Luận văn Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La

1. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN QUANG THÁI NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƢỜNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ CÁC CƠ SỞ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ TẠI HUYỆN MAI SƠN, TỈNH SƠN LA LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG Thái Nguyên, năm 2020
2. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN QUANG THÁI NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƢỜNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ CÁC CƠ SỞ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ TẠI HUYỆN MAI SƠN, TỈNH SƠN LA Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trƣờng Mã số: 885 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thị Phƣơng Mai Thái Nguyên, năm 2020
3. i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Quang Thái
4. ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới TS. Nguyễn Thị Phƣơng Mai là ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn khoa học, tận tình giúp đỡ và định hƣớng giúp tôi hoàn thành luận văn của mình. Trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trƣờng, tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn và giúp đỡ tận tình của tập thể các Thầy, Cô giáo trong Khoa Môi trƣờng thuộc Trƣờng Đại học Khoa học. Tôi xin ghi nhận và biết ơn sự giúp đỡ quý báu của các Thầy, Cô. Tôi xin trân trọng cám ơn Lãnh đạo Sở Tài nguyên và Môi trƣờng, Chính quyền địa phƣơng và bà con nông dân huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La đã nhiệt tình hỗ trợ, hợp tác và giúp đỡ tôi thực hiện luận văn. Trong thời gian nghiên cứu và làm luận văn, tôi cũng đã nhận đƣợc sự hỗ trợ, tạo điều kiện và giúp đỡ từ phòng thí nghiệm Trung tâm Quan trắc Tài nguyên môi trƣờng tỉnh Sơn La, tôi xin trân trọng cám ơn. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã động viên, chia sẻ và tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành luận văn của mình. Thái Nguyên, ngày 26 tháng 12 năm 2020 Học viên cao học Nguyễn Quang Thái
5. iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 2 3. Nội dung nghiên cứu 2 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Tổng quan về công nghệ chế biến cà phê 3 1.1.1. Phân loại cà phê 3 1.1.2. Sản phẩm cà phê trên thế giới 5 1.1.3. Công nghệ chế biến cà phê 6 1.2. Thành phần, tính chất và tác động môi trƣờng do các loại chất thải phát sinh trong hoạt động chế biến cà phê 15 1.2.1. Nước thải 15 1.2.2. Chất thải rắn 19 1.2.3. Khí thải 20 1.3. Các biện pháp quản lý môi trƣờng từ hoạt động chế biến cà phê 22 1.3.1. Một số phương pháp xử lý nước thải cà phê 22 1.3.2. Phương pháp xử lý chất thải rắn 26 CHƢƠNG 2: PHẠM VI, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1. Đối tƣợng và phạm vi 30 2.2. Thời gian nghiên cứu 30 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 30 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1. Hiện trạng về hoạt động và công tác quản lý môi trƣờng đối với các cơ sở chế biến cà phê 36 3.1.1. Hiện trạng trồng, thu hoạch và chế biến cà phê 36
6. iv 3.1.2. Hiện trạng công tác quản lý môi trường đối với các cơ sở chế biến cà phê của cơ quan quản lý 41 3.2. Đánh giá tác động môi trƣờng 44 3.2.1. Môi trường nước 44 3.2.1. Chất thải rắn 56 3.3. Dự báo chất thải từ hoạt động chế biến cà phê 59 3.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến dự báo chất thải 59 3.3.2. Các kịch bản dự báo phát sinh chất thải 61 3.4. Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trƣờng 63 3.4.1. Đề xuất giải pháp quản lý cho cơ quan quản lý 63 3.4.2. Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 1. Kết luận 75 2. Kiến nghị 76
7. v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Sản lượng hạt cà phê của các nước năm 2013 6 Bảng 1.2. Lưu lượng nước sử dụng cho hoạt động chế biến cà phê 16 Bảng 1.3. Thành phần nước thải trong quá trình chế biến cà phê 17 Bảng 1.4. Thành phần và tính chất của chất thải cà phê từ vỏ cà phê và vỏ trấu 19 Bảng 1.5. Hiệu quả xử lý của quá trình xử lý nước thải cà phê với thời gian lưu giữ chất thải và tỉ lệ hàm lượng các chất hữu cơ 24 Bảng 2.1. Đối tượng điều tra phỏng vấn 31 Bảng 2.2. Vị trí và số lượng phân tích nước thải 32 Bảng 2.3. Vị trí và số lượng mẫu phân tích nước mặt 33 Bảng 2.4. Thông số và phương pháp phân tích chất lượng nước 33 Bảng 2.5. Thông số và phương pháp phân tích chất lượng nước thải 34 Bảng 3.1. Thống kê công tác kiểm tra cơ sở chế biến cà phê 42 Bảng 3.2. Kết quả điều tra lượng nước thải phát sinh do chế biến cà phê 44 Bảng 3.3. Kết quả phân tích nước mặt đợt 1, tháng 7/2020 45 Bảng 3.4. Kết quả phân tích nước mặt đợt 2 – tháng 10/2020 46 Bảng 3.5. Nồng độ một số chất ô nhiễm của cơ sở chế biến cà phê 51 Bảng 3.6. Nồng độ một số chất ô nhiễm của cơ sở chế biến cà phê 55 Bảng 3.7. Kết quả điều tra khối lượng chất thải rắn từ chế biến cà phê 57 Bảng 3.8. Kết quả điều tra tác động của hoạt động chế biến cà phê 58 Bảng 3.10. Kịch bản các yếu tố ảnh hưởng tới phát sinh chất thải 61 Bảng 3.11. Dự báo sản lượng cà phê theo các kịch bản 62 Bảng 3.12. Dự báo chất thải chưa qua xử lý theo các kịch bản 62 Bảng 3.13. Dự báo chất thải phát sinh theo các kịch bản 63 Bảng 3.14. Hiệu quả xử lý của các công trình tiêu biểu 73 Bảng 3.15. Hiệu quả của một số quá trình kỵ khí trong xử lý nước thải 74
8. vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cấu tạo của quả cà phê 4 Hình 1.2. Quy trình chế biến cà phê nhân bằng phương pháp ướt 7 Hình 1.3. Tách quả xanh bằng tay 8 Hình 1.4. Bể siphon kim loại và sơ đồ cấu tạo 8 Hình 1.5. Quy trình công nghệ chế biến cà phê theo phương pháp khô 11 Hình 1.6. Quy trình công nghệ theo phương pháp chế biến bán ướt 14 Hình 1.7. Sơ đồ dòng chảy để tạo ra khí sinh học từ nước thải cà phê 23 Hình 1.8. Quy trình ủ phân vi sinh 26 Hình 3.1. Diện tích trồng cà phê qua các năm tại huyện Mai Sơn 36 Hình 3.2. Công nghệ chế biến cà phê nhân 38 Hình 3.3. Biểu đồ kết quả đo nồng độ pH, TSS trong nước mặt 47 Hình 3.4. Biểu đồ kết quả đo nồng độ DO trong nước mặt 48 Hình 3.5. Biểu đồ kết quả đo nồng độ BOD5, COD trong nước mặt 49 Hình 3.6. Biểu đồ kết quả phân tích nồng độ Amoni và Nitrit 50 Hình 3.7. Biểu đồ kết quả phân tích nồng độ coliform 51 Hình 3.8. Biểu đồ kết quả phân tích chỉ tiêu TSS và độ màu 53 Hình 3.9. Biểu đồ kết quả phân tích chỉ tiêu COD, BOD5 53 Hình 3.10. Biểu đồ kết quả phân tích chỉ tiêu Fe, Mn 54 Hình 3.11. Chất thải rắn là vỏ cà phê 59 Hình 3.12. Vị trí đề xuất quy hoạch nằm trong khu công nghiệp Mai Sơn 67 Hình 3.13. Quy trình thực hiện ủ phân compost 69 Hình 3. 14. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải cà phê. 71
9. vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CBCP : Chế biến cà phê ĐTM : Báo cáo đánh giá tác động môi trƣờng ICO : Tổ chức chế biến cà phê quốc tế QCVN : Quy chuẩn quốc gia Việt Nam TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TTMT : Thủ tục môi trƣờng UBND : Ủy ban nhân dân
10. 1 MỞ ĐẦU 1. Đ. ĐẦUdanh Cà phê là một loại cây trồng có khả năng phát triển trên toàn thế giới và là một trong những loại đồ uống phổ biến nhất đƣợc tiêu thụ trên nhiều quốc gia. Việt Nam là nƣớc sản xuất cà phê lớn thứ hai sau Brazil, chiếm 14,5% tổng sản lƣợng cà phê trên thế giới [18]. Việt Nam cũng là nƣớc sản xuất cà phê Robusta lớn nhất với khoảng 35% sản lƣợng Robusta toàn cầu. Năm 2019, tổng diện tích cà phê trên toàn lãnh thổ iệt Nam khoảng hơn 688 nghìn ha, năng suất bình quân 26 tạ/ha cao gấp 3 lần sản lƣợng cà phê trên thế giới, là mặt hàng chiến lƣợng của ngành nông nghiệp Việt Nam, hàng năm mang về giá trị 3,4 tỷ USD [7]. Cà phê ở nƣớc ta đƣợc chế biến bằng phƣơng pháp ƣớt hoặc khô. Phƣơng pháp chế biến cà phê ƣớt cho chất lƣợng cao hơn so với phƣơng pháp khô. Hiện tại ở Việt Nam, khoảng 75-80% Arabica và 15-20% Robusta đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp ƣớt. Chế biến cà phê ƣớt của cà phê sử dụng rất nhiều nƣớc ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình chế biến. Nƣớc thải kết quả là giàu chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan hoàn toàn có khả năng phân huỷ sinh học. Nếu nƣớc thải phát sinh từ các hoạt động này đƣợc thải vào các vùng nƣớc tự nhiên mà không đƣợc xử lý sẽ làm ô nhiễm nƣớc nguồn tiếp nhận. Sơn La là một trong những tỉnh thành trồng cà phê lớn trong cả nƣớc. Cà phê trồng tại Sơn La chủ yếu là giống cà phê Arabica. Phƣơng pháp chế biến sử dụng chủ yếu là phƣơng pháp ƣớt. Phƣơng pháp chế biến này đòi hỏi sử dụng một lƣợng nƣớc lớn để loại bỏ thịt và vỏ quả, dẫn đến lƣợng nƣớc thải phát sinh trong hoạt động sản xuất cũng rất lớn với hàm lƣợng chất hữu cơ trong nƣớc thải cao. Nƣớc thải từ 1 tấn cà phê đƣợc chế biến theo phƣơng pháp chế biến ƣớt thƣờng tạo ra nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) tƣơng đƣơng với BOD sinh ra trong chất thải tạo ra bởi 2.000 ngƣời mỗi ngày [24]. Nƣớc thải cà phê nếu không đƣợc xử lý sẽ gây ô nhiễm nguồn nƣớc, làm ảnh hƣởng tới các hệ sinh thái thủy sinh và sức khoẻ của con ngƣời. Do vậy, đề tài “Nghiên cứu đánh giá tác động môi trường và đề xuất giải pháp quản lý các cơ sở chế biến cà phê tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La” đƣợc thực hiện nhằm đánh giá hiện trạng quản lý và tác động tới môi trƣờng do hoạt động chế biến cà phê trên địa bàn huyện Mai Sơn, tỉnh La, từ đó đƣa ra các giải pháp mang tính thực tiễn, áp dụng vào việc quản lý và tại các cơ sở chế biến.
11. 2 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá hiện trạng hoạt động và tác động tới môi trƣờng của các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La. - Đánh giá công tác quản lý môi trƣờng của cơ quan quản lý môi trƣờng tại địa phƣơng đối với các cơ sở chế biến cà phê. - Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trƣờng, biện pháp quản lý đối với các cơ sở chế biến cà phê. 3. Nuất giải pháp bảo - Hiện trạng hoạt động của các cơ sở chế biến cà phê trên địa bàn huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La và hiện trạng công tác quản lý môi trƣờng đối với các cơ sở chế biến cà phê của cơ quan quản lý. - Đánh giá tác động môi trƣờng của hoạt động chế biến cà phê đối với môi trƣờng. - Đề xuất biện pháp bảo vệ môi trƣờng đối với các cơ sở sản xuất và các cơ quan quản lý. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, kết quả nghiên cứu của đề tài đƣợc sử dụng trực tiếp trong quá trình công tác của học viên và làm cơ sở để tham khảo của cơ quan quản lý nhà nƣớc về môi trƣờng tại địa phƣơng. Các giải pháp trong đề tài có thể đƣợc các cơ sở chế biến cà phê áp dụng để giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng trong quá trình hoạt động.
12. 3 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về công nghệ chế biến cà phê 1.1.1. Phân loại cà phê 1.1.1.1. Giống cây cà phê Cà phê thuộc chi thực vật, lớp Magnoliopsida, họ thiên thảo (Rubiaceae), giống Coffea. Về loài, cà phê có 04 loài chính, gồm: caffea Arabica, caffea Robusta, coffea Liberica, caffea Stenophylla. Hiện nay ở Việt Nam có 2 loại cà phê chính: Arabica và Robusta; gần 90% diện tích cà phê ở Việt Nam đƣợc trồng cà phê vối (Robusta), 10% trồng cà phê chè (Arabica) [10]. + Cà phê Robuste (hay còn gọi là cà phê Vối, cà phê Rô) : Là cây quan trọng thứ hai trong các loài cà phê. Khoảng 39% các sản phẩm cà phê đƣợc sản xuất từ loại cà phê này. Nƣớc xuất khẩu cà phê Robusta lớn nhất thế giới là Việt Nam. Robusta chứa hàm lƣợng caffein cao hơn và có hƣơng vị không tinh khiết bằng cà phê Arabica, do vậy mà Arabica có giá trị hơn vì nó tạo nên thức uống có vị ngon hơn, do đó đắt hơn cà phê Robusta [10]. Cây cà phê Robusta có dạng cây gỗ hoặc cây bụi, chiều cao của cây trƣởng thành có thể lên tới 10 m. Quả cà phê có hình tròn, hạt nhỏ hơn hạt cà phê Arabica. Hàm lƣợng cafein trong hạt cà phê Robusta khoảng 2-4%, trong khi ở cà phê Arabica chỉ khoảng 1-2%. Cà phê vối ƣa sống ở vùng nhiệt đới, độ cao thích hợp để trồng cây là dƣới 1000m. Nhiệt độ ƣa thích của cây khoảng 24-29°C, lƣợng mƣa khoảng trên 1000 mm. Do vậy, loài cà phê này đƣợc trồng chủ yếu ở các tỉnh Dakak, Gia Lai, Kom Tum, đây là những vùng chuyên canh cà phê Robusta. + Cà phê Arabica: Loại này có hai loại đang trồng tại Việt Nam là cà phê Moka và cà phê Catimor. Giống cà phê Arabica đƣợc trồng chủ yếu ở vùng Cầu Đất (Đà Lạt) - là nơi trồng cà phê Arabica ngon nhất Việt Nam. Cây cà phê Moka chỉ sinh trƣởng và phát triển ở độ cao từ 1500m nên rất ít nơi trồng đƣợc cho nên ở Việt Nam Moka là cà phê quý hiếm, luôn có giá cao hơn các loại cà phê khác; Catimor là giống cà phê thuộc dạng thấp cây, cành đốt ngắn, có khả năng trồng dày, tính ƣu việt nổi bật của giống này là kháng bệnh rỉ sắt (Hemileia vastatrix), một loại bệnh làm rụng lá cà phê dẫn tới năng suất thấp và bấp bênh.
13. 4 Cây cà phê Arabica ƣa sống ở vùng núi cao, thƣờng đƣợc trồng ở độ cao từ 1000-1500 m. Loài cà phê này ƣa thích nhiệt độ từ 16-25°C, lƣợng mƣa khoảng trên 1000 mm. Cả nƣớc chỉ có khoảng 10% tổng diện tích trồng cà phê là trồng cà phê Arabica, tập chung chủ yếu ở Lâm Đồng, Thừa Thiên Huế, Quảng Trị, Nghệ An, Hoà Bình, Sơn La, Điện Biên, Cà phê Arabica là loại có giá trị kinh tế cao nhất trong các loài cà phê. Ở Sơn La, loài cà phê này đƣợc trồng chủ yếu ở các huyện Mộc Châu, Mai Sơn, Thuận Châu. 1.1.1.2. Cấu tạo quả cà phê Quả cà phê có cấu tạo từ các lớp: lớp vỏ quả, lớp vỏ thịt, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa và nhân. Chi tiết cầu tạo của hạt cà phê đƣợc thể hiện thep hình dƣới đây: Hình 1.1. Cấu tạo của quả cà phê * Thành phần hóa học của quả cà phê Thành phần vật lý của quả cà phê gồm lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp nhân và vỏ lụa. Vỏ quả chiếm 41-45%, lớp nhớt chiếm từ 20-23%, lớp vỏ trấu chiếm 6-8%, nhân và vỏ lụa chiếm 26-30%. Tùy vào từng loại cà phê mà tỷ lệ thành phần khác nhau. Trong vỏ quả sau khi chín đó là chất antoxian, trong đó có vết alcaloit, tanin, caffeine và các loại men vỏ quả có từ 21,5 – 30% chất khô. Tùy từng loại cà phê chè hay cà phê vối mà tỷ lệ thành phần hóa học của vỏ quả khác nhau, bao gồm Protein (từ 9-11,2%), chất béo (từ 1,73-2%), Cellulose (từ 13,16-27,65%), tro (3,22-3,33%), tamin (14,42%), pectin (4,07%), Caffeine (0,25-0,58%) [2].
14. 5 Phía dƣới lớp vỏ quả là lớp nhớt, gồm những tế bào mềm, không có caffeine, tamin, có nhiều đƣờng và Pectin, thành phần hóa học của mớp nhớt gồm: Pectin (28,7- 33%), đƣờng khử (30-45,8%), đƣờng không khử (20%), xenlulo và tro 17% [2]. Độ pH trong lớp nhớt tùy theo độ chín của quả, thƣờng từ 5,6-5,7, đôi khi 6,4 trong lớp nhớt đặc biệt có men pectaza phân giải pectin trong quá trình lên men. Thành phần hóa học vỏ trấu gồm: Hợp chất có dầu (0,35%), protein (0,22- 1,46%), xenlulo (61,8-67,8%), hemixenlulo (11,6%), chất tro (0,96-3,3%), đƣờng 27%, pantosan 0,2%. Trong vỏ trấu có một ít caffeine, khoảng 0,4% do từ nhân khuếch tán ra lúc lên men hoặc lúc phơi khô [2]. Cà phê nhân ở dạng thƣơng phẩm gồm có: nƣớc, khoáng, lipid, protein, gluxit. Ngoài ra còn có những chất khác mà ta thƣờng gặp trong thực vật là những acid hữu cơ chủ yếu nhƣ acid clorogenic và càc ankaloit. Ngoài ra trong nhân cà phê còn có một lƣợng đáng kể vitamin, các chất bay hơi và các cấu tử gây mùi thơm. Hiện nay ngƣời ta đã tìm ra có tới hơn 70 chất thơm hỗn hợp lại thành mùi thơm của cà phê. Trong cà phê chủ yếu là vitamin nhóm B nhƣ B1, B2, B6, B12 và các loại acid hữu cơ là tiền vitamin. Cà phê nhân có một thành phần hóa học rất phức tạp. Khi trái cà phê chín đƣợc hái, hạt chứa chừng 48 - 50% ẩm và 50 - 52% chất khô. Các thành phần chủ yếu của hạt cà phê gồm: Cacbonhydrate, hợp chất Nitơ, Chlorogenic Acid, hợp chất hƣơng cà phê, Cacboxylic Acid, các chất khoáng [2]. 1.1.2. Sản phẩm cà phê trên thế giới Theo thống kê 6 tháng cuối năm 2020 của Tổ chức chế biến cà phê quốc tế thì các nhà sản xuất cà phê chính trên thế giới là Brazil, sau đó là Việt Nam, Columbia, Indonesia, Ethiopia và Ấn Độ [19]. Tổng sản lƣợng cà phê đã tăng từ 128.636.000 bao từ năm 2008 lên 145.775.000 bao trong năm 2013. Tại Úc và Nhật Bản nhu cầu về cà phê đặc sản đã tăng lên khi nhu cầu tiêu dùng toàn cầu tăng. Vì vậy, có thể nói rằng không tồn tại biên giới giữa các quốc gia trong nhu cầu thƣởng thức cà phê của khách hàng. Cà phê là mặt hàng đƣợc giao dịch trên các giao dịch kỳ hạn và giao dịch hàng hoá quan trọng nhất, ở London và New York [20]. Cà phê Arabica chiếm khoảng 64%, trong khi Robusta chiếm khoảng 35% sản lƣợng của thế giới; các loại cà phê khác không có giá trị thƣơng mại nhƣ Coffea Excelsa, Coffea Liberica, Caffea Stenophylla chỉ chiếm 1% [33]. Từ 01kg cà phê
15. 6 Robusta, ngƣời ta có thể sản xuất đƣợc khoảng 0,33 đến 0,45 kg cà phê hòa tan (3% độ ẩm). Quá trình này tạo ra một lƣợng lớn chất thải màu sẫm (550 đến 670g/kg hạt cà phê) có chứa 15,2-17,9% lipid phụ thuộc vào các loại cà phê [15]. Bảng 1.1. Sản lượng hạt cà phê của các nước sáu tháng cuối năm 2020 Nƣớc Sản lƣợng (nghìn bao) Brazil 22757 Vietnam 10100 Colombia 6554 Indonesia 3931 India 2535 Ethiopia 1857 (Nguồn: [19]) 1.1.3. Công nghệ chế biến cà phê 1.1.3.1. Công nghệ chế biến cà phê trong nước Ở nƣớc ta hiện nay, việc sơ chế cà phê thƣờng đƣợc tiến hành trong các hộ gia đình, các chủ vƣờn nhỏ với sân phơi đất tạm hoặc mặt đƣờng và bằng những loại công cụ thô sơ. Hai phƣơng pháp đƣợc dùng phổ biến trong sản xuất là chế biến ƣớt và chế biến khô [5]. a. Công nghệ chế biến ướt Phƣơng pháp chế biến cà phê ƣớt phức tạp hơn chế biến khô và thƣờng đƣợc áp dụng cho cà phê Arabica. Đặc điểm chính của chế biến ƣớt là phần thịt giữa hạt và vỏ cà phê đƣợc loại bỏ trƣớc khi làm khô cà phê. Viện công nghệ thực phẩm - Bộ Công Thƣơng đã ban hành sổ tay hƣớng dẫn quy trình chế biến cà phê theo phƣơng pháp ƣớt. Tài liệu cho thấy quy trình công nghệ chế biến cà phê bằng phƣơng pháp ƣớt đƣợc phân thành 3 loại: phƣơng pháp lên men truyền thống, phƣơng pháp đánh nhớt cơ học, phƣơng pháp sử dụng enzim [6].
16. 7  Quy trình công nghệ Cà phê tƣơi sau thu hoạch Nƣớc thải và chất thải Lọc, rửa sơ bộ nhƣ cành, lá, đất, đá, quả xanh Xát vỏ Vỏ quả / Nƣớc thải Nƣớc cấp Ngâm ủ Nƣớc thải Rửa nhớt Nƣớc thải Làm ráo nƣớc và phơi sấy Sàng tạp chất, Tạp chất tách đá Xát cà phê thóc khô và đánh Tạp chất nhẹ và vỏ lụa bóng Phân loại cà phê theo kích thƣớc, trọng lực, màu sắc Đóng gói và bảo quản Hình 1.2. Quy trình chế biến cà phê nhân bằng phương pháp ướt  Mô tả quy trình công nghệ: Theo sổ tay Hƣớng dẫn quy trình chế biến cà phê theo phƣơng pháp ƣớt của Viện Công nghiệp Thực phẩm – Bộ Công thƣơng [6], quy trình chế biến cà phê nhân bằng phƣơng pháp ƣớt bao gồm các bƣớc cơ bản nhƣ sau: - B1: Lọc rửa sơ bộ quả sau khi thu hoạch. Cần làm sạch khối quả chín thu hoạch về, vì trong khối quả luôn luôn có lẫn quả xanh, quả khô, cành lá cây, thậm chí các tạp chất nhƣ đá sỏi làm giảm chất lƣợng của quả chín và làm hại máy trong quá trình chế biến.
17. 8 + Sơ loại: Chọn lựa bằng tay - rất cần thiết để lựa ra những quả xanh. Trong trƣờng hợp đƣa trực tiếp quả vào máy xát không qua bể siphon hay máy rửa thì phải lựa ra cả những quả khô, cành lá, đá sỏi một cách triệt để. Hình 1.3. Tách quả xanh bằng tay + Phân loại qua bể siphon - sau khi quả đƣợc sơ loại, đƣa vào bể đầy nƣớc, đá sỏi sẽ bị chìm xuống tận cùng đáy bể. Quả nhẹ, quả khô và lá cây, cành khô đi qua cửa đập tràn (cửa số 3). Quả nặng đƣợc dẫn theo ống siphon (cửa số 02) qua máy xát. Bể siphon không tách đƣợc quả xanh ra khỏi khối quả chín Hình 1.4. Bể siphon kim loại và sơ đồ cấu tạo Ghi chú: - 01 - Thùng chứa - 02 - Cửa tháo quả chìm đƣa tới máy xát vỏ - 03 - Cửa tháo quả nổi và tạp chất nhẹ - 04 - Chân đế. - B2: Xát vỏ Thành phần chủ yếu của lớp vỏ quả là nƣớc, glucid và protein. Vỏ quả gây khó khăn trong quá trình chế biến nhƣ: gây thối rữa, kéo dài thời gian phơi sấy. Vì vậy, phải loại bỏ lớp vỏ quả. Sau khi xát vỏ ta đƣợc hai phần chủ yếu: vỏ quả và cà phê
18. 9 thóc ƣớt còn dính theo lớp vỏ nhớt, trong đó vỏ quả và cà phê quả còn lẫn trong cà phê thóc ƣớt theo một tỷ lệ nhất định. Hiệu suất xát tƣơi càng cao thì tỷ lệ này càng thấp. - B3: Ngâm ủ Ngâm ủ có hai phƣơng pháp chính: ủ háo khí (ủ khô) và ủ yếm khí (ủ ƣớt) + Ủ khô – lên men háo khí:  Cà phê đƣợc dẫn vào bể lên men không có nƣớc; hoặc có ít nƣớc nhƣng nƣớc đƣợc rút đi ngay.  Lên men khô không có nghĩa là làm khô lớp nhớt. Lên men khô sẽ rút ngắn đƣợc thời gian lên men. + Ủ ướt (còn gọi lên men dưới nước, lên men yếm khí): Lên men dƣới nƣớc có tác dụng làm màu sắc nhân cà phê đẹp nhƣng thời gian lên men thƣờng kéo dài, vì vậy, cà phê có nguy cơ bị hại với sự phát triển mùi vị lạ. Thực tế rất ít khi áp dụng phƣơng pháp này. + Lên men hai giai đoạn  Trƣớc tiên cà phê đƣợc lên men khô tới khi lớp nhớt bị phân huỷ hoàn toàn. Khi giai đoạn này kết thúc, cà phê đƣợc ngâm dƣới nƣớc. Vì vậy nó đƣợc gọi là lên men hai giai đoạn: Giai đoạn một (lên men) kết thúc trƣớc khi giai đoạn hai (ngâm) bắt đầu.  Phƣơng pháp này kết hợp đƣợc ƣu điểm của hai phƣơng pháp trƣớc. Thời gian lên men nhanh hơn, màu sắc hạt đƣợc cải thiện, đẹp hơn ở lên men khô và giảm nguy cơ hạt có mùi vị lạ khi lên men ƣớt. - B4: Rửa nhớt Cà phê thóc sau khi ngâm ủ xong đƣa vào máy đánh nhớt, rửa sạch nhớt bằng nƣớc sạch. Sau quá trình đánh nhớt hạt cà phê yêu cầu phải sạch và ráo nƣớc, độ ẩm khoảng 57 – 60% và đƣợc chuyển đến công đoạn sấy khô. - B5: Làm ráo nước và sấy khô + Làm ráo nƣớc sơ bộ: Hạt cà phê nhân sau khi đƣợc rửa nhớt cần đƣợc làm ráo sơ bộ để giảm lƣợng nƣớc tự do bám quanh hạt cà phê nhằm làm sạch các chất keo còn bám trên hạt cà phê để quá trình phơi sấy đƣợc tốt hơn.
19. 10 Quá trình làm ráo có thể dùng các dụng cụ thô sơ có lỗ: vỉ tre, liếp, lƣới, hoặc dùng thiết bị ly tâm. + Phơi hoặc sấy  Phơi: làm khô hạt cà phê tự nhiên bằng năng lƣợng nắng và gió.  Sấy: có thể dùng phƣơng pháp lò sấy thủ công hoặc sấy cơ giới. Cà phê sau khi sấy ủ lại 6-8h cho đều nhiệt khối hạt trƣớc khi đi xay xát - B6: Sàng tạp chất, xát cà phê thóc khô Cà phê thóc sau khi sấy cần sàng loại bỏ tạp chất nặng và tạp chất nhẹ bằng sàng phân loại. Sau đó mang đi xát khô để tách vỏ thóc khỏi cà phê nhân. - B7: Đánh bóng Đánh bóng nhằm tăng độ tinh khiết và độ bóng của hạt cà phê. Có thể sử dụng máy 1 trục hoặc 2 trục. Nhiệt độ cà phê ra khỏi máy không quá 550C. - B8: Phân loại cà phê + Phân loại theo kích thƣớc: dùng sàng phân loại lỗ tròn, lỗ dẹt; + Phân loại theo tỷ trọng: Dùng các máy thổi: máy thổi cổ ngỗng, quạt hòm hoặc sàng sẩy thủ công, catador, sàng pingpong; + Phân loại theo màu sắc hạt: Dùng cảm quan mắt, máy chọn lọc điện tử dùng camera quang số. - B9: Đóng gói và bảo quản. b. Công nghệ chế biến khô Trịnh Xuân Ngọ (2009) đã xuất bản Giáo trình cà phê và kỹ thuật chế biến, trong đó công nghệ chế biến khô đƣợc thực hiện qua 8 bƣớc chính. Chế biến cà phê bằng phƣơng pháp khô có nhƣợc điểm là chi phí cho phơi sấy khá cao, thời gian phơi sấy dài nên phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết đặc biệt là các hộ nông dân do thiếu sân phơi và các thiết bị phơi sấy, nên chất lƣợng cà phê thƣờng rất kém [2].
20. 11  Quy trình công nghệ: Cà phê tƣơi sau thu hoạch Tách tạp chất cành, lá, đất, đá, quả xanh Phơi khô tự nhiên Hơi nóng từ than Sấy khô Khí thải, bụi hoặc củi Xát vỏ cứng Chất thải rắn, bụi Đánh bóng hạt Bụi Phân loại cà phê nhân Đóng gói và bảo quản Hình 1.5. Quy trình công nghệ chế biến cà phê theo phương pháp khô  Mô tả quy trình công nghệ: Công nghệ chế biến cà phê theo phƣơng pháp khô đƣợc thực hiện qua 8 bƣớc, cụ thể nhƣ sau: + B1: Thu hoạch cà phê chín. + B2: Loại bỏ tạp chất nhƣ cành, lá, đất, đá và các dị vật khác, quả xanh, non ra khỏi khối quả chín. Khi thu hoạch cà phê có một phần quả xanh và những quả nổi sau giai đoạn rửa, phân loại quả và tạp chất, không thể chế biến ƣớt ta áp dụng chế biến khô; + B3: Phơi khô tự nhiên ngoài trời nắng.
21. 12 Quả cà phê phơi khô ngay sau khi thu hoạch, lớp vỏ quả bên ngoài gồm phần thịt, chứa nhiều chất keo nhớt, lớp vỏ trấu. Khi khô, lớp vỏ ngoài sẽ rất cứng và có màu nâu đen. Yêu cầu quan trọng để phơi khô là nhiệt độ. Trên thực tế, phơi cà phê cần thời gian dài, bởi vì hàm lƣợng nƣớc trong vỏ quả tƣơi chiếm trung bình từ 60- 75%, do đó cần phải phơi từ 7-10 ngày trong điều kiện nắng tốt. Quả cà phê đƣợc phơi trên nhiều loại dụng cụ khác nhau nhƣ phên, tôn di động, nền đất, nền ximăng, giấy nhựa đen. Quả cà phê đƣợc trải thành lớp dày 5-6cm và hàng ngày để tránh đọng nƣớc do mƣa hay sƣơng. Trong lúc phơi quả đủ khô, thƣờng lớp bên ngoài cứng và hàm lƣợng nƣớc còn 12% thì quả lắc nghe kêu. Ở những vùng mƣa nhiều, có thể sấy nhân tạo khi phơi sơ bộ. + B4: Sấy khô nhân tạo bằng nguyên liệu đốt nhƣ than, củi. Sấy nhân tạo đòi hỏi kỹ thuật tốt, nếu không sẽ làm giảm chất lƣợng hạt, mùi vị hạt do lƣợng nƣớc trong quả quán hiều. Phơi khô kết hợp sấy có thể loại trừ thiệt hại do ẩm lúc phơi, sấy thƣờng sử dụng là sấy đứng dùng nhiệt đốt. + B5: Tách vỏ cứng bằng các máy xát vỏ quả khô. Phƣơng pháp thủ công là dùng cách giã nát vỏ quả, tuy nhiên cách này thƣờng làm nát hạt hay hạt bể. Phƣơng pháp phổ biến là dùng máy tách vỏ quả, máy xay vỏ cứng gồm một trục quay ngang có những lƣỡi dao cắt do một máy kéo với tốc độ 400 - 500 vòng/phút. Ống trục quay ở giữa đƣợc bao bằng lớp vỏ ngoài. Quả cà phê khô đƣợc cho vào một cái phễu đổ xuống ống, chạy qua trục xay v à các lƣỡi dao cố định cắt mạnh nhiều lần làm lớp vỏ bể ra. Lớp vỏ cứng đƣợc chuyển qua ống nhờ máy quạt gió thổi ra ngoài, trong khi hạt đƣợc thu qua một ống chạy vào dƣới máy. + B6: Cà phê nhân sau đó đƣợc đánh bóng + B7: Phân loại cà phê nhân theo chất lƣợng và kích thƣớc + B8: Đóng gói và bảo quản [2]. Khoảng 80% cà phê ở Việt Nam đƣợc chế biến theo phƣơng pháp này, tuy nhiên đa số cà phê chế biến khô đƣợc phơi trên sân trong nhiều ngày trời, do tác động của thời tiết nên các chất dinh dƣỡng trong hạt cà phê bị hao hụt ít nhiều làm thay đổi hƣơng vị thuần túy của cà phê. Ngoài ra phơi trên sân còn khiến cà phê bị lẫn nhiều
22. 13 tạp chất hơn, hay bị dính bẩn, vì thế giá trị kinh tế của cà phê đƣợc chế biến theo phƣơng pháp khô thƣờng không cao. 1.1.3.2. Công nghệ chế biến cà phê trên thế giới Trên thế giới, về cơ bản cũng áp dụng chủ yếu hai công nghệ chế biến theo phƣơng pháp ƣớt và phƣơng pháp khô. Tuy nhiên có một số sự khác biệt giữa các vùng miền do sự khác biệt về khí hậu và điều kiện thiết bị kỹ thuật. Ngoài ra, một số nơi còn sử dụng công nghệ khác là công nghệ chế biến bán ƣớt nhằm giảm lƣợng nƣớc sử dụng và nƣớc thải ra môi trƣờng. Mỗi công nghệ đều có ƣu điểm, nhƣợc điểm riêng và phù hợp với các loại cà phê khác nhau. Phƣơng pháp chế biến khô thƣờng đƣợc áp dụng cho cà phê Robusta, còn phƣơng pháp chế biến ƣớt thƣờng áp dụng cho cà phê Arabica. Tại mục này, tác giả chỉ đề cập thêm Quy trình công nghệ của phƣơng pháp bán ƣớt (Semi-dry process). Trên thế giới phƣơng pháp bán ƣớt phổ biến với thuật ngữ Hybrid Process. Tại mỗi vùng mà phƣơng pháp này đƣợc sử dụng nó lại có một tên khác nhau. Ở Indonesia và Brazil, quá trình này còn đƣợc gọi là Giling Basah, dịch theo tiếng Indonesia có nghĩa là “nghiền ƣớt” tại Costa Rica, quá trình này còn đƣợc gọi là Miel, hay Honeyed Coffee vì phƣơng pháp này cho ra cà phê khô có màu vàng nhƣ mật ong [25]. Phƣơng pháp này khác với công nghệ chế biến ƣớt tại Việt Nam chủ yếu là lớp thịt quả (lớp nhớt) đƣợc giữ lại toàn bộ hoặc một phần trong khi công nghệ chế biến tại Việt Nam là loại bỏ toàn bộ lớp thịt quả này đi. Việc để lại lớp thịt quả trong quá trình chế biến cà phê tạo ra sản phẩm có hƣơng vị đặc trƣng riêng biệt với các sản phẩm cà phê chế biến theo phƣơng pháp khác. Các bƣớc chế biến khác cơ bản là giống với công nghệ áp dụng tại Việt Nam.  Mô tả quy trình công nghệ Phƣơng pháp bán ƣớt là phƣơng pháp chế biến lai giữa hai phƣơng pháp chế biến khô và chế biến ƣớt; trong đó bƣớc lên ngâm ủ để loại bỏ các chất dƣ thừa nhuyễn của vỏ và thịt quả đƣợc bỏ qua. Quy trình công nghệ trải qua các bƣớc nhƣ sau: - B1: Lọc rửa sơ bộ quả sau khi thu hoạch.
23. 14 Quá trình này giống nhƣ bƣớc đầu của phƣơng pháp chế biến ƣớt, dùng nƣớc để lọc rửa khối lƣợng quả vừa thu hoạch trƣớc khi đem xát vỏ. - B2: Xát vỏ Sau khi loại bỏ tạp chất và quả xanh, cà phê đƣợc cho vào máy xát vỏ cơ học. Sau khi xát vỏ ta đƣợc hai phần chủ yếu: vỏ quả và cà phê thóc ƣớt còn dính theo lớp vỏ nhớt, trong đó vỏ quả và cà phê quả còn lẫn trong cà phê thóc ƣớt theo một tỷ lệ nhất định. Cà phê tƣơi sau thu hoạch Nƣớc thải và chất thải Nƣớc cấp Lọc, rửa sơ bộ nhƣ cành, lá, đất, đá, quả xanh Xát vỏ Vỏ quả Phơi khô Độ ẩm đạt 10 – 12% tự nhiên Sàng tạp chất, Tạp chất tách đá Xát cà phê thóc khô và đánh Tạp chất nhẹ và vỏ lụa bóng Phân loại cà phê theo kích thƣớc, trọng lực, màu sắc Đóng gói và bảo quản Hình 1.6. Quy trình công nghệ theo phương pháp chế biến bán ướt - B3: Phơi khô tự nhiên Cà phê thóc sau khi tách vỏ sẽ đƣợc giữ trong 1 ngày trƣớc khi đem phơi dƣới ánh nắng mặt trời. Trên thế giới, các nƣớc nhƣ Indonesia, Brazil thƣờng dùng khung
24. 15 phơi đƣợc làm bằng tre, lƣới thép hoặc lƣới nhựa, cách mặt đất vài chục phân để phơi cà phê sau xát vỏ. Tùy thuộc vào điều kiện thời tiết, chu kỳ phơi khô thông thƣờng mất khoảng 9 – 12 ngày, cho đến khi hạt cà phê có độ ẩm đạt 10 – 12% [13]. - B4: Sàng tạp chất, xát cà phê thóc khô Cà phê thóc sau khi phơi khô cần sàng loại bỏ tạp chất nặng và tạp chất nhẹ bằng sàng phân loại. Sau đó mang đi xát khô để tách vỏ thóc khỏi cà phê nhân. - B5: Đánh bóng hạt cà phê - B6: Phân loại cà phê Phân loại theo kích thƣớc, tỷ trọng, màu sắc hạt. - B7: Đóng gói và bảo quản. Lợi ích quan trọng của phƣơng pháp bán ƣớt là sử dụng rất ít nƣớc, do vậy giảm thiểu đƣợc lƣợng lớn nƣớc thải ra môi trƣờng. So với phƣơng pháp truyền thống chế biến ƣớt, lƣợng nƣớc tiết kiệm đƣợc khoảng 2.000 lít cho mỗi bao cà phê nhân xuất khẩu (60kg) [5]. Do đó, phƣơng pháp chế biến cà phê nhân này cũng có thể dễ dàng áp dụng ở vùng sâu vùng xa nơi mà việc vận chuyển về nơi chế biến khó khăn và xa cách. Việc chế biến ngay tại chỗ cũng có thể hạn chế việc cà phê bị lên men trong quá trình vận chuyển. Lợi ích quan trọng khác của quy trình chế biến bán ƣớt là yếu tố kinh tế của nó. Chi phí để đầu tƣ chỉ để mua một máy xát vỏ duy nhất sẽ thấp hơn hẳn so với việc đầu tƣ một dây chuyền chế biến ƣớt. Hơn nữa, việc sử dụng giàn phơi cũng giúp tiết kiệm một lƣợng lớn điện và nhiên liệu hoá thạch so với việc sấy khô. Vì thế, đây là một kiểu chế biến cà phê nhân thân thiện với môi trƣờng nhất đến thời điểm hiện tại. 1.2. Thành phần, tính chất và tác động môi trƣờng do các loại chất thải phát sinh trong hoạt động chế biến cà phê 1.2.1. Nước thải  Nguồn gốc, thành phần và tính chất nước thải cà phê Nguồn gốc nƣớc thải chế biến cà phê nhân xuất phát từ các công đoạn: rửa thô, xay vỏ, ngâm enzim, rửa sạch, nƣớc thải vệ sinh, nƣớc thải sinh hoạt v. v có chứa các thành phần cặn bã (TSS), các chất hữu cơ (BOD/COD), chất chất dinh dƣỡng (N,P) và vi sinh gây bệnh. Đây là nguồn gây ô nhiễm chính từ hoạt động chế biến cà phê tại vùng nghiên cứu do sử dụng phƣơng pháp chế biến ƣớt;