Đề xuất mô hình sản xuất tuần hoàn áp dụng các giải pháp ngăn ngừa, giảm thiểu, tái sử dụng và tái chế chất thải theo hướng không phát thải cho chuỗi sản xuất tinh bột mì ở Tây Ninh
Ngành sản xuất tinh bột khoai mì là ngành sản xuất trọng điểm của Tây Ninh, tuy nhiên chuỗi sản xuất này cũng gây ra nhiều tác động tiêu cực tới môi trường. Để giảm tác động tiêu cực của chuỗi sản xuất, Nghiên cứu này sử dụng các nguyên tắc của kinh tế tuần hoàn để phân tích các dòng thải và đề xuất mô hình sản xuất tuần hoàn theo hướng không phát thải. Kết quả phân tích cho thấy các dòng thải trong quá trình sản xuất của chuỗi đều có thể thu hồi và tái sử dụng cho các hoạt động canh tác đến chế biến để hình thành nên mô hình sản xuất tuần hoàn, ít phát thải. Mô hình này khi áp dụng vào thực tiễn sẽ góp phần gia tăng hiệu quả về kinh tế, xã hội và môi trường cho chuỗi ngành sản xuất tinh bột khoai mì trên địa bàn tỉnh.
1. Mở đầu
Khoai mì là một loại cây lương thực và công nghiệp quan trọng của thế giới, ba nước xuất khẩu khoai mì hàng đầu của thế giới là Thái Lan, Việt Nam và Indonesia. Thái Lan chiếm 60- 85% lượng xuất khẩu khoai mì toàn cầu ở những năm gần đây, kế đến là Indonesia và Việt Nam. Ngành này thu hút sự quan tâm của nhiều học giả trên thế giới. Tuy nhiên vẫn còn nhiều khía cạnh chưa được nghiên cứu nhất là sự nghiên cứu tổng hợp hướng tới quản lý bền vững cho cả chuỗi ngành sản xuất, chế biến tinh bột khoai mì. Đối với Việt Nam, Tây Ninh là tỉnh có thể xem là thủ phủ của ngành sản xuất tinh bột mì, trong quá trình sản xuất chuỗi ngành mì tác động đến môi trường ở nhiều khía cạnh như sau:
– Đối với quá trình canh tác, định mức sản xuất khoảng 4 tấn khoai mì/01 tấn tinh bột, để đáp ứng được nhu cầu sản xuất cả năm thì lượng củ mì cần lên đến 12 triệu tấn/năm, với năng suất khoai mì 20 tấn/ha thì tổng diện tích cần sẽ lên đến 600.000ha (tại Tây Ninh và các khu vực khác kể cả Campuchia). Quá trình canh tác bình thường để sản xuất 4390 tấn củ mì cần 193 ha đất và cần 11 tấn phân N, 3 tấn phân P và 10 tấn phân K [1]; phân hữu cơ khoảng 5 – 7 tấn/ha hoặc phân vi sinh 500 kg/ha và thuốc BVTV để trừ cỏ và để phòng trị nhện đỏ, bọ cánh cứng, bệnh cháy lá, thối đọt… Do vậy quá trình canh tác sẽ tác động tới môi trường do phun thuốc BVTV và phân bón. Các loại tác động chủ yếu là phát thải khí nhà kính, chất phú dưỡng hóa, chất độc con người và sinh thái (các thuốc BVTV, nguyên tố trung vi lượng),…
– Đối với quá trình vận chuyển, các nguồn tác động môi trường gồm vận chuyển nguyên vật liệu trong quá trình canh tác, vận chuyển khoai mì và nguyên vật liệu khác về nhà máy, vận chuyển bên trong nhà máy, vận chuyển sản phẩm, phụ phẩm, chất thải. Giả sử xe vận chuyển 20 tấn/xe thì cần 600.000 lượt xe vận chuyển nguyên liệu, 150.000 lượt xe vận chuyển sản phẩm. Quá trình vận chuyển sẽ phát thải các khí nhà kính, khí SOx, NOx , CO, bụi và các hợp chất khác.
– Đối với sản xuất, Tây Ninh là tỉnh có nhiều nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì nhất nước với 74 cơ sở tổng công suất sản xuất của các cơ sở trên địa bàn tỉnh hiện nay dao động từ 1.000.000-3.000.000 tấn/năm. Đối với tác động môi trường của ngành mì, chất cyanua là một hợp chất không chủ định có trong củ khoai mì, một nghiên cứu chi tiết của tài liệu [2] cho thấy hàm lượng cyanua trong củ khoai mì là 240-340 mgHCN tương đương/kg khoai mì khô. Trong quá trình chế biến khoai mì gần 92% HCN tương tương đi vào nước thải, 5,2% đi vào chất thải rắn (bã khoai mì), 1,5% bay hơi từ quá trình sấy và khoảng 0,41% trong sản phẩm tinh bột khô [3]. Tích luỹ hợp chất cyanua trong môi trường xung quanh các nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì trên thế giới cũng đã được nghiên cứu, kết quả nghiên cứu cho thấy nước ngầm bị ảnh hưởng, hàm lượng HCN tương đương trong nước ngầm từ 1,2 – 1,6 mg/l [4]. Tính toán từ cân bằng vật chất của một số công bố cho thấy lượng chất thải rắn chiếm từ 10-15% lượng khoai mì tươi [5]. Trong đó vỏ phát sinh khoảng 0,38 tấn/tấn sản phẩm, bã với độ ẩm từ 35-40% khoảng 1,4 tấn/tấn sản phẩm [6], hoặc vỏ chiếm khoảng 0,06-0,13 tấn/tấn sản phẩm, bã khoảng 0,56-0,81 tấn/tấn sản phẩm [7]. Các nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì đều tiêu thụ nguồn năng lượng lớn thông qua hệ thống động cơ điện, hệ thống sấy. Điện tiêu từ 0,32-0,929 MJ/kg sản phẩm, nhiệt từ 1,141 – 2,749 MJ/kg sản phẩm [7]. Lượng nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất tinh bột khoai mì được tổng quan bởi nhiều tác giả: 22 m3/tấn sản phẩm [8]; 19,1 m3/tấn sản phẩm [6], là 13,1 m3/tấn sản phẩm [2]. Nhìn chung lượng nước tiêu thụ trong sản xuất tinh bột khoai mì từ 6-10 m3/tấn nguyên liệu [5] hoặc 10 – 30 m3/tấn sản phẩm [7].
Các vấn đề tổng quan trên cho thấy bên cạnh tác động tích cực, ngành sản xuất tinh bột mì tác động tiêu cực đến môi trường. Nhằm đạt gia tăng chuỗi giá trị ngành sản xuất khoai mì trên địa bàn tỉnh nói riêng và của Việt Nam nói chung, nghiên cứu này áp dụng các kỹ thuật của khái niệm kinh tế toàn hoàn để đánh giá và đề xuất mô hình sản xuất tuần hoàn áp dụng các giải pháp ngăn ngừa, giảm thiểu, tái sử dụng và tái chế chất thải theo hướng không phát thải cho chuỗi sản xuất tinh bột mì ở Tây Ninh.
2. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu này áp dụng khung phương pháp luận được đề xuất bởi tác giả Suárez-Eiroa, Fernández [9] như Hình 1.
 |
|
Hình 1. Phương pháp luận xây dựng mô hình kinh tế tuần hoàn [9] |
Mô hình này gồm có 9 thành phần gồm đầu vào, đầu ra, tài nguyên, quá trình sản xuất, phân phối và dịch vụ, tiêu thụ, chất thải, thiết kế và cuối cùng là giáo dục. Để đạt được mô hình này có 6 nguyên tắc và các bộ giải pháp như sau:
Bảng 1. Các giải pháp kỹ thuật hướng tới kinh tế tuần hoàn [9]
 |
 |
Trong nghiên cứu này nhóm tác giả chủ yếu áp dụng nguyên tắc 1, 2 và 3 cho chuỗi ngành mì trên địa bàn tỉnh Tây Ninh.
3. Kết quả nghiên cứu
3.1. Hiện trạng tác động môi trường chuỗi ngành mì
Đối với canh tác:
Hiện nay tổng diện tích cây mì trên địa bàn tỉnh khoảng 7.730 hecta. Diện tích trồng Khoai mì tập trung chủ yếu ở huyện Tân Biên, Tân Châu và Dương Minh Châu, Châu Thành. Nhu cầu nguyên vật liệu và đầu ra trong quá trình canh tác khoai mì ở Tây Ninh như Bảng 2.
Bảng 2. Phân tích đầu vào – ra của quá trình canh tác khoai mì ở Tây Ninh
 |
Như vậy với diện tích khoảng 7.730 ha thì quá trình canh tác khoai mì của tỉnh sẽ tiêu thụ tài nguyên là: 4.313 tấn phân NPK/năm, 34.785 tấn phân hữu cơ/năm, 4 triệu m3 nước/năm.
Đối với quá trình sản xuất:
Hiện nay Tây Ninh với tổng công suất khoảng 8.000 tấn sản phẩm/ngày đêm. Theo đánh giá ở Bảng 3 sử dụng nước trung bình của các nhà máy sản xuất tinh bột của tỉnh là 16,12 m3/tấn sản phẩm. Như vậy với tổng công suất này thì lượng nước sử dụng hiện nay là 128.960 m3/ngày đêm.
Bảng 3. Tải lượng chất ô nhiễm xả thải trung bình của doanh nghiệp mì
 |
Nguồn chất thải rắn trong quá trình chế biến tinh bột khoai mì phát sinh rất nhiều như vỏ gỗ (lớp ngoài cùng của củ mì), các phần xơ, bã thải rắn chứa nhiều xenluloza, bã từ máy lọc, máy ly tâm, các bao bì, nhãn dán,…Theo bảng 4 cho thấy với công suất hiện tại thì Tây Ninh phát thải trung bình khoảng 2 triệu tấn/năm miểng và vỏ lụa/năm. Đây là khối lượng chất thải rắn lớn, nếu không được quản lý và kiểm soát tốt sẽ ảnh hưởng đến môi trường.
Bảng 4. Khối lượng chất thải rắn phát sinh
 |
Giả sử ngành mì mỗi năm tăng trưởng trung bình 10% và hiện trạng công nghệ sản xuất, công nghệ xử lý nước thải và hiện trạng quản lý vẫn không thay đổi như hiện nay thì đến năm 2025, 2030 nhu cầu sử dụng nước được dự báo tương ứng là 208.000 và 335.000 m3/ngày và chất thải rắn là 3,3 và 5,4 triệu tấn/năm. Phát triển kinh tế là điều kiện cần nhưng chưa đủ khi các tác động ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng. Từ kết quả dự báo ảnh hưởng của ngành sản xuất tinh bột khoai mì đến năm 2030, nếu không sớm tìm ra các giải pháp phù hợp cho sự phát triển bền vững cho hoạt động sản xuất tinh bột khoai mì thì nguồn tài nguyên và môi trường tại khu vực nhà máy sẽ phải chịu những tác động nghiêm trọng trong tương lai.
3.2. Đề xuất mô hình sản xuất tuần hoàn áp dụng các giải pháp ngăn ngừa, giảm thiểu, tái sử dụng và tái chế chất thải theo hướng không phát thải cho chuỗi sản xuất tinh bột mì ở Tây Ninh
3. 2.1 Đề xuất mô hình
Trên cơ sở khảo sát thực tế và từ các nghiên cứu liên quan, nhóm tác giả đã chọn lọc và đề xuất các giải pháp phục vụ cho mô hình sản xuất tuần hoàn của chuỗi nghiên cứu như sau:
Canh tác:
Các giải pháp đối với quá trình canh tác như sau:
 |
Nước thải:
Dựa vào kết quả đánh giá hiện trạng tại sản xuất và đặc điểm sinh thái tại khu vực các Nhà máy, cùng những kết quả từ các nghiên cứu đi trước, một số giải pháp phù hợp được liệt kê cho phương án sử dụng nước của mô hình tuần hoàn theo hướng sinh thái như sau:
 |
Bã mì:
Một số giải pháp xử lý bã mì thuộc nguyên tắc 3 của kinh tế tuần hoàn đang được áp dụng rộng rãi như:
Sấy khô để làm phụ phẩm cho thức ăn chăn nuôi;
Sản xuất thức ăn chăn nuôi có giá trị cao;
Sản xuất cồn sinh học.
Miểng mì và vỏ lụa:
Các giải pháp thuộc nguyên tắc 3 của kinh tế tuần hoàn như sau:
Phân loại lấy đầu củ mì chứa tinh bột cao để làm thức ăn gia súc;
Ủ sản xuất phân compost để phục vụ canh tác mì, phần dư dùng cho canh tác nông nghiệp khác.
Tổng hợp mô hình tuần hoàn cho chuỗi ngành mì Tây Ninh:
Mô hình sản xuất áp dụng các giải pháp tuần hoàn theo hướng sinh thái hướng đến sự phát triển bền vững cho sản xuất tinh bột khoai mì như Hình 2.
 |
|
Hình 2. Mô hình hướng tới kinh tế tuần hoàn cho chuỗi sản xuất tinh bột mì Tây Ninh |
 |
|
Hình 3. Quá trình sản xuất – thiết kế tuần hoàn cho nhà máy sản xuất tinh bột |
3.2.2. Đánh giá tiềm năng giảm thiểu tác động môi trường của mô hình đề xuất
Nhìn chung do diện tích trồng khoai mì của tỉnh chỉ đạt được khoảng 30% công suất của các nhà máy (70% còn lại được cung cấp từ campuchia). Do vậy với nhu cầu nước, phân bón thì lượng nước thải sau xử lý cũng như lượng chất thải rắn được ủ làm phân có thể thay thế hoàn toàn phân hóa học cũng như lượng nước sử dụng trong trồng trọt hiện nay. Với 2 triệu tấn/năm chất thải rắn từ các nhà máy mì có thể sản xuất được khoảng 1 triệu tấn phân hữu cơ/năm, phần dư có thể được cung cấp cho các hoạt động sản xuất nông nghiệp khác. Với nhu cầu khoảng 10 tấn phân hữu cơ/ha, lượng phân này có thể cung cấp cho. Nhằm giảm lượng khoai mì nhập khẩu và sử dụng hiệu quả tài nguyên, cần áp dụng giải pháp sản xuất tinh bột từ thân khoai mì. Theo nghiên cứu của Zhu, Lestander [10], trong thân khoai mì chứa khoảng 4,5% tinh bột (tính theo khối lượng ướt), với tổng lượng thân mì dư sau khi đã trừ 10% làm giống hiện nay khoảng 88.700 tấn/năm thì khả năng thu hồi được khoảng 3.400 tấn tinh bột/năm (tỷ lệ thu hồi 85%).
4. Kết luận
Nhìn chung kinh tế tuần hoàn là xu hướng tất yếu hiện nay nhằm tổ chức sản xuất hiệu quả và bền vững với môi trường. Nghiên cứu này đã áp dụng 03 nguyên tắc chủ yếu của kinh tế tuần hoàn và đề xuất nên mô hình cho chuỗi sản xuất tinh bột trên địa bàn tỉnh Tây Ninh, trong đó quan trọng nhất là nguyên tắc xây dựng nên các vòng tuần hoàn từ canh tác đến sản xuất. Nhờ mô hình tuần hoàn, các đầu vào của quá trình canh tác như giống, phân bón và nước được giảm thiểu đến mức thấp nhất. Ngoài ra, do đầu vào là nguyên liệu mì của các nhà máy chủ yếu được cấp từ Campuchia nên các sản phẩm được tạo ra từ phụ phẩm của quá trình sản xuất, dư thừa cho hoạt động canh tác ngành mì trong tỉnh. Các sản phẩm phụ dư đã tạo ra các sản phẩm đầu vào mang tính sinh học để phục vụ cho các loại hình canh tác khác góp phần hình thành nên mô hình cộng sinh công – nông nghiệp giữa ngành sản xuất tinh bột và các lĩnh vực nông nghiệp khác. Để mô hình được vận hành hiệu quả, các cơ chế chính sách để thúc đẩy mô hình này thuộc bộ nguyên tắc về kinh tế tuần hoàn cần được quan tâm thực hiện.
Lời cảm ơn
Nghiên cứu được tài trợ bởi Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (ĐHQG – HCM) trong khuôn khổ Chương trình mã số NCM 2020-24-01.
Xin cảm ơn đến Đại học Quốc gia TP.HCM, Viện Môi trường và Tài nguyên đã hỗ trợ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng tôi có thể hoàn thành nghiên cứu, xin cảm ơn các Sở Ban Ngành tỉnh Tây Ninh đã hỗ trợ và cung cấp số liệu, tạo điều kiện khảo sát thực tế địa phương.
Võ Văn Giàu1, Lê Thanh Hải2
(1)Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Tây Ninh
(2)Viện Môi trường và Tài nguyên
Theo Tạp chí Môi trường
Tài liệu tham khảo
1. Pingmuanglek, P., N. Jakrawatana, and S.H. Gheewala, Supply chain analysis for cassava starch production: Cleaner production opportunities and benefits. Journal of Cleaner Production, 2017. 162: p. 1075-1084.
2. Piyachomkwan, K., S. Wanlapatit, and S. Chotineeranat, Transformation and Balance of Cyanogenic Compounds in the Cassava Starch Manufacturing Process. Starch/Stärke, 2005. 57: p. 71–78.
3. Arguedas, P. and R.D. Cooke, Residual cyanide concentrations during the extraction of cassava starch. J. Fd Technol, 1982. 17: p. 251-262
4. Balagopalan, C. and L. Rajalakshmy, Cyanogen accumulation in environment during processing of cassava (manihot esculenta crantz) for starch and sago. Water, Air, and Soil Pollution, 1998. 102: p. 407–413.
5. Maieves, H.A., et al., Selection of cultivars for minimization of waste and of water consumption in cassava starch production. Industrial Crops and Products 2011. 33: p. 224–228.
6. Chavalparit, O. and M. Ongwandee, Clean technology for the tapioca starch industry in Thailand. Journal of Cleaner Production, 2009. 17: p. 105–110.
7. Sriroth, K., Cassava Starch Technology: The Thai Experience. Starch/Stärke, 2000. 52: p. 439–449.
8. Da, G., D. Dufour, and C. Marouzé, Cassava Starch Processing at Small Scale in North Vietnam. Starch/Stärke, 2008. 60: p. 358–372.
9. Suárez-Eiroa, B., et al., Operational principles of circular economy for sustainable development: Linking theory and practice. Journal of Cleaner Production, 2019. 214: p. 952-961.
10. Zhu, W., et al., Cassava stems: A new resource to increase food and fuel production. GCB Bioenergy, 2013. 7.
PROPOSING A CIRCULAR PRODUCTION MODEL APPLICATION OF WASTE PREVENTION, REDUCTION, REUSE AND RECYCLING MEASUREMENTS TOWARD ZERO EMISSIONS FOR THE TAPIOCA STARCH PRODUCTION CHAIN IN TAYNINH PROVINCE
Vo Van Giau1, Le Thanh Hai2
(1)Tay Ninh Province Department of Natural Resources and Environment
(2)Institute of Environment and Natural Resources
Abstract
The tapioca starch industry is a key manufacturing industry of Tay Ninh, but this production chain also has many negative impacts on the environment. To reduce the negative impact of the production chain, this research applied principles of the circular economy concept to analyze waste streams and propose a circular production process toward zero emissions. The results of the analysis show that the waste streams in the production chain are recoverable and reusable for farming and processing activities to form a circular production model with low emissions. This model when applied in practice will contribute to increasing the economic, social and environmental efficiency for the chain of tapioca starch production in the province.
Keyword: a circular economy, tapioca starch production, 3R, zero emissions.
