... với túi ủ rơm sau ủ nấm (3 - 4,3%) Kết hoàn toàn phù hợp với thời điểm sinh khí hai túi ủ vì, trình bày, túi ủ rơm sau ủ nấm có thời gian sinh khí chậm túi ủ phân heo Nên túi ủ rơm sau ủ sinh khí. .. heo rơm sau ủ nấm Xác định tổng lượng khí sinh từ túi ủ phân heo từ túi ủ rơm sau ủ nấm theo thời gian Xác định hàm lượng khí CH4, CO2 khí khác sinh từ túi ủ phân heo từ túi ủ rơm sau ủ nấm theo... lượng khí CH4 giảm dần theo thời gian Đối với túi ủ rơm sau ủ nấm lượng khí methane dao động Khí CO2 sinh từ hai túi ủ thí nghiệm thấp khí methane Cụ thể, túi ủ phân heo 38,8% túi ủ rơm sau ủ nấm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGYÊN THIÊN NHIÊN BỘ MÔN KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGUYỄN THANH VĂN Luận văn tốt nghiệp Đại học Chuyên ngành Khoa học Môi trường KHẢ NĂNG SINH KHÍ CỦA RƠM SAU KHI Ủ NẤM TRONG TÚI Ủ BIOGAS Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. BÙI THỊ NGA Cần Thơ, 2013 MỘT SỐ HÌNH ẢNH LIÊN QUAN ĐÉN THÍ NGHIỆM Túi rơm bắt đầu sinh khí Túi rơm lúc căng phồng Túi rơm sau khi hết khí Đốt khí của túi rơm Túi phân heo ngày đầy khí Đốt khí túi phân heo PHÊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG Luận văn kèm theo đây, với tựa đề là “Khả năng sinh khí của rơm sau khi ủ nấm trong túi ủ Biogas”, do Nguyễn Thanh Văn thực hiện và báo cáo đã được hội đồng chấm luận văn thông qua. PGS. TS Nguyễn Hữu Chiếm ThS. Nguyễn Công Thuận PGS.TS Bùi Thị Nga i LỜI CẢM TẠ Để có thể hoàn thành tốt đề tài luận văn tốt nghiệp của mình. Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Quý Thầy, Cô, anh, chị Bộ môn Khoa Học Môi Trường, Khoa Môi Trường & Tài Nguyên Thiên Nhiên, Trường Đại Học Cần Thơ đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Đặc biệt, con xin cảm ơn đến cô Bùi Thị Nga đã tận tâm hướng dẫn, chỉ dạy cho con những kiến thức vô cùng quý giá để có thể hoàn thành tốt để tài luận văn của mình. Con xin chân thành gửi lời cảm ơn đến gia đình bác Hai Thanh ngụ tại ấp Mỹ Thuận, xã Mỹ Khánh, huyện Phong Điền, Thành Phố Cần Thơ đã tạo điều kiện vô cùng thuận lợi và giúp đỡ con trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn. Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, những người thân và tất cả bạn bè đã động viên, chia sẽ, hỗ trợ và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập trên giảng đường và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 20 tháng 11 năm 2013 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thanh Văn ii TÓM TẮT Đề tài “Khả năng sinh khí của rơm sau ủ nấm trong túi ủ biogas” được thực hiện tại ấp Mỹ Thuận, xã Mỹ Khánh, huyện Phong Điền, Thành Phố Cần Thơ từ tháng 07/2013 đến 12/2013 với mục tiêu đánh giá tổng lượng khí và thành phần khí (CH4, CO2 và khí khác) sinh ra khi sử dụng rơm (sau ủ nấm) làm nguyên liệu cho túi ủ biogas. Thí nghiệm được bố trí với hệ thống túi ủ phân heo (đối chứng) và túi ủ rơm sau ủ nấm. Kết quả cho thấy, tổng lượng khí sinh học của nghiệm thức phân heo là 7323,9 lít, dao động giữa các lần đo là 89,4 - 1.367,7 lít và của nghiệm thức rơm sau ủ nấm là 1.428,3 lít, dao động qua các lần đo là 73 - 535 lít. Đối với thành phần khí, CH4 chiếm tỷ lệ cao nhất ở cả 2 túi ủ phân heo và rơm sau ủ nấm với giá trị trung bình lần lượt là 59,7% ± 4,0 và 60,46% ± 1,1. Khí CO2 ở nghiệm thức phân heo và nghiệm thức rơm sau ủ nấm với giá trị trung bình lần lượt là 38,8% ± 4,0 và 39,5% ± 1,1. Các khí khác như: H2S, NH3, H2,…chỉ phát hiện ở nghiệm thức phân heo với tỷ lệ thấp trong khoảng dao động 0 – 1,44%. Từ khóa: rơm sau ủ nấm, phân heo, ủ yếm khí, khí sinh học, túi ủ biogas, methane, cacbonic iii MỤC LỤC PHÊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG ................................................................................. i LỜI CẢM TẠ ............................................................................................................. ii TÓM TẮT................................................................. Error! Bookmark not defined. MỤC LỤC ................................................................................................................. iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... vi DANH SÁCH HÌNH VÀ DANH SÁCH BẢNG .................................................... vii CHƯƠNG I MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ..................................................................... 2 2.1 Sơ lược về khí sinh học (Biogas) ......................................................................... 2 2.1.1 Khái niệm về khí sinh học (Biogas) ........................................................... 2 2.1.2 Thành phần khí sinh học ............................................................................ 2 2.1.3 Vai trò của khí sinh học đối với đời sống .................................................. 3 2.1.4 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu và nhược điểm của túi ủ khí sinh học .. 3 2.1.5 Những thuận lợi và bất lợi trong quá trình sản xuất khí sinh học .............. 4 2.1.6 Sơ lược về thành phần chất thải, nước thải của túi ủ khí sinh học............. 5 2.2 Sơ lược về rơm ..................................................................................................... 6 2.2.1 Giới thiệu về nguồn gốc ............................................................................. 6 2.2.2 Thành phần của rơm rạ .............................................................................. 6 2.2.3 Các hình thức sử dụng rơm rạ .................................................................... 6 2.3 Quá trình lên men yếm khí các hợp chất hữu cơ .................................................. 7 2.3.1 Cơ chế của quá trình lên men yếm khí ....................................................... 7 2.3.2 Cơ chế tạo thành khí sinh học trong quá trình phân hủy yếm khí ............. 8 2.3.3 Các nhóm vi khuẩn lên men yếm khí ......................................................... 9 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh khí methane ...................................... 11 2.4.1 Mức độ yếm khí ....................................................................................... 11 2.4.2 Nhiệt độ .................................................................................................... 11 2.4.3 Tỷ lệ C/N .................................................................................................. 11 2.4.4 Độ ẩm của nguyên liệu nạp ...................................................................... 12 2.4.5 Ảnh hưởng của pH và độ kiềm (alkalinity) ............................................. 12 2.4.6 Thời gian lưu ............................................................................................ 12 2.4.7 Lượng nước thích hợp .............................................................................. 13 2.5 Một số nghiên cứu liên quan đến nguyên liệu thực vật ...................................... 13 CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................................................... 15 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ...................................................................... 15 3.2 Vật liệu và phương tiện thí nghiệm .................................................................... 15 3.2.1 Túi ủ khí sinh học ..................................................................................... 15 3.2.2 Vật liệu nạp cho túi ủ ............................................................................... 16 3.2.3 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất thí nghiệm ................................................. 16 3.3 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 17 3.3.1 Phương pháp thu mẫu .............................................................................. 17 3.3.2 Phương pháp phân tích ............................................................................. 18 iv 3.3.3 Bố trí thí nghiệm ...................................................................................... 20 3.3.4 Phương pháp xử lý số liệu ........................................................................ 21 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 22 4.1 Đặc điểm của nguyên liệu nạp cho túi ủ biogas ................................................. 22 4.1.1 Ẩm độ của nguyên liệu nạp...................................................................... 22 4.1.2 Tỷ lệ C/N của nguyên liệu nạp................................................................. 22 4.1.3 pH của nước mồi ...................................................................................... 23 4.2 Nhiệt độ môi trường ........................................................................................... 24 4.3 Diễn biến tổng lượng khí sinh học sinh ra của 2 túi ủ ........................................ 24 4.3.1 Diễn biến tổng lượng khí sinh học sinh ra theo chu kì 5 ngày ................ 25 4.3.2 Tổng lượng khí cộng dồn của hai túi ủ .................................................... 27 4.4 Thành phần khí sinh học của thí nghiệm ........................................................... 28 4.4.1 Sự biến động CH4 theo chu kỳ 5 ngày của 2 túi ủ ................................... 28 4.4.2 Trung bình thành phần khí sinh học của hai túi ủ .................................... 29 CHƯƠNG V KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ............................................................... 31 5.1 Kết luận............................................................................................................... 31 5.2 Kiến nghị ............................................................................................................ 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT C/N: Tỷ lệ cacbon trên nitơ CH4: Khí methane CO2: Khí cacbonic ĐBSCL: Đồng Bằng Sông Cửu Long H2S: Khí hydro disunfua N2: Khí nitơ NH3: Khí amonia VACB: Vườn – Ao – Chuồng – Biogas vi DANH SÁCH HÌNH VÀ DANH SÁCH BẢNG DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ ...................... 11 Hình 3.1: Hệ thống túi ủ khí sinh học dùng trong thí nghiệm .................................. 15 Hình 3.2: Đồng hồ đo tổng lượng khí (Ritter) .......................................................... 17 Hình 3.3: Máy bơm Resun ....................................................................................... 17 Hình 3.4: Máy GA 94 ............................................................................................... 20 Hình 3.5: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ............................................................................. 20 Hình 4.1: Sự biến động của nhiệt độ môi trường trong thí nghiệm ......................... 24 Hình 4.2: Tổng lượng khí cộng dồn của 2 nghiệm thức trong thí nghiệm ............... 27 Hình 4.3: Sự biến động của thành phần CH4 theo chu kỳ của 2 nghiệm thức ........ 28 Hình 4.4: Trung bình thành phần khí sinh học của 2 nghiệm thức .......................... 29 DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Thành phần các khí trong khí sinh học ...................................................... 2 Bảng 2.2: Khoảng nhiệt trị của một số loại nguyên liệu ............................................ 3 Bảng 2.3: Lương phân thải trung bình của heo trong 24h .......................................... 5 Bảng 2.4: Thành phần dưỡng chất của phân và nước tiểu heo (đơn vị %) ................ 5 Bảng 2.5: Tỷ lệ C/N của chất thải hữu cơ có nguồn gốc thực vật ............................ 12 Bảng 2.6: Tỷ lệ C/N của một số chất thải hữu cơ có nguồn gốc động vật ............... 12 Bảng 2.7: Các điều kiện thích hợp đối với quá trình sản xuất khí sinh học ............. 13 Bảng 2.8: Lương nước có trong vật liệu thải ............................................................ 13 Bảng 4.1: Kết quả phân tích ẩm độ và tỷ lệ C/N của nguyên liệu ........................... 22 Bảng 4.2: Đặc điểm hóa học của nước mồi .............................................................. 23 Bảng 4.3: Diễn biến lượng khí sinh ra theo chu kỳ 5 ngày của thí nghiệm ............. 25 vii viii CHƯƠNG I MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, chăn nuôi chiếm tỷ trọng khá lớn trong nền kinh tế của Đồng Bằng Sông Cửu Long, góp phần xóa đói giảm nghèo và phát triển kinh tế địa phương. Bên cạnh đó, các chất thải trong chăn nuôi vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Nếu không được kiểm soát tốt thì các chất thải sẽ làm ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng bất lợi đến sức khỏe của cộng đồng. Vì vậy, đã có nhiều nghiên cứu phát triển túi ủ biogas nhằm góp phần xử lý nguồn thải từ chăn nuôi. Công nghệ biogas góp phần hạn chế khả năng gây ô nhiễm môi trường và tạo ra năng lượng giúp cho quá trình sinh hoạt của người dân ở vùng nông thôn được thuận lợi hơn như nấu ăn, thắp sáng, chạy máy phát điện,… Tuy nhiên, nông hộ tại ĐBSCL chủ yếu chăn nuôi heo ở dạng nhỏ lẻ, người dân sẵn sàng giảm số lượng hoặc thậm chí ngừng nuôi nếu gặp rủi ro đối với bầy heo. Điều này dẫn đến việc thiếu hụt hoặc không có nguồn nguyên liệu cung cấp cho túi ủ biogas. Để duy trì hoạt động của các túi ủ khí sinh học, việc tìm kiếm nguồn nguyên liệu mới làm nguyên liệu nạp là hết sức cần thiết. Với diện tích canh tác trên 4 triệu ha (Tổng Cục Thống Kê, 2011) ĐBSCL thải ra môi trường 23 triệu tấn rơm rạ mỗi năm (Nguyễn Bảo Vệ, 2011). Những năm gần đây, người nông dân đã tận dụng lượng rơm đó để ủ tạo nấm rơm cải thiện kinh tế gia đình. Tuy nhiên, sau khi ủ nấm, lượng rơm này thường được bán để đốt lấy tro bón cây, sinh ra nhiều loại khí gây hiệu ứng nhà kính. Mặt khác, nhiều nghiên cứu cho thấy, có thể sử dụng các loại thực vật như lục bình (Lê Hoàng Tới, 2013), bèo tây (Thái Hồng Cúc, 2013), cỏ vườn (Trương Văn Quí, 2013)…, để thay thế phân heo trong túi ủ. Từ các vấn đề trên, đề tài “Khả năng sinh khí của rơm sau khi ủ nấm trong túi ủ Biogas” được thực hiện nhằm: Mục tiêu tổng quát Tạo ra nguồn năng lượng sinh học thay thế các nguồn năng lượng truyền thống, góp phần giảm phát thải các khí nhà kính và ô nhiễm môi trường. Mục tiêu cụ thể Đánh giá tổng lượng khí và thành phần khí (CH4, CO2 và khí khác) của túi ủ phân heo và rơm sau ủ nấm. Để đạt được mục tiêu trên, đề tài tiến hành các nội dung nghiên cứu như sau: Bố trí túi ủ phân heo và rơm sau ủ nấm. Xác định pH nước mồi, ẩm độ, tỉ lệ C/N của phân heo và rơm sau khi ủ nấm Xác định tổng lượng khí sinh ra từ túi ủ phân heo và từ túi ủ rơm sau khi ủ nấm theo thời gian Xác định hàm lượng khí CH4, CO2 và các khí khác sinh ra từ túi ủ phân heo và từ túi ủ rơm sau khi ủ nấm theo thời gian 1 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Sơ lược về khí sinh học (Biogas) 2.1.1 Khái niệm về khí sinh học (Biogas) Khí sinh học là sản phẩm bay hơi của quá trình lên men kỵ khí phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp. Do mê - tan (CH4) là thành phần chủ yếu nên khí sinh học là loại khí cháy được. (Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997). Nguyên liệu cho quá trình ủ khí sinh học thường là phân người, phân gia súc, phế phẩm nông nghiệp…. Ở ĐBSCL, nguyên liệu cho quá trình ủ khí sinh học thường là phân heo. Thông thường, với túi ủ dài 10 m, thì ta cần khoảng 200 kg heo để đủ lượng phân nạp cho túi ủ (Lê Hoàng Việt, 1998). 2.1.2 Thành phần khí sinh học Khí sinh học là một hỗn hợp khí được sản sinh trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường yếm khí. Thành phần % các khí được thể hiện qua bảng số liệu sau: Bảng 2.1 Thành phần các khí trong khí sinh học Loại khí Thành phần (%) Methane (CH4) 55 - 70 % Cacbonic (CO2) 30 - 45 % Nitrogen (N2) 0-3% Hydrogen (H2) 0-1% Hydro sunfua (H2S) 0-1% Năng lượng 20 - 25 MJ/m3 (RISE-AT,1998; Trích bởi Lê Hoàng Việt) Trong khí sinh học thành phần chủ yếu là khí metan. Sự đốt cháy khí sinh học với đầy đủ oxy, sinh ra cacbonic, nước và một lượng nhiệt. Được minh họa bằng phương trình sau: CH4 + 2O2 CO2 + H2O + Nhiệt Do đó có thể sử dụng khí sinh học thay thế các chất đốt truyền thống như: củi, than, dầu,… Ứng dụng công nghệ sản xuất khí sinh học trong việc nấu ăn, thắp sáng và sấy khô nông sản, ở những nơi có điều kiện hơn có thể chạy máy, bơm nước và phát điện. 2 2.1.3 Vai trò của khí sinh học đối với đời sống Cung cấp năng lượng Khí đốt sinh học ra đời tạo ra một nguồn chất đốt mới - nguồn chất đốt không truyền thống ở Việt Nam - nó phục vụ cho nhu cầu nấu nướng, thắp sáng… Việc nấu nướng dễ dàng, sạch sẽ hơn, đồng thời tiết kiệm thời gian. Bảng 2.2 Khoảng nhiệt trị của một số loại nguyên liệu Đơn vị Khoảng nhiệt trị Kcal/m3 9000 Khí sinh học Kcal/m3 4500 - 6000 Dầu mỏ Kcal/m3 15600 Loại nguyên liệu Mê – tan (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003) Bảo vệ môi trường Khí sinh học khi được áp dụng rộng rãi vào cuộc sống, nó không chỉ giải quyết được vấn đề năng lượng mà còn giải quyết được một lượng lớn các chất gây ô nhiễm thải ra từ chăn nuôi và sản xuất nông nghiệp. Cho nên, công nghệ khí sinh học được biết đến như là biện pháp bảo vệ môi trường, vì: - Tạo năng lượng đốt, hạn chế phá rừng. - Xử lý tốt các yếu tố gieo rắc mầm bệnh trong phân vì nước thải sau khí sinh học, giảm mùi hôi, ít ruồi nhặng đeo bám, đặc biệt là ký sinh trùng và các mầm bệnh lây lan bị tiêu diệt đáng kể (Ủy Ban Khoa Học Kỹ Thuật Đồng Nai, 1989). - Nước thải sau khi qua hệ thống ủ khí sinh học có thể sử dụng dễ dàng và hiệu quả trong mô hình VACB (vườn - ao - chuồng - biogas): làm thức ăn cho cá, cung cấp nguồn phân hữu cơ sinh học, giảm sử dụng phân hóa học, qua đó giúp cải tạo đất trồng, nâng cao năng suất cho cây trồng. 2.1.4 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu và nhược điểm của túi ủ khí sinh học Cấu tạo Túi ủ khí sinh học: bọc ni lông loại dầy thiết kế ba lớp, đường kính và chiều dài tùy thuộc vào số lượng heo, hai đầu nối với hai ống đường kính 150 mm (một đầu nạp nguyên liệu vào và một đầu ra) được quấn bởi dây cao su. Ống thu khí: đặt cách đầu nạp nguyên liệu 1,5 m, một ống nhựa phi 21 có khóa van an toàn. Trong khi hoạt động thì van luôn mở, khi có sự cố thì khóa van để khí không thoát ra từ túi ủ. Dây dẫn khí: dây nhựa mềm nối với ống thu khí, trên đường đi có van an toàn khóa bằng nước. Trong trường hợp khi không sử dụng, túi chứa khí căng đầy làm gia tăng áp suất thì khí sẽ tự động đẩy cột nước lên cao, nước sẽ thoát ra ngoài qua lỗ thông nước. 3 Túi chứa khí: bọc ni lông loại dầy được thiết kế hai lớp với chiều dài 3 m, đường kính 1 m. Nguyên lý hoạt động Nguyên liệu đầu vào là các chất thải trong chăn nuôi như phân trâu, bò, heo, gà, vịt, …có thể kết hợp với nguyên liệu thực vật: lục bình, rơm rạ khô băm nhuyễn. Khi cho vào túi ủ, dưới tác dụng phân hủy của các vi sinh vật có trong chất thải sẽ phân giải các hợp chất hữu cơ trong phân. Sau thời gian từ 15 - 30 ngày sẽ sinh ra khí (CH4), khí này sau đó sẽ theo ống thu khí đến túi chứa khí. Túi chứa khí có nhiệm vụ làm gia tăng áp suất đẩy khí sinh học đến bếp đun. Trong trường hợp túi chứa khí đầy thì khí sinh ra sẽ được chuyển trực tiếp đến bếp để sử dụng. Nếu túi chứa khí đầy và bếp đun ngưng đun thì khí sinh ra sẽ được thoát ra ngoài qua van an toàn. Khi thiết bị đi vào hoạt động phải kiểm tra thường xuyên để theo dõi thể tích khí, áp suất khí, lấy bỏ cặn lắng, xả nước đọng đường ống, đề phòng cháy nổ, đề phòng ngạt thở khi sửa chữa, ngoài ra cần kiểm tra những trục trặc trong vận hành hoặc hư hỏng để phát hiện nguyên nhân và khắc phục kịp thời. Ưu điểm và nhược điểm của túi ủ Ưu điểm - Có khả năng áp dụng rộng rãi: phù hợp với điều kiện chăn nuôi của từng hộ gia đình ở nông thôn. - Tính khả thi cao: giá thành rẻ, dễ lắp đặt, vận hành đơn giản. - Tận dụng chất khí sinh học: phục vụ nhu cầu năng lượng cho đời sống; giải quyết vấn đề ô nhiễm trong chăn nuôi ở nông thôn. Nhược điểm - Do túi ủ làm bằng cao su nên dễ hỏng bởi điều kiện tự nhiên, ngoài ra cũng có thể bị gà, vịt, chuột…làm thủng gây hỏng hệ thống. - Thời gian sử dụng ngắn (3 - 5 năm). Thời gian sử dụng túi ủ tùy thuộc vào cách bảo quản và vận hành túi. 2.1.5 Những thuận lợi và bất lợi trong quá trình sản xuất khí sinh học Thuận lợi Trong quá trình phân hủy yếm khí không đòi hỏi ôxy, giảm được chi phí cung cấp ôxy cho quá trình xử lý chất thải. Việc xử lý chất thải đậm đặc trong điều kiện yếm khí không những có lợi về mặt công nghệ mà còn có lợi về mặt xây dựng và quản lý như chiếm diện tích rất ít, chi phí vận hành thấp hơn quá trình xử lý hiếu khí. - Năng lượng cần cho xử lý nước thải giảm. Xử lý được chất hữu cơ có độ ô nhiễm cao. 4 Có khả năng tăng công suất. - Chất thải không còn mùi hôi. - Bã thải có giá trị cao được làm phân bón và cải tạo đất. - Chất thải không còn hấp dẫn chuột, ruồi. Bất lợi - Rất nhạy cảm với chất độc. - - Đòi hỏi thời gian dài để hoạt động quá trình. - Bã thải sau quá trình ủ chứa hàm lượng nước rất cao nếu không được quản lý và xử lý tiếp thì vẫn còn có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước. - Nếu như sử dụng để chạy các động cơ đốt trong phải xử lý hơi nước và các chất khí khác như CO2, H2S để đạt hiệu quả cao. 2.1.6 Sơ lược về thành phần chất thải, nước thải của túi ủ khí sinh học Lượng phân heo Lượng phân thải ra một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi, khẩu phần thức ăn và thể trọng. Lượng phân thay đổi theo thức ăn. Lượng phân cũng thay đổi theo những chất kết hợp với nước tiểu, chất lót chuồng. Theo Trịnh Hoài Nam (2012) trích từ Lochr (1984) ước tính lượng phân heo mỗi ngày là 6 - 8% thể trọng. Bảng 2.3 Lượng phân thải trung bình của heo trong 24h Trọng lượng heo < 10 15 - 45 45 - 100 Phân nguyên (kg) 0,5 - 1,0 1,0 - 3,0 3,0 - 5,0 Nước tiểu (kg) 0,3 - 0,7 0,7 - 2,0 2,0 - 4,0 ( Lăng Ngọc Huỳnh, 2002) Heo nuôi chuồng không có chất lót chuồng, với 1000 kg thể trọng có thể cho lượng phân tính bằng tấn/năm là 16 tấn.Lượng phân thay đổi theo thức ăn. Thành phần dưỡng chất của phân heo Bảng 2.4 Thành phần dưỡng chất của phân và nước tiểu heo (đơn vị %) Thành phần Nước Chất hữu cơ N P2O5 K2O CaO MgO Cl Phân heo tươi nguyên chất 82,0 16,0 0,6 0,5 0,4 0,05 0,02 0,01 Nước tiểu trung bình của heo 94,0 2,5 0,5 0,05 1,0 0 ÷ 0,2 0 ÷ 0,1 0,1 ( Lăng Ngọc Huỳnh, 2002) 5 Gồm 0,5% nitơ và 0,3% photphat. Tuy nhiên, chúng có thể thay đổi theo: - Thành phần dưỡng chất của thức ăn và nước uống. - Theo nhu cầu cá thể: nếu nhu cầu cá thể cao thì sử dụng dưỡng chất nhiều, phân sẽ ít và ngược lại. 2.2 Sơ lược về rơm 2.2.1 Giới thiệu về nguồn gốc Rơm là phần còn lại của cây lúa sau khi thu hoạch đã được phơi khô, là nguyên liệu hữu cơ có sẵn với khối lượng lớn, đặc biệt là vùng trồng lúa như ở ĐBSCL lượng rơm rạ sinh ra là rất lớn. Rơm thường được sử dụng làm thức ăn cho gia súc như trâu, bò, ngựa, dê và cừu đặc biệt vào các mùa rét, thiếu thức ăn tươi cho động vật. Thông thường rơm rạ được lấy từ nguồn các loại cây lúa khác nhau. 2.2.2 Thành phần của rơm rạ Rơm rạ là nguồn chất hữu cơ lớn, chúng chiếm đến 50% trọng lượng của cây lúa, có khoảng 40% nitơ, từ 30 đến 35% là photpho và từ 40 đến 50% là lưu huỳnh (A.Dobermann and T.H. Fairhurst, 2002). Số lượng rơm rạ sau mỗi vụ thu hoạch lúa cao sản tương đương với sản lượng lúa. Có gần 20 triệu tấn rơm rạ/ năm tại đồng ruộng ở ĐBSCL, trong đó khoảng 2/3 là gốc rạ còn lại trên ruộng sau khi gặt lúa và khoảng 1/3 (7 triệu tấn/năm) là rơm sau khi suốt lúa ra hạt (Luu Hong Man và ctv., 2001a,b; Duong Minh, 2005). Thành phần chính của rơm rạ là những hydrocacbon gồm licnoxenlulozo 37,4%; hemixenlulozo 44,9%; glinin 4,9% và hàm lượng tro (oxit silic) cao từ 9 đến 14%. Thành phần licnoxenlulozo trong rơm, rạ khó phân hủy sinh học, là điều gây cản trở sử dụng rơm rạ một cách kinh tế. Rơm rạ chứa khoảng 0,6% N là nguồn cung cấp đạm quan trọng nếu trả lại cho đất, giả sử tỉ lệ hạt trên rơm là 2/3 thì tổng lượng rơm rạ là trên 6 triệu tấn, khi đó rơm rạ này chứa khoảng 3,6 triệu tấn N, 0,6 triệu tấn P2O5 và 9,6 K2O. ( Ponnamperuma, 1984) Thành phần hóa học của rơm rạ nếu tính theo nguyên tố thì cacbon chiếm 44%, hydro 5%, Oxygen chiếm 49%, Nitrogen 0,92%, một lượng nhỏ photpho, lưu huỳnh và kali (Nguyễn Lân Dũng, 2011). 2.2.3 Các hình thức sử dụng rơm rạ Chăn nuôi Rơm rạ có thể sử dụng như một thành phần thức ăn thô nuôi gia súc để đảm bảo một lượng năng lượng trong thời gian ngắn. Rơm rạ có một hàm lượng năng lượng và dinh dưỡng có thể tiêu hóa được, so với bã mía thì rơm rạ có chất lượng tốt hơn do thấp hơn về chất xơ, lignin và silic. Lượng nhiệt được sinh ra trong ruột của các con vật ăn cỏ, vì vậy việc tiêu hóa rơm rạ có thể hữu ích trong việc duy trì nhiệt độ cơ thể trong thời tiết mùa đông lạnh. Do mỗi nguy hiểm từ sự cọ sát mạnh 6 và hành lượng dinh dương thấp, nên việc sử dụng rơm rạ làm thức ăn chỉ nên giới hạn ở một phần chế độ ăn cho gia súc. Trồng nấm Ở nước ta từ lâu đời đã biết tận dụng lượng rơm thải để trồng nấm rơm ngay ngoài trời. ĐBSCL là khu vực có nhiều tiềm năng phát triển nghề trồng nấm. Khu vực này có đủ các điều kiện như chênh lệch nhiệt độ giữa tháng nóng và tháng lạnh không đáng kể, có thể trồng nấm rơm quanh năm. Trông nấm rơm thích hợp vào thời gian nông nhàn, hơn nữa trồng nấm rơm không đòi hỏi nhiều về kỹ thuật. Vùi rơm trên ruộng Chôn vùi rơm rạ khi chưa được phân hủy cũng ảnh hưởng đến cây trồng như ngộ độc hữu cơ của bộ rễ làm giảm hiệu quả hấp thu dinh dưỡng nên làm giảm sự sinh trưởng và năng suất lúa (Nguyễn Thành Hối, 2008). Giới thiệu sơ lược về rơm sau khi ủ nấm Kết quả khảo sát vùng nguyên liệu trồng nấm rơm tại khu vực Tân Lợi 1, phường Tân Hưng, Quận Thốt Nốt, TP. Cần Thơ cho thấy, khối lượng rơm rạ sau khi ủ nấm thải ra môi trường rất lớn. Trung bình mỗi vụ (từ 1 đến 1,5 tháng), mỗi nông hộ trồng nấm thải ra môi trường từ 12,9 đến 13,2 tấn rơm rạ/1 công. Như vậy, mỗi năm trung bình mỗi nông hộ thải khoảng 231 đến 237,6 tấn rơm rạ ra môi trường. Theo ông Trương Văn Năm nông dân trồng nấm nhiều năm kinh nghiệm tại khu vực Tân Lợi 1, phường Tân Hưng, Quận Thốt Nốt, TP.Cần Thơ cho biết: Rơm rạ sau khi ủ nấm được xử lý theo 2 cách thức: Mùa nắng (từ tháng 1 đến tháng 4), lượng rơm sau ủ được thương lái thu mua và ung thành tro ngay tại nền . Ung tro gây ô nhiễm môi trường không khí, gây khó chịu cho các hộ xung quanh. Đặc biệt là gia đình có trẻ nhỏ sẽ dễ làm trẻ mắc một số bệnh về đường hô hấp… Mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 12), lượng rơm sau ủ không được thương lái thu mua do việc ung tro gặp rất nhiều khó khăn. Vì vậy, các nông hộ thường để rơm rạ sau ủ nấm ngay tại nên để tự phân hủy. Do đó, môi trường đất có nguy cơ bị ô nhiễm hữu cơ và môi trường nước tại Rạch Xẻo Nhành cũng có thể bị ô nhiễm do lượng chất hữu cơ được nước mưa cuốn trôi. 2.3 Quá trình lên men yếm khí các hợp chất hữu cơ 2.3.1 Cơ chế của quá trình lên men yếm khí Quá trình lên men yếm khí chất thải hữu cơ trong điều kiện yếm khí là một quá trình diễn ra phức tạp liên quan đến hàng trăm phản ứng, chất trung gian và mỗi phản ứng sẽ được xúc tác bởi một loại enzim hay chất xúc tác: Phương trình chuyển hóa chất hữu cơ đã được đơn giản hóa như sau: Chất hữu cơ Lên men yếm khí CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Q 7 2.3.2 Cơ chế tạo thành khí sinh học trong quá trình phân hủy yếm khí Các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật yếm khí sẽ bị phân hủy thành các chất hòa tan và các chất khí. Quá trình hàng ngàn phản ứng trong đó phần lớn cacbon, hydro, oxy bị chuyển hóa chủ yếu thành metan và khí cacbonic. Một phần nhỏ các nguyên tố canxi, phốtpho, nitơ cũng bị thất thoát khi qua sự phân hủy trong túi khí sinh học. Sự phân hủy prôtêin, tinh bột, lipit để tạo thành axit amin, glyceryl, axit béo, axit béo bay hơi, rượu, methylamine… cùng các chất độc hại như: tomain (độc tố thịt thối), sản phẩm bốc mùi như indol, scatol. Các chất cao phân tử: xenluloza, lignin sẽ bị vi khuẩn yếm khí có enzim cellulosase phân hủy theo sơ đồ phân hủy yếm khí khuẩn yếm khí xenluloza. (C6H10O5)n ---------> 3nCO2 + 3nCH4 + 4,5 Calo Lượng CO2 sinh ra một phần sẽ bị giữ lại bởi các ion K+, Ca2+, Na+, NH3+… Do đó hỗn hợp khí sinh ra có từ 60 – 70% CH4. Ở giai đoạn đầu các chất phân hủy nhanh như tinh bột, prôtêin, đường, một phần xenluloza bị phân hủy trước tạo nhiều axit hữu cơ sẽ làm chậm quá trình phân hủy. Ngược lại các chất xơ phân hủy từ từ nên khí sinh ra một cách liên tục. Sự phân hủy vật chất hữu cơ để tạo thành khí sinh học xảy ra qua hai con đường khác nhau. Con đường thứ nhất - Giai đoạn 1 Sự axit hóa xenluloza: (C6H10O5)n + nH2O 3COOH Sự tạo muối: các bazơ hiện diện trong môi trường (đặc biệt là NH4OH) sẽ kết hợp các axit hữu cơ. CH3COOH + NH4OH CH3COONH4 + H2O - Giai đoạn 2 Lên men metan do sự phân hủy của muối hữu cơ. CH3COONH4 + H2O 4 + CO2 + NH4OH Con đường thứ hai - Giai đoạn 1 Sự axit hóa (C6H10O5)n + nH2O 3nCH3COOH Thủy phân axit tạo CO2 và H2: CH3COOH + 2H2O 2 + 4H2 Giai đoạn 2: metan tổng hợp từ một số trực khuẩn khi sử dụng CO2 và H2: 8 CO2 + 4H2 4 + 2H2O Vậy cả hai con đường sự sinh metan phụ thuộc vào quá trình axit hoá. Nếu lên men quá nhanh hoặc dịch phân có nhiều phân tử sẽ gây ngừng trệ quá trình lên men của metan. Mặt khác, vi khuẩn của sự lên men yếm khí trong giai đoạn này khí đều thuộc nhóm vi khuẩn biến dưỡng xenluloza.Các vi khuẩn này hầu hết là trực khuẩn có bào tử nằm rải rác ở các họ: Clostridium, Plectridium, Cacduccus, Endosponus, Terminosporus…Các chất tạo thành: CO2, H2, formate, axetat, alchohol, methylamine, rượu... các chất (trừ CO2) đều cho electron và được làm chất dinh dưỡng cho vi khuẩn sinh khí metan (CH4) chuyên biệt. Nhóm vi khuẩn chuyên biệt này đều có hai loại co-enzim đặc thù mà các nhóm vi khuẩn khác hầu như chưa thấy: - Co-enzim M.(2-Mercaptoetban-Sulfonic-axit) - Co-enzim F420. (một loại flavin mononuc leotic) Nhóm vi khuẩn này đã được xác định. Đối với các polisacarit chuyển thành monosaccarit, trải qua quá trình biến đổi sẽ tạo thành các muối axetat, lactate, ethanol, butyrate, propionate. Sau đó các muối này sẽ phân hủy tạo axetate. Muối axetate lại thủy phân để tạo metan. 2.3.3 Các nhóm vi khuẩn lên men yếm khí Quá trình sinh học xảy ra trong lên men mêtan là quá trình phát triển các vi sinh vật yếm khí và quá trình chuyển hóa các vật chất hữu cơ thành các chất khí, trong đó khí mêtan chiếm tỉ trọng lớn nhất. Có bốn nhóm vi khuẩn chính tham gia vào quá trình lên men yếm khí đó là: Các vi khuẩn thủy phân và lên men chất hữu cơ (hydrolytic bacteria) Nhóm này phân hủy các chất hữu cơ phức tạp (prôtêin, xenluloza, lignin, lipit) thành những đơn phân tử hòa tan như axit amin, gluco, axits béo, và Glyxerin . Những phân tử này sẽ được nhóm vi khuẩn thứ hai trực tiếp sử dụng ngay. Quá trình thủy phân được xúc tác bởi các enzim ngoại bào như xenluloza, protease, và lipase. Tuy nhiên quá trình thủy phân xảy ra tương đối chậm và có thể giới hạn khả năng phân hủy yếm khí của một số chất thải nguồn gốc xenluloza có chứa lignin. Các vi khuẩn thuộc nhóm acetogenic tạo ra acetate và hydrogen (fermentative acidogenic bacteria) Nhóm này sẽ chuyển hóa đường, axit amin, axit béo để tạo thành các axit hữu cơ như axetic, propionic, formic, lactic, butyric, succinic, các alcol và ketons như ehtanol, methanol, glyxerin , aceto, acetat, CO2 và H2. Axetat là sản phẩm chính của quá trình lên men cacbon-hydrat. Các sản phẩm được tạo thành rất khác nhau tùytheo loại vi khuẩn và các điều kiện nuôi cấy (nhiệt độ, pH, thế oxy hóa khử). 9 Nhóm vi khuẩn sử dụng acetate để tạo ra methane (acetogenic bacteria) Nhóm này gồm các vi khuẩn như Syntrobacter wolinii và Syntrophomonas wolfei chuyển hóa các axit béo, do đó cần giám sát nồng độ hydro. Dưới áp suất riêng phần của hydro khá cao, sự tạo thành axetat sẽ bị giảm và cơ chất sẽ được chuyển hóa thành axit propionic, butyric và enthanol hơn là metan. Do vậy có một mối quan hệ cộng sinh giữa vi khuẩn axetic và vi khuẩn metan. Vi khuẩn metan sẽ giúp đạt được thế hydro thấp mà vi khuẩn axetic cần. Ethanol, axit propionic và butyric được chuyển hóa thành axit axetic bởi nhóm vi khuẩn axetic theo phương trình sau: CH3-CH2-OH + CO2 CH3-COOH + 2H2 (ethanol) (axit axetic) CH3-CH2-COOH + 2H2O CH3-COOH + CO2 + 2H2 (axit propionic) (axit axetic) CH3-CH2- CH2-COOH + 2 H2O 2CH3-COOH + 2H2 (axit butyric) (axit axetic) Vi khuẩn axetic tăng trưởng nhanh hơn nhiều so với vi khuẩn metan với μmax lần lượt là 1 hr-1 và 0,004 hr-1. Nhóm vi khuẩn sử dụng hydrogen để tạo ra methane (methanogens) Nhóm vi khuẩn metan gồm cả gam âm và gam dương với các hình dạng rất khác nhau. Vi khuẩn methan tăng trưởng chậm trong nước thải và thời gian thế hệ của chúng thay đổi từ 3 ngày ở 35°C lên đến 50 ngày ở 10°C. Vi khuẩn metan được chia làm 2 nhóm phụ: - Nhóm vi khuẩn metan hydrogenotrophic: nhóm vi khuẩn này sử dụng hydrogen hóa tự dưỡng chuyển hóa hydro và CO2 thành metan. CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O Nhóm này duy trì áp suất riêng phần thấp khi cần thiết để chuyển hóa axit bay hơi và alcohol (rượu) thành axetat. - Nhóm vi khuẩn metan acetotrophic, còn gọi là vi khuẩn phân giải axetat, chúng chuyển axetat thành metan và CO2. CH3COOH CH4 + CO2 (Nguồn: Công ty Biogas Minh Tuấn. Trích bởi Nguyễn Hữu Lộc và Nguyễn Trương Nhật Tân, 2010) Các vi khuẩn tham gia quá trình lên men yếm khí đã được phân lập và định danh gồm: Clostridium spp., Peptococus anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulphobrio spp., Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actonomyces, Staphylococcus và Escherichia coli. 10 Các vi khuẩn sinh khí methane như: nhóm hình que (Methanobacterium, Methanobacillus), nhóm hình cầu (Methanococcus, Methanosarcina) (Lê Hoàng Việt, 2003). 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh khí methane 2.4.1 Mức độ yếm khí Khí sinh học được sinh ra do hoạt động của nhiều chủng loại vi khuẩn, trong đó có vi khuẩn sinh metan là quan trọng nhất, những vi khuẩn sống trong môi trường kỵ khí bắt buộc. Vì vậy đảm bảo cho môi trường phân hủy tuyệt đối kỵ khí là một yếu tố quan trọng đầu tiên. 2.4.2 Nhiệt độ Nhiệt độ thay đổi trong ngày hay thay đổi theo mùa đều ảnh hưởng đến khả năng sinh khí. Theo F. Monnet (2003), sự phân hủy yếm khí có thể xảy ra trong hai khoảng nhiệt độ chính sau: - Khoảng nhiệt độ hoạt động của vi khuẩn ưa ấm từ 20 đến 450C, tối ưu là 350C. - Khoảng nhiệt độ hoạt động của vi khuẩn ưa nhiệt từ 50 đến 650C, tối ưu là 550C. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ sinh khí tăng, nhưng ở nhiệt độ trong khoảng 45 50 C thì tốc độ sinh khí giảm, vì khoảng nhiệt độ này không thích hợp cho cả hai loại vi khuẩn, nhiệt độ trên 600C tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí bị kiềm hãm hoàn toàn ở nhiệt độ 650C trở lên. Ở nhiệt độ dưới 100C thì hầu như hệ thống không sản sinh khí biogas. 0 (Nguồn: Price and Cheremisinoff, 1981, trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt, 2003) Hình 2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ 2.4.3 Tỷ lệ C/N Mối quan hệ giữa hàm lượng Cacbon và Nitơ được thể hiện thông qua vật chất hữu cơ là đại diện cho tỷ lệ Cacbon trên Nitơ (C/N). Tỷ lệ C/N tối ưu cho sự 11 phân hủy yếm khí là từ 20/1 đến 30/1. Khi nguyên liệu có tỷ lệ C/N cao chỉ ra rằng vi khuẩn sinh khí methane sẽ tiêu thụ Nitơ nhanh gây ra thiếu đạm và kết quả là lượng khí sinh ra sẽ giảm. (Monnet, 2003). Tỷ lệ C/N đặc biệt quan trọng và là yếu tố cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật. Tỷ lệ C/N cao hay thấp hơn khoảng tối ưu đều ảnh hưởng đến quá trình phân hủy. Vi khuẩn yếm khí cần một tỷ số C/N phù hợp cho quá trình trao đổi chất của chúng bởi vì không phải tất cả các dạng đều hữu dụng cho quá trình phân hủy. Bảng 2.5 Tỷ lệ C/N của chất thải hữu cơ có nguồn gốc thực vật Thực vật Tỷ lệ C/N 48 -117 12 - 25 Rơm rạ Bèo tây tươi (Nguồn: Nguyễn Quang Khải, 2001) Bảng 2.6 Tỷ lệ C/N của một số chất thải hữu cơ có nguồn gốc động vật Nguyên liệu Chất cặn hầm cầu Nước tiểu Phân bò, heo Phân gà Phân ngựa Phân trâu Tỷ lệ C/N 10/1 - 60/1 0,8/1 18/1 15/1 25/1 15/1 -128/1 (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003) 2.4.4 Độ ẩm của nguyên liệu nạp Khống chế độ ẩm để kích thích VSV hoạt động, độ ẩm cao hơn 96% thì tốc độ phan hủy chất hữu cơ giảm, sản lượng khí sinh học tạo ra ít, nhưng đô ẩm dưới 20% thì cũng sẽ cản trở quá trình phát triển của vi sinh vật. Độ ẩm thích hợp nhất cho hoạt động của vi sinh vật là 91,5 - 96% 2.4.5 Ảnh hưởng của pH và độ kiềm (alkalinity) Trong quá trình phân hủy yếm khí pH nên được điều chỉnh ở mức 6,6 - 7,6 tối ưu trong khoảng 7 - 7,2 vì vi khuẩn tạo metan có thể bị ức chế ở giá trị pH nhỏ hơn 6,6. pH của mẻ ủ có khi hạ xuống thấp hơn 6,6 do sự tích tụ quá độ các axit béo do mẻ ủ bị nạp quá tải hoặc do các độc tố trong nguyên liệu nạp ức chế hoạt động của vi khuẩn metan. Alkalinity của mẻ ủ nên được giữ ở khoảng 2.500 - 5.000 mg/L để tạo khả năng đệm tốt cho nguyên liệu nạp. (Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt, 2009). 2.4.6 Thời gian lưu Theo Monnet (2003), vi khuẩn ưa ấm cần 15 - 30 ngày để phân hủy chất thải và đối với vi khuẩn ưa nhiệt là 12 - 14 ngày để phân hủy nguyên liệu nạp. Quá trình phân hủy trong điều kiện tự nhiên xảy ra trong thời gian dài, đối với phân động vật thời gian này có thể kéo dài tới hàng tháng, đối với nguyên liệu 12 thực vật thời gian này có thể kéo dài tới hàng năm. Do vậy chọn thời gian lưu sao cho trong thời gian này tốc độ sinh khí là mạnh nhất. Thời gian lưu được chọn căn cứ vào thời tiết địa phương và loại nguyên liệu nạp. Bảng 2.7 Các điều kiện thích hợp đối với quá trình sản xuất khí sinh học Nguyên liệu Nhiệt độ (0C) Tỷ lệ C/N Hàm lượng chất khô (%) Thời gian lưu (ngày) Phân động vật 30 - 40 30 7-9 30 -50 Thực vật 30 - 40 30 4-8 100 (Nguồn: Nguyễn Quang Khải, 2001) 2.4.7 Lượng nước thích hợp Sự hoạt động bình thường của vi khuẩn mêtan cần khoảng 90% nước để lên men vật liệu thải và 8 – 10% chất khô (Nguyễn Duy Thiện, 2001). Bảng 2.8 Lượng nước có trong vật liệu thải Loại vật liệu thải Lượng nước (%) Phân người Phân lợn rắn Phân lợn lỏng Phân ngựa Phân khô thông thường Thân lúa khô Phân bò 80 82 96 76 30 – 40 10 – 20 83 (Nguồn: Nguyễn Duy Thiện, 2001) Trên thực tế ở nhiều nơi, lượng nước ở trong hầm được tính theo vật liệu thải lên men. Thông thường nước chiếm khoảng 50% vật liệu trong hầm. Khi cho vật liệu thải lên men, nên làm loãng hơn thích hợp cho các vi sinh vật hoạt động. 2.5 Một số nghiên cứu liên quan đến nguyên liệu thực vật Tỷ lệ C/N Tỷ lệ cacbon trên nitơ (C/N) là một trong những nhân tố quan trọng quyết định khả năng sinh khí của túi ủ. Theo nghiên cứu của Trịnh Hoài Nam (2012), tỷ lệ C/N của phân heo là 15,17 và của lục bình là 22,56. Nghiên cứu của Lê Hoàng Tới (2013) tỷ lệ này là 35,66 và của lục bình là 17,82. Tỷ lệ này trong bèo tai tường là 18,56 (Thái Hồng Cúc, 2013). Tổng lượng khí và thành phần khí Kết quả nghiên cứu về khả năng sinh khí của cây lục bình trong túi ủ biogas, lượng khí sinh ra dao động 1.719 - 6.918 lít (trung bình 4.318 lít). Trung bình thành phần khí methane của lục bình là 839 - 3.613 lít chiếm 48,82 - 52,23%. Thành phần khí CO2 của lục bình sinh ra dao động 723 - 3.178 lít tương đương với 42,06 - 45,94%. Thành phần các khí khác chiếm tỷ lệ thấp và dao động trong khoảng 89 - 434 lít (5,21- 5,71%) Lê Hoàng Tới (2013) 13 Theo kết quả nghiên cứu của Thái Hồng Cúc (2013) về khả năng sinh khí của bèo tai tượng (Pistia stratiotes) tổng lượng khí sinh ra dao động 4.269 - 7.308 lít (trung bình là 5.789 lít). Thành phần khí xét trên tỷ lệ %CH4 khá cao dao động trong khoảng 56,6 - 58,1% và có thể cháy tốt. 14 CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu Đề tài tiến hành từ tháng 07/2013 đến tháng 12/2013, thí nghiệm được bố trí tại hộ ông Lê Hoàng Thanh, số nhà 483, tổ 13, ấp Mỹ Thuận, xã Mỹ Khánh, huyện Phong Điền, TP Cần Thơ. Mẫu vật liệu nạp và mẫu khí được phân tích tại phòng thí nghiệm Khoa Môi Trường & TNTN, Trường Đại học Cần Thơ. 3.2 Vật liệu và phương tiện thí nghiệm 3.2.1 Túi ủ khí sinh học Túi ủ khí sinh học gồm có 2 phần: túi ủ và túi chứa khí. Túi ủ làm bằng ni lông, có 3 lớp, dài 10m, đường kính 0,8m. Túi chứa khí làm bằng ni - lông, có 2 lớp, dài 6m , đường kính 0,8m. Hình 3.1: Hệ thống túi ủ khí sinh học dùng trong thí nghiệm Chú thích: 1. 2. 3. 4. 5. Túi ủ khí sinh học Lối nạp nguyên liệu Lối thoát nước thải Lối thoát khí Ống dẫn khí 6. 7. 8. 9. 15 Co chữ T Túi thu mẫu khí Túi trữ khí Đồng hồ Ritter (220V) 3.2.2 Vật liệu nạp cho túi ủ Phân heo Phân heo lấy tại hộ ông Lê Hoàng Thanh tổ 13, ấp Mỹ Thuận, xã Mỹ Khánh, huyện Phong Điền, TP Cần Thơ khoảng 7 giờ hằng ngày. Tổng số heo của nông hộ 19 con (11 heo lứa, 6 con heo thịt, 2 heo nái). Phân heo lấy trực tiếp tại chuồng và nạp vào túi ủ. Rơm Được thu gom của các hộ dân sau khi đã ủ nấm tại khu vực Tân Lợi 1, phường Tân Hưng, quận Thốt Nốt, không qua xử lý làm nguyên liệu nạp cho túi ủ trong thí nghiệm. Nước mồi Nước mồi gồm thể tích nước thải túi ủ khí sinh học và nước ao lấy tại nhà ông Lê Hoàng Thanh tổ 13, ấp Mỹ Thuận, xã Mỹ Khánh, huyện Phong Điền, TP Cần Thơ, pha với nhau theo tỉ lệ 1:2. Nước mồi được nạp lượng giống nhau là 30 lít/ngày cho 2 túi ủ: phân heo và rơm sau ủ nấm. 3.2.3 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất thí nghiệm Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm +Nhiệt kế + Máy đo pH + Máy đo khí Geotechnical 0-100/100GA94 (Anh) với độ sai số từ 0 10% + Đồng hồ đo thể tích khí Ritter (Đức) + Tủ sấy Memmert UI 40 (Đức) + Cân điện tử 3 số lẻ Sartorius BP410S (Đức) + Máy chưng cất Gerhart Vapodest 30 (Đức) + Bếp công phá Tecator (Đức) + Tủ nung Lenton 5500C EF 11/8B (Anh) Hóa chất dùng trong thí nghiệm + Hydrogen peroxide 30% (H2O2) + Axit boric (H3BO3) + Dung dich H2SO4 đđ + H2SO4 chuẩn 0,1N + Dung dịch NaOH + Axit salicilic (bột) + Bromocresol green + Methyred 16 3.3 Phương pháp nghiên cứu 3.3.1 Phương pháp thu mẫu Phương pháp thu mẫu phân heo Phân heo thu về không lẫn với nước tiểu, để ở nơi thoáng mát, tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời để tránh mất đi dưỡng chất. Mẫu phân được lấy ngẫu nhiên nhiều mẫu. Sau đó, trộn đều rồi lấy một khối lượng vừa đủ đem về phân tích các chỉ tiêu ẩm độ và C/N tại phòng thí nghiệm Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên, Trường Đại Học Cần Thơ. Phương pháp thu mẫu rơm Mẫu rơm để ở nơi thoáng mát, tránh tiếp xúc với ánh nắng trực tiếp. Mẫu vật được phân tích ẩm độ, tỷ lệ C/N tại phòng thí nghiệm Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên, Trường Đại Học Cần Thơ. Lượng rơm dùng trong thí nghiệm được lấy một lần sử dụng cho suốt quá trình thí nghiệm. Phương pháp xác định tổng khí Tổng lượng khí sinh ra sẽ được máy bơm Resun (ACO – 001, hiệu điện thế 220V, tần số 50hz, công suất 18W, áp suất 0,02 Mpa, bơm được 38L/phút) hút toàn bộ khí trong túi ủ qua đồng hồ đo khí Ritter để xác định thể tích khí sinh ra. Hình 3.2: Đồng hồ đo tổng lượng khí (Ritter) Hình 3.3: Máy bơm Resun Đối với mẫu xác định thành phần khí Nối túi bạc vào ống dẫn khí ngay co chữ T đồng thời khóa van túi chứa khí để cho lượng khí sinh ra từ lúc này sẽ trực tiếp đi vào túi bạc. Thể tích mẫu khí thu khoảng 3 – 4 lít để xác định CH4, CO2 và các khí khác (H2S, NH3, H2,…). 17 3.3.2 Phương pháp phân tích Phương pháp phân tích vật liệu nạp Phương pháp phân tích ẩm độ Cho mẫu vào bọc giấy (có cân trước) sấy ở nhiệt độ 1050C đến khi trọng lượng không đổi. Sau đó đem cân xác định trọng lượng và tính phần trăm ẩm độ theo công thức sau: M= a-b * 100 a Trong đó: M: Ẩm độ (%) a: Trọng lượng ban đầu của mẫu (g) b: Trọng lượng mẫu sau khi sấy (g) Phương pháp phân tích C/N (Tổng Carbon/Tổng Nitơ) Phương pháp phân tích Tổng Carbon Tráng cốc sành bằng nước cất, cho vào tủ sấy ở 105oC trong một giờ. Sau đó, lấy cốc ra để nguội trong bình hút ẩm 30 phút, cân cốc ta được trọng lượng P1. Cho mẫu đã sấy vào cốc, cân được trọng lượng P. Đem mẫu nung ở 550 oC trong 3 giờ. Sau đó, cho vào bình hút ẩm 30 phút, đem cân được trọng lượng P2. % tro được tính theo công thức: %tro P2 P1 W Trong đó: W = P – P1 (Trọng lượng mẫu, g) P: Trọng lượng mẫu và cốc trước khi nung (g) P1: Trọng lượng cốc nung (g) P2: Trọng lượng mẫu và cốc sau khi nung (g) Với khoảng sai số từ 2% – 10% thì công thức sau đây có thể được áp dụng để tính %C của nguyên liệu: %C 100 %tro 1,8 Phương pháp xác định Tổng Nitơ - Vô cơ hóa mẫu Cân 0,3 g mẫu thực vật vào bình tam giác 100ml chịu nhiệt. Thêm 3,3 ml hỗn hợp oxy hóa mẫu, lắc nhẹ cho đến khi mẫu cây thấm đều, dùng giấy bạc đậy lại để mẫu qua đêm. 18 Đốt nóng mẫu trên bếp điện ở nhiệt độ 180oC trong khoảng 1 giờ, để nguội và thêm 5 giọt H2O2 và tiếp tụ đun nóng từ 5 - 10 phút nữa cho đến khi xuất hiện khói trắng. Lập lại tiến trình này đến khi mẫu trắng hoàn toàn. Lấy bình ra khỏi bếp và để nguội bằng nhiệt độ trong phòng. Thêm vào khoảng 10 ml nước cất, lắc nhẹ cho tan mẫu, chuyển mẫu vào bình định mức 50ml, dùng nước cất tráng bình nhiều lần để tất cả mẫu đều đực chuyển vào bình định mức. Thêm nước cất đến vạch, đậy nắp và trộn đều. Lọc mẫu qua giấy lọc. Mẫu này dùng để phân tích các chỉ tiêu N, Ca, K , Mg, Mn, Na, P, Zn. - Chưng cất mẫu chuẩn Lấy 10 ml H3BO3 với 10 giọt thuốc thử vào bình tam giác 250ml. Gắn bình tam giác vào dàn chưng đạm. Pipet 5ml dung dịch chuẩn vào trong bình Kjeldahl. Thêm 2ml NaOH và nước cất đến thể tích khoảng 20ml. mở khóa cho hơi nóng vào dàn Kjeldahl, tiến hành chưng cất N. Hứng NH4OH vào bình tam giác đến khi đạt khoảng 100ml. Lấy bình ra khỏi dàn chưng N, dùng H2SO4 0,1N chuẩn độ đến khi xuất hiện màu tím đỏ nhạt. Thực hiện như trên với mẫu thử không có N. - Chưng cất mẫu cây Pipet 5 ml dung dịch đã vô cơ hóa vào bình Kjeldahl. Thêm 2ml NaOH và nước cất đến khi đạt thể tích khoảng 20ml. Tiến hành chưng cất và chuẩn độ như với mẫu chuẩn và mẫu thử không. Phần trăm Nitơ tổng được tình theo công thức sau: %N = [(V – V’) * CN * 0,014/W]*100 Trong đó: - %N: Phần trăm Nitơ tổng (%) - V’: Thể tích H2SO4 dùng trong định phân mẫu trắng (mL) - V: Thể tích H2SO4 dùng trong định phân có mẫu (mL) - CN: Nồng độ đương lượng của H2SO4 dùng trong định phân (N) - W: Trọng lượng mẫu (g) Phương pháp phân tích thành phần khí Mẫu khí sinh ra được thu và trữ trong túi bạc. Sau đó sẽ đem về phòng thí nghiệm xác định thành phần khí bằng máy đo GA94, máy khởi động sau thời gian 120 giây ổn định ở áp suất 1005Mpa thì bắt đầu hiển thị các giá trị trên máy. Chu kì thu mẫu khí: cách nhau 5 ngày tính từ ngày túi ủ bắt đầu căng phồng lần đầu tiên. 19 Hình 3.4: Máy GA 94 3.3.3 Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, với túi ủ phân heo và túi ủ rơm sau ủ nấm. Để đạt quá trình sinh khí diễn ra nhanh và thuận lợi trước khi bắt đầu nạp nguyên liệu, cần thêm vào túi ủ khoảng 2.500 lít nước mồi cho ngập miệng ống đầu vào và đầu ra của túi ủ rồi sau đó mới tiến hành nạp nguyên liệu. Nguyên liệu và nước mồi được nạp liên tục mỗi ngày, trong vòng 30 ngày và sau đó ngừng nạp để theo dõi diễn biến lượng khí sinh ra cho đến khi kết thúc thí nghiệm. Dựa trên kết quả phân tích ẩm độ của phân heo, rơm sẽ chọn lượng nguyên liệu nạp cho 2 túi ủ như sau: Túi ủ 1: Nạp 10kg phân heo tươi mỗi ngày, tương đương với 3,28kg trọng lượng khô của phân heo. Túi ủ 2: Nạp 11kg rơm sau ủ nấm tươi mỗi ngày, tương đương với 3,28kg vật chất khô của phân heo. Thí nghiệm Túi ủ Phân heo 10kg/ngày (vật chất khô: 3,28kg/ngày) Túi ủ Rơm sau ủ 11kg/ngày (vật chất khô: 3,28kg/ngày) Hình 3.5: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 20 Nguyên liệu được nạp vào túi ủ từ lúc 7 giờ 30 đến 8 giờ hàng ngày. Sau khi nạp nguyên liệu, nạp thêm 30 lít nước ao cho mỗi túi ủ để đẩy nguyên liệu vào dễ dàng. 3.3.4 Phương pháp xử lý số liệu Sử dụng phần mềm Microsoft Excel để tổng hợp số liệu và vẽ đồ thị. 21 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Đặc điểm của nguyên liệu nạp cho túi ủ biogas Nguyên liệu sử dụng nạp cho túi ủ được phân tích các chỉ tiêu hóa lý nhằm kiểm tra sự phù hợp của nguyên liệu đối với quá trình sinh khí sinh học. 4.1.1 Ẩm độ của nguyên liệu nạp Để xác định được lượng nguyên liệu nạp của nghiệm thức phân heo và nghiệm thức rơm sau ủ nấm, cần quy chúng về cùng một trọng lượng khô nhất định. Vì vậy, đề tài cần phải xác định ẩm độ của hai nghiệm thức. Bảng 4.1 Kết quả phân tích ẩm độ và tỷ lệ C/N của nguyên liệu ủ Mẫu Phân heo Rơm sau ủ Ẩm độ %C %N C/N 67,2 ± 1,4 70,9 ± 1,1 39 ± 0,03 42 ± 0,02 2,0 ± 0,03 1,5 ± 0,01 19,5 ± 0,2 28,6 ± 0,1 Ẩm độ của nguyên liệu là một trong những nhân tố quan trọng trong việc xác định giá trị dinh dưỡng và chất lượng của nguyên liệu. Ẩm độ càng cao chất lượng của nguyên liệu càng thấp và ngược lại. Trong thí nghiệm này, ẩm độ của phân heo là 67,2%, giá trị này thấp hơn 6,08% so với kết quả nghiên cứu của Lê Hoàng Tới (2013) (73,3%) và thấp hơn 3,76% so với nghiên cứu của Trịnh Hoài Nam (2012) (71%). Sự chênh lệch ẩm độ phân heo trong các thí nghiệm trên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: giống heo, tháng tuổi, chế độ dinh dưỡng, điều kiện chuồng trại, thời gian thu mẫu…. Mẫu được thu vào lúc 14 giờ, thời tiết nắng nóng, trong khi thí nghiệm của Lê Hoàng Tới thu vào lúc 9 giờ sáng. Do nền chuồng khô ráo, mái che bằng tấm lộp tôn nên nhiệt độ trong chuồng khá cao làm bốc hơi một phần lượng nước có trong nguyên liệu. Bên cạnh đó, đàn heo được nông hộ cho ăn thức ăn công nghiệp dạng viên hiệu Anco không có phối trộn thêm bất cứ loại thức ăn khác như: chất xơ, cám,…nên lượng nước trong thức ăn rất thấp. Do đó, nguyên liệu nạp sử dụng cho thí nghiệm có giá trị dinh dưỡng cao hơn so với của Lê Hoàng Tới (2012). 4.1.2 Tỷ lệ C/N của nguyên liệu nạp Trong quá trình ủ yếm khí cacbon và nitơ là nhân tố chính tham gia vào quá trình tạo sinh khối của vi khuẩn yếm khí. Mối quan hệ giữa hàm lượng cabon và nitơ được thể hiện thông qua vật chất hữu cơ đại diện cho tỷ lệ cacbon trên nitơ (C/N). Tỷ lệ C/N ảnh hưởng đến sự hoạt động của vi khuẩn yếm khí: C/N quá cao thì quá trình phân hủy xảy ra chậm, C/N quá thấp thì quá trình phân hủy bị ngừng trệ vì tích lũy nhiều amoniac là một độc tố đối với vi sinh vật ở nồng độ cao. 22 Kết quả phân tích C/N trong thí nghiệm của phân heo là 19,5, giá trị này thấp hơn rất nhiều so với giá trị trong nghiên cứu của Lê Hoàng Tới (2013) (35,66). Tuy nhiên, so với nghiên cứu của Trịnh Hoài Nam (2012), C/N của phân heo là (15,17) thì kết quả chênh lệch không cao. Kết quả thể hiện tại bảng 4.1 cho thấy phần trăm đạm của thí nghiệm cao hơn 1,67 lần so với nghiên cứu trước của Lê Hoàng Tới (2013) nên đạm là nguyên nhân làm cho tỷ lệ C/N trong phân heo của đề tài thấp. Tuy nhiên, tỷ lệ này khá phù hợp cho sự phân hủy yếm khí của vi sinh vật là từ 20 30 (Monnet, 2003). Tỷ lệ C/N của rơm sau ủ nấm trong nghiên cứu là 28,57. Theo nhiều nghiên cứu trước đây, tỷ lệ C/N của rơm rạ tương đối cao khoảng 48 – 117 (Nguyễn Quang Khải, 2001). Tuy nhiên, tỷ lệ C/N của rơm sau ủ nấm đã giảm đi rất nhiều do lượng cacbon và nitơ được nấm sử dụng một phần trong quá trình sinh trưởng và phát triển. Do đó, tỷ lệ này vẫn còn thích hợp cho sự phân hủy yếm khí là 20 – 30. Mặc khác, khi nguyên liệu có tỷ lệ C/N cao chỉ ra rằng vi khuẩn sinh khí methane sẽ tiêu thụ nitơ nhanh chóng gây ra thiếu đạm và kết quả là lượng khí sinh ra sẽ giảm (Monnet, 2003). 4.1.3 pH của nước mồi Lượng nước mồi sử dụng cho 2 túi ủ khoảng 2.500 lít, với lượng nước này đủ để ngập miệng ống đầu vào và đầu ra, đồng thời thúc đẩy tốc độ sinh khí của túi ủ. Tiến hành đo pH nước mồi để kiểm tra sự phù hợp trong quá trình ủ yếm khí. Nước mồi trong thí nghiệm này được pha từ nước thải đầu ra của túi ủ biogas phân heo và nước ao của nông hộ theo tỷ lệ 1:2. Kết quả đo pH được thể hiện tại bảng 4.2 Bảng 4.2 pH của nước mồi Mẫu Nước ao Nước thải biogas Nước mồi pH 6,96 6,83 6,91 pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí, pH quá thấp hoặc quá cao điều không tốt cho vi khuẩn hoạt động. Khi pH giảm mạnh sẽ làm giảm quá trình sinh khí CH4 và khi pH nhỏ hơn 6,4 có thể gây độc cho vi khuẩn sinh methane (Lê Hoàng Việt, 2003). Vì vậy, cung cấp nước mồi cho túi ủ khí sinh học giúp cho việc sinh khí nhanh hơn do trong nước mồi có sẵn vi khuẩn lên men yếm khí. Kết quả thể hiện tại bảng 4.2 cho thấy giá trị pH của nước ao và nước thải biogas có sự chênh lệch nên chính sự chênh lệch của hai thành phần này đã dẫn đến sự khác biệt pH của nước mồi. Giá trị pH của nước mồi trong thí nghiệm là 6,91. Giá trị này vẫn nằm trong khoảng pH thích hợp 6,6 – 7,6 và nằm gần trong khoảng tối ưu 7 – 7,2 nên rất phù hợp cho vi khuẩn sinh methane sinh trưởng (Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt, 2009). 23 4.2 Nhiệt độ môi trường Khả năng sinh khí của túi ủ biogas phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Các yếu tố tác động qua lại ảnh hưởng đến khả năng sinh khí cũng như chất lượng khí sinh ra. 35 Nhiệt độ 30 25 20 15 10 5 0 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 Ngày Hình 4.1 Sự biến động nhiệt độ (oC) của môi trường trong thí nghiệm Nhiệt độ môi trường không khí (ghi nhận bằng nhiệt kế thủy ngân 50oC, lúc 9 giờ sáng trong bóng râm) của hai túi ủ dao động từ 25 – 32oC (trung bình là 29,04oC ± 1,3). So với thí nghiệm lặp lại lần thứ hai của Lê Hoàng Tới (2013), nhiệt độ của thí nghiệm khác biệt không nhiều (27 – 31oC), nhưng so với thí nghiệm lần thứ nhất của Lê Hoàng Tới (2013) nhiệt độ dao động (23 – 28oC) thì nhiệt độ của thí nghiệm cao hơn. Sự dao động biên độ nhiệt trong các thí nghiệm là nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt nhiệt độ trung bình. Theo F. Monnet (2003), sự phân hủy yếm khí có thể xảy ra trong hai khoảng nhiệt độ chính sau: - Khoảng nhiệt độ hoạt động của vi khuẩn ưa ấm từ 20 đến 450C, tối ưu là 350C. - Khoảng nhiệt độ hoạt động của vi khuẩn ưa nhiệt từ 50 đến 650C, tối ưu là 550C. Theo Nguyễn Quang Khải (2009), hoạt động của vi khuẩn sinh CH4 chịu ảnh hưởng rất mạnh của nhiệt độ môi trường. Trong điều kiên tự nhiên nhiệt độ thích hợp của chúng từ 30 – 40oC. Như vậy, nhiệt độ của thí nghiệm nằm trong khoảng nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men yếm khí. 4.3 Diễn biến tổng lượng khí sinh học sinh ra của 2 túi ủ Tổng lượng khí sinh học sinh ra là điều mong muốn của thí nghiệm. Lượng khí sinh học sinh ra càng nhiều chứng tỏ các yếu tố đầu vào và các yếu tố xung quanh càng phù hợp. 24 4.3.1 Diễn biến tổng lượng khí sinh học sinh ra theo chu kì 5 ngày Ngày thứ Túi ủ phân heo (lít) Túi ủ rơm sau ủ nấm (lít) 39 44 49 54 59 64 69 5.534 487,4 373,4 465,8 250,4 168,5 89,4 535 263 142,7 139,2 137,4 138 74 Bảng 4.3 Diễn biến lượng khí (lít) sinh ra của hai nghiệm thức (chu kỳ đo 5 ngày) Thể tích khí sinh học ở các túi ủ được đo với chu kỳ mỗi 5 ngày/lần sau khi túi căng phồng và tròn đều lần đầu tiên. Kết quả ghi nhận cho thấy thể tích khí sinh học dao động trong suốt quá trình thí nghiệm. Trong thí nghiệm này, thời điểm túi ủ căng phồng và tròn đều đối với túi phân heo và rơm sau ủ nấm lần lượt là ngày thứ 19 và ngày thứ 39 (kể từ ngày bắt đầu nạp nguyên liệu). Như vậy, vào ngày đo khí lần đầu tiên của nghiệm thức rơm sau ủ nấm thì nghiệm thức phân heo đã đo khí được 4 lần. Do đó, lượng khí sinh học cộng dồn đến ngày thứ 39 của nghiệm thức phân heo rất cao so với lượng khí sinh ra của nghiệm thức rơm sau ủ nấm vào ngày thứ 39 (gấp 10,34 lần). Túi ủ phân heo đo lần đầu tiên vào ngày thứ 19 sau nạp với lượng khí là 1.244 lít. Khí sinh học của túi ủ rơm sau ủ nấm đo lần đầu tiên vào ngày thứ 39, chậm hơn 20 ngày so với túi phân heo nhưng lượng khí sinh học chỉ bằng 43,01% lượng khí của túi ủ phân heo. Qua kết quả lượng khí đo lần đầu tiên cho thấy ngày thứ 39 túi rơm sau ủ nấm căng phồng và tròn đều là do lượng nguyên liệu sau 39 ngày nạp quá nhiều, chúng chưa thể phân hủy kịp đã chiếm thể tích chứa khí của túi ủ. Đáng chú ý là sự chênh lệch tổng lượng khí giữa hai lần đo vào ngày thứ 39 và ngày thứ 44 khá xa nhau ở cả hai túi ủ phân heo và rơm sau ủ nấm. Theo kết quả ở bảng 4.3 thì lượng khí của hai túi ủ vào ngày thứ 44 giảm đi rõ rệt. Túi ủ phân heo ngày thứ 44 là 487,4 lít tương đương khoảng 8,81% so với lượng khí ngày thứ 39 là 5.534 lít. Tương tự vậy, tổng lượng khí của túi ủ rơm sau ủ nấm đo được là 263 lít tương đương khoảng 49,16% so với tổng khí ngày thứ 39 là 535 lít. Lượng khí đo được vào các ngày 49, 54, 59, 64, 69 của túi ủ phân heo có xu hướng giảm dần dao động từ 89,4 - 465,8 lít. Tuy nhiên trong cùng thời điểm này, tổng lượng khí đo được ở túi ủ rơm sau ủ nấm sinh ra ít và chênh lệch không nhiều (73 – 142,7 lít). Qua kết quả theo dõi diễn biến lượng khí theo chu kỳ có thể nhận định rằng hai túi ủ phân heo và rơm sau ủ nấm đã có sự chênh lệch về các giai đoạn phân hủy yếm khí, cụ thể là phân heo bước vào giai đoạn sinh khí methane thì rơm sau ủ chỉ mới bước vào giai đoạn thủy phân sinh axit. Đến lúc rơm sau ủ nấm bước vào giai 25 đoạn sinh khí methane thì nghiệm thức phân heo đã kết thúc quá trình phân hủy yếm khí do không được nạp thêm nguyên liệu. Điều này càng được chắc chắn hơn khi kiểm tra mức độ phân hủy của hai của hai vật liệu nạp sau khi kết thúc quá trình thí nghiệm. Bã phân heo dường như phân hủy hoàn toàn, trong khi đó bã rơm sau ủ nấm vẫn phân hủy chưa hết, khối lượng rơm sau ủ còn trong túi rất nhiều. Nguyên nhân tạo ra sự chênh lệch này là do rơm sau ủ có cấu tạo dạng sợi, khó phân hủy và thời gian tồn lưu kéo dài khoảng 100 ngày (Nguyễn Quang Khải, 2001). Đặc biệt, trong rơm rạ có thành phần xenlulozo và lignin là hai hợp chất hữu cơ cao phân tử khó phân hủy thành các hợp chất hữu cơ đơn giản, đây là giới hạn của quá trình lên men yếm khí (Lê Hoàng Việt, 1998). Bên cạnh đó, tỷ lệ cacbon trên nitơ của rơm sau ủ nấm vẫn cao hơn các loại thực vật khác như: lục bình (Lê Hoàng Tới, 2013), bèo tai tượng (Thái Hồng Cúc, 2013),… Khi nguyên liệu có tỷ lệ C/N cao chỉ ra rằng vi khuẩn sinh khí methane sẽ tiêu thụ Nitơ nhanh chóng gây ra thiếu đạm và kết quả là lượng khí sinh ra sẽ giảm (Monnet, 2003). Mặc khác, tuy nhiệt độ trong quá trình thí nghiệm nằm trong khoảng nhiệt độ thích hợp cho sự sinh trưởng của vi khuẩn trong túi ủ nhưng nhiệt độ thấp vào giai đoạn đầu của thí nghiệm do mưa nhiều cũng làm ảnh hưởng đến khả năng sinh khí. So với thí nghiệm lần 1 và thí nghiệm lần 2 của Lê Hoàng Tới (2013) thì thời điểm túi ủ của hai túi ủ trong thí nghiệm này căng phồng và tròn đều đều chậm hơn. Cụ thể, túi ủ phân heo trong thí nghiệm này chậm hơn 1 ngày so với thí nghiệm lần 1 (ngày thứ 18 sau nạp) và 3 ngày so với thí nghiệm lần 2 (ngày thứ 16 sau nạp); Đối với túi ủ rơm sau ủ nấm chậm sinh khí hơn nghiệm thức lục bình trong thí nghiệm lần 1 là 6 ngày (ngày thứ 33 sau nạp) và chậm hơn 16 ngày so với thí nghiệm lần 2 (ngày thứ 23 sau nạp). Bên cạnh đó, tổng lượng khí sinh học đo lần đầu tiên của hai túi ủ trong thí nghiệm này cũng có sự khác biệt. Lượng khí đo được ở lần đầu tiên của túi ủ phân heo chỉ bằng 40,61% so với thí nghiệm lần 1 (3.063,3 lít) và bằng 67,17% so với thí nghiệm lần 2 (1.851,9 lít). Nguyên nhân dẫn đến sự chênh lệch đáng kể về tổng lượng khí đo lần đâu tiên của các thí nghiệm là do tỷ lệ C/N phân heo trong 2 thí nghiệm của Lê Hoàng Tới (2013) (35,66) cao hơn so với tỷ lệ C/N trong thí nghiệm này (19,5) gấp 1,83 lần. Đối với túi ủ rơm sau ủ nấm có tổng lượng khí đo lần đầu tiên cũng chênh lệch khá xa với túi ủ lục bình của Lê Hoàng Tới (2013) trong cả 2 lần thí nghiệm. So với thí nghiệm lần 1 thì lượng khí sinh ra của túi ủ rơm sau ủ nấm là 535 lít chỉ khoảng 66,86% của túi ủ lục bình (800,20 lít) và cũng chỉ chiếm khoảng 31,01% lượng khí sinh ra lần đầu tiên của nghiệm thức lục bình trong thí nghiệm lặp lại lần 2 (1.725,23 lít). Nguyên nhân của sự khác biệt trên là do sự khác nhau về tỷ lệ C/N của nguyên liệu ủ. Giai đoạn từ ngày 39 đến ngày thứ 69, diễn biến lượng khí sinh ra theo mỗi chu kỳ của 2 túi ủ có sự khác biệt nhau. Ở túi ủ phân heo, lượng khí giảm dần qua 26 mỗi lần đo. Đến ngày thứ 69, lượng khí đã giảm bằng khoảng 1,62% (89,4 lít) so với ngày thứ 39 (5.534 lít). Theo kết quả ở hình 4.2 cho thấy phân heo đang trong giai đoạn cuối của quá trình sinh khí methane và do không được nạp thêm nguyên liệu (chỉ nạp 30 ngày đầu của thí nghiệm) nên quá trình sinh khí đi dần đến điểm kết thúc. Tuy nhiên, ở túi ủ rơm sau ủ nấm, lượng khí sinh ra giảm nhiều vào các ngày 39, 44. Kể từ ngày 49, 54, 59, 69 lượng khí sinh ra vẫn có xu hướng giảm nhưng lượng khí chênh lệch không nhiều qua các lần đo dao động trong khoảng 73 - 142,7 lít, nguyên nhân do rơm rạ có hàm lượng chất xơ rất cao khoảng trên 80% (Nguyễn Lân Dũng, 2011) trong khi đó hàm lượng chất xơ của lục bình chỉ khoảng 20% (Võ Văn Chi, 1997. Được trích từ Dương Thúy Hoa, 2004) trong đó các chất hữu cơ như là xenlulozo và lignin rất khó phân hủy thành các chất hữu cơ đơn giản, đây là một giới hạn của quá trình phân hủy yếm khí. 4.3.2 Tổng lượng khí cộng dồn của hai túi ủ 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Rơm sau ủ Phân heo Lít Ngày thứ 39 44 49 54 59 64 69 Hình 4.2 Tổng lượng khí cộng dồn (lít) của hai nghiệm thức trong thí nghiệm Kết quả thể hiện ở hình 4.2 cho thấy tổng lượng khí sinh học cộng dồn ở hai túi ủ có xu hướng giống nhau. Càng về sau lượng khí sinh ra ở cả 2 túi có xu hướng giảm dần (bảng 4.3) nên tổng lượng khí cộng dồn qua các chu kỳ đo khí cũng chỉ tăng nhẹ so với những ngày đầu (hình 4.2). Tổng lượng khí của hai túi ủ trong thí nghiệm khá chênh lệch, chủ yếu do lượng khí cộng dồn của túi ủ phân heo từ ngày 39 trở về trước là (5.534 lít) khác biệt khá lớn so với túi ủ rơm sau ủ nấm (535 lít) gấp 10,34 lần. Cụ thể, tổng lượng khí của túi ủ phân heo là 7.323,9 lít và của túi ủ rơm sau ủ nấm là 1.428,3 lít (chỉ bằng 19,38% so với phân heo đối chứng). Nguyên nhân của sự khác biệt tổng lượng khí là do sự khác nhau về tính chất của hai nguyên liệu ủ. Phân heo là sản phẩm thừa từ thức ăn, do vậy trước khi thải ra ngoài phân heo đã trãi qua quá trình phân hủy yếm khí và co bóp cơ học trong cơ thể vật nuôi. Vì thế khi thải ra ngoài môi trường, bản thân chúng đã có một lượng vi sinh nhất định và được nghiền nhỏ từ quá trình tiêu hóa nên khi sử dụng phân heo cho quá trình lên men yếm khí thì nguyên liệu này phân hủy nhanh chóng và ít chịu tác động của các yếu tố bên ngoài. Ngược lại, như nhận định ở phần trên, rơm sau ủ nấm có 27 hàm lượng chất xơ rất cao, hàm lượng dinh dưỡng thấp nguyên nhân do nấm đã sử dụng một phần dẫn đến tỷ lệ C/N cao vì thế vi khuẩn sinh methane tiêu thụ nitơ nhanh làm thiếu đạm và nguyên liệu không trải qua bất kì quá trình xử lý nào trước khi nạp nguyên liệu. Do đó, quá trình sinh khí của nghiệm thức rơm sau ủ xảy ra rất chậm và làm lượng khí sinh ra giảm mạnh. Như vậy, sau 69 ngày thí nghiệm, tổng lượng khí túi ủ rơm sau ủ nấm là 1.428,3 lít. Trong khi kết quả nghiên cứu khả năng sinh khí của lục bình (Lê Hoàng Tới, 2013) dao động 1.719 – 6.918 lít (trung bình là 4.318 lít) trong 53 ngày. Với kết quả này cho thấy, mặc dù thời gian thí nghiệm kéo dài hơn nghiên cứu của Lê Hoàng Tới (2013) 16 ngày nhưng tổng lượng khí sinh ra chỉ chiếm 33,08% lượng khí trung bình (4.318 lít). Chứng tỏ khả năng sinh khí của rơm sau ủ nấm có phần hạn chế hơn so với lục bình. 4.4 Thành phần khí sinh học của thí nghiệm 4.4.1 Sự biến động CH4 theo chu kỳ 5 ngày của hai túi ủ Phân heo 80 Rơm sau ủ % 60 40 20 0 39 44 49 54 59 64 69 Ngày thứ Hình 4.3 Sự biến động CH4 theo chu kỳ của hai túi ủ Khí sinh học là sản phẩm bay hơi của quá trình lên men kỵ khí phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp. Do methane (CH4) là thành phần chủ yếu nên khí sinh học là loại khí cháy được (Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997). Theo Lê Hoàng Việt (2005), khí đốt methane sinh ra nhiệt lượng rất cao (gần 9.000 kcal/m3). Thành phần phần trăm khí methane (%CH4) của túi ủ rơm sau ủ nấm là từ 59,7 - 61,6% và của túi ủ phân heo là 55,4% - 66,4%. Từ ngày thứ 39 đến ngày thứ 49, %CH4 của túi ủ phân heo cao hơn của túi ủ rơm sau ủ nấm (1 - 6,3%) nhưng đến ngày thứ 49 trở về sau thì túi ủ phân heo có %CH4 thấp hơn so với túi ủ rơm sau ủ nấm (3 - 4,3%). Kết quả này hoàn toàn phù hợp với thời điểm sinh khí của hai túi ủ vì, như đã trình bày, túi ủ rơm sau ủ nấm có thời gian sinh khí chậm hơn túi ủ phân heo. Nên khi túi ủ rơm sau ủ sinh khí (ngày thứ 39) thì túi ủ phân heo đã trong quá trình sinh methane mạnh mẽ làm cho hàm lượng methane tăng cao đạt cực đại vào ngày thứ 39 (66,4%) và khi túi ủ rơm sau ủ nấm bắt đầu giai đoạn 28 sinh khí ổn định (từ ngày 49 trở về sau) làm hàm lượng CH4 tăng lên thì hàm lượng CH4 của túi ủ phân heo lại giảm xuống, nguyên nhân do túi phân heo không được nạp thêm nguyên liệu làm cho môi trường dinh dưỡng dần cạn kiệt, vi khuẩn yếm khí giảm số lượng ảnh hưởng đến khả năng sinh methane. Kết quả ở hình 4.3, nhìn chung diễn biến %CH4 của cả hai túi ủ có xu hướng giảm đến ngày thứ 69. Cụ thể, %CH4 của túi ủ phân heo đến ngày thứ 69 đã giảm khoảng 11,5% so với ngày thứ 39 và túi ủ rơm sau ủ nấm giảm không đáng kể khoảng 1,6% so với ngày thứ 39 do trong quá trình lên men yếm khí, nguyên nhân ở giai đoạn đầu của nghiệm thức rơm sau ủ nấm, các chất phân hủy nhanh như tinh bột, protein, đường… bị phân hủy trước tạo nhiều axit hữu cơ làm chậm quá trình phân hủy. Tuy nhiên, các chất xơ trong rơm rạ rất lớn lại phân hủy từ từ nên khí sinh ra một cách liên tục làm cho hàm lượng CH4 trong nghiệm thức không khác biệt nhiều (58,5 - 61,6%). Nhìn chung, thành phần phần trăm của CH4 của 2 túi ủ trong thí nghiệm này nằm trong khoảng 54,9 - 66,4% phù hợp cho sự đốt cháy và nằm trong khoảng giá trị thích hợp (55 - 70%) theo đề nghị của Lê Hoàng Việt (2005) 4.4.2 Trung bình thành phần khí sinh học của túi ủ Rơm sau ủ Phân heo 1.44% 0.00% 39.54% 38.84% 59.72% 60.46% CH4 CO2 Khí khác Hình 4.4 Trung bình thành phần khí sinh học của hai nghiệm thức Theo RISE-AT (1998) được trích bởi Lê Hoàng Việt, khí sinh học là một hỗn hợp khí được sản sinh trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường yếm khí. Khí sinh học có nhiệt trị rất cao (4500 - 6000 Kcal/m3), phục thuộc vào %CH4 hiện diện trong khí sinh học (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003). Theo kết quả thể hiện trên hình 4.4 cho thấy, ở túi ủ phân heo trung bình %CH4 là 59,71% và %CO2 là 38,85%. Hai giá trị này đều nằm trong khoảng phù hợp theo nhận định của Lê Hoàng Việt (2005). Phần trăm methane trong túi ủ phân heo của thí nghiệm này cao hơn so với thí nghiệm của Lê Hoàng Tới (2013) khoảng 1,69 - 3,08%. Sự chênh lệch %CH4 này là do ẩm độ của phân heo trong các thí nghiệm có sự khác biệt. Trong thí nghiệm này ẩm độ là 67,2% thấp hơn ẩm độ 29 trong thí nghiệm của Lê Hoàng Tới (2013) (73,3%) làm cho hàm lượng vật chất khô của phân heo trong hai thí nghiệm có sự khác biệt. Cụ thể, cùng trọng lượng tươi của phân heo nạp trong 30 ngày (300 kg) nhưng lượng vật chất khô trong thí nghiệm (3,28kg vật chất khô trong 10kg tươi) nhiều hơn 18,2% so với thí nghiệm của Lê Hoàng Tới (2013) (2,67kg vật chất khô trong 10kg tươi) là nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt này. Bên cạnh đó, kết quả thành phần khí của túi ủ rơm sau ủ nấm khá lý tưởng. Tuy quá trình sinh khí diễn ra chậm hơn so với túi ủ phân heo nhưng chất lượng khí sinh ra có hàm lượng methane chiếm tỷ lệ cao và ổn định trong suốt quá trình thí nghiệm. %CH4 trung bình chiếm 60,46% trong hỗn hợp khí sinh học sinh, rất phù hợp cho sự đốt cháy và nằm trong khoảng giá trị thích hợp theo đề nghị của Lê Hoàng Việt (2005). Như đã đề cập phần trên, hàm lượng chất xơ có trong rơm rạ rất cao, chúng được phân hủy từ từ và sinh khí liên tục làm cho chất lượng khí sinh ra luôn ổn định. Điều này càng được minh chứng khi so sánh thành phần phần trăm khí methane trong hỗn hợp khí sinh học sinh ra từ rơm sau ủ nấm luôn nhiều hơn so với nghiệm thức lục bình trong cả hai lần thí nghiệm của Lê Hoàng Tới (2013) từ 8,41 - 11,82% do hàm lượng xơ trong lục bình thấp hơn. Thành phần khí khác (H2S, NH3,…) của hai túi ủ ít biến động, chiếm tỷ lệ rất thấp và hầu như không phát hiện ở túi ủ rơm sau ủ nấm. Bên cạnh đó, %CO2 luôn thấp hơn so với %CH4. Khi %CH4 tăng thì %CO2 giảm và ngược lại. Nguyên nhân do khi CO2 sinh ra một phần sẽ bị giữ lại bởi các ion có trong túi ủ như: K+, Ca2+, Na+, NH3,….. Tỷ lệ CO2 trong nghiệm thức phân heo dao động 32,9 - 43,3% (trung bình là 38,85%) và %CO2 trong túi ủ rơm sau ủ nấm có giá trị dao động 38,4 40,3% (trung bình là 39,54%) vẫn nằm trong giá trị thích hợp theo đề nghị của Lê Hoàng Việt (2005). Như vậy, có thể nhận định rằng diễn biến khí sinh học sinh ra của hai nghiệm thức trong suốt quá trình thí nghiệm luôn đạt chất lượng tốt và có thể thay thế được cho các loại chất đốt truyền thống. 30 CHƯƠNG V KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Tổng lượng khí sinh học sinh ra từ túi ủ phân heo là 7.323,9 lít và của túi ủ rơm sau ủ nấm là 1.428,3 lít. Thành phần khí CH4 luôn chiếm tỷ lệ cao nhất trong suốt quá trình thí nghiệm. Khí CH4 của túi ủ phân heo là 59,7% và túi ủ rơm sau ủ nấm là 60,64%. Với túi ủ phân heo, lượng khí CH4 giảm dần theo thời gian. Đối với túi ủ rơm sau ủ nấm lượng khí methane dao động ít. Khí CO2 sinh ra từ hai túi ủ trong thí nghiệm luôn thấp hơn khí methane. Cụ thể, đối với túi ủ phân heo là 38,8% và túi ủ rơm sau ủ nấm là 39,5%. Các khí khác như H2S, NH3, H2,... Chiếm tỷ lệ thấp trong thí nghiệm dao động 0 - 1,4%. Đặc biệt là túi ủ rơm sau ủ nấm không phát hiện khí khác. Tuy lượng khí sinh học sinh ra túi ủ rơm sau ủ nấm thấp hơn rất nhiều so với túi ủ phân heo. Nhưng, hàm lượng khí methane trong hỗn hợp khí sinh học chiếm tỷ lệ lớn, rất lý tưởng cho việc đun nấu. Vì vậy, có thể sử dụng rơm làm nguyên liệu để sản xuất khí sinh học phục vụ cho nhu cầu hộ gia đình 5.2 Kiến nghị Cần nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu hiện tượng nổi của nguyên liệu. Cần nghiên cứu cải thiện tổng lượng khí để phục vụ nhu cầu hộ gia đình. 31 32 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Kết quả nhiệt độ môi trường (9 giờ sáng) của thí nghiệm STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 Thí Nghiệm Ngày 07/09/2013 08/09/2013 09/09/2013 10/09/2013 11/09/2013 12/09/2013 13/09/2013 14/09/2013 15/09/2013 16/09/2013 17/09/2013 18/09/2013 19/09/2013 20/09/2013 21/09/2013 22/09/2013 23/09/2013 24/09/2013 25/09/2013 26/09/2013 27/09/2013 28/09/2013 29/09/2013 30/09/2013 01/10/2013 02/10/2013 03/10/2013 04/10/2013 05/10/2013 06/10/2013 07/10/2013 08/10/2013 09/10/2013 10/10/2013 11/10/2013 12/10/2013 13/10/2013 14/10/2013 15/10/2013 Nhiệt độ (oC) 28,5 28,5 30 29 29 29,5 31 30,5 30,5 28,5 28 29 30 30 28 25 28 29 29 27 31 30 31 30 27 29 28 26 28 27 27,5 28 28 29,5 31 29 28,5 28 30 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 TB 16/10/2013 17/10/2013 18/10/2013 19/10/2013 20/10/2013 21/10/2013 22/10/2013 23/10/2013 24/10/2013 25/10/2013 26/10/2013 27/10/2013 28/10/2013 29/10/2013 30/10/2013 31/10/2013 01/11/2013 02/11/2013 03/11/2013 04/11/2013 05/11/2013 06/11/2013 07/11/2013 08/11/2013 09/11/2013 10/11/2013 11/11/2013 12/11/2013 13/11/2013 14/11/2013 ----- 29 29,5 29 27,5 29 28 29 30 30,5 29 30 29,5 28,5 28,5 29 31 31 30,5 29,5 29,5 32 30 29 27,5 27 29,5 29 29 30 29 29,04 ± 1,3 Phụ lục 2: Lượng khí sinh học sinh ra theo chu kỳ 5 ngày của hai túi ủ Túi ủ Ngày thứ Túi ủ sử dụng phân heo (lít) 1244 990,8 1367,7 1005,5 926 487,4 373,4 465,8 205,4 168,5 89,4 7323,9 19 24 29 34 39 44 49 54 59 64 69 Tổng thể tích khí cộng dồn Túi ủ sử dụng rơm sau ủ (lít) --------535 263 142,7 139,2 137,4 138 73 1428,3 Phụ lục 3: Thành phần khí sinh học sinh ra của hai túi ủ Túi ủ phân heo Ngày thứ 39 44 49 54 59 64 69 TB Túi ủ rơm sau ủ nấm CH4 (%) CO2 (%) Khí khác (%) CH4 (%) CO2 (%) 66,4 63 62,5 58,4 57,4 55,4 54,9 59,71 ± 4,0 32,9 35,5 36 37,6 41,5 43,3 45,1 38,84 ± 4,0 0,7 1,5 1,5 4 1,1 1,3 0 1,44 ± 1,1 60,1 61,6 61,5 61,4 60,4 59,7 58,5 60,46 ± 1,1 39,9 38,4 38,5 38,6 39,6 40,3 41,5 39,54 ± 1,1 Khí khác (%) 0 0 0 0 0 0 0 0 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tài liệu tiếng Việt Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt, 2009. Vi sinh vật nước và nước thải. NXB Xây Dựng. Lăng Ngọc Huỳnh, 2002. Sử dụng nước thải từ hầm ủ biogas để nuôi tảo chlorella. Luận văn tốt nghiệp. Đại Học Cần Thơ. Lê Hoàng Tới, 2013. Khả năng sinh khí của lục bình (Eichhornia crasipes) trong túi ủ biogas tại xã Mỹ Khánh, Phong Điền, Tp. Cần Thơ. Luận văn tốt nghiệp. Đại Học Cần Thơ. Lê Hoàng Việt, 1998. Giáo trình biogas với nông trang. Đại Học Cần Thơ. Lê Hoàng Việt, 2003. Giáo trình phương pháp Xử lý nước thải. Đại Học Cần Thơ. Lê Hoàng Việt, 2003. Giáo trình phương pháp Xử lý chất thải rắn. Đại Học Cần Thơ. Lê Hoàng Việt, 2005. Quản lý và tái sử dụng chất thải hữu cơ. Đại học Cần Thơ. Lương Đức Phẩm, 2002. Công nghệ xử lý chất thải bằng biện pháp sinh học. NXB Giáo Dục. Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997. Sản xuất khí đốt (biogas) bằng kĩ thuật lên men kỵ khí. NXB Nông Nghiệp. Nguyễn Bảo Vệ, 2010. Những yếu tố có ảnh hưởng đến tính bền vững của sản xuất lúa ba vụ ở Đồng Bằng Sông Cửu Long, Báo cáo Hội thảo cải thiện lúa 3 vụ tại An Giang. Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003. Công nghệ sinh học môi trường tập II. NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh. Nguyễn Duy Thiện, 2001. Công trình năng lượng khí sinh học biogas. NXB Xây Dựng Hà Nội. Nguyễn Quang Khải, 2001. Công nghệ khí sinh học. NXB Xây Dựng Hà Nội. Nguyễn Thành Hối, 2008. Ảnh hưởng sự chôn vùi rơm rạ tượi trong đất ngập nươc đến sự sinh trưởng của lúa (Oryza sativa.L) ở Đồng Bằng Sông Cửu Long. Luận án Tiến sĩ Nông Nghiệp. Trường Đại Học Cần Thơ, tr.46 – 55. Nguyễn Văn Thu và Nguyễn Thị Tuyết Nhung, 2011. Giáo trình vệ sinh môi trường chăn nuôi. NXB Đại Học Cần Thơ. Thái Hồng Cúc, 2013. Khả năng sinh khí của bèo tai tượng (Pistia stratiotes L) trong túi ủ biogas tại xã Mỹ Khánh, Phong Điền, Tp.Cần Thơ. Luận văn tốt nghiệp Đại Học Cần Thơ. Tổng Cục Thống Kê, 2011. Niên giám thống kê 2011. NXB Thống kê. Trịnh Hoài Nam, 2012. Khả năng sinh khí của lục bình (Eichhornia crasipes) trong túi ủ biogas tại xã Mỹ Khánh, Phong Điền, Tp. Cần Thơ. Luận văn tốt nghiệp. Đại Học Cần Thơ. Trương Văn Quí, 2013. Khả năng sinh khí của cỏ vườn trong túi ủ biogas tại xã Mỹ Khánh, Phong Điền, Tp. Cần Thơ. Luận văn tốt nghiệp Đại Học Cần Thơ. 2. Tài liệu nước ngoài A.Dobermann and T.H. Fairhurst, 2002. Rice Straw Management. Fabien Monnet, 2003. An Introduction Anaerobic Digestion of Organic Water, Remade Scotland. . [...]... và rơm sau khi ủ nấm Xác định tổng lượng khí sinh ra từ túi ủ phân heo và từ túi ủ rơm sau khi ủ nấm theo thời gian Xác định hàm lượng khí CH4, CO2 và các khí khác sinh ra từ túi ủ phân heo và từ túi ủ rơm sau khi ủ nấm theo thời gian 1 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Sơ lược về khí sinh học (Biogas) 2.1.1 Khái niệm về khí sinh học (Biogas) Khí sinh học là sản phẩm bay hơi của quá trình lên men kỵ khí. .. khí sinh ra của nghiệm thức rơm sau ủ nấm vào ngày thứ 39 (gấp 10,34 lần) Túi ủ phân heo đo lần đầu tiên vào ngày thứ 19 sau nạp với lượng khí là 1.244 lít Khí sinh học của túi ủ rơm sau ủ nấm đo lần đầu tiên vào ngày thứ 39, chậm hơn 20 ngày so với túi phân heo nhưng lượng khí sinh học chỉ bằng 43,01% lượng khí của túi ủ phân heo Qua kết quả lượng khí đo lần đầu tiên cho thấy ngày thứ 39 túi rơm sau. .. Túi ủ khí sinh học Túi ủ khí sinh học gồm có 2 phần: túi ủ và túi chứa khí Túi ủ làm bằng ni lông, có 3 lớp, dài 10m, đường kính 0,8m Túi chứa khí làm bằng ni - lông, có 2 lớp, dài 6m , đường kính 0,8m Hình 3.1: Hệ thống túi ủ khí sinh học dùng trong thí nghiệm Chú thích: 1 2 3 4 5 Túi ủ khí sinh học Lối nạp nguyên liệu Lối thoát nước thải Lối thoát khí Ống dẫn khí 6 7 8 9 15 Co chữ T Túi thu mẫu khí. .. heo trong 2 thí nghiệm của Lê Hoàng Tới (2013) (35,66) cao hơn so với tỷ lệ C/N trong thí nghiệm này (19,5) gấp 1,83 lần Đối với túi ủ rơm sau ủ nấm có tổng lượng khí đo lần đầu tiên cũng chênh lệch khá xa với túi ủ lục bình của Lê Hoàng Tới (2013) trong cả 2 lần thí nghiệm So với thí nghiệm lần 1 thì lượng khí sinh ra của túi ủ rơm sau ủ nấm là 535 lít chỉ khoảng 66,86% của túi ủ lục bình (800,20 lít)... chắn hơn khi kiểm tra mức độ phân hủy của hai của hai vật liệu nạp sau khi kết thúc quá trình thí nghiệm Bã phân heo dường như phân hủy hoàn toàn, trong khi đó bã rơm sau ủ nấm vẫn phân hủy chưa hết, khối lượng rơm sau ủ còn trong túi rất nhiều Nguyên nhân tạo ra sự chênh lệch này là do rơm sau ủ có cấu tạo dạng sợi, khó phân hủy và thời gian tồn lưu kéo dài khoảng 100 ngày (Nguyễn Quang Khải, 2001)... Dựa trên kết quả phân tích ẩm độ của phân heo, rơm sẽ chọn lượng nguyên liệu nạp cho 2 túi ủ như sau: Túi ủ 1: Nạp 10kg phân heo tươi mỗi ngày, tương đương với 3,28kg trọng lượng khô của phân heo Túi ủ 2: Nạp 11kg rơm sau ủ nấm tươi mỗi ngày, tương đương với 3,28kg vật chất khô của phân heo Thí nghiệm Túi ủ Phân heo 10kg/ngày (vật chất khô: 3,28kg/ngày) Túi ủ Rơm sau ủ 11kg/ngày (vật chất khô: 3,28kg/ngày)... 8,81% so với lượng khí ngày thứ 39 là 5.534 lít Tương tự vậy, tổng lượng khí của túi ủ rơm sau ủ nấm đo được là 263 lít tương đương khoảng 49,16% so với tổng khí ngày thứ 39 là 535 lít Lượng khí đo được vào các ngày 49, 54, 59, 64, 69 của túi ủ phân heo có xu hướng giảm dần dao động từ 89,4 - 465,8 lít Tuy nhiên trong cùng thời điểm này, tổng lượng khí đo được ở túi ủ rơm sau ủ nấm sinh ra ít và chênh... năng lượng sinh học thay thế các nguồn năng lượng truyền thống, góp phần giảm phát thải các khí nhà kính và ô nhiễm môi trường Mục tiêu cụ thể Đánh giá tổng lượng khí và thành phần khí (CH4, CO2 và khí khác) của túi ủ phân heo và rơm sau ủ nấm Để đạt được mục tiêu trên, đề tài tiến hành các nội dung nghiên cứu như sau: Bố trí túi ủ phân heo và rơm sau ủ nấm Xác định pH nước mồi, ẩm độ, tỉ lệ C/N của. .. lệ C/N của phân heo là 15,17 và của lục bình là 22,56 Nghiên cứu của Lê Hoàng Tới (2013) tỷ lệ này là 35,66 và của lục bình là 17,82 Tỷ lệ này trong bèo tai tường là 18,56 (Thái Hồng Cúc, 2013) Tổng lượng khí và thành phần khí Kết quả nghiên cứu về khả năng sinh khí của cây lục bình trong túi ủ biogas, lượng khí sinh ra dao động 1.719 - 6.918 lít (trung bình 4.318 lít) Trung bình thành phần khí methane... dõi diễn biến lượng khí theo chu kỳ có thể nhận định rằng hai túi ủ phân heo và rơm sau ủ nấm đã có sự chênh lệch về các giai đoạn phân hủy yếm khí, cụ thể là phân heo bước vào giai đoạn sinh khí methane thì rơm sau ủ chỉ mới bước vào giai đoạn thủy phân sinh axit Đến lúc rơm sau ủ nấm bước vào giai 25 đoạn sinh khí methane thì nghiệm thức phân heo đã kết thúc quá trình phân hủy yếm khí do không được