưu thế lai không những làm tăng năng suất từ 20-40%, mà giống lai còn có đặc điểm là rất đồng đều so với giống bố mẹ. Tính đồng đều của giống là tiền đề quan trọng cho sản xuất theo phương thức công nghiệp. Ở súp-lơ chẳng hạn, phương thức sản xuất công nghiệp đòi hỏi phải thu hoạch toàn bộ diện tích bằng cơ giới vào một thời điểm. Điều này chỉ được thực hiện khi sử dụng giống ưu thế lai F₁. Nếu dùng giống thuần chủng theo phương thức tự phối thì không đảm bảo, vì ở các giống rau họ cải (Brassicaceae) thường xuất hiện hiện tượng bất tự thụ. Vì vậy, phương pháp nhân giống và bảo quản giống trong ống nghiệm đối với một số giống rau và giống hoa có một ý nghĩa kinh tế cao.

Vấn đề đặt ra hiện nay là phải nghiên cứu các quy trình nhân giống in vitro tối ưu cho từng loài cây trồng và cải tiến quy trình đó để giảm tới mức đối đa các tốn kém về nhân công lao động trong các công đoạn nuôi cấy và đưa cây con ra ngoài đất.

5. Nhân giống in vitro và các đặc điểm không di truyền

Bên cạnh những đặc điểm di truyền ở thực vật người ta còn phát hiện được hàng loạt đặc điểm (hình thái và sinh lý) không di truyền, đó là các đặc điểm epigenetic. Quá trình nhân giống in vitro có ảnh hưởng tới các đặc điểm không di truyền này.

5.1. Hiện tượng các đặc điểm epigenetic được lưu lại

Nghiên cứu nhân giống vô tính về cây Phyllanthus amarys (cây chó đẻ) cho thấy:

Phyllanthus là một loại cây cỏ có thân thẳng đứng và cành ngang giống lá kép nhưng lại ở nách lá và có hoa cho nên vẫn tạm coi như cành ngang. Lá ở thân đứng xếp theo kiểu xoắn ốc, nhưng ở cành ngang là tương đối so le.

• nách lá có cành ngang, chồi nách phát triển mạnh thành cành thẳng đứng như thân. Nếu cắt cành ngang để ươm thì sẽ thu được cành ngang dài hàng mét. Cành ngang phát triển vô hạn theo một chương trình “ngang” định trước. Nếu ươm cành thẳng thì sẽ thu được cây thẳng đứng. Như vậy, mô phân sinh của cành khác mô phân sinh của thân và khi nhân giống vô tính các bộ phận khác nhau sẽ thu được các dạng cây khác nhau. Ở đây mô

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           111

phân sinh đỉnh điều khiển mô phân sinh cành phát triển theo hướng ngang. Nếu cắt bỏ mô phân sinh đỉnh sớm thì cành ngang sẽ phát triển thành cành đứng.

Tế bào sinh trưởng đỉnh (organisator) điều khiển sự hoạt động của các tế bào khác (tương tự như ở động vật). Hiện tượng điều khiển hướng phát triển này có một ý nghĩa thực tiễn rất lớn.

Các cây cà phê và ca cao cùng có đặc điểm xếp cành tương tự như vậy, do đó khi tiến hành nhân giống vô tính các loài cây này phải chú ý đến hiện tượng điều khiển hướng phát triển như ở Phyllanthus.

5.2. Hiện tượng các đặc điểm epigenetic không lưu lại

Nhân giống vô tính in vitro giống dứa Cayen không gai thông qua phân chia protocorm người ta thu được một tỷ lệ đáng kể các cá thể có gai.

Bình thường trong kỹ thuật trồng dứa người ta sử dụng hom dứa có kích thước khá lớn 15-30 cm. Đặc điểm không gai đã được chương trình hóa trong các đọt có kích thước lớn như vậy và vườn dứa trồng như vậy đều không có gai. Vì sao khi tách đỉnh sinh trưởng và nuôi cấy thành protocorm và cây dứa non thì gai lại xuất hiện.

Có thể ở giai đoạn sinh lý sớm của protocorm và quá trình nuôi cấy đỉnh sinh trưởng phân lập, mô phân sinh của những cây dứa non tương lai đã được giải phóng một phần khỏi ảnh hưởng của tổ chức điều khiển và vì thế chúng phát triển tự do theo đặc điểm có gai của thế hệ xa xưa. Hiện tượng tương tự chúng ta cũng bắt gặp ở trường hợp cây cam không gai. Khi gieo hạt hoặc nuôi cấy phôi vô tính từ mô phôi tâm sẽ thu được những cá thể có gai.

Hiện nay, vấn đề này đang được quan tâm vì một số đặc tính chống chịu như chịu mặn, chịu bệnh, chịu lạnh vẫn thường là những đặc tính epigenetic và liệu thông qua nhân giống in vitro các đặc tính đó có còn được giữ lại hay không.

III. Các kỹ thuật chuyển gen ở thực vật

Chuyển gen

.

chuyển gen và một cách hiệu quả

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           112

(selectable marker gene

la (screenable marker gene

.

ơ : trình tự  (promoter),

–

trình tự kết

. Hai prom : promoter CaMV 35S

promoter ubiquitin

.

(

.

, k

Agrobacterium tumefaciens

ng sinh. Agrobacterium

Agrobacterium

–

–

…

n

. Có nhiều phương pháp chuyển gen khác nhau ở thực vật, nhưng ở đây chỉ trình bày một vài phương pháp chủ yếu:

1.     Chuyển gen gián tiếp thông qua Agrobacterium

• Vi khuẩn Agrobacterium

Agrobacterium tumefaciens  Agrobacterium rhizogenes

. A. tumefaciens

–

1. tumefaciens

đư A. tumefaciens -plasmid (T-DNA)

.

1.2. Ti-plasmid

–

. Ở vi kh-

.

 Agrobacterium

 cis và trans. Đây là hai dạng vector rất thuận lợi để tái tổ hợp gen ngoại lai và chuyển vào tế bào thực vật. Dạng cis chỉ sử dụng Ti-plasmid và tế bào vật chủ là Agrobacterium tumefaciens mà không có sự tham gia của các plasmid và vi khuẩn khác. Vùng T-DNA của Ti-plasmid được thiết kế lại để gắn những gen ngoại lai mong muốn, các phần còn lại của Ti-plasmid vẫn được giữ nguyên. Agrobacterium tumefaciens được dùng làm tế bào vật chủ để nhân lên nhiều bản sao của Ti-plasmid và chuyển gen. Dạng trans hay binary là dạng sử dụng hai hay nhiều loại plasmid và vi khuẩn cùng lúc, ví dụ: vi khuẩn E. coli và Agrobacterium, plasmid trong trường hợp này thích ứng với cả E. coli và Agrobacterium. Trước tiên, plasmid của E. coli chứa đoạn T-DNA được giới hạn bởi bờ phải (right border-RB) và bờ trái (left border-LB) mang gen ngoại lai được thiết kế và nhân lên trong vi khuẩn E. coli. Tiếp đến plasmid mang gen ngoại lai được chuyển nạp vào vi khuẩn Agrobacterium nhờ một helper plasmid thực hiện sự tiếp hợp thông qua quá trình giao phối bộ ba (triparental matting). Vi khuẩn Agrobacterium đã mang sẵn một loại plasmid khác chứa vùng vir (virulence region) có chức năng quan trọng trong quá trình chuyển gen ngoại lai. Sự tồn tại song song hai plasmid này đã tương tác lẫn nhau trong việc chuyển gen vào tế bào thực vật. Như vậy, gen ngoại lai và vùng DNA

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           115

giúp quá trình chuyển gen (vùng vir) không nằm trên cùng một plasmid nên hệ chuyển gen này được gọi là hệ trans.

1.3. Vùng T-DNA

–

, cytokinin,

opine —

—

(vùng vir

4.10).

—

vir vir

virE2, virB, virD, virD2, vir

–

.

1. tumefaciens –

– A. rhizogenes

– A. rhizogenes

.

, Agrobacterium

–

 Agrobacterium .

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           116

A

vir

chuyển hóa opine

ori

B

C

vir

chuyển hóa opine

ori

T-DNA

gen đích

g Ti-plasmid. A: dạng tự nhiên ban đầu, B: dạng

cis, C: dạng trans.

 Agrobacterium tumefaciens

Agrobacterium

–

 A.

tumefaciens A. rhizogenes

.

Để gắn T-DNA vào tế bào thực vật, đầu tiên vi khuẩn A. tumefaciens phải tiếp xúc với thành tế bào thực vật bị tổn thương. Quá trình này được thực hiện nhờ các gen chvA và chvB. Gen chvB mã hóa một protein liên quan đến hình thành β-1,2 glucan mạch vòng, trong khi đó gen chvA xác định một protein vận chuyển, định vị ở màng trong của tế bào vi khuẩn. Protein vận chuyển giúp vận chuyển β-1,2 glucan vào khoảng giữa thành tế bào và màng sinh chất. β-1,2 glucan giữ vai trò quan trọng để vi khuẩn Agrobacterium tiếp xúc với thành tế bào thực vật. Nếu không có sự tiếp xúc này, sẽ không có sự dẫn truyền T-DNA.

Các sản phẩm protein của vùng vir có tác dụng cho việc dẫn truyền T-DNA từ vi khuẩn vào tế bào thực vật. Các loại protein đó rất cần thiết cho quá trình cắt T-DNA khỏi Ti-plasmid, cảm ứng thay đổi màng tế bào thực vật mà chúng tiếp xúc, tham gia di chuyển phần T-DNA qua màng vi khuẩn tới tế bào chất của tế bào thực vật, vận chuyển tới nhân rồi cuối cùng xâm nhập vào genome của cây chủ.

Thực chất chỉ riêng T-DNA của Ti-plasmid được chuyển vào genome tế bào thực vật, mà không còn phần nào khác. Quá trình dẫn truyền chỉ do sản phẩm của các gen vir (vùng vir) và gen chv quyết định mà không liên quan đến các gen khác trên T-DNA. Tuy nhiên, chuỗi DNA 25 bp (RB và LB của T-DNA) có vai trò là vị trí cảm ứng cho các sản phẩm của tổ hợp các gen vùng vir, đặc biệt là protein từ gen virE mang chúng dẫn truyền vào tế bào thực vật. Chúng hoạt động như các tín hiệu nhận biết và khởi động quá trình dẫn truyền. Trước hết gen virA trong tổ hợp gen vùng vir được phosphoryl hóa nhờ tác động của các hợp chất phenol như acetosyringone giải phóng ra từ các tế bào thực vật tổn thương. Sản phẩm của quá trình này lại tiếp tục phosphoryl hóa gen virG. Sản phẩm của gen virG liên tiếp làm hoạt hóa toàn bộ các gen vir còn lại, mà hai gen cuối cùng được hoạt hóa là gen virB và virE. Trước đó, khi gen virD được hoạt hóa, sản phẩm của nó cảm ứng nhận biết RB và LB của T-DNA và làm đứt phần T-DNA ra khỏi DNA của Ti-plasmid thành các sợi đơn. Đồng thời quá trình phosphoryl hóa này cũng làm thay đổi thẩm xuất màng tế bào thực vật, màng tế bào bị mềm ra và bị thủng. Các sợi đơn T-DNA được gắn vào protein do gen virE tổng

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           118

hợp và dịch chuyển về phía màng tế bào vi khuẩn. Ngay sau đó, sợi T-DNA được trượt từ vi khuẩn vào tế bào thực vật. Cầu nối chính là sự tiếp hợp (conjugation) giữa hai tế bào do cảm ứng sản phẩm gen virB mà thành. Khi T-DNA đã được chuyển giao vào tế bào thực vật, chúng nhanh chóng hợp nhất (integration) trong genome tế bào thực vật được ổn định và di truyền như các gen bình thường khác (Hình 4.11).

Hình 4.11. Phương thức chuyển T-DNA vào genome của thực vật

2. Các gen chỉ thị chọn lọc và gen chỉ thị sàng lọc

β-

glucuronidase (gus

huỳnh quang màu xanh lục (.

promoter

Agrobacterium , gen ngoạ

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           119

của

.

.

: gus A, npt II, lux, cat,

nos và bar  4.3).

• Gen npt II. Gen mã hóa cho

.

• Gen bar. Gen bar phosphinothricin acetyltransferase (PAT),

.  Gen   bar

Streptomyces hygroscopicus

 bar

.

• Gen gus G—

–

gen gus ———–

chuy.

• Gen lac Gen mã hóa cho enzyme – 116 kD. Gen lac E. coli

– lac

 lac

 lac.

1. Một số gen chỉ thị chọn lọc

• Gen cat. Được phân lập và tạo dòng từ dòng vi khuẩn Tn9, là gen gây khả năng kháng chloramphenicol ở vi khuẩn nói chung. Gen cat đã

được dùng rộng rãi trong công nghệ gen động vật và thực vật vì nó mã hóa cho enzyme chloramphenicol acetyltransferase (CAT). Enzyme này xúc tác phản ứng acetyl hóa hai vị trí trên phân tử chloramphenicol và làm nó bất hoạt.

3. Chuyển gen bằng vi đạn

.

–

–

(g

.

_{Vi đạn}                       Lỗ thông hơi  Lưới chặn viên đạn lớn

Kim hỏa

Hình 4.12

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           122

Thuốc súng

Nòng súng

Hộp đạn

Mô thực vật

Các vi đạn được

bọc DNA

Hình 4.13. Thao tác chuyển gen bằng phương thức dội bom

4.Các ứng dụng của công nghệ chuyển gen

• Một số kết quả bước đầu

Ứng dụng của các kỹ thuật chuyển gen trong công nghệ sinh học thực vật có một tiềm năng rất lớn, vượt qua các tiến bộ kỹ thuật quan trọng trong cuộc cách mạng sản xuất nông nghiệp trước đây. Nó chỉ mất bốn năm cho sự phát triển thương mại các cây trồng chuyển gen ở Bắc Mỹ và đạt tới 52% đối với đậu tương, 30% với ngô, và 9% cho cả hai loại bông và canola (năm 1999) cùng với việc tăng sản lượng trên nhiều loại cây trồng chuyển gen khác như: lúa, lúa mỳ, lúa mạch, lúa miến, mía, củ cải đường, cà chua, khoai tây, hướng dương, đậu phụng, đu đủ, các loài cây gỗ và các loài cây hoa như cẩm chướng… Trong số 27,8 triệu hecta cây trồng chuyển gen được canh tác trong năm 1998, thì 74% được trồng ở Mỹ, 15% Argentina, 10% ở Canada và 1% ở Úc. Các tính trạng chuyển gen được tập trung chủ yếu là chống chịu chất diệt cỏ (71%), kháng côn trùng (28%) và 1% cho các tính trạng khác.

Các cây chuyển gen đang được thương mại hóa hiện nay là thế hệ đầu tiên của các cây trồng chuyển gen, và ba thế hệ cây trồng chuyển gen có thể được dự đoán trước là :

• Thế hệ thứ nhất. Các tính trạng sản xuất (ví dụ chống chịu chất diệt cỏ, kháng bệnh/côn trùng).

• Thế hệ thứ hai. Các gen xếp thành chồng cho nhiều tính trạng (ví dụ tổ hợp của các gen kháng bệnh cộng với các tính trạng chất lượng).

• Thế hệ thứ ba. Các tính trạng khác nhau được đáp ứng cho việc sử dụng đặc biệt cuối cùng (ví dụ thực phẩm, sợi, nhiên liệu, dầu nhờn, nhựa, dược phẩm và các nguyên liệu thô cho các quá trình công nghiệp).

Việc sản xuất các cây trồng chuyển gen thế hệ thứ hai đang tiến triển. Tuy nhiên, để hướng tới các lợi ích tiềm tàng của công nghệ sinh học thực vật chuyển gen, có nhiều nhân tố bổ sung cần xem xét bao gồm: sự kiểm soát công nghệ sinh học, sở hữu trí tuệ, an toàn thực phẩm, sự chấp nhận của cộng đồng, tính chất gây dị ứng, nhãn hiệu, sự chọn lựa, môi trường, sự phân biệt của các sản phẩm chuyển gen và mậu dịch quốc tế. Tầm quan trọng ở đây là việc ứng dụng và các lợi ích tiềm tàng của các kỹ thuật chuyển gen. Trong khi mọi kỹ thuật đang phát triển, thì mục đích cần đạt được là tối đa các lợi ích và giảm thiểu các rủi ro.

4

.

.

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           124

đ

.

5. Công nghệ di truyền trong kháng chất diệt cỏ

Ước tính khoảng 10% tổng sản lượng lương thực hàng năm trên thế giới bị mất mát do cỏ dại, mặc dù đã tiêu tốn khoảng 10 tỷ USD và sử dụng trên 100 loại hóa chất khác nhau để diệt trừ. Hơn nữa, dùng thuốc diệt cỏ dại vẫn bị hạn chế vì nhiều loại thuốc không phân biệt được cỏ dại và cây trồng. Glyphosate (phosphonomethyl glycine) là một loại thuốc diệt được nhiều loại cỏ dại nhưng chúng cũng có thể làm chết cây trồng. Vì vậy, nếu tạo được các giống cây chuyển gen chống chịu được glyphosate thì nó sẽ được dùng phổ biến để diệt cỏ. Một trong những hướng nghiên cứu là chuyển gen sản xuất dư thừa 5-enolopyruvyl-shikimate-3-phosphatase (EPSP), một enzyme bị ức chế bởi thuốc diệt cỏ glyphosate. Nghĩa là nếu cây sản xuất được nhiều enzyme EPSP chúng có thể chống chịu được glyphosate.

Chất diệt cỏ là phương pháp được chọn lựa để kiểm soát cỏ dại trong hầu hết các hệ thống nông nghiệp quy mô lớn. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng sản lượng cây trồng bằng cách giảm thiểu sự cạnh tranh giữa cây trồng với cỏ dại về không gian, ánh sáng, nước và chất dinh dưỡng. Cỏ dại cũng có thể hoạt động như một nguồn cung cấp các tác nhân gây bệnh cho cây trồng.

Do các gen kháng chất diệt cỏ cũng là các gen chỉ thị chọn lọc hiệu quả trong trồng trọt, nên đây là tính trạng chuyển gen đầu tiên được sản xuất và thương mại hóa, và các thứ (variety) chống chịu chất diệt cỏ vẫn đang là các cây trồng chuyển gen sinh trưởng rộng rãi nhất.

Dựa trên cơ sở hoặc là sự biểu hiện của gen không mẫn cảm chất diệt cỏ, sự thoái biến của chất diệt cỏ hoặc sự biểu hiện mạnh của sản phẩm gen đích của chất diệt cỏ, mà tính kháng được chuyển gen thích hợp trong một phạm vi rộng các chất diệt cỏ như 2,4-D, glyphosate, glufosinate,

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           125

protoporphyrinogen oxidase inhibitors, imidazalonones, chlorsulfuron/ sulfonylureas, bromoxynil, triazines và isoxazoles.

Hiện nay, có những bằng chứng tốt cho thấy chẳng những không tăng sử dụng của các chất diệt cỏ, mà sự điều chỉnh các cây trồng chuyển gen kháng chất diệt cỏ được cung cấp cho nông dân đã cho kết quả giảm sử dụng glyphosate tới 33% trên các giống đậu tương Roundup Ready, và giảm sử dụng glufosinate khoảng 20% đối với giống canola Liberty Link.

6.Công nghệ di truyền trong kháng sâu-bệnh

• Kháng côn trùng

Sử dụng hóa chất để phòng trừ sâu bọ côn trùng vừa đắt tiền vừa tác động xấu đến môi trường. Các cây trồng như bông, ngô và khoai tây chuyển gen đang được sinh trưởng thương mại biểu hiện độc tố của Bacillus thuringiensis (Bt) để tạo ra tính kháng đối với các côn trùng nhóm nhai-nghiền (chewing insects). B. thuringiensis tổng hợp các protein -endotoxin tinh thể được mã hóa bởi các gen Cry. Khi côn trùng ăn vào bụng, các prototoxins bị đứt gãy trong dạ dày kiềm của côn trùng để tạo thành độc tố hoạt động. Các liên kết này tạo ra các receptor đặc trưng trong các tế bào biểu mô ruột làm thành các lỗ chân lông và cuối cùng là gây chết côn trùng. Một số ưu điểm của độc tố Bt như sau :

• Tính đặc hiệu, mỗi protein Cry chỉ hoạt động chống lại một hoặc một vài loài côn trùng.

• Sự đa dạng, nhiều protein Cry khác nhau đã được nhận biết.

• Các ảnh hưởng không bất lợi hoặc bị giảm đã được xác nhận trên các côn trùng không phải đích hoặc các địch thủ tự nhiên của côn trùng.

• Độc tính với động vật có vú là rất thấp.

• Có thể thoái biến dễ dàng.

Kết quả nghiên cứu cho thấy điểm mấu chốt là gen chịu trách nhiệm tổng hợp protein tinh thể trừ sâu của vi khuẩn B. thuringiensis chủng kurstaki, chưa đặc biệt biểu hiện rõ ở cây trồng. Để nâng cao hiệu quả của độc tố, các nhà nghiên cứu đã cắt bớt gen chỉ để tổng hợp phần protein có hoạt tính chứa độc tố mà không cần các phần gen phụ khác. Gen Cry được cắt bớt đã biểu hiện tổng hợp protein gấp 500 lần so với gen tự nhiên. Hiện nay, hơn 40 gen khác nhau mang tính kháng côn trùng đã được hợp nhất

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           126

trong cây trồng chuyển gen với một vài giống đã được thương mại hóa ở các nước khác nhau như Mỹ và Úc.

Đưa ra lợi ích của các độc tố của Bt đối với sự kiểm soát côn trùng, các phương thức quản lý khác nhau phải được chấp nhận để làm chậm sự phát triển của tính kháng côn trùng đối với Bt. Những cái đó bao gồm :

• Bố trí các vùng bên cạnh trồng cây bông không chuyển gen Bt làm nơi trú ẩn để giảm áp lực chọn lọc hướng tới việc kháng côn trùng.

• Triển khai các gen kháng côn trùng khác nhau (ví dụ: protease inhibitors).

• Dùng các loại độc tố Bt cho các receptors đích khác nhau.

• Dùng các promoter khác nhau để điều chỉnh sự biểu hiện của các gen

Bt.

• Dùng các promoter đặc trưng mô (tissue-specific promoter) như thế côn trùng có thể ăn mà không tổn hại đến kinh tế trên các bộ phận ít quan trọng của thực vật.

Có các hướng khác để phát triển tính kháng côn trùng cho cây chuyển gen dựa trên cơ sở: protease inhibitors, -amylase, lectins, chitinases, cholesterol oxidase, các virus của côn trùng được tạo dòng, tryptophan decarboxylase, anti-chymotrypsin, anti-elastace, nhân tố ức chế trypsin tuyến tụy của bò và nhân tố ức chế lá lách.

6.2. Kháng các virus thực vật

Các virus gây ra những thiệt hại đáng kể trong hầu hết các cây trồng lương thực và cây cho sợi trên phạm vi thế giới. Nhiều phương thức được sử dụng để kiểm soát sự xâm nhiễm virus bao gồm các xử lý hóa học để giết các vector virus, chuyển vào cây trồng các gen kháng tự nhiên từ các loài liên quan, sử dụng chẩn đoán và chỉ dẫn để đảm bảo nhân giống các vật liệu khởi đầu sạch virus (ví dụ: hạt, củ…). Tuy nhiên, sự phát triển chính đã khai thác tính kháng xuất phát từ các tác nhân gây bệnh, ví dụ sử dụng các trình tự xuất phát từ virus được biểu hiện trong các cây chuyển gen để cung cấp tính kháng đối với các virus thực vật. Hướng này dựa trên cơ sở các nghiên cứu về sự gây nhiễm (inoculation) hay xâm nhiễm (infection) ở thực vật khởi đầu với các chủng virus nhẹ cung cấp sự bảo vệ chống lại sự gây nhiễm tiếp theo với cùng loại chủng virus hoặc các virus liên quan gần gũi. Tính kháng bắt nguồn từ tác nhân gây bệnh như vậy đòi hỏi sự chuyển nạp

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           127

gen thực vật với các trình tự xuất phát từ virus; tính kháng vật chủ xuất hiện cho kết quả từ hai cơ chế khác nhau: (1) sự bảo vệ được dàn xếp bởi sự biểu hiện của các protein virus tự nhiên hoặc biến đổi (ví dụ protein vỏ, replicase, và replicase khiếm khuyết), và (2) sự bảo vệ được dàn xếp ở mức độ phiên mã (“RNA-mediated resistance”), đòi hỏi sự phiên mã của RNA hoặc từ các chuỗi hoàn chỉnh hoặc từng phần xuất phát từ virus đích (bao gồm các gen cho protein vỏ, replicase, replicase khiếm khuyết, protease, protein vận động…).

Trường hợp các phân tử làm nền tảng cho tính kháng xuất phát từ virus là đối tượng của nghiên cứu chuyên sâu. Cơ sở của tính kháng virus được sắp đặt bởi RNA (RNA-mediated) và sự im lặng của các gen hậu dịch mã có khả năng tương tự, phản ánh các hoạt động cơ bản trong trong các tế bào thực vật để phát hiện, bất hoạt và đào thải các DNA hoặc các RNA ngoại lai. Ví dụ: các gen nội sinh của thực vật được chèn vào virus như PVX có thể biểu hiện im lặng của gen nội sinh của thực vật.

Để tạo giống cây trồng chống chịu virus, hiện nay có các hướng:

• Bảo vệ chéo.

• Sử dụng RNA vệ tinh.

• Sử dụng enzyme replicase.

6.2.1. Bảo vệ chéo

Là biện pháp lợi dụng hiện tượng lớp vỏ protein của virus thứ nhất đã cản trở sự xâm nhập của virus thứ hai, nghĩa là cho cây nhiễm loại virus có độc lực vừa phải sẽ chống được sự xâm nhiễm của virus có độc lực cao hơn. Để tăng cường khả năng biểu hiện gen protein vỏ người ta gắn thêm vào đuôi phần promoter 35S từ virus khảm súp lơ (CaMV) và đưa vào genome cây trồng nhờ hệ thống Ti-plasmid của Agrobacterium. Thành công đầu tiên theo hướng này là kháng bệnh virus khảm thuốc lá (TMV) ở cây thuốc lá, nhờ sự biểu hiện gen cp. Thí nghiệm đồng ruộng đầu tiên về cây cà chua biểu hiện gen cp kháng bệnh TMV tiến hành năm 1987 tại Mỹ và cho kết quả kháng bệnh cao. Sau đó hàng loạt kết quả chứng tỏ gen cp có hiệu lực đối với tất cả các loại virus gây bệnh ở 20 loài cây khác nhau kể cả các loại cây trồng như cà chua (1987), dưa hấu (1987), lúa (1990), khoai tây (1989, 1990), củ cải đường… Qua hàng loạt thí nghiệm đồng ruộng, Bộ Nông

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           128

nghiệp Mỹ đã công nhận giống quốc gia cho giống bí xanh (Freedom II) kháng virus (1995). Các giống khoai tây, dưa chuột, cà chua chống bệnh virus đã và đang được tiếp tục công nhận.

6.2.2. Sử dụng RNA vệ tinh

Trong một số quần thể virus có các thực thể giống virus chứa các phân tử RNA nhỏ hơn gọi là RNA vệ tinh (sattelite RNA). RNA vệ tinh dường như không mã hóa cho bất cứ protein nào nhưng được nhân lên nhờ enzyme của RNA từ virus bình thường và hợp thành các tiểu phần giống virus có vỏ protein. Một số RNA vệ tinh có thể ức chế rất mạnh sự nhân bản của virus bình thường. cDNA từ RNA vệ tinh được tổng hợp với sự tham gia của promoter 35S CaMV rồi đưa vào cây thông qua hệ thống Ti-plasmid của Agrobacterium. Các cây được chuyển gen kiểu này thể hiện tính kháng virus thuốc lá và virus khảm dưa chuột khá tốt. Tuy nhiên, so với tính kháng theo phương pháp bảo vệ chéo, tính kháng này khó đạt hơn vì phải cần nồng độ virus rất cao. Bên cạnh đó, người ta vẫn lo ngại dễ xảy ra hiện tượng đột biến từ phân tử RNA vệ tinh thành một loại gây độc cho chính cây chủ.

6.2.3. Sử dụng enzyme replicase

Replicase là enzyme tham gia quá trình tổng hợp nucleic acid của virus, hoạt hóa cho sự nhân lên của DNA hoặc RNA theo cơ chế bổ sung. Cây trồng chống virus cũng có thể được tạo ra bằng chuyển các gen replicase với nhiều đoạn bị biến đổi hoặc bị cắt bớt, kết quả cho thấy kháng virus rất cao. Ví dụ, thuốc lá theo phương pháp chuyển gen đã biểu hiện gen replicase bị cắt bớt cho khả năng kháng virus khảm thuốc lá rất tốt (1990). Hiện nay, vẫn chưa thành công với enzyme replicase của virus khảm từ cỏ alfalfa đối với bệnh virus khảm thuốc lá. Protoplast đại mạch được chuyển gen replicase từ virus khảm brome cũng chưa kháng được bệnh này ở đại mạch. Tuy thế, từ khi tìm thấy hướng ứng dụng gen replicase, người ta vẫn đang hy vọng vào hướng này.

6.3. Kháng các bệnh nấm

Nấm bệnh gây hại cây trồng rất nặng, nhất là ở các nước nhiệt đới có độ ẩm cao. Cải tạo giống chống nấm hại dựa trên nguyên lý đưa gen mã hóa

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           129

một loại enzyme nào đó có tác dụng ức chế trực tiếp hoặc gián tiếp đến sự phát triển của nấm hại. Enzyme làm thoái hóa các thành phần chính của vỏ tế bào nấm chitin và β-1,3 glucan là loại đang được chú ý. Khi có gen chitinase chuyển vào, cây thuốc lá chuyển gen đã tăng cường hoạt tính chống nấm hại. Sự biểu hiện đồng thời của cả hai gen chitinase và glucanase trong thuốc lá làm cho cây có tính kháng nấm hại cao hơn cây có một gen độc lập. Cũng tương tự, cà chua cho tính kháng nấm Fusarium cao hơn hẳn, sau khi được chuyển giao cả hai gen nói trên.

Protein ức chế ribosome (ribosome inhibitive protein, RIP) cũng biểu hiện tính kháng nấm khả quan. Cây thuốc lá cho tính kháng nấm rất tốt, khi cây được chuyển giao đồng thời gen RIP và chitinase.

6.4. Kháng các bệnh vi khuẩn

Đối với vi khuẩn, hướng nghiên cứu tạo giống công nghệ sinh học mới bắt đầu. Về cơ bản có ba hướng :

• Dùng gen mã hóa enzyme làm thoái hóa thành tế bào vi khuẩn, ví dụ gen lysozyme từ các nguồn tế bào động vật hoặc gen lysozyme từ thực khuẩn thể T4 đưa vào cây thuốc lá và khoai tây. Các gen này biểu hiện rất cao hoạt tính lysozyme và các tế bào có khả năng phòng trừ vi khuẩn

Erwina carotovora rất tốt.

– Gen mã hóa -thionin-cystein được chuyển giao sang cây thuốc lá cũng phòng ngừa được vi khuẩn Pseudomonas syringae.

• Cấy gen sản xuất protein làm giảm độc tố của vi khuẩn, là hướng có nhiều hứa hẹn. Các gen này chủ yếu sản xuất các loại enzyme phân hủy độc tố của vi khuẩn, do vậy vô hiệu hóa tác hại của chúng.

IV. Sản xuất các dược liệu sinh học

1.     Các hợp chất tự nhiên

Thực vật là nguồn cung cấp các hợp chất hóa học dùng làm dược liệu rất có giá trị. Những sản phẩm này, được biết như là các chất trao đổi thứ cấp (secondary metabolites), thường được sản xuất với một lượng rất nhỏ (dạng vết) trong thực vật và không có chức năng trao đổi chất rõ ràng. Chúng dường như là sản phẩm của các phản ứng hóa học của thực vật với

môi trường chung quanh, là sự thích nghi với stress của môi trường hoặc là sự bảo vệ hóa học chống lại vi sinh vật và động vật.

Để sản xuất các sản phẩm thứ cấp từ thực vật, các mô thực vật ngoại sinh từ cây hoàn chỉnh được nuôi cấy dịch huyền phù (suspension culture) trong điều kiện vô trùng (Hình 4.14). Cơ sở của kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật dựa trên tính toàn thể hóa sinh (biochemical totipotency) duy nhất của tế bào thực vật. Nhiều sản phẩm trao đổi chất có thể được sản xuất từ nuôi cấy dịch huyền phù có chất lượng cao hơn trong cây hoàn chỉnh. Có nhiều bằng chứng cho thấy có mối quan hệ ngược (feedback) giữa tốc độ sinh trưởng và sản xuất các chất thứ cấp. Khi tốc độ sinh trưởng cao, các quá trình sơ cấp của tế bào là phân chia tế bào và sản xuất sinh khối tế bào. Trong pha tĩnh, khi sự sinh trưởng giảm đến mức tối thiểu, sự sản xuất và tích lũy các chất thứ cấp sẽ tăng lên.

Hình 4.14. Nuôi cấy tế bào dịch huyền phù thực vật trong hệ lên men 100 L

Các chất trao đổi thứ cấp hay còn gọi là các chất thứ cấp có thể xếp trong ba nhóm chính: alkaloid, tinh dầu và glycoside.

Các alkaloid có dạng tinh thể là các hợp chất chứa nitrogen, có thể được tách chiết bằng cách dùng dung dịch acid. Alkaloid có hoạt tính sinh lý trên tất cả động vật và được sử dụng trong công nghiệp dược. Họ alkaloid bao gồm: codein, nicotine, caffeine và morphine. Các tinh dầu chứa hỗn hợp terpenoid và được sử dụng như là chất mùi, chất thơm và dung môi. Glycoside bao gồm các phenolic, tanin và flavonoid, saponin và các cyanogenic glycoside, một số trong chúng được sử dụng làm chất nhuộm, các chất mùi thực phẩm và dược phẩm.

1.1. Các alkaloid

Người ta cũng có thể thu được các chất như caffein từ nuôi cấy tế bào cây Coffea arabica, betalain trong callus củ cải đường, berberin từ tế bào cây Coptis japonica (loài cây này phải trồng từ 4-6 năm mới thu được hàm lượng đáng kể berberin trong rễ, so với hàm lượng này có thể thu được sau 4 tuần bằng phương pháp nuôi cấy tế bào)… Những chất này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hương liệu và trong y học.

Chất reserpine có tác dụng chữa bệnh cao huyết áp và các bệnh rối loạn tuần hoàn cũng được sản xuất bằng phương pháp nuôi cấy tế bào cây Rauwolfia serpentina. Nuôi cấy tế bào của cây này trong 30 ngày ở hệ lên men quy mô lớn có thể sản xuất được 3.500 kg reserpine, tương đương với lượng hàng năm của cả thế giới thu được từ rễ cây đó.

Các nhà nghiên cứu thuộc tổ hợp dược phẩm Gibageigy (Based, Thụy Sĩ) đã sản xuất được loại alkaloid là scopolamine từ tế bào cây Hyoscyanus aegypticus nuôi cấy trong hệ lên men không có cánh khuấy. Bằng cách chọn lọc các dòng tế bào cao sản nhờ kỹ thuật đột biến tế bào trần, biến dị đơn dòng và kỹ thuật gen, người ta đã tăng được sản lượng scopolamine lên gấp hàng ngàn lần.

Nhiều nghiên cứu cho thấy nuôi cấy callus và tế bào của cây Catharanthus roseus có hàm lượng serpentin ngang với cây dược liệu bình thường. Một số nghiên cứu đã phân lập được các dòng tế bào Cantharanthus sản xuất serpentin và ajmalacine từ nuôi cấy in vitro. Bằng loại môi trường sản xuất đặc biệt người ta đã đưa được sản lượng alkaloid của hai dòng tế bào tốt nhất lên một mức cao hơn nữa, trong đó một dòng

tạo được 162 mg/L serpentin, còn dòng kia tạo được 72 mg/L serpentin cùng với 264 mg/L ajmalacine. Mới đây người ta đã hoàn thiện được công nghệ nuôi cấy tế bào của cây Catharanthus roseus để sản xuất viblastine và vincristine là hai chất kháng ung thư rất mạnh, hiện đang có nhu cầu rất cao vì chúng được sử dụng để chữa ung thư máu.

Sikuli và cs (1997) sau khi gây nhiễm cây Datura stramonium với Agrobacterium rhizogenes đã nhận thấy hàm lượng hyoscyamine ở rễ đạt cực đại sau 6 tuần nuôi cấy <100 mg/L.

1.2. Các steroid

Trong lĩnh vực steroid và chuyển hóa steroid, các dòng tế bào có năng suất cao đã được Kaul và cs đề cập đến từ năm 1969. Họ đã nuôi cấy thành công tế bào của cây Dioscorea deltoidea để sản xuất diosgenin, là nguyên liệu thô chủ yếu để sản xuất các steroid chống thụ thai và các hormone tuyến thượng thận.

Quá trình chuyển hóa các hợp chất glycoside tim (cardiac) bằng nuôi cấy tế bào của cây Digitalis lanata cũng đã được nghiên cứu. Người ta nhận thấy, mặc dù các tế bào Digitalis ngừng sản xuất glycoside tim nhưng chúng vẫn có khả năng hydroxyd hóa digitoxin ở nguyên tử ¹²C để tạo ra digoxin. Digoxin là một hợp chất có ý nghĩa y học lớn hơn digitoxin. Quá trình hydroxyd hóa xảy ra trong nuôi cấy tế bào rất nhanh và rất hiệu quả khi đưa vào môi trường nuôi cấy chất -methyl-digitoxin. Sau 12 ngày, người ta đã thu được 4 g -methyl-digitoxin trong một bình nuôi dung tích 20 L.

1.3. Một số chất khác

Thí dụ điển hình nhất là công nghệ sản xuất shikonin, một loại sắc tố đỏ có khả năng diệt khuẩn, có trong rễ của cây Lithospermum erythrorhizon. Bình thường shikonin tích lũy không nhiều trong rễ. Tuy nhiên, các nhà khoa học Nhật đã tạo được dòng tế bào rễ cây Lithospermum có khả năng tích lũy đến 15% shikonin và đã hoàn chỉnh công nghệ nuôi cấy tế bào sản xuất shikonin. Công nghệ này cho phép trong một chu kỳ nuôi cấy thu hoạch tới 5 kg hoạt chất và giúp giảm rất nhiều giá thành của shikonin.

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           133

Hàm lượng tương đối cao của ubiquinone-10 được tìm thấy trong tế bào thuốc lá nuôi cấy in vitro và của L-dopa trong môi trường nuôi cấy tế bào Mucuma pruriens. Nuôi cấy tế bào của cây Panax pseudoginseng đã cho hàm lượng saponin khá cao. Nuôi cấy tế bào của cây Glycyrrhiza glabra đã thu được hàm lượng glycyrrhizin từ 3-4% khối lượng khô.

Hàm lượng chất thứ cấp cao nhất được tìm thấy trong nuôi cấy tế bào của cây Coleus blumei đó là chất rosmarinic acid chiếm 13-15% khối lượng khô trong chu kỳ nuôi 13 ngày, lớn gấp 5 lần so với hàm lượng trong cây trồng ở điều kiện tự nhiên. Trong những năm 1980, người ta cũng đã sản xuất rất có hiệu quả ginsengoside là hoạt chất chủ yếu của nhân sâm Panax ginseng. Các anthraquinone là một nhóm các sản phẩm tự nhiên quan trọng có ở vi khuẩn, nấm, địa y và thực vật bậc cao có các hoạt tính sinh học như: kháng khuẩn, kháng nấm, giảm huyết áp, giảm đau, chống sốt rét, chống oxy hóa, kháng bệnh bạch cầu và các chức năng đột biến. Ở thực vật bậc cao, chúng đã được tìm thấy ở rất nhiều họ thực vật khác nhau, chẳng hạn Rubiaceae, Rhamnaceae, Polygonaceae, Leguminosae… Nuôi cấy tế bào các loài của họ Rubiaceae đã cho phép thu được một lượng lớn anthraquinone thậm chí trong một số trường hợp đã vượt quá hàm lượng anthraquinone ở cây bố mẹ.

2. Các protein tái tổ hợp

Protein tái tổ hợp (protein ngoại lai) là protein tự nhiên được biến đổi bằng công nghệ DNA tái tổ hợp nhằm nâng cao hoặc thay đổi hoạt tính của chúng. Nuôi cấy tế bào thực vật đã được sử dụng để sản xuất các sản phẩm tự nhiên cách đây hơn 20 năm và gần đây hơn chúng được dùng để sản xuất các protein tái tổ hợp. Các tế bào thực vật rất thích hợp cho các nguyên liệu tái tổ hợp do chúng có thể sinh trưởng trên môi trường tương đối đơn giản không cần bổ sung protein. Nếu protein ngoại lai được sản xuất trong nuôi cấy tế bào và được tiết ra trong môi trường, nhiều hơn phần được tích lũy trong tế bào, thì việc thu hồi và tinh sạch sản phẩm có thể được tiến hành mà không có nhiều protein nhiễm bẩn. Các protein có nguồn gốc thực vật an toàn cho người hơn các protein có nguồn gốc từ tế bào động vật bởi vì các chất nhiễm bẩn và virus thực vật không phải là tác nhân gây bệnh ở người. Ngoài ra, nuôi cấy tế bào thực vật cũng là một công cụ thực nghiệm thuận lợi cho việc khảo sát sự sản xuất protein ngoại lai trong cây hoàn chỉnh.

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           134

Bảng 4.4. Sản xuất các protein tái tổ hợp bằng nuôi cấy tế bào thực vật

Thực vật chuyển gen hiện nay được xem là hệ thống sản xuất rất kinh tế cho việc sản xuất các protein ngoại lai như kháng thể, enzyme và hormone. Sản xuất thương mại một số protein của vi khuẩn và động vật đã được tiến hành bằng thực vật. Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của sản xuất protein dựa trên cơ sở thực vật là hiệu suất của protein ngoại lai hoặc nồng độ của sản phẩm được tích lũy trong sinh khối. Theo đó, người ta đã chú ý cải thiện sự biểu hiện gen ngoại lai trong cây chuyển gen thông qua việc phát triển các promoter tốt hơn, chọn lọc các dòng chuyển gen ổn định, và ức chế gen im lặng (silence gene). Tuy nhiên, một yếu tố

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           135

quan trọng là sự đứt gãy protein ngoại lai đã làm giảm nồng độ của sản phẩm chức năng trong mô thực vật sau khi các phân tử được tổng hợp và lắp ráp. Sự đứt gãy protein ngoại lai đã làm bẩn sản phẩm với các đoạn protein mất hoạt tính, và người ta cũng gặp khó khăn khi loại bỏ các protein đứt gãy này trong các hoạt động thu hồi protein chức năng ở sản xuất quy mô lớn. Tìm hiểu chi tiết về vị trí và cơ chế của sự đứt gãy ở nội và ngoại bào là rất cần thiết để có thể phát triển phương pháp sao cho giảm thiểu được sự tổn thất protein sau dịch mã.

3. Vaccine thực phẩm (edible vaccine)

Cho đến thời gian gần đây người ta vẫn sử dụng vaccine sống nhược độc làm kháng nguyên kích thích tạo kháng thể cần thiết trong cơ thể người và vật nuôi. Vaccine kiểu này có một số hạn chế như: có khả năng quay trở lại dạng độc hoặc hoạt lực của nó giảm khá nhanh trong cơ thể người và vật nuôi. Hiện nay, nhờ công nghệ DNA tái tổ hợp người ta đã sản xuất được protein vỏ của một số loại virus như virus bệnh lỡ mồm long móng, bệnh dại và viêm gan B. Tuy nhiên, vaccine được sản xuất theo các phương pháp trên có giá thành cao, điều kiện bảo quản và vận chuyển nghiêm ngặt, cần có kỹ thuật viên để tiến hành tiêm chủng.

Vaccine thực phẩm là một mô hình lý tưởng cho các nước đang phát triển, vì nó giúp khắc phục được các khó khăn nói trên của vaccine được sản xuất theo phương pháp truyền thống hoặc DNA tái tổ hợp. Nguyên lý cơ bản của quá trình này là chuyển một loại gen đặc biệt vào tế bào thực vật. Loại gen này hoạt động trong cơ thể thực vật, sẽ biến thành nơi sinh ra protein kháng nguyên. Khi những kháng nguyên này đi vào cơ thể người thông qua ăn uống (dưới dạng tươi sống không nấu chín, nếu không sẽ làm mất hoạt tính kháng nguyên), hệ thống miễn dịch của người sẽ tự động sinh ra kháng thể để chống lại kháng nguyên. Như vậy là đã thay việc tiêm chủng vaccine bằng việc ăn những hoa quả hoặc rau xanh có kháng nguyên.

Vaccine thực phẩm có một số ưu điểm sau: giá thành rẻ, ổn định, dễ sản xuất trên quy mô lớn, dễ quản lý, không cần tinh sạch, bảo quản lâu, dễ vận chuyển…

Một số kết quả nghiên cứu bước đầu của vaccine thực phẩm:

• Sản xuất vaccine chống bệnh infectious bursan desease virus (IBDV)

• gà trong cỏ Arabidopsis chuyển gen.

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           136

• Chuyển gen orf2 của virus gây bệnh viêm gan E vào cây cà chua, và cây Pichia pastoris.

• Sản xuất vaccine viêm gan B trong cây chuối chuyển gen, cây Physalis ixocarpa, đậu lupin vàng, rau diếp và cà chua.

• Chuyển gen ltb của coli (B subunit of E. coli heat-labile enterotoxin) gây bệnh đường ruột vào khoai tây.

• Chuyển gen ctb (cholera toxin B subunit) gây bệnh tả của vi khuẩn

Vibrio cholerae và gen ltb vào cây thuốc lá…

RNA gây bệnh sởi

Virus sởi

Hemagglutinin (H) protein

Vector mang gen của protein H

Agrobacterium

Plasmid

Mảnh lá

Cây chuyển gen  Phân tích Western blot để xác định sự hiện diện của protein H

• Chọn kháng nguyên làm vaccine và xác định trình tự mã hóa

• Chuyển trình tự mã hóa vào vector (plasmid) và biến nạp vào

Agrobacterium

• Đồng nuôi cấy Agrobacterium và mô thực vật

• Tái sinh cây hoàn chỉnh từ các tế bào được chuyển gen và phân tích sự biểu hiện của kháng nguyên bằng Western blot

• Xác định khả năng sinh miễn dịch kháng nguyên trong động vật mô hình

Hình 4.15. Mô hình phát triển vaccine thực phẩm

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           137

Một nghiên cứu đã được công bố gần đây trong lĩnh vực sản xuất vaccine từ thực vật, đó là gây miễn dịch trong cơ thể người bằng vaccine thực phẩm để điều trị bệnh viêm gan B. Loại cây trồng được sử dụng để chuyển gen viêm gan B lần này là khoai tây. Người ta hy vọng rằng khi ăn loại khoai tây này, chất kháng nguyên sẽ gây ra một phản ứng miễn dịch nhẹ trong cơ thể người. Từ đó, cơ thể người sẽ tạo ra chất miễn dịch cá thể đối với căn bệnh lây nhiễm viêm gan B. 42 nhân viên chăm sóc sức khỏe ở độ tuổi 25-58 đã tham gia vào cuộc nghiên cứu. Trong đó, 33 người được chỉ định ăn khoai tây chuyển gen mà không có tá dược, một chất làm tăng khả năng phản ứng miễn dịch. Chuẩn độ kháng nguyên kháng virus viêm gan B trong huyết thanh được đo trong một số lần nhất định mỗi ngày. Kết quả cho thấy đối với những người ăn khoai tây không chuyển gen các chuẩn độ không tăng, trong khi đó 19 trong số 33 người ăn khoai tây chuyển gen thì chuẩn độ tăng 57,6%, trong khi vaccine hiện có trên thị trường có tác dụng tới 90% đối tượng, kể cả khi có chứa chất tá dược.

Tài liệu tham khảo/đọc thêm

1. Ammirato PV, Evans DA, Sharp WR and Bajaj YPS. Handbook of Plant Cell Culture. Vol 5, McGraw-Hill Publishing Company. USA.

2. Chrispeels MJ and Sadava DE. 2003. Plants, Genes, and Crop 2^nd ed. Jones and Bartlett Publishers, Massachusetts, USA

3. Cutler SJ and Cutler HG. Biologically Active Natural Products: Pharmaceuticals. CRC Press LLC, USA.

4. Jain SM, Gupta PK and Newton RJ. 1994. Somatic Embryogenesis in Woody Plants. Vol 3. Forestry Sciences 44, Kluwer Academic Publishers, Netherland.

5. Klefenz H. Industrial Pharmaceutical Biotechnology. Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany.

6. Narayanaswamy S. 1994. Plant Cell and Tissue Culture. Tata McGraw-Hill Publishing Co. Ltd. New Delhi, India.

7. Ramawat KG and Merillon JM. 1999. Biotechnology: Secondary Science Publishers Inc. USA.

8. Ratledge C and Kristiansen B. 2002. Basic Biotechnology. Cambridge University Press, UK.

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           138

9. Razan MK. 1994. An Introduction to Plant Tissue Culture. Oxford and IBH Publishing Co. Pvt. Ltd. New Delhi, India.

10. Roberts MF and Wink M. 1998. Alkaloids: Biochemistry, Ecology, and Medicinal Applications. Plenum Press, New York, USA.

11. Trigiano RN and Gray DJ. 2000. Plant Tissue Culture Concepts and Laboratory Exercises. CRC Press, New York, USA.

Nhập môn Công nghệ sinh học                                                                                           139

Tải xuống tài liệu học tập PDF miễn phí