THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÊN MEN KỊ KHÍ THEO MẺ DỰA VÀO HƯỚNG DẪN VDI 4630 VÀ XÁC ĐỊNH SẢN LƯỢNG KHÍ SINH HỌC CỦA CÁC CHẤT NỀN TẠI LÀNG NGHỀ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN O0O Bùi Diệu Linh THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÊN MEN KỊ KHÍ THEO MẺ DỰA VÀO HƯỚNG DẪN VDI 4630 VÀ XÁC ĐỊNH SẢN LƯỢNG KHÍ SINH HỌC CỦA CÁC CHẤT NỀN TẠI LÀNG NGHỀ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM Chuyên ngành: Quản Lí Chất Thải Xử Lí Vùng Ô Nhiễm (Chương trình đào tạo quốc tế) TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2011 Công trình hoàn thành Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS TSKH Peter Werner PGS TS Nguyễn Thị Diễm Trang Phản biện 1: PGS TS Cao Thế Hà Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Thị Hà Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm luận văn, họp trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Vào hồi 10 30, ngày 14 tháng 12 năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn Trung tâm tư liệu – Thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội Giới thiệu Trong bối cảnh giới khu vực đối mặt với thách thức lượng biến đổi khí hậu nỗ lực vươn lên nước nông nghiệp- phát triển, tận dụng dạng lượng tái chế ngày nâng cao Không nằm xu hướng đó, Việt Nam quốc gia ứng dụng khí sinh học thay nhiên liệu hóa thạch Sản xuất ứng dụng khí sinh học mang lại ích lợi to lớn nhiều mặt: cung cấp nhiên liệu sạch, bảo vệ môi trường, thúc đẩy phát triển kinh tế, góp phần vào hiệu vào công tác quản lý rác nước thải Vì nghiên cứu khí sinh học ngày thu hút quan tâm nhà khoa học Việt Nam Tuy nhiên, phòng thí nghiệm Hóa Môi trường, ĐH KHTN Hà Nội thiếu quy trình tiêu chuẩn để tiến hành thí nghiệm nghiên cứu khí sinh học Trong đó, hướng dẫn VDI 4630 Đức cung cấp phương pháp nghiên cứu trình lên men kị khí Đề tài Thiết kế hệ thống lên men kị khí theo mẻ dựa vào hướng dẫn VDI 4630 xác định sản lượng khí sinh học chất khác làng nghề chế biến thực phẩm Nhiệm vụ Thiết kế hệ thống lên men kị khí theo mẻ phòng thí nghiệm Hóa Môi Trường, Đại học quốc gia Hà Nội dựa vào hướng dẫn VDI 4630 Sử dụng hệ thống để đánh giá chất lượng loại bùn chủng lấy từ nguồn quanh Hà Nội, chọn loại bùn chủng tiếp tục sử dụng cho thí nghiệm đánh giá chất Chất tham khảo natri axetat Các chất cần nghiên cứu rác thải (bỗng gạo, sắn, bèo tây, phân lợn) làng Đại Lâm- làng nghề sản xuất rượu nuôi lợn lấy mẫu, sơ chế, lên men Các thông số trình gồm: sản lượng biogas, thành phần biogas (mêtan cacbonic), pH, rắn tổng, hữu bay tổng, nhu cầu oxi hóa học tổng Sản lượng biogas tính khối lượng chất nền, khối lượng sinh khối, khối lượng COD chất mức độ phân hủy kị khí chất tính toán cụ thể Mục đích Học tập phương pháp thiết kế đánh giá thí nghiệm VDI 4630, áp dụng vào thực tiễn phòng thí nghiệm Việt Nam Cung cấp thông tin sản lượng biogas chất cho dự án INHAND Thực mục tiêu chuyển giao công nghệ đào tạo dự án INHAND vấn đề tích hợp quản lý nước, nước thải, chất thải lượng làng nghề Việt Nam Mục lục Giới thiệu Các từ viết tăt Tổng quan 1.1 Cơ sở lý thuyết phân hủy kị khí 1.2 Sản phẩm trình lên men Vật liệu phương pháp 2.1 Phương pháp thiết lập hệ thống tiến hành thí nghiệm VDI 4630 2.2 Phương pháp lấy mẫu, chuẩn bị mẫu, xác định thông số trình 2.3 Quá trình thực nghiệm công thức tính toán Kết thảo luận 3.1 Chất lượng bùn chủng 3.2 Sản lượng thành phần khí sinh học chất 3.2.1 Sản lượng khí sinh học 3.2.2 So sánh sản lượng khí sinh học với lý thuyết văn khác 3.2.3 Thành phần khí sinh học 3.3 Đánh giá mức độ phân hủy TS, VS, COD bùn đầu Kết luận Các từ viết tắt abs tuyệt đối B mẫu trắng (chỉ có bùn chủng nước) C/ CR mẫu sắn COD Nhu cầu oxi hóa học Inoc Bùn chủng lN lit điều kiện chuẩn mlN millilit điều kiện chuẩn P/ PM Mẫu phân lợn R Mẫu tham khảo RR Mẫu gạo SA Natri axetate SLR tỉ lệ bùn tải TS Rắn tổng VS Chất hữu bay tổng W/ WH Mẫu bèo tây Tổng quan 1.1 Cơ sở lý thuyết phân hủy kị khí Lên men tạo mêtan bao gồm bốn giai đoạn chất hữu phân hủy vi sinh vật kị khí môi trường oxi Các chất cao phân tử cacbohidrat, chất béo, protein phân hủy qua hợp chất phân tử lượng thấp (các axit béo, ancol) để tạo thành mêtan, thành phần khí sinh học (xem hình 1.1) Hình 1-1: Bốn giai đoạn trình phân hủy kị khí (Weiland, 2003) Giai đoạn Thủy phân Giai đoạn Axit hóa Giai đoạn Axetat hóa Giai đoạn Mêtan hóa H2/ CO2 Sinh khối Polisaccarit Protein Chất béo Đường Amino axit Axit béo Biogas CH4/ CO2 Axit cacboxylic Ancol Vi khuẩn thủy phân Axetat Vi khuẩn lên men Vi khuẩn axetat hóa Vi khuẩn mêtan hóa Sau trình phân hủy, sản phẩm khí giàu lượng chứa chủ yếu mêtan cacbonic Thành phần trung bình khí sinh học trình bày bảng 1-1 Bảng 1-1: Thành phần trung bình biogas (FNR, 2005) Thành phần Nồng độ Mêtan(CH4) 50 – 75 % thể tích Cacbonic (CO2) 25 – 45 % thể tích Nước (H2O) Hidro sunfua (H2S) – % thể tích (20 – 40 °C) 20 – 20000 ppm Nitơ (N2) < % thể tích Oxi (O2) < % thể tích Hiđro (H2) < % thể tích Các yếu tố ảnh hưởng tới trình phân hủy Quá trình phân hủy kị khí có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới phát triển hoạt động vi sinh vật, chia thành hai loại: yếu tố vận hành (nhiệt độ, khuấy trộn, thời gian lưu, tỉ lệ tải chất hữu cơ) ảnh hưởng thành phần chất (tỉ lệ C:N:P, pH, nồng độ chất ức chế chất dinh dưỡng, ) Khuấy trộn lò phản ứng tạo tiếp xúc tối ưu vi khuẩn chất nền, điều hòa nhiệt độ nồng độ lò Nhiệt độ ảnh hưởng đến tỉ lệ chuyển hóa sinh sôi tối đa vi sinh vật, phân loại vi khuẩn thành ba loại dựa vào nhiệt độ hoạt động tối ưu chúng: ưa lạnh ([...]... Sản lượng và thành phần khí sinh học của các chất nền 3.2 1 Sản lượng khí sinh học Bốn chất nền gồm bỗng gạo, bỗng sắn, bèo tây, phân lợn được nghiên cứu trên bùn chủng số 5 (thí nghiệm 6,7) và trên bùn chủng số 6 (thí nghiệm 9), các kết quả thu được thể hiện trong các hình và bảng dưới đây Hình 3-2 : Bảng 3-2: Sản lượng khí gồm cả bùn chủng trong thí nghiệm 6 [mlN Biogas/ g VS bùn chủng] Tóm tắt sản. .. chất nền (không tính bùn) mlN Biogas/ g chất nền (không tính bùn) 3.2.2 So sánh sản lượng khí sinh học với lý thuyết và văn bản khác Phép so sánh được thể hiện trong các bảng dưới đây Bảng 3-5 So sánh sản lượng khí với lý thuyết Mô tả mẫu TN Sản lượng Chất nền Sản lượng khí đo được phân hủy khí sinh ra SLR [mlNgas/ [%] [mlNgas/ gCODchất nền ] gCODchất nền] Chất nền phân hủy [%] Mẫu Số ngày CR 1 WH 1 7... ngày) Hình 3-5 cho thấy chất lượng của bùn chủng số 5 và số 6 chưa đủ tốt (lượng vi khuẩn tạo mêtan chưa đủ lớn) và chất lượng khí biogas của các chất nền sinh ra tốt 3.3 Đánh giá mức độ phân hủy TS, VS, COD của bùn thải Dựa vào công thức %X phân hủy = (Xđầu vào – Xbùn thải)*100/ Xđầu vào, các kết quả thể hiện trong bảng 3-7dưới đây Bảng 3-7 Tóm tắt độ phân hủy TS, VS, COD của các mẫu Mô tả mẫu TN/ Bùn... trị SLR thì độ phân hủy COD tổng của mẫu bỗng gạo, bỗng sắn cao hơn phân lợn và bèo tây 4 Kết luận Với hướng dẫn VDI 4630, hệ thống lên men kị khí theo mẻ với áp suất tăng dần được bước đầu thiết lập và vận hành trong điều kiện của phòng thí nghiệm Hóa môi trường – khoa Hóa- ĐHKHTN Hà Nội Với hệ thống này, chất lượng của 6 loại bùn chủng quanh Hà Nội đã được đánh giá và kết quả là bùn chủng số 5 tốt... bèo tây Chất lượng khí sinh học sinh ra của cả bốn chất nền đều tốt Các kết quả này cung cấp thông tin cho dự án INHAND trong việc thiết kế hệ thống 3 giai đoạn tiếp theo Các kết quả đạt được của luận văn hứa hẹn những nghiên cứu khả thi và hiệu quả hơn trong tương lai Cần phải tiến hành nghiên cứu nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống (VD: rửa chai bằng khí nitơ, cải tiến phương pháp đo khí, đổi... đổi hệ thống bình lên men khác, ) Cần tiến hành nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình lên men kị khí thông qua việc tìm loại bùn chủng có sinh khối tốt hơn, điều chỉnh SLR từ 0,2 đến 0,5 để tìm được tỉ lệ tải cho sản lượng khí tốt nhất với từng chất nền, nghiên cứu lượng cung cấp nguyên tố dinh dưỡng và vi chất phù hợp cho vi khuẩn tạo mêtan, Các thí nghiệm với các chất nền hoặc hỗn hợp trộn các nền khác... thải 1-3 chất lượng thấp hơn nên không được sử dụng cho thí nghiệm nghiên cứu chất nền Bùn thải số 4 bị hạn chế số lượng nên cũng không sử dụng được tiếp Bùn thải số 5, 6 được lựa chọn sử dụng tiếp tục Bốn chất nền được nghiên cứu và cho kết quả: với cùng giá trị SLR và số ngày lưu thì sản lượng khí sinh học, mức độ phân hủy kị khí sinh học, tốc độ phân hủy của bỗng gạo, bỗng sắn cao hpn của phân lơn,... 4 chất nền trong thời gian lưu 15 ngày với SLR đều là 0,3 Kết quả thể hiện trong hình 3-4 và bảng 3-4 bên dưới cho thấy: sản lượng khí và khả năng phân hủy của bỗng gạo, bỗng sắn cao hơn của bèo tây và phân lợn Đặc biệt phân lượng có sản lượng khí rất thấp, điều này có thể do tác nhân ức chế sinh học từ thức ăn (thuốc tăng trọng) hay từ thuốc kháng sinh, chất tẩy rửa có trong mẫu phân lợn lần này Kết... phần của bỗng gạo và bỗng sắn chủ yếu gồm có các chất dễ phân hủy và một phần cacbohidrat còn lại (do đã lên men một lần trong quá trình sản xuất rượu), còn bèo tây chứa lignin, phân lợn chứa một số loại protein và chất bé khó phân hủy (hay có thể chứa chất độc sinh học đã kể trên) Hình 3-4: Sản lượng khí bao gồm bùn chủng của thí nghiệm 9 [mlN Biogas/ g VS bùn chủng] Bảng 3-4 Tóm tắt sản lượng khí và. .. 6.93